Принципы проектирования системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления на основе расчетного цир­куляционного давления представляет собой отдельный этап проектиро­вания. Этот расчет выполняется после определения тепловых нагрузок, выбора и конструирования системы, рассмотренных в предыдущих гла­вах. Таким образом, проектирование системы можно разделить на че­тыре этапа, характерные не только для систем водяного, но и для си­стем парового и воздушного отопления.

Исходными данными для проектирования системы отопления служат: назначение, планировка и строительные конструкции здания; положение здания на местности; климатологические показатели для местности; ис­точник теплоснабжения; температура и влажность воздуха в основных помещениях.

Расчет теплового режима. После проведения теплотехнического рас­чета наружных ограждений, расчета теплового режима в помещениях определяются теплопотери, подлежащие возмещению при помощи ото­пительных приборов. Расчеты выполняются с использованием сведений, изложенных в главах I и II.

Выбор системы. На этом этапе проектирования выбираются расчет­ная температура (параметры) воды, вид отопительных приборов и кон­струкция системы отопления с технико-экономическим обоснованием принятого решения в необходимых случаях. На основании сведений, приведенных в главах I, III, IV, можно установить следующие положе­ния для выбора конструкции системы отопления.

В многоэтажных зданиях, имеющих более трех этажей, проектируют­ся преимущественно вертикальные однотрубные системы отопления. В бесчердачных зданиях средней этажности используются однотрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В зданиях повышен­ной этажности применяются однотрубные системы с нижней разводкой подающей магистрали для создания «опрокинутой» циркуляции воды в стояках.

В зданиях массового строительства предпочтение отдается однотруб­ному стояку унифицированной конструкции, имеющему один диаметр и повторяющуюся длину его элементов.

зданиях ограниченного объема, имеющих разноэтажные части, устраиваются двухтрубные системы с нижней прокладкой обеих магист­ралей. В одноэтажных зданиях, в двух-трехэтажных пристройках к глав­ному зданию используются в основном горизонтальные однотрубные системы, могут применяться и двухтрубные системы с верхней развод­кой подающей магистрали.

Чем выше здание, тем меньше должно быть гидравлическое сопротив­ление узла каждого отопительного прибора вертикального однотрубного стояка, и, наоборот, тем больше должно быть сопротивление каждого приборного узла двухтрубного стояка или горизонтальной однотруб­ной ветви.

Конструирование системы. Размещают отопительные приборы и стоя­ки на планах каждого этажа, отопительное оборудование в тепловом пункте здания, расширительный бак (если он имеется) и магистрали системы.

Магистрали предусматриваются раздельными для отопительных при­боров постоянного действия, для воздухонагревателей лестничных кле­ток и воздушно-тепловых завес, для отопительных приборов дежурного или периодического действия. Рекомендуется при трассировке магистра- лей предусматривать возможность пофасадного регулирования действйя системы отопления.

При размещении магистралей принимаются также решения по вели­чине и направлению уклона, по компенсации удлинения и тепловой изо­ляции труб, по организации движения, сбора И удаления воздуха, по спуску и наполнению водой системы и стояков, по выбору и размеще­нию арматуры.

Этот этап проектирования завершается конструированием схемы труб и приборов системы отопления, основного чертежа, по которому можно выявить циркуляционные кольца системы, разделить их на участки и нанести тепловые нагрузки.

Термин «участок», встречающийся ранее, означает отрезок трубы, по которому протекает при определенной температуре неизменное количе­ство воды.

Тепловая нагрузка отопительного прибора определяет тепловой по­ток, подводимый в расчетных условиях к прибору теплоносителем — во­дой. Этот тепловой поток QT по уравнению (III.1) принимается равным тепловому потоку Qnp, передаваемому прибором в помещение. Точнее, при установке отопительного прибора у наружной стены под окном QT> >Qnp приблизительно на 5%. Различие в тепловых потоках обусловле­но увеличением теплопотери через наружную стену вследствие повыше­ния температуры ее внутренней поверхности, непосредственно облучае­мой прибором.

Тепловая нагрузка участка определяет тепловой поток, передающий­ся в помещения от воды, протекающей по участку. Этот тепловой поток равняется сумме тепловых нагрузок отопительных приборов. Для участ­ка подающего теплопровода он выражает количество тепла, подлежа­щее передаче от горячей воды на ее дальнейшем пути, для участка об­ратного теплопровода — количество тепла, отведенное от охлажденной воды. Тепловая нагрузка участка носит условный характер и в действи­тельности выражает расход воды на участке — величину, необходимую для гидравлического расчета.

Например, если тепловая нагрузка участка обратного теплопровода равняется 7000 Вт (6000 ккал/ч), то это означает, что вода, протекаю­щая по участку, передала в помещения тепловой поток в 7000 Вт (6000 ккал/ч). Если же при этом вода охладилась на 25°, то по участ­ку протекает 240 кг/ч воды [согласно формуле (IV.2)].

