Системы водяного и парового отопления

       Систему водяного отопления классифицируют по нескольким признакам:

– по способу обеспечения  циркуляции воды различают системы  с естественной и принудительной циркуляцией. В первом случае движение воды происходит за счет разности плотностей нагретой и охлажденной воды. Во втором случае циркуляция воды создается насосами;

– в зависимости от схемы  присоединения нагревательных приборов к проводящим и отводящим трубопроводам системы водяного отопления бывают двухтрубные и однотрубные. В двухтрубной системе горячая и охлажденная вода соответственно подводятся к нагревательному прибору и отводятся от него по отдельным трубам;

– по способу прокладки  магистральных трубопроводов системы  отопления бывают с нижней и верхней  разводкой (расположенные соответственно ниже и выше нагревательных приборов);

– по способу присоединения  нагревательных приборов к трубам системы  делят на вертикальные и горизонтальные.

       В зависимости от направления движения воды в горячей и обратной магистралях различают тупиковые системы и системы с попутным движением. Для тупиковых систем характерно встречное движение горячей и охлажденной воды. В системах с попутным движением направления потоков нагретой и охлажденной воды совпадают.

       В зависимости от способа теплоснабжения различают индивидуальное теплоснабжение, когда для каждого здания предусмотрена своя котельная, и централизованное теплоснабжение — от районной котельной или ТЭЦ.

       Водяное отопление с естественной циркуляцией предназначено для отопления многоэтажных жилых, административных, конторских зданий и личных домов сельского населения. В этом случае используют местные котельные с радиусом действия до 30 м.

       Системы водяного отопления с естественным побуждением могут быть с верхней или нижней разводкой и выполняются только по тупиковой схеме. Они могут быть в одно- и двухтрубном исполнении. Наибольшее распространение получила однотрубная система с верхней разводкой. Однотрубные системы менее металлоемки и проще в монтаже.

       Двухтрубная вертикальная система водяного отопления может быть с верхней и нижней разводкой. Схема системы с верхней разводкой приведена на рисунке 12.1. Из источника теплоснабжения (котла или теплового пункта) горячая вода через главный стояк 2 и горизонтальную магистраль 4 поступает через стояки 7 к отопительным приборам 9. Из последних охлажденная вода через обратные стояки 8 и обратные магистрали 10 возвращается в источник теплоснабжения 1.

       На схеме приведена тупиковая система. Для удаления воздуха служат воздухосборники. Они представляют собой цилиндр, выполненный из трубы большого диаметра, в результате чего скорость воды снижается до 0,05 м/с и ниже, что обеспечивает удаление воздушных (газовых) пузырьков из воды. Воздухосборники оснащены специальными штуцерами.

       Горизонтальные магистральные трубопроводы прокладываются с уклоном 0,002. Трубы подводок к прибору должны иметь разность уровней 5-10 мм на всю длину подводки.

       Для регулирования тепловой мощности нагревательных приборов применяют краны двойного регулирования.

Рис. 12.1. Схемы двухтрубной  системы отопления с искусственной  циркуляцией

а — с верхней разводкой; б — с нижней разводкой; 1 —  источник теплоты; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4 — подающая магистраль; 5 — воздухосборник; 6 —  воздушный кран; 7 — подающий стояк; 8 — обратный стояк; 9 — отопительный прибор; 10 — обратная магистраль; 11 — циркуляционный насос; 12 — регулирующий кран; 13 — циркуляционная труба; 14 — соединительная труба; 15 — вентиль; 16 — сигнальная трубка; 17 — переливная трубка; 18 — воздушная линия; 19 — воздушный затвор

       В системе с нижней разводкой (рис. 12.1, б) воздух удаляют с помощью воздушного трубопровода 18 и воздухосборника 5. На воздушной линии предусматривают воздушный затвор 19, что предотвращает циркуляцию воды по воздушной линии. Воздух из системы может также удаляться через краны, установленные в верхних пробках отопительных приборов, расположенных на верхних этажах.

Паровое отопление.

       В зависимости от давления пара различают системы низкого давления (давление в системе равно 0,15…0,17 МПа) и системы высокого давления (давление 0,17…0,47 МПа).

       По способу прокладки паро- и конденсатопроводов различают системы с нижней и верхней разводкой. При верхней разводке паропровод расположен выше нагревательных приборов, а конденсатопровод ниже их. При нижней разводке как паропровод, так и конденсатопровод расположены ниже нагревательных приборов.

       В зависимости от способа возврата конденсата системы делят на замкнутые и разомкнутые. В замкнутых системах конденсат самотеком возвращается в котел. В разомкнутых системах конденсат направляется в конденсатный бак, откуда перекачивается насосом в котел. Конденсатопроводы могут быть сухими, когда конденсат не полностью заполняет сечение трубопровода, и мокрыми, когда все сечение трубопровода заполнено конденсатом.

Перед началом работы системы  парового отопления заполняют котел  водой до нормального уровня, после  чего его растапливают.

       Паровые котлы с избыточным давлением пара до 68,7 кПа. Большинство чугунных секционных котлов, оборудованных паросборниками и соответствующей арматурой, могут работать в режиме паровых котлов при избыточном давлении пара до 68,7 кПа. Барабан-паросборник устанавливают над пакетами секций котла и соединяют с ними циркуляционными трубами. Пароводяная смесь из полостей секций поднимается в паросборник, где происходит отделение пара от воды. Полученный пар поступает непосредственно к потребителю или подается в бойлеры для нагревания воды систем отопления и горячего теплоснабжения.

       Стальные паровые котлы низкого давления (котлы-парообразователи) применяют для централизованного теплоснабжения животноводческих ферм. Пар, вырабатываемый этими котлами, используют для запаривания кормов, пастеризации молока, обработки молочной посуды, отопления бытовых и производственных помещений, нагрева воды и других технологических целей.

       Основные технические данные котлов-парообразователей приведены в таблице 1.

       Паровой котел КВ-300М работает на жидком топливе (дизельном или печном). Котел состоит из двух цилиндров разного диаметра, вставленных один в другой и соединенных между собой торцовыми днищами.

Таблица 1. Основные технические  данные котлов-парообразователей

       Внутренний цилиндр представляет из себя жаровую трубу диаметром 900 мм, изготовленную из стали толщиной 5 мм. В передней части ее размещена топка, а в задней части находятся кипятильные трубы. Для защиты труб от пережога и улучшения процесса горения топлива перед ними поставлен экран из шамотных кирпичей, закрывающих нижнюю половину жаровой трубы.

       К наружному цилиндру (барабану) котла сверху приварен паросборник, который сообщается с пароводяным пространством котла через несколько отверстий, сделанных в верхней части барабана по его образующей. На паросборнике установлены манометры и два предохранительных клапана.

       Вода для питания котла поступает вначале в паросборник из водопровода (если давление в магистрали достаточное), или от ручного насоса через питательную трубу с обратным клапаном. В паросборнике питательная вода подогревается до кипения, в результате чего из нее выделяются соли жесткости, которые затем выносятся паром из котла. Умягченная вода стекает через отверстия в барабан котла. Насыщенный пар из паросборника поступает в пароперегреватель и далее к тепловым потребителям.

       Котел вырабатывает перегретый пар с температурой до 130 °С и при помощи трубчатого подогревателя, размещенного в водяном пространстве котла, до 70 °С подогревает 1500 кг/ч проточной воды для технологических нужд.

       Регулятор уровня поддерживает нормальный уровень воды в котле. При падении избыточного давления в водопроводе ниже 98,1 кПа котел подпитывают электронасосом или ручным насосом. В линию подпитки воды встроено противонакипное магнитное устройство ПМУ.

       Топливная система включает топливный бак, поплавковое устройство для поддержания постоянного уровня топлива перед горелкой, пневматическую низконапорную горелку ПНГ-2. Топливный бак монтируют в отдельном помещении, изолированном от котельной кирпичной стеной, но его можно устанавливать и вне помещения под навесом. Бак крепят на высоких опорах, благодаря чему топливо поступает к горелке самотеком.

       Пульт управления обеспечивает ручное и автоматическое управление котлом и защиту его от возникновения аварийных режимов. Если давление превысит допустимое, погаснет пламя горелки или опустится уровень воды, то котел автоматически отключается от электросети, прекратится подача топлива к горелке и одновременно с этим включится световая сигнализация.

Нагревательные  приборы систем водяного и парового отопления, их расчет и выбор.

       Нагревательные приборы должны иметь высокий коэффициент теплоотдачи, быть компактными и отвечать необходимым санитарно-гигиеническим требованиям.

       За единицу площади нагрева принимают эквивалентный квадратный метр (экм) — это условная площадь поверхности, отдающая 506,4 Вт теплоты при средней температуре теплоносителя в приборе 82,5 °С, температуре воздуха в помещении 18 °С и при подаче теплоносителя в прибор в количестве 17,4 кг/(м2×ч).

       Для отопления, в зависимости от назначения и конструкции наружных стен, применяют следующие типы нагревательных приборов: радиаторы, ребристые трубы, приборы из гладких труб (змеевики и регистры), конвекторы, отопительные панели.

       На практике в системе отопления широко применяют радиаторы. Промышленность выпускает различные чугунные и стальные штампованные радиаторы.

       Наиболее простыми отопительными приборами являются чугунные ребристые трубы. Наличие ребер на поверхности труб увеличивает теплоотдачу, но снижает санитарно-гигиенические качества прибора, так как между ребрами скапливается пыль, которую трудно удалить. Чугунные ребристые трубы имеют диаметр 175 мм. Длина труб: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 и 2 м.

       Нагревательные приборы из гладких труб — змеевики и регистры (рис. 12.2) — применяют в помещениях, в воздухе которых имеется значительное количество пыли.

Рис. 12.2. Нагреватели из гладких  труб:

а — змеевик; б — регистр; 1 — трубы змеевика; 2 — перегородка

       В системе отопления в последнее время применяют конвекторы, которые состоят из стальной или чугунной трубы диаметром 15 20 мм с оребрением из стальной ленты толщиной 0,5 мм. Широко распространены конвекторы плинтусного типа (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Конвекторы плинтусного  типа:

1 — ребристый элемент; 2 — труба

Расчет элементов  отопления

       Требуемую площадь поверхности нагрева (Апр, м2) приборов ориентировочно определяют по формуле:

       При свободной установке у стены или в нише глубиной до 130 мм β1 = 1; в остальных случаях значения β1 принимают исходя из следующих данных:

а) прибор установлен у стены  без ниши и перекрыт доской в виде полки: при В = 40…100 мм коэффициент β1 = 1,05…1,02;

б) прибор установлен в стенной  нише глубиной более 130 мм: при В = 40…100 мм коэффициент β1 = 1,11…1,06;

в) прибор установлен у стены  без ниши и закрыт деревянным шкафом со щелями в верхней доске и в передней стенке у пола: при В равном 150, 180, 220 и 260 мм, коэффициент β1 соответственно равен 1,25; 1,19; 1,13 и 1,12.

       При открытой прокладке трубопроводов водяного отопления и паровом отоплении β2 = 1. Для трубопровода скрытой прокладки при насосной циркуляции β2 = 1,04 (однотрубные системы), β2 = 1,05 (двухтрубные системы с верхней разводкой); при естественной циркуляции, в связи с увеличением остывания воды в трубопроводах, значения β2 должны умножаться на коэффициент 1,04.

       Тепловой поток, отдаваемый помещению открыто проложенными неизолированными трубопроводами:

       Необходимое число секций чугунных радиаторов для рассчитываемого помещения:

       Полученное значение n ориентировочное. Его разбивают (при необходимости) на несколько приборов и, вводя поправочный коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплопередачи в зависимости от числа секций в нем, определяют количество нагревательных приборов.