10374
.pdfСистема водяного отопления высотных зданий
Высотные здания и санитарно-технические устройства в них зонируются: делятся на части – зоны определенной высоты, разделенные техническими этажами. Оборудование и коммуникации помещаются на технических этажах. В системах отопления, вентиляции и водоснабжения допустимая высота зоны определяется значением гидростатического давления воды в нижних отопи-тельных приборах или других элементах и возможностью размещения оборудования, воздуховодов, труб и других коммуникаций на технических этажах.
Для системы водяного отопления высота зоны в зависимости от гидростатического давления, допустимого как рабочего для отдельных видов отопительных приборов (от 0,6 до 1,0 МПа), не должна превышать (с некоторым запасом) 55 м, при использовании чугунных и стальных приборов (при радиаторах типа МС – 80 м) и 90 м для приборов со стальными греющими трубами. В пределах одной зоны систему водяного отопления устраивают при водяном теплоснабжении по схеме с независимым присоединением к наружным теплопроводам, т.е. гидравлически изолированной от наружной тепловой сети и от других систем отопления. Такая система имеет собственные водо-водяной теплообменник, циркуляционный и подпиточный насосы, расширительный бак.
Число зон по высоте здания, как и высота отдельной зоны, определяется допустимым гидростатическим давлением, но не для отопительных приборов, а для оборудования в тепловых пунктах, расположенных при водяном теплоснабжении обычно в подвальном этаже. Основное оборудование этих тепловых пунктов, а именно обычного вида водо-водяные теплообменники и насосы, даже изготовленные по специальному заказу, могут выдерживать рабочее давление не более 1,6 МПа. Это означает, что при таком оборудовании высота здания при водо-водяном отоплении гидравлически изолированными системами имеет предел, равный 150…160 м. В таком здании могут быть устроены две (по 75…80 м высотой) или три (по 50…55 м высотой) зональных системы отопления. При этом гидростатическое давление в оборудовании системы отопления верхней зоны, находящемся в подвальном этаже, достигнет расчетного предела.
В зданиях высотой от 160 до 250 м может применяться водо-водяное отопление с использованием специального оборудования, рассчитанного на рабочее давление 2,5 МПа. Может быть также выполнено, если имеется в наличии пар, комбинированное отопление (рис. 1.12): помимо водо-водяного отопления в зонах ниже 160 м, в зоне сверх 160 м устраивается пароводяное отопление. Теплоноситель пар, отличающийся незначительным гидростатическим давлением, подается на технический этаж под верхней зоной, где оборудуют еще один тепловой пункт. В нем устанавливают пароводяной теплообменник, свои циркуляционный насос и расширительный бак, приборы для качественно-количественного регулирования.
Комплекс комбинированного отопления действует в центральной части главного корпуса Московского государственного университета: в нижних трех зонах устроено водо-водяное отопление с чугунными радиаторами, в верхней четвертой зоне – пароводяное отопление. В зданиях высотой более 250 м предусматривают новые зоны пароводяного отопления или прибегают к электроводяному отоплению. Для снижения стоимости и упрощения конструкции возможна замена комбинированного отопления высотного здания одной системой водяного отопления, при которой не требуется второй первичный теплоноситель. На рис. 1.13 показано, что в здании может быть устроена гидравлически общая система с одним водо-водяным теплообменником, общими циркуляционным насосом и расширительным баком. Система по высоте здания по-прежнему делится на зональные части по приведенным выше правилам. Вода в зону II и последующие зоны подается зональными циркуляционно-повысительными насосами и возвращается из каждой зоны в общий расширительный бак. Необходимое гидростатическое давление в главном обратном стояке каждой зональной части поддерживается регулятором давления типа «до себя». Гидростатическое давление в оборудовании теплового пункта, в том числе и в повысительных насосах, ограничено высотой установки открытого расширительного бака и не превышает стандартного рабочего давления 1 МПа. Для систем отопления высотных зданий характерны деление их в пределах каждой зоны по сторонам горизонта (по фасадам) и автоматизация регулирования температуры теплоносителя.
20
Рис. 1.12. Схема водяного отопления |
Рис. 1.13. Схема единой системы водо- |
||||||
высотного здания: I и II – зоны здания с водо- |
водяного отопления высотного здания: 1 – |
||||||
водяным отоплением; III – зона здания с |
водо-водяной |
теплообменник; |
2 |
– |
|||
пароводяным |
отоплением; |
1 |
– |
циркуляционный насос; 3 – зональный |
|||
расширительный бак; 2 – циркуляционный |
циркуляционно-повысительный насос; 4 – |
||||||
насос; 3 – пароводяной теплообменник; 4 – |
открытый расширительный бак; 5 – |
||||||
водо-водяной теплообменник |
|
|
регулятор давления «до себя» |
|
|
||
1.1.3. Отопительные приборы
Отопительные приборы – это элементы систем отопления, предназначенные для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.
К отопительным приборам как к оборудованию, устанавливаемому непосредственно в обогреваемых помещениях, предъявляются следующие требования, дополняющие и уточняющие требования к системам отопления: санитарно-гигиенические; экономические; архитектурностроительные; производственно-монтажные; эксплуатационные.
