Устройство системы отопления
Теплоснабжение зданий различного назначения осуществляется по тепловым сетям от единого теплоэнергетического центра: квартальной или районной котельной или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Теплоносителями в системах теплоснабжения могут быть горячая вода и пар. Для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в качестве теплоносителя применяется высокотемпературная вода.
Системы отопления должны возмещать расход тепла:
- через ограждающие конструкции (стены, окна, двери, перекрытия верхних этажей, полы нижних этажей) зданий и сооружений;
- на нагревание воздуха, поступающего через открываемые ворота, двери и другие проемы и неплотности в ограждающих конструкциях;
- на нагревание поступающих извне материалов, оборудования и транспорта и на нагревание поступающего воздуха, температура которого ниже расчетной температуры воздуха помещения.
Потеря тепла зданием зависит от ряда причин. Чем больше разница между температурами наружного воздуха и воздуха помещения и чем больше площадь ограждающих конструкций, тем больше тепла теряет здание. Потеря тепла зданием зависит также от материала, из которого выполнена ограждающая конструкция, и ее размеров. Например, через тонкие стены тепла теряется больше, чем через толстые. Деревянные и кирпичные стены одинаковой толщины различно проводят тепло: здание с деревянными стенами охлаждается медленнее, чем с кирпичными. Это объясняется тем, что одни материалы (кирпич, металлы) лучше пропускают тепло, а другие (дерево) — хуже.
Системы отопления зданий и сооружений должны обеспечивать: равномерный прогрев воздуха помещений, возможность их регулирования, увязку с системами вентиляции; удобство эксплуатации и ремонта.
В системах отопления в качестве теплоносителя используют воду температурой не более 150° С, водяной пар температурой не более 130° С или воздух, нагретый до 60° С; соответствующие системы называют водяными, паровыми или воздушными.
Нагревательные приборы и трубопроводы систем отопления размещают таким образом, чтобы бесполезные потери тепла через наружные ограждающие конструкции, а также и потери трубопроводами, проходящими в неотапливаемых помещениях, не превышали 10% расходов тепла на отопление.
Трубопроводы систем отопления, проходящие внутри зданий, делают открытыми, за исключением трубопроводов систем водяного отопления со встроенными в конструкции зданий нагревательными элементами и стояками.
В централизованных системах тепло вырабатывается в едином центре и по трубопроводам транспортируется к потребителям. Таким центром могут быть местные, квартальные, районные котельные или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
По способу циркуляции воды системы центрального водяного отопления делятся на системы с естественной и принудительной циркуляцией воды (с помощью насосов для отопления).
В зависимости от конструкции стояков и схемы присоединения к ним нагревательных приборов системы отопления могут быть однотрубные и двухтрубные. По месторасположению разводящих магистралей системы отопления подразделяют на системы с верхней и нижней разводками, с вертикальной и горизонтальной разводками внутри здания.
По направлению движения теплоносителя в магистральных трубопроводах водяные системы отопления могут быть тупиковыми и с попутным движением воды. Однотрубные систе-мы водяного отопления, как правило, устраивают с тупиковой разводкой трубопроводов.
Системы отопления с попутным движением теплоносителя имеют большую протяженность трубопроводов, чем системы с тупиковой разводкой.
В двухтрубных системах с верхней разводкой каждый нагревательный прибор обслуживается подающим и обратным трубопроводами. Если не учитывать охлаждение воды в трубах, то можно считать, что во все нагревательные приборы вода поступает с одинаковой температурой.
В двухтрубных системах отопления с нижней разводкой подающую и обратную магистрали прокладывают в подвальной части здания или в специальных каналах, сделанных в полу первого этажа. В этих системах теплоноситель поступает в нагревательные приборы не сверху вниз, как в системах с верхней разводкой подающей магистрали, а снизу вверх. В остальном система работает по тому же принципу, что и при верхней разводке подающей магистрали.
Воздух из системы с нижней разводкой подающей магистрали удаляется посредством воздушной линии, присоединяемой к стоякам и отводящей воздух к воздухосборнику или через воздушные краны.
Для регулирования теплоотдачи приборов в двухтрубных системах на подводках к нагревательным приборам устанавливают краны двойной регулировки, а на подающих и обратных стояках в местах присоединения их к магистральным линиям устанавливают пробковые сальниковые краны для отключения стояков на случай ремонта. Расширительный сосуд, так же как и в системе с верхней разводкой, присоединяют к обратной магистрали перед насосом.
Двухтрубные системы отопления с нижней разводкой в сравнении с системами с верхней разводкой имеют следующие преимущества: сокращается количество трубопроводов, проходящих в неотапливаемых помещениях, а следовательно, уменьшаются непроизводительные потери тепла; монтаж системы и пуск тепла можно производить поэтажно по мере возведения здания; в процессе обслуживания системы отключение отдельных стояков на случай аварии более удобно, так как краны на подающем и обратном стояках расположены в одном месте.
В однотрубных системах в отличие от двухтрубных горячая вода, поступающая к нагревательным приборам, и охлажденная в приборах вода перемещается по одному и тому же стояку. Таким образом, циркулирующая вода последовательно проходит через все нагревательные приборы, начиная с верхних. Проходя через нагревательные приборы всех этажей, вода постепенно остывает и в каждый нижерасположенный прибор приходит менее горячей.
Вода, охладившись в нагревательном приборе верхнего этажа, выходит из него и смешивается с более горячей водой, проходящей через перемычку. Смешанная вода поступает по стояку к нагревательному прибору нижележащего этажа, где поток воды вновь распределяется, т. е. часть воды поступает в прибор, а часть проходит через перемычку. Такое движение воды повторяется на каждом этаже по ходу движения теплоносителя. Таким образом, и при этой схеме отопления в каждый нижерасположенный прибор по ходу теплоносителя вода поступает с более низкой температурой.
Теплоотдачу нагревательных приборов в таких системах регулируют поворотом пробки трехходового крана в пределах 90°. Таким образом, может быть отключена перемычка (вся вода проходит через прибор) или прибор (вся вода проходит через перемычку). При промежуточном положении пробки крана часть воды пойдет через прибор, а часть — через перемычку.
Если на подводках к приборам устанавливают краны двойной регулировки, то диаметр замыкающего участка должен быть на один размер меньше диаметра стояка.
Смещение замыкающего участка от оси стояка обеспечивает лучшее в сравнении с осевым замыкающим участком поступление воды из стояка в нагревательные приборы и компенсирование линейных удлинений стояка отводами на подводках к приборам, что важно для устройства систем отопления в зданиях повышенной этажности.
В системах отопления с верхней разводкой горячей воды и с опрокинутой циркуляцией воздух из системы удаляют с помощью воздухосборников, устанавливаемых в верхней части системы; в системах отопления с нижней разводкой воздух удаляют посредством воздухо-выпускных кранов.
Однотрубные системы отопления в сравнении с двухтрубными имеют следующие преимущества: меньшую металлоемкость системы; более простые узлы трубных обвязок, что упрощает их заготовку и монтаж систем, лучшую тепловую и гидравлическую устойчивость.
