Системы водяного отопления с радиаторами
Вывод
Системы отопления развиваются в основном в соответствии с тремя факторами:
- политико-экономическим – соответствием теплового комфорта человека его убеждениям и политико-экономической обстановке в стране;
- гигиеническим и международным (см., например, труды «Healthy Building 2000», 6–10 августа 2000 г., Хельсинки);
- энергосберегающим (см. ряд статей в журнале «АВОК» за 1999–2002 гг.).
| Поквартирные системы отопления | ||||||
Поквартирные системы отопления в многоэтажных жилых домах – это новый вид инженерных систем в нашей стране. Поквартирные системы отопления – это такие системы, которые могут управляться обитателями квартиры без изменения теплового режима соседних помещений и обеспечивать поквартирный учет расхода тепловой энергии. Это попытка одновременного решения двух противоречивых задач – повышения тепловой комфортности жилища и энергосбережения. Актуальность решения этой задачи осознают и проектировщики, и строители, и муниципальные службы, и даже политики, ратуя за жилищно-коммунальную реформу. Для того чтобы сравнительно просто организовать поквартирный учет тепла, необходимо обеспечить один ввод в квартиру подающего и обратного трубопроводов и присоединить к ним все отопительные приборы, размещенные в квартире. Наиболее распространены две схемы поквартирного отопления: лучевая и периметральная (рис. A и рис. Б). Лучевая схема реализуется с помощью металлополимерных труб или полимерных, укладываемых в стяжку «чистого» пола. Каждый из отопительных приборов присоединяется к подающему и обратному коллекторам (манифолдам) и регулируется автономно. В периметральной схеме отопительные приборы гидравлически более зависимы, но эта схема требует меньшего количества труб и обладает лучшей ремонтопригодностью. В периметральной схеме трубы, как правило, укладываются в лотках и могут обслуживаться. В этом случае могут быть использованы не только металлополимерные (полимерные) трубы, но и обыкновенные стальные. Независимость развязки трубопроводов от других квартир предполагает возможность индивидуального проектирования отопления каждой квартиры. Можно отказаться от уродующих интерьер стояков и горизонтальных подводок. Как правило, в современных радиаторах используется нижний присоединительный узел к прибору – мультифлекс. Современные отопительные приборы стали предметом интерьера и могут устанавливаться на внутренних стенах. На лестничной площадке поквартирные вводы объединяются коллекторами в приборном щите с поквартирными счетчиками тепла (рис. В). Приборные щиты всех этажей объединены подающим и обратными стояками системы отопления, связанными через домовой узел учета тепла с теплосетью.
|
Однотрубные системы водяного отопления не имеют обратных стояков, и вода, охлажденная в нагревательных приборах, возвращается в подающие стояки (рис.3, 4).
В однотрубных системах отопления в нижние нагревательные приборы поступает смесь горячей воды и воды, охлажденной в верхних приборах. Так как температура этой смеси ниже температуры воды в приборах верхних этажей, то поверхность нагрева нижних приборов должна быть несколько увеличена.
В однотрубных системах отопления вода циркулирует в нагревательных приборах и стояках, которые их питают, вследствие разности температур воды в тех и других. Однотрубные системы можно устраивать по двум схемам. При схеме, приведенной на рис.3, в верхние радиаторы поступает из стояка только часть воды, остальная вода направляется по стояку к нижерасположенным радиаторам.
Распределение тепла
В традиционных системах отопления, таких как паровое отопление с разводкой горячей воды по трубам, отдача тепла происходит как правило через радиаторы, размещенные по периметру помещения под окнами. Такое распределение тепла приводит к появлению зон в помещении с различной температурой и возникновению конвекционных потоков теплого воздуха постоянно перемешивающих пыль.
Системы отопления с отдачей тепла через обогреваемый пол лишены этого недостатка, так как нагревательный элемент (например, нагревательный кабель) равномерно распределен по всей площади помещения.(см. рис.)
На рисунке справа показаны сравнительные графики распределения температуры воздуха в помещении при использовании систем отопления радиаторами и при использовании кабельных систем отопления на базе нагревательных кабелей, уложенных в пол (теплый пол).
