10371

ваемого в систему отопления. Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимым на тепловой станции, и местным, выполняемым в тепловом пункте здания. В жилищном строительстве проводят также групповое регулирование в центральных тепловых пунктах (ЦТП).

Местное качественное регулирование должно дополнять центральное регулирование, которое проводится с ориентацией на некоторое обезличенное здание. При местном регулировании учитывают особенности каждого здания, системы отопления и даже ее отдельной части.

В системе парового отопления пределы качественного регулирования ограничены, и такое регулирование, как правило, не проводится.

Количественное регулирование теплопередачи приборов осуществляется изменением количества теплоносителя (воды или пара), подаваемого в систему или прибор. По месту проведения оно может быть не только центральным и местным, но и индивидуальным, т.е. выполняемым у каждого нагревательного прибора.

Количественное регулирование может осуществляться пропорционально теплоотдаче или с перерывами. В первом случае проводится так называемое пропорциональное регулирование, во втором – регулирование «пропусками». В системах парового отопления применяют также индивидуальное количественное регулирование теплопередачи приборов.

Таким образом, в процессе эксплуатации паровых систем отопления осуществляется только количественное регулирование, водяных систем отопления – качественно-количественное регулирование теплопередачи приборов.

1.1.4. Теплопроводы систем отопления

Трубы (теплопроводы) систем центрального водяного и парового отопления предназначены для подачи в приборы и отвода из них необходимого количества теплоносителя. Теплопроводы вертикальных систем отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки, а в горизонтальных системах дополнительно имеются горизонтальные ветви.

Движение теплоносителя в подающих (разводящих) и обратных (сборных) магистралях может совпадать по направлению или быть встречным. В зависимости от этого системы отопления называют: с попутным движением воды и тупиковыми.

В зависимости от места прокладки магистралей различают системы с верхней разводкой, когда подающая магистраль расположена выше отопительных приборов, и с нижней разводкой, когда и подающая, и обратная магистрали проложены ниже приборов. При водяном отоплении бывают системы с «опрокинутой» циркуляцией воды, когда подающая магистраль находится ниже, а обратная – выше приборов.

Для пропуска теплоносителя используют трубы: металлические (стальные, из цветных металлов) и неметаллические. Свинцовые и чугунные трубы встречаются в системах отопления, смонтированных в начале XX века. В России наиболее часто используют стальные шовные (сварные) и редко стальные бесшовные (цельнотянутые) трубы. В системах отопления используют неоцинкованные (черные) сварные водогазопроводные трубы (ГОСТ 3262-75*) Dу = 10…50 мм трех типов: легкие, обыкновенные и усиленные (в зависимости от толщины стенки). Усиленные трубы применяют редко – в уникальных сооружениях при скрытой прокладке. Обыкновенные трубы используют при скрытой прокладке и в системах парового отопления. Легкие трубы предназначены для открытой прокладки.

Размер водогазопроводной трубы обозначают цифрой условного диаметра в мм (например Dу = 20). Труба Dу = 20 мм имеет наружный диаметр 26,8 мм, а ее внутренний диаметр изменяется в зависимости от толщины стенки от 20,4 (усиленная труба) до 21,8 мм (легкая труба). Это обстоятельство необходимо учитывать при гидравлическом расчете теплопроводов для пропуска теплоносителя. Стальные электросварные трубы (ГОСТ 10704-91*) Dу = 10…400 мм. Соединение стальных теплопроводов между собой, с отопительными приборами и арматурой может быть неразборным – сварным и разборным - резьбовым и болтовым. Резьбовое разборное соединение предусматривают у отопительных приборов и арматуры. Фланцевая арматура крупного размера

21

соединяется болтами с контрфланцами, привариваемыми к концам стальных труб.

За последние годы все чаще используют трубы, изготовленные из медных сплавов. Медные трубы выпускают в виде прямых отрезков длиной 2…6 м или в бухтах длиной до 50 м.

Все большее распространение в России получают трубы из полимерных материалов. Эти трубы отличаются высокой коррозионной стойкостью и длительным сроком службы (до 50 лет) с сохранением их первоначальных гидравлических свойств. Они легче стальных труб (в 6…7 раз), отличаются высокими шумопоглощающими свойствами и пластичностью. Однако практика использования полимерных труб в системах отопления выявила существенный недостаток – высокую проницаемость атмосферного воздуха через их стенки и насыщение теплоносителя кислородом со всеми вытекающими отсюда последствиями. Этого недостатка лишены металлополимерные трубы, в стенки которых добавляется защитный слой в виде алюминиевой фольги.

