Открытая и закрытая системы теплоснабжения.

Описаний открытых и закрытых систем теплоснабжения, их принципиальных отличий в интернете можно найти огромное количество, поэтому подробное описание мы давать не будем. Остановимся только на их принципиальных различиях, без понимания которых в дальнейшем будет сложно понять примеры из практики. За основу возьмем то, что читатель пока не в теме. Для специалистов в ЖКХ этот раздел можно пропустить, справедливо полагая, что эти сведения для него не представляют особой ценности, он уже все знает и во всем разбирается.

Итак, начнем с основных различий. Системы теплоснабжения принципиально разделяются на две основные группы. Это открытые системы и закрытые. Принципиальное и основное различие в том, что в открытых системах теплоснабжения отбор горячего водоснабжения осуществляется непосредственно из системы теплоснабжения жилого дома (системы отопления), что создает проблемы с качеством горячего водоснабжения. В воде возможно присутствие различных взвесей, ржавчины и других веществ. Представляет особую сложность и возможность промывки, обслуживания данной системы. Несмотря на негативное отношение к открытой системе теплоснабжения в настоящее время, система получила широкое распространение при строительном буме во второй половины двадцатого века за счет своей простоты конструкции и монтажа при строительстве новых домов, относительно невысокой стоимости. В те годы вопросы энергосбережения стояли на последнем месте, ресурсы мы как-то не считали, предполагая, что они вечные. А вопрос дальнейшей эксплуатации данных систем вообще не учитывался.

В свою очередь открытые системы теплоснабжения разделяются на зависимые и независимые. Самой простой является открытая, зависимая система теплоснабжения. На размещенной ниже схеме видно, что теплоноситель идет к потребителю прямо из котельной и отбор ГВС в жилом доме (на схеме не показано) забирается в систему ГВС непосредственно из системы отопления жилого дома. Самая простая и в то же время неэффективная система теплоснабжения.

Открытая система теплоснабжения (независимая) это уже новый этап в развитии систем теплоснабжения. Система, за счет применения в системе теплообменника, имеет раздельный контур. То есть, котельная вода циркулирует по своему контуру, система отопления потребителя по своему. При применении данной системы у организации, занимающейся вопросами эксплуатации теплосети, появилась возможность химически обрабатывать сетевую воду, что безусловно сказалось на долговечности работы систем и котельных установок. В настоящее время осуществляется массовый перевод систем с зависимой схемы на независимую. Однако, независимая система не решила проблему качества горячего водоснабжения. ГВС осталась наиболее уязвимой системой за счет забора горячей воды из системы отопления.

Окончательным этапом развития систем теплоснабжения в настоящее время по справедливости стала закрытая система теплоснабжения, которая решила проблему обеспечения жителей качественным горячим водоснабжением. Схем исполнения закрытых систем теплоснабжения много, но основной принцип для нее один. Это наличие разделенных контуров, как системы отопления, так и системы горячего водоснабжения. На приведенной ниже схеме это отчетливо видно (для разгрузки схемы, мы не стали показывать обвязку оборудования ЦТП и циркуляционные насосы, которые в данной схеме присутствуют).

Строительство частного дома, а особенно если оно проводится самостоятельно – это длинная череда решений самых разнообразных проблем. И одна из наиважнейших – это обеспечение в будущем здании самых оптимальных условий проживания в любое время года (если, конечно, дом не планируется только в качестве летней дачки).

А уже в этой сфере создания нужного микроклимата в помещениях наиболее сложной станет задача правильного расчета и монтажа надежной системы отопления. Несмотря на появление современных систем электрического обогрева дома, лидером по по пулярности и востребованности остается водяное отопление – оно более привычно, проверено временем, технологии его монтажа и отладки отработаны до мелочей. Хозяину дома, который выбрал именно водяное отопление, остается определиться с конкретной разновидностью – закрывая или открытая система теплоснабжения, с ее «аппаратным наполнением» и с системой разводки труб по дому.Затем идут этапы тщательного проектирования и монтажа.

Среди многочисленных публикаций по этому вопросу, размещенных в интернете, можно встретить немало таких, в которых утверждается, что открытая система теплоснабжения – чрезвычайно проста в устройстве и ее можно смонтировать буквально за один день. Если читателю попадается такие «художества» – можно безо всякого сожаления чтение прерывать и закрывать страницу – автор явно не имеет ни малейшего представления, ни об отоплении вообще , ни об открытой системе – в частности. Любая система должна быть правильно спроектирована с учето м м ногочисленных нюансов, хорошо сбалансирована, надежно смонтирована – и эти задачи никак абсолютно простыми и скорыми в исполнении не назовешь .

Что представляет собой открытая система теплоснабжения

Прежде всего, необходимо сразу сделать одно важное замечание. Очень часто, описывая открытую систему отопления, авторы все факты «мешают в кучу», преподнося ее обязательно как отопление с естественной циркуляцией теплоносителя. Ничего подобного! Открытая система может быть и с естественной, и с принудительной циркуляцией жидкости, причем при грамотном исполнении у хозяе в в сегда есть возможность легко и быстро переключаться с одного режима на другой.

Главная же особенность открытой системы – отсутствие в ее контуре какого бы то ни было искусственно созданного избыточного давления, так как она напрямую связана с атмосферой. В системе в обязательном порядке смонтирован расширительный бак, свободный объём которого предназначен для компенсации расширений жидкого теплоносителя при повышении температуры. Такой бак всегда располагают в самой высшей точки всей трубной разводки контура отопления. Таким образом, на него еще ложится функция воздухоотводчика – все скопления газов в трубах должны выйти наружу именно здесь. Служит он и своеобразным водяным затвором – слой жидкого теплоносителя, который обязательно всегда должен быть в расширительном баке, предотвращает попадание воздуха в систему извне.