ГРАФИК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ температуры воздуха в помещении показывает явное преимущество электрических кабельных систем отопления через пол по сравнению с прочими системами:
- в помещениях с системами отопления через пол на основе нагревательных кабелей достигается равномерное распределение тепла по всей площади вне зависимости от высоты, чем обеспечивается наибольший комфорт в отапливаемом помещении. Необходимо учесть, что при этом практически отсутствуют сильные восходящие (конвективные) потоки воздуха постоянно перемешивающие пыль, а это значительно улучшает гигиенические характеристики помещения.
Экономичность
ЭКОНОМИЧНОСТЬ встроенных электрических систем отопления на базе теплого пола обусловлена следующими факторами:
- Установочная мощность системы отопления на основе "теплого пола" равна расчётным теплопотерям помещения и на 25% ниже, чем у традиционных (конвективных) систем.
- Благодаря наличию чувствительных электронных термостатов обеспечивается эффективный учёт дополнительных бесплатных источников тепла (солнечной радиации, бытовых приборов, освещения, и т.п.) в каждом помещении, что позволяет снизить энергозатраты на отопление на 20 - 25%.
- Температура в помещении, при одинаковом комфорте, может быть на 2°С ниже, чем в помещениях с традиционными отопительными приборами за счёт равномерного распределения тепла по всему объёму.
- Потери при доставке традиционных источников тепловой энергии могут достигать 30-40%, а электроэнергии - не превышают 1%.
| Сравнение отопительных систем | |
| Системы водяного отопления (газовый, жидкотопливный или электрический водогрейный котёл с разводкой горячей воды по трубам) | Системы отопления нагревательными кабелями кабельные системы отопления |
| Установка оборудования требует дополнительной не жилой площади. | Оборудование системы не занимает дополнительной площади. |
| Сравнительно высокая стоимость энергоносителя (газ, мазут, уголь) и его доставки. Потери при доставке традиционных источников тепловой энергии могут достигать 30-40% | Потери при доставке электроэнергии - не превышают 1%. |
| Должны иметь теплообменник, для того чтобы во втором (отопительном) контуре циркулировала незамерзающая жидкость, для чего необходим достаточно мощный и надёжный насос. Использование промежуточного теплоносителя (вода), теплообменника и насоса снижает КПД установки примерно на 25 - 30%. | Электроэнергия преобразуется в тепловую непосредственно с КПД близким к 100%. |
| Включить котёл частично практически невозможно, минимальная мощность фиксированная и, как правило, не менее 25% от общей мощности. | Может наращивать и поддерживать тепловую мощность от 0 до 100% в любое желаемое время в любом помещении здания. |
| Водогрейный котёл, теплообменник и система механических (или электромеханических) клапанов системы водяного отопления требует постоянного круглосуточного и квалифицированного технического обслуживания, что приводит к дополнительным затратам на техническое обслуживание и ремонт изнашивающихся со временем механических деталей. | Система не имеет ни каких движущихся частей, трущихся пар и т.п. деталей, в принципе невозможны протечки и т.п. неисправности, а следовательно её надёжность и долговечность несравненно выше системы с водогрейным котлом. Не требует постоянного технического обслуживания - достаточно периодического контроля. Срок службы нагревательного кабеля более 50 лет (в кафедральном соборе г. Осло система проработала 62 года без единой неисправности и была заменена на более современную только по причине капитального ремонта собора с полной заменой конструкции пола). |
Теплый пол водяной прежде всего, это комфорт и удобство, это современный и альтернативный способ отопления помещения на основе передовых технологий!
Поскольку люди чувствуют себя более комфортно при прохладном воздухе на уровне головы и теплом у ног, водяной тёплый пол представляет собой систему идеального равномерного распределения тепла.
Применение в помещении плоских греющих поверхностей, отдающих значительное количество тепла излучением, где бы они ни располагались, всегда будет создавать более благоприятный микроклимат, чем при обогреве помещений чисто конвективными приборами. Система напольного отопления, теплый пол водяной, позволит регулировать температуру каждой комнаты по необходимости, что позволяет не допустить холодные и перегретые зоны, как при отоплении радиаторами (конвекторами, воздушными системами).