Размещение теплопроводов в здании

Прокладка труб в помещениях может быть открытой и скрытой. Открытая прокладка более простая и дешевая. По технологическим, гигиеническим или архитектурно-планировочным требованиям прокладка труб может быть скрытой. Магистрали переносят в технические помещения, стояки и подводки к отопительным приборам размещают в специальных шахтах и бороздах или встраивают в них. При этом в местах расположения разборных соединений и арматуры устраивают лючки. При прокладке теплопроводов учитывают их удлинение по сравнению с монтажной длиной в процессе эксплуатации системы отопления.

Установлено, что один метр подающей стальной трубы предельно удлиняется при низкотемпературной воде приблизительно на 1 мм, обратной трубы – на 0,8 мм, а при высокотемпературной воде удлинение каждого метра трубы доходит до 1,75 мм. Поэтому при размещении теплопроводов необходимо предусматривать компенсацию усилий, возникающих при удлинении подводок, стояков и магистралей.

Размещение стояков – соединительных труб между магистралями и подводками – зависит от положения магистралей и размещения подводок к отопительным приборам. Обязательным является обособление стояков для отопления лестничных клеток, а также расположение стояков в наружных углах помещений. Стояки располагают у наружных стен – открыто (на расстоянии 35 мм от поверхности стен до оси труб Dу ≤ 32 мм) либо скрыто в бороздах стен или массиве стен и перегородок. Двухтрубные стояки размещают на расстоянии 80 мм между осями труб, причем подающие стояки располагают справа (при взгляде из помещения).

Рис. 1.20. Схемы присоединении стояков к магистралям систем водяного отопления зданий различной этажности: а – двух-трехэтажных; б – четырех-семиэтажных при верхней разводке; в – восьмиэтажных и более высоких; г – то же при нижней разводке; 1 – спускной кран (проходной или шаровой, внизу – со штуцером для подключения водоотводящего шланга); 2 – запорный (проходной или шаровой) кран

22

В4…7-этажных зданиях однотрубные стояки для компенсации изгибают в местах присоединения к подающей и к обратной магистралям (рис. 1.20). В зданиях более 7 этажей, кроме изгибов труб, используют П-образные компенсаторы. В местах пересечения междуэтажных перекрытий трубы заключают в гильзы для обеспечения свободного их движения.

Вгражданских зданиях шириной до 9 м магистрали можно прокладывать вдоль их продольной оси. Так же размещают магистрали при стояках, находящихся у внутренних стен здания.

Вгражданских зданиях шириной более 9 м рационально использовать две разводящие магистрали вдоль каждой фасадной стены (рис. 1.21). В чердачных помещениях магистрали подвешивают на расстоянии 1…1,5 м от наружных стен, для удобства монтажа и эксплуатации.

Всистемах водяного отопления уклон горизонтальных магистралей необходим для отвода скопления воздуха и самотечного спуска воды из труб. Строго горизонтальная прокладка маги-

стралей Dу 50 мм допустима при скорости движения воды более 0,25 м/с. Нижние магистрали всегда прокладывают с уклоном в сторону теплового пункта.

Рис. 1.21. Размещение магистралей систем отопления в чердачных (слева), подвальных и технических (справа) помещениях зданий: а – в зданиях шириной ≤ 9 м; б – в зданиях шириной 9 м при тупиковом движении теплоносителя в магистралях; в – то же при попутном движении

В системах парового отопления уклон горизонтальных магистралей необходим для самотечного удаления конденсата. Паропроводы рекомендуется прокладывать с уклоном по направлению движения пара. Самотечные конденсатопроводы имеют уклон в сторону стояка конденсата. Рекомендуемый уклон магистралей: для водяных насосных, паровых и напорных конденсатных 0,002…0,003; подающих магистралей гравитационных систем, самотечных конденсатных магистралей 0,005; паропроводов, имеющих уклон против движения пара, 0,006; водяных магистралей верхней разводки насосных систем по движению воды 0,01.

23

Присоединение теплопроводов к отопительным приборам

Присоединение теплопроводов к отопительным приборам может быть одностороннее и разностороннее.

