KURS_LEKTsIJ_IOB

Схема при місцевому (децентралізованому)

теплопостачанні від власної водонагрівної котельні показана на рис. 2.4 а. Воду, що віддала свою теплоту в інженерних системах і охолоджену до температури tо нагрівають в котлах (теплогенераторах) до температури tг і переміщають за допомогою циркуляційного насоса включеного в загальну подаючу або зворотну магістраль, до якій, як показано на схемі, приєднаний також розширювальний бак. Системи заповнюють водою з зовнішнього водопроводу.

При централізованому водяному теплопостачанні застосовують три способи приєднання тепло споживаючих систем до зовнішніх

теплопроводів.

Незалежна схема приєднання систем (рис. 2.4 б)

близька по своїх елементах до схеми при місцевому (децентралізованому) теплопостачанні. Лише котли замінюють теплообмінниками і систему заповнюють деаерованою, позбавленою розчиненого повітря, водою зі зовнішньої (міської) теплової мережі. Воду для заповнення інженерних систем, як правило, забирають із зворотного теплопроводу зовнішньої мережі, використовуючи високий тиск в ній або спеціальний підживлюючий насос, якщо цього тиску недостатньо для заповнення всіх інженерних систем. При незалежній схемі створюється місцевий теплогідравлічний режим в системах при зниженій температурі гріючої води (tг<t1). Незалежну схему приєднання застосовують, коли в інженерних системах не допускається підвищення гідростатичного тиску (по умові міцності елементів систем) до тиску, під яким находиться вода в зовнішньому теплопроводі. Перевагою незалежної схеми, окрім забезпечення стійкого теплогідравлічного режиму індивідуального для кожної будівлі, є її висока надійність, зокрема, можливість збереження циркуляції з використанням тепловмісту води протягом деякого часу, зазвичай достатнього для усунення можливого аварійного пошкодження зовнішніх теплопроводів.

Залежна схема приєднання із змішуванням води (рис. 2.4 в) простіша по конструкції і в обслуговуванні. Вартість її значно нижча за вартість незалежної схеми, завдяки виключенню багатьох конструктивних елементів. Циркуляція теплоносія в залежній схемі здійснюється за рахунок різниці тиску води в

71

точках її приєднання до зовнішньої теплової мережі. Цю схему вибирають, коли в теплоспоживаючих системах і перш за все, в системі опалювання (по санітарно-гігієнічних міркуванням) потрібна температура води tг<t1 і допускається підвищення гідростатичного тиску до тиску, під яким знаходиться вода в зовнішньому зворотному теплопроводі.

Залежна прямоточна схема приєднання інженерних систем до зовнішніх теплопроводів найбільш проста по конструкції і в обслуговуванні (рис. 2.4 г). Прямоточну схему застосовують, коли допускається подача в інженерні системи високотемпературної води (tг=t1) і значний гідростатичний тиск, або при прямій подачі низькотемпературної води. Недоліками залежної прямоточної схеми є неможливість місцевого регулювання температури гарячої води і залежність теплового режиму будівлі від температури води в зовнішньому подаючому теплопроводі. Висота будівель, в яких використовують високотемпературну воду, обмежена внаслідок необхідності зберегти в системі гідростатичний тиск, досить високий для запобігання закипанню води в системах.

Досить часто схема місцевого теплового пункту будівлі при централізованому теплопостачанні може бути комбінованою, коли, наприклад, система центрального водяного опалювання підключається до зовнішніх теплових мереж за незалежною схемою, а інші системи, наприклад, вентиляції і кондиціонування повітря – за залежною схемою.

2.5СИСТЕМИ ВОДЯНОГО ОПАЛЕННЯ

2.5.1.Класифікація систем водяного опалення

Системи водяного опалення завдяки високим санітарно-гігієнічним якостям, надійності і довговічності найпоширеніші у житлових, громадських і виробничих будинках. Системи водяного опалення поділяють:

1. За розташуванням подаючих трубопроводів: з верхнім і нижнім розведенням трубопроводів.

