Система отопления с естественной циркуляцией воды

Область применения системы с естественной циркуляцией воды (гравитационной) в настоящее время, как уже известно, ограничена. Ее используют для отопления отдельных жилых квартир, обособленных зданий (особенно в отдаленной сельской местности), зданий при не налаженном снабжении электрической энергией. Гравитационную систему применяют также в зданиях, в которых недопустимы вызываемые циркуляционными насосами и высокими скоростями воды шум и вибрация конструкций (например, при точных измерениях).

В малоэтажных зданиях гравитационная система имеет следующие недостатки по сравнению с насосной системой водяного отопления:

- сокращенный радиус действия (до 20 м по горизонтали), обусловленный небольшим циркуляционным давлением;

- повышенная первоначальная стоимость (до 5…7% стоимости небольших зданий) в связи с применением труб увеличенного диаметра;

- увеличенные расход металла и затраты труда на монтаж системы;

- замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости воды и низкого циркуляционного давления;

- повышенная опасность замерзания воды в трубах, проложенных в неотапливаемых помещениях.

Вместе с тем гравитационная система отопления обладает достоинствами, определяющими в отдельных случаях ее выбор:

- относительная простота устройства и эксплуатации;

- независимость действия от снабжения электрической энергией;

- низкая скорость движения теплоносителя, отсутствие циркуляционных насосов и соответственно шума и вибраций;

- сравнительная долговечность (при правильной эксплуатации система может действовать 35…40 лет и более без капитального ремонта);

- улучшение теплового режима помещений, обусловленное действием с количественным саморегулированием.

Остановимся на явлении количественного саморегулирования. В гравитационной системе создается своеобразный механизм естественного регулирования: при проведении обычного качественного регулирования, т.е. при изменении температуры воды, самопроизвольно возникают количественные изменения – изменяется расход воды. Действительно, если повышать температуру греющей воды при понижении температуры наружного воздуха (и наоборот), то в системе из-за иного распределения плотности воды будет увеличиваться (уменьшаться) естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений.

В двухтрубной системе усиление или ослабление циркуляции воды в циркуляционном кольце каждого отопительного прибора изменяет теплопере-дачу в помещение, которая, взаимодействуя с теплопотерями помещения (тормозясь или возрастая), сама влияет на расход воды, изменяя температуру обратной воды (а с ней и циркуляционное давление). В результате в каждом помещении сохраняется соответствие между теплоотдачей прибора и теплопотерями, т.е. обеспечивается при действии системы отопления ровный тепловой режим.

В вертикальной однотрубной системе имеет место такое же количествен-ное саморегулирование, но в отличие от двухтрубной системы в циркуляцион-ных кольцах не каждого прибора, а уже стояков в целом с их последовательно соединенными приборами. При этом усиление или ослабление циркуляции воды происходит более интенсивно, чем в двухтрубной системе. В результате в теплый период отопительного сезона наблюдается отклонение от необходимой теплоподачи у части приборов: при движении в стояке сверху вниз сильно уменьшенного количества воды нижние приборы несколько недогревают помещения. Это явление смягчается с увеличением числа этажей здания.

Можно сделать вывод, что при естественной циркуляции воды преиму-щество в малоэтажных зданиях следует отдавать двухтрубной системе отопле-ния. Вертикальная однотрубная система предпочтительна в многоэтажных зданиях, где благодаря увеличению естественного циркуляционного давления можно уменьшить диаметр труб (по сравнению с двухтрубной), а также распо-лагать отдельные отопительные приборы ниже котла или теплообменника.

Схема гравитационной системы во многом подобна рассмотренной выше схеме насосной системы отопления. Перечислим лишь особенности конструкции гравитационной системы, отражающие природу ее действия.

1. Гравитационная система для улучшения циркуляции воды устраивается, как правило, с верхним расположением подающей магистрали – с верхней разводкой.

2. Расширительный бак в гравитационной системе присоединяется непос-редственно к теплоизолированному главному стояку для непрерывного удаления воздуха из системы через бак в атмосферу (без воздухосборников и воздухоотводчиков).

3. Подающая магистраль прокладывается, как правило, под потолком верхнего этажа без тепловой изоляции с увеличенным уклоном (не менее 0,005 м/м) для сбора воздуха против направления движения воды к точке присоединения расширительного бака.

4. Приборные узлы выполняются для обеспечения движения воды в отопительных приборах по схеме «сверху-вниз» с целью повышения коэффициента теплопередачи приборов.

5. Однотрубные стояки устраиваются с замыкающими участками у прибо-ров для уменьшения потерь давления при движении воды через приборные узлы.

На рис. 5.7 изображена принципиальная схема гравитационной системы водяного отопления с верхней разводкой и теплообменником, который применяют при независимом присоединении системы к наружным теплопроводам. При местном теплоснабжении теплообменник заменяется котлом. Подробные схемы стояков двухтрубной системы даны на рис. 5.4, а, однотрубной – на рис. 5.1.

1 – теплообменник (или теплогенератор – водогрейный котел); 2 и 3 – наружные, соответственно, подающий и обратный теплопроводы; 4 – главный стояк; 5 – открытый расширительный бак; 6 – подающая магистраль; 7 – отопительный прибор; 8 – напол-нительно-подпиточная труба; 9 – обратный клапан

Возможно применение гравитационных систем отопления с нижней разводкой обеих магистралей, двухтрубные и однотрубные стояки которых изображены на рис. 5.4, б и 5.2. Однако при этом уменьшается циркуляционное давление, что приводит к увеличению диаметров труб.

В двухтрубной гравитационной системе отопления для создания достаточного циркуляционного давления следует увеличивать вертикальное расстояние между нижними отопительными приборами и теплообменником, доводя его хотя бы до 3 м. Если это осуществимо в отдельных зданиях, то при отоплении одноэтажных квартир и домов, а также железнодорожных вагонов теплогенератор (котел) приходится располагать на одном уровне с отопительными приборами. В этих случаях рассчитывают циркуляционное давление на создание циркуляции воды только за счет охлаждения ее в трубах.

На рис. 5.6 изображена для примера одна из двух ветвей гравитационной системы водяного отопления железнодорожного пассажирского вагона. Две гладких трубы D_у 70-89 мм, обогревающие нижнюю зону салона, присоединяют самостоятельно к верхней подающей магистрали для усиления циркуляции воды в каждой из них. Отдельный отопительный прибор предназначен для отопления туалетной комнаты. Подающую магистраль желательно прокладывать без тепловой изоляции для увеличения циркуляционного давления, и изолировать только главный стояк.

Рис. 5.6. Схема гравитационной системы водяного отопления железнодорожного пассажирского вагона:

1 – котел; 2 – открытый расширительный бак; 3 – подающая магистраль; 4 – основные греющие гладкие трубы; 5 – отопительный прибор туалета