Схема опалення з природною циркуляцією

Серед пристроїв для підтримки заданих параметрів мікроклімату опалення виконує, мабуть, найбільш важливу функцію. Завданням опалювальних систем є забезпечення температурних характеристик внутрішнього повітря в спорудах різного спрямування.

При цьому опалювальні обєкти характеризуються не тільки комфортними умовами для перебування людей і працездатності технологічного устаткування, але і більш тривалим періодом експлуатації (неопалювані будівлі швидко руйнуються). Тому до розробки і проектування зазначених систем підходять з особливою педантичністю.

Безумовно, процес проектування опалювальних систем повинен базуватися на технологічних, функціональних і естетичних характеристиках застосовуються вузлів. Однак також необхідно враховувати енергоефективність при експлуатації обладнання, і рівень стартових витрат, повязаних з його придбанням та встановленням.

На зазначені критерії впливає безліч факторів: тип застосовуваних теплогенераторів, різновид опалювальних приладів, елементів контролю і моніторингу, проте одним з найважливіших показників є використовувана схема опалення.

Типи водяних опалювальних систем

Принципово будь-яка схема опалення являє собою установку, в якій присутня теплогенератор - виробник теплової енергії (опалювальний котел, тепловий насос, котельня) і споживачі тепла - розподільники теплової енергії (радіатори, теплі підлоги, фанкойли). Для передачі теплової енергії від перших елементів до других застосовуються системи трубопроводів, з циркулюючим по ним теплоносієм.

Якраз по типу транспортування теплоносія, схеми опалення поділяються на системи зі штучною і природною циркуляцією. У першому випадку мається на увазі використання в схемі опалення додаткового електромеханічного обладнання, в якості якого використовується циркуляційний насос.

Подібна компоновка, безумовно, покращує технічні характеристики системи опалення, але при цьому робить її роботу залежною від наявності електричної енергії. До того ж вартість системи опалення з примусовою циркуляцією більш висока.

Схема опалення з природною циркуляцією теплоносія, передбачає його переміщення, засноване на законах фізики без використання додаткового обладнання.

Принцип роботи опалювальної системи з природною циркуляцією

При нагріванні в опалювальному приладі теплоносія, його маса зменшується (в порівнянні з аналогічним обємом холодної води) і як більш легкий він прямує вгору по загальним стояках. Далі розігріта рідина направляється в відходять магістралі, а звідти - в радіатори.

Проходячи через дані опалювальні прилади теплоносій, охолоджується (віддаючи при цьому тепло) і стає важчим. Через трубопроводи зворотної розводки ця рідина знову надходить в нагрівальний агрегат, де до того ж своєю масою витісняє теплу, легшу воду.

Цей процес має певну циклічність і повторюється знову і знову поки працює теплогенератор. По суті, в основу роботи системи опалення з природною циркуляцією теплоносія закладений принцип гідростатичного напору, що виникає в результаті різної щільності розігрітій і охолодженої води.

Проектуючи систему опалення, слід враховувати, що кількість теплової енергії, яка подається в приміщення, залежить від температури і обсягів теплоносія, що проходить через нагрівальні елементи. У свою чергу, обсяг проходить через радіатори рідини залежить від циркуляційного тиску в системі. Тобто, маючи вищу циркуляційний тиск можна використовувати трубопроводи нижчого перетину і навпаки.

Також для працездатності даної системи опалення необхідно дотримання ще однієї умови. Циркуляційний тиск має дозволяти теплоносія долати опору при переміщенні (тертя води об стінки трубопроводів, місцеві опори).

Значення місцевого опору залежать від швидкості переміщення теплоносія по трубопроводах різних перерізів та напрямків.

Значення опорів тертя залежить від довжини трубопроводів і їх діаметрів.

Зазвичай при використанні систем опалення з природною циркуляцією величина циркуляційного тиску мала, тому необхідно застосування трубопроводів з великими діаметрами.