Система водяного опалення з верхнім розведенням і природною циркуляцією (рис. 2.5 а) працює таким чином. Вода з котла надходить в головний стояк, з якого потрапляє в подаючий магістральний трубопровід, а з нього – в подаючі стояки. Із стояків вода по підведеннях надходить в опалювальні прилади, в яких, охолоджуючись, віддає тепло повітрю приміщення і через зворотні підведення потрапляє у зворотні стояки, зворотний магістральний трубопровід і повертається в котел.

Система водяного опалення з нижнім розведенням і природною циркуляцією (рис. 2.5 б) отримала таку назву через розташування подаючого магістрального трубопроводу в нижній частині будинку. Виконується така система за двома варіантами, які відрізняються схемами видалення повітря: з централізованим відведенням повітря через повітровідвідні труби (ліва частина схеми на рис. 2.5 б) і з відведенням повітря на кожному опалювальному приладі через повітряні крани (права частина схеми).

Повітровідвідні трубопроводи (діаметр 15 або 20 мм) забезпечують транспортування повітря до розширювального баку, де воно видаляється із

72

системи. Повітряні крани влаштовані таким чином, що пропускають при повному відкритті тільки повітря.

Розширювальний бак в обох схемах використовується для створення додаткової ємності, необхідної для компенсації

73

контур потоку гарячої води від вводу в будинок (або від котла) в будь-якому напрямку і до будь-якого опалювального приладу (або декількох послідовно з'єднаних) і потоку зворотної води, який повертається до теплового пункту (або котла).

Різна довжина кілець викликає нерівні умови для нормальної роботи опалювальних приладів. Якщо кільце довге, то створюються умови для недоотримання цим приладом необхідної кількості води, а отже, й тепла. Правильним підбором діаметрів труб цього можна уникнути.

Системи з попутним рухом води (рис. 2.7) характеризуються такими показниками: однаковим напрямком руху води в подаючому і зворотному трубопроводах та однаковою довжиною циркуляційних кілець. Завдяки останньому через всі опалювальні прилади проходить приблизно однакова кількість води, що забезпечує розрахункову тепловіддачу. Недоліком цих систем є велика довжина труб, а отже, менша економічність. Такі системи використовують у великих громадських будинках і в довгих (у плані) виробничих будинках.

4. За способом циркуляції: з

природною і насосною циркуляцією.

Системи з природною циркуляцією

інакше називають гравітаційними системами. Циркуляція води в таких системах виникає за рахунок різниці гідростатичного тиску двох стовпів води

Рис. 2.7 Схема системи водяного однакової висоти. Різні гідростатичні тиски опалення з попутним рухом води виникають через різні густини води внаслідок охолодження води в трубопроводах і опалювальних приладах.

Рух води в насосних системах здійснюється за рахунок роботи насосів (рис. 2.8). Насос влаштовується на зворотному магістральному трубопроводі перед водопідігрівачем, розташованим у тепловому пункті (або котлом). Завдяки тому, що рух води здійснюється за допомогою насоса, швидкість руху води в трубопроводах значно вище, ніж в гравітаційній системі. Це дозволяє зменшити діаметри трубопроводів, що здешевлює систему опалення і дозволяє збільшити радіус її дії.

Регулювальні крани влаштовують не тільки на підведеннях до кожного радіатора, але й на кожному подаючому і зворотному стояках.

74

Насосні системи можуть не мати насоса в межах будинку. Насоси в кожному будинку можуть бути замінені одним насосом на ТЕЦ або в районній котельні.

2.5.2. Циркуляційний тиск в системах водяного опалення

Системи, які наведені на рис. 2.5 і 2.6, гравітаційні. На прикладі найпростішої схеми, показаної на рис. 2.9, визначимо природний (гравітаційний) тиск, який виникає в системі водяного опалення.

В подаючому трубопроводі, позначеному суцільною лінією, вода має температуру tг і густину ρг. Трубопровід з охолодженою водою температурою tо і густиною ρо позначений на схемі пунктиром. Взаємне розташування окремих елементів системи опалення показане на схемі висотами h1, h2, h3, h4,. Прийнято, що нагрівання води здійснюється в котлі, охолодження – в опалювальному приладі; вода в трубопроводах не охолоджується.

