Классификация систем отопления
Системы отопления подразделяются на местные и центральные. К местным относят системы, в которых генератор тепла и нагревательный прибор находятся непосредственно в отапливаемом помещении (печное отопление, отопление газовыми и электрическими приборами). Центральными системами отопления называют системы, в которых генераторы тепла расположены вне отапливаемого помещения. Теплоноситель, нагретый в генераторе, по теплопроводам подается в отдельные помещения и, передав тепло воздуху через нагревательные приборы, возвращается в тепловой пункт.
Центральные системы по виду теплоносителя могут быть водяные, паровые и воздушные.
Водяные системы отопления могут быть с нагревателем воды до 100°С и выше (перегретой). В настоящее время максимальное значение температуры воды принято равным 150°С. Основные преимущества систем водяного отопления заключаются в возможности поддержания умеренной температуры на поверхности нагревательных приборов, исключающей пригорание на них пыли; в простоте центрального регулирования теплоотдачи нагревательных приборов путем изменения температуры воды; в простоте обслуживания. К недостаткам этой системы относятся: большое гидростатическое давление в нижней части систем, что ограничивает высоту систем; опасность замерзания воды в трубопроводе, проложенном в неотапливаемом помещении.
По способу циркуляции воды центральные системы водяного отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией (благодаря разности плотностей охлажденной и горячей воды) и системы с механическим побуждением (искусственной), в которой вода перемещается при помощи насоса.
По схеме прокладки проводящих трубопроводов системы водяного отопления делятся на двухтрубные и однотрубные. В двухтрубных системах вода поступает в нагревательные приборы по одним стоякам, а отводится по другим (приборы присоединены параллельно). В однотрубных системах вода поступает в прибор и отводится из него по одному стояку (приборы присоединены последовательно).
По расположению подающих магистралей системы водяного отопления делятся на системы с верхней разводкой (при прокладке подающих магистралей по чердаку или под потолком верхнего этажа) и системы с нижней разводкой (при прокладке подающих магистралей по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах). По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях водяные системы отопления бывают тупиковые (при встречном движении воды) и с попутным движением (при движении воды в одном направлении).
Рассмотрим принципиальную схему водяного отопления. Ее основными частями являются генератор тепла (котел), расширительный сосуд, нагревательные приборы, подающий (горячий) трубопровод и обратный (холодный) трубопровод. Система работает следующим образом. После наполнения системы водой из водопровода и удаления из нее воздуха приступают к нагреванию воды в котле. Нагретая вода по трубопроводу поднимается вверх, затем опускается вниз и поступает под воздействием естественного давления при неразрывности потока к нагревательным приборам, которым отдает часть своего тепла. Охлажденная по выходе из прибора вода по замкнутому циркуляционному контуру поступает к источнику тепла (котлу), при этом вытесняя из него более легкую нагретую воду. Вода, восполнив в котле потери тепла, повторяет свое движение (циркулирует).
Для ускорения циркуляции нагретой воды в системе можно применять насосы, которые устанавливаются перед котлом. Такие системы называются насосными.
Система водяного отопления представляет собой замкнутый контур, заполненный водой. Поэтому даже незначительное увеличение ее объема при повышении температуры может создать давление, превышающее предел прочности отдельных элементов системы, а уменьшение объема при понижении температуры вызывает разрыв струи и нарушение циркуляции. Чтобы избежать этих явлений, в системе отопления должно быть предусмотрено устройство, воспринимающее излишек воды при повышении температуры в системе и восполняющее убыль воды при ее понижении. Наиболее простым и безотказно действующим устройством такого рода является расширительный бак. Расширительный бак представляет собой емкость, присоединенную к системе отопления и сообщающуюся с атмосферой. Устанавливается он выше самой высокой точки системы.
Паровые системы отопления отличаются от водяных тем, что источником теплоснабжения служит насыщенный пар, который из котла по паропроводам подается к нагревательным приборам, где отдает часть тепла и превращается в конденсат. Конденсат отводится из приборов по трубопроводам в сборные конденсатные баки, откуда насосами перекачивается в котлы. В отдельных случаях конденсат возвращается самотеком сразу в котлы.
