Комбинированные системы отопления.
1. Причины создания комбинированных систем отопления
В зависимости от конструкции и дизайнерских решений конкретного здания, функционального назначения отдельных помещений, типов потребителей тепла, требований к уровню комфорта и просто от желания заказчика в одной общей системе отопления здания с индивидуальной котельной или тепловым пунктом может возникнуть необходимость совмещения независимых контуров отопления различных конструкций.
Рис. 1. Схема обвязки котельной с несколькими контурами отопления и двумя котлами.
Необходимость разделения системы отопления на отдельные контура с индивидуальными насосами и автоматикой управления может возникнуть по следующим причинам: различия функционального назначения и принципов управления сильные различия в гидравлических параметрах этих контуров необходимости индивидуально поддерживать температуру теплоносителя, сохранять в работе отдельного контура при полном отключении другого Необходимость создания дополнительного контура может определятся тем, что в отдельных помещения при выбранной конструкции отопления всего здания невозможно добиться либо необходимого уровня комфорта, либо сохранить тепловой баланс помещения, либо нормируемую температуру внутренних поверхностей наружных тепловых ограждений. Подобные ситуации часто определяют совмещение в одном помещении отопления полом и отопление радиаторами.
2. Особенности совмещения радиаторных систем отопления и систем отопления полом
Как было описано в предыдущих главах, отопление полом является наиболее предпочтительным во всех отношениях видом отопления помещений. Однако, не во всех случаях конкретные помещения возможно отопить только полами отопления.
Необходимость создания дополнительного контура отопления радиаторами определяется тем, что в отдельных помещениях при отоплении полом невозможно сохранить тепловой баланс помещения, либо нормируемую температуру внутренних поверхностей наружных тепловых ограждений.
В некоторых помещениях полезная площадь может быть настолько мала, что даже при максимально допустимой температуре поверхности пола невозможно перекрыть теплопотери этих помещений. Такая ситуация может возникнуть в бассейнах, в помещениях сильно заставленных стационарной мебелью, в помещениях с очень большой высотой потолка, в помещениях со сплошным остеклением и т.п.
Другой случай, когда отопление полом изначально предназначено только для поддержания необходимой комфортной температуры поверхности пола. При этом отопление полом является дежурным видом отопления и предназначено для круглогодичного использования, а радиаторное отопление является основным. При этом полы управляются по температуре стяжки, а радиаторы по температуре воздуха в контрольной точке. Подобным образом отопление может быть сделано в ванных комнатах, кухнях, детских комнатах, опять же в бассейнах и т.п.
Особый случай, когда необходимо создать систему отопления помещений с очень высокой высотой потолка, например, двухсветных залов в жилых зданиях. Ни радиаторами, ни полом невозможно обеспечить необходимые температурные условия. Если применить только радиаторы теплый воздух будет уходить вверх и возвращаться сильно охлажденным, при этом у пола будет недопустимо низкая температура. Если применить полы отопления, то в рабочей зоне помещения, безусловно, можно обеспечить комфортные условия, но при этом температура внутренних поверхностей наружных стен под потолком может оказаться ниже допустимой. На холодных поверхностях не допустима конденсация влаги, т.е. температура поверхности должна быть выше температуры точки росы.
3.Особенности подбора насосного оборудования
В системе отопления с несколькими независимыми отопительными контурами циркуляционные насосы подбираются согласно гидравлического расчета для каждого отопительного контура по отдельности.
Внутри каждого отдельного отопительного контура, ветвь имеющая максимальное падение давления ΔРмах [Ра], является определяющей при выборе насоса. Напор Н, создаваемый насосом, должен покрывать полное падение давления в этом контуре (с учетом падения давления в подводящих магистралях, регулировочных клапанах и т.д., самом насосе, и гравитационную составляющую падения давления тех участков, где она выступает в роли сопротивления). Максимальное падение давления в системе и суммарный объемный расход контура определяют рабочую точку насоса (напор и подачу соответственно). Насос выбран правильно, если рабочая точка лежит на характеристике насоса при его максимальной частоте вращения в области максимального КПД насоса (наилучшей подачи), или близка к этой точке.
Если расчетная точка попадает в промежуток между линиями характеристик двух ближайших по параметрам насосов, следует выбирать насос меньшей мощности.
4. Особенности предварительного регулирования ветвей
Правильно рассчитанная система отопления практически не нуждается в регулировке.
В виду того, что каждый независимый контур отопления имеет собственный насос, регулировка ветвей внутри контура осуществляется согласно принципам, соответствующим конструкции этих контуров. При этом может возникнуть необходимость, в случае заметной разницы в гидравлических параметрах контуров, предварительной настройки. Для этой цели в конструкции должны быть предусмотрены балансировочные вентиля или устройства регулировки перепада давления и расхода. Если гидравлические параметры контуров отличаются слишком сильно целесообразно применять системы отопления с гидравлическим разделением. В этом случае предварительная регулировка контуров не требуется.
На контурах где возможно полное перекрытие всех ветвей при работающем циркуляционном насосе, например, радиаторное отопление, снабженное термостатическими регуляторами, должны быть предусмотрены байпасные линии
Применение выделенной байпасной линии является обязательным условием в тех случаях, когда в конструкции системы отсутствуют ветви с применением четырехходовых клапанов или клапанов для однотрубных систем или ветви полотенцесушителей. Необходимо предварительно отрегулировать расход на тех ветвях системы, которые не могут быть перекрыты термостатами полностью. К ним относятся ветви с термоклапанами, имеющими встроенные байпасные линии (четырехходовые термоклапаны и клапаны для однотрубной системы), ветви полотенцесушителей и собственно байпасные линии. Каждая такая ветка обязательно снабжается запорнорегулировочным краном, который в рабочем положении на 70...80% закрыт.
5. Создание концептуальной схемы
5.1. Экономия со знаком минус
При выборе той или иной конфигурации системы отопления можно исходить из целого ряда различных соображений:
- Системы отопления должны обеспечивать внутри помещения заданную температуру воздуха рабочей зоны помещения.
- Температуры внутренних поверхностей наружных ограждений и нагревательных приборов должны находится в приделах нормы.
- Системы отопления должны обеспечивать минимум затрат по сооружению. Показателями экономичности являются также расход материала, затраты труда на изготовление и монтаж.
- Системы отопления должны обеспечивать минимум затрат по эксплуатации. Экономичность системы определяется технико-экономическим анализом вариантов различных систем и применяемого оборудования.
- Системы отопления должны соответствовать архитектурно-планировочному решению помещений.
- Размещение отопительных элементов должно быть увязано со строительными конструкциями.
- Элементы систем отопления должны быть унифицированы, затраты труда на сборку минимальны.
- Система отопления должна быть надежной в поддержании заданных температур воздуха.
- Система отопления должна быть долговечна, безотказна, проста в регулировке, управлении и ремонте.
- Система должна быть безопасной и бесшумной в работе.
- Система должна обеспечивать наименьшее загрязнение вредными выделениями отапливаемые помещения и атмосферный воздух.
Выше перечисленные аспекты отопительных систем могут входить в противоречие друг с другом. При оценке того или иного принципиального варианта конструкции и принципа управления следует выбирать из двух зол меньшее.
Главной ошибкой при выборе отопительной системы, это принцип наименьшей величины разовых затрат, т.е. стоимости элементов системы. Такой подход наносит ущерб сразу всем остальным свойствам отопительной системы, а главное в итоге приводит к значительному удорожанию затрат на отопление во времени.
Пример: установка на систему с естественной циркуляцией циркуляционного насоса выражается в 20-30% экономии топлива, в частности газа по счетчику. А ведь день, когда мы начнем беспокоится о стоимости топлива также как это происходит в Европе, не за горами.
Другой пример: использование металлических труб. Долговечность системы в этом случае будет определятся скоростью коррозии металла. Срок службы такой системы не составит более 30 лет в лучшем случае. После этого их надо будет менять.
Использование систем отопления с радиаторами или конвекторами, которым свойственно наличие активных конвективных потоков воздуха, тоже связанно с рядом недостатков: циркуляция пыли и ее разложение, наличие очень горячих поверхностей, о которые можно обжечься, перегрев воздуха в помещении выше необходимого для достижения заданной температуры в рабочей зоне, перегрев поверхностей наружных тепловых ограждений, что еще больше увеличивает потери тепла.
Экономия на термостатической арматуре при использовании дизельного топлива приводит к тому, что стоимость перерасхода топлива за два года превысит стоимость этой арматуры. К тому же, пользователь пойдет регулировать систему в ручную только тогда, когда почувствует дискомфорт.
Установка котельного оборудования с низким тепловым коэффициентом полезного действия приводит к прямому выкидыванию денег на ветер, а от "достойного" котла при кирпичном дымоходе не получится получить достойных показателей, не говоря уже о прямом вреде, который может нанести конденсат внутренней отделке.
Существует еще немало примеров, когда система отопления из-за ложной экономии может стать прорвой для "лишних" денег.
5.2. Наружные ограждения и их влияние на создание концепции
Основанием для установки системы отопления является результат расчетов теплового баланса помещения. Для холодного и переходного периодов года баланс теплоты в помещении будет иметь вид: QTB — QTn = ±ΔQ
Когда ΔQ<0 необходима система отопления
QTB — суммарные тепловыделения в помещении без учета теплоты солнечной радиации
QTn — теплопотери помещения в холодный или переходный период года через ограждающие конструкции и на нагрев инфильтрационного воздуха.
Тепловой баланс помещения составляется при стационарном режиме при расчетных значениях температур tв — температуры внутреннего воздуха помещений, tн — температуры наружного воздуха. Однако температуры наружного воздуха имеют суточные и годовые колебания, что оказывает влияние на температуру воздуха в помещении и температуру внутренних поверхностей ограждений Тв. Могут изменяться также и внутренние условия.
Колебания tв и Тв зависят от тепловой массивности ограждений.
Степень массивности определяется величиной тепловой инерции D = GR1*S1, где
R1 - сопротивления теплопередаче ограждений, м2К/Вт
S1 - коэффициенты теплоусвоения материала слоев, зависящие от свойств материала, Вт/(м2К);
На тепловое состояние ограждений влияет также воздухo и влагопроницаемость строительных материалов, в результате чего изменяется их теплофизические свойства и, следовательно, тепловой поток через ограждения.
Ограждения зданий должны обладать определенными теплозащитными свойствами и определенной степенью воздухo- и влагопроницаемости. Теплозащитные свойства ограждений определяются сопротивлением теплопередаче ограждения и его теплоустойчивостью, т.е. способностью обеспечивать допустимую амплитуду колебания температуры на внутренней поверхности ограждения при изменении теплового потока.
Сопротивление теплопередаче ограждений обычно определяет теплозащитные свойства ограждения в зимних условиях, так как в зимнее время колебания наружных температур меньше, чем в летних условиях, а внутренние температуры поддерживаются системами отопления.
Расчетное сопротивление теплопередаче RO, м2К/Вт, должно быть не меньше требуемого сопротивления по санитарно-гигиеническим условиям RO ≥ Ro тр.
При выполнении Roтp температура Тв на внутренней поверхности ограждения должна быть не ниже допустимого значения Тв.доп ,температура должна быть такой, чтобы человек, находящийся вблизи ограждения, не испытывал радиационного переохлаждения. Кроме того, на поверхности ограждения не должно быть конденсации влаги, т.е. Тв должны быть выше температуры точки росы tp. Из этих соображений требуемое сопротивление теплопередаче может быть найдено из уравнения теплового потока
q = 1/ Ro тр x (tв –tн) = 1/ Rв x (tв – Тв);
Ro тр = n x Rв x (tв –tн) /(tв – Тв);
n - коэффициент, учитывающий положение поверхности огражденья по отношению к наружному воздуху.
RB - сопротивление теплопередаче при переходе от воздуха помещения к внутренней поверхности ограждения, м2К/Вт
Тв = tв – (Rв / Ro тр) x (tв –tн)
Необходимо выполнить условия
Т в> Т в.доп, Тв >tp
Δt — t в - Т В.ДОП
Для наружных стен жилых и общественных зданий Δt = 6 7оС
В холодный период года оптимальная температура воздуха в помещении составляет 20-23 °С, допустимая температура воздуха 19-25 °С.
t p определяется по І-d – диаграмме влажного воздуха.
Смотри также статьи из раздела "Проектирование систем отопления"
.jpg){kind=logo}
