Водяне опалювання

Системи водяного опалювання з природною і штучною

циркуляцією теплоносія

Вода від казана до приладів теплообмінника і назад рухається під дією гідростатичного натиску, що виникає завдяки різній щільності охолодженої і нагрітої рідини (теплоносія). Яка ж сила примушує воду циркулювати в системі, тобто рухатися по трубах з казана в нагрівальні прилади і назад в казан? Ця сила виникає при нагріванні води в казані і охолоджуванні її в нагрівальних приладах. Вода, нагріта в казані 1, як легша, піднімається по головному подаючому стояку 2 вгору. Із стояка вона поступає в ті, що розводять магістральні трубопроводи 3, а з них через подаючі стояки 4 - в нагрівальні прилади. Тут вода остигає і тому стає важчою. Наприклад щільність води при 40 З складає 992,24 кг/м, при 70"С - 977,8 кг/м: при 95З - 961,9 кг/м² Охолоджена вода через зворотні стояки 5 і зворотну лінію Про опускається вниз і своєю вагою витісняє нагріту воду з казана вгору - в головний подаючий стояк. Описаний процес безперервно повторюється і в результаті відбувається постійна циркуляція води в системі. Сила циркуляції, або, як прийнято говорити, циркуляційний тиск, залежить від різниці ваги стовпа гарячіше і стовпа охолодженої (зворотною) води, отже, вона залежить від різниці температур гарячіше і зворотної води.

Циркуляційний тиск обумовлюється висотою розташування нагрівального приладу над казаном: чим вище розташований прилад, тим більше для нього циркуляційний тиск.

Це можна довести таким чином. У системах водяного опалювання найбільша температура гарячої води зазвичай рівна 95°С, а охолодженою - 70^oС. Якщо нехтувати охолоджуванням води в трубах, то можна, вважати, що в нагрівальний прилад вода поступає з температурою 95 ^oС, а йде з нього з температурою 7СГС. За цієї умови визначимо спочатку для верхнього, а потім для нижнього нагрівального приладу циркуляційний тиск, під впливом якого відбувається через них рух води.

За рахунок різниці циркуляційного тиску на перших і подальших поверхах спостерігається наступне явище: у системах водяного опалювання нагрівальні прилади верхніх поверхів прогріваються краще, ніж прилади нижніх поверхів.

З приведених вище міркувань витікає, що в двотрубних системах опалювання нагрівальні прилади, розташовані на одному рівні з казаном або нижче за нього, працювати не будуть або ж будуть дуже слабо прогріватися. Для вказаних систем практикою встановлена найменша відстань між центром нагрівальних приладів нижнього поверху і центром казана в 3 метри. У зв'язку з цим казанові для систем опалювання повинні мати достатнє заглиблення. Вказаного недоліку позбавлені однотрубні системи опалювання. В цьому випадку гідростатичний натиск, що примушує циркулювати воду в системі, утворюватиметься із-за охолоджування води в трубопроводах, що підводять нагріту воду до нагрівальних приладів, а також відвідних охолоджену воду від приладів до казана. Це охолоджування корисне, по-перше, для створення гідростатичного натиску, а по-друге, для додаткового обігріву приміщення, тому вказані трубопроводи прокладають відкрито і не ізолюють. Навпаки, охолоджування води в головному стояку (підйомному трубопроводі) шкідливо, бо призводить до зниження температури і збільшення щільності і, як наслідок, до зменшення гідростатичного натиску. У зв'язку з цим підйомний стояк від казана необхідно ретельно теплоізолювати. Кількість тепла, що віддається приміщенню нагрівальними приладами, залежить від кількості води, що поступає в прилад, і її температури. У свою чергу, кількість води, яка

може бути пропущено через трубопровід до приладу, залежить від циркуляційного тиску, що примушує воду рухатися по трубі.

Чим більше циркуляційний тиск, тим менше може бути діаметр труби для пропуску певної кількості води і навпаки чим менше циркуляційний тиск, тим більше повинен бути діаметр труби. Але для нормальної дії системи опалювання потрібна ще одна умова: щоб циркуляційний тиск був достатнім для подолання всіх опорів, які зустрічає рухома в цій системі вода. Відомо, що вода при своєму русі в системі опалювання зустрічає опори, води, що викликаються тертям, об стінки труб, а окрім них, ще і місцеві опори, до яких відносяться відведення, трійники, хрестовини, крани, нагрівальні прилади і казани.