Расчет системы состоит из гидравлического расчета и теп­лового расчета нагревательной поверхности труб и приборов .

Гидравлический и тепловой расчеты системы отопления взаимно свя­заны, и, строго говоря, требуется многократное повторение расчетов по методу итерации для выявления действительного расхода воды и необ­ходимой площади нагревательной поверхности приборов. Поэтому наи­более точным является расчет системы на ЭЦВМ. При ручном счете расчет повторяется 1—2 раза, причем гидравличе­ский и тепловой’расчеты выполняются в различной очередности.

В первом случае тепловой расчет отопительных приборов предшест­вует гидравлическому расчету. Это случай, когда длина греющих эле­ментов отопительных приборов существенно влияет на гидравлическое сопротивление стояка. К таким приборам относятся конвекторы, панели и ребристые трубы, основанные на применении греющих труб dy 15 и 20 мм. Тогда до гидравлического расчета определяется предварительная длина труб приборов, а после уточнения расхода и температуры воды в стояках вносятся поправки в размеры приборов.

Окончательный тепловой расчет любых приборов может выполнять­ся сразу (до гидравлического расчета) в двухтрубных системах при скры­той прокладке стояков и подводок к приборам.

Во втором случае, наоборот, гидравлический расчет предшествует тепловому расчету приборов. Это случай, когда длина приборов прак­тически не отражается на гидравлическом сопротивлении стояка. К та­ким приборам относятся радиаторы, полые панели, ребристые и глад­кие трубы с?у=50—100 мм. В результате гидравлического расчета определяются диаметр труб, расход и температура воды в стояках, а за­тем размер отопительных приборов с учетом теплопередачи труб в каж­дом помещении.

Гидравлический расчет системы отопления выполняется двумя спо­собами: с равным и неравным (часто говорят с постоянным и перемен­ным) перепадом температуры воды в стояках.

Расчет с равным перепадом температуры воды в стояках заключает­ся в подборе диаметра труб по заданному расходу воды на всех участ­ках системы, i

Расчет с неравным перепадом температуры воды в стояках заклю­чается в определении расхода и температуры обратной воды в каждом стояке по заданному диаметру труб на всех участках системы.

2. Гидравлический расчет систем водяного отопления

Трубопроводы в систем отопления выполняют важную функцию распределения теплоносителя по отдельным отопительным приборам. Они являются теплопроводами, задача которых состоит в передаче оп­ределенного расчетного количества тепла каждому прибору.

Система отопления представляет собой сильно разветвленную и сложно закольцованную сеть теплопроводов, по каждому участку ко­торой должно переноситься определенное количество тепла. Выполне­ние точного расчета такой сети является сложной гидравлической за­дачей, связанной с решением большого числа нелинейных уравнений. В инженерной практике эта задача решается методом подбора.

В водяных системах количество принесенного тепла теплоносителем зависит от его расхода и перепада температуры при охлаждении воды в приборе. Обычно при расчете задают общий для системы перепад температуры теплоносителя и стремятся к тому, чтобы этот перепад был выдержан в двухтрубных системах — для всех приборов и системы в целом; в отднотрубных системах — для всех стояков. При известном перепаде температуры теплоносителя по теплопроводам системы дол­жен быть подведен определенный расчетом расход воды к каждому ото­пительному прибору.

При таком подходе выполнить гидравлический расчет сети теплопро­водов системы отопления значит (с учетом располагаемого цирку­ляционного давления) так подобрать диаметры отдельных участков, чтобы по ним проходил расчетный расход теплоносителя. Расчет ведет­ся подбором диаметров по имеющемуся сортаменту труб, поэтому он всегда связан с некоторой погрешностью. Для различных систем и от­дельных элементов допускаются определенные невязки.

В отличие от рассмотренного выше метода в настоящее время нашел широкое распространение, применительно к расчету однотрубных си­стем отопления, метод с переменным перепадом температуры воды в стояках, предложенный А. И. Орловым в 1932 г. Принцип расчета за­ключается в том, что расходы воды в стояках не задаются заранее, а определяются в процессе гидравлического расчета исходя из полной увязки давлений во всех кольцах системы и принятых диаметров теп­лопроводов сети.

Перепад температуры теплоносителя в отдельных стояках при этом получается различным — переменным. Площадь теп­лоотдающей/ поверхности отопительных приборов находится по темпе­ратуре и расходу воды, определенным гидравлическим расчетом.

Ме­тод расчета с переменным перепадом температуры точнее отражает действительную картину работы системы, исключает необходимость монтажной регулировки, облегчает унификацию трубной заготовки, так как дает возможность избежать применения разнообразных сочетаний диаметров радиаторных узлов и составных стояков.

Этот метод полу­чил распространение после того, как в 1936 г, Г, И. Фихман доказал возможность применения при расчете теплопроводов систем водяного отопления усредненных значений коэффициентов трения и ведения все­го расчета по квадратичному закону. Наиболее детально этот метод разработан Е. А. Белинким.