Визначимо гідростатичний тиск води, який діє на переріз 1-1 зворотної магістралі справа і зліва. Різницею цих тисків буде надлишковий циркуляційний тиск, під дією якого відбувається рух води в замкнутому контурі трубопроводів системи.

Тиск стовпа води справа:

Звідси витікає, що природний циркуляційний тиск дорівнює добутку прискорення вільного падіння на відстань по вертикалі між точками нагріву й

охолодження води і різницю густин нагрітої та охолодженої води.

Якщо ввести довільну площину відліку висот А-А і позначити висоту точки охолодження опалювального приладу hт.о. і висоту точки нагріву в тепловому вузлі hт.н., то, враховуючи, що h2 = hт.о. – hт.н., рівняння (2.12) можна переписати у вигляді:

тобто природний циркуляційний тиск дорівнює прискоренню вільного падіння, помноженому на суму добутків висот точок охолодження і нагрівання на різницю густин води після і до цих точок, рахуючи у напрямку руху води. Це визначення можна поширити і на загальний випадок, коли в замкнутому контурі трубопроводів довільно розташовані декілька точок нагрівання і охолодження. В цьому випадку гравітаційний циркуляційний тиск можна виразити рівнянням:

75

Таким чином, гравітаційний циркуляційний тиск в замкнутому контурі трубопроводів з довільно розташованими в ньому точками нагрівання і охолодження дорівнює прискоренню вільного падіння, помноженому на суму добутків висот окремих точок нагрівання і охолодження над довільно прийнятим рівнем відліку на різницю густин води після і перед точками в напрямку циркуляції води в контурі.

При визначенні гравітаційних тисків в розрахунках, які не вимагають високої точності, можна скористатись таким спрощенням. Різниця густин води при температурах 95 і 70 °С дорівнює 15,91 кг/м3. В звичайному для систем водяного опалення проміжку температур можна прийняти лінійну залежність між густиною і температурою, вважаючи, що зміні температури на 1 °С відповідає зміна густини на 15,91·25 = 0,64 кг/(м2·°С). Тоді замість Δρ = ρ1 - ρ2

можна ввести в розрахунокDt = t1 - t2 :

опалювання так, щоб при розрахункових витратах теплоносія втрати тиск у всіх циркуляційних кільцях був не більш розрахункового циркуляційного тиску. Як розрахункова схема системи використовують аксонометричну схему.

Розрахунок рекомендується виконувати в наступному порядку.

1. Вибирають розрахункові циркуляційні кільця, головним з яких є кільце, що має найбільшу довжину. У реальних проектах проводять розрахунок всіх кілець, в учбовому – число кілець обмежене, але розрахунки найбільшого і найменшого по довжині кілець обов'язкові. На аксонометричній схемі нумерують всі ділянки кілець, що розраховуються системи. Кордонами ділянок є точки злиття або розділення потоків.

На схемі приводять теплові навантаження нагрівальних приладів. У проекті можна не враховувати втрати теплоти в теплопроводах, що проходять в неопалювальних приміщеннях, і потоки теплоти, що поступають в приміщення від розташованих в них труб. В цьому випадку теплові навантаження нагрівальних приладів дорівнюють тепловтратам приміщень, в яких вони розташовані.

2.Розраховують потоки теплоти для ділянок системи.

3.Визначають циркуляційний тиск для кожного розрахункового кільця

ΔРр, Па. Тиск, що виникає за рахунок охолодження води в приладах, визначають для систем з природною і насосною циркуляцією по одним формулам. Приклад розрахункових схем його визначення в різних системах показаний на рис. 2.10.

4.Визначають витрати води на ділянках розрахункових циркуляційних кілець, кг/год.

5.Призначаються попередні діаметри трубопроводів ділянок великого циркуляційного кільця. При цьому рекомендується приймати такі діаметри, для яких при розрахункових витратах питомі втрати тиску на тертя приблизно відповідає середньому значенню питомих втратам тиску в розрахунковому циркуляційному кільці.

76

Рис. 2.10 Розрахункові схеми двотрубної системи водяного опалювання з насосною циркуляцією (а) та однотрубної системи водяного опалювання з насосною циркуляцією (б): 1

– генератор тепла; 2 – насос; 3 – розширювальний судина; 4 – головний стояк; 5 – нагрівальні прилади

6. Для того, щоб загальна витрата теплоносія розподілялася по всіх стоякам відповідно до їх розрахункового навантаження, необхідно забезпечити рівність втрат тиску при пропуску розрахункових витрат теплоносія у всіх кільцях.