Опір унаслідок тертя залежить від діаметру і довжини трубопроводу, а також від швидкості руху води (якщо швидкість збільшиться в два рази, то опір - в чотири рази, тобто в квадратичній залежності). Чим менше діаметр і більше довжина трубопроводу і чим вище швидкість води, тим більше опір створюється на шляху води і навпаки. При більшій довжині труб опір зростає, із збільшенням діаметру труб воно падає.

Величина місцевого опору залежить, по-перше, від швидкості води, отже, і від зміни перетину, що викликає зміну цій швидкості (наприклад, в кранах, нагрівальних приладах, казанах і т.д.), по-друге, від зміни напряму, по якому рухається вода, і зміни кількості води (наприклад, у відведеннях, трійниках, хрестовинах, вентилях).

За принципом дії система опалювання з нижньою розводкою не відрізняється від системи з верхньою розводкою. І тут, і там циркуляція створюється тому, що гаряча вода, як легша, витісняється зворотною водою вгору по стояках; остигаючи в нагрівальних приладах, ця вода опускається вниз через зворотні стояки і знову поступає в казан.

У системах з природним імпульсом в будівлях невеликої поверховості величина циркуляційного тиску невелика, і тому в них не можна допускати великих швидкостей руху води в трубах; отже

діаметри труб повинні бути великими. Система може опинитися економічно невигідною. Тому застосування систем з природною циркуляцією допускається лише для невеликих будівель.

Перерахуємо недоліки систем опалювання з природною циркуляцією води:

скорочений радіус дії (до 30 м по горизонталі) із-за невеликого циркуляційного тиску;

підвищена вартість (до 5—7% вартості будівлі) у зв'язку із застосуванням труб великого діаметру;

збільшені витрата металу і витрати праці на монтаж системи;

сповільнено включення системи в дію;

підвищена небезпека замерзання води в трубах, прокладених в неопалювальних приміщеннях.

Разом з тим, відзначимо переваги системи з природною циркуляцією води, що визначають в окремих випадках її вибір:

відносна простота пристрої і експлуатації;

незалежність дії від постачання електричною енергією;

відсутність насоса, а відповідно шуму і вібрацій;

порівняльна довговічність (при правильній експлуатації система може діяти 35-40 років і більш без капітального ремонту);

саморегулювання, що обумовлює рівну температуру приміщень. У. системі при зміні температури і щільності води змінюється і витрата унаслідок зростання або зменшення природного циркуляційного тиску.

Одночасна зміна температури і витрати води забезпечує теплопередачу приладів, необхідну для підтримки заданої температури приміщень, тобто додає системі теплову стійкість.

.Водяне опалення зі штучною циркуляцією. Джерело теплопостачання. Схеми систем насосного водяного опалення, їх елементи, принцип дії. Конструктивні елементи систем опалення зі штучною циркуляцією: контрольно-регулююча арматура, прилади для виведення повітря

1.Студент повинний знаті:

1.1.Віди систем їх елементи, розміщення.

1.2.Схеми систем центрального і місцевого опалення.

1.3.Конструювання систем опалення.

1.4 Вибір системи опалення.

1.5 Їх недоліки.

1.6.Приєднування до теплових ятерів до місцевих та центральних

теплових пунктів.

2.Студент повинний вміти.

2.1.Вірно визначити схему опалення в залежності від категорії

приміщень.

2.2.Вміти визначати тиск, циркуляційний насос.

2.3.Вміти розраховувати об'єм розширюючих баків, елеваторів, насосів.

ВОДЯНЕ ОПАЛЮВАННЯ З ШТУЧНОЮ ЦИРКУЛЯЦІЄЮ

Джерела теплопостачання

Теплоджерелом для системи водяного опалювання до середини XX століття була місцева водогрійна котельна (місцеве теплопостачання), що розміщується в опалювальній будівлі або поблизу нього.

