6. Классификация систем отопления.

Системы водяного отопления можно классифицировать по следующим признакам:

• По взаимному направлению движения теплоносителя в подающей и обратной магистралях (рис 6.1, 6.2 ):

− тупиковые,

− попутные.

Рис 6.1. Принципиальная схема тупиковой системы отопления

Рис 6.2. Принципиальная схема попутной системы отопления

• По количеству стояков, присоединяемых к одному нагревательному прибору (рис 6.3, 6.4 ):

− двухтрубные

− однотрубные,

Рис 6.3. Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией и верхней разводкой горячей магистрали: 1─теплогенератор;2─расширительный сосуд; 3─верхняя горячая магистраль 4─нагревательные приборы; 5─подающий стояк; 6─обратный стояк; 7─обратная магистраль

Рис 6.4. Однотрубная система отопления с расширительным баком и верхней разводкой горячей магистрали: 1 −горячая магистраль; 2 −обратная магистраль; 3 −нагревательные приборы; 4 −кран для регулировки; 5 −трехходовой смесительный кран; 6 −главный стояк; 7 −расширительный бак; 8 −замыкающий участок; 9 −замыкающий участок с трехходовым краном; 10 −замыкающий участок с краном двойной регулировки; 11 −воздухосборник с вантузом; 12 −насос; 13 −теплообменник.

В двухтрубной системе отопления теплоноситель в каждом отопительном приборе охлаждается на расчетный температурный перепад, а в однотрубной системе теплоноситель охлаждается на расчетную величину, пройдя несколько последовательно соединенных приборов.

По месту прокладки подающей магистрали :

− с верхней разводкой (по верхнему этажу), чердаку (рис 6.3, 6.4),

− с нижней разводкой (рис 6.5),

− по каждому этажу с поэтажной разводкой ,

-- коллекторные системы (рис 6.6).

Рис 6.5 Двухтрубная система отопления с нижней прокладкой магистралей и с установкой автоматических балансировочных клапанов: 1 − отопительный прибор с боковым присоединением; 2 − конвектор со встроенным терморегулятором; 3 − радиатор со встроенным терморегулятором и боковым присоединении; 4 − терморегулятор с клапаном ; 5 − запорный клапан ; 6 − воздуховыпускной кран; 7 − балансировочный клапан со спускным краном; 8 − запорный клапан ; 9 − сильфонный компенсатор.

Рис 6.6. Схема коллекторной системы отопления.

По способу присоединения отопительных приборов:

− вертикальные (рис 6.4,6.5 ),

− горизонтальные (рис 6.7 ).

Рис 6.7. Присоединение отопительных приборов в горизонтальной системе отопления: 1−кран для регулировки; 2−воздуховыпускной клапан; 3−нагревательный прибор. : а − присоединение нагревательных приборов с КРД; б − проточная система; с − присоединение приборов на сцепке.

Выбор той или иной схемы системы отопления определяет способ подсоединения отопительных приборов. (Сверху - вниз, снизу – вниз, снизу – вверх). (Рис 6.8).

Рис 6. 8. Схемы присоединения отопительных приборов. (Сверху - вниз, снизу – вверх, снизу – вниз).

При конструировании системы отопления не рекомендуется применять тупиковые ветви большой протяженности. Желательно применять несколько ветвей работающих параллельно небольшой протяженности. Этот подход позволяет выполнить гидравлическую увязку всех отопительных приборов системы, т.е. обеспечить необходимый расход через каждый прибор системы отопления и сократить гидравлические потери. В длинных тупиковых ветвях гидравлическое сопротивление через первый и последний стояки отличаются на значительную величину, поэтому для его уравнивания в балансировочном устройстве необходимо иметь очень маленькое проходное сечение. А это вызывает повышенный шум системы и повышается вероятность его засорения.