Классификация отопительных приборов Радиаторы. Радиатором называется конвективно-радиационный отопительный прибор,
состоящий из отдельных колончатых элементов (рис. 1.14) или из плоских блоков с каналами колончатой или змеевиковой формы (рис. 1.15).
Секции радиаторов изготавливаются из серого чугуна, стали или алюминия (толщина стенки 2…4 мм) и могут компоноваться в приборы различной площади путем соединения на резьбовых ниппелях с прокладками из термостойкой резины или паронита. Наиболее распространены двухколончатые радиаторы средней высоты (hм = 500 мм).
Чугунные секционные радиаторы отличаются значительной тепловой мощностью. В то же время они металлоемки, производство их трудоемко, монтаж затруднен из-за большой массы, очистка от пыли неудобна, внешний вид не привлекателен.
21
Рис. 1.14. Двухколончатая |
Рис. 1.15. Конструкция стального панельного радиатора: а |
секция радиатора: hп – полная |
– каналы колончатой формы; б – каналы регистровой |
высота; hм – монтажная |
формы; в – каналы змеевиковой формы |
высота; b – строительная |
|
глубина; l – длина |
|
Плоские радиаторы выполняются из стальных листов толщиной 1,4…1,5 мм. Панельный радиатор может состоять из одного, двух и трех параллельных блоков. Стальные панельные радиаторы отличаются от чугунных меньшей массой (в 2,5…3 раза), легко очищаются от пыли, их монтаж облегчен, производство механизировано. Стальные радиаторы должны выполняться из коррозионностойкой холоднокатаной листовой стали. При изготовлении из обычной стали срок службы резко сокращается из-за интенсивной внутренней коррозии.
Плоские блоки радиаторов делают также из тяжелого бетона (бетонные отопительные панели), применяя нагревательные элементы из металлических труб. Их располагают в наружных ограждающих конструкциях (совмещенные панели) или приставляют к ним (приставные панели). Из-за трудности ремонта, усложнения регулирования теплоотдачи, больших потерь через наружные конструкции зданий в настоящее время они применяются ограниченно.
Гладкотрубным называется отопительный прибор, состоящий из нескольких соединенных вместе стальных труб, змеевиковой или регистровой (рис. 1.16) формы. Они свариваются из труб Dу 32…100 мм. Гладкотрубные приборы характеризуются высокими значениями коэффициента теплопередачи. Их применяют в тех случаях, когда не могут быть использованы отопительные приборы других видов.
Рис. 1.16. Соединение труб в гладкотрубных отопительных приборах змеевиковой или регистровой формы; 1 – нитки; 2 – колонка; 3 – калачи
Конвектор состоит из двух элементов: трубчато-ребристого нагревателя и кожуха (рис. 1.17). Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению теплопередаче благодаря увеличению подвижности воздуха у поверхности нагревателя.
Нагреватели наиболее распространенных конвекторов – с кожухом из двух или четырех труб Dу 20 мм, на которые насажены прямоугольные ребра с шагом 6 мм. Эти конвекторы снабжены воздушным клапаном для регулирования теплоотдачи.
Конвекторы без кожуха обычно устанавливаются в два яруса или ряда для получения необходимой площади нагревательной поверхности.
22
Рис. 1.17. Конструкции конвекторов: а – с кожухом; б – без кожуха; 1 – канал для теплоносителя; 2 – кожух; 3 – воздушный клапан; 4 – решетка; 5 – оребрение
Ребристые трубы (рис. 1.18) представляют собой фланцевую чугунную трубу, наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими ребрами.
Рис. 1.18. Конструкция отопительного прибора – ребристой трубы
Размещение вертикального отопительного прибора в помещении возможно как у наружной, так и у внутренней стены (рис. 1.19). Размещение приборов у внутренних стен допустимо лишь в южных районах России, т.к. оно сопровождается неблагоприятным для здоровья людей движением воздуха с пониженной температурой у пола помещений. В средней полосе и северных районах России целесообразно устанавливать отопительные приборы вдоль наружных стен и особенно под окнами, что повышает тепловой комфорт помещения. В лестничных клетках целесообразно располагать отопительные приборы в нижней их части рядом с входными дверями.
Рис. 1.19. Размещение отопительных приборов в плане: а – под окнами; б – у внутренних
стен
Регулирование теплопередачи отопительного прибора
Для поддержания теплового режима помещений на заданном уровне необходимо в процессе эксплуатации регулировать теплоотдачу отопительных приборов. Эксплуатационное регулирование теплового потока приборов может быть качественным и количественным.
23
Качественное регулирование достигается изменением температуры теплоносителя, подаваемого 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
24
неразборным – сварным и разборным - резьбовым и болтовым. Резьбовое разборное соединение предусматривают у отопительных приборов и арматуры. Фланцевая арматура крупного размера 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 архитектурнопланировочным 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
25
26
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. В гражданских 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
магистралей 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.
27
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
28
концах) – на трубах большого диаметра (при Dу ≥ 50 мм).
Арматура на подводках к приборам систем водяного отопления различна. Как правило, 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.
29