На рис. 1.22 изображены основные приборные узлы трех типов, применяемых в вертикальных однотрубных системах водяного отопления, и приборный узел, используемый в двухтрубных системах водяного и парового отопления.

Разностороннее присоединение труб к прибору применяют в тех случаях, когда горизонтальная обратная магистраль системы находится непосредственно под прибором (рис. 1.23) или когда прибор устанавливают ниже магистралей. Так же присоединяют подводки при вынужденной установке крупного прибора или для соединения нескольких отопительных приборов.

Направление движения теплоносителя воды в приборах однотрубных стояков возможно сверху-вниз и снизу-вверх. В приборах двухтрубных стояков чаще всего предусматривают движение теплоносителя по схеме сверху-вниз. Присоединение труб к прибору, создающее движение воды в нем по схеме снизу-вниз, характерно для горизонтальной однотрубной системы.

Рис. 1.22. Одностороннее присоединение труб к отопительным приборам систем отопления: 1 – трубопровод; 2 – вентиль; 3 – кран Маевского (воздушный клапан); 4 – термостатический клапан; 5 – трехходовой клапан; 6 – замыкающий участок

Рис. 1.23. Разностороннее присоединение труб к отопительным приборам

Направление и скорость движения теплоносителя воды в вертикальном отопительном приборе отражаются на его теплопередаче. Еще раз отметим теплотехнически целесообразные схемы движения теплоносителя – воды: сверху-вниз в радиаторах однотрубных и двухтрубных систем; наряду с этим – допустимо движение снизу-вниз в секционных радиаторах однотрубных систем при значительном расходе воды. Направление движения воды в приборе снизу-вверх характеризуется наименьшей теплопередачей.

Размещение запорно-регулирующей арматуры

Ручную запорно-регулирующую арматуру систем центрального отопления подразделяют на муфтовую и фланцевую. Муфтовую арматуру (с резьбой на концах для соединения с трубами) устанавливают на трубах малого диаметра (Dу ≤ 40 мм), фланцевую арматуру (с фланцами на концах) – на трубах большого диаметра (при Dу ≥ 50 мм).

Арматура на подводках к приборам систем водяного отопления различна. Как правило,

24

согласно требованиям СП 60.13330.2016 [2], в качестве регулирующей арматуры применяют термостатические клапаны (рис. 1.24) с возможностью установки термоголовок для обеспечения возможности поддержания расчетной температуры внутреннего воздуха в автоматическом режиме.

Рис.1.24. Общий вид термостатического клапан с термоголовкой [3]

В качестве запорной арматуры для перекрытия прибора используют шаровые или специальные радиаторные краны.

Регулирующую арматуру на подводках к приборам устанавливают не всегда. Ее не применяют во вспомогательных помещениях и в лестничных клетках зданий, близ ворот и загрузочных проемов, люков и прочих мест, опасных в отношении замерзания воды в трубах и приборах.

На подводках к приборам систем парового отопления во избежание «прикипания» пробки краны заменяют вентилями с золотником без уплотнительного кольца, хотя гидравлическое сопротивление и шумовая характеристика их значительно превышают аналогичные показатели кранов.

Арматура на стояках (балансировочные клапаны, рис. 1.25) предназначена для регулирования количества теплоносителя или полного отключения отдельных стояков, если требуется проводить ремонтные и другие работы во время отопительного сезона. Арматуру для тех же целей помещают в начале и конце каждой ветви горизонтальных систем отопления. Арматуру на стояках малоэтажных (1-3 этажа) зданий устанавливать нецелесообразно: здесь проще предусматривать возможность отключения арматурой сравнительно небольшой части систем отопления (например, вдоль одного фасада здания). На стояках лестничных клеток арматуру применяют независимо от числа этажей.

Рис. 1.25. Общий вид термостатического клапан с термоголовкой [3]

При водяном отоплении для спуска воды из одного стояка (ветви) и впуска воздуха в него при этом, а также для выпуска воздуха при последующем заполнении водой рядом с запорными кранами (или вентилями) размещают спускные проходные или шаровые краны (внизу стояков со штуцером для присоединения гибкого шланга.

Арматура на магистралях необходима для отключения отдельных частей системы отопления. В качестве такой арматуры используют муфтовые проходные или шаровые краны и вентили, а также фланцевые задвижки на трубах крупного калибра (Dу ≥ 50 мм). В пониженных местах на магистралях устанавливают спускные краны, в повышенных местах водяных магистралей - воздушные краны или воздухосборники.