В системах с нижней разводкой подающей магистрали трубопроводы прокладывают у наружной стены под потолком или над полом подвала. Если подвал отсутствует, то трубопроводы прокладывают под отопительными приборами первого этажа или в подпольном канале. В вертикальных системах с верхней разводкой подающую магистраль монтируют под потолком последнего этажа, а при наличии чердака по чердаку или техническому этажу. В зданиях и сооружениях, возводимых из отдельных секций целесообразно применять посекционную разводку трубопроводов отопления. В этом случае каждая секция здания имеет самостоятельную систему отопления, что позволяет сдавать его в эксплуатацию по секциям и частично компенсировать инвестиционные затраты.

После выбора вида системы отопления, на планах наносят горизонтальные трубопроводы. При этом, трубы, для наглядности, условно относят от стены. Вертикальные трубопроводы на плане обозначаются точками. Словами показывают направление вертикального трубопровода. Вертикальный трубопровод, к которому подключены отопительные приборы, называют стояком. Каждый стояк имеет свой порядковый номер. Нумерацию стояков выполняют слева направо по наружному контуру здания. Линиями на планах показывают подключение приборов к стояку. В однотрубной системе отопления, подводку к приборам показывают одной линией, в двухтрубной системе – двумя. Обозначают подающий трубопровод Т1, обратный Т2. Показывают направление уклона и расставляют необходимую запорно-регулировочную арматуру. В системах с верхней разводкой, при установке воздухосборника перед последним стояком по ходу движения теплоносителя допускается магистраль прокладывать горизонтально, если скорость движения теплоносителя более 0,2 м/с.

7. Гидравлический расчет системы отопления.

Расчет системы отопления заключается в подборе диаметров магистральных трубопроводов, стояков и подводок к приборам, таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление рассчитываемых колец было равно располагаемому давлению с учетом запаса. Запас необходим для того, чтобы компенсировать увеличение гидравлического сопротивления при изменении шероховатости труб в процессе эксплуатации системы.

При выполнении гидравлического расчта имеется два пути. Первый - когда известно располагаемое давление. В этом случае диаметры трубопроводов подбирают на основании средних потерь давления на трение циркуляционного кольца и расхода теплоносителя на участке. Второй – диаметры труб подбирают, ориентируясь на оптимальную скорость движения те6плоносителя и расход теплоносителя на участке. А после получения гидравлического сопротивления системы подбирают необходимый циркуляционный насос.

В первом и во втором случаях необходимо учитывать величину гравитационного давления. Если величина гравитационного давления положительна и составляет менее 10% от располагаемого, то можно ее при расчете не учитывать, а добавлять к величине запаса.

Рассмотрим действие гравитационного давления на примере гравитационной системы, т.е. без циркуляционного насоса. На рис. 7.1 показана принципиальная (упрощенная) схема водяного отопления с естественной (гравитационной) циркуляцией.

2

3

6

6

5

8

h

1

7

7

4

Рис 7.1.Схема системы отопления с естественной циркуляцией.

В котле 1 нагревается вода, при этом уменьшается ее плотность. Произведение плотности на высоту столба жидкости дает величину давления в левой части системы. При охлаждении воды в отопительном приборе ее плотность увеличивается. Аналогично получаем величину давления в правой части системы. Вода, имеющая большую плотность, вытесняет из замкнутой системы 1 2 3 4 5 воду меньшей плотности. Эпюра давлений в сети показана цифрами 6 – 7 - 8. В результате в системе возникает циркуляция теплоносителя (воды). Пренебрегая охлаждением в трубах, находим действующее в системе гравитационное давление, Па

Па (7.1)

В этой формуле расчетная высота столба воды h принимается между центрами котла и отопительного прибора (см. рис. 7.1). Расчетная разность плотностей воды графически обозначена 8.

Зависимость плотности воды от ее температуры приведена в таблице 7.1.

Таблица 7.1.

Плотность воды

Температура, оС	70	80	90	100	110	120	130	140	150
Плотность, кг/м3	978	972	965	957	951	943	935	926	917

Величина гравитационного давления (p_г) при естественной циркуляции сравнительно невелика 500…1000 Па. Поэтому для уменьшения потерь давления в циркуляционном кольце вынуждены снижать скорости движения теплоносителя путем увеличения диаметров трубопроводов. Чтобы уменьшить сечение труб, устанавливают циркуляционный насос или используют имеющуюся разность давлений между подающим и обратным трубопроводами теплосети. Если температура теплоносителя теплосети превышает значение температуры в системе отопления и разность давлений между подающим и обратным трубопроводом более 80 кПа, то можно систему отопления присоединить к тепловой сети при помощи элеватора.

