buttons

СТАТЬИ

Общие принципы построения систем отопления

Жизнь современного человека немыслима без определенного уровня комфортности помещений. В сущности, любое здание (как рукотворное, так и естественное) нельзя рассматривать без инженерных систем. Появление таких направлений как энергосбережение в архитектуре, строительстве – яркое свидетельство этому. В то же время рассмотрение каких-либо вопросов отдельно, без комплексного анализа, не может решить проблемы качественного обеспечения комфортных условий (например, снижение температуры горячей воды в котлах, с одной стороны, уменьшает расход топлива, а с другой - уменьшает температурный напор в нагревательных приборах, что требует увеличения их площади, то есть увеличения капитальных затрат). Сама архитектура здания, его расположение, взаимодействие с расположенными рядом другими зданиями и сооружениями также оказывают влияние на работу инженерных систем. Строительные конструкции, многообразие систем выработки, транспортировки энергии, непосредственно работа систем отопления, неравномерность поступлений и потерь тепла, влаги в самих помещениях, их взаимовлияние – требуют рассмотрения хотя бы с точки зрения комфортности и энергосбережения. Системы водяного отопления в сравнении с другими видами отопления имеют наиболее широкое применение в практике проектирования современных зданий различного назначения. В качестве теплопроводов систем отопления, в зависимости от конкретных условий, применяются стальные трубы, трубы из медных сплавов, трубы из полимерных материалов. Полимерные и металлополимерные трубы повсеместно используются для внутридомовой скрытой прокладки теплопроводов. Разнообразие типов трубопроводов дополняется десятками видов выпускаемой различными производителями современной запорной и регулирующей арматуры, адаптированной к различным вариантам исполнительных устройств и автоматических регуляторов. Такое разнообразие технологических устройств позволяет реализовать отопительные автоматизированные системы для любых архитектурно-планировочных построений

Проектирование отопления предполагает комплексное решение следующих задач:

1) индивидуальный выбор оптимального варианта вида отопления и вида отопительного прибора, обеспечивающих комфортные условия для каждого помещения или зоны помещения;

2) определение местоположения отопительных приборов и их требуемых размеров для обеспечения условий комфорта;

3) индивидуальный выбор для каждого отопительного прибора вида регулирования и местоположения датчиков в зависимости от назначения помещения и его тепловой инерционности, от величины возможных внешних и внутренних тепловых возмущений, от вида отопительного прибора и от его тепловой инерционности и др., например, двухпозиционное, пропорциональное, программируемое регулирование и т.п.;

4) выбор вида подсоединения отопительного прибора к теплопроводам системы отопления;

5) решение схемы размещения трубопроводов, выбор вида труб в зависимости от требуемых стоимостных, эстетических и потребительских качеств;

6) выбор схемы присоединения системы отопления к тепловым сетям. При проектировании выполняются соответствующие тепловые и гидравлические расчеты, позволяющие подобрать материалы и оборудование системы отопления и теплового пункта. Оптимальные комфортные условия достигаются правильным выбором вида отопления и вида отопительного прибора.