Стоит рассмотреть подобную систему подробнее:

1 – источник тепловой энергии, котел , работающий на определенном виде топлива (твердом , жидком, газообразном) или использующий для нагрева электрическую энергию.

2 – восходящий от котла стояк, который поднимается до высшей точки системы и очень часто именно в этом месте заканчивается расширительным баком. Могут, правда, быть и иные варианты расположения – об этом будет сказано позже. Главное – для этого стояка всегда используется труба самого большого в системе диаметра – это помогает обеспечивать нужную разницу давления в подающей обратной трубах.

3 – расширительный бак открытого (атмосферного) типа. В этой позиции может использоваться как выпускаемый промышленными предприятиями специальный резервуар, так и, а принципе, любая подходящая по объему емкость .Так, нередко используют переделанные металлические бочки, молочные бидоны , газовые баллоны и т.п .

4 — чтобы в расширительном баке не случилось перелива, в нем всегда делают на определенном уровне сливное отверстие выходом на трубу, которая отведет избыток воды в канализацию или попросту наружу, на грунт. В принципе, в хорошо «настроенном» контуре отопления такие переливы – большая редкость. и чаще этот выпускной патрубок будет задействован для контроля наполнения всей системы, и для первичного сброса.

5 – труба, подающая теплоноситель на отопительные приборы (радиаторы). В системах открытого типа , даже если в них предусмотрена установка насоса, трубы должны иметь определенный уклон для обеспечения естественной циркуляции жидкости. Разводка труб может быть разная – об этом будет сказано ниже.

6 – Обогревательные приборы, расположенные в помещениях дома – радиаторы отопления. Конвекторы или, например, «тёплые полы» при открытой системе обычно не используются. Схема установки радиаторов может быть разной – она увязана с определенной системой разводки труб.

7 – Обратный трубопровод – обеспечивающий отток теплоносителя от радиаторов к котлу для дальнейшей циркуляции.

8 – циркуляционный насос. Система может обойтись и без него, работая по принципу естественной циркуляции, однако насос резко поднимает эффективность отопления, уменьшает расход энергоносителей.

9 – кран (вентиль) для первичного заполнения и периодического пополнения системы отопления из водопроводной сети (10). В обычном положении всегда находится в закрытом состоянии.

11 – кран (вентиль) для слива теплоносителя из системы отопления, например, для выполнения каких-либо ремонтных или профилактических работ.

• Теперь, после устройства открытой системы отопления, несколько подробнее – о принципах ее действия.

Если в системе врезан насос, то особых вопросов и не возникает – он создает принудительную циркуляцию теплоносителя по трубам. Но как происходит теплообмен в контуре, не оснащенным насосом, или же при отсутствии электроэнергии, когда узел переключён на естественную циркуляцию?

Здесь в полную силу вступают в действие законы термодинамики. Вспомните простой пример – почему в водоеме вода всегда теплее у поверхности, и намного холоднее – по мере увеличения глубины? Ответ прост – и с газами, и с жидкостью происходят примерно одинаковые явления – увеличение их температуры (в условиях свободного объема ) приводит к снижению их плотности, а стало быть – и общей массы. Одним словом, нагретые жидкость или газ всегда легче холодных.

Теперь внимание на схему:

А это — принцип действия отопления с естественной циркуляцией

В системе отопления, по большому счету , два вида тепловых приборов, работающих в противовес друг другу. Котел (поз. 1) является первой точной теплообмены — преобразует энергию с внешнего источника в тепловую – нагревает воду. Затем иде т т ранспортировка теплоносителя до второй основной точки теплообмена – радиатора (поз.3).Понятно, что в подающей магистрали (на рисунке – красная область, поз . 2) плотность воды Ргор – существенно ниже, чем на противоположном участке (синяя область, поз . 4). Более высокая плотность жидкости Рохл означает ее «преобладание» с точки зрения гравитационных процессов – она попросту намного плотнее и тяжелее. Если грамотно расположить две основных точки теплообмена относительно друг друга, а конкретно – приборы теплоотдачи разместить выше котла на определенную высоту h , то обязательно создастся естественных циркуляционный ток жидкости. На нижней части схемы это хорошо видно. Область с теплоносителем низкой плотности условно «удалена» (она не может преобладать над более плотной). Получается два сообщающихся сосуда, один из которых выше другого. Вода стремится к равновесию, и постоянно перетекает от радиаторов к котлу.

Итак, чтобы создать естественное движение теплоносителя, котел должен быть расположен ниже самого низкого радиатора в доме. Это значение h может быть различным (чем оно выше, тем активнее будет движение жидкости), но оно не должно превышать 3 метров. Чаще всего, если существует такая возможность, котельную располагают в подвале или в цокольном этаже – это удобнее всего, так как полностью обеспечивается требуемое превышение радиаторов в комнатах первого этажа над котлом.

Если подвала в частном доме нет, то приходится делать котельную в пристройке, несколько заглубляя пол в точке установки котла. Если и такой возможности нет, то за создание системы отопления открытого типа незачем и браться – она не будет работать в режиме естественной циркуляции, и намного логичнее будет использовать сразу схему с аккумулирующим баком-ресивером.