25

1.1.5.Системы воздушного отопления

Всистемах воздушного отопления используется атмосферный воздух. Воздушное отопление имеет много общего с другими видами централизованного отопления. И воздушное, и водяное отопление основаны на передаче теплоты в отапливаемые помещения от охлаждающегося теплоносителя.

Вцентральных системах воздушного отопления, как и в системах водяного и парового отопления, имеются теплогенератор (центральная установка для нагревания воздуха) и теплопроводы (каналы или воздуховоды для перемещения теплоносителя).

Воздух для отопления обычно является вторичным теплоносителем, так как нагревается в калориферах другим, первичным теплоносителем – горячей водой или паром. Таким образом, системы воздушного отопления фактически становятся комбинированными – водовоздушными или паровоздушными. Для нагревания воздуха используют также другие отопительные приборы

ииные теплоисточники. В системах воздушного отопления воздух, нагретый до температуры более высокой, чем температура воздуха в помещениях, отдает избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания. Этот процесс может осуществляться двумя способами:

нагретый воздух, попадая в обогреваемое помещение, смешивается с окружающим воздухом и охлаждается до температуры этого воздуха;

нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а перемещается в окружающих помещение каналах, нагревая их стенки.

Известно одно из достоинств применяемой центральной системы воздушного отопления – отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помещениях. Однако если радиус действия системы воздушного отопления сужается до одного помещения, то воздухонагреватель может устанавливаться непосредственно в этом помещении, и тогда система становится местной. Отличие от системы водяного отопления в этом случае будет в том, что тепловая мощность воздухонагревателя значительно больше мощности одного обычного отопительного прибора, и в помещении создается интенсивная циркуляция воздуха.

Местной делают систему воздушного отопления, если в помещении отсутствует центральная система приточной вентиляции, а также при незначительном объеме приточного воздуха, подаваемого в течение часа (менее половины объема помещения). Для воздушного отопления характерно повышение санитарно-гигиенических показателей воздушной среды помещения. Могут быть обеспечены подвижность воздуха, благоприятная для нормального самочувствия людей, равномерность температуры помещения, а также смена, очистка и увлажнение воздуха. При устройстве местной системы воздушного отопления достигается экономия металла.

Вместе с тем воздушное отопление не лишено существенных недостатков. Как известно, площади поперечных сечений и поверхности воздуховодов из-за малой теплоаккумулирующей способности воздуха во много раз превышают сечения и поверхности водяных и паровых теплопроводов. В сети значительной протяженности воздух заметно охлаждается, несмотря на то, что воздуховоды покрывают тепловой изоляцией. По этим причинам применение центральных систем воздушного отопления в сравнении с другими системами может оказываться экономически нецелесообразным.

Возможность совмещения воздушного отопления с приточной вентиляцией в холодный период, с охлаждением помещений в летний период сближает воздушное отопление с вентиляцией и кондиционированием воздуха, и предопределяет дополнительное рассмотрение общих вопросов при изучении соответствующих дисциплин.

Схемы систем воздушного отопления

На рисунке 1.26 даны принципиальные схемы местных систем воздушного отопления. Чисто отопительные системы с полной рециркуляцией теплоносителя воздуха могут быть бесканальными (рис. 1.26, а) и канальными (рис. 1.26, б).

При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру tв, нагревается первичным теплоносителем в калорифере до температуры tг и перемещается вентилятором в обогреваемое

26

помещение.

Наличие вертикального канала для горячего воздуха обусловливает возникновение естественного давления, обеспечивающего циркуляцию внутреннего воздуха через калорифер и подачу его в помещение. Эти две схемы применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной вентиляции.

Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его приточно-вытяжной вентиляцией используют две другие схемы (рис. 1.26, в, г).

Рис. 1.26. Принципиальные схемы местных систем воздушного отопления: а, б – полностью рециркуляционные; в – частично рециркуляционная; г – прямоточная; 1 – отопительный агрегат; 2 – рабочая (обслуживаемая) зона; 3 – канал с нагретым воздухом; 4 – теплообменник (калорифер); 5 - наружный воздухозабор; 6 – рециркулирующий воздух; 7 – вытяжная вентиляция

По схеме на рисунке 1.26, в часть воздуха забирается снаружи, другая часть внутреннего воздуха подмешивается к наружному (осуществляется частичная рециркуляция воздуха). Смешанный воздух догревается в калорифере и подается вентилятором в помещение. Помещение обогревается всем поступающим в него воздухом, а вентилируется только той его частью, которая забирается снаружи. Эта часть воздуха удаляется из помещения в таком же количестве в атмосферу с помощью системы вытяжной вентиляции.

