Система водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Процесс отопления происходит по следующей схеме. Вода, нагре­тая в отопительном котле, как более легкая, поднимается по главному стояку вверх, поступает в разводящие магистральные трубопроводы, а из них через подающие стояки — в нагревательные приборы (радиа­торы). Отдавая тепло, вода в радиаторе остывает, становится более тяжелой и через трубы обратной разводки, соединенной со стояком, опускается вниз, поступает в нагревательный котел и своей массой вытесняет нагретую воду из котла вверх — в главный подающий стояк. Так функционирует циркуляционная система отопления. схемы устройства водяного отопления показаны на рис. 1.1 и 1.2.

Пока нагревательный котел работает, этот процесс непрерывно повторяется и в результате в системе происходит циркуляция воды. Таким образом, вода двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости. Например, плотность воды при 40'С составляет 992,24 кг/м 3. при 70 "С — 977,8 кг/м 3. при 95 ’С — 961,9 кг/м 3 .

Рис. 1.1. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с верхней разводкой :

    отопительный котел; главный стояк; расширительный бак; переливная труба; разводящий трубопро­вод; стояки горячей воды; радиаторы; вентиль ручной; обратные стояки; обратная линия

Рис. 1.2. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с нижней разводкой :

1 - отопительный котел; 2 - разводящий трубопровод; 3 - стояки горячей воды; 4 - расширительный бак; 5 - переливная труба; 6 - труба отвода воздуха; 7 - радиаторы; 8 - вентиль ручной; 9 - обратные стояки; 10 - обратная линия

Если используется циркуляционная система отопления. тогда циркуляционное давление зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, оно зависит от разности температур горячей и охлажденной воды. Кроме того, циркуля­ционное давление зависит еще от высоты расположения нагревательных приборов (радиаторов) над котлом. Чем выше расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление. Поэтому в системах водяного отопления нагревательные приборы, расположенные на верхнем этаже, прогреваются лучше, чем приборы на нижнем этаже.


Ясно, что в двух­трубных системах отопления нагревательные приборы, расположенные на одном уровне с отопительным котлом или ниже его, нагреваться прак­тически не будут. Для таких систем, как показывает практика, наименьшее расстояние между центром нагревательных приборов, расположенных на первом этаже, и центром отопительного котла должно быть не менее 3 м. Поэтому котельная для такой системы должна располагаться в подвале.

Указанного недостатка лишены однотрубные системы отопления, так как гидростатический напор, заставляющий циркулировать воду в системе, будет образовываться из-за охлаждения воды в трубопроводах, подводя­щих нагретую воду к радиаторам, а также отводящих охлажденную воду от радиаторов к отопительному котлу. Охлаждение указанных трубопрово­дов приносит двойную пользу.

Во-первых, способствует созданию гидро­статического напора, а во-вторых, дополнительному обогреву помеще­ния, Поэтому трубопроводы прокладывают открыто и не изолируют. Что касается главного трубопровода (подъемного стояка горячей воды), то его, наоборот, надо тщательно теплоизолировать. Охлаждение воды в этом стояке приводит к снижению температуры и увеличению плотности воды, а это, как мы знаем, приводит к уменьшению гидростатического напора.

Количество тепла, отдаваемого помещению нагревательными при­борами, зависит от количества поступающей в прибор воды и ее тем­пературы. В свою очередь, количество воды, которое может быть про­пущено через трубопровод к прибору, зависит от циркуляционного дав­ления, заставляющего воду двигаться по трубе. Чем больше циркуля­ционное давление, тем меньше может быть диаметр трубы для про­пуска определенного количества воды, и наоборот, чем меньше цир­куляционное давление, тем больше должен быть диаметр трубы.

Что­бы циркуляционная система отопления  действовала нормально, требуется еще одно условие: циркуляционное давление должно быть достаточным для пре­одоления всех сопротивлений, которые встречает движущаяся в этой системе вода. Вода при своем движении в системе отопления встре­чает сопротивления, вызываемые трением воды о стенки труб, а кро­ме них, еще и местные сопротивления, к которым относятся отводы, тройники, крестовины, краны, нагревательные приборы, вентили и другие элементы системы отопления. Величина местного сопротивле­ния зависит от скорости воды, а скорость воды от изменения сечений и направления движения воды в разводящих трубопроводах.

Сопротивление, вызываемое трением, зависит от диаметра и длины трубопровода и скорости воды (если скорость увеличится в 2 раза, то сопротивление — в 4 раза). Чем меньше диаметр и боль­ше длина трубопровода и чем выше скорость воды, тем большее сопротивление создается на пути воды и наоборот. При большой длине труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра труб оно падает. Часто можно заметить, что диаметр трубы даль­него от котла стояка больше, чем ближайшего. Рассчитывая рас­стояния и диаметры труб, можно уравнять сопротивление и коли­чество перемещаемой в системе воды.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя в малоэтаж­ных домах величина циркуляционного давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах, сле­довательно, диаметры труб должны быть большими. Применение сис­тем с естественной циркуляцией может оказаться экономически невы­годным, они оправданы лишь для небольших домов.

Достоинства и недостатки систем отопления с естественной циркуляцией воды

    простота монтажа и ввода в эксплуатацию; экономичность и простота эксплуатации; отсутствие циркуляционного насоса, а соответственно, шума и вибрации; сравнительная долговечность (при правильной эксплуатации - более 40 лет без капитального ремонта); способность системы к саморегулированию: при изменении тем­пературы и плотности воды изменяется и расход вследствие возрас­тания или уменьшения естественного циркуляционного давления. Од­новременное изменение температуры и расхода воды обеспечивает теплопередачу приборов, необходимую для поддержания заданной тем­пературы помещений, т. е. придает системе тепловую устойчивость.

Рис. 1.3. Схема водяного отопления с принудительной циркуляцией. Фрагмент с верхней разводкой :

1 - отопительный котел; 2 - главный стояк; 3 - разводящий трубопровод; 4 - расширительный бак; 5 - расширительная труба; 6 - воздухосборник; 7 - стояки горячей воды; 8 - обратные стояки; 9 - обратная линия; 10 - циркуляционный насос; 11 - переливная труба

Рис. 1.4. Схема водяного отопления с принудительной циркуляцией. Фрагмент с нижней разводкой :

1 - отопительный котел; 2 - разводящий трубопровод; 3 - стояк горячей воды; 4 - труба отвода воздуха; 5 - воздухосборник; 6 - обратные стояки; 7 - расширительный бак; 8 - расширительная труба; 9 - обратные линии; 10 - циркуляционный насос

    замедленное включение системы в действие; сокращение радиуса действия системы по горизонтали до 30 м из-за небольшого циркуляционного давления; повышение затрат в связи с применением труб большего диаметра; повышение опасности замерзания воды в трубах, проложен­ных в неотапливаемых помещениях.

Система водяного отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя

В отличие от системы водяного отопления с естественной циркуляци­ей, где циркуляционное давление очень мало и зависит от разности тем­ператур горячей и охлажденной обратной воды, в системе с искусствен­ной циркуляцией перемещение воды по трубам создается центробежны­ми насосами. Насосы, действующие в замкнутой кольцевой системе ото­пления, заполненной водой, воду не поднимают, а только перемещают, создавая циркуляцию, и поэтому называются циркуляционными.

Циркуляционный насос монтируют, как правило, в трубопровод обратной линии. Охлажденная вода подается в котел насосом. Та­кая установка исключает взаимодействие насоса с горячей водой и увеличивает срок его службы. И еще одна важная деталь этой системы. Расширительный бак подсоединен не к главному стояку, подающему горячую воду, как в системе с естественной циркуля­цией, а к обратной трубе магистрали (рис. 1.3).

Используемая циркуляционная система отопления  целесообразно использовать специальные малошумные с горизонтальными лопастями насосы центробежного типа, соединенные в единый блок с электродвигателями и закрепляе­мые непосредственно на трубах. Такие насосы перемещают значи­тельное количество воды и развивают сравнительно небольшие дав­ления. Их применение позволяет существенно увеличить протяжен­ность трубопровода и уменьшить диаметры разводящих трубопрово­дов. Кроме того, с установкой циркуляционного насоса появляется возможность изменять схемные решения системы отопления, напри­мер отказаться от верхней разводки трубопроводов и перейти к ниж­ней разводке (рис. 1.4).

Итак, насос позволяет воде циркулировать по трубам и радиаторам с нужной скоростью. Работает насос от бытовой электросети. Насос соединен с автоматикой котла, что позволяет выбирать режим работы. Хороший насос может работать в нескольких режимах и практически бесшумно. К сожалению, такой миниатюрный приборчйк не выпускают в России. Приходится покупать импортные насосы, в основном немецкие. Качество отличное, цена 50—60 дол.

Движение жидкости необходимо, потому что нагретая вода, отда­вая тепло, остывает. Значит, ее надо снова нагреть. Чем быстрее нуж­но обогреть помещение, тем сильнее нагревается котел. И, следова­тельно, чем больше скорость воды (сильнее работает насос), тем боль­ше тепла «отдает» батарея за меньший промежуток времени.

Допустим, температура в комнате нагрелась до заданного зна­чения, и теперь требуется только поддерживать ее на уровне. В этом случае система автоматически замедляет работу. Котел ра­ботает на меньшую мощность, насос качает медленнее, темпера­тура в батареях снижается. Скорость движения воды система вы­бирает автоматически. Но при скорости более 2,5 м/с во всех тру­бах начинается гудение. Этот неприятный звук «говорит» о том, что насос работает неправильно (то есть скорость движения воды слиш­ком велика).

Выбирая насос, надо учитывать параметры отопительной сис­темы (высоту, длину и диаметр труб, количество и вид радиаторов и т. д.). Однако применение насосных систем отопления возможно только при условии надежного электроснабжения дома.

Вкратце мы рассмотрели, как функционирует циркуляционная система отопления, которая располагает существенными преимуществами.

По материалам сайта: http://stroyrussian.ru