РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ВНЕДРЕНЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ПАВЛЕНА»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО РАСЧЕТУ И ВЫБОРУ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКИХ ЖИЛЫХ ДОМОВ

Москва 1994

В рекомендациях проанализировано водяное, паровое и воздушное отопление сельских жилых домов, приведены требования, характеристики и методики теплового и гидравлического расчетов систем водяного отопления и горячего водоснабжения с естественной и насосной циркуляцией теплоносителя, технические данные строительных материалов, теплоизоляции, отопительных котлов, тепловых приборов, насосов и других технических средств, а также пример расчета двухтрубной системы отопления современного усадебного сельского дома.

Предназначены для использования специалистами проектных и строительных организаций и сельских индивидуальных застройщиков.

Рекомендации разработаны канд. техн. наук A.M. Зайцевым и Н.В. Артамоновой.

Рекомендации одобрены секцией электрификации сельского хозяйства Ученого совета ВИЭСХ 26.11.1992 г.

Ответственный за выпуск - Королев Ю.П.

Содержание

Основные единицы системы СИ и соотношение их с единицами системы МКГСС

ВВЕДЕНИЕ

Улучшение условий жизни сельского населения связано, в частности, с созданием теплового комфорта, который в холодное время года во многом определяется совершенствованием отопления помещений. Состояние отопительной техники, как и любой другой, определяется уровнем развития производительных сил и характером производственных отношений общества.

На развитие отопительной техники оказывает влияние вид применяемого топлива. В течение многих столетий использовалось только твердое топливо (дрова, уголь) и отопительные установки приспосабливали к его сжиганию.

С применением природного газа, нефти созданы отопительные установки для их сжигания с нагреванием промежуточной среды, переносящей теплоту в помещения. Однако их дефицит заставил искать новые источники тепловой энергии: солнечной, атомной и др.

В последнее десятилетие для отопления помещений используют также электрическую энергию, в особенности аккумулируемую в ночное время. Дальнейшее развитие атомной и термоядерной энергетики создаст избыток энергии, что позволит широко применять ее для отопления.

Анализ нормативно-технической документации и выпускаемых отопительных водяных установок показывает, что широко применяют в сельских жилых домах следующие котлы или аппараты, работающие:

на твердом топливе

АОТ-7; АОТ-9; АТ-10; AОTB-I7; АТ-20, АБТ-22; АОТВ-23,2; АОТВ-29;

на жидком топливе

АОЖ-8,7; АОЖВ-11,6; АОЖВ-23,2;

на газообразном топлива

АОГВ-11,6; АОГВ-12,5; АОГВ-17,5; AOГB-23,2; AКГB-23,2; АОГВ-29;

на твердом и газообразном топливе

КС-ТГ-10; КС-ТГ-16; КС-ТГВ-16; КС-ТГВМ-16; КС-ТГВ-20; КОВ-20; АТГВ-20; АОТГВ-20; АТГВ-23,2;

на электрической энергии

ЭВО-Ф-15; САОС-400; САОС-800.

Как видим, совершенно отсутствуют комбинированные отопительные установки с применением электрической энергии, хотя такие установки за рубежом применяют широко, особенно в комбинации с электроаккумуляторами.

Отечественные системы отопления по сравнению с лучшими зарубежными заметно уступают в металлоемкости и энергоемкости в 1,5, а в долговечности в 2 раза и более.

Избежать эти недостатки позволит применение насоса с маломощным электроприводом, термосмесителем и регуляторами температуры воды и воздуха.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПЛЕНИИ

1.1. Цель и назначение отопления.

Основная цель отопления - создание тепловых условий в помещениях, благоприятных для жизни и деятельности человека. Комфортные условия в холодное время года обеспечиваются, если поддерживать определенную температуру воздуха в помещении.

Отопление начинают при устойчивом в течение 5 сут. понижении температуры наружного воздуха до 8°С и ниже, когда теплопоступлений в помещение уже недостаточно для поддержания нормальной температуры. Заканчивают отопление при устойчивом повышении температуры наружного воздуха выше 8°С также в течение 5 сут. Продолжительность отопления домов в холодное время года называют отопительным сезоном. На большей территории России, характеризующейся суровой и длительной зимой, отопительный сезон 6-8, а на севере страны 9-11 мес. Длительность отопительного сезона устанавливают на основании многолетних наблюдений как среднее количество дней в году с устойчивой среднесуточной температурой воздуха 8°С и ниже. Так, в Московской обл. продолжительность отопительного сезона 213 сут.

Суровость или мягкость зимы выражают количеством градусо-суток, т.е. произведением количества суток действия отопления на разность внутренней и наружной температур, средней для этого периода времени. Если количество градусо-суток для Московской обл. равно 4600, то на севере Красноярского края доходит до 12800.

Под влиянием разности между температурой внутреннего t_в и наружного t_н воздуха возникают теплопотери через наружные ограждения и для поддержания необходимой t_в требуется подача теплоты в помещения, т.е. отопление. Теплозатраты на отопление домов и сооружений очень велики, поэтому для этой цели приходится расходовать до 1/3 добываемого топлива.

Отопление предназначено для подачи в помещения дома тепловой энергии в количестве, равном теплопотерям. Следовательно, при понижении температуры наружного воздуха, а также при усилении ветра подача теплоты в помещения должна увеличиваться, а при повышении наружной температуры - уменьшаться.

Кроме внешних метеорологических условий на температуру отапливаемых помещений влияют теплопоступления от бытовых источников, что требует изменения теплоподачи отопительных установок. Поэтому отопительные установки должны регулировать количество теплоты, изменяющееся в соответствии с теплопотерями.

К отопительным установкам предъявляют следующие требования:

- санитарно-гигиенические (поддержание равномерной температуры помещений, ограничение температуры нагревательной поверхности и возможность ее очистки);

- архитектурно-строительные (соответствие планировки помещений, компактность, эстетичность);

- экономические (невысокие капитальные вложения и небольшой расход металла и энергии);

- эксплуатационные (безотказность и долговечность, простота и удобство управления, бесшумность и безопасность действия).

Отопительная установка - одно из основных конструктивных элементов системы отопления, которая представляет собой совокупность отдельных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепловой энергии во все обогреваемые помещения.

Система отопления (рис. 1) состоит из отопительной установки 1 (котла или генератора теплоты) для получения тепловой энергии при сжигании топлива или от другого источника, отопительных приборов 3 для теплопередачи в помещения, теплопроводов подающего 2 и обратного 4, сети труб или каналов для теплопереноса от котла к отопительным приборам. Теплоперенос осуществляется теплоносителем жидким (вода, антифриз) или газообразным (пар, воздух). В зависимости от вида теплоносителя системы отопления могут быть водяными, паровыми или воздушными.

Рис. 1. Принципиальная схема системы отопления

В системах отопления сельских односемейных жилых домов получение, перенос и передача теплоты происходят непосредственно в отопительной установке. Теплопереносящая среда может нагреваться горячей водой или горячим газом, образующимся при сжигании какого-либо топлива (например; природного газа).

В системах отопления с использованием электрической энергии теплоперенос осуществляется жидким или газообразным теплоносителем, либо без него - непосредственно через твердую среду. В сельской местности в основном применяются водяные системы отопления. Системы парового и воздушного отопления менее надежны и применяются крайне редко.

Надежность систем отопления, т.е. свойство обеспечивать заданную теплоотдачу в помещения в течение требуемого периода времени (ряда отопительных сезонов), различна. Наибольшую надежность, которая обусловлена прежде всего безотказностью (непрерывным сохранением работоспособности), а также сравнительную долговечность имеют системы водяного отопления (срок службы 30-35 лет), управляемые и безотказные в эксплуатации. Менее надежны системы парового отопления, более сложные по конструкции и в обслуживании, недолговечные (срок службы паропроводов примерно 10 лет, конденсатопроводов около 4 лет). Невысокую надежность имеют также системы воздушного отопления из-за возможности нарушения распределения воздуха по помещениям, поскольку воздуховоды из кровельной и тонколистовой стали недолговечны, а из кирпича, блоков, плит и других материалов недостаточно плотны.

Учитывая существенные преимущества водяных систем отопления и их широкое применение в сельской местности, рассмотрим эти системы более подробно.

1.2. Характеристика систем водяного отопления

В системах водяного отопления циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается в отопительную установку для последующего нагревания. Системы водяного отопления подразделяют на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды t_г < 100°С и высокотемпературные с t_г > 100°С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150°С и применяется в системе централизованного теплоснабжения.

По способу создания циркуляции теплоносителя различают системы с естественной циркуляцией воды (гравитационные системы) и с механическим побуждением воды насосами (насосные системы). В гравитационной системе используют различие в плотности воды, нагретой до разной температуры. В вертикальной системе с неоднородной плотностью воды возникает естественное движение под влиянием гравитационного поля Земли. В системе с механическим побуждением циркуляции воды применяют насос с электродвигателем для повышения гидравлического давления, вызывающего циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды. Причем сечение теплопроводов в этом случае в несколько раз меньше, чем в гравитационной системе.

Системы водяного отопления по положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонтали, делят на вертикальные и горизонтальные.

Теплопроводы вертикальных систем подразделяют на магистрали, стояки и подводки: подающие - для подачи горячей воды к отопительным приборам и обратные - для отведения охлажденной воды к теплообменникам.

Теплопроводы горизонтальных систем, кроме магистральных, стояков и подводок, имеют горизонтальные ветви, объединяющие отопительные приборы, расположенные на одном уровне.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы отопления подразделяют на однотрубные, двухтрубные и бифилярные. В каждом стояке или горизонтальной ветви однотрубной системы приборы соединяют одной трубой и вода протекает последовательно через все приборы. Если приборы разделяют пополам и соединяют трубами таким образом, чтобы вода последовательно протекала через все первые половины, а потом в обратном направлении через вторые половины приборов, то такую систему называют бифилярной (двухпроточной).

В двухтрубной системе отопительные приборы присоединяют отдельными трубами к двум стоякам - подающему и обратному, при этом вода протекает через каждый прибор независимо от других приборов.

1.3. Схемы отопления

1.3.1. Рассмотрим водяное отопление с естественной циркуляцией. Наибольшее распространение в сельских жилых домах получило отопление с естественной циркуляцией жидкости (рис. 2). В этой системе так же, как во всех других системах отопления сельских одноквартирных жилых домов, работающих с естественным побуждением, желательно котел располагать ниже отопительных приборов, так как при этом увеличивается циркуляционное давление в системе и уменьшается сечение трубопроводов.

Рис. 2. Схема отопления с прокладкой горячего теплопровода сверху, а обратного - снизу отопительных приборов:

1 - раковина на кухне; 2 - переливной и воздушный трубопроводы от расширителя диаметром 20 мм; 3 - расширительный сосуд; 4 - горячий разводящий теплопровод; 5 - обратный теплопровод; 6 - патрубок с вентилем для слива воды из системы; 7 - водопровод для питания системы холодной водой; 8 - отопительные приборы; 9 - отопительная установка; 10 - главный стояк

Если котел нельзя установить ниже отопительных приборов, то его можно поместить на одном уровне с ними и даже несколько выше. В этом случае вода в системе будет циркулировать вследствие охлаждения ее в трубопроводах. При расположении отопительных приборов выше котла появится дополнительное циркуляционное давление, зависящее от высоты их расположения. Таким образом, охлаждение воды в трубопроводах системы отопления, находящихся выше котла, способствует улучшению циркуляции воды.

Горячий и обратный трубопроводы прокладывают о уклоном не менее 0,003-0,005 по движению воды в нем (для подающих трубопроводов - от источника теплоты к отопительным приборам, а для обратных - от отопительных приборов к источнику теплоты). Это обеспечивает свободный выход воздуха через расширительный сосуд и слив воды из системы через сливной патрубок, расположенный в нижней точке системы. Вода может сливаться в канализацию или в специальный дренажный колодец.

Расширительный сосуд во избежание замерзания и для удобства обслуживания системы следует располагать в отапливаемом помещении.

Для удобства обслуживания котел, расширительный сосуд и питающий вентиль водопровода холодной воды рекомендуется устанавливать в одном помещении. При отсутствии водопровода систему отопления можно заполнять с помощью ручного насоса или через расширительный сосуд, в крышке которого предусматривается закрывающее отверстие. Следовательно, отсутствие водопровода в доме не должно препятствовать устройству отопления, тем более что воду из системы сливают очень редко.

Прокладка обратного трубопровода (рис. 2) над полом помещения особенно при расположении отопительных приборов у наружных стен, не всегда возможна. Для обхода трубопроводом дверей приходится заглублять его под пол и устраивать подпольные каналы, что особенно нежелательно, когда система оборудуется в готовом доме. Поэтому, как правило, применяют другую схему - с прокладкой обратного трубопровода рядом с горячим под потолком помещения (рис. 3). Горячая вода в отопительные приборы поступает, как и по ранее рассмотренной системе. Охлажденная вода от приборов поднимается по обратному стояку в сборный обратный трубопровод под потолком и по нему возвращается в котел. Однако, такую схему нельзя рекомендовать к широкому применению во вновь строящихся домах из-за неустойчивости циркуляции в ней воды. Эта система имеет несколько циркуляционных колец, в которых обратная вода поднимается и сливается в верхнем обратном трубопроводе.

Рис. 3. Прокладка обратного трубопровода рядом с горячим под потолком:

1 - генератор теплоты; 2 - главный стояк; 3 - переливная и воздушная линии; 4 - расширительный сосуд; 5 - воздушная петля, 6 - горячая разводящая линия; 7 - обратная линия; 8 - нагревательные приборы; 9 - питательный патрубок; 10 - спускной патрубок

Особенность более совершенной, хотя и более сложной системы (рис. 4) состоит в том, что обратная охлажденная вода направляется не в котел, а вниз, где смешивается с охлажденной водой от других приборов, и затем по общему трубопроводу движется к котлу. Слияние более холодной воды от удаленных от котла отопительных приборов происходит в нижних, а не верхних точках циркуляционных колец. Поэтому понижение температуры в обратном трубопроводе одного из колец приведет к ускоренному движению этой воды, а следовательно, к улучшению циркуляции в кольце. Недостатками этой схемы являются увеличенный расход труб и осложненный слив воды (для полного опорожнения системы необходимо отвинчивать нижние пробки у каждого отопительного прибора или предусматривать в них специальные спускные краны). Однако, если обратный трубопровод необходимо прокладывать около дверей, особенно в уже благоустроенных домах, то следует предпочесть эту систему, поскольку отпадает необходимость переделки строительных конструкций и устройства подпольных каналов.

Рис. 4. Схемa отопления с прокладкой горячего и обратного трубопроводов над отопительными приборами (со смешением потоков внизу):

1 - отопительная установка; 2 - отопительные приборы; 3 - расширительный сосуд

В простершей проточной системе водяного отопления расширительный сосуд устанавливают непосредственно на котле (рис. 5). Горячая вода поступает в систему отопления из расширительного сосуда по трубопроводу, расположенному на высоте первого по ходу воды отопительного прибора. Далее вода последовательно проходит все отопительные приборы, выполненные из гладких труб и установленные с постепенным понижением, обеспечивающим необходимый уклон трубопровода в сторону движения воды, и возвращается обратно в котел. Для увеличения циркуляционного давления отопительные приборы рекомендуют располагать возможно выше. Можно выполнять в виде одной гладкой или ребристой трубы. Однако, несмотря на простое устройство проточная система также имеет недостатки: невозможность свободного регулирования и выключения отдельных отопительных приборов, а также неудовлетворительный внешний вид вследствие прокладки горизонтального трубопровода между приборами на видном месте жилого помещения.

Рис. 5. Схема проточной системы отопления:

1 - расширительный сосуд; 2 - отопительные приборы (гладкие трубы); 3 - запорно-регулирующая арматура; 4 - обводка двери; 5 - слив воды из системы; 6 - отопительная установка

Рассмотренные выше схемы отопления в основном применяют в одноэтажных одноквартирных домах. Отопление двухэтажных домов или одноэтажных с мансардой мало отличается от обычного водяного отопления с естественной циркуляцией.

Правда, предпочтение отдают однотрубной проточной системе и однотрубной регулируемой системе с замыкающими участками и верхней раздачей, увеличивающей циркуляционное давление вследствие охлаждения воды в трубопроводе (рис. 6).

Рис. 6. Схема однотрубной регулируемой системы отопления с замыкающими участками (для двухэтажного дома).

1 - отопительные приборы; 2 - трехходовые краны; 3 - разводящий трубопровод горячей воды; 4 - расширительный сосуд: 5 - замыкающие участки; 6 - обратный трубопровод; 7 - патрубок для слива воды из системы; 8 - патрубок для наполнения системы водой; 9 - котел; 10 - переливной и воздушный трубопровод

В этих системах расчетное циркуляционное давление значительно больше, чем в двухтрубных, расчет трубопроводов, которых производится по давлению для приборов, расположенных в первом этаже. Кроме того, приборы первого и второго этажей в однотрубных системах имеют одинаковое циркуляционное давление, тогда как в двухтрубных системах в приборах второго этажа оно значительно больше, чем в приборах первого этажа, что усложняет регулирование. Вместе с этим однотрубные и бифилярные системы имеют экономические заготовительно-монтажные и некоторые эксплуатационные преимущества. При использовании их вместо двухтрубных уменьшается длина и масса труб, устраняются измерения в строящемся здании, отдельные узлы и детали могут быть унифицированы, что позволяет применять предварительную сборку и комплектацию узлов, сохранить затраты труда на монтаж. Повышенное гидравлическое сопротивление стояков и ветвей придает этим системам сравнительно устойчивый гидравлический режим, что позволяет отказаться от пусконаладочного регулирования теплоподачи приборов при вводе систем в эксплуатацию.

1.3.2. Рассмотрим водяное отопление с механическим побуждением (насосом). В системах водяного отопления с естественной циркуляцией вследствие малого циркуляционного давления принимаются низкие скорости движения воды в трубах иногда в пределах 0,03-0,06 м/с. При этом трубопроводы имеют диаметр 50 мм и более. Открытая прокладка труб такого диаметра ухудшает интерьер помещений, а их монтаж значительно сложнее, чем труб малого диаметра.

Если скорость движения воды повысить с помощью насоса до 0,5-0,8 м/с, что вполне допустимо по условиям бесшумности и правильности распределения потоков в фасонных частях трубопроводов, то диаметры последнего можно уменьшить до 8-20 мм в зависимости от теплопотерь жилого дома.

Количество циркулирующей воды в системе при расчетной разности температур 20-25°С составляет 800-1000 кг/ч, гидравлические потери - не более 10-15 кПа, а потребляемая мощность электродвигателя - не более 30 Вт.

Схемы отопления (рис. 2, 3, 5) можно применять и с насосом, однако расширительный сосуд в них нужно присоединять к обратной линии перед насосом. Для надежного воздухоотделения уклон в горячем разводящем трубопроводе следует осуществлять против движения воды, устанавливая в верхней точке трубопровода ручной или автоматический воздухоотводчик. Простейшая и наиболее распространенная схема отопления с верхней разводкой изображена на рис. 7.

Насосную систему отопления выполняют горизонтальной однотрубной или двухтрубной с нижней прокладкой магистралей и устанавливают воздушные краны для удаления воздуха в атмосферу.

В горизонтальной однотрубной системе сокращается по сравнению с вертикальной системой протяженность теплопроводов, особенно стояков и магистралей. Укрупненные стояки для горизонтальных однотрубных ветвей прокладывают во вспомогательных помещениях дома.

Рис. 7. Схема отопления с насосом и верхней разводкой:

1 - котел; 2 - раковина на кухне; 3 - переливной и воздушный трубопроводы; 4 - расширительный сосуд; 5 - разводящий трубопровод горячей воды; 6 - воздухоотводчик; 7 - отопительные приборы; 8 - обратный трубопровод; 9 - водопровод холодной воды; 10 - патрубок с вентилей для слива воды из системы; 11 - насос; 12 - главный стояк

В горизонтальных однотрубных ветвях применяют проточные нерегулируемые приборные узлы и регулируемые узлы с замыкающими и обходными участками. При проточных ветвях регулируют теплоотдачу в помещения воздушными клапанами в конвекторах с кожухом или с общим (для всех приборов в одном этаже) регулирующим краном.

Горизонтальная однотрубная система пригодна также для прерывистого отопления помещений на разных этажах. Для системы отопления с трубопроводами малых диаметров и механическим побуждением целесообразно применять схемы с нижней раздачей и в частности однотрубные (рис. 8). Разводящий трубопровод в этой схеме прокладываются над полом. Трубопровод малого диаметра (до 10-12 мм) может пересекать дверные проемы без заглубления при высоте порога 50-70 мм. Воздух в этой системе отопления удаляется из верхней части отопительных приборов через воздушные краны. Если отопительные приборы трубчатые, например конвекторы, и скорость воды в трубках превышает 0,2 м/с, то воздух из всей системы можно удалять в одном месте - через воздухоотводчик.

Рис. 8. Однотрубная система отоплений с механическим побуждением и нижней разводкой:

1 - котел; 2 - раковина; 3 - воздушный и переливной трубопроводы от расширительного сосуда; 4 - расширительный сосуд; 5 - водопровод для обезвоздушивания циркуляционного трубопровода; 6 - отопительные приборы; 7 - воздушники; 8 - трехходовые краны; 9 - циркуляционный трубопровод; 10 - патрубок для спуска воды из системы; 11 - патрубок для наполнения системы; 12 - насос

Двухтрубная насосная система отопления двухэтажного дома должна иметь нижнюю разводку (верхняя используется для естественной циркуляции воды) с удалением воздуха через воздушные краны на отопительных приборах на верхнем этаже. Эта система обладает большей вертикальной гидравлической и тепловой устойчивостью по сравнению с системой, выполненной с верхней разводкой.

2. ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

2.1. Строительные конструкции внешних ограждений отапливаемых индивидуальных домов в сельской местности, кроме требований прочности и устойчивости, огнестойкости и долговечности, архитектурного оформления и экономичности, должны отвечать теплотехническим нормам. Ограждающие конструкции выбирают в зависимости от физических свойств материалов, конструктивного решения, температурно-влажностного режимов воздуха в здании, климатологических характеристик района строительства в соответствии с нормами сопротивления теплопередачи и необходимой теплоустойчивостью. Для получения наиболее экономического конструктивного решения теплозащитные качества наружных ограждений определяются расчетом.

2.2. Основные физические свойства строительных материалов характеризуются объемным весом γ (кг/м³), удельной теплоемкостью С (кДж/(кг∙°С) и коэффициентами теплопроводности λ, (Вт/(м∙°С), теплоусвоения материала S , Вт/(м²∙С), паропроницаемости μ , мг/(м∙ч∙Па), воздухопроницаемости i, мг/(м∙ч∙Па).

Для теплотехнических расчетов физических показателей основных строительных материалов и некоторых конструктивных элементов ограждений принимают по таблицам СНиП II-3-79^**. «Строительная теплотехника».

2.3. При расчете теплозащитных качеств и выборе конструкций наружных ограждений принимают расчетную зимнюю температуру наружного воздуха t_н. Для перекрытий над подвалами и подпольями соответственно среднюю t холодного периода. Расчетную температуру наружного воздуха и скорости ветра принимают на основании СНиП 2.01.01-82. «Строительная климатология и геофизика. Основные положения проектирования». Расчетные температуры внутреннего воздуха t_в, относительную влажность воздуха φ и кратности вентиляционных обменов в жилых домах находят по табл. 1.

2.4. Систему отопления и параметры теплоносителя выбирают на основании технико-экономического обоснования, в соответствии с требованиями санитарных и противопожарных норм, в зависимости от назначения здания и режима его эксплуатации. При этом предельные значения допустимых температур на поверхности нагревательных приборов любых типов и конструкций t_нн принимают, руководствуясь правилами СНиП 2.04.05-86. «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

Таблица 1. Температура и воздухообмен в помещениях жилых здании (СНиП 2.04.05-86)

2.5. В малоэтажных жилых домах применяют квартирную систему водяного отопления с верхней и нижней разводками и естественной циркуляцией. Система отопления состоит из нагревательных приборов, трубопроводов, предназначенных для транспортирования теплоносителя и отключающей арматуры. Двухтрубные системы отопления применяют, как правило, в зданиях до двух этажей (рис. 9).

Для обеспечения нужной температуры в отапливаемых помещениях необходимо, чтобы теплоотдача установленных в них отопительных приборов и труб системы отопления соответствовала теплопотерям помещения, а теплопроизводительность генератора теплоты была бы не меньше теплопотерь.

Рис. 9. Принципиальная двухтрубная схема водяного отопления с естественной циркуляцией воды и верхней разводкой:

1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - соединительная труба; 4 - расширительный бак; 5 - стояк; 6 - нагревательный прибор; 7 - тройник; 8 - кран; 9 - подающая магистраль; 10 - вентиль; 11 - обратный стояк; 12 - тройник с пробками для выпуска воздуха и спуска воды; 13 - обратная отводка; 14 - обратная магистраль

2.6. Для отопления индивидуальных домов в зависимости от конструкции наружных стен применяют различные нагревательные приборы: радиаторы, ребристые трубы, отопительные панели, конвекторы, змеевики и регистры. Следует отметить, что в радиаторах конвективная теплоотдача больше, чем в других отопительных приборах.

Характеристика батареи отопительной биметаллической БОБ-3 приведена ниже.

Промышленностью нашей страны выпускаются различные типы отопительных батарей, чугунных и стальных - штампованных радиаторов. Характеристики некоторых приведены в табл. 2-5.

Таблица 2. Чугунные радиаторы

Таблица 3. Теплоотдача 1 экм чугунных радиаторов в 2-трубных системах водяного отопления при подаче воды по схеме сверху-вниз, Вт

Таблица 4. Теплоотдача радиаторов М-140, Вт

Окончание табл. 4

Таблица 5. Коэффициенты теплопередачи k_пр и теплоотдачи одной секции q_с для радиаторов M-I40

Нагревательные приборы следует размерить так, чтобы их удобно было осмотреть и очистить. Располагают их преимущественно под окнами в соответствии с правилами СНиП 2.04.05-86.

Для правильной технико-экономической оценки, дающей максимальный тепловой эффект и экономию металла, принят за единицу исчисления поверхности нагревательных приборов эквивалентный квадратный метр (экм). В качестве его принимают поверхность нагревательного прибора, отдающую 0,5 кВт теплоты в 1 час при разности средних температур 64,5°С, параметрах теплоносителя 95-70°С, расходе на 1 экм 17,4 кг/ч и подаче теплоносителя по схеме сверху-вниз. Поверхность испытываемых нагревательных приборов должна быть 2 экм. Схема установки, диаметры труб и тепловые нагрузки даны на рис. 10.

Рис. 10. Стояк двухтрубной системы отопления о радиаторами (этажный узел):

d₁, d₂ - диаметр труб стояка магистрали и обратной отводки, мм;q_расч - тепловая нагрузка нагревательного прибора, Вт; l - расстояние от перегородки до нагревательного прибора, мм; h - расстояние от пола до потолка, мм

2.7. В системах водяного отопления и горячего водоснабжения индивидуальных домов (рис. 11) применяют стальные водогазопроводные трубы диаметром 15-50 мм. При прокладке трубопроводов уклон должен быть не менее 0,003-0,005; для подающих трубопроводов - от источника теплоты к нагревательным приборам, а для обратных - от нагревательных приборов к источнику теплоты. Трубы водогазопроводные соединяют на резьбе с помощью муфт и фасонных элементов: тройников угольников, переходных муфт, крестовин, а также имеют запорно-регулирующую арматуру - вентили, задвижки и проходные краны.

Рис. 11. Аксинометрическая схема трубопроводов квартирной системы отопления, совмещенная с горячим водоснабжением:

1 - подающий трубопровод системы отоплении; 2 - обратный трубопровод системы отоплении; 3 - трубопровод горячего водоснабжения; 4 - источник теплоты; 5 - расширительный бак; 6 - нагревательные приборы

2.8. Расширительный бак в системе водяного отопления служит для создания статического давления и выпуска воздуха. Расширительный бак изготавливают цилиндрической или прямоугольной формы из листовой стали толщиной 3-4 мм. Соединение листов стали делается с помощью сварки. Как правило, расширительный бак устанавливают в утепленной будке на чердаке отапливаемого здания в наивысшей точке системы и закрывают тепловой изоляцией.

2.9. В качестве источника теплоты в зоне застройки сельских населенных мест для повышения санитарно-гигиенических условий в помещениях отапливаемого здания с горячим водоснабжением применяют водяные стальные и чугунные котлы.

2.9.1. Наиболее высокие технические свойства имеют двухфункциональные генераторы теплоты, обеспечивающие одновременно тепловые нагрузки отопления и горячего водоснабжения (табл. 6-8).

Таблица 6. Технические характеристики водогрейных чугунных котлов КЧМ-2 (рис. 12)

Примечания: 1. Тепловая мощность указана при сжигании измельченных до определенного размера каменных углей, антрацита АО, брикетов малозольного топлива, природного газа, легкого жидкого топлива.

2. Братский завод отопительного оборудования выпускает .такие же котлы, но шириной 470, высотой 1100 и длиной соответственно 390, 480, 570, 660, 750, 840 и 930 мм.

3. Котлы рассчитаны на рабочее давление до 0,2 МПа и температуру нагреваемой воды до 90°С, предназначены для работы на естественной (через дымовую трубу) тяге.

Таблица 7. Технические характеристики стальных водогрейных котлов КВ (ТС).

Рис. 12. Отопительный котел КЧМ-2:

а - общий вид; б - разрез; 1, 2 - трубопровод соответственно подводящий d = 50 мм и отводящий d = 60 мм; 3 - отверстие для термометра

Таблица 8. Технические характеристики чугунных водогрейных малометражных котлов КЧМ-3

Отопительный водогрейный чугунный котел (табл. 9) КЧМ-ЗДГ-М и КЧМ-ЗДГ-А предназначены для теплоснабжения индивидуальных домов, оборудованных водяными системами отопления с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя с рабочим давлением до 0,5 МПа.

Таблица 9. Технические характеристики котлов КЧМ-ЗДГ-М, КЧМ-ЗДГ-А

¹ В числителе - КЧМ-ЗДГ-М, в знаменателе - КЧМ-ЗДГ-А.

Котел КС-ТГ-16 (табл. 10) предназначен для теплоснабжения жилых зданий строительным объемом 260 м³ по наружному обмеру, оборудованных системами отопления непрерывного действия, с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Котел комплектуется газогорелочными устройствами АГУК-2 или Пламя-1.

Таблица 10. Технические данные котлов KC-T-I6, КС-ТГ-16

Отопительный котел КС-Т-12,5; KC-T-I2.5K «Крым» (г. Севастополь) - стальной водогрейный предназначен для теплоснабжения индивидуальных жилых домов строительным объемом до 210 м³. Котел предназначен для работы на твердом топливе и может быть переоборудован для работы на газообразном топливе с использованием автоматики АПОК-1-1 с газогорелочным устройством. Котлы отличаются между собой комплектующими деталями. При эксплуатационной мощности (13,1 кВт) котла температура горячей воды не должна превышать 95°С, абсолютное давление воды 0,2 МПа. Габаритные размеры 442×596×1066 мм.

2.9.2. Аппараты бытовые используют в качестве отопительных и водонагревательных устройств в малометражных домах и квартирах.

Аппараты АГВ используют либо только для отопления либо для горячего водоснабжения ввиду разных режимов теплоотопления. Номинальная тепловая мощность 7 и 13,9 кВт.

Аппараты АОГВ-10-1-V снабжены дилатометрической системой автоматики регулирования температуры воды. Они предназначены для работы на природном газе давлением перед аппаратом 6.8-18 Па. Аппараты АОГВ-10-3-V отличаются конструкцией теплообменника, выполненного в виде двух концентрических встроенных обечаек, образующих заполненную водой полость - котел.

Аппараты АОГВ-15-1-V - система автоматики представляет собой блок, сочетающий ЭМК с регулятором температуры воды.

Аппараты АОГВ-20-3-V - система автоматики, которой основана на принципе пневматического устройства мембранного типа, включает блок безопасности и блок регулирования, соединенные с датчиками контроля пламени, тяги и температуры воды.

Аппарат АКГВ комбинированный, служит для отопления и горячего водоснабжения. Габаритные размеры его, мм: высота 1470; ширина 550; глубина 685. Масса 200 кг; номинальная мощность Р_н = 23,2 кВт.

Аппараты АОГВ-11,6-IV применяются для теплоснабжения квартирных систем водяного отопления с теплопотерями до 9300 кВт. Работает на природное газе, Р_н = 11,6 кВт.

2.9.3. Аппараты отопления с температурой нагреваемой воды до 90°С в негазифицированных районах страны работают на жидком топливе, так как оно доступнее, дешевле и удобнее твердого топлива.

Процессы сжигания жидкого топлива можно автоматизировать, что облегчает обслуживание отопительных аппаратов в бытовых условиях. В настоящее время выпускается несколько типов аппаратов на жидком топливе.

Аппараты АОЖБ-20 конструктивно отличаются в зависимости от исполнения аппарата (АОЖБ-20,-20Т,-20А) и установленного дозатора (ДТ-1; 2; 3). Могут быть одна-две ручки управления дозатором и настройки терморегулятора. Дозаторы предназначены для регулирования тепловой мощности аппарата (расхода топлива), обеспечения постоянства установленного расхода и автоматического прекращения подачи топлива в случае перенаполнения, Р_н = 23,2 кВт.

2.9.4. Там, где твердое топливо (уголь, торф, дрова) доступнее других видов топлива, применяют его в бытовых целях достаточно широко. КПД аппаратов, работающих на твердом топливе, не превышает 65 %. Для них нельзя применять автоматические устройства управления и регулирования по теплопроизводительности, используемые для аппаратов, работающих на газовом и жидком топливах.

Аппараты AОTB-15 отопительный, КС-2, КС-3 - отопительный и водогрейный, тепловая мощность которых соответственно 23,5; 14; 17,5 кВт.

Техническая характеристика аппарата АКТВ-Д-17,5 отопительного с горячим водоснабжением приведена ниже.

2.9.5 Фирма «Яспи и Мякинен» (Финляндия) выпускает более 50 % котлов для отопительных систем односемейных домов, предназначенных для использования таких видов топлива, как масло, газ, горючие сланцы, дрова, уголь. Фирма «Ясин и Мякинен» сотрудничает в области исследований с ВИЭСХом.

Котел ЯМЯ ПУУ 141 работает на твердом топливе по принципу верхнего сгорания. Котел с верхним сгоранием следует всегда подключать к тепловому аккумулятору, причем обеспечивается высокий общий КПД и умеренный объем работ по уходу, тепловая мощность которого от 20 до 40 кВт.

Котел ЯМЯ-КАКСИКК0 оборудован двумя отдельными топками для сжигания дров и при работе на мазуте и двумя соединительными муфтами для установки электросопротивлений для отопления электроэнергией.

Котел ЮНИОР является комбинированным и работает на твердом и жидком топливе с высоким КПД.

В котле ЮНИОР Е термически комбинированы электрический котел и традиционный комбинированный. При работе на электроэнергии обогревается только верхняя его часть. На электрочасти предусмотрена автоматическая система регулирования, обеспечивающая отопление с помощью выбора мощности, при которой поддерживается постоянная температура воды в котле. Тепловой эффект при работе на мазуте высокий (табл. 11).

Таблица 11

Тепловые аккумуляторы Энергиакантти и Энергаипакки - это резервуары с небольшими габаритными размерами, которые могут быть доставлены в помещение через дверной проем шириной 70-80 см.

По способности накопления энергии тепловые аккумуляторы спроектированы в соответствии с требованиями передовой технологии, и они могут быть применены для различных целей. Конструкция, оборудованная двумя теплообменниками расходной воды, позволяет эффективное пользование емкости аккумулятора. Благодаря переборке и расположению соединений электросопротивлений может быть обогрета только часть резервуара. Вода, применяемая для отопления, постоянно циркулирует, т.е. она не содержит свободного кислорода, и таким образом, не вызывает коррозии металла. Вода для бытовых нужд, как правило, подается через медный теплообменник, который антикоррозионен. Вода для хозяйственно-бытовых нужд при проходе через теплообменник из медной трубы нагревается от +5 до 60°С.

Тепловая энергия накапливается в дневное время в тепловом аккумуляторе емкостью 1800 л. Для обеспечения постоянной комнатной температуры требуется автоматическая система, поддерживающая во внутренних помещениях температуру от +20 до +22°С независимо от колебаний температуры наружного воздуха. При этом экономится энергия и обеспечивается удобство проживания. Вода циркулирует в системе с помощью небольшого насоса, причем уменьшаются затраты на трубопровод, так как диаметр трубопровода может быть значительно меньше, чем при системе естественной циркуляции. Кроме того, температура воды регулируется с высокой точностью. В системе водяного отопления предусмотрен расширительный бачок, расположенный выше уровня расположения самого верхнего радиатора. Таким образом обеспечивается заполнение системы водой до полной емкости и исключаются перебои в циркуляции. Для отвода дымовых газов требуется дымовая труба, которая изготовлена из кислотостойкой стали.

2.10. Для надежной работы системы отопления рекомендуется, чтобы центр нагрева воды в источнике теплоты был ниже центра охлаждения - центра нагрева приборов. Центр нагрева воды в котле принимают на высоте 250 мм от уровня колосниковой решетки. Поэтому котлы устанавливают в подвальных помещениях или в приямках минимальной глубины 250-300 мм в соответствии со СНиП II-35-76.

2.11. Площадь сечения дымовой трубы (см²) генератора теплоты квартирного отопления (принимается не менее 1/2×1/2 кирпича) находят по формуле

где q_сист - максимальная теплопроизводительность генератора теплоты, Вт;

h - высота дымовой трубы (расстояние по вертикали от уровня колосