1.5.2. Однотрубные системы отопления

Вертикальные однотрубные системы водяного отопления со смещенными замыкающими участками могут оснащаться радиаторными терморегуляторами с проходными регулирующими клапанами пониженного гидравлического сопротивления, например RTD-G (рис. 1.20 - 1.21).

Рис. 1.20. Схема однотрубной системы отопления с верхней разводкой

и смещенными замыкающими участками

Рис. 1.21. Схема однотрубной системы отопления с нижней разводкой магистралей

В горизонтальных системах отопления (рис. 1.21), в том числе квартирных, целесообразно использовать терморегуляторы в составе присоединительных гарнитур RTD-KE, в конструкцию которых встроен байпас.

Установка терморегуляторов в однотрубных системах отопления уменьшает коэффициент затекания воды в отопительные приборы, а это приводит к увеличению требуемой поверхности нагрева (увеличение стоимости системы отопления). Поэтому применение однотрубных систем отопления в новом строительстве должно быть ограничено. Использование терморегуляторов в однотрубных системах отопления дает больший эффект в случае использования автоматизированного узла управления для предотвращения завышения температуры обратной воды, поступающей в тепловую сеть из системы отопления.

Для обеспечения наибольшего коэффициента затекания целесообразно принимать диаметр подводки к прибору и калибр клапана терморегулятора равным 20 мм, а диаметр замыкающего участка 15 мм. Для возможности отключения и демонтажа каждого отопительного прибора на его обратной подводке следует установить проходной шаровой кран.

На стояках и горизонтальных ветках однотрубных систем отопления следует устанавливать балансировочные клапаны.

Ручные балансировочные клапаны устанавливаются в небольших системах отопления (до шести отопительных приборов, подключенных к стояку, и числе стояков на ветке не более трех).

Автоматические клапаны устанавливаются в больших системах отопления. Регуляторы могут устанавливаться как на подъемной, так и на опускной части однотрубного вертикального стояка или горизонтальной ветки; кроме того, регуляторы выполняют и функции запорной арматуры.

В процессе работы проходное сечение радиаторных терморегуляторов и балансировочных клапанов изменяется, например минимальное проходное сечение терморегулятора составляет около 2 мм. Поэтому, чтобы предотвратить засорение указанной арматуры, необходимо, предусматривать установку сетчатых фильтров с размером ячейки не более 5 мм. При диаметрах трубопроводов (более 50 мм) фильтры не отвечают указанным требованиям, поэтому необходимо дополнительно устанавливать фильтры на ветках или на каждом стояке, а в системах квартирного отопления фильтры следует устанавливать на вводе в каждую квартиру.

1.6. Основные принципы гидравлического расчета систем водяного отопления

Система отопления представляет собой разветвленную сеть трубопроводов, служащих для подачи теплоносителя (нагретой воды) в каждый отопительный прибор.

Цель гидравлического расчета – определить диаметр трубопроводов для подачи в каждый отопительный прибор расчетного расхода теплоносителя при расчетном циркуляционном давлении, вычисленном для данной системы отопления.

Из курса гидравлики известно, что при движении жидкости по трубам возникают потери давления на трение в местных сопротивлениях. К местным сопротивлениям относят тройники, крестовины, отводы, вентили, шаровые краны, теплообменники и т.д.

Потери давления R_тр, Па, на преодоление трений на участке трубопровода с постоянным расходом воды и неизменным диаметром определяют по формуле

, (1.9)

где d – диаметр трубопровода, м; λ – безразмерный коэффициент трения; υ – скорость движения воды, м/с; ρ – плотность воды, м³/кг; l – длина участка трубопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений Z, Па, определяют по формуле

, (1.10)

где ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке трубопровода, величина безразмерная, определяется по справочным данным; – динамическое давление воды в данном участке трубопровода Р_Д, Па.

Суммарные потери давления, возникающие при движении воды в трубопроводе циркуляционного кольца, должны быть меньше расчетного циркуляционного давления, вычисленного для данной системы отопления примерно на 10 %.

Расчетное циркуляционное давление – это давление, необходимое для поддержания принятого гидравлического режима системы отопления, или это давление, которое может быть израсходовано в расчетных условиях на преодоление гидравлических сопротивлений в системе.

Чаще гидравлический расчет выполняют либо методом удельных потерь давления на трение, либо методом характеристик.

При использовании первого метода потери давления на трение в местных сопротивлениях определяют раздельно для каждого участка; диаметры трубопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях, равных расчетному перепаду температуры воды в системе отопления.

