ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ПОНЯТИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ВОДЯНЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Увязка циркуляционных контуров – уравнивание потерь давления во всех циркуляционных контурах.

 

Гидравлическая и тепловая неустойчивость Свойство системы отопления при отклонении параметров наружного воздуха от расчётных не пропорционально изменять количество теплоносителя заходящего в нагревательные приборы и теплоотдачу их.

 

Гидравлическая и тепловая устойчивость - Свойство системы изменять тепловую мощность нагревательных приборов пропорционально изменению разности температуры наружного и внутреннего воздуха называется тепловой устойчивостью системы .Свойство системы пропорционально изменять расход воды во всех нагревательных приборах при изменении общего количества воды, циркулирующей в системе, называется гидрав­лической устойчивостью системы.

 

Критерий горизонтальной устойчивости -  - p1—р2 = (Rl+Z)приб.—сопротивление нагревательного элемента прибора; ∑∆p1 = (Rl+Z)под. маг.—сопротивление подающей магистрали; ∑∆p2 = (Rl+Z)обр. маг.—сопротивление обратной магистрали.

 

Переменный гидравлический режим– Режим работы системы отопления с постоянно меняющимися расходом теплоносителя и перепадом давления.

 

                                              Содержание темы.

15.1. Общие понятия о гидравлической и тепловой устойчивости гидравлической и тепловой устойчивости водяных систем отопления.

15.2 Горизонтальная устойчивость водяной системы отопления.

15.3. Вертикальная устойчивость водяной системы отопления.

 

15.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ПОНЯТИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ВОДЯНЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Рассчитывая системы отопления, принимают расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха, то есть такие условия, когда тепловая мощность системы достигает своего максимума 

НАПОМИНАЕМ

Расчётная тепловая мощность системы отопления определяется при температуре наружного воздуха, равной температуре наиболее холодной пятидневки

   Эти условия наблюдаются в течение очень короткого времени, исчисляемого сутками. В продолжение всего остального времени отопительного сезона в нагревательные приборы должна подаваться вода с температурой ниже расчетной и непрерывно-переменной по величине, в зависимости от изменения внешних условий: температуры воздуха, скорости ветра, солнечной радиации

Изменение температуры воды вызывает в свою очередь изменение ряда величин, на которых, как и на постоянных, был основан расчет. Меняются температурные напоры и коэффициенты теплопередачи нагревательных приборов, кинематическая вязкость воды — число Рейнольдса, коэффициенты трения в трубопроводах, которые в номограммах и таблицах приняты для t1 = 95° С, а также гравитационные давления, коэффициенты затекания и другие величины.

Идеальная увязка циркуляционных контуров при расчетных параметрах, когда изменяется температура наружного воздуха, не сохраняется. В случае новых текущих параметров количество воды, поступающее в приборы, и их мощность у одних изменяется в большей, у других в меньшей степени Такое явление называется гидравлической и тепловой неустойчивостью.

Практика показывает, что вопросам работы систем отопления на режимах с пониженной температурой теплоносителя необходимо, по сравнению с расчетной, уделять самое пристальное внимание. Надо стремиться к тому, чтобы системы не имели свойств, вызывающих неустойчивость

При изменении температуры наружного воздуха тепловая мощность всех нагревательных приборов должна изменяться пропорционально изменению разности между температурой в помещении и наружной, сохраняя при этом постоянство внутренней температуры. Отклонение от состояния тепловой устойчивости называется тепловой неустойчивостью системы отопления. Если тепловая мощность нагревательных приборов различных этажей при изменении наружной температуры изменяется неодинаково, то такую неравномерность называют вертикальной неустойчивостью (рис. 15.1б). Неравномерное изменение тепловой мощности приборов одного и того же этажа называют горизонтальной неустойчивостью (рис. 15.1в). В практической работе систем отопления один вид неустойчивости — вертикальный или горизонтальный — встречается редко. Как правило, системы обладают одновременно обоими видами неустойчивости (рис. 15.1г)

          

18 °С	18 °С	18 °С	18 °С		24 °С	24 °С	24 °С	24 °С
18 °С	18 °С	18 °С	18 °С		15 °С	15 °С	15 °С	15 °С

а                                                             б

          

          

24 °С	21 °С	18 °С	15 °С		24 °С	22 °С	20 °С	18 °С
24 °С	21 °С	18 °С	15 °С		22 °С	19 °С	18 °С	15 °С

в                                                 г

Рис 15.1 Схема малоэтажного здания с температурами в ота­пливаемых помещениях

а — схема нормальных температур б — схема вертикальной неустойчивости в — схема горизонтальной неустойчивости, г — схема одновременной вертикальной и горизонтальной неустойчи­вости

График центрального управления температурой и расходом воды, обеспечивающий гидравлическую и тепловую устойчивость, называют оптимальным

Вертикальная устойчивость системы отопления зависит от того, какова ее конструкция, и от режима работы: характера действующих давлений – гравитационного и создаваемого насосом, количества циркулирующей воды.

Горизонтальная устойчивость зависит от соотношения сопротивления отдельных элементов системы: стояков, приборов и магистралей.

 

15.2 Горизонтальная устойчивость водяной системы отопления

Широко распространенная методика гидравлического расчета трубопроводов системы водяного отопления, рассмотренная в главе «Гравитационные двухтрубные системы отопления», сводится к подбору диаметров трубопроводов отдельных циркуляционных контуров таким образом, чтобы их гидравлические сопротивления были равны. Устранять неувязку рекомендуется путем замены диаметра труб отдельных участков с расчетом увеличения или уменьшения сопротивления данного контура, приближения тем самым величины его сопротивления к сопротивлению другого или данного контура. Такая методика приводит к тому, что сопротивление магистралей составляет большую часть сопротивления циркуляционного контура порядка 80-90%, а сопротивление стояков и нагревательных приборов – 10-20%.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ

Гидравлическая увязка циркуляционных контуров с помощью изменения диаметров трубопроводов прводит к возникновению горизонтальной тепловой неустойчивости

 

Пьезометрический график подобной системы представлен рис. 15.2. Точно увязать сопротивление отдельных циркуляционных контуров между собой невозможно, так как диаметр труб изменяется через значительные интервалы:15, 20, 25мм и т.д.

Оставшуюся неувязку рекомендуется погасить дополнительным местным сопротивлением – краном двойной регулировки. Однако практически это не выполнимо, та как сопротивление крана величина неопределенная (нерасчетная) и переменная – кран находится в распоряжении потребителя, который вносит свои коррективы.

Как правило, контуры приборов, расположенные ближе к генератору тепловой энергии, имеют меньшее сопротивление, чем контуры приборов более удаленных, что и ведет к горизонтальной неустойчивости. Положение усугубляется и таким обстоятельством: изменение сопротивления отдельных контуров за счет бытовой регулировки значительно меняет сопротивление циркуляционного контура в целом. Следовательно, в самой методике увязки сопротивлений циркуляционных контуров путем подбора диаметров труб, то есть уравновешиванием их линейных сопротивлений, заложены причины, вызывающие горизонтальную неустойчивость системы отопления.

Необходимые условия для горизонтальной гидравлической устойчивости могут быть созданы в том случае, если диаметры магистралей будут очень большие, а стояков маленькие, что математически можно выразить отношением:

®¥                                        (15.1)

где сопротивление магистралей ∑(Rl+Z)магистрали®0.

В этом случае сопротивление контуров будет равно сопротивлению стояков. Чтобы обеспечить горизонтальную устойчивость, достаточно уравновесить сопротивления стояков.

Рис. 15.2 Пьезометрические графики

А – тупиковая при со­противлении стояков 13% и магистралей 87%; б – тупиковая при сопротивлении стояков 95% и магистралей 5% от общего сопротивления системы

Из сказанного следует; 1)для создания условий, обеспечивающих горизонтальную устойчивость системы, необходимо резко уменьшить сопротивление магистралей и увеличить сопротивление приборов и стояков, а неувязку, полученную между сопротивлениями контуров, погасить рассчитанной величиной местного сопротивления; 2) горизонтальная устойчивость определяется не абсолютными величинами диаметров и сопротивлений магистралей и стояков, а их отношением; 3) увязку необходимо производить местными сопротивлениями, а не линейными, это позволит обеспечить независимость горизонтальной устойчивости системы от изменения температуры воды.

Чем меньше сопротивление магистралей и чем больше сопротивление стояков и приборов, тем горизонтальная неустойчивость меньше. Опыт показывает, что необходимо обеспечить следующие соотношения гидравлических сопротивлений элементов системы отопления:

(Rl+Z)магистралей<0,05[(Rl+Z)ст+Zпр]               (15.2)

Zпр≥4Rl                                                     (15.3)

Оптимальное распределение сопротивлений системы должно составить:

магистралей до 5% →

стояка до 15% →

прибора с шайбой > 80—95%'

Например, общее сопротивление бифилярной системы па­нельного отопления дома серии 1—464А—15 равно 1600мм вод. ст. Сопротивление магистралей (подающей и обратной) — 100,2мм вод. ст., то есть

 

Таким образом, система является гидравлически устойчивой и горизонтальной неравномерности при значительных изменениях расхода воды не подвергается.

Приведенные соображения позволяют сделать вывод о том, что гидравлическую устойчивость системы можно характеризовать отношением сопротивления нагревательных элементов— стояков к сопротивлению подающей и обратной магистралей.

Это отношение — безразмерное число — следует назвать критерием гидравлической устойчивости системы отопления.

Математически критерий гидравлической устойчивости выражается формулой:

                                    (15.4)

где Г—критерий гидравлической устойчивости;

p1—р2 = (Rl+Z)приб.—сопротивление нагревательного элемента прибора;

∑∆p1 = (Rl+Z)под. маг.—сопротивление подающей магистрали;

∑∆p2 = (Rl+Z)обр. маг.—сопротивление обратной магистрали.

Критерий гидравлической устойчивости системы, приведенной на рис. 15.2, б, составит:

 

На основании натурных испытаний и анализа расчетов, проведенных кафедрой ТГСиВ Челябинского политехнического института, можно сделать выводы:

1. Системы, имеющие критерий гидравлической устойчивости" Г = 20 и более, следует считать устойчивыми, то есть такими, которые позволяют производить глубокое количественное управление мощностью приборов системы.

2. Горизонтальные системы легче выполнять с Г > 20, чем вертикальные. С увеличением длины здания (протяженности системы) p1—p2 увеличивается в горизонтальной системе больше, чем ∑∆p1+∑∆p2 и Г возрастает, а у вертикальных систем с увеличением длины здания p1—p2 повышается меньше, чем величина ∑∆p1+∑∆p2, и критерий гидравлической устойчивос­ти уменьшается. Следовательно, для автоматически управляе­мых систем отопления, основанных на количественном управле­нии, предпочтительнее применять горизонтальные системы.

3. В системах отопления, гидравлически устойчивых, оптимальные размеры диаметров труб магистралей и стояков достигаются при заданном сопротивлении нагревательных элементов, стояков p1—р2 в пределах от 4000 до 8000мм вод. ст. в зависимости от протяженности системы.

Конструктивно оформить магистрали с небольшим относительным гидравлическим сопротивлением целесообразно путем выполнения всех их из труб одного диаметра, что, кроме того, обеспечивает системе высокую технологичность.

Гидравлическую устойчивость системы отопления, исключающую горизонтальную неустойчивость, можно на основании изложенного обеспечить за счет введения перед прибором в двухтрубной системе и в стояке однотрубной системы расчетного местного сопротивления. Это сопротивление конструктивно выполняется в виде шайбы с калиброванным отверстием. 0на может быть установлена в корпусе вентиля — кране АКХ (кран В. К. Дюскина).

На горизонтальную неустойчивость может оказать влияние остывание воды в магистралях. При недостаточной теплоизоляции подающих магистралей вода охлаждается, и в стояки, наиболее удаленные, она поступает с более низкой температурой, чем в предыдущие. Как следствие, приборы, наиболее удаленные от генератора, могут за счет пониженной температуры воды иметь меньшую тепловую мощность.

В подающей магистрали, проложенной под полом первого этажа, остывание воды меньшее и расстояние по циркуляционному контуру до наиболее удаленных приборов, в сравнении с верхней разводящей магистралью, сокращается. При всех равных условиях предпочтение следует отдавать нижней прокладке подающей магистрали и выполнять ее усиленную теплоизоляцию.

 

15.3. ВЕРТИКАЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ВОДЯНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

В двухтрубных системах отопления вертикальную неустойчивость нельзя устранить лишь одним конструктивным решением системы отопления. С изменением наружной температуры воздуха изменяется и гравитационное давление в системе, а величина расчетного местного сопротивления (диаметр шайбы) остается постоянной. В результате соотношение между давлениями — насосным и гравитационным — меняется. Сохранение соотношения между давлением, создаваемым насосом, и гравитационным осуществимо только путем изменения количества циркулирующей воды. Следовательно, обеспечить вертикальную устойчивость системы можно ничем иным, как ее переменным гидравлическим режимом, в зависимости от изменения наружной температуры воздуха, ветра и солнечной радиации.

В однотрубных системах отопления вертикальная неустойчивость, также не может быть устранена конструктивными мерами, поскольку с изменением температуры наружного воздуха изменяется температурный напор и коэффициент теплопередачи нагревательных приборов, а поверхность их остается постоянной. Сохранить соотношение тепловой мощности нагревательных приборов можно только за счет изменения количества циркулирующей воды, то есть переменным гидравлическим режимом системы отопления в зависимости от изменения внешних условий.

Следует иметь в виду, что температурный режим многоэтажного здания в значительной мере зависит не только от вертикальной тепловой неустойчивости системы отопления, но и от работы систем вентиляции, Необходимо четко разграничивать эти два фактора, влияющие на температуру внутреннего воздуха в помещениях разных этажей.

Наличие в современных многоэтажных жилых домах вертикальных каналов для гравитационной вентиляции кухонь и санитарных узлов, работающих в неуправляемом режиме, может привести к разности температур в несколько градусов в помещениях первого и последнего этажа, даже и при исправной системе отопления. Устранение различного влияния воздухообмена на температуру в помещениях разных этажей возможно за счет применения поэтажных автоматически управляемых систем отопления. Кроме того, эти вопросы должны решаться на основе конструктивных мероприятий. К ним, в первую очередь, следует отнести герметизацию входных дверей, окон, междуэтажных перекрытий и упорядочение работы вентиляции.

Гидравлическая и тепловая устойчивость различных систем отопления

Расчет любой системы отопления и определение количества циркулирующей в ней воды производится для режима максимальной тепловой нагрузки. Однако в связи с изменением внешних условий, тепловая нагрузка системы меняется и расчетный тепловой режим неизбежно нарушается.

Способность системы отопления сохранять постоянство расхода воды на каждом из се участков при нарушении расчетного режима или пропорционально изменять расход на всех участках при изменении общего расхода называют гидравлической устойчивостью системы.

При необходимости изменения теплового режима системы производят качественное регулирование, изменяя параметры теплоносителя при сохранении его количества.

Способность системы к пропорциональному изменению теплоотдачи всех отопительных приборов при изменении параметров теплоносителя называют се тепловой устойчивостью.

Наиболее эффективна система, обладающая как тепловой, так и гидравлической устойчивостью.

Показателем гидравлической устойчивости системы служит отношение расхода на любом из участков системы при переменном режиме к расчетному расходу. Для гидравлически устойчивых систем этот показатель равен единице, а для систем, не обладающих гидравлической устойчивостью, он может быть больше или меньше единицы либо равен нулю, что будет означать полное прекращение циркуляции.

Тепловая и гидравлическая устойчивость систем зависит от их конструктивных особенностей и от способа регулирования их тепловой мощности. Оптимальным режимом работы систем считается такой, при котором обеспечивается теплоотдача приборов, соответствующая расчетной или пропорциональная ей. Отклонения от оптимального режима называют разрегулировкой системы. Различают вертикальную разрегулировку, характеризуемую неравномерностью теплоотдачи отопительных приборов по этажам, и горизонтальную — при неравномерной теплоотдаче приборов в пределах одного этажа.

Разрегулировка систем отопления может возникать при периодическом отклонении приборов, стояков вследствие особенностей режима отопления помещений или ремонта, дросселирования приборов при индивидуальном регулировании, а также при нарушении теплоизоляции труб, засорении отдельных участков, завоздушивании системы и ряде других причин.

Наиболее устойчивыми в работе являются системы отопления с естественной циркуляцией, обладающие способностью саморегулирования. Действующее давление в этих системах зависит от высоты расположения прибора над генератором тепла и разности плотностей горячей и обратной воды. Количество воды, циркулирующей в таких системах, изменяется в зависимости от величины разности давлений в том или ином циркуляционном кольце. Если в какой-либо из приборов поступает недостаточное количество воды, то остывание ее будет большим, естественное давление в этом кольце увеличится, что повлечет за собой увеличение количества циркулирующей воды. Такое явление может быть и обратным.

В двухтрубных системах всегда возможно отставание в прогреве приборов нижних этажей, давление в циркуляционных кольцах которых всегда меньше, чем в кольцах приборов верхних этажей.

 Устранение этого недостатка возможно при тщательном расчете системы с применением для верхних этажей регулировочных кранов повышенного сопротивления.

Стояк однотрубной вертикальной системы можно рассматривать как общий прибор, так как вода проходит через приборы последовательно и действующее естественное давление для всего стояка является как бы средним от величин давлений каждого из приборов. Поэтому при тщательном расчете однотрубной вертикальной системы с естественной циркуляцией теплоносителя она будет обладать такою же способностью к саморегулированию, как и система двухтрубная.

Иное положение наблюдается в системах с искусственной циркуляцией теплоносителя. В этих системах искусственное давление, создаваемое насосом, постоянно, а величина естественного давления зависит от температуры теплоносителя.

Наличие естественного давления в системах с искусственной циркуляцией, режим которых изменяется по графику качественного регулирования, приводит хотя и к небольшому, но количественно-качественному регулированию (рис. 15.2). На рис. 15.2 совмещены характеристики насоса, системы отопления и естественного давления.

Для систем отопления с собственной котельной или систем, присоединенных к тепловым сетям по независимой схеме, прирост количества циркулирующей воды W, хотя и в небольшой степени, но сказывается на их работе. В системах же с элеватором, имеющим постоянный коэффициент подмешивания, естественное давление на изменение расхода воды влияния не оказывает, так как оно не сопоставимо с давлением, развиваемым сетевыми насосами.

Из практики проектирования известно и видно на примерах, приведенных в предыдущих главах, что в двухтрубных системах

 почти всегда остаются непогашенными давления в кольцах приборов верхних этажей. Эти невязки давлений особо ощутимы в системах с верхней разводкой и тупиковым движением теплоносителя, и бывают тем больше, чем меньше нагрузка стояка. Это значит, что в двухтрубной системе из-за отсутствия труб малых диаметров и Соответствующей регулировочной арматуры повышенного сопротивления уже в самом проекте заложена возможность вертикальной разрегулировки ее, увеличивающаяся после монтажа и пуска системы вследствие отклонения действительной величины естественного давления от расчетной.

 

В двухтрубных системах с тупиковым движением теплоносителя вследствие трудности увязки дальних и ближних циркуляционных колец появляется и горизонтальная разрегулировка, усугубляющаяся переменностью естественного давления.

В двухтрубных системах с попутным движением воды устранение горизонтальной разрегулировки может быть достигнуто тщательным расчетом, но и в этих системах от вертикальной разрегулировки избавиться почти не удается.

 

 

При использовании кранов, устанавливаемых у приборов, как горизонтальную, так и вертикальную разрегулировку можно устранить, но это оказывается возможным только для определенного режима работы системы. При переходе на другой режим изменяющееся естественное давление снова нарушает четкость работы системы.

Переменность естественного давления сказывается и на устойчивости работы однотрубных систем, но в значительно меньшей степени. Гидравлическая устойчивость однотрубных систем повышается с увеличением этажности здания.

В результате теоретического анализа и практической проверки работы различных систем отопления установлено следующее:

а) системы с попутным движением воды по сравнению с тупиковым имеют большую гидравлическую устойчивость;

б) из числа систем с тупиковым движением теплоносителя лучшую гидравлическую устойчивость имеют системы с большим количеством веток;

в) тепловая устойчивость двухтрубных систем отопления с нижней разводкой выше тепловой устойчивости систем с верхней разводкой, а однотрубные системы по устойчивости работы при переменных режимах более совершенны, чем системы двухтрубные.

Анализ устойчивости работы систем отопления с искусственной циркуляцией относительно горизонтальных разрегулировок при переменных режимах удобно производить, используя предложенный проф. П. Н. Каменевым метод перемещения единицы расхода.

Лекция 16

Энергоресурсрсберегающие системы отопления

Высокотемпературная вода– вода, температура которой составляет более 105°С.

 

Низкопотенциальное тепло– теплоноситель с температурой ниже 50°С

 

Тепловой насос– установка , использующая тепло низкопотенциального теплоносителя, путём повышения его температуры до экономически целесообразной для системы отопления.

 

Перепад температур теплоносителя – Расчётная разность температур теплоносителя в горячем и охлаждённом трубопроводе

 

Промежуточный теплоноситель – Теплоноситель, передающий тепло от высокотемпературной воды к низкотемпературной.

 

                                          Содержание

16.1 Системы отопления с использованием высокотемпературной воды

16.2 Системы отопления с использованием низкопотенциального тепла

 

16.1 Системы отопления с использованием высокотемпературной воды

Использование высокотемпературной воды (Т1> I05°C) в системах отопления значительно снижает металлоемкость и стоимость (в среднем на 20-30%). Причем металлоемкость отдельных приборов снижается за счет сокращения требуемой поверхности нагрева в связи с повышением температуры воды в отопительных приборах, а экономия металла на трубопроводах достигается за счет уменьшения их диаметра в связи с сокращением количества циркулирующей воды в системе отопления. Однако использование высокотемпературной воды в указанных ранее системах отопления возможны только при отоплении промышленных и некоторых других зданий, где допускается повышенная температура поверхности отопительных приборов (более 90°С . В остальных системах высокотемпературная вода непосредственно не используется. В этом случае ее применяют по схеме присоединения к тепловой сети с элеватором или смесительным насосом. Поэтому с целью удешевления и снижения металлоемкости систем отопления жилых и общественных зданий разработан ряд децентрализованных систем отопления, позволяющих использовать высокотемпературную воду непосредственно в системе отопления при сохранении температуры поверхности отопительных приборов на уровне, допустимом по санитарно-техническим требованиям.

Указанные системы отопления по способу использования высокотемпературной воды можно подразделить на такие группы:

- с непосредственным использованием высокотемпературной воды (зависимая схема);

- при децентрализованном смешении в отопительных приборах, стояках или определенных местах магистральных теплопроводов,

- с одинаковым (пониженным) или разным температурным перепадом в отдельных частях системы отопления;

- при децентрализованном нагреве в поверхностных водонагревателях и на магистральных теплопроводах;

- с нагревом промежуточного теплоносителя в отопительных приборах по независимой схеме.

Б.Н.Лобаевым предложена однотрубная система отопления с нижней прокладкой распределительной магистрали (TI =150°С) и децентрализованным смешением воды в основании стояков с помощью микроэлеваторов. Несмотря на усложнение эксплуатации, установка микроэлеваторов обеспечивает получение давления, достаточного для нормальной работы стояков и экономию металла на магистральном трубопроводе.

Л.И. Рохлецовым также разработана схема однотрубной системы отопления с нижней прокладкой магистралей при непосредственном присоединении к тепловой сети и децентрализованном смешении воды в определенных местах распределительной магистрали. Такая система отопления состоит из нескольких последовательно соединенных групп П-образных стояков (рис.16.1). Количество групп стояков в каждой подгруппе, расходы воды в них и диаметры отверстий дроссельных шайб на перемычках определяются в результате теплового и количественного баланса теплоносителя и гидравлического расчета системы. Эта система может быть рекомендована также в тех случаях, когда перепад давлений на вводе тепловой сети в здание не может обеспечить работу элеватора

Стоимость описанной системы отопления и расход металла по сравнению с обычными однотрубными системами с П-образными стояками уменшается в среднем на 20%.

Рис 16.1 Безэлеваторная система отопления с попутным подмешиванием высокотемпературной воды в определенных местах распределительной магистрали:

1 — ввод тепловой сети; 2 — воздухонагреватели лестничных клеток, 3—6 — стояки соответственно. первой, второй, третьей и четвертой подсистем, 7 — диафрагма

   К группе систем отопления, работающих при повышенной средней температуре воды в приборах, относится система отопления с двумя перепадами температур теплоносителя по кольцам системы. Состоит такая система из двух взаимосвязанных частей, работающих параллельно от одного элеваторного узла (рис.16.2). После элеватора в первую часть системы вода поступает с температурой 95 или 105°С ( в зависимости принятой схемы расположения магистралей) и, охлаждаясь до температуры 80 или 85°С, полностью возвращается в элеватор для подмешивания к высокотемпературной воде. Во второй части системы горячая вода после охлаждения в отопительных приборах до требуемой температуры (70°С), минуя элеватор, возвращается в тепловую сеть.

 

Рис. 16.2 Схема отопления с двумя перепадами температур по кольцам системы.

 

Системы отопления с двумя перепадами температур с экономической точки зрения рекомендуется проектировать в жилых зданиях высотой до 7 этажей однотрубными с нижней прокладкой обеих магистралей, а в зданиях от 7 до 12 этажей – с верхней прокладкой распределительной магистрали (ТI=95 °С). При этом перепад температур в первой части системы следует принимать в зависимости от способа прокладки магистралей и располагаемой разности давления на вводе тепловой сети.

Согласно расчётам, применение системы отопления с двумя перепадами температур, позволяет уменьшить массу отопительных приборов на 6-10% за счет увеличения теплоотдачи при более высоких температурах циркулирующего теплоносителя.

В ряде случаев планировка общественных зданий, а также производственных с неодинаковыми технологическими процессами в разных частях здания, позволяет использовать теплоноситель в одних помещениях с повышенной температурой (130-150 °С), а в других с более низкой (95-115). Для таких зданий рекомендуется использовать особый вид системы отопления – системы, последовательно соединенные по теплоносителю, в которых вода с повышенной температурой в первую очередь пропускается через отопительные системы помещений, где по нормам это допускается, а затем уже охлажденный теплоноситель направляется в отопительные приборы помещений, для которых ограничена температура теплоносителя. Такие единые для всего здания системы отопления имеют меньшую металлоемкость трубопроводов и отопительных приборов по сравнению с двумя раздельными системами.

 

 

 

Принципиальные схемы последовательно присоединенных систем отопления:

а – вертикальная система с высокотемпературной (I) и низкотемпературной частями (II);

б – с вертикальной высокотемпературной и горизонтальной низкотемпературной частями.

 

Принципиальные схемы горизонтальных систем отопления с последовательно соединенными ветвями:

а – разных этажей; б – на одном этаже.

 

На рис. 13 и 14 приведены принципиальные схемы систем отопления с последовательным соединением по теплоносителю в зависимости от расположения помещений, допускающих различную температуру теплоносителя: а) для случая расположения таких помещений по вертикали в разных частях здания; б) для случая поэтажной планировки этих помещений.

Кроме приведенной выше системы с непосредственным использованием высокотемпературной воды разработаны также системы отопления с децентральным нагревом высокотемпературной водой промежуточного теплоносителя в отопительных приборах по независимой схеме. (Рис. 16.3)

Рис. 16.3 Отопительная панель с промежуточным теплоносителем.

 

В этом случае змеевик с высокотемпературной водой, включенный в однотрубную проточно-регулируемую систему отопления, вводится в безнапорный отопительный прибор с промежуточным теплоносителем (водой, маслом или другой жидкостью), нагревая его до требуемой температуры. В качестве таких приборов могут использоваться керамические или ситаловые блоки с отверстиями в верхней части для ввода змеевика или более совершенные стальные закрытые штампованные радиаторы со змеевиком, введенным сбоку. В системах отопления с керамическими блоками высокотемпературная вода может иметь температуру 110-70°С, в системах отопления со стальными радиаторами, заполненными минеральным маслом, 130-70°с. При этом температура поверхности приборов не превышает 95°С. Кроме того, при использовании керамических блоков испаряющаяся вода дополнительно увлажняет воздух в помещениях.

 

16.2 Системы отопления с использованием низкопотенциального тепла. 

      В настоящее время в связи с постоянным повышением цен на энергоносители всё большую популярность занимают системы отопления с использованием низкопотенциального тепла.

  К низкопотенциальным источникам тепла относят теплоносители с температурой до 50 °С. Тепло таких источников непосредственно использоваться в системе отопления не может из-за маленького температурного напора. Кроме того, они могут иметь различные примеси. При очистке от которых произойдёт ещё большее снижение их потенциала.

К таким источникам относятся: вода и воздух, охлаждающие промышленное оборудование, уходящий вентиляционный воздух, геотермальная вода, морская вода, солнечная энергия и другие. Повышение их потенциала производится в специальных установках - тепловых насосах.

  Рассмотрим устройство и принцип работы системы отопления с тепловым насосом, которая использует тепло морской воды температура которой в холодный период времени года составляет 5 - 10°С Эта установка (рис.16.4) была построена в Крыму в семидесятых годах прошлого века для отопления пансионата Дружба

 

Рис 16.4 Принципиальная схема системы отопления, утилизирующая тепло Чёрного моря, с применением теплового насоса.

I. Контур с водой для системы отопления с параметрами Т1=45°С и Т2=30°С

II. Контур с жидкостью имеющей низкую температуру кипения – раствор этилен-гликоля

1 система отопления. 2 циркуляционный насос, 3 теплообменник-конденсатор, 4 теплообменник-испаритель 5 терморегулирующее устройство, 6 компрессор.

  Принцип работы:

Морская вода в большом количестве поступает в рекуперативный теплообменник-испаритель, в котором отдаёт тепло раствору этилен- гликоля, имеющего температуру кипения