2. Расчётное циркуляционное давление в системе водяного отопления. Определение естественного циркуляционного давления. Естественные и насосные системы отопления. Размещение насосов.

Принцип действия и устройство системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя   

Вода от котла к приборам теплообменника и обратно двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости (теплоносителя). Какая же сила заставляет воду циркулировать в системе, т. е. двигаться по трубам из котла в нагревательные приборы и обратно в котел? Эта сила возникает при нагревании воды в котле и охлаждении ее в нагревательных приборах. При нижней разводке вода из котла поступает в магистральный теплопровод, проложенный в нижней части здания, под потолком подвала, далее поступает в стояки, а от них уже в отопительные приборы.. При верхней разводке вода, нагретая в котле, как более легкая, поднимается по главному подающему стояку вверх. Из стояка она поступает в разводящие магистральные трубопроводы , а из них через подающие стояки — в нагревательные приборы. В отопительных приборах вода остывает и поэтому становится более тяжелой. Охлажденная вода через обратные стояки и обратную линию опускается вниз и своим весом вытесняет нагретую воду из котла вверх (при нижней разводке в магистральный теплопровод, при верхней – к главному стояку). Описанный процесс непрерывно повторяется и в результате происходит постоянная циркуляция воды в системе. Сила циркуляции, или, как принято говорить, циркуляционное давление, зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, она зависит от разности температур горячей и обратной воды. Кроме того, циркуляционное давление обуславливается еще высотой расположения нагревательного прибора над котлом: чем выше расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление.

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.

Но для нормального действия системы отопления требуется еще одно условие: чтобы циркуляционное давление было достаточным для преодоления всех сопротивлений, которые встречает движущаяся в этой системе вода. Известно, что 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 и котлы. Величина местного сопротивления зависит, во-первых, от скорости воды, следовательно, и от изменения сечения, вызывающего изменение этой скорости (например, в кранах, нагревательных приборах, котлах и т. д.), во-вторых, от изменения направления, по которому движется вода, и изменения количества воды (например, в отводах, тройниках, крестовинах, вентилях). В системах с естественным побуждением в зданиях небольшой этажности величина циркуляционного давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах; следовательно, диаметры труб должны быть большими. Система может оказаться экономически невыгодной. Поэтому применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий.

Перечислим недостатки систем отопления с естественной циркуляцией воды:

• сокращен радиус действия (до 30 м по горизонтали) из-за небольшого циркуляционного давления;

• замедлено включение системы в действие;

• повышена опасность замерзания воды в трубах, проложенных в не отапливаемых помещениях.

Вместе с тем, отметим преимущества системы с естественной циркуляцией воды, определяющие в отдельных случаях ее выбор:

• относительная простота устройства и эксплуатации;

• независимость действия от снабжения электрической энергией;

• отсутствие насоса, а соответственно, шума и вибраций;

• сравнительная долговечность (при правильной эксплуатации система может действовать 35—40 лет и более без капитального ремонта);

• саморегулирование, обусловливающее ровную температуру помещений. В системе 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.

Устройство систем водяного отопления с искусственной циркуляцией теплоносителя   

В системах водяного отопления с естественной циркуляцией циркуляционные давления измеряются всего лишь десятками миллиметров водяного столба. Столь малые давления не позволяют устраивать данные системы в зданиях, имеющих большую протяженность, кроме того, они требуют применения труб значительных диаметров, что ведет к большому расходу металла. Перечисленных недостатков лишены системы водяного отопления с искусственной циркуляцией. В них циркуляция воды создается центробежными насосами. Насосы, действующие в замкнутых кольцах системы отопления, заполненных водой, воду не поднимают, а только ее перемещают, создавая циркуляцию, и поэтому называются циркуляционными. Циркуляционный насос включают, как правило, в обратную магистраль системы отопления для увеличения срока службы деталей, взаимодействующих с горячей водой. В системах отопления целесообразно применять специальные циркуляционные насосы, перемещающие значительное количество воды и развивающие сравнительно небольшие давления. Это малошумные горизонтальные лопастные насосы центробежного типа, соединенные в единый блок с электродвигателями и закрепляемые непосредственно на трубах. Применение насосных систем отопления позволяет существенно увеличить протяженность трубопровода и уменьшить металлоемкость системы отопления за счет уменьшения диаметров разводящих трубопроводов. Кроме того, с установкой циркуляционного насоса появляется возможность применения новых схемных решений системы отопления, например, отказ от верхней разводки трубопроводов. Однако применение насосных систем отопления возможно только при условии надежного электроснабжения. При отсутствии тепло генераторов на твердом топливе с топками длительного горения могут найти применение системы водяного отопления с баком-аккумулятором . Такая система позволяет значительно сократить эксплуатационные затраты по обслуживанию генератора теплоты.

об Рис. 3. Системы водяного отопления с искусственной циркуляцией (верхняя разводка): 1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - сигнальная линия; 5 - подающая линия; 6 - воздухосборник; 7 - подающие стояки; 8 - обратные стояки; 9 - обратная линия; 10 - насос; 11 - расширительная труба