§ 18.2. Двухтрубная система водяного отопления повышенной тепловой устойчивости

Достаточно распространенная в городской застройке однотрубная насосная система водя-ного отопления не лишена недостатков. При ее эксплуатации тепловой режим в отдель-ных помещениях отклоняется от заданного вследствие нарушений расчетных условий в системе, вызываемых несоответствием фактической площади нагревательной поверхно-сти приборов расчетной площади и непланомерным изменением температуры и расхода воды. Эти нарушения усугубляются своеобразной цепной реакцией, возникающей при продвижении воды через последовательно соединенные приборы каждого стояка или вет-ви. В результате при эксплуатации вынужденно проводят центральное регулирование температуры горячей воды, ориентируясь на помещения, находящиеся в неблагоприятных тепловых условиях. Это вызывает перегревание большинства помещений и перерасход теплоты на обогревание зданий.

Тепловой комфорт во всех помещениях и экономия теплоты, расходуемой на отопление, скорее могут быть обеспечены при независимой теплоподаче в каждый отопительный прибор. При этом упрощается индивидуальное регулирование теплоотдачи приборов с учетом теплопоступлений в помещения от других источников. Возможно даже использо-вание приборов для охлаждения помещений в летнее время. Таким образом, по эксплуа-тационным соображениям систему отопления желательно выполнять по схеме не только с двухтрубными магистралями, но и с двухтрубными стояками. Двухтрубная система водя-ного отопления была заменена в нашей стране однотрубной в целях экономии металла на теплопроводах, уменьшения затрат труда при производстве заготовительных и монтаж-ных работ, устранения пусконаладочного регулирования, т.е. для улучшения заготови-тельно-монтажных показателей. При этом была также достигнута повышенная эксплуата-ционная гидравлическая устойчивость.

Следовательно, если систему отопления для придания ей дополнительных эксплуатацион-ных достоинств нужно сделать двухтрубной, то такая система, прежде всего, должна быть равноценна однотрубной по достигнутым показателям.

Равноценность может быть обеспечена при использовании двухтрубных стояков в системе с нижней разводкой. В таких стояках увеличение естественного циркуляционного давле-ния вследствие охлаждения воды в трубах и приборах сопровождается увеличением дли-ны циркуляционных колец. Двухтрубная система с верхним расположением подающей магистрали для этой цели непригодна.

Традиционная вертикальная двухтрубная система отопления (даже с нижней разводкой) отличается при эксплуатации от однотрубной неустойчивостью распределения теплоно-сителя воды между отопительными приборами по высоте стояков. Неустойчивость рас-

459

пределения воды под воздействием непропорционально изменяющегося естественного циркуляционного давления приводит к значительному вертикальному тепловому разрегу-лированию в течение отопительного сезона. Этот недостаток насосной двухтрубной си-стемы уже отмечался: в теплый период отопительного сезона перегреваются помещения на нижних этажах, а в холодный период, наоборот, перегреваются помещения на верхних этажах, и недогреваются нижние помещения.

Ранее для преодоления этого недостатка в двухтрубной системе многоэтажного здания предлагалось повысить потери давления в подводках к отопительным приборам за счет установки на них дроссельных кранов повышенного гидравлического сопротивления с дросселирующим устройством (см. рис. 5.13). В настоящее время эта задача решается пу-тем установки на подающей подводке к прибору термостатического клапана с автомати-ческим количественным регулированием (см. рис. 5.16), с помощью которого можно про-вести требуемую гидравлическую (монтажную) регулировку системы отопления. Послед-нее можно осуществить и с помощью специального отключающего крана, установленного на обратной подводке прибора (см. рис. 5.17).

Исследованиями установлено, что потери давления в таких кранах р_кр должны быть не меньше максимального естественного циркуляционного давления, возникающего вслед-ствие охлаждения воды, протекающей через отопительные приборы на верхнем этаже обогреваемого здания:

где р_е.макс - максимальное естественное циркуляционное давление в двухтрубном стояке, Па, определяемое по формуле (7.35).

При выполнении этого условия двухтрубная система с кранами повышенного гидравличе-ского сопротивления у приборов будет действовать в течение отопительного сезона устойчиво, т.е. без значительного вертикального теплового разрегулирования.

