Водяне опалення з природною циркуляцією

17.10.2015

Водяне опалення з природною циркуляцією теплоносія

Принципова схема системи водяного опалення з природною циркуляцією

теплоносія показана на рис. 1. Вода від котла до приладів теплообмінника і назад рухається під дією гідростатичного напору, що виникає завдяки різній щільності охолодженої і нагрітої рідини (теплоносія).

Водяне опалення з природною циркуляцією

Рис. 1а. Системи водяного опалення з природною циркуляцією (з верхньою розводкою): 1 — котел; 2 — головний стояк; 3 — розводяща лінія; 4 — гарячі стояки; 5 — зворотні стояки; 6 — зворотна лінія; 7 — розширювальний бак; 8 — сигнальна лінія

Водяне опалення з природною циркуляцією

Рис. 1б. Системи водяного опалення з природною циркуляцією (з нижньою розводкою): 1 — котел; 2 — повітряна лінія; 3 — розводяща лінія; 4 — гарячі стояки; 5 — зворотні стояки; 6 — зворотна лінія; 7 — розширювальний бак; 8 — сигнальна лінія

Яка ж сила змушує воду циркулювати в системі, тобто рухатися по трубах з котла в нагрівальні прилади і назад в котел? Ця сила виникає при нагріванні води в котлі і охолодженні її в нагрівальних приладах. Вода, нагріта в котлі 1, як більш легка, піднімається по головному подає стояку 2 вгору. З стояка вона надходить в розвідні магістральні трубопроводи 3, а з них через подаючі стояки 4 — у нагрівальні прилади. Тут вода остигає і тому стає більш важкою. Наприклад щільність води при 40°С становить 992,24 кг/м3, при 70°С — 977,8 кг/м35 при 95°С — 961,9 кг/м3. Охолоджена вода через зворотні стояки 5 і зворотну лінію 6 опускається вниз і своєю вагою витісняє нагріту воду з котла вгору — головний подаючий стояк.

Описаний процес безперервно повторюється і в результаті відбувається постійна циркуляція води в системі. Сила циркуляції, або, як прийнято говорити, циркуляційний тиск, залежить від різниці ваг стовпа і гарячої стовпа охолодженої (зворотної) води, отже, вона залежить від різниці температур гарячої та зворотної води. Крім того, циркуляційний тиск обумовлюється ще висотою розташування нагрівального приладу над котлом: чим вище розташований прилад, тим більше для нього циркуляційний тиск.

Це можна довести таким чином. У системах водяного опалення найбільша температура гарячої води зазвичай дорівнює 95°С, а охолодженої — 70°с. Якщо знехтувати охолодженням води в трубах, то можна вважати, що в нагрівальний прилад вода надходить з температурою 95°С, а йде з нього з температурою 70°С. При цьому умови визначимо спочатку для верхнього, а потім для нижнього нагрівального приладу циркуляційний тиск, під впливом якого відбувається через них рух води.

Проведемо на рис. 1а горизонтальні пунктирні лінії через центри нагрівальних приладів і котла. Припустимо, що ці лінії є кордоном між водою з температурою 95°С і водою з температурою 70°С. Очевидно, що на ділянці ВГДЛЕ температура води буде однакова і дорівнює 95°С, отже, тут не може виникнути сила, яка змусила б воду циркулювати. Однакова і дорівнює 70°С температура на ділянці АКИЗ, тому і тут не може бути створена необхідна сила. Залишається розглянути інші дві ділянки — АВ і ЕЗ. На ділянці АВ температура води-95°С, а на ділянці ЕЗ вона складає 70°С. При такому співвідношенні температур наявності необхідна умова для виникнення циркуляційного тиску — внаслідок різниці ваг води на ділянці ЕЗ та АВ і створюється циркуляція в кільці АБВГДЛЕЖЗИК. Сказане відноситься до верхнього нагрівального приладу.

Для приладу, розташованого в нижньому поверсі і включеного в кільце АБВГДЛМЖЗИК, циркуляційний тиск буде створюватися різницею ваги стовпа води ЖЗ і стовпа АБ, так як на ділянці БГДМЖ температура однакова і дорівнює 95°С, а на ділянці АКИЗ температура теж однакова і дорівнює 70°С. Але висота стовпів води АВ і ЕЗ відповідно більше висоти стовпів води АБ і ЖЗ. Отже, і різниця у вазі стовпів АВ і ЕЗ буде більше різниці у вазі стовпів АБ і ЖЗ, звідси циркуляційний тиск для приладу другого поверху більше, ніж для приладу першого поверху.

Цим пояснюється таке часто спостерігається явище: в системах водяного опалення нагрівальні прилади верхніх поверхів прогріваються краще, ніж прилади нижніх поверхів. З наведених вище міркувань випливає, що в двотрубних системах опалення нагрівальні прилади, розташовані на одному рівні з котлом або нижче його, працювати не будуть або ж будуть дуже слабо прогріватися. Для зазначених систем практикою встановлено найменшу відстань між центром нагрівальних приладів нижнього поверху і центром котла в 3 метри. У зв’язку з цим котельні для систем опалення повинні мати достатню заглиблення. Зазначеного недоліку позбавлені однотрубні системи опалення. У цьому випадку гідростатичний напір, що змушує циркулювати воду в системі, буде утворюватися з-за охолодження води в трубопроводах, що підводять нагріту воду до нагрівальних приладів, а також відвідних охолоджену воду від приладів до котла.

Це охолодження корисно, по-перше, для створення гідростатичного напору, а по-друге, для додаткового обігріву приміщення, тому зазначені трубопроводи прокладають відкрито і не ізолюють. Навпаки, охолодження води в головному стояку (підйомному трубопроводі) шкідливо, бо призводить до зниження температури і збільшення щільності і, як наслідок, до зменшення гідростатичного напору. У зв’язку з цим підьомний стояк від котла необхідно ретельно теплоізолювати.

Кількість тепла, що віддається приміщенню нагрівальними приладами, залежить від кількості надходить у прилад води і її температури. У свою чергу, кількість води, яка може бути пропущено через трубопровід до приладу, залежить від циркуляційного тиску, що змушує воду рухатися по трубі. Чим більше циркуляційний тиск, тим менше може бути діаметр труби для пропуску певної кількості води і, навпаки, чим менше циркуляційний тиск, тим більше повинен бути діаметр труби. Але для нормального дії системи опалення потрібна ще одна умова: щоб циркуляційний тиск було достатнім для подолання всіх опорів, які зустрічає рухома в цій системі вода. Відомо, що вода при своєму русі в системі опалення зустрічає опору, викликані тертям води об стінки труб, а крім них, ще й місцеві опору, до яких відносяться відводи, трійники, хрестовини, крани, нагрівальні прилади і котли.

Опір внаслідок тертя залежить від діаметра та довжини трубопроводу, а також від швидкості руху води (якщо швидкість збільшиться в два рази, то опір — в чотири рази, тобто в квадратичній залежності). Чим менше діаметр і більше довжина трубопроводу і чим вище швидкість води, тим більше опір створюється на шляху води і навпаки. У схемі опалення, зображеної па. рис 1a є два кільця: одне, що проходить через найближчий до котла стояк, і інше, яке проходить через далекий стояк. Так як перше кільце коротше другого, то при однаковою в обох кільцях теплової навантаженні і однакових діаметрів труб буде проходити за коротким кільцю більше води, ніж потрібно за розрахунком, і в результаті по довгому кільцю буде проходити менше води, ніж слід за розрахунком. Щоб цього уникнути, необхідно для далекого стояка застосовувати труби більшого діаметру, ніж для найближчого стояка, і таким чином зрівняти опору в обох кільцях. При більшій довжині труб опір зростає, зі збільшенням діаметра труб воно падає.

Величина місцевого опору залежить, по-перше, від швидкості води, отже, і від зміни перерізу, що викликає зміну цієї швидкості (наприклад, в кранах, нагрівальних приладах, котлах і т. д.), по-друге, від зміни напряму, по якому рухається вода, і зміни кількості води (наприклад, у відводах, трійниках, хрестовинах, вентилях). Показана на рис. 1a система опалення — це система з верхньою розводкою. Тут гаряча вода піднімається через головний стояк в магістральний трубопровід, що прокладається зазвичай на горищі. На рис. 1б показана система опалення з нижнім розведенням. У цій системі подаюча магістраль, що живить висхідні стояки, розташовується на першому поверсі в підпільному каналі або ж в підвалі будівлі. Зворотні стояки приєднуються до загальної зворотної магістралі.

За принципом дії система опалення з нижнім розведенням не відрізняється від системи з верхньою розводкою. І тут, і там циркуляція створюється тому, що гаряча вода, як більш легка, витісняється зворотного водою вгору по стояках; остигаючи в нагрівальних приладах, ця вода опускається вниз через зворотні стояки і знову надходить у котел. У системах з природним спонуканням у будинках невеликої поверховості величина циркуляційного тиску невелика, і тому в них не можна допускати великих швидкостей руху води в трубах; отже, діаметри труб повинні бути великими. Система може виявитися економічно невигідною. Тому застосування систем з природною циркуляцією допускається лише для невеликих будівель. Перерахуємо недоліки систем опалення з природною циркуляцією води:

• скорочений радіус дії до 30 м по горизонталі) з-за невеликого циркуляційного тиску;

• підвищена вартість (до 5-7% вартості будівлі) у зв’язку з застосуванням труб великого діаметру;

• збільшені витрати металу та витрати праці на монтаж системи;

• сповільнене включення системи в дію;

• підвищена небезпека замерзання води в трубах, прокладених в неопалюваних приміщеннях.

Разом з тим, відзначимо переваги системи з природною циркуляцією води, що визначають в окремих випадках її вибір:

• відносна простота пристрою і експлуатації;

• незалежність дії від постачання електричної енергії;

• відсутність насоса, а відповідно шуму і вібрацій;

— порівняльна довговічність (при правильній експлуатації система може діяти 35-40 років і більше без капітального ремонту);

• саморегулювання, що обумовлює рівну температуру приміщень. В системі при зміні температури і щільності води змінюється і витрата внаслідок зростання або зменшення природного циркуляційного тиску. Одночасне зміна температури і витрати води забезпечує теплопередачу приладів, необхідну для підтримки заданої температури приміщень, тобто надає системі теплову стійкість.

Короткий опис статті: водяне опалення

Джерело: Водяне опалення з природною циркуляцією

Також ви можете прочитати