В системе водяной теплый пол можно устанавливать температурный режим дня и ночи, при этом, температура всегда будет автоматически поддерживаться современными датчикам, которые устанавливаются на каждом отдельном участке. Вместе с тем благодаря невысокой температуре поверхности нагрева, составляющей всего 22-26°C, весьма ограничена циркуляция воздуха, что заметным образом уменьшает количество поднимающейся пыли.
Водяной теплый пол - это экономия расходуемой энергии
Для поддержания комфортной температуры в доме, в офисе, в квартире, в производственных помещениях - теплый пол водяной не имеет конкурентов. Основным элементом в системе напольного отопления, теплый пол водяной, являются трубы, укладываемые внутрь конструкции пола. За счет подогреваемой воды, которая циркулирует в системе водяной теплый пол, тепло распространяется равномерно снизу вверх, таким образом, нет перегретых зон или слабо прогреваемых участков, что нельзя не отметить при системе радиаторного отопления. Благодаря равномерной отдаче тепла от всей поверхности пола мы достигаем необходимую температуру 25°C на уровне ног и 20°C на уровне головы, тем самым мы избегаем конвекционного эффекта, как при радиаторном отоплении, когда температурные показатели выглядят наоборот. Теплый пол водяной не имеет конкурентов по экономии энергии в вашем доме.
Благородя этому, мы можем, снизить температуру в помещении минимум на 2°С, а это, в свою очередь, даёт значительную экономию энергии (15%-45%).
Системы водяного отопления с радиаторами
В. Д. Коркин, зав. кафедрой Санкт-Петербургского государственного академического института живописи, скульптуры и архитектуры им. И. Е. Репина
Из всех отопительных систем радиаторные водяные системы являются наиболее распространенными, особенно в жилых и общественных зданиях.
Первая такая система в России была запроектирована инженером Н. П. Мельниковым и смонтирована в 1908 году в здании Малого оперного театра в Санкт-Петербурге.
Следует заметить, что практика подтвердила гигиенические и технические преимущества водяного отопления. При водяном отоплении (по сравнению с паровым) отмечают относительно низкую температуру поверхности нагревательных приборов (радиаторов) и трубопроводов, достаточно равномерную температуру помещений, значительный срок службы, бесшумность действия, простоту обслуживания и ремонта.
Система водяного отопления может быть гравитационной (рис. 1а) или насосной (рис. 1б). На рис. 1 демонстрируются местные системы с котлами, расположенными непосредственно в отапливаемом здании.
В принципе, когда речь идет об отоплении, подразумевается поддержание в отапливаемых помещениях требуемого (отнюдь не всегда комфортного) значения температуры воздуха.
 |
| Рисунок 1. (увеличить) Системы местного водяного отопления |
Системы водяного отопления с естественной (гравитационной) циркуляцией (рис. 1а) имеют ограниченную область применения. Их используют, как правило, для отопления квартир или отдельных малоэтажных зданий. Возможно использование этих систем в зданиях, где недопустимы вибрация и шум. В системах с естественной циркуляцией предпочтение отдается верхней разводке подающих магистралей и, по возможности, большей разнице отметок между термоблоком и нагревательными приборами, потому как движущей силой здесь является плотность горячей и обратной воды.
Необходимо иметь в виду, что здание, оснащенное гравитационной системой, всегда предполагает наличие расширительного бака, расположенного в верхней части здания (выше магистральных трубопроводов).
Водяное отопление с искусственным побуждением теплоносителя – насосное отопление – получило наиболее широкое распространение.
При централизованном теплоснабжении можно рассматривать три способа присоединения систем отопления к наружным теплопроводам (рис. 2а, 2б, 2в). При этом все системы являются насосными, даже если насос непосредственно не устанавливается в отапливаемом здании. В таком случае в систему вода подается установками централизованного теплоснабжения.
Независимая (закрытая) схема присоединения системы насосного водяного отопления (рис. 2а) в известном смысле близка к схемам местного теплоснабжения. Котлы здесь заменяются водо-водяными теплообменниками. Часто саму систему заполняют деаэрированной водой или водой с добавками, исключающими коррозию трубопроводов. В таких системах используется либо высокое давление в сети теплоснабжения, либо специальный циркуляционный насос. Сама система, естественно, насосная.