Отопительные приборы следует размещать, как правило, под световыми проемами, обеспечивая доступ для осмотра, ремонта и очистки. В качестве отопительных приборов рекомендуется использовать радиаторы или конвекторы. Размещать отопительные приборы рекомендуется у каждой наружной стены помещения (при наличии в помещении двух и более наружных стен) с целью ликвидации нисходящего на пол холодного потока воздуха. В силу тех же обстоятельств длина отопительного прибора должна составлять не менее 0,9-0,7 ширины оконных проемов отапливаемых помещений. Полная высота отопительного прибора должна быть меньше расстояния от чистого пола до низа подоконной доски (или низа оконного проема при ее отсутствии) на величину не менее 110 мм. Для помещений, полы которых выполнены из материалов с высокой тепловой активностью (керамическая плитка, натуральный камень и т.п.) целесообразно на фоне конвективного отопления с помощью отопительных приборов создать санитарный эффект с помощью напольного отопления. В помещениях различного назначения высотой более 5 м при наличии вертикальных световых проемов следует под ними размещать отопительные приборы для защиты работающих от холодных нисходящих потоков воздуха. В то же время такое решение создает непосредственно у пола повышенную скорость холодного настилающегося вдоль пола потока воздуха, скорость которого зачастую превышает 0,2...0,4 м/с. С увеличением мощности прибора дискомфортные явления усиливаются. Кроме того, из-за увеличения температуры воздуха в верхней зоне значительно возрастают теплопотери помещения. В таких случаях для обеспечения теплового комфорта в рабочей зоне и снижения теплопотерь рекомендуется применять напольное отопление или лучистое отопление с помощью радиационных нагревательных приборов, располагаемых в верхней зоне на высоте 2,5…3,5 м. Дополнительно следует под световыми проемами размещать отопительные приборы с тепловой нагрузкой на возмещение теплопотерь данного светового проема. При наличии в таких помещениях постоянных рабочих мест рекомендуется применять локальное отопление в зонах рабочих мест для обеспечения в них теплового комфорта с помощью либо систем воздушного отопления, либо с помощью локальных радиационных приборов над рабочими местами, либо с помощью радиационных вертикальных отопительных панелей со встроенными нагревательными элементами. В остальной зоне помещения в пределах высоты 2 м обеспечивается темпeратура воздуха не менее 10 0С желательно теми же отопительными средствами. При этом под световыми проемами (окнами) для защиты работающих от холодных нисходящих потоков воздуха следует размещать отопительные приборы с тепловой нагрузкой на возмещение теплопотерь данного светового проема. При наличии в перекрытии верхних световых проемов в виде фонарей, куполов и т.п. отопительные приборы также следует располагать непосредственно под ними, устанавливая их на полу или стене. При этом расчетную тепловую нагрузку прибора следует принимать равной расчетным тепловым потерям данного верхнего светового проема с запасом 10-20 %. В противном случае на поверхности остекления произойдет конденсатообразование.

Примеры размещения отопительных приборов в жилых и административных помещениях высотой до 4 м; б) в помещениях различного назначения высотой более 5 м; в) в помещениях с верхними световыми проемами.

В одной системе отопления допускается использование отопительных приборов различных типов. Встроенные нагревательные элементы не допускается размещать в однослойных наружных или внутренних стенах, а также в перегородках, за исключением нагревательных элементов, встроенных во внутренние стены и в перегородки палат, операционных и других помещений лечебного назначения больниц. Допускается предусматривать в многослойных наружных стенах, перекрытиях и полах нагревательные элементы водяного отопления, замоноличенные в бетон. В лестничных клетках зданий до 12 этажей отопительные приборы допускается размещать только на первом этаже на уровне входных дверей; установка отопительных приборов и прокладка теплопроводов в объеме тамбура не допускается. В зданиях лечебных учреждений отопительные приборы на лестничных клетках рекомендуется устанавливать на каждом этаже.

Классификация систем отопления

Для компенсации тепловых потерь, возникающих в зданиях и сооружениях в переходный и зимний периоды года, используются системы отопления. Любая система отопления предназначена для поддержания в помещениях отапливаемого здания нормируемых значений внутренней температуры и состоит из трех основных элементов: теплогенерирующего центра, в котором теплоносителю передается расчетное количество тепла, система трубопроводов для перемещения по ним теплоносителя и отопительных приборов, передающих тепло от теплоносителя внутреннему воздуху помещений. В системах отопления в качестве теплоносителя применяют воду, незамерзающие смеси, насыщенный водяной пар, воздух, а в панельно-излучающих системах – перегретую воду, незамерзающие смеси и электроэнергию. В последнее время все большее распространение получили теплоносители на основе гликолей. Теплоносители (хладоносители) являются промежуточным телом, с помощью которого осуществляется перенос тепла от воздуха охлаждаемого помещения к холодильному агенту. Хладоносителем может служить вода, водные растворы солей или жидкости с низкой температурой замерзания - антифризы и т. д. Их применяют там, где непосредственное охлаждение нежелательно или не представляется возможным. При температурах теплоносителя ниже точки замерзания воды, а также в целях предотвращения замерзания теплоносителя в трубопроводах при низких температурах окружающей среды, в качестве теплоносителей используют различные растворы и смеси с низкой температурой замерзания. Распространенными теплоносителями являются хлористый натрий (NaCl), соли хлористого кальция (CaCl2), водные растворы гликолей. В связи с высокой коррозионной активностью солевых растворов, расходы на ремонт оборудования могут многократно превысить прямые затраты, поэтому в последнее время все более широкое применение находят растворы многоатомных спиртов, в том числе пропиленгликоля (ПГ), этиленгликоля, глицерина, что особенно характерно для систем центрального кондиционирования. При проектировании систем с гликолевыми теплоносителями следует учитывать их физико- химические особенности. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля имеют отличные от воды теплофизические свойства - теплоемкость, плотность, теплопроводность, химическую активность и т.п., которые должны быть учтены при подборе оборудования, гидравлическом расчете систем теплоснабжения. Пропиленгликоль и этиленгликоль имеют молекулярный размер меньший, чем у чистой воды. Это свойство может привести к образованию утечек в уплотнениях (особенно при низких температурах теплоносителя и высоких концентрациях гликоля) и требует более внимательного подхода к выбору насосного оборудования и его размещению. В ряде случаев стандартные насосы рассчитаны на максимальное содержание гликоля 30 - 40%, более высокие концентрации требуют замены стандартных уплотнений на специальные. По возможности насосы следует размещать в частях системы с более высокой температурой теплоносителя. Также не рекомендуется применять трубы из оцинкованной стали в системах с гликолевыми теплоносителями. Ниже приведены наиболее широко применяемые схемы трубной разводки: двухтрубная и коллекторно-лучевая.