У другій половині XX століття розповсюдилася централізоване водяне теплопостачання, при якому використовується високотемпературна вода, що поступає в будівлю з далека, - з ТЕЦ або центральної теплової станції.

Залежно від джерела теплопостачання змінюється принципова схема З і устаткування її вузла введення. Принципова схема системи насосного водяного опалювання при місцевому теплопостачанні (від власної водогрійної котельної в опалювальному будинку).

При централізованому водяному теплопостачанні застосовують три способи приєднання системи насосного водяного опалювання до зовнішніх теплопроводів (незалежна, залежна із змішуванням і залежна прямоточна).

Незалежна схема

Близька по конструкції до першої схеми, тільки замість казана - теплообмінник. Систему заповнюють деаерированою водою із зовнішньої ТС, використовуючи високий тиск в ній. Якщо тиск не достатній - ставлять спеціальний підживлювальний насос.

Переваги: 1) при аварії в зовнішній ТС внутрішня система працює ще якийсь час.

2) менше корр. активність води, отже служить

довше.

Залежна схема із зсувом

Простіше по конструкції і в обслуговуванні.
Дешевше (немає розширювального бака, насоса і т.д
установка Змішувача - насос або водоструминний елеватор. Насосна установка змішувача краща, оскільки ККД вище. Водяні елеватори працюють безшумно і безвідмовно.
Недоліки: не захищеність системи від підвищення в ній

гідростатичного тиску що безпосередньо передається через зворотний теплопровід, до значення опасного для цілісності приладів.

Залежна прямоточна схема

Найбільш проста по конструкції і в обслуговування. Застосовують коли допускаються подача високотемпературної води. Недоліки: неможливість місцевого регулювання температури гарячої води, небезпека різкого підвищення тиску.

У системі циркулює деаерована вода.

Принципіальні схеми систем насосного водяного опалювання будівель, їх елементи, принцип дії. Достоїнства водяного опалювання.

Системи водяного опалювання можуть бути:

1. по напряму об'єднання опалювальних приладів - вертикальні і горизонтальні

2. по місцю розташування подаючих і зворотних магістралей -

а) з верхнім розташуванням падаючих магістралей по горищу або під стелею верхнього поверху, а зворотних магістралей - по підвалу, над підлогою першого поверху або в підпільних каналах;

б) з нижнім розташуванням обох магістралей по підвалу, над підлогою першого поверху або в підпільних каналах; ' у) падаюча магістраль - внизу, зворотна - вгорі - наз. із зворотною циркуляцією.

3. по напряму руху води - тупикові (падаючі і зворотна
рухаються в протилежних напрямах) і попутні (напрями
руху води співпадають).

4. по схемі включення від ін. в стояк або гілку системи в опалюванні бувають
однотрубні, двотрубні і біфілярні.

Переваги:

■ забезпечує рівномірність температури приміщення;

■ обмежує верхню межу, що не допускає пригорання пороши;

■ забезпечує якісне регулювання (зміни від зовнішнього);

■ безшумна і довговічна Недоліки:

• значний гідростатичний тиск в системі (S,g,h);

• значна витрата металу;

• теплова інерційність в наслідку великої щільності і теплоємності води (виникають коливання температури в приміщенні);

• небезпека заморожування води (руйнування обігріву).

Принцип дії і пристрій системи опалювання з природною циркуляцією

Дана система водяного опалювання є найбільш простій і традиційно застосовується в невеликих житлових будинках на всій території України.

Принципова схема системи водяного опалювання з природною циркуляцією показана на малюнку.

Вода від казана до опалювальних приладів і назад рухається під дією гідростатичного натиску, що виникає завдяки різній щільності охолодженої і гарячої води.

Оскільки щільність охолодженої води більша, ніж щільність нагрітої, загальна вага правого вертикального стовпа води в циркуляційному кільці більше ваги лівого вертикального стовпа.

Різниця ваги цих стовпів і є рушійний циркуляційний натиск. Величина циркуляційного натиску залежить від різниці рівнів опалювальних приладів і електроказана. Чим нижче по відношенню до опалювальних приладів розташований казан, тим більше величина

натиску, що розташовується. Із зменшенням висоти будівлі, величина гравітаційного натиску, що розташовується, також знижується, природно, що в одноповерхових будинках це значення мінімальне.