2.5.3. Основи гідравлічного розрахунку трубопроводів систем водяного опалення

Для визначення діаметрів трубопроводів систем опалення застосовують загальні закони гідравліки. Для руху теплоносія трубопроводами потрібно знати різницю тисків на початку і в кінці розрахункової ділянки трубопроводу. Ця різниця тисків витрачається на подолання тертя теплоносія зі стінками трубопроводу і у місцевих опорах. Місцевими опорами називаються повороти,

хрестовини, трійники, крани, місця зміни діаметрів тощо.

Розрахунок трубопроводів починають з викреслювання аксонометричної схеми системи опалення. На схемі вибирають розрахункове циркуляційне кільце – головне (найдовше і найбільш навантажене). Головне циркуляційне кільце складається з ділянок подаючих і зворотних трубопроводів. Ділянкою називається частина трубопроводу, на якій не змінюється витрата теплоносія. Розраховане таким чином кільце в подальшому приймається в якості опорного для гідравлічного ув'язування всіх інших кілець системи. Задача полягає в підборі діаметрів ділянок. Необхідно витримати певну величину нев'язки між ними, яка у водяних системах опалення рівна ± 15 %.

2.6ОПАЛЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ

2.6.1.Види і конструкції опалювальних приладів

Опалювальні прилади є одним з найважливіших елементів системи опалення і призначені для передачі тепла від теплоносія в приміщення будинку. До них висуваються ряд вимог: теплотехнічних, санітарно-гігієнічних, технікоекономічних, естетичних.

До теплотехнічних вимог відносяться: високе значення коефіцієнта теплопередачі опалювального приладу, тобто здатність передавати якомога

77

більші кількості тепла від теплоносія до повітря приміщення; габарити і форма опалювального приладу повинні сприяти більшій віддачі тепла.

Санітарно-гігієнічні вимоги є такі: температура поверхні опалювального приладу повинна відповідати призначенню приміщення, в якому він встановлений (для житлового приміщення – 70-80 °С, для виробничих – вища температура); характер поверхні приладу не повинен сприяти відкладанню пилу; форма приладу повинна сприяти легкому очищенню всіх його частин від пилу.

До техніко-економічних вимог відносяться: мала вартість приладу, а також матеріалів для його виготовлення; мала маса і малі габарити при великій поверхні нагріву; великий термін служби; мінімальна витрата металу.

З точки зору естетики форма опалювального приладу повинна бути гарною; прилад повинен гармоніювати з інтер'єром приміщення.

Всі опалювальні прилади по переважаючому способу тепловіддачі

діляться на три групи.

1.Радіаційні прилади, передавальні випромінюванням не менше 50 % загального теплового потоку. До першій групі відносяться стельові опалювальні панелі і випромінювачі.

2.Конвективно–радіаційні прилади передавальні конвекцією від 50 до 75

%загального теплового потоку. Друга група включає радіатори секційні і панельні, гладкотрубные прилади, підлогові опалювальні панелі.

3.Конвективні прилади, передавальні конвекцією не менше 75 % загального теплового потоку. До третьої групі належать конвектори і ребристі труби.

Уці три групи входять опалювальні прилади п'яти основних видів (рис.

2.11– 2.14): радіатори секційні і панельні, гладкотрубні прилади (ці три види приладів мають гладку зовнішню поверхню), конвектори, ребристі труби (мають ребристу поверхню). До приладам з ребристою зовнішньою поверхнею відносяться також калорифери, вживані для нагрівання повітря в системах повітряного опалювання, вентиляція і кондиціонування повітря.

По використовуваному матеріалу розрізняють металеві, комбіновані і неметалеві опалювальні прилади. Металеві прилади виконують в основному з сірого чавуну і сталі (листовій сталі і сталевих труб). Застосовують також мідні труби, аркушевий і литий алюміній і інший метал.