3. Виды отопительных приборов

Стальной конвектор - отопительный прибор, передающий со своей поверхности в помещение 90 - 95 % тепла за счет конвекции. Конструктивно состоит из греющего элемента в виде стальных труб с насаженными на них пластинами оребрения. Существует два типа конвекторов: с открытыми греющими элементами и элементами закрытыми. При использовании труб с условным диаметром для прохода теплоносителя 15 мм, шаг оребрения составляет 5 - 7 мм, а при условном диаметре 20 мм - 5 - 10 мм. Конвекторы выпускаются двух типов: настенные, навешиваемые на стену, и напольные, устанавливаемые на полу отапливаемого помещения. Оба вида конвекторов могут быть проходными (для последовательного соединения друг с другом) и концевыми. Максимальное рабочее давление конвекторов равно 10 бар.

Панельный радиатор с терморегулирующим узлом нижнего подключения

Панельные радиаторы конструктивно представляют собой отопительные приборы регистрового типа (с горизонтальными коллекторами вверху и внизу каждой панели, соединенные вертикальными каналами-колонками), широкого диапазона габаритных размеров и плотности теплового потока (от 1 до 3 гладких или оребренных панелей на корпусе). Изготавливаются два вида приборов: традиционные профильные радиаторы с боковым расположением соединительных патрубков к трубам системы отопления и приборы со встроенным (или без) в верхний коллектор термостатом и патрубками для нижнего подсоединения трубопроводов. Максимальное рабочее давление панельных радиаторов 10 бар.

Гладкотрубный радиатор.

Изготавливается либо в виде стального регистра, применяющегося в ванных комнатах, душевых и вспомогательных помещениях зданий, либо в виде плоскотрубного радиатора, представляющего из себя отдельные секции, соединенные между собой и имеющие различное количество соединенных труб. Тепловое напряжение гладкотрубных радиаторов колеблется в диапазоне 0,7 - 5 - 1,5 Вт/кг °К. Водоемкость секций мала, что обуславливает их малую инерционность.

Гладкотрубный радиатор отличается от других типов радиаторов и конвекторов лучшими санитарно-гигиеническими показателями, так как легко очищается от пыли. Толщина труб радиатора равна приблизительно 1,5 мм, поэтому их применяют с такими же ограничениями, что и стальные штампованные радиаторы.

«Теплый пол» - наиболее комфортный, но и наиболее дорогой элемент системы отопления. Распределение температуры воздуха по высоте помещения при использовании элемента системы отопления «Теплый пол» близко к идеальному - на уровне отметки пола тепло, а на уровне рабочей зоны (2 м от пола) комфортно, практически отсутствует конвективный перенос пыли в помещении, так как температура пола в помещении поддерживается в пределах 25 - 26 °С. Конструктивно «теплый пол» состоит из следующих составляющих : конструкции перекрытия, на которую укладывается тепловая изоляция, укрытая гидроизоляцией, которая предотвращают замокание утеплителя и стен в случае разгерметизации трубопровода, по которому движется теплоноситель. Краевая демпферная лента обеспечивает компенсацию температурных расширений. Трубопровод раскладывается на гидроизоляции и крепится к утеплителю с помощью скоб. В зависимости от конструкции теплоизоляционного слоя труба может укладываться в специальные пазы для труб в теплоизоляции, на специально спрофилированные панели, в самоклеющиеся крепежные шины, на предварительно уложенную арматурную сетку или другим способом. В конструкции теплого пола также предусматривается организация компенсационных температурных швов. Шаг укладки трубопровода и схема движения теплоносителя должны учитывать повышенную тепловую нагрузку в краевых зонах и обеспечивать равномерное температурное поле.