При цьому необхідно відзначити, що в подібних установках величина циркуляційного тиску залежить від наступних факторів:

• Різниці мас обсягів гарячого (подає) і охолодженого (зворотного) теплоносіїв, тобто різниці їх температур;
• Висоти розміщення опалювальних елементів (радіаторів, фанкойлів) щодо теплогенератора.

Особливості роботи систем опалення з природною циркуляцією теплоносія

З причини того, що гідростатичний напір, що сприяє циркуляції теплоносія по системі опалення здатний утворюватися внаслідок поступового охолодження розігрітій води, яка підводиться до радіаторів і відводиться від них до опалювального котла, тепловіддача від зазначених магістралей здатна приносити подвійну користь. По-перше, сприяє ефективному створенню гідростатичного напору. По-друге, додатково обігрівається опалювальне приміщення.

Саме тому трубопроводи системи опалення прокладають відкритим методом і не ізолюють. Теплоізоляції може піддаватися тільки головний (підйомний) стояк опалювальної системи.

Плюси і мінуси опалювальних систем з природною циркуляцією рідини

По-перше, необхідно відзначити очевидні переваги зазначених систем:

• Простота проектування, монтажу та експлуатації;
• Економічність, надійність, довговічність;
• Відсутність шумів і вібрацій при роботі системи (повязано з відсутністю циркуляційних насосів);
• Здатність опалювальної системи самостійно реагувати на зовнішні зміни.

Крім цього зазначена система має і деякі недоліки:

• Висока інерційність в роботі (уповільнений запуск);
• Мінімізація радіусу дії установки (до 30 метрів) через невисоке циркуляційного тиску;
• Необхідність використання трубопроводів більшого діаметру;
• Небезпека розморожування трубопроводів, прокладених на неопалюваних ділянках приміщення.

Різновиди систем водяного опалення з природною циркуляцією

Залежно від особливостей зєднання трубопроводів з нагрівальними елементами системи опалення з природною циркуляцією теплоносія поділяються на одне і двотрубні.

У перших з них нагрівальні прилади однієї лінії зєднуються між собою таким чином, що теплоносій циркулює в системі послідовно, перетікаючи з одного радіатора в наступний.

У другому випадку кожен нагрівальний елемент зєднується двома трубопроводами, по одному з яких здійснюється підведення розігрітого теплоносія, а по другому відведення охолодженої рідини. Це дозволяє підключати всі опалювальні прилади паралельно.

Також системи опалення зазначеного типу підрозділяються на установки з верхньою розводкою (коли опалювальна магістраль монтується вище опалювальних приладів) і з нижнім розведенням (коли магістралі прямому та зворотному трубопроводах розташовуються нижче всіх опалювальних приладів).

Проектуючи опалювальну систему необхідно відзначити основні переваги схем з нижнім розведенням. По-перше, зменшуються тепловтрати при транспортуванні розігрітій води до опалювальних приладів. По-друге, зявляється можливість запуску і ремонту системи нижніх поверхів ще в процесі будівництва. По-третє, вузол управління системою зосереджується в єдиному місці.

Для опалювальних схем з верхнім розведенням наявності наступні переваги:

• Збільшений тиск теплоносія в трубопроводі, що подає;
• Відсутність необхідності облаштування повітряної лінії;
• Зручність скидання повітря без залучення обслуговуючого персоналу.

За конструктивним розташуванню трубопроводів, що зєднують елементи опалювальної системи, розрізняють вертикальні (нагрівальні прилади зєднуються з вертикально розташованим стояком) і горизонтальні системи (зєднання нагрівальних елементів проводиться до горизонтально покладеним трубопроводах).

Для порівняльного аналізу і визначення основних відмінностей різних опалювальних систем доцільно розглянути найбільш зустрічаються варіанти.

Двотрубна вертикальна система з нижньою і верхньою розводкою

Дана схема включає в себе наступні елементи:

• Магістраль розігрітого теплоносія;
• Стояки, що подають гарячої рідини;
• Зворотні стояки охолодженої рідини;
• Запірна арматура у кожного з нагрівачів;
• Нагрівальні пристрої (радіатори);
• Пристрій для спуску повітря;
• Магістраль охолодженого теплоносія.

