водопостачання та водовыдведення / Інженерне обладнання будинків. Кравченко В. С., Садлій Л. А., Давидчук В. І

контур потоку гарячої води від вводу в будинок (або від котла) в любому напрямку і до любого 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.

Рис. 4.6. Принципова схема однотрубної системи водяного опалення з осьовими замикаючими ділянками:

К – котел; 1 – головний стояк; 2 – стояк; 3 – подаючий магістральний трубопровід

Мал. 4.7. Схема системи водяного опалення з попутним рухом води

230

Системи з попутним рухом води (мал. 4.7) 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 однакової висоти. Різні гідростатичні тиски виникають через різні густини води внаслідок охолодження води в трубопроводах і

опалювальних приладах.

Рух води в насосних системах здійснюється за рахунок роботи насосів (мал. 4.8). 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.

231

Завдяки збільшенню швидкостей руху води до 1-1,5 м/с (громадські будинки) і 3 м/с (промислові будівлі) для видалення повітря із всіх точок системи приймаються такі конструктивні рішення: похили подаючих магістралей влаштовують у напрямку, зворотньому руху води; у верхніх точках системи (кінці подаючих магістральних трубопроводів) влаштовують повітрозбірники; розширювальний бак приєднують до зворотного трубопроводу перед насосом за ходом води.

Регулювальні крани влаштовують не тільки на підведеннях до кожного радіатора, але й на кожному подаючому і зворотному стояках. Насосні системи можуть не мати насоса в межах будинку. Насоси в кожному будинку можуть бути замінені одним насосом на ТЕЦ або в районній котельні. Замість відцентрового насоса може бути встановлений елеватор.

4.5.2. Циркуляційний тиск в системах водяного опалення

Системи, які наведені на мал. 4.5 і 4.6 – гравітаційні. На прикладі

зворотної магістралі справа і зліва. Різницею цих тисків буде надлишковий циркуляційний тиск, під дією якого відбувається рух води в замкнутому контурі трубопроводів системи.

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 (4.14) можна переписати у вигляді

∆ pпр = g(hт.о. − hт.н. )(ρ 0 − ρ г) = g[hт.о.(ρ 0 − ρ г)+ hт.н.(ρ г − ρ 0 )], (4.15)

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

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 0С дорівнює 15,91 кг/м3. В звичайному для систем водяного опалення проміжку температур можна прийняти лінійну залежність між густиною і температурою, рахуючи, що зміні температури на 1 0С відповідає зміна густини на 15,91:25 = 0,64 кг/(м2·0С). Тоді замість ∆ρ= ρ1 – ρ2 можна ввести в

233

4.5.3. 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%.

4.6.Опалювальні прилади

4.6.1.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, техніко-економічних, естетичних.

До теплотехнічних вимог відносяться: високе значення коефіцієнта теплопередачі опалювального приладу, тобто здатність передавати якомога 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 установлений (для житлового приміщення середня температура не повинна перевищувати 70-80 0С, для виробничих приміщень допускається вища температура); характер поверхні приладу не повинен сприяти відкладанню пилу; форма приладу повинна сприяти легкому очищенню всіх його частин від пилу.

234

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.

Цілком очевидно, що створити опалювальний прилад, який відповідатиме всім поставленим вимогам доволі важко, тому, як правило, в першу чергу звертають увагу на санітарно-гігієнічні і теплотехнічні вимоги. Опалювальні прилади відливають з чавуну, виконують зі сталі, скла, бетону, кераміки, фарфору, у вигляді панелей з бетону із закладеними в нього трубчатими елементами тощо. Прилади розрізняють за формою і розмірами, вони можуть збиратись з окремих секцій і елементів. В них можуть подаватись різні теплоносії з різними параметрами.

Широко розповсюджені чавунні опалювальні прилади (радіатори і ребристі труби). Вони достатньо довговічні, але мало привабливі і громіздкі.

Чавунні радіатори складаються з окремих секцій, з’єднаних спеціальними різьбовими з’єднаннями в опалювальні прилади потрібної поверхні нагріву. В даний час промисловістю випускається декілька типів радіаторів (МС-140, МС-90, М-90). На мал. 4.10 показаний чавунний радіатор. Секції цих радіаторів мають дві колонки, з’єднані зверху і знизу порожнистими циліндричними частинами з двосторонньою внутрішньою різьбою. Циліндричні частини двох суміжних секцій з’єднуються за допомогою ніпелів у вигляді

Мал.4.10. Чавунний секційний радіатор МС-140

порожнинного циліндру із зовнішньою, також двосторонньою, різьбою. В комплект одного радіатора входять два прохідних радіаторних корка для приєднання до радіатора підвідних труб від стояків системи опалення і два глухих радіаторних корка. Щільність ніпельного

235

з’єднання забезпечується використанням ущільнюючих прокладок (картон, просочений оліфою, або пароніт). За монтажною висотою радіатори поділяють на високі – 1000 мм, середні – 500 мм і низькі – 300 мм. Глибина секції - 140 і 90 мм. Найчастіше використовують середні радіатори.

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 (стіни з крупних блоків та панелей). 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 сталевих 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.