При использовании второго метода устанавливают распределение потоков воды в кольцах циркуляции и получают переменные перепады температуры воды в стояках и ветвях. При этом диаметр трубопровода на каждом участке определяют с учетом допустимых скоростей движения воды.

Расчетный участок – это участок трубопровода с постоянным расходом теплоносителя. При расчете основного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении) рекомендуется предусматривать запас давления на неучтенные потери, но не более 10 % расчетного давления по формуле

. (1.11)

К гидравлическому расчету приступают после того, как выполнено следующее:

- вычислена тепловая мощность системы отопления здания;

- принята система отопления;

- выбран тип отопительных приборов и определено их количество для каждого помещения;

- размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, подающие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала – подающие и обратные магистрали;

- выбрано место для размещения индивидуального теплового пункта или котельной, показано на плане чердака или верхнего этажа (при совмещенной крыше) размещение расширительного бака и устройств для удаления воздуха;

- на всех планах подающие и обратные стояки системы отопления должны быть пронумерованы;

- вычерчивают пространственную схему системы отопления в изометрической проекции в масштабе 1:100, на схеме кроме стояков нумеруют все расчетные участки циркуляционных колец – участки труб - и указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка, сумма длин всех расчетных участков составляет величину расчетного циркуляционного кольца;

- выявляют основные циркуляционные кольца, в тупиковых однотрубных системах отопления за основное циркуляционное кольцо принимается кольцо циркуляции, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах – кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. В этом случае сумма длин участков, то есть Σl – наибольшая, а расчетное давление ΔР_р – наименьшее, тогда и отношение ΔР_р к Σl, показывающее давление на 1 метр длины, будет наименьшим.

В системах отопления с попутным движением воды за основное циркуляционное кольцо принимается кольцо циркуляции, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков.

- вычисляют расчетное циркуляционное давление ΔР_р, Па, по формуле

, (1.12)

где ΔР_н – давление, создаваемое циркуляционным насосом или элеватором, Па; Б – коэффициент, определяющий долю естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчетах; ΔР_е.пр. – давление, возникающее за счет охлаждения воды в отопительных приборах; ΔР_е.тр. – то же в трубопроводах;

- при расчете методом удельных потерь давления на трение, для предварительного выбора диаметра трубопровода, вычисляют среднее значение удельных потерь давления по основному циркуляционному кольцу R_ср, по формуле

, (1.13)

где k – коэффициент, учитывающий долю потерь давления на трение от общей величины расчетного циркуляционного давления (k равен 0,65 – для систем отопления с насосной циркуляцией; k равен 0,5 – для систем отопления с естественной циркуляцией); Σl – общая длина расчетного циркуляционного кольца, м; ΔР_р – расчетное циркуляционное давление, Па;

- вычисляют расход воды на расчетных участках G_уч, кг/ч, по формуле

, (1.14)

где Q_уч – тепловая нагрузка участка, Вт; с – теплоемкость воды, кДж/(кг·С); разность t_p и t_o – перепад температур воды в стояке, ºС;

β₁ – коэффициент учета дополнительного теплового потока отопительных приборов за счет округления поверхности нагрева прибора сверх расчетного;

β₂ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений.

Ориентируясь на вычисленные значения удельных потерь давления, формула (1.13), и зная расход воды, с помощью расчетной таблицы подбирают оптимальные диаметры труб расчетного кольца.

Все данные, получаемые в результате расчета, обычно записывают в специальную таблицу.

Следует помнить, что местные сопротивления тройников и крестовин относят к участку с наименьшим расходом воды.

Если потери давления в основном циркуляционном кольце будут больше или меньше расчетного (с учетом запаса), то на отдельных участках следует изменить диаметр труб.

После расчета основного кольца циркуляции рассчитывают параллельные кольца циркуляции. Проводиться «увязка» потерь давления, то есть получение равенства потерь давления, на параллельно соединенных дополнительных участках других колец. При этом невязка потерь давления не должна превышать 15 % для тупиковых систем отопления и 5 % для систем отопления с попутным движением теплоносителя.

Расход воды, проходящий через отопительный прибор, в однотрубных системах отопления с замыкающими участками G_пр, кг/ч, определяется зависимостью

, (1.15)

где G_пр – расход воды, поступающий в прибор, кг/ч; G_ст – то же, проходящее через стояк, кг/ч; α – коэффициент затекания воды.