При независимой схеме создаются независимые местный тепловой и гидравлический режимы отопительной системы. Первичная вода после теплообменников должна иметь значение температуры (tr), допустимое в отопительной системе. Температура же обратной воды в расчетном режиме не должна быть ниже 70°С.
 |
| Рисунок 2. (увеличить) Принципиальные схемы систем центрального насосного водяного отопления при присоединении к наружным трубопроводам |
 |
| Рисунок 3. (увеличить) Схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и стояками различной конструкции |
 |
| Рисунок 4. (увеличить) Схема однотрубной системы водяного отопления с нижней разводкой |
Преимуществом независимой системы, кроме обеспечения индивидуальных гидравлического и теплового режимов, является возможность циркуляции воды (на некоторое время) для сохранения более или менее приемлемого теплового режима при авариях в наружных трубопроводах. Кроме того, такие системы отопления служат дольше, чем системы с местной котельной, вследствие уменьшения коррозионной активности воды. Заметим также, что и местные насосные системы (на одно здание) также могут иметь добавки к воде, гарантирующие замедление коррозии трубопроводов. Примерами могут служить отопительные системы Мраморного и Строгановского дворцов в Санкт-Петербурге.
Зависимая (открытая) схема присоединения системы отопления со смешиванием сетевой и обратной из системы отопления воды (рис. 2б) проще по конструкции и в обслуживании. Ее первоначальная стоимость, соответственно, ниже независимой системы (благодаря исключению таких элементов, как теплообменники, расширительный бак, насосы). Однако это в самом здании, но все эти элементы и их функции необходимо переносить в центр приготовления теплоты. Поэтому судить о стоимости отопительной системы, ориентируясь только на то, что мы имеем в самом здании, не всегда правильно.
Смешивание обратной воды из системы отопления с высокотемпературной водой из наружного подающего трубопровода осуществляют при помощи смесительного аппарата – насоса или водоструйного элеватора. Следует отметить, что насосная смесительная установка имеет ряд преимуществ перед элеваторной: во-первых, ее КПД выше; во-вторых, в случае аварии наружных тепловых сетей возможно, как и при независимой схеме, сохранение циркуляции воды в системе отопления, изменение температуры которой достаточно инерционно. Смесительный насос можно применять в системах отопления со значительным гидравлическим сопротивлением, тогда как при использовании элеваторной установки потери давления в системе отопления должны быть сравнительно небольшими.
Несмотря на все их недостатки, элеваторные вводные узлы получили наибольшее распространение благодаря их кажущейся дешевизне и простоте. Здесь имеет значение их относительная безотказность и сравнительно низкий уровень шума при эксплуатации.
Однако, как правило, при элеваторном вводе с отоплением компонуется и система горячего водоснабжения, которая не только невозвратно расходует деаэрированную воду, но и приводит к длительному отключению систем горячего водоснабжения, что не только приносит неудобство пользователям, но и является причиной ускоренного старения систем подачи горячей воды.
Прямоточная схема присоединения системы отопления (рис. 2в) к наружным трубопроводам наиболее проста и по конструкции, и по обслуживанию. Такая система имеет место при условии, что температура поступающей воды не выше допустимой в отопительной системе. Подобное положение обычно бывает при обслуживании одной небольшой котельной ряда соседних зданий. Недостатками такой системы являются ограниченность местного регулирования и зависимость теплового режима ряда зданий от так называемой «обезличенной» температуры воды в подающем наружном трубопроводе.
Все, что мы рассмотрели, это только принципиальные решения подачи в систему теплоносителя и его удаления из нее.
Кратко теперь оценим возможные принципиальные схемы водяного радиаторного отопления.
