Проектирование систем отопления


Отопление индивидуального дома - дело сложное, и в каждом конкретном случае требуется выполнить расчеты со многими показателями. В большинстве случаев застройщик заказывает только архитектурно - строительную часть проекта и упускает из вида или экономит средства на разработку его теплотехнической части, которая должна быть привязана к реальным условиям и учитывать новые материалы и технологии.

Инженерная система отопления включает в себя котельный пункт, систему разводки трубопроводов и тепловые приборы. Чтобы система функционировала в соответствии с современными требованиями, т.е. комфортно, экономично и надежно, очень важен комплекс инженерных расчетов.

Расчет тепловых потерь дома должен быть выполнен на каждое помещение в отдельности, с учетом количества окон, дверей, внешних стен. Необходимые данные для расчета теплопотерь:

- толщина стен и перекрытий, материал, использованный при их возведении;

- конструкция кровельного покрытия и использованные материалы;

- тип фундамента и материал, использованный при его возведении;

- тип остекления (обычные окна или стеклопакеты), если стеклопакеты, то имеет значение двойные или тройные;

- количество и толщина стяжек пола.

Важно учесть наличие в конструкциях теплоизолирующего слоя, его состав и толщину.

Иногда подбор осуществляется по укрупненным вычислениям, в зависимости от объема помещения. У комнат с одинаковым объемом могут быть разные показатели по теплопотерям, если она является угловым, а другая смежным или внутренним помещением, расположенным в южной или северной части дома, и т. д.

Таким образом, чтобы избежать недостаточного прогрева помещений, застройщики используют традиционный принцип «много - не мало». В этом случае наращивается количество радиаторов, стоимость возрастает эквивалентно их запасу по мощности, что увеличивает общий объем системы, а значит, размер мембранного бака, мощность циркуляционного насоса и количество потребляемого электричества. Эксплуатация системы отопления с повышенной теплоотдачей приведет к перегреву дома и искусственному увеличению теплопотерь.

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления - важная составляющая комплекса инженерных расчетов. Необходимо определить сопротивление планируемой системы, диаметры трубопроводов, мощность насоса для циркуляции теплоносителя в системе. Данные расчета позволяет запланировать дополнительные устройства, обеспечивающие рациональное распределение тепла таким образом, чтобы иметь возможность полностью использовать их рабочие характеристики. В домах площадью от 350 м2 во избежание ошибки в сторону дефицита мощности системы зачастую завышаются диаметры трубопроводов разводки 1-го этажа или характеристики циркуляционного насоса. Это ведет к удорожанию системы как по стоимости, так и в эксплуатации. Только при грамотном подходе к проектированию можно оптимизировать систему по конструктивности и затратам. К сожалению, о дефиците мощности системы отопления своего дома потребитель узнает только в процессе эксплуатации. А убытки от переделок  будут весьма существенными. В фирмах, профессионально занимающихся монтажом систем отопления, специалисты в короткие сроки осуществляют разработку оптимального проекта системы.

Экономичное оборудование всегда дороже на этапе приобретения и монтажа. Но со временем оно все же окупается, а не становится источником постоянных проблем и затрат.

История развития систем отопления характеризуется не только изобретением новых систем, но и возвратом к применению тех систем, которые использовались ранее, но со временем были забыты. Это происходит благодаря созданию нового оборудования, материалов и изменениями условий эксплуатации.

Схемы систем отопления подразделяются по следующим показателям:

- с верхней и нижней подводкой;

- вертикальная или горизонтальная;

- однотрубная или двухтрубная;

- тупиковая или попутная.

Совершенствование систем отопления происходит по разным направлениям:

- повышение теплоотдачи нагревательных приборов;

- снижение эксплуатационных и капитальных затрат;

- экономия теплоты за счет совершенствования способов регулирования;

- повышение надежности и долговечности систем отопления.

Так, на определенном этапе развития применялись гравитационные однотрубные системы отопления с верхней разводкой подающей магистрали. Изобретение насосов позволило перейти от гравитационных систем к насосным однотрубным с короткозамыкающим участком (КЗУ) и двухтрубным системам.

Период интенсивного развития индивидуального жилищного строительства способствовал увеличению потребности отопительного оборудования.

На рынке оборудования появилось большое количество импортных котлов для индивидуального теплоснабжения, надежные эффективные котлы отечественных производителей, работающих на всех видах топлива.

Появились автоматические устройства по регулированию теплоотдачи нагревательных приборов, трубы на основе полиэтилена. Трубы из сшитого полиэтилена имеют гораздо меньшую шероховатость, выдерживают температуру до 90 0С; они легки, удобны в монтаже, долговечны и выдерживают давление, применяемое в системах отопления.

Эти обстоятельства позволили перейти к проектированию двухтрубных систем отопления.

Однако двухтрубные системы отопления имеют существенный недостаток, который необходимо учитывать при проектировании. Речь пойдет о влиянии гравитационного давления на работу системы. При изменении температуры теплоносителя система отопления может быть разрегулирована.

Чтобы уменьшить это влияние и добиться устойчивости работы системы отопления, необходимо, чтобы доля гравитационного давления, в располагаемом давлении, для каждого нагревательного прибора составляла не более 10%.