Схема на рисунке 1.26, г – прямоточная. Наружный воздух в количестве, необходимом для вентиляции помещения, дополнительно нагревается для отопления, а после охлаждения до температуры помещения удаляется в таком же количестве в атмосферу.

Центральная система воздушного отопления – канальная. Воздух нагревается до необходимой температуры в тепловом центре здания и подается в помещения через воздухораспределители. Принципиальные схемы центральной системы приведены на рисунке 1.27.

В схеме на рисунке 1.27, а нагретый воздух по специальным каналам распределяется по помещениям, а охладившийся воздух по другим каналам возвращается для повторного нагревания в теплообменнике – калорифере. Совершается, как и в схеме на рисунке 1.26, а, полная рециркуляция воздуха без вентиляции помещений. Теплопередача в калорифере соответствует теплопотерям помещений, т.е. схема является чисто отопительной.

Схема на рисунке 1.27, б с частичной рециркуляцией по действию не отличается от схемы

27

на рисунке 1.26, в. На рисунке 1.27, в изображена прямоточная схема центральной системы воздушного отопления, аналогичная схеме на рисунке 1.26, г. В схемах на рис. 1.26, а, б и 1.27, а теплозатраты на нагревание воздуха определяются только теплопотерями помещений.

В схемах на рисунках 1.26, в и 1.27, б они возрастают в результате предварительного нагревания части воздуха от температуры наружного воздуха tн до температуры tв.

Рис. 1.27. Принципиальные схемы центральных систем воздушного отопления: а – полностью рециркуляционная; б – частично рециркуляционная; в – прямоточная; г – рекуперативная; 1

– теплообменник (калорифер); 2 – канал (воздуховод) с нагретым воздухом и воздухораспределителем на конце; 3 – канал (воздуховод) системы вытяжной вентиляции; 4 – вентилятор; 5 – наружный воздухозабор с каналом (воздуховодом); 6 – воздухо-воздушный теплообменник; 7 – рабочая (обслуживаемая) зона

В схемах на рисунках 1.26, г и 1.27, в теплозатраты наибольшие, так как весь воздух необходимо нагреть сначала от температуры tн до tв, а потом перегреть до температуры tг (тепловая энергия расходуется и на отопление, и на полную вентиляцию помещений).

Рециркуляционная система воздушного отопления отличается меньшими первоначальны-

ми вложениями и эксплуатационными затратами. Система может применяться, если в помещении допускается рециркуляция воздуха, а температура поверхности нагревательных элементов соответствует требованиям гигиены, пожаро- и взрывобезопасности этого помещения. Радиус действия центральной системы с естественной циркуляцией (без вентилятора) ограничен 8…10 м, считая по горизонтальному пути от теплового пункта до наиболее удаленного вертикального канала. Объясняется это незначительностью действующего естественного циркуляционного давления, составляющего даже при значительной температуре нагретого воздуха всего лишь около 2 Па на каждый метр высоты канала.

28

Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией устраивается с механическим побуждением движения воздуха и является наиболее гибкой. Она может действовать в различных режимах: в помещениях, помимо частичной, может осуществляться полная замена или полная рециркуляция воздуха. При этих трех режимах система работает как отопительно-вентиляционная, чисто вентиляционная и чисто отопительная. Все зависит от того, забирается ли в каком количестве воздух снаружи и до какой температуры нагревается воздух в калорифере.

Прямоточная система воздушного отопления отличается самыми высокими эксплуата-

ционными затратами. Ее применяют, когда требуется вентиляция помещений в объеме не меньшем, чем объем воздуха для отопления (например, в помещениях категории А и Б, где выделяются взрывоопасные и пожароопасные вещества, а также вредные для здоровья людей или обладающие неприятным запахом). Для уменьшения теплозатрат в прямоточной системе при сохранении ее основного преимущества – полной вентиляции помещений – используют схему с рекуперацией (рис. 1.27, г), где применен дополнительный воздухо-воздушный теплообменник, позволяющий использовать (утилизировать) часть теплоты удаляемого из помещения воздуха для предварительного нагревания наружного воздуха.

29