За відсутності підвалу, електроказан в індивідуальному будинку зазвичай не заглиблюється. При цьому трапляється, що висота, на якій знаходяться опалювальні прилади і казан, приблизно однакова. Здавалося б, що в цьому випадку гідростатичний натиск не повинен виникати і теплоносій в системі циркулювати не буде. Проте і в цьому випадку утворюватиметься гідростатичний натиск із-за охолоджування води в трубопроводах, що підводять гарячу воду до опалювальних приладів, а також відвідних охолоджену воду від приладів до казана.

Це охолоджування корисне для створення гідростатичного натиску, тому, вказані трубопроводи прокладають відкрито і не ізолюють.

Навпаки, охолоджування води в підйомному трубопроводі нагрітої води шкідливо, бо приводить до підвищення щільності і зменшення гідростатичного натиску. У зв'язку з цим підйомний стояк від казана необхідно ізолювати.

Опалювальна система є в цілому герметичною конструкцією, хоча у верхній крапці за допомогою розширювального бака вона з'єднується з атмосферою. Це необхідно для того, щоб в системі не створювалося підвищений тиск при розширенні нагрітої води.

Систему з розширювальною судиною заповнюють водопровідною водою. Для контролю рівня води при затоці і в процесі експлуатації судину можна обладнати водовказівником. Також розширювальну судину необхідно обладнати переливною трубкою.

Розширювальна судина служить для збору додаткового об'єму води, що утворюється унаслідок розширення при нагріванні, а також збору повітря, що виділяється з води при її нагріванні в казані. Повітря в систему потрапляє з водопровідною водою, в якій при кімнатній

температурі його розчинено приблизно 40 мг/л. При нагріванні до максимальної розрахункової температури опалювання 85 °С розчинність повітря у воді зменшується приблизно до 4 мг/л. Повітряні бульбашки, що виділилися, спливають у водяному потоці по головному стояку в розширювальну судину, з якої віддаляються в атмосферу. За відсутності втрат води з системи опалювання виділення повітря з води здійснюється одноразово, до завершення дегазації залитого в систему об'єму води. Проте, якщо мають місце витоки води, її доводиться підживлювати свіжій водою, з якою в трубопроводи заносяться нові порції повітря.

Переваги системи опалювання з природною циркуляцією:

• Відсутність циркуляційного насоса.

• Простота виконання.

• Низький рівень витрат на споруду оскільки не потрібна спеціальна сантехнічна арматура.

Недоліки системи опалювання з природною циркуляцією:

• Повільний «розгін» системи опалювання.

• Жорсткі вимозі до конфігурації системи опалювання в просторі і до ухилів труб.

• Необхідність застосовувати труби великого діаметру для прискорення циркуляції.

• Не естетичність оскільки для поліпшення циркуляції і збільшення тепловіддачі в приміщення потрібна прокладка відкритих не ізольованих трубопроводів, що підводять і відвідних.

До того як ми перейдемо до розгляду системи опалювання з примусовою циркуляцією, розглянемо варіанти спільної роботи твердопаливного казана і електроказана «ЭКОН-20».

Варианты совместной работы котлов для систем отопления с естественной циркуляцией и систем с принудительной циркуляцией практически идентичны. Единственное, что их отличает, отсутствие либо наличие циркуляционного насоса.

Как Вы видите, при любом положении электрокотла «ЭКОН-20» он подключается параллельно твердотопливному котлу. В обратные линии обоих котлов врезаны вентили. Параллельное подключение делается для устранения потерь тепла при прохождении нагретой воды через твердотопливный котел. Вентили в обратных линиях котлов необходимы для устранения циркуляции через не работающий в данный момент котел. Установка вентилей особенно актуальна при использовании циркуляционного насоса. (На нижнем рисунке, в обратной линии твердотопливного котла вентиль условно не показан). Т.к. в данной системе

опалювання підйомний стояк є одночасно і розширювальним трубопроводом, то згідно п. 11.8.7. «Правила пристрою і безпечної експлуатації парових і водогрійних казанів».