При використанні вертикальної двотрубної системи опалення з верхнім розведенням схема функціонує наступним чином. Розігрітий теплоносій від теплогенератора або централізованого теплового пункту надходить до головного стояка і піднімається вгору.

Після цього по горизонтальних ділянках системи гаряча вода спрямовується до роздатковим стояках, а від них до нагрівальних приладів кожного поверху, де і віддає накопичену теплову енергію, опалюючи при цьому приміщення.

Після цього охолоджений теплоносій від нагрівальних приладів за системою горизонтальних трубок зводиться до єдиного зворотному стояку, пройшовши через який потрапляє в зворотний магістраль і направляється для чергового розігріву до теплообмінника теплогенеруючого пристрою.

Слід зазначити, що найбільш ефективна реалізація зазначеної схеми опалення можлива при прокладанні горизонтальних трубопроводів з ухилом 0,002 °. Це дозволить не тільки полегшити процес переміщення теплоносія, а й допоможе направити повітря до верхніх точках установки (відводом повітря), де він успішно буде випущений в атмосферу.

Слід зазначити, що така схема може бути реалізована як одностороннім, так і двостороннім підключенням нагрівальних приладів.

Якщо ж застосовується схема опалення з нижнім розведенням, то магістралі розташовуються в самих нижніх точках установки, а рух теплоносія відбувається знизу вгору з паралельним заповненням нагрівальних елементів кожного поверху. Охолоджений теплоносій при цьому також зводиться до єдиного вертикальному стояку і надходить до зворотної магістралі.

Видалення повітряної суміші, при запуску такої схеми може здійснюватися через автоматичні воздухоотводчики, наявні в самих верхніх точках системи, або ж через запірну арматуру (крани-Маєвського), змонтовану на верхніх нагрівальних елементах.

Схема горизонтальної двотрубної системи опалення

Найбільш часто вона застосовується в спорудах великої протяжності і складається з наступних елементів:

• Підводять і відводять магістралі;
• Нагрівальні прилади системи опалення;
• Регулятори протоку теплоносія (встановлюються на вході кожного нагрівального приладу);
• Запірна арматура;
• Система трубопроводів.

Дана схема опалення збирається в такий спосіб. По всьому контуру споруди, де необхідна установка опалювальних приладів, прокладаються дві магістралі - подає і зворотна. До них згодом і підключається кожен нагрівальний елемент через спеціальні регулятори протоку теплоносія.

Підведення розігрітого теплоносія до приладів проводиться від магістралі, що подає, відведення охолодженої води - через що відходять. Подібне паралельне підключення нагрівальних пристроїв дозволяє регулювати тепловіддачу кожного з них без впливу на працездатність всієї установки. У такій схемі на кожному нагрівальному елементі рекомендується встановлювати відведення повітря для видалення повітряної суміші з системи.

Колекторна схема опалення

Останнім часом популярною стала також горизонтальна, двухтрубная колекторна схема опалення. Її особливість полягає в тому, що підключення всіх споживачів теплової енергії (радіаторів, теплих підлог) здійснюється від центрального колекторного вузла (розміщується зазвичай в середині всього приміщення).

Трубопроводи прямий і зворотної води при цьому прокладаються індивідуально до кожного нагрівального приладу в штробах перекриттів. Безумовно, вартість такої опалювальної системи досить висока і реалізовуватися вона може в основному на стадії будівництва обєкта, але при цьому дана організація має деякі переваги.

По-перше, так само досягається висока естетика на опалювальному обєкті (відсутні видимі елементи трубної розводки). По-друге, дана схема дозволяє забезпечувати оптимальні режими роботи для опалювальних елементів з різними температурними режимами (оптимально підходить для низькотемпературних опалювальних пристроїв).

Складається така схема з розподільчого колектора, трубопроводів прямому та зворотному трубопроводах, пристроїв для скидання повітря, запірної арматури і приладів нагрівання.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!