• Можно отметить еще одно важное свойство открытой системы отопления, работающей в режиме естественной циркуляции. речь идет о своеобразной саморегуляции интенсивности потока теплоносителя в трубах. В отличие от от опления с принудительной циркуляцией, скорость протекания жидкости по трубам здесь очень нестабильна.

При запуске котла и прогреве определённого количества жидкости, начинается ее естественный ток по трубам. Характерно, что для того, чтобы такое движение началось , котел необходимо кратковременно запустить на мощность, близкую к максимальной – чтобы преодолеть инертность воды и существующее гидравлическое сопротивление в трубах.

Пока помещения не прогреты, амплитуда температур в котле и на выходе из радиаторов отопления – максимальная. Стало быть, наибольшее значение имеет и разница в плотности теплоносителя, а значит , как мы уже выяснили – и интенсивность движения жидкости по контуру. По мере прогрева эта разность начинает уменьшаться. То есть постепенно падает и скорость перемещения теплоносителя.

В итоге при определенной стабилизации системы ток воды происходит достаточно медленно – но этого хватает для поддержания в помещениях нужной комфортной температуры (обычно – с определенной долей точности выставленной пользователем на элементах управления котла). Однако, при резком снижении температуры в помещении, например, при открытых окнах или же при похолодании на улице, ток жидкости самопроизвольно ускорится – система будет стремиться достичь равновесия.

Достоинства и недостатки системы отопления открытого типа

Система отопления открытого типа , безусловно, не является «самим совершенством», и у нее немало серьезных недостатков. Тем не менее , некоторые хозяева жилья выбирают именно такую схему, мотивируя свое решение ее преимуществами:

• Надежность — наверное, главный плюс такой системы отопления. Схема досконально проверена, прошла все мыслимые испытания в самых разных условиях и полностью доказала свою эффективность. По большому счету , в системе с естественной циркуляцией попросту нечему выходить из строя (если не брать в расчет собственно, котел ). Срок «жизни» такого отопления определяется исключительно эксплуатационными сроками труб и радиаторов – при грамотном подборе комплектующими это будет исчисляться многими десятками лет.
• Схема – достаточно проста в монтаже, в ней нет особо сложных узлов.
• Подобная система не требует какой-либо специфической отладки и настройки. Достаточно заполнить систему водой и включить котел . Принцип п ростой – котел включен – система работает, выключен – ток остановился.
• При работе без насоса – отсутствие каких бы то ни было вибраций и характерных шумов .
• Ничего не мешает дополнить систему циркуляционным насосом – тогда она получит полную универсальность. С насосом, конечно, потери на подогреве будут меньше, но зато в случае отсутствия электроэнергии или при выходе насоса из строя простым переключением кранов отопление переводиться в полностью энергонезависимый режим.

Узел с циркуляционным насосом — переключение режимов работы обеспечивается запорными вентилями

На схеме показано положение кранов при работе в режиме принудительной циркуляции – оба вентили поз. 1 открыты, а стоящий на магистральной трубе (поз. 2) – закрыт. Для переключения режима достаточно просто поменять положение кранов на противоположное.

• Уже упомянутое свойство саморегуляции системы позволяет устойчиво поддерживать в помещении заданный микроклимат без каких-либо сложных дополнительных регулирующих устройств.

Теперь – о недостатках открытой системы отопления:

• Такую систему просто невозможно поставить в очень большом доме.При удаленности порядка 30 метров от котла (по горизонтали) гидравлическое сопротивление в трубах может превысить создаваемый естественным образом напор, и в контуре создастся статическое равновесие – для отопления это недопустимо.
• Система – очень инертна, то есть достаточно долго входит в рабочее состояние. Это объясняется и необходимостью создание естественного тока воды, и весьма большим объемом воды в контуре отопления.
• Есть определенные сложности с приобретением материала – нужны будут т рубы разных диаметров, переходники к ним и т.п . А трубы большого диаметра – это еще и немалые деньги.
• При монтаже системы обязательно должен быть создан уклон на всех участках трубопроводов – от подающего и до обратки , без исключения. Это следует обязательно учитывать при проектировании и составлении монтажных чертежей. Если по каким-либо причинам уклон создать на определённом участке невозможно, отопление может оказаться неработоспособным или чрезмерно «транжирящим» по части расхода энергии – определенная часть ее будет расходоваться на преодоление ненужного гравитационного и гидравлического сопротивления на прямом отрезке системы.
• Необходимость установки расширительного бачка в самой высокой точке чаще всего приводит к тому, что его приходится монтировать в чердачном помещении. Это означает необходимость его самой тщательной термоизоляции, чтобы не допустить замерзания в пиковые зимние холода.

Хозяин дома нашел выход — разместил расширительный бак под потолком

Впрочем, некоторые мастера находят выход, размещая расширительные бачки непосредственно в помещении, закрепляя их близко к потолку или даже вообще — на самом потолке. С точки зрения эстетичности такого решения – вопрос, конечно, чрезвычайно спорный, но проблема термоизоляции решается сразу.

• Открытая система отопления всегда сопровождается постепенным испарением теплоносителя – необходимо постоянно отслеживать его уровень. Иногда этот вопрос автоматизируют (по принципу поплавкового клапана ). Другим вариантом борьбы с испарением является слой масла, толщиной в 10— 15 мм на поверхности воды в расширительном бачке (естественно, его добавляют только тогда, когда достигнуто полное равновесие в системе). Однако, в этом случае не исключена вероятность попадания масла в нижележащие трубы, радиаторы и котел (например, при каком-то аварином падении, уровня воды), а это – крайне нежелательно.
• Контакт т еплоносителя с воздухом означает постоянное его насыщение кислородом. Это ведет к активизации коррозионных процессов в трубах, фитингах, радиаторах, в других металлических узлах контура.