«.... Установка запірної арматури на цьому трубопроводі

забороняється»

Найбільш поширена квартирна система опалювання - водяна система з природною циркуляцією.

Трубопроводи системи опалювання прокладають по приміщеннях без теплової ізоляції за винятком трубопроводу, що йде від казана до розширеної судини. Ділянку зворотного трубопроводу, що перетинає дверний отвір одного з приміщень, прокладають з тепловою ізоляцією в конструкції підлоги і ізолюють пухшнуром в бавовняному обплетенні завтовшки 30 мм з подальшою обмоткою склотканиною. Перед тепловою ізоляцією труби очищають від грязі і іржі і покривають антикорозійним лаком за два рази.

Трубопроводи і опалювальні прилади квартирної системи опалювання кріплять до стіни за допомогою кронштейнів і хомутів.

Розширений бак встановлюють над верхньою крапкою системи опалювання. Від бачка відводять трубу діаметром 15 мм в раковину для скидання води і повітря. Якщо бак розташований в неопалювальному приміщенні, його потрібне теплоізолювати. Рівень води в розширювальному бачку не повинен опускатися до дна, для чого необхідно періодично підживлювати систему водою.

При припиненні топкі в зимовий період більш ніж на добу воду з системи зливають.

Після закінчення опалювального сезону систему залишають заповненою водою, в уникненні корозії металу.

Принцип дії і пристрій системи опалювання з примусовою

циркуляцією.

На даному малюнку зображена система опалювання з примусовою циркуляцією теплоносія за допомогою циркуляційного насоса, встановленого в зворотній трубі системи опалювання, безпосередньо перед входом в електроказан. Далі, між казаном і циркуляційним насосом встановлена демпфуючої розширювальна судина. Нагріта в порожнині казана вода поступає на т.з. «гребінку» на якій встановлені:

Запобіжний клапан на 2,5 кг/см², повітряний клапан, службовець для видалення повітря з системи опалювання, термометр, для контролю температури витікаючого теплоносія. Туди ж підходять стояки системи. У верхній точці системи рекомендується встановити додатковий повітряний клапан. На вході кожного опалювального приладу встановлений терморегулятор службовець для підтримки оптимальної температури повітря в приміщеннях, шляхом зміни витрати теплоносія, що подається на опалювальні прилади. Охолоджена вода з системи опалювання збирається на другій «гребінці» і далі цикл повторюється. У нижнюю на малюнку «гребінку» врізана лінія підживлення. Для

обмеження тиску в системі опалювання застосовується регулятор тиску з вихідним тиском 2,0 кг/см². У цю ж лінію встановлюється зворотний клапан, службовець для запобігання зливу теплоносія з системи опалювання у разі зникнення води в лінії підживлення.

Преваги системи опалювання з примусовою циркуляцією теплоносія.

Швидкий «розгін» системи.

• Низька металоємність, оскільки можна застосовувати труби малого діаметру.

• Зручність регулювання теплоросподілення як по стояках, так і по кожному опалювальному приладу.

• Можливість прихованої прокладки трубопроводів без дотримання ухилів.

• Можливість монтажу елеваторного вузла, розширювальної судини, лінії підживлення і електроказана в одному приміщенні, без дотримання різниці висот.

Недоліки системи опалювання з примусовою циркуляцією.

• Неможливість роботи у разі виходу з ладу циркуляційного насоса.

• Висока вартість як самого насоса, так і додаткової арматури.

Ну от і все. Тепер ви маєте загальне уявлення про системи опалювання, можете самостійно розрахувати необхідну потужність електроказана і опалювальних приладів. І що найголовніше зможете майже на рівних розмовляти з фахівцями які вестимуть монтаж Вашої системи.

Ще раз нагадую, що все викладене в цьому документі не можна сприймати як догму, кожна опалювальна система має індивідуальну конструкцію і особливості, обумовлені місцевими умовами. Тому Вашим основним завданням є вибір фірми, яка проводитиме проектування і монтаж Вашої системи опалювання.

Дата добавления: 2014-01-04