Трубопроводы в паровой системе разделяют на паропроводы, идущие до нагревательного прибора, и конденсатопроводы, несущие конденсат от нагревательного прибора до генератора теплоты. Конденсатопровод, сечение которого при работе системы не полностью заполнено конденсатом, а при перерывах в работе системы свободно от воды, называют сухим. Мокрым называют конденсатопровод, всегда заполненный водой полностью. Конденсатопровод может быть напорным, если конденсат перемещается при помощи насосов или избыточного давления пара, и самостоятельным, если конденсат перемещается самотеком.
В системах парового отопления пар перемещается благодаря разнице давлений при выходе из котла и перед нагревательными приборами.
Преимущества систем парового отопления заключаются в более высокой теплоотдаче нагревательных приборов; в меньшем, чем у систем водяного отопления, расходе металла на трубы и нагревательные приборы; в меньшей опасности замерзания; в возможности перемещения пара на большие расстояния без применения искусственного побуждения.
Водяное отопление
Водяное отопление в настоящее время – самый распространенный вид центрального отопления. Это объясняется главным образом тем, что в системе водяного отопления изменением температуры воды легко регулировать теплоотдачу, которую требуется все время менять в зависимости от изменения наружной температуры, влияющей на теплопотери отапливаемых помещений. Эту особенность системы водяного отопления, которой обладают также системы воздушного отопления, называют качественным регулированием.
Для обеспечения качественного регулирования в котельной или на ТЭЦ воду подогревают по температурному графику, по которому в соответствии с наружной температурой устанавливают температуру теплоносителя. При этом чем выше наружная температура, тем ниже должна быть температура теплоносителя (воды). При очень низкой наружной температуре поступают наоборот.
По способу побуждения водяное отопление подразделяют на системы с насосным и естественным побуждением. Более распространены системы с насосным побуждением, в которых вода циркулирует в основном под действием циркуляционного насоса. Последний устанавливают на обратной линии, по которой идет вода, охлажденная в системе отопления перед водоподогревателем (котлом или бойлером). Следует иметь в виду при этом, что обычные циркуляционные насосы во время работы создают шум, который может распространяться в соседние помещения.
В тех случаях, когда системы отопления присоединяют к центральному теплоснабжению и сетевая вода поступает непосредственно в эти системы, последние своих циркуляционных насосов не имеют, так как вода в них циркулирует под действием насосов, установленных на станциях ТЭЦ или центральных котельных.
Места расположения разводящих трубопроводов в системах водяного отопления и способы присоединения отопительных приборов могут быть различными. Более распространены, однотрубные схемы, одна из разновидностей которых (с верхней разводкой), показана на рисунке 6.1. Изображенная на этом рисунке схема, как и все предыдущие, имеет принципиальный характер: на ней показано ограниченное количество отопительных приборов и стояков, причем все они расположены в одной плоскости.
По окончании монтажа системы ее, прежде всего, проверяют на герметичность гидравлическим испытанием, для чего систему временно отключают от расширительного сосуда, предназначенного для распределения давления, и с помощью гидравлического пресса ведут опрессовку на повышенное (против условий эксплуатации) давление.
После устранения обнаруженных дефектов монтажа к системе присоединяют расширительный сосуд и заполняют ее водой из водопроводной линии до низшего уровня воды в расширительном сосуде. Его устанавливают в самой высшей точке системы отопления: обычно, на чердаке или в надстройке (часто над лестничной клеткой). Присоединяют расширительный сосуд к насосной системе отопления расширительной линией перед насосом
Горячая вода во время работы системы поступает из котла или бойлера в главный стояк, из него – в распределительную горячую магистраль и оттуда в стояки системы. Из стояков вода поступает в отопительные приборы, отдает в них свое тепло и далее по обратной линии возвращается в котел или бойлер, оттуда снова поступает в главный стояк и т. д.
