Здравствуйте читатели! Я инженер-проектировщик систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиК) с десятилетним стажем работы и в данной серии постов я хочу пройти вместе с Вами полный цикл проектирования рабочей и проектной документации по разделу ОВиК. Прошлый мой пост был посвящен расчёту теплопотерь ограждающих конструкции (в ТГ-канале я выкладывал его, если интересно, то можете с ним ознакомиться). В сегодняшнем посте я расскажу, что из себя все же представляет система отопления.
Система отопления
Что из себя представляет система отопления? Система отопления представляет из себя совокупность конструктивных элементов связанных между собой и предназначенных для переноса тепловой энергии к обслуживаемым помещениям для компенсации тепловых потерь от ограждающих конструкций. Системы отопления классифицируются по нескольким основным признакам: по радиусу действия, по виду теплоносителя, по способу циркуляции теплоносителя, по способу подключения к тепловой сети и по типу трубопроводной разводки. Давайте пройдемся по каждому признаку.
Радиус действия
Радиус действия системы отопления определяет расстояние от источника тепла до отапливаемых помещений. По данному признаку систему отопления подразделяют на 2 типа: местные и централизованные. Радиус действия местных систем ограничен одним зданием и источник тепла (например, индивидуальный газовый, электрический или твердотопливный котел) находится непосредственно в самом отапливаемом здании. Преимущественно такие системы встречаются в частных домах. А центральные системы охватывают группу зданий, квартал или целый город. Тепло вырабатывается на удаленной котельной или ТЭЦ, а затем транспортируется к потребителям по разветвленной сети теплотрасс через тепловые пункты.
Вид теплоносителя
По данному признаку система отопления подразделяется на 3 основные группы: водяные, воздушные и паровые.
Самым распространённым типом является водяные системы отопления, где в качестве теплоносителя используется вода или специальная незамерзающая жидкость (антифриз на основе пропиленгликоля). В данном варианте нагретая вода циркулирует по трубопроводам системы отопления и отдает свое тепло отопительным приборам, про которые расскажу немного позднее.
Вторым по распространённости типом являются воздушные системы отопления, где теплоносителям является воздух. Воздух, нагреваемый в приточных установках системы вентиляции, с помощью воздуховодов подается в обслуживаемые помещения - отапливая их. Преимущества данного типа системы отопления очевидны: мы убиваем двух зайцев, совмещая отопление и вентиляцию, исключая при этом водяную систему отопления, со всей трубопроводной арматурой и отопительными приборами. Но главным минусом является дороговизна таких систем, так как такие системы требуют подачи большого количества нагретого приточного воздуха, увеличивая нагрузку на систему вентиляции. Так же такие системы требуют резерва вентиляционных установок, что еще больше увеличивает стоимость. По своему опыту я Вам скажу - гораздо дешевле смонтировать водяную систему отопления на объекте, нежели использовать воздушное отопление. Но бывают ситуации, когда приточные установки и так требуют резерва ( когда для проектируемого здания предусмотрен круглосуточный режим работы) - в таком случае использовать воздушное отопление может быть целесообразно. Про данный тип вентиляции (отопления) я расскажу подробнее, когда начнем с Вами разбирать вентиляцию.
Паровое отопление встречается гораздо реже и я ,если честно, с ним встречался пару раз в жизни. Как Вы уже могли понять теплоносителем является перегретый пар, подаваемый под высоким давлением подающим трубопроводом к отопительным приборам. В отопительных приборах пар, отдает свое тепло помещению и остывает, переходя в жидкое состояние (конденсируется). При этом переходе из одного агрегатного состояние в другое выделяется большое количество энергии, что делает паровое отопление эффективнее водяного. Затем конденсат удаляется из системы обратными трубопроводами. Как я и сказал, данные системы эффективнее водяного отопления, но дьявол кроется в деталях. Во-первых такие системы гораздо дороже водяных из-за использование трубопроводов и радиаторов специального исполнения, выдерживающие высокое давление и температуры. Во-вторых, высокая температура пара ( до 130 °C), достаточно быстро изнашивает всю систему, что довольно часто приводит ко всевозможным авариям. Так что такие системы встречаются изредка лишь в производственных зданиях, по крайне мере я их нигде больше не видел.
Способы циркуляции теплоносителя
Существуют 2 вида циркуляции теплоносителя: естественный и принудительный.
Принудительный тип циркуляции, получивший наибольшее распространение в наше время, обеспечивает подачу теплоносителя к отопительным прибором с помощью циркуляционных насосов. Циркуляционные насосы создают напор и проталкивают воду по контуру независимо от гравитационных сил. Скорость и расход можно регулировать, а трубы допустимо прокладывать с минимальным уклоном. Такие системы очень эффективны, но требуют тонкой балансировки всей системы отопления и для работы насосов требуют электричества.
Второй вид циркуляции теплоносителя естественный, который встречается гораздо реже. Честно говоря лично сам с ними я не сталкивался, но немного рассказать про них я должен.
Принцип работы основан на разнице плотностей нагретого и остывшего теплоносителя, и на гравитационной составляющей: горячая вода легче и поднимается вверх, охлаждённая тяжелее и опускается вниз, создавая замкнутый контур без насоса. Чем больше высота от источника тепла до отопительных приборов - тем лучше, но данная высота должна быть не больше 10 метров. Чтобы система работала, нужны уклоны труб (обычно 3-5 мм на метр) и достаточно большой диаметр стояков и обратки, а верхней зоне ставится открытый расширительный бак для компенсации теплового расширения воды. Ключевое преимущество перед насосными системами - независимость от электричества. А ключевой недостаток - неэффективность системы в целом. Максимальная длина контура составляет не более 40 метров в таких системах, а низкая скорость теплоносителя ( не более 0,1 м/c) не позволяет быстро нагреть обслуживаемые помещения, температура теплоносителя из-за этого заметно падает к концу контура. Пишите в комментариях у кого в частных домах используются данные системы, интересно почитать ваши отзывы)
Схемы подключения системы отопления
Систему отопления подключают к тепловой сети по зависимой и по независимой схеме.
По зависимой схеме теплоноситель из тепловой сети поступает напрямую в систему отопления здания - без теплообменника. Между сетью и радиаторами нет гидравлической развязки, поэтому давление и качество воды тепловой сети воздействуют на всю систему отопления здания. Это означает, что мы не можем нужным образом контролировать характеристики теплоносителя, такие как давление в системе, качество воды и его температуру. Частично эту проблему решает использование элеваторного узла в тепловом пункте здания, который физически смешивает подающую и обратную воды в тепловой сети. Но для работы элеваторного узла располагаемый напор перед элеватором должен превышать гидравлическое сопротивление системы отопления здания в 5-10 раз, что не всегда возможно и требует точного гидравлического расчёта, про которой я обязательно расскажи в следующих выпусках. Такие системы в основном еще встречаются в жилых домах старого фонда и в некоторых производственных объектах с собственной котельной. Но чаще всего систему отопления подключают по независимой схеме.
При независимой схеме подключение к тепловой сети осуществляется через связующее звено - теплообменник, который физически разделяет контур тепловой сети и систему отопления здания. Независимая схема решает большинство проблем, которые возникают при зависимой схеме подключения. При таком подключении мы можем полностью контролировать параметры теплоносителя (температуру, давление, качество воды). Циркуляция теплоносителя осуществляется насосными группами, а теплообменник обеспечивает его подачу с требуемой температурой. При независимой схеме возможна установка регулирующего клапана, которая позволяет точно регулировать температуру теплоносителя по наружной температуре воздуха, что дает значительную экономию тепловой энергии. Но за такую эффективность независимая схема платит удорожанием системы - она выходит гораздо дороже зависимой схемы из-за использования циркуляционных насосов, теплообменников и системы автоматики. Также насосы и автоматика зависят от электропитания - при отключении электричества циркуляция останавливается, что может привести к обмерзанию теплоносителя. К тому же оборудование при независимой схеме подключения требует регулярного обслуживания. Но на мой взгляд все эти минусы компенсируются эффективностью и универсальностью данной схемы, да и на практике я практически не встречал зависимую схему, а где встречал - всегда возникали проблемы с у вязкой проектируемой системы отопления и внешними сетями.
Виды разводки системы отопления.
Разводку трубопроводов системы отопления можно разделить по нескольким признакам: по числу труб (однотрубные и двухтрубные), по расположению подающей магистрали (верхняя и нижняя разводка), по направлению движения теплоносителя (тупиковая и попутная). Сейчас мы каждый данный признак разберём.
По числу труб
Однотрубная система - самая простая и распространённая в старом жилом фонде и небольших частных домах. Принцип предельно понятен: одна труба идёт от источника тепла, проходит последовательно через все радиаторы и возвращается обратно. К последнему радиатору в цепочке приходит самая холодная вода - это главный недостаток схемы. Чем больше приборов, тем сильнее падение температуры: каждый следующий радиатор получает меньше тепла, чем предыдущий. Из преимуществ однотрубной системы: минимальное количество трубопроводов, простота монтажа и низкая стоимость материалов. Из серьёзных недостатков помимо падения температуры - невозможность отключить один радиатор без остановки всей ветки, а также сложность балансировки системы. На практике однотрубную систему я встречал один раз в жизни и жутко чертыхался, когда поставили задачу отбалансировать данную систему.
А вот двухтрубная система принципиально отличается тем, что каждый радиатор подключён параллельно: одна труба (подающая) несёт горячий теплоноситель, а вторая (обратная) собирает остывшую воду и возвращает её к источнику тепла. Главное преимущество двухтрубной системы: все радиаторы получают теплоноситель примерно одинаковой температуры, потому что нет последовательного остывания, как в однотрубной схеме. Это обеспечивает равномерный прогрев по всему зданию независимо от количества приборов. Двухтрубная система легко балансируется, на каждом радиаторе можно поставить регулировочный клапан и настроить расход индивидуально. Она также позволяет отключать любой радиатор без влияния на остальные. А из минусов: больше труб (две магистрали вместо одной), более сложный монтаж и более высокая стоимость материалов. Двухтрубная система встречается повсеместно: от производственных зданий до школ и больниц.
Способы прокладки двухтрубной системы
Двухтрубная система, в свою очередь, делится по способу прокладки подающей магистрали - на верхнюю и нижнюю разводку.
При верхней разводке подающая магистраль прокладывается по чердаку или под потолком верхнего этажа, а от неё стояки спускаются вниз к радиаторам. Обратная магистраль проходит внизу - по подвалу или полу первого этажа. Эта схема исторически применялась в многоквартирных домах и крупных зданиях, потому что расширительный бак удобно ставить в верхней точке, а воздух из системы легко удаляется через бак или воздухоотводчики на верхней магистрали. В гравитационных системах верхняя разводка была обязательна - она обеспечивает максимальный вертикальный перепад между котлом и радиаторами и, следовательно, максимальный гравитационный напор. Недостатки верхняя разводка имеет тоже заметные: трубы на чердаке нужно теплоизолировать, чтобы не было потерь и чтобы вода не замёрзла при отключении отопления; чердак должен быть отапливаемым или хорошо утеплённым; а сама прокладка по чердаку усложняет монтаж и обслуживание.
При нижней разводке подающая магистраль проходит внизу, в подвале или в стяжке пола, и от неё стояки поднимаются вверх к радиаторам. Обратка тоже проходит внизу, рядом с подачей. Эта схема компактнее и эстетичнее: все магистрали спрятаны в полу или подвале, не портят интерьер. Она удобна для домов без чердака и для квартир, где нет возможности проложить трубы наверху. Но при нижней разводке воздух из системы удалять сложнее - воздух скапливается в верхних точках стояков, и на каждом стояке нужен воздухоотводчик. В гравитационных системах нижняя разводка работает хуже, потому что перепад высот между котлом и радиаторами меньше, а воздух удалить труднее.
По направлению движения теплоносителя
В двухтрубных системах есть ещё одно важное различие - по направлению движения теплоносителя в подающей и обратной магистралях. Обычно используется тупиковая схема движения теплоносителя, когда подающая и обратная магистрали идут в противоположных направлениях: горячая вода движется от источника тепла в одну сторону, а остывшая возвращается навстречу. Каждый радиатор получает теплоноситель с разным расходом -ближние к котлу получают больше, дальние меньше, потому что гидравлическое сопротивление до ближних радиаторов меньше. Это требует обязательной балансировки - установки регулирующих клапанов на радиаторах и на стояках. Тупиковая схема наиболее распространена ,проще в монтаже и требует меньше труб, но балансировка может быть сложной, особенно при большом количестве радиаторов.
Так же существует схема движения теплоносителя, которую правда я никогда ещё не закладывал, так называемая попутная схема или петля Тихельмана. При данной схеме подающая и обратная магистрали идут в одном направлении. Горячая вода движется по подаче слева направо, а остывшая по обратке - тоже слева направо, но возвращается к источнику тепла с другой стороны. Получается, что сумма длины пути до каждого радиатора и обратно одинакова для всех приборов: к первому радиатору короткая подача и длинная обратка, к последнему - длинная подача и короткая обратка. Это автоматически балансирует систему - все радиаторы получают примерно одинаковый расход без необходимости тонкой настройки. Попутная схема думаю идеальна для длинных домов с большим количеством радиаторов, но на практике я ее нигде не использовал, так как требует при этом больше труб.
И на этом я сегодня завершаю свой рассказ, в следующий раз хочу более подробно разобрать устройства, которые непосредственно компенсируют теплопотери от ограждающих конструкций здания, а именно отопительные приборы!
Спасибо за внимание и до новых встреч! Предлагайте в комментариях темы, на которые хотелось бы увидеть подробный разбор
P.S Подписывайтесь, чтобы всегда быть в курсе интересных обзоров и событий. Ваша поддержка очень важна! С большим количеством обзоров и историй вы можете ознакомиться и в телеграм-канале. Спасибо!