Необходимо учитывать и то обстоятельство, что в процессе регулирования при снижении температуры подающего теплоносителя уменьшается разность плотностей обратного и подающего теплоносителей, а следовательно, и гравитационное давление.

Для обеспечении устойчивой работы систем отопления не только при расчетной температуре наружного воздуха, но и при более высоких ее значениях, в расчетах необходимо учитывать не максимальное гравитационное давление, а минимальное. Для обеспечения устойчивой работы системы отопления при больших температурных перепадах теплоносителя следует при проектировании увеличивать потери давления в трубопроводах до значений, которые на порядок выше гравитационного давления.

В настоящее время актуальным моментом является подключение нагревательных приборов к действующим системам отопления при реконструкции чердаков под жилые помещения. При подключении рассматриваются два варианта однотрубных систем отопления с верхней разводкой.

Первый вариант - подключение нагревательных приборов к стоякам по проточной схеме, когда весь теплоноситель стояка проходит через нагревательный прибор. Второй вариант - подключение нагревательного прибора с КЗУ.

В первом варианте поверхность нагревательного прибора определить несложно, если принять среднюю температуру прибора близкой к расчетной. Однако такое решение увеличивает потери давления в стояке, а следовательно, уменьшает расход теплоносителя, проходящего через стояк.

В варианте с КЗУ расход теплоносителя в стояке не только не уменьшается, но даже возрастает за счет увеличения гравитационного давления.

Использование пластиковых труб является причиной повышенного интереса к низкотемпературным системам панельно-лучистого отопления (НСПЛО), нагревательные элементы которых располагаются в конструкции пола. Применение стальных труб сдерживало применение этих систем в связи с относительно коротким сроком службы последних, сложностью и высокой стоимостью текущего и капитального ремонта. Поэтому НСПЛО применялись только в исключительных случаях в помещениях детских дошкольных учреждений и в залах плавательных бассейнов. В настоящее время область применения данных систем значительно расширилась. Это объясняется рядом преимуществ перед традиционными системами. Прежде всего, это санитарно-гигиенический аспект.

Нагретая поверхность пола создает в помещении повышенную радиационную температуру, которая превышает температуру внутреннего воздуха. Повышение радиационной температуры в помещениях с НСПЛО может достигать нескольких градусов. Это объясняется повышением температуры внутренних поверхностей ограждений. Причиной отмеченных явлений является интенсивный лучистый теплообмен нагретой поверхности пола, стен и потолка, а также мебели и других предметов.

В связи с этим тепловой комфорт в помещениях с НСПЛО может обеспечиваться при более низкой температуре внутреннего воздуха (2-3 0С), нежели при традиционных конвективных системах отопления.

Отмеченное обстоятельство, как правило, не учитывается при проектировании таких систем. Это часто приводит к завышению мощности нагревательных панелей, перерасходу наиболее дорогостоящих элементов нагревательных панелей и труб, повышенному расходу тепла на отопление, а при отсутствии системы автоматического регулирования - к появлению дискомфорта в помещении.

При расчете нагревательных панелей необходимо учитывать отечественные нормативные требования по температуре поверхности пола, которые отличаются от зарубежных. Максимальная температура нагретой поверхности пола не должна превышать 30 0С, а средняя температура поверхности 24-26 0С (для обходных дорожек бассейнов 31 0С). Зарубежные требования в среднем на 2-3 0С выше. Обследование помещений, оборудованных такими системами, показало, что средняя температура поверхности нагретых полов, как правило, выше нормативной на 2-3 0С.

Задача соответствия температур поверхности пола нормативным значениям может быть решена варьированием шага укладки труб, температуры и расхода теплоносителя. Возможность такого расчета ограничивается отсутствием надежных результатов исследований процесса передачи тепла в массиве панели с трубами или кабелями, а также данных о коэффициенте теплоотдачи поверхности (Вт/м2×0С) панелей при не равномерной температуре поверхности нагретого пола. Повышение температуры панелей достигается следующими решениями.

- В толще панели над источником тепла (трубой, кабелем) размещается слой материала с коэффициентом теплопроводности меньше, чем у основного материала панели (бетон). Теплоотдача панели при этом возрастает приблизительно на 20-30 %.

- В толще панели на уровне трубы располагается металлическая пластина (как правило, алюминиевая), коэффициент теплопроводимости которой в несколько раз выше, чем у бетона. Пластина играет роль своеобразного ребра. При этом наблюдается отмеченный выше теплотехнический эффект.

- Возможно также сочетание этих конструктивных решений.

Рассмотренные способы повышения теплоотдачи нагревательных панелей до настоящего времени не нашли широкого применения в связи с увеличением стоимости систем и усложнением методов монтажа нагревательных панелей.

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

- при реконструкции однотрубных систем водяного отопления следует учитывать влияние гравитационных сил;

- в процессе проектирования двухтрубных систем для уменьшения влияния гравитационных сил рекомендуется повышать гидравлическое сопротивление магистрального трубопровода;

- для увеличения эффективности напольного отопления целесообразно принимать меры по выравниванию температуры поверхности пола.

 

© 2008
Rambler's Top100
Создать сайт в Мегагрупп.ру