Располагаемое давление в системе отопления при наличии элеватора на вводе определяют по формуле:

(7.2)

Где: (P_сет – P_о ) - разность давлений подающего и обратного трубопровода теплосети на вводе в здание.

Если циркуляция в системе отопления осуществляется при помощи насоса, установленного в тепловом пункте, то подбор диаметров трубопроводов осуществляется по допустимым скоростям движения теплоносителя. Их значения приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Допустимые скорости движения воды, м/с, в трубопроводах системы отопления

Допустимый эквивалентный уровень шума	Скорость воды в трубах при коэффициентах местных сопротивлений узла отопительного прибора или стояка с арматурой, приведенных к скорости теплоносителя в трубах
	до 5	до 10	до 15	до 20	до 30
25	1,5/1,5	1,1/0,7	0,9/0,55	0,75/0,5	0,6/0,4
30	1,5/1,5	1,5/1,2	1,2/1,0	1,0/0,8	0,85/0,65
35	1,5/1,5	1,5/1,5	1,5/1,1	1,2/0,95	1,0/0,8
40	1,5/1,5	1,5/1,5	1,5/1,5	1,5/1,5	1,3/1,2

Примечание: в числителе приведены допустимые скорости теплоносителя при применении кранов: пробочных, трехходовых и двойной регулировки, в знаменателе – при применении вентилей. Если трубопровод проходит через несколько помещений, то следует применять арматуру с наименьшим коэффициентом местного сопротивления и в расчет принимать скорость для помещений с наименьшим уровнем шума.

Система отопления, как правило, состоит из нескольких ветвей, подсоединенных в узле ввода к распределительному коллектору. Расчет системы начинают с наиболее протяженной ветви имеющей наибольшую тепловую нагрузку. Для этого выбранную ветвь (циркуляционное кольцо) разбивают на расчетные участки. За участок принимают часть циркуляционного кольца, на котором сохраняется постоянный расход теплоносителя. Каждому участку присваивается порядковый номер. Нумерацию, как правило, начинают от узла ввода подающего трубопровода и заканчивают в узле ввода обратного трубопровода.

На каждом участке определяют тепловую нагрузку (сумма тепловых нагрузок подключенных к нему отопительных приборов) и вычисляют расход теплоносителя по формуле. Тепловая нагрузка приборов находится на основе потерь теплоты помещениями с учетом коэффициентов β₁ и β₂. (см. раздел «определение поверхности отопительных приборов»).

(7.3)

Определяют длину расчетного циркуляционного кольца и находят средние потери давления на трение циркуляционного кольца по формуле:

(7.4)

Где: m - коэффициент показывающий долю потерь давления на трение по отношению к всем потерям циркуляционного кольца. Для однотрубных систем отопления, величина «m» равна - 0,65, для двухтрубных – 0,5.

∑L – сумма длин участков циркуляционного кольца.

Для определения диаметра трубопровода и потерь давления на участке пользуются номограммой приведенной на рис. 7.2. Рис. 7.2. Номограмма зависимости диаметров трубопроводов, удельных потерь давления, динамического давления, скорости и расхода теплоносителя.

По двум значениям - расходу теплоносителя на участке и средним потерям давления циркуляционного кольца определяют ориентировочный диаметр трубопровода на участке. От полученной точки перемещаются до ближайшего диаметра, сохраняя постоянный расход. Точка на пересечении принятого диаметра и расчетного расхода на участке покажет величину потерь давления на трение на 1 п.м., скорость и динамическое давление на участке. Полученные значения заносятся в таблицу 7.3.

(Если в узле ввода предусмотрена установка циркуляционного насоса на систему отопления, то диаметр трубопровода на участках циркуляционного кольца определяют по величине расхода и оптимальной скорости теплоносителя.)