Монтажная настройка термостатического клапана и (или) отключающего крана на обрат-ной подводке к отопительному прибору осуществляется с применением специальных диа-грамм по методике, предоставляемой их фирмами-изготовителями.

Диаметр диафрагмы d_д, мм, в дроссельном кране можно выбрать как средний после про-ведения оценочных расчетов по формуле

где G_пр - расход воды, кг/ч, в отопительном приборе, который определяют по тепловым нагрузкам приборов, находящихся в средней зоне (по высоте) трех характерных для си-стемы стояков.

Желательно для всех дроссельных кранов системы принимать один и тот же диаметр диа-фрагмы. Однако при выборе ее диаметра учитывают возможность возникновения шума при протекании через кран воды, хотя для улучшения акустической характеристики дрос-селирующую диафрагму делают конусной (со скошенной кромкой отверстия). Диаметр диафрагмы выбирают по расчету в пределах 3...6 мм и проверяют скорость движения во-ды w, м/с, в подводке перед дроссельным краном вентильного типа по эмпирической формуле

460

где N - номер предельного спектра (ПС) звукового давления, допустимого для помещения; ζ - КМС диафрагмы в кране, отнесенный к скорости w.

Как уже указывалось (см. § 5.6), для жилого помещения (ПС-25) при диаметре диафрагмы в кране 3 мм скорость движения воды в подводке D_yl5 должна составлять 0,1 м/с. Для по-лучения такой скорости, вычисленной по формуле (18.4), тепловая нагрузка отопительно-го прибора при перепаде температуры воды в нем 25 °С не должна превышать 2000 Вт.

Исходя из ограничений в выборе диаметра диафрагмы в кранах, установлено: при кон-струировании двухтрубной системы повышенной тепловой устойчивости тепловые нагрузки отопительных приборов должны по возможности выравниваться. Система может применяться в многоэтажных зданиях, имеющих не более восьми этажей.

При использовании дроссельных кранов повышенного гидравлического сопротивления многоэтажные стояки можно, в отличие от обычной двухтрубной системы, выполнять из труб малого диаметра. В 3-5-этажных зданиях допустим единый диаметр труб D_y15 по всей высоте стояков, в 6-8-этажных зданиях - составные стояки из труб D_y15 и 20 мм с тем, чтобы скорость движения воды при максимальном расходе в основании стояков не превышала предельно допустимой. При такой унификации диаметров стояков не только сокращается расход металла, но и устраняется еще один существенный недостаток тради-ционной двухтрубной системы - "телескопическое" строение стояков из труб различного диаметра, в том числе значительно увеличенного в нижней их части (см. пример 8.8). По-добное строение стояков получается вследствие применения обычного способа их гидрав-лического расчета, фактически ориентированного на естественную циркуляцию воды в стояках.

Гидравлический расчет двухтрубной системы повышенной тепловой устойчивости начи-нают с трех характерных для нее стояков (дальнего, среднего и ближнего к тепловому пункту), причем проводят расчет сверху вниз, начиная с подводок к верхним отопитель-ным приборам. Расчет выполняют по способу характеристик сопротивления (см. § 8.4 и пример 8.15) с учетом изменения естественного циркуляционного давления. Потери дав-ления в подводках к приборам определяют по потерям давления в диафрагмах дроссель-ных кранов. При этом характеристику сопротивления диафрагмы в кране S_д, ПаУ(кг/ч)², вычисляют по формуле

где d_д - выбранный диаметр отверстия диафрагмы в регулирующем кране, мм.

В результате гидравлического расчета стояков получают расход и перепады температуры воды в отопительных приборах. Перепады температуры воды характеризуются постепен-ным их уменьшением сверху вниз в каждом стояке. Находят также разность насосного давления в основании стояков как исходную величину для продолжения гидравлического расчета участков магистралей между рассчитанными стояками и затем промежуточных стояков.

Тепловой расчет отопительных приборов выполняют после гидравлического расчета, ис-ходя из полученной средней температуры воды в приборах.

461

К достоинствам двухтрубной системы водяного отопления повышенной тепловой устой-чивости относится также возможность ее включения в работу после окончания монтажа без проведения специального пуско-наладочного регулирования, характерного для тради-ционной двухтрубной системы. Регулирующие краны с дросселирующей диафрагмой ис-пользуют, как и в однотрубной системе, только для эксплуатационного (индивидуального) регулирования теплоотдачи отопительных приборов.