С конца 1940-х годов в нашей стране весьма широкое распространение получили однотрубные системы водяного отопления. К настоящему времени этими системами оборудовано большинство зданий и сооружений. Разновидностей таких систем немало, но принципиально они выполнялись либо с верхней разводкой магистральных трубопроводов, либо с нижней. Схемы и тех и других систем приведены на рис. 3 и 4. Как правило, однотрубные системы лишены возможности не только индивидуального регулирования теплоотдачи отопительных приборов, но и индивидуального учета теплоты, расходуемой на отопление того или иного помещения (или комплекса помещений). При этом следует помнить, что еще 20–30 лет тому назад индивидуального учета расходования теплоты на отопление в СССР не велось в связи с невысокой стоимостью топлива. К сожалению, в большинстве районов России возникают трудности с ее индивидуальным учетом и теперь, когда стоимость топлива резко возросла. Причин здесь много, но основная – невыгодность для теплогенерирующих и транспортирующих теплоту организаций индивидуального учета расходования тепловой энергии из-за несовершенства, высокой аварийности теплопередающих систем и больших потерь при транспортировке. Так, только в Санкт-Петербурге около 45% тепловых сетей находится в аварийном состоянии и требует ремонта и замены.
Следует иметь в виду, что однотрубные системы отопления нашли столь широкое распространение не случайно. Во-первых, эти системы были менее металлоемкими по сравнению с двухтрубными. Во-вторых, они оказались гидравлически более устойчивыми (особенно при низких значениях наружной температуры воздуха) по сравнению с двухтрубными. В-третьих, именно эти системы позволили при переменном перепаде температуры воды в стояках максимально индустриализировать их изготовление на заготовительных предприятиях. Их можно было производить (при определенных условиях) еще до возведения обслуживаемого ими здания.
Даже теперь можно говорить о предпочтительности этих систем в зданиях и сооружениях, где не требуется индивидуального учета расходования теплоты. К таким зданиям и сооружениям можно отнести учебные заведения, оздоровительные сооружения, банки, торговые сооружения и др.
 |
| Рисунок 5. (увеличить) Схемы двухтрубной системы отопления с верхней и нижней разводкой магистралей |
 |
| Рисунок 6. (увеличить) Схемы поквартирного учета теплоты |
 |
| Рисунок 7. (увеличить) Схемы отопительных систем малоэтажных зданий |
В настоящее время для вновь проектируемых зданий наиболее широкое распространение находят двухтрубные отопительные системы (рис. 5). Главное их достоинство в том, что здесь достаточно доступным становится индивидуальный учет расходования тепловой энергии. Но при этом система должна иметь схему, отличную от общепринятых ранее. При такой схеме прямой и обратный стояки прокладываются, как правило, в лестничных клетках, а каждая квартира отдельно присоединяется к стоякам с установкой соответствующих приборов учета теплоты и регулирования теплоотдачи нагревательных приборов. Подобная схема приведена на рис. 6а.
При учете расходования теплоты в таких системах возможны варианты, и они приведены на рис. 6. Не рассматривая подробностей учета теплоты по квартирам, рассмотрим только два возможных варианта учета: поквартирный (рис. 6а) и поквартирно-домовой (рис. 6в). Квартирный режим в первом случае будет учтен достаточно точно. Поквартирные приборы нуждаются в квалифицированном техническом обслуживании и периодической поверке. Последнее связано с достаточно большими затратами. Эти затраты можно сократить в десятки раз, если перейти на упрощенную поквартирно-домовую схему учета тепловой энергии. Сущность схемы заключается в том, что на все здание ставится один интегрирующий тепловой счетчик, определяющий точный расход тепловой энергии в доме. В каждой же квартире на подающем трубопроводе системы отопления устанавливается обычный водомер на горячую воду. Квартирный режим при этом в первом случае будет учтен достаточно точно, во втором ошибка может составить до 10%. Спрашивается, что лучше? Решать должен собственник, но нам представляется, что для большинства пользователей второй вариант является предпочтительным.
В заключение остановимся на некоторых схемах водяного отопления малоэтажных зданий (рис. 7). На рассматриваемом рисунке приведены только однотрубная горизонтальная система и двухтрубная. Вариантов может быть больше. Но главное, на что следует обратить внимание, – это то, что в малоэтажном здании при наличии собственного источника теплоты потребность в дорогостоящих тепловых счетчиках отпадает. Схемное же решение отопления такого здания существенно зависит от местных условий, вида топлива и конструкции котла и термоблока.