Горячая вода во время работы системы поступает из котла или бойлера в главный стояк, из него – в распределительную горячую магистраль и оттуда в стояки системы. Из стояков вода поступает в отопительные приборы, отдает в них свое тепло и далее по обратной линии возвращается в котел или бойлер, оттуда снова поступает в главный стояк и т. д..
Для приведения системы отопления в действие включают в работу котел и циркуляционный насос. Как известно, вода при нагревании увеличивается в объеме.
Для размещения этого дополнительного объема воды и служит расширительный сосуд, емкость которого находится между низшим и высшим уровнями. Уровни отмечают присоединением к сигнальной и переливной линиям: нижняя сигнальная линия выводится в котельную или бойлерную, верхняя переливная – в канализацию. Недостатки системы парового отопления: высокая температура на поверхности труб и нагревательных приборов, вызывающая пригорание пыли и создающая антисанитарные условия в помещении; невозможность гибкого центрального регулирования теплоотдачи нагревательных приборов, в связи с чем применяется регулирование пропусками (путем периодического включения и выключения системы); более сложная эксплуатация и более высокие бесполезные теплопотери трубопроводами, прокладываемыми в неотапливаемых помещениях.
Паровое отопление
Системы парового отопления в зависимости от давления пара разделяют на системы низкого давления (с давлением от 0 до 70 кПа), высокого давления (от 70 до 600 кПа) и вакуум-паровые, когда давление меньше атмосферного. Последние из-за сложности эксплуатации и отсутствия преимуществ по сравнению с водяными системами отопления сейчас почти не применяют. Давление пара замеряют на котле, расположенном в отапливаемом здании или на тепловом вводе в здание.
Более часто из перечисленных выше систем устраивают паровые системы низкого давления: они удобнее и безопаснее в эксплуатации, чем системы высокого давления, и могут обслуживаться котлом, расположенным в нижнем этаже или подвале отапливаемого здания.
Схем парового отопления низкого давления создано несколько. Их различают по месту расположения разводящих паропроводов, присоединению отопительных приборов и способу отведения конденсата.
Более часто применяют схему с верхней разводкой и «сухим» конденсатопроводом (рисунок 6.2). Пар из котла под избыточным давлением поступает в главный стояк, из него в разводящий паропровод, расположенный сверху отопительных приборов, а затем в стояк. Далее пар по паровым подводкам идет в отопительные приборы, где при соприкосновении с внутренней поверхностью стенок он охлаждается, отдавая свою скрытую теплоту парообразования, и конденсируется. Конденсат через конденсационную линию поступает обратно в котел, где он опять превращается в пар; из котла пар вновь поступает в отопительные приборы. Количество пара, которое поступает в каждый отопительный прибор, по расчетным условиям должно соответствовать его теплоотдаче. Перед пуском пара в систему она бывает заполнена более тяжелым, чем пар, воздухом, который при заполнении системы вытесняется паром и выходит через воздушник. При остановке системы, т. е. прекращении подачи пара и его конденсации, воздух, наоборот, через воздушник поступает в систему и заполняет образующийся вакуум. При этом вход и выход воздуха из системы происходит по конденсационной линии, в связи с чем она должна иметь увеличенный диаметр.
Движение конденсата по линии происходит за счет ее уклона, принимаемого не менее 0,003. С уклоном (по ходу движения пара) прокладывают и разводящий паропровод. Делают это для обеспечения спуска через приборы в конденсационную линию попутного конденсата, который получается вследствие охлаждения паропровода и частичной конденсации пара.
Рисунок 6.2 - Принципиальная схема парового отопления низкого давления с верхней разводкой, сухим конденсатопроводом и самотечным возвратом конденсата в котел:
1 – паровой котел; 2 – главный стояк; 3 – разводящий паропровод; 4 – стояки; 5 – паровые подводки; 6 – отопительные приборы; 7 - конденсационная линия; 8– регулировочные краны; 9 –выпуск воздуха.