Видео: базовые принципы открытой системы отопления

Элементы системы отопления открытого типа

Выше по тексту уже перечислялись все обязательные конструктивные и технологические \элементы системы отопления открытого типа. Стоит рассмотреть их несколько подробней:

Котел

Прежде всего, необходимо определиться с требуемой мощностью этого источника тепловой энергии. Казалось бы, можно взять котел «с запасом», однако, практика показывает, что излишняя мощность, помимо удорожания самого агрегата, имеет еще несколько негативных моментов:

• Отмечается усиленное образование конденсата в дымоходном канале.
• Не исключены быстрый износ и поломка комплектующих.
• Котел может работать неэффективно — он попросту не рассчитан на эксплуатацию «на малых оборотах».
• Вполне вероятны случаи отказов автоматики – по той же причине.

Итак, котел должен быть необходимой, но отнюдь не избыточной мощности. Определить этот параметр можно по следующей формуле:

М k = Σs × Ms / 10

М k – расчетная мощность требуемого котла;

Σs – суммарная площадь отапливаемых помещений дома;

Ms – удельная мощность, требуемая для обогрева на единицу площади

Показатель удельной мощности – величина дифференцированная, зависящая от региона, в котором строится дом. Примерная величина – указана в таблице.

Пример: рассчитаем мощность котла для дома в Воронежской области, с отапливаемой площадью 180 м².

М k = 180 × 1,2 / 10 = 21,6 кВт

Эту величину округляем в большую сторону, по стандартному значению имеющихся в производстве и продаже тепловых установок. Однако, есть еще три оговорки:

• Эта формула справедлива для помещений высотой до 3 метров. Впрочем, в частном доме мало кто себе позволяет делать потолки выше.
• Расчет справедлив лишь при условии доброкачественного утепления дома – стен, окон, дверей, пола и т.п .
• Подобный расчет касается исключительно отопительного контура. Если есть планы подключить к отоплению, например, бойлер косвенного нагрева, то необходимо будет увеличить расчетную мощность еще на четверть.

При выборе котла можно пойти и другим путем . Многие производители, имеющие свои дилерские представительства в разных регионах, оказывают услуги по точному расчету требуемого оборудования. Нередко такие фирмы имеют собственные сайты, на которых размещены удобные и понятные калькуляторы, позволяющие быстро провести расчеты , вводя по запросу в окна данные по площади комнат, высоте потолков, материалу стен, типу дверей и окон, необходимости в контуре горячего водоснабжения и т.п . В итоге программа выдаст оптимальную мощность котла для установки в конкретном доме.

Калькулятор подсчета требуемой тепловой мощности котла

В несколько упрощенном, но дающем достаточно точные результаты, подобная программа представлена и на нашем портале. Она позволяет рассчитать потребности в тепловой энергии для каждого помещения. Просуммировав полученные значения несложно определить и общую потребную мощность для всего дома.

Для удобства можно составить таблицу, в которую сразу занести параметры всех помещений. Например, такую:

Помещение	Площадь, м²	Внешние стены, количество, входят на:	Количество, тип и размеры окон	Наружные двери (на улицу или на балкон)	Результат расчетов, кВт
ИТОГО					22,4 кВт
1 этаж
Кухня	9	1, Юг	2, двойной стеклопакет, 1,1×0,9 м	1	1.31
Прихожая	5	1, Ю-З	-	1	0.68
Столовая	18	2, С, В	2, двойной стеклопакет, 1,4 × 1,0	нет	2.4
и так далее
2 этаж
Детская	…	…	…	…	….
Спальня 1	…	…	…	…	…
Спальня 2	…	…	…	…	…
и так далее

Имея план дома и представляя особенности помещений, заполнить графы будет совсем не сложно. А потом останется лишь последовательно просчитать тепловую мощность для каждого помещения и найти сумму. Это займет буквально минуты:

Расчет проводится для каждого помещения отдельно.
Последовательно введите запрашиваемые значения или отметьте нужные варианты в предлагаемых списках

Укажите площадь помещения, м²

100 Вт на кв. м

Количество внешних стен

Одна две три четыре

Внешние стены смотрят на:

Север, Северо-Восток, Восток Юг, Юго-Запад, Запад

Какова степень утепленности внешних стен?

Внешние стены не утеплены Средняя степень утепления Внешние стены имеют качественное утепление

Уровень отрицательных температур воздуха в регионе в самую холодную неделю года

35 °С и ниже от - 25 °С до - 35 °С до - 20 °С до - 15 °С не ниже - 10 °С

Высота потолка в помещении

До 2,7 м 2,8 ÷ 3,0 м 3,1 ÷ 3,5 м 3,6 ÷ 4,0 м более 4,1 м

"Соседство" по вертикали:

Для второго этажа - сверху холодный чердак или неотапливаемое и не утепленное помещение Для второго этажа - сверху утепленные чердак или иное помещение Для второго этажа - сверху отапливаемое помещение Первый этаж с утепленным полом Первый этаж с холодным полом

Тип установленных окон

Обычные деревянные рамы с двойным остеклением Окна с однокамерным (2 стекла) стеклопакетом Окна с двухкамерным (3 стекла) стеклопакетом или с аргоновым заполнением

Количество окон в помещении

Высота окна, м

Ширина окна, м

Двери, выходящие на улицу или на балкон:

Какие котлы могут быть использованы в открытой системе:

• Если в населенном пункте проведены газовые магистрали, то особо и нечего думать – на сегодняшний день подобное отопление остается самым выгодны с точки зрения стоимости энергоносителя.