Отопительная система должна соответствовать теплофизическим характеристикам здания, квартиры, коттеджа. Здесь имеются в виду следующие три обстоятельства. При понижении или повышении температуры наружного воздуха должна соответственно изменяться теплоотдача отопительными приборами. Система водяного отопления является инерционной и при легких малоинерционных ограждающих конструкциях не будет «успевать» следить за изменяющимися теплопоступлениями через эти конструкции. Следовательно, в части учета колебаний наружных тепловых воздействий система водяного отопления соответствует инерционным ограждающим конструкциям.
Второе обстоятельство имеет место при так называемой прерывистой подачи тепла, связанной с понижением температуры внутреннего воздуха в помещениях в нерабочее время с целью экономии энергии. Здесь опять целесообразно применять инерционные ограждающие конструкции с системами водяного отопления.
Третье обстоятельство. В ряде общественных зданий, таких как кинотеатры, церкви, магазины, в отдельные периоды резко возрастают тепло- и влагопоступления в помещения за счет пришедших людей. Здесь инерционную систему водяного отопления целесообразно использовать как базовую, дополненную системой воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией.
Вывод
Системы отопления развиваются в основном в соответствии с тремя факторами:
- политико-экономическим – соответствием теплового комфорта человека его убеждениям и политико-экономической обстановке в стране;
- гигиеническим и международным (см., например, труды «Healthy Building 2000», 6–10 августа 2000 г., Хельсинки);
- энергосберегающим (см. ряд статей в журнале «АВОК» за 1999–2002 гг.).
| Поквартирные системы отопления | ||||||
Поквартирные системы отопления в многоэтажных жилых домах – это новый вид инженерных систем в нашей стране. Поквартирные системы отопления – это такие системы, которые могут управляться обитателями квартиры без изменения теплового режима соседних помещений и обеспечивать поквартирный учет расхода тепловой энергии. Это попытка одновременного решения двух противоречивых задач – повышения тепловой комфортности жилища и энергосбережения. Актуальность решения этой задачи осознают и проектировщики, и строители, и муниципальные службы, и даже политики, ратуя за жилищно-коммунальную реформу. Для того чтобы сравнительно просто организовать поквартирный учет тепла, необходимо обеспечить один ввод в квартиру подающего и обратного трубопроводов и присоединить к ним все отопительные приборы, размещенные в квартире. Наиболее распространены две схемы поквартирного отопления: лучевая и периметральная (рис. A и рис. Б). Лучевая схема реализуется с помощью металлополимерных труб или полимерных, укладываемых в стяжку «чистого» пола. Каждый из отопительных приборов присоединяется к подающему и обратному коллекторам (манифолдам) и регулируется автономно. В периметральной схеме отопительные приборы гидравлически более зависимы, но эта схема требует меньшего количества труб и обладает лучшей ремонтопригодностью. В периметральной схеме трубы, как правило, укладываются в лотках и могут обслуживаться. В этом случае могут быть использованы не только металлополимерные (полимерные) трубы, но и обыкновенные стальные. Независимость развязки трубопроводов от других квартир предполагает возможность индивидуального проектирования отопления каждой квартиры. Можно отказаться от уродующих интерьер стояков и горизонтальных подводок. Как правило, в современных радиаторах используется нижний присоединительный узел к прибору – мультифлекс. Современные отопительные приборы стали предметом интерьера и могут устанавливаться на внутренних стенах. На лестничной площадке поквартирные вводы объединяются коллекторами в приборном щите с поквартирными счетчиками тепла (рис. В). Приборные щиты всех этажей объединены подающим и обратными стояками системы отопления, связанными через домовой узел учета тепла с теплосетью.
|
Однотрубные системы водяного отопления не имеют обратных стояков, и вода, охлажденная в нагревательных приборах, возвращается в подающие стояки (рис.3, 4).
В однотрубных системах отопления в нижние нагревательные приборы поступает смесь горячей воды и воды, охлажденной в верхних приборах. Так как температура этой смеси ниже температуры воды в приборах верхних этажей, то поверхность нагрева нижних приборов должна быть несколько увеличена.
В однотрубных системах отопления вода циркулирует в нагревательных приборах и стояках, которые их питают, вследствие разности температур воды в тех и других. Однотрубные системы можно устраивать по двум схемам. При схеме, приведенной на рис.3, в верхние радиаторы поступает из стояка только часть воды, остальная вода направляется по стояку к нижерасположенным радиаторам.