Система водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Процесс отопления происходит по следующей схеме. Вода, нагре­тая в отопительном котле, как более легкая, поднимается по главному стояку вверх, поступает в разводящие магистральные трубопроводы, а из них через подающие стояки — в нагревательные приборы (радиа­торы). Отдавая тепло, вода в радиаторе остывает, становится более тяжелой и через трубы обратной разводки, соединенной со стояком, опускается вниз, поступает в нагревательный котел и своей массой вытесняет нагретую воду из котла вверх — в главный подающий стояк. Так функционирует циркуляционная система отопления, схемы устройства водяного отопления показаны на рис. 1.1 и 1.2.

Пока нагревательный котел работает, этот процесс непрерывно повторяется и в результате в системе происходит циркуляция воды. Таким образом, вода двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости. Например, плотность воды при 40'С составляет 992,24 кг/м³, при 70 "С — 977,8 кг/м³, при 95 ’С — 961,9 кг/м³.

Рис. 1.1. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с верхней разводкой:

1. отопительный котел;

2. главный стояк;

3. расширительный бак;

4. переливная труба;

5. разводящий трубопро­вод;

6. стояки горячей воды;

7. радиаторы;

8. вентиль ручной;

9. обратные стояки;

10. обратная линия

Рис. 1.2. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с нижней разводкой:

1 - отопительный котел; 2 - разводящий трубопровод; 3 - стояки горячей воды; 4 - расширительный бак; 5 - переливная труба; 6 - труба отвода воздуха; 7 - радиаторы; 8 - вентиль ручной; 9 - обратные стояки; 10 - обратная линия

Если используется циркуляционная система отопления, тогда циркуляционное давление зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, оно зависит от разности температур горячей и охлажденной воды. Кроме того, циркуля­ционное давление зависит еще от высоты расположения нагревательных приборов (радиаторов) над котлом. Чем выше расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление. Поэтому в системах водяного отопления нагревательные приборы, расположенные на верхнем этаже, прогреваются лучше, чем приборы на нижнем этаже.

Ясно, что в двух­трубных системах отопления нагревательные приборы, расположенные на одном уровне с отопительным котлом или ниже его, нагреваться прак­тически не будут. Для таких систем, как показывает практика, наименьшее расстояние между центром нагревательных приборов, расположенных на первом этаже, и центром отопительного котла должно быть не менее 3 м. Поэтому котельная для такой системы должна располагаться в подвале.

Указанного недостатка лишены однотрубные системы отопления, так как гидростатический напор, заставляющий циркулировать воду в системе, будет образовываться из-за охлаждения воды в трубопроводах, подводя­щих нагретую воду к радиаторам, а также отводящих охлажденную воду от радиаторов к отопительному котлу. Охлаждение указанных трубопрово­дов приносит двойную пользу.

Во-первых, способствует созданию гидро­статического напора, а во-вторых, дополнительному обогреву помеще­ния, Поэтому трубопроводы прокладывают открыто и не изолируют. Что касается главного трубопровода (подъемного стояка горячей воды), то его, наоборот, надо тщательно теплоизолировать. Охлаждение воды в этом стояке приводит к снижению температуры и увеличению плотности воды, а это, как мы знаем, приводит к уменьшению гидростатического напора.

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.

Что­бы циркуляционная система отопления действовала нормально, требуется еще одно условие: циркуляционное давление должно быть достаточным для пре­одоления всех сопротивлений, которые встречает движущаяся в этой системе вода. 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, вентили и другие элементы системы отопления. Величина местного сопротивле­ния зависит от скорости воды, а скорость воды от изменения сечений и направления движения воды в разводящих трубопроводах.

Сопротивление, вызываемое трением, зависит от диаметра и длины трубопровода и скорости воды (если скорость увеличится в 2 раза, то сопротивление — в 4 раза). Чем меньше диаметр и боль­ше длина трубопровода и чем выше скорость воды, тем большее сопротивление создается на пути воды и наоборот. При большой длине труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра труб оно падает. Часто можно заметить, что диаметр трубы даль­него от котла стояка больше, чем ближайшего. Рассчитывая рас­стояния и диаметры труб, можно уравнять сопротивление и коли­чество перемещаемой в системе воды.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя в малоэтаж­ных домах величина циркуляционного давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах, сле­довательно, диаметры труб должны быть большими. Применение сис­тем с естественной циркуляцией может оказаться экономически невы­годным, они оправданы лишь для небольших домов.