78

У комбінованих приладах використовують теплопровідний матеріал (бетон, кераміку), в який закладають сталеві або чавунні гріючі елементи

По висоті вертикальні опалювальні прилади підрозділяють на високі (заввишки більше 650 мм), середні (від 400 до 650 мм) і низькі (від 200 до 400 мм). Прилади заввишки 200 мм і менш називають плінтусними.

По глибині (товщині) застосовуються прилади малої (до 120 мм),

середньої (від 120 до 200 мм) і великої глибини (більше 200 мм).

По величині теплової інерції можна виділити прилади малої і великої інерції. До приладів малої тепловій інерції відносять прилади, що мають невелику масу матеріалу і вмісту води. Такі прилади з гріючими трубами малого діаметру (наприклад конвектори) швидко змінюють тепловіддачу при регулюванні кількості теплоносія, що подається. Приладами, що володіють великою тепловою інерцією вважають масивні прилади, що вміщають значну кількість води (наприклад, чавунні радіатори). Такі прилади змінюють тепловіддачу порівняно повільно.

Нижче даний детальніший опис основних видів опалювальних приладів, вживаних в будівництві сучасних будівель.

Цілком очевидно, що створити опалювальний прилад, який відповідатиме всім вимогам доволі важко, тому, в першу чергу звертають увагу на санітарногігієнічні і теплотехнічні вимоги.

висотою радіатори поділяють на високі – 1000 мм, середні – 500 мм і низькі – 300 мм. Глибина секції – 140 і 90 мм. Найчастіше використовують середні радіатори.

79

Виробництво чавунних радіаторів вимагає великої витрати металу, вони трудомісткі у виготовленні і монтажі. При цьому ускладнюється виготовлення панелей внаслідок влаштування в них ніш для встановлення радіаторів. Крім цього, виробництво радіаторів призводить до забруднення навколишнього середовища. Тому, незважаючи на такі важливі переваги радіаторів, як корозійна стійкість, налагодженість технології виготовлення, простота зміни потужності приладу шляхом зміни кількості секцій тощо, їх виробництво в нашій країні скорочується за рахунок випуску приладів зі сталі, алюмінію та ін.

Радіатори встановлюють в приміщеннях під вікнами і біля зовнішніх стін. У зовнішній цегляній стіні можуть передбачатись для встановлення радіаторів ніші, що полегшує монтаж трубопроводів системи опалення, адже не потрібно гнути підвідні труби. За відсутності ніш монтаж трубопроводів ускладнюється. При встановленні радіаторів обов'язковим є дотримання відстаней від поверхні радіатора до підлоги, верха і поверхні ніші (не менше 2,5-6 см); до бокових стінок ніші відстань приймають не менше 20-30 см.

До чавунних опалювальних приладів відносять також ребристі труби, які приєднують до трубопроводів за допомогою фланців. Ребристі труби виготовляють довжиною 0,5; 0,75; 1; 1,5 і 2 м з круглими ребрами і поверхнею нагріву 1; 1,5; 2; 3 і 4 м2. Ребристість приладу збільшує поверхню тепловіддачі, але ускладнює очищення його від пилу і знижує коефіцієнт теплопередачі. Ребристі труби влаштовують у виробничих приміщеннях, комунальних підприємствах тощо.

До cтaлeвиx опалювальних приладів відносять: гладкі труби; радіатори, штамповані із листової сталі; калорифери і конвектори.

Гладкі труби у вигляді змійовика або регістра встановлюються на промислових і деяких комунальних підприємствах.

товщиною 1,4–1,5 мм, з'єднаних поміж собою контактним зварюванням з утворенням ряду паралельних вертикальних каналів, об'єднаних зверху і знизу горизонтальними колекторами (РСП), або з утворенням ряду горизонтальних каналів для проходження теплоносія (РСГ2).

Сталеві радіатори типу РСВ1 і РСГ2 порівняно з литими чавунними радіаторами мають приблизно вдвічі меншу масу, на 25-30 % дешевші, потребують менші затрати на транспортування і монтаж. Завдяки малій будівельній глибині їх зручно влаштовувати відкрито під вікнами і біля стіни. Область застосування сталевих панельних радіаторів обмежена системами опалення, що використовують підготовлену теплофікаційну воду, яка має незначну корозійну дію.

80