Есть, правда, и значимый «минус» — потребуются обязательные согласовательные процедуры, составление соответствующего проекта и его реализация с привлечением специалистов (работники газовых хозяйств пр актически повсеместно являются «монополистами» на подобные работы и никому их не передоверяют). Это все обойдётся в достаточно «увесистую» сумму. Впрочем, это разовые вложения, которые должны окупиться спустя какое-то время.

• Остаются популярными твёрдотопливные котлы, а в некоторых регионах, где нет никаких проблем с заготовкой дров или закупкой угля, они остаются наиболее популярными среди владельцев домов.

Сейчас это – уже не старые чугунные «гиганты», поглощающие уйму топлива и имеющие крайне низкий КПД . Современный твёрдотопливный котел – обычно агрегат длительного горения, которые не нуждается в постоянном контроле за ним. — в специальной статье нашего портала.Кстати, там же можно найти немало советов и о том, как отопления, использующий функцию дожига пиролизных газов.

• Электрические котлы в системах открытого типа используют нечасто. Чего греха таить – подобная система все же проигрывает в экономичности системе закрытого типа. То, что допустимо при использовании недорогих энергоносителей – газа или дров (угля), выльется в «хорошую копеечку» при при менении электрического нагрева. С какой-то доле условности можно применить индукционный нагрев, но опять же – лучше тогда сразу смонтировать закрытую систему, которая гораздо легче поддается точным регулировкам.

Среди всез электрических котлов, индукционный — самый экономичный

А вот электродный котел в открытой системе использовать нельзя в принципе – он требует особого и стабильного химического состава теплоносителя. В негерметичном контуре соблюсти это условие просто невозможно.

• Оптимальным по функциональности, хотя и довольно дорогим решением стане приобретение многофункционального, комбинированного котла, который может работать в разных режимах. Например, есть модели «дрова + газ», «газ + электричество», «дрова + уголь + газ», или даже «дрова + уголь + дизтопливо + газ».

Самое лучшее, но дорогое решение — комбинированный котел, работающий на разных видах топлива

Расширительный бачок

Как уже упоминалось, этот элемент можно приобрести готовым – они есть в продаже, либо сделать самостоятельно из металлического листа, либо из имеющейся металлической емкости . Лучше использовать металл, не подверженный коррозии – тогда отопление будет служить долго.

При изготовлении простейшего бака необходимо предусмотреть откидную или съемную крышку – она позволит производить контроль за уровнем воды в системе, но в закрытом состоянии все же минимизирует испарение жидкости.

В верхней части бака должен быть установлен патрубок, по которому, в случае избытка жидкости, она будет стекать вниз.

Считается достаточным, если объем расширительного бака составляет ориентировочно до 10 % от общего объема отопительной системы.

Кстати, установка расширительного бака открытого типа прямо над котлом в высшей точке отнюдь не является какой-то догмой. Такая схема хороша, однако, далеко не всегда исполнима просто по причинам несоответствия ей реального расположения технических помещений здания.

На рисунке представлено несколько различных вариантов размещения расширительного бака, их которых можно выбрать наиболее приемлемый к имеющимся условиям.

Примечательно, что в случае установки расширительного бачка на обратной трубе, все равно потребуется обязательный монтаж воздухотводного клапана в самой высшей точке системы (на схеме это не показано), а это – ненужные дополнительные сложности.

Радиаторы отопления

Ели котел – основной элемент в части получения тепловой энергии, то радиаторы – главные по части ее «раздачи» по по мещениям. А это означает, что очень важно точно определить, в какой комнате, каких и сколько их нужно устанавливать.

Для начала , нужно определиться с видом радиаторов. Они различаются и конструктивно, и по материалу изготовления, а суммарно – по своим эксплуатационным характеристикам.

• Традиционные чугунные батареи отлично подходят для открытой системы отопления. Да, они достаточно инертны в нагреве и остывании, но это даже неплохо в сочетании с аналогичными свойствами открытой схемы – очень точной настройке этот «комплекс» все равно не поддаётся, а вот экономия на такой инертности может быть достигнута весьма внушительная.

Нередко упрекают такие батареи за излишнюю массивность и за неэстетичный внешний вид. Ну, во-первых , насчёт вида можно поспорить – современные чугунные радиаторы очень симпатичны, а некоторые – так просто являются украшением помещений. А во-вторых, насчет массивности – это скорее достоинство, если, конечно, правильно решить вопрос их надежного крепления.

• Стальные радиаторы – недорогие, достаточно легкие , долговечные (если имеют качественное антикоррозийное покрытие).

Стальные радиаторы для домашнего автономного отопления — не самый лучший вариант

Казалось бы – хороший вариант, но вот для автономной системы отопления, тем более – открытой, их лучше не использовать. Дело в том, что они очень быстро отдают тепло и остывают – котел при таких радиаторах будет включаться очень часто.

• Алюминиевые радиаторы – сегодня находятся в лидерах среди «собратьев». Они легки, долговечны, очень просто и быстро монтируются. Имеют великолепную теплоотдачу и нужную теплоемкость . Хорошо вписываются в любой интерьер.