Сталеві панельні радіатори (мал. 4.11) виготовляють штамповані колончасті типу РСВ1 і штамповані змійовикові типу РСГ2 однорядні і дворядні. Однорядний сталевий штампований радіатор складається з двох штампованих сталевих листів товщиною 1,4-1,5 мм, з’єднаних поміж собою контактним зварюванням з утворенням ряду паралельних вертикальних каналів, об’єднаних зверху і знизу

236

горизонтальними колекторами (РСГ1), 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 2530% 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.

Для запобігання корозії сталеві радіатори покривають спеціальним антикорозійним фосфатним ґрунтом з нанесенням пиловідштовхуючої емалі з високим лиском або фосфатом заліза, потім катафорезним лаком і нарешті білим епоксиполіефірним лаком для корозійної і механічної стійкості.

Інший вид сталевих опалювальних приладів для систем водяного і парового опалення, який використовується в житлових і промислових будинках, - конвектори. Виготовляють їх зі сталевих труб з насадженими на них пластинами з листової сталі.

До нових опалювальних приладів можна віднести алюмінієві та біметалеві (сталево-алюмінієві, мідно-алюмінієві). Алюмінієві радіатори мають високу тепловіддачу і вдвічі швидше, ніж чавунні, нагрівають приміщення. Недоліком їх є “боязнь” ударів. Міцнішими є біметалеві радіатори. За зовнішнім виглядом і конструкцією вони нагадують алюмінієві, проте відрізняються тим, що верхній і нижній колектори виконані з 3-міліметрової сталі, що дозволяє експлуатувати їх при вищих тисках в системі. Цікаво, що в Україні такі радіатори теж виготовляються. Зокрема, фірма ПК “Прес” на базі заводу “Більшовик” випускає біметалеві радіатори з різними габаритами секцій і колірним виконанням. Радіатори витримують тиск до 18 атм (в порівнянні з

237

алюмінієвими фірми TITAN, що розраховані на 9 атм), що дозволяє використовувати їх в будинках від 16 поверхів і вище.

Мідно-алюмінієві водяні радіатори влаштовані з горизонтальних мідних трубок і вертикальних алюмінієвих пластин, щільно насаджених на ці трубки. Передня і задня панелі, а також верхня декоративна кришка радіатора виготовлені з алюмінію і надають приладу стильного вигляду, завдяки чому радіатор є декоративною прикрасою приміщення. Радіатори мають повітровипускний ручний кран (кран Маєвського). До переваг таких радіаторів відносять: корозійну стійкість, завдяки чому радіатори можна встановлювати в приміщеннях з підвищеною вологістю (басейн, кухня, ванна кімната);, набагато менший, ніж у панельних радіаторах об’єм води в приладі. Найбільший радіатор довжиною 2 м і тепловою потужністю понад 4 кВт вміщує всього 1,5 л теплоносія, що призводить до найменшої теплової інерції (митт’єве нагрівання і швидке охолодження) даних радіаторів, радіатори моментально нагріваються і швидко охолоджуються, не перегріваючи повітря без необхідності. Передача тепла від радіатора здійснюється шляхом конвекції, повітря приміщення активно перемішується, забезпечуючи рівномірність температури. Важливе значення має невелика маса радіатора. Згаданий вище радіатор має масу близько 16 кг, що полегшує транспортування, монтажні роботи, дозволяє встановлювати їх навіть на тонких гіпсокартонних перегородках.

В сучасних системах опалення для автоматичного підтримування температури повітря в приміщенні застосовують терморегулятори, які встановлюються на вході в радіатор. Терморегулятори дозволяють зекономити до 20% теплової енергії і забезпечують підтримування постійної температури приміщення з точністю до 1 0С. Наприклад, радіаторні терморегулятори фірми Danfoss (мал. 4.12)

використовуються для будь-яких

діапазоном температури 6-26 0С, пристроєм для обмеження та

фіксації налаштованої температури. 238

Конструкція терморегулятора показана на мал. 4.13. Чутливим елементом є термобалон, заповнений рідиною з високим коефіцієнтом об’ємного розширення. Під дією температури повітря відбувається стискання або розширення сильфону термобалону, який діє на шток, закриваючи або відкриваючи клапан.

Мал. 4.13. Конструкція терморегулятора:

1 – кришка з маркою настройки; 2 – термобалон рідинний; 3 – запобіжник; 4 – умовна шкала настройки; 5 – сальник; 6 – клапанний вузол; 7 – приєднання різьбове

4.6.2. Розрахунок опалювальних приладів

Для визначення площі поверхні нагрівання опалювальних приладів необхідно знайти поверхневу густину теплового потоку приладу – тепловий потік qпр, що передається від теплоносія в навколишнє середовище через 1 м2 площі поверхні приладу, тобто

де Q – тепловий потік через поверхню опалювального приладу, Вт; F - площа поверхні приладу, м2.

Із урахуванням основного рівняння теплопередачі:

де k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2·0С); ∆tсер – середній температурний напір, 0С, можна записати:

Отже густина теплового потоку приладів залежить від тих же факторів, що і коефіцієнт теплопередачі. Тому на практиці для спрощення розрахунків визначають густину теплового потоку опалювального приладу. Для цього використовують поняття

номінальна густина теплового потоку qном. Визначення qном

здійснюють в результаті теплових випробувань опалювального

239