Лекция № 14, 15 Устройство, принцип действия и классификация систем водяного отопления. Область применения и технико-экономические показатели различных систем водяного отопления.

5.6. Устройство и принцип действия систем водяного отопления.

В одяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение. Системы водяного отопления состоят из следующих основных элементов: генератора теплоты (1) или теплообменника для получения теплоты Q_от от другого источника; отопительных приборов (5) для передачи теплоты от теплоносителя воздуху и ограждающим конструкциям помещения; магистралей (4, 6) для перемещения теплоносителя между источником теплоты и отопительными приборами; расширительного сосуда (3), служащего для заданного гидростатического давления в системе отопления при разных температурах теплоносителя.

Рис. 22. Работа системы водяного отопления.

Вода, нагретая в теплогенераторе (например, котле или другом источнике тепловой энергии) 1 до температуры t_Г поступает через теплопровод – главный стояк 7 в подающие магистральные теплопроводы 4 (соединительные трубы между главным стояком и подающими стояками 8). По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 8 (соединительные трубы между подающими магистралями и подающими подводками к отопительным приборам). Затем по подающим подводкам (соединительным трубам между сточками и отопительными приборами) 9 горячая вода поступает в отопительные приборы 5, через стенки которых теплота передается воздуху помещения. Из отопительных приборов охлажденная вода с температурой t_О по обратным подводкам 10, обратным стоякам 11 и обратным магистральным теплопроводам 6 возвращается в теплогенератор 1, где она снова подогревается до температуры t_Г и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

Рис. 23.

Применение: при естественной циркуляции воды, в основном, в зданиях с числом этажей до трех включительно.

Преимущества (по сравнению с нижним расположением подающей магистрали):

1. Имеют большее циркуляционное давление;

2. Проще воздухоудаление из системы (через расширительный бак, присоединенный к верхней части главного стояка, где выделяется наибольшее количество растворенного в воде воздуха);

3. Выше теплоотдача отопительного прибора.

Рис. 24.

Преимущества (по сравнению с верхним расположением подающей магистрали):

1. меньше теплопотери за счет отсутствия теплопроводов на чердаке;

2. монтаж и пуск системы могут производиться поэтажно по мере возведения здания;

3. удобнее эксплуатация системы, так как вентили и краны на подающем и обратном стояках находятся внизу и в одном месте;

4. имеют большую гидравлическую и тепловую надежность.

Основное преимущество двухтрубных систем независимо от способа циркуляции теплоносителя – поступление воды с наивысшей температурой t_Г к каждому отопительному прибору, что обеспечивает максимальную разность температур (t_Г – t_О) и, следовательно, минимальную площадь поверхности приборов.

Общие недостатки:

Значительный расход труб и фасонных частей, усложняется монтаж (особенно с верхней прокладкой подающей магистрали).

Рис. 25.

Преимущества:

1. Меньшая первоначальная стоимость.

2. Более простой монтаж и меньшая длина теплопроводов.

3. Более красивый внешний вид.

Если приборы находятся в одном помещении, присоединены по проточной схеме к стояку с двух сторон, то у одного из них (правый стояк) устанавливается регулировочный кран.

Применение: в многоэтажных производственных зданиях.

Рис. 26

Достоинства (преимущества):

1. Меньший расход труб, чем в вертикальных системах;

2. Возможность поэтажного включения системы и стандартность узлов;

3. Более простой монтаж по сравнению с вертикальными системами;

4. При монтаже не требуется пробивка отверстий в перекрытиях.

Общие преимущества систем с естественной циркуляцией:

1. Относительная простота устройства и эксплуатации.

2. Отсутствие насоса и потребности в электроприводе.

3. Бесшумность действия.

4. Сравнительная долговечность при правильной эксплуатации (до 30 – 40 лет) и обеспечение равномерной температуры воздуха в помещении.

Общие недостатки:

1. Малая величина естественного давления

2. Большие диаметры трубопроводов.

3. Большие первоначальные и эксплуатационные затраты.

Применение систем водяного отопления с естественной циркуляцией: обособленные гражданские здания (в частности, в сельских районах), зданиями, где недопустимы шум и вибрация, квартирным отоплением.

Рис. 27.

Системы водяного отопления с искусственной циркуляцией.

Эти системы водяного отопления принципиально отличаются от систем водяного отопления с естественной циркуляцией тем, что в них в дополнение к естественному давлению, возникающему в результате охлаждения воды в приборах и трубах, значительно большее давление создается центробежным циркуляционным насосом, который устанавливается на обратном магистральном теплопроводе у котла, а расширительный бак присоединен не к подающему, а к обратному теплопроводу около всасывающего патрубка насоса. При таком присоединении расширительного бака воздух из системы через него отводиться не может, поэтому для удаления воздуха из сети теплопроводов и отопительных приборов служат воздушные линии и воздушные краны.

Рис. 27.

Данная схема позволяет получить равную потерю давления во всех циркуляционных кольцах и равномерный прогрев всех приборов.

Недостаток (по сравнению с тупиковой): несколько большая общая длина теплопроводов и, как следствие, большая на 3 – 5% первоначальная стоимость системы.

Схемы стояков однотрубных систем отопления.

Эти схемы получили в настоящее время широкое применение при нижней прокладке магистральной горячей и охлажденной воды с искусственной циркуляцией.

а) П-образная

Применяется в зданиях высотой не более девяти этажей.

б) П-образная с одним нагруженным и одним транзитным стояком.

в) Т-образная схема.

Схемы б) и в) используют в зданиях выше 9-ти этажей.

г) с верхним подающим теплопроводом

д) с опрокинутой циркуляцией.

Схемы г) и д) применяют в зданиях более 12 этажей.

Рис. 28.

Классификация систем водяного отопления производится по следующим основным признакам:

1. По способу создания циркуляции: с естественной циркуляцией (гравитационные) и искусственной циркуляцией (насосные).

В системах и естественной циркуляцией (рис. ), воды осуществляется под действием разности плотностей охлажденной воды после отопительных приборов и горячей воды, поступающей в систему отопления. В системах с искусственной циркуляцией (рис. ) движение воды происходит под действием насоса.

2. По схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь: двухтрубные (рис. ) и однотрубные (рис. ).

В двухтрубных системах водяного отопления горячая вода поступает в приборы по одним (подающим) стоякам, а охлажденная вода отводится по другим (приборы отопления присоединены по теплоносителю параллельно). В однотрубных системах водяного отопления горячая вода подается в приборы и охлажденная вода отводится из них по одному стояку (приборы присоединены по теплоносителю последовательно).

3. По направлению объединения отопительных приборов (как двухтрубные, так и однотрубные системы отопления): вертикальные (рис. ) и горизонтальные (рис. ).

Вертикальные, в которых последовательно присоединяются к общему вертикальному теплопроводу – стояку отопительные приборы расположенные на разных этажах.

Горизонтальные, в которых к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже.

4. По месту расположения подающих и обратных магистралей: с верхним расположением подающих магистралей и с нижним расположением обеих магистралей.

С верхним расположением подающих магистралей они проходят по чердаку или под потолком верхнего этажа, а обратных магистралей – по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах. (рис. ).

С нижним расположением обеих магистралей по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах. (рис. ).

5. По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях: тупиковые и с попутным движением.

В тупиковых системах водяного отопления горячая и охлажденная вода в магистралях движется в противоположных направлениях (рис. ).

В системах водяного отопления с попутным движением направления потоков движения воды в подающей и обратной магистралях совпадают.