Алюминиевые радиаторы — хорошая теплоотдача, но не слишком высокая стойкость к коррозии

Недостаток у них есть, и немалый – этот металл весьма неустойчив к кислородной коррозии. Значит, или нужны алюминиевые радиаторы со специальным антикоррозийным покрытием (такие есть в продаже, но они, безусловно, дороже), или теплоноситель должен быть определенного качества. К сожалению, второй пункт соблюсти в условиях открытой системы отопления – почти невозможно.

• Биметаллические радиаторы – самый современный вариант, сочетающий в себе все лучшие качества. Недостатков практически нет, кроме одного – высокая цена. Подобные радиаторы хорошо подходят для отопления с высоким давлением в контуре, так как на них легко устанавливаются электронные или электромеханические термостаты, поддерживающие точный уровень температуры в помещении.

Биметаллические радиаторы — хороши всем, но несколько дороговаты

Увы, но при открытой системе отопления подобная возможность остается невостребованной, и нужно очень хорошо подумать, стоит ли переплачивать за такие батареи.

Второй вопрос – как определиться с требуемым количеством секций в батарее отопления. Все зависит от размеров помещения, его особенностей, и от удельной мощности каждого секции радиатора.

Итак, для среднестатистических комнат (жилые, с высотой потолков 2,5 ÷ 3 м ) обычно принимают нормой мощность отопления, равную 41 Вт/м³ объема помещения. Таким образом, несложно подсчитать потребную суммарную мощность, умножив объем (произведение длины, ширины и высоты комнаты) на 41.

Например, комната 3,5 × 6 × 2,7 м . Объем равен 56,7 м³.Требуемая базовая мощность радиаторов – 2325 Вт или 2,33 кВт. Однако не зря было упомянуто, что эта мощность – базовая. Она рассчитана на комнату внутри здания с одной внешней стеной и одним окном на улицу. Если реально условия иные, то в это значение требуется внести некоторые поправки – смотри таблицу.

Допустим, что в рассматриваемом нами примере комната угловая, с одним окном, с выходом на север, а радиаторы убраны в нишу. Значит, к полученному значению необходимо добавить: 20% за угловое расположение, 10% — за север и 5% – за расположение батареи под окном. Итого поправка – 35%, а суммарная мощность – 3,15 кВт.

Теперь нужно разделить полученное значение на удельную мощность одной секции радиатора. Этот показатель обязательно указывается в технических характеристиках любой модели радиаторов (в случае со стальными неразборными радиаторами – указывается мощность целого блока).

Допустим, в нашем случае запланирована установка биметаллических радиаторов «Рифар » с удельной мощностью секции в 204 Вт. Несложное деление дает 15, 44, или округлённо 16 секций для нормального отопления данной , достаточно большой и холодной комнаты.

Перелагаем воспользоваться возможностями нашего специального калькулятора, который поможет быстро и точно просчитать требуемое количество секций радиатора для помещения.

Тема 6 Системы теплоснабжения

Классификация систем теплоснабжения.

Тепловые схемы источников теплоты.

Водяные системы.

Паровые системы.

Воздушные системы.

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения.

Классификация систем теплоснабжения (СТ)

Системой теплоснабжения (СТ ) называется совокупность источников теплоты, устройств для транспорта теплоты (тепловых сетей) и потребителей теплоты.

Система теплоснабжения (СТ) состоит из следующих функциональных частей:

Источника производства тепловой энергии (котельная, ТЭЦ);

Транспортирующих устройств тепловой энергии к помещениям (тепловые сети);

Теплопотребляющих приборов, которые передают тепловую энергию потребителю (радиаторы отопления, калориферы).

Системы теплоснабжения (СТ) подразделяются на:

1. По месту выработки теплоты на:

централизованные и децентрализованные.

В децентрализованныхсистемах источник теплоты и теплоприемники потребителей совмещены в одном агрегате или находятся близко друг от друга, поэтому не требуется специальных устройств для транспорта теплоты (тепловой сети).

В централизованной системе теплоснабжения источник и потребители значительно удалены друг от друга, поэтому передача теплоты производится по тепловым сетям.

Системы децентрализованного теплоснабжения подразделяются на индивидуальные и местные .

В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения обеспечивается от отдельного собственного источника (печное или поквартирное отопление).

В местных системах отопление всех помещений здания обеспечивается от отдельного общего источника (домовой котельной).

Централизованное теплоснабжение можно подразделить:

- на групповое - теплоснабжение от одного источника группы зданий;

- районное - теплоснабжение от одного источника района города;

- городское - теплоснабжение от одного источника нескольких районов города или даже города в целом;

- межгородское - теплоснабжение от одного источника нескольких городов.

2. по виду транспортируемого теплоносителя на :

паровые, водяные, газовые, воздушные;

3. По числу трубопроводов для переноса теплоносителя на:

- одно-, двух- и многотрубные ;

4. по способу присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетямна:

-закрытые (вода на горячее водоснабжение забирается из водопровода и нагревается в теплообменнике сетевой водой);

-открытые (вода на горячее водоснабжение забирается непосредственно из тепловой сети).

5. по виду потребителя теплоты на:

- коммунально - бытовые и технологические.

6. по схемам присоединения установок отопления на:

-зависимые (теплоноситель, нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы);

-независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления.

Рисунок 6.1 –Схемы систем теплоснабжения

При выборе вида теплоносителя необходимо учитывать его санитарно-гигиенические, технико - экономические и эксплуатационные показатели.

Газы образуются при сгорании топлива, они имеют высокую температуру и энтальпию, однако транспортирование газов усложняет систему отопления и приводит к значительным тепловым потерям. С санитарно-гигиенической точки зрения при использовании газов трудно обеспечить допустимые температуры нагревательных элементов. Однако, будучи перемешаны в определенной пропорции с холодным воздухом, газы в виде теперь уже газо-воздушной смеси могут быть использованы в различных технологических установках.

