• Водяне опалення

    ВОДЯНЕ ОПАЛЕННЯ

    03.09.2015

    ВОДЯНЕ ОПАЛЕННЯ

    Водяне опалення — опалювання будівлі або споруди системою опалення, у якій в якості теплоносія використовується вода. Водяне опалення в XVIII столітті застосовувалося для опалення оранжерей і теплиць, а з початку XIX століття — і будівель. У Росії перша система водяного опалення була споруджена в Петербурзі в 1834 році (П. Р. Соболевський, 1782-1841). У XIX столітті водяне опалення влаштовувалося гравітаційним — з природною циркуляцією води. У 50-60-х роках XIX століття поширилося як більш дешеве водяне опалення високого тиску по системі англійського інженера Перкінса (патент 1831 рік). Система складалася з замкнутих зі всіх сторін і заповнених водою вертикальних товстостінних трубок (внутрішній діаметр 15, зовнішній 25 мм). Вода нагрівалася в змійовику, поміщений в центральну піч. Такого ж роду змійовики («нагрівальні спіралі»), з’єднані однією трубою (зараз подібний зв’язок опалювальних приладів називають однотрубною системою водяного опалення), розміщувалися у приміщеннях, що обігріваються. В системі циркулювала вода під значним тиском (до 7 МПа), нагрівається до 260-300 С. Крім змійовиків в приміщеннях використовувалися труби опалювальні — гладкі труби великого діаметру, а потім і ребристі труби — перші спеціальні опалювальні прилади. Застосовувалося також водяне опалення новышенного тиску (до 0,8 МПа) за системою французького інженера Л. Дювуара — горизонтального типу з опалювальними приладами у вигляді чавунних циліндричних печей з наскрізним внутрішнім каналом (система подібного виду діє в одному з будинків в місті Нижньому Новгороді). З 70-х роках минулого століття з водяним опаленням високого тиску стало успішно конкурувати водяне опалення низького тиску, виконується заводом Сан-Таллі в Петербурзі по горизонтальній схемі з опалювальними приладами з ребристих труб (фасонні з’єднувальні частини та арматура ввозилися з Німеччини). В останній третині XIX століття водяне опалення низького тиску споруджувалося в різних містах Росії Петербурзьким металевим заводом (О. Е. Крель, 1838-1913 р.) у вигляді вертикальних і горизонтальних однотрубних систем водяного опалення. У 1875 році К. Лешевич вперше влаштував квартирне водяне опалення низького тиску з вертикально плоскими сталевими опалювальними приладами, що діють самостійно або під час топлення кухонного вогнища. У 80-х роках стало поширюватися центральне водяне опалення з вертикальною прокладкою труб з однотрубної схемі з опалювальними приладами у вигляді вертикальних оребрених тумб різної висоти і обхідними гілками вздовж них (їх називають замикаючими ділянками). На кожному опалювальному приладі стали встановлювати регулюючі крани. У 90-х роках з’явилася двотрубна система опалення (під впливом законодавця німецької опалювальної техніки Р. Ритшеля), де за однією з прокладаються паралельно двох вертикальних труб в опалювальні прилади подавалася нагріта вода, за іншими — відводилася охолоджена. Єдиним, хто продовжував застосовувати однотрубное водяне опалення, був Петербурзький металевий завод (ЛМЗ). На ньому за власним проектам вироблялися попередня заготівля і складання окремих елементів, тому монтаж (також силами заводу) опалювальних установок в будинках проводився в скорочені терміни. Вертикальні труби прокладалися приховано в стінах, ребристі труби закривалися щитами і декоративними решітками.

    Для початку 20 століття характерне прагнення до зменшення початкового вартості опалювальних установок. Водяне опалення влаштовується з відкритою прокладкою вертикальних труб і відкритою установкою опалювальних приладів (близько 1900 з’явилися чавунні опалювальні радіатори). Застосовуються різні рішення по підвищенню швидкості руху води для зменшення діаметра труб. Спонукання циркуляції води пропонувалося здійснювати шляхом підмішування до неї в підйомних трубах повітря, пари, перегрітої води (А. К. Павловський, 1861 —1923гг. ). В. М. Чаплін (1859—1931рр. ) розробив і в 1903 році вперше застосував у Москві пароводоводяное опалення з спонуканням циркуляції води пароструйным інжектором. Для опалення будівлі встановлювалися 2 котла: паровий для отримання пари під тиском 0,05—0,3 МПа (в залежності від висоти будівлі) та водогрійний для нагрівання води до 100-150 С, яка, змішуючись з охолодженою водою, надходила при зниженій температурі (не вище 90 С) для опалення приміщень. Запропоноване В. М. Чапліним эжектирование охолодження води при подачі зовні високотемпературної повсюдно використовується для центрального водяного опалення будівель. У 1905 році В. А. Яхимович (1875—1942рр. запропонував та впровадив «трубчасті прилади з сорочкою з бетону» — паробетонные прилади панельно-променистого опалення, заснованого на закладенні нагрівальних елементів в товщу огороджувальних конструкцій приміщень. У наступні 10 років було виконано понад 100 таких опалювальних установок. У ті ж роки з’явилося районне опалення — декількох будівель стали забезпечуватися теплотою з одного центру, при цьому в якості теплоносія «дальньої дії» використовувався пар, в будівлях встановлювалися пароводяні теплообмінні апарати (бойлери) і оборудовалось водяне опалення з природною циркуляцією. Таким пароводяним опаленням, зокрема в 1903 році було обладнано 13 корпусів Петербурзької дитячої лікарні.

    Початкове застосування насосів в Росії для спонукання циркуляції води з метою не тільки зменшення діаметра труб, але і збільшення радіусу дії водяного опалення відноситься до 1909 року. Обережне ставлення до використання насосів у водяному опаленні послідувало після негативного виступи Р. Ритшеля на третьому Німецькому з’їзді з опалення та вентиляції в 1901году. Насосне водяне опалення вперше було здійснено в Михайлівському театрі в Петербурзі. В двотрубної системи водяного опалення кожен радіатор забезпечувався обхідний гілкою з переключательным триходовим краном для пропуску води при виключенні радіатора. До 1912 році насосне водяне опалення було запроектовано Н.П. Мельниковим в декількох великих будівлях, в тому числі в корпусах Інституту інженерів шляхів сполучення, де влаштовувалося вперше водо-водяне опалення з радіусом дії близько 400 м при створюваний насосом тиску 100 кПа. В будівлі Ермітажу повітряне опалення системи Н.А. Аммосова було замінено водяним, розрахованого на підтримання температури в приміщеннях з коливанням в межах 0,51>С. загалом же в Росії установок центрального водяного опалення було мало, і більшість їх монтувалося в розрахунку на гравітаційну (природну) циркуляцію води. Основна маса будівель, навіть у столиці, мала пічне опалення. Область застосування водяного опалення розширилася в 20-х роках: згідно з випущеним Народним комісаріатом праці ОСТ пропонувалося обладнати центральне водяне опалення все знову зводяться житлові будівлі висотою більше 3 поверхів (в подальшому більш 2 отажей). Спочатку водяне опалення виконувалося на базі місцевих опалювальних котелень (у підвалах будинків), потім з розвитком теплофікації — при теплопостачанні від ТЕЦ. Період до середини XX століття характерний широким, крім Ленінграда, застосуванням двотрубного розподілу теплоносія води з опалювальним приладам будівель. З розвитком великопанельного будівництва, у тому числі бесчердачного, перевагу при опаленні багатоповерхових будівель стало віддаватися вертикально-однотрубному з’єднанню опалювальних приладів.

    Вода як теплоносій в системі опалювання практично нестислива, відрізняється значною щільністю, теплоємністю і в’язкістю. Вона змінює свої щільність, об’єм і в’язкість при зміні температури, а температуру кипіння в залежності від тиску; здатна сорбувати і виділяти гази при зміні температури і тиску. Застосування в системі опалення нагрітої води дозволяє підтримувати рівномірну температуру приміщень шляхом регулювання температури, подаваного в оголительные прилади води. Середня температура поверхні приладів більшості систем водяного опалення протягом основного періоду опалювального сезону не перевищує 60-65 С і не викликає розкладання і сухої сублімації органічного пилу, що супроводжуються виділенням шкідливих для людей речовин, зокрема оксиду вуглецю. Недоліки застосування води в якості теплоносія — значне гідростатичний тиск в системі опалення; значна теплова інерція води, затримуюча зміна температури приміщення при регулювання тепловіддачі опалювальних приладів; обмежена швидкість руху води у теплопроводах у зв’язку з шумовим межею і великими втратами тиску при її циркуляції. Системи водяного опалення за способом створення циркуляції води поділяються: з природною циркуляцією (гравітаційної) і з механічним спонуканням циркуляції води за допомогою насосів (насосні). В гравітаційній системі використовується властивість води змінювати щільність при різній температурі. У замкнутої вертикальній системі з нерівномірним розподілом щільності під дією гравитационого поля Землі виникає природне рух води. В насосній системі використовується насос для підвищення різниці тиску, що викликає циркуляцію, і в системі створюється вимушене рух води. По температурі теплоносія розрізняються системи низькотемпературні з граничною температурою гарячої води tr 100 С. Максимальне значення температури води обмежена 150 С. За положенням труб, які об’єднують опалювальні прилади по вертикалі або горизонталі, системи водяного опалення поділяються на вертикальні і горизонтальні, в залежності від схеми з’єднання труб з опалювальними приладами — на однотрубні і двотрубні. У кожному стояку або гілки однотрубної системи водяного опалення прилади з’єднуються однією трубою, і вода протікає через них послідовно. Якщо кожен опалювальний прилад, встановлений у приміщенні, розділений на 2 рівні частини («а» і «б»), в яких вода рухається в протилежних напрямках і теплоносій послідовно проходить спочатку через всі частини «а», а потім через всі частини «б», то така однотрубна система носить назву бифилярной (двопоточні) системи опалення. В двотрубної системи водяного опалення прилади окремо приєднуються до 2 трубах — подаючої і зворотної, і вода протікає через кожний прилад незалежно від інших приладів. Тривале застосування водяного опалення підтвердило гігієнічні та технічні його переваги порівняно з паровим опаленням. При водяному опаленні забезпечуються відносно невисока температура поверхні теплопроводів і опалювальних приладів, рівномірна температура приміщень, великий термін служби, економія теплоти, безшумність дії, простота обслуговування і ремонту. Одержало широке поширення насосне водяне опалення, гравітаційне застосовується порівняно рідко.

    В залежності від джерела теплопостачання змінюються пристрій, обладнання місцевого теплового пункту і принципова схема системи насосного водяного опалення. Воду, нагреваемую в котлах, переміщує циркуляційний насос, включений у загальну зворотну магістраль, до якої приєднано також розширювальний бак. Система заповнюється водою з водопроводу. При централізованому водяному теплопостачання застосовуються 3 способи приєднання системи насосного водяного опалення до зовнішніх теплопроводів. Незалежна схема близька за своїм елементів до схеми при місцевому теплопостачання, лише котли замінюють теплообмінниками і систему заповнюють деаерірованной водою (позбавленої розчиненого повітря) з зовнішньої теплової мережі, використовуючи високий тиск в ній або спеціальний підживлюючий насос, якщо це тиск недостатньо високо. Воду для заповнення системи, як правило, забирають із зворотного зовнішнього теплопроводу. Можлива, однак, подача води з подаючого теплопроводу, якщо тиск високотемпературної води (температура ti), що передається при цьому у систему, допустимо для всіх її елементів. При незалежною схемою в системі опалення створюється місцевий теплогидравлический режим при зниженій температурі tr гріючої води (tr to). Якщо, наприклад, розрахункова температура to дорівнює 70°С, то для скорочення площі нагрівальної поверхні теплообмінників температура повинна бути не нижче 75 Ц.

    Незалежну схему приєднання застосовують, коли в системі не допускається підвищення гідростатичного тиску (за умовою міцності опалювальних приладів) до тиску, під яким знаходиться вода у зовнішньому зворотньому теплопроводі. Перевагою незалежної схеми приєднання системи водяного опалення окрім забезпечення гідравлічного режиму, індивідуального для кожної будівлі, є можливість збереження циркуляції з використанням тепломісткості води протягом деякого часу, зазвичай достатнього для усунення аварійного пошкодження зовнішніх теплопроводів. Система водяного опалення при незалежній схемі служить довше, ніж з місцевої котельні, внаслідок зменшення корозійної активності води і заростання труб і приладів.

    Залежна схема приєднання системи опалення до зовнішніх теплопроводів зі змішуванням води простіше по конструкції і в обслуговуванні. Вартість її нижче вартості незалежної схеми завдяки виключенню таких елементів, як теплообмінник, розширювальний бак і подниточный насос, функції яких виконуються централізовано на тепловій станції. Цю схему вибирають, коли в системі потрібна температура води tr ti і допускається підвищення гідростатичного тиску до тиску, під яким знаходиться вода у зовнішньому зворотньому теплопроводі. Змішання зворотної води із системи опалення з високотемпературної водою з зовнішнього теплопроводу здійснюють за допомогою змішувального апарату — змішувального насоса або водоструминного елеватора. Насосна змішувальна установка системи опалення має перевагу перед елеваторної — її ккд вище; в разі аварійного пошкодження зовнішніх теплопроводів можливо, як і при незалежною схемою приєднання, збереження циркуляції води в системі опалення. Змішувальний насос можна застосовувати в системах зі значним гідравлічним опором, тоді як при використанні елеваторної змішувальної установки втрати тиску в системі повинні бути порівняно невеликими. Недолік залежною схеми приєднання зі змішанням — незахищеність системи від підвищення в ній гідростатичного тиску, безпосередньо передається через зворотний теплопровід, до значення, небезпечного для цілості опалювальних приладів і арматури.

    Прямоточна схема застосовується, коли в систему допускається подача високотемпературної води (tr — ti при високому гідростатичному тиску або при прямій подачі низькотемпературної води. Недолік залежною прямоточною схеми приєднання — неможливість місцевого регулювання температури гарячої води (tr) і залежність теплового режиму будівлі від «знеособленої» температури води в зовнішньому подаючому теплопроводі. Висота будівель, в яких використовують високотемпературну воду, обмежена внаслідок необхідності зберегти в системі гідростатичний тиск, досить висока для запобігання закипання води. При централізованому теплопостачанні із застосуванням незалежної і залежних схем приєднання в системі опалення циркулює деаэрированная вода. Це не тільки спрощує видалення повітря з системи (фактично повітряні скупчення видаляють тільки в пусковий період після монтажу або ремонту), але і збільшує термін її служби.

    Система водяного опалення при місцевому та централізованому теплопостачанні застосовується з верхнім і нижнім розташуванням магістралей, з тупиковим і попутним рухом води в них, з послідовним і паралельним (за напрямком руху води) з’єднанням опалювальних приладів. При проектуванні систем опалення конкретних будівель складають схеми систем, різним чином поєднуючи в кожній з них магістралі, стояки і гілки з опалювальними приладами. Встановлюється взаємне розташування теплообмінників (котлів), циркуляційних насосів, теплопроводів, опалювальних приладів і інших елементів залежно від їх розміщення в будівлі, тобто закріплюється топологія системи. Схеми системи опалення в 50-70-х роках XX століття істотно видозмінювалися, причому загальним явищем у країні було витіснення раніше широко поширених двотрубних систем вертикальних однотрубными. При використанні останніх замість двотрубних з’явилася можливість зменшити довжину і масу труб, уніфікувати окремі вузли і деталі, усунути виміри в натурі, механізувати процеси заготівлі деталей, здійснювати попередню збірку і комплектацію вузлів, а в результаті — скоротити витрати праці та строки монтажу систем. Втрати тиску в однотрубних стояками і гілках значно перевищують втрати у двотрубних стояками, при цьому встановлюється стійкий гідравлічний режим однотрубних систем: заданий розподіл теплоносія по опалювальним приладам зберігається протягом усього опалювального сезону, тобто однотрубні системи менш схильні разрегулированию, ніж двотрубні. Тому у приладів можна встановлювати регулюючі крани, призначені тільки для експлуатаційної регулювання. При здачі змонтованих однотрубних систем в експлуатацію не проводять пусконалагоджувального регулювання тепловіддачі опалювальних приладів, як це роблять при двотрубних системах.

    В системах водяного опалення використовуються неоцинковані (чорні) сталеві шовні (зварні) труби: водогазопровідні діаметром до 50 мм (легкі і звичайні), електрозварні діаметром до 50 мм, так і більшого діаметру. Водогазопровідні труби легкі замінюються звичайними (з більшою товщиною стінок) при прихованій їх прокладання і в місцях, де передбачаються різьбові з’єднання замість зварних (в основному при застосуванні муфтової арматури і з’єднувальних частин). Водогазопровідні оцинковані труби встановлюються тільки в повітряних і дренажних лініях. Труби в системах водяного опалення прокладаються в основному відкрито, що простіше, дешевше і дозволяє використовувати їх поверхню як нагрівальну з відповідним скороченням площі опалювальних приладів. Застосовуються різні приладові вузли як з трубної регулюючою арматурою, так і без неї. При установці конвекторів з повітряним клапаном регулююча арматура використовується тільки в двотрубних системах водяного опалення (для пусконалагоджувального регулювання).

    Розміщення стояків у вертикальній системі водяного опалення залежить від положення магістралей і підводок до опалювальних приладів і невіддільне від вибору виду цієї системи. Горизонтальні гілки встановлюються на рівні гріючих труб у конвекторах або під опалювальними приладами без ухилу теплопроводу системи опалення, якщо забезпечується швидкість руху води в них більше 0,25 м/с. Розміщення магістралей пов’язано з призначенням і шириною будівлі, видом прийнятої системи опалення, застосуванням у ній компенсаторів теплопроводів. Магістралі в технічних приміщеннях, на горищах і в підвалах прокладаються з ухилом, що викликає переміщення повітря до воздухосборникам (верхні магістралі) і самопливний спуск води із труб для ремонту системи (нижні магістралі). Для випуску повітря в атмосферу в підвищених місцях системи водяного опалення встановлюються повітряні крани. Теплопроводи систем водяного опалення покривають тепловою ізоляцією в місцях, де можливі замерзання теплоносія (біля зовнішніх дверей, воріт та інших відкритих взимку прорізів), спалахування і вибух газів і пилу, опіки, а також в неопалюваних і штучно охолоджуваних приміщеннях. Товщина шару теплової ізоляції повинна забезпечувати ккд, близький до 0,8. Для усунення в робочих приміщеннях шуму і вібрацій, викликаних працюють насосами, їх фундаменти не зв’язуються наглухо з будівельними конструкціями машинних приміщень. Кожен насос відокремлюється від теплопроводів двома гнучкими віброізолюуючими вставками, під його основу поміщаються віброізолюючі амортизатори. Теплопроводи в місцях перетину стін і перекриттів приміщень забезпечуються амортизуючими прокладками; зазори між трубами, прокладками і будівельними конструкціями закладаються негорючою пружною мастикою.

    Тепловий та гідравлічний розрахунки системи опалення ґрунтуються на відомій її теплової потужності, що складається з теплових навантажень окремих опалювальних приладів, отриманих в результаті розрахунку тепловтрат приміщень. Виходячи з нормативно встановленого значення температури теплоносія, віднесеного до розрахункової температурі опалювального сезону, визначають його витрати і проводять теплової та гідравлічні розрахунки системи, включаючи підбір обладнання (теплообмінників, розширювального бака, циркуляційних насосів, регулюючих клапанів тощо).

    Труби систем водяного опалення з’єднуються зварюванням, на фланцях і різьбі (при зовнішньому діаметрі до 60 мм). В якості ущільнювача фланцевих з’єднань застосовуються термостійкий гума і пароніт, для ущільнення різьбових з’єднань — стрічка з фторопластового ущільнювача або азбестова пасмо разом з лляної пасмом, просочена графітом, замішаний на оліфі. Змонтовані системи водяного опалення піддаються гідростатичного випробування шляхом заповнення водою під надлишковим тиском, що перевищує на 25% робочий, але не менше 0,2 МПа в самій нижній точці системи. Система водяного опалення визнається витримала випробування, якщо протягом 5 хвилин при відсутності витоку води падіння створеного в ній тиску не перевищить 0,02 МПа, а при подальшому її пуску під робочим тиском витоків води також не спостерігається. Для систем панельного водяного опалення, як і для теплообмінників, встановлюються більш жорсткі вимоги. Перед здачею змонтованої системи водяного опалення в експлуатацію проводиться пусконаладочное (монтажний) її регулювання. Перспективним напрямком застосування водяного опалення можна вважати розширення сфери його використання при комбінованому опаленні як з різним режимом роботи, так і в поєднанні з іншими видами опалення, для низько температурного опалення — з утилізацією природного і скидної теплоти.

    Короткий опис статті: водяне опалення Довідково-інформаційний сайт щодо інженерного обладнання будинків і споруд.

    Джерело: ВОДЯНЕ ОПАЛЕННЯ

    Також ви можете прочитати