Воздух - легкоподвижный теплоноситель, используется в системах воздушного отопления, позволяет довольно просто регулировать постоянную температуру в помещении. Однако, вследствие малой теплоемкости (примерно в 4 раза меньше воды) масса воздуха, нагревающего помещение должна быть значительной, что приводит к существенному увеличению габаритов каналов (трубопроводов, коробов) для его перемещения, росту гидравлических сопротивлений и расходу электроэнергии на транспортировку. Поэтому воздушное отопление на промышленных предприятиях осуществляется или совмещенным с системами вентиляции, или путем установки в цехах специальных отопительных установок (воздушных завес и т.п.).

Пар при конденсации в нагревательных устройствах (трубах, регистрах, панелях и т.п.) отдает значительное количество теплоты за счет высокой удельной теплоты преобразования. Поэтому масса пара при данной тепловой нагрузке уменьшается по сравнению с другими теплоносителями. Однако при использовании пара температура наружной поверхности нагревательных устройств будет выше 100°С, что приводит к возгонке пыли, осевшей на этих поверхностях, к выделению в помещениях вредных веществ и появлению неприятных запахов. Кроме того, паровые системы являются источниками шумов; диаметры паропроводов довольно значительны вследствие большого удельного объема пара.

Вода обладает высокой теплоемкостью и плотностью, что позволяет передавать большие количества теплоты на значительные расстояния при невысоких тепловых потерях и малых диаметрах трубопроводов. Температура поверхности водяных нагревательных устройств соответствует санитарно-гигиеническим требованиям. Однако перемещение воды сопряжено с большими затратами энергии.

В открытых системах теплоснабжения подготовленная в котельном агрегате вода не только служит теплоносителем, но и поступает на нужды горячего водоснабжения, т. е. разбор воды производится непосредственно из трубопроводов тепловой сети без промежуточных подогревателей. Количество подпиточной воды в этом случае определяется потерями воды в сетях, в котельной (2 – 2,5 % от расхода сетевой воды) и расходом воды для нужд горячего водоснабжения. Для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение предусматривают установку баков-аккумуляторов, объем которых в 9 раз больше среднечасового суточного расхода воды на горячее водоснабжение.

Принципиальная тепловая схема отопительной котельной с открытой двухтрубной системой теплоснабжения представлена на рис. 7.9. Тепловые и гидродинамические режимы водогрейных котельных агрегатов, водоподготовки ХВО,узлов рециркуляции (линия СД) и подмешивающей перемычки АВ , создание разрежения в вакуумном деаэраторе ВД аналогичны рассмотренным ранее. Теплота, выносимая с выпаром D вып используется для нагрева умягченной воды в охладителе выпара Т3.

Из вакуумного деаэратора ВДвода поступает самотеком в бак деаэрированной воды БД, откуда перекачивающим насосом ПН подается в бак-акумулятор БА. Устанавливают обычно не менее двух металлических баков, внутренняя поверхность которых защищается антикоррозийным покрытием, а наружная – тепловой изоляцией. Из бака-аккумулятора БА вода забирается подпиточным насосом ППН и подается в тепловые сети.

Работа тепловой сети в зимнем отопительном режиме. Вода из обратного трубопровода с напором 0,2 – 0,4 МПа подводится во всасывающий коллектор сетевых насосов СН. Туда же подается вода от подпиточных насосов по линии KN (линии KL и EF перекрыта задвижками), а также охлажденная вода от теплообменников умягченной воды Т2 и исходной воды Т1 (рис. 7.9)

Рис. 7.9. Принципиальная схема отопительная котельной с открытой двухтрубной
системой теплоснабжения

Обратная сетевая вода сетевыми насосами СН нагнетается в водогрейный котельный агрегат КА, где нагревается до температуры 150 °С, и на выходе из котла разделяется на три потока: в тепловую сеть, на рециркуляцию и на собственные нужды котельной, которые включают в себя расход воды:

· на мазутное хозяйство,

· на подогрев воды до 70 °С в вакуумном деаэраторе,

· на теплообменник Т2 для нагрева до 65 °С умягченной воды,

· на теплообменник Т1 для подогрева до 30 °С исходной воды.

Охлажденная вода от теплообменников Т1 и Т2поступает во всасывающий коллектор сетевых насосов СН.Расход воды через водогрейные котловые агрегаты определяется для максимально-зимнего режима и, по условиям из работы, принимается постоянным при различных режимах.

Температура воды, поступающей в систему отопления и вентиляции потребителя, ~ 95 °С, регулируется с помощью элеваторного узла Э путем смешивания прямой сетевой воды с обратной из системы отопления.

Среднечасовой за сутки расход горячей воды, поступающей к потребителю, является расчетной величиной, постоянной и не зависящей от сезона. В максимально-зимнем режиме к потребителю ГВС, непосредственно к водозаборным кранам, поступает обратная сетевая вода из системы отопления и вентиляции. При других режимах работы в течение отопительного периода температура обратной сетевой воды снижается ниже нормируемых для горячего водоснабжения температур, поэтому в узле приготовления горячей воды S к обратной сетевой воде через регулятор температуры РТГ, подмешивается необходимое количество прямой сетевой воды.

Часть воды (5 – 10 % от расхода у потребителя) проходит через полотенцесушители, охлаждается до температуры 40 – 45 °С и по циркуляционной линии циркуляционным насосом ЦНвозвращается в обратный трубопровод теплосети.

При работе в отопительный период необходимо учитывать, что вследствие больших расходов воды через узел водоподготовки подаваемая в обратный трубопровод подпиточная вода и использованная греющая вода (узлы М и N ) смешиваются с обратной сетевой водой и существенно изменяют температуру потока. После расчета конечной температуры потока определяются расходы теплоносителя по линии рециркуляции и через подмешивающую перемычку.

На завершающем этапе правильность расчета режимов работы тепловой схемы контролируется проверкой соответствия принятых и полученных в результате расчета значений расхода теплоты на собственные нужды и общей тепловой мощности котельной. При расхождении невязки более 2 % расчет повторяется.

Работа тепловой схемы в летнем режиме. Наличие в баках-аккумуляторах подпиточной воды в количестве и с температурой, соответствующих целям горячего водоснабжения, позволяет в летнее время при отсутствии отопительно-вентиляционной нагрузки подавать эту воду непосредственно в тепловую сеть. По обратному трубопроводу в котельную будет возвращаться только циркуляционная вода от местных систем горячего водоснабжения, которая направляется через узел Е в баки аккумулятора БА по линии EF.

Таким образом, в летний период водогрейный котельный агрегат отключается от тепловой сети на участке NE обратного трубопровода и на участке BL подающего трубопровода. Вода на горячее водоснабжение будет подаваться в подающий трубопровод теплосети непосредственно из баков аккумуляторов БА по линии KL подпиточным насосом, который в этом случае называют «летним» (линия KN при этом перекрыта задвижкой).

Котельный агрегат в летнее время оказывается включенным только на нагрузку q сн, а расход воды через котельный агрегат складывается из потоков греющей воды, поступающей в теплообменники Т1, Т2 и вакуумный деаэратор ВД. Поэтому при невысокой доле нагрузки горячего водоснабжения котельной (0,25 – 0,3) в летнее время количество котельных агрегатов снижается до одного.

В наших широтах обойтись без отопления невозможно. Слишком прохладные осень и весна, долгая зима не оставляют выбора – обогревать приходится все помещения для создания комфортных условий жизни. При этом вместе с теплом в квартиры, организации и на предприятия подается также горячая вода.

Для предоставления услуги теплоснабжения, в согласии с законодательством, должен быть заключен соответствующий договор между поставщиком и потребителем.

Системы обогрева помещений разделяются на открытые или закрытые.

В то же время отопление бывает также:

• централизованное (когда обогрев обеспечивается одной котельной на целый микрорайон);
• местное (установленное в отдельном здании или обслуживающая небольшой комплекс строений).

Различие между закрытыми системами и открытыми достаточно существенное. Последняя предполагает подачу нагретой воды в дома потребителей, при заборе ее напрямую из теплосети.

Открытая система теплоснабжения

В этом формате кипяток направляется в водопровод прямо из труб обогрева, что позволяет полностью избежать полного расхода даже в том случае, если будет отбираться весь его объем. Во времена СССР на данном принципе основывалась работа примерно половины всех тепловых сетей. Такая популярность была обусловлена тем, что схема помогала более экономично расходовать энергоресурсы и существенным образом снизить затраты на отопление в зимний период и горячее водоснабжение.

Однако такой способ, снабжать теплом и кипятком жилые дома, имеет немало недостатков. Все дело в том, что очень часто нагретая вода из-за двойного назначения не соответствует нормам санитарно-гигиенического характера. Носитель тепла может циркулировать по металлическим трубам достаточно длительное время прежде, чем поступит в краны. В итоге нередко она изменяет свой цвет и приобретает неприятный запах. Кроме того, неоднократно сотрудники санитарно-эпидемиологических служб выявляли в ней опасные микроорганизмы.

Необходимость фильтровать такую воду перед подачей ее в систему горячего водоснабжения сильно снижает эффективность и увеличивает себестоимость обогрева. При этом до текущего времени не существует по-настоящему действенного способа очищения такой воды. Значительная протяженность трубопроводов фактически делает эту процедуру бесполезной.

Циркуляция воды в такой системе происходит благодаря учету при конструировании термодинамических процессов. Нагретая жидкость поднимается и покидает нагреватель из-за повышения давления. В то же время прохладная вода создает несколько более низкое давление на входе в котел. Именно это и позволяет теплоносителю самостоятельно двигаться по коммуникациям.

Вода, как и любая другая жидкость, нагреваясь, увеличивается в объеме. Поэтому для того чтобы не допустить излишней нагрузки на теплосети, в их конструкции обязательно присутствует специальная открытая расширительная емкость, расположенная выше уровня котла и труб. Туда выдавливается излишек теплоносителя. Это и дает основание называть такую систему открытой.

Нагрев в данном случае происходит до 65 градусов Цельсия, и далее через водоразборные краны вода поступает непосредственно в дома потребителей. Эта система разрешает устанавливать недорогие простые смесители.

В связи с тем, что спрогнозировать, сколько горячей воды будет использовано, невозможно, она всегда подается с учетом самого высокого потребления.

Системы теплоснабжения, работающие по закрытой схеме, – что это такое

Отличие данной схемы централизованного обогрева домов от предыдущей состоит в том, что горячая вода используется исключительно для отопления. Горячее водоснабжение обеспечивается по отдельному контуру или индивидуальными нагревательными приборами.

Циркуляция теплоносителя происходит по замкнутому кругу; возникающие незначительные потери восполняются за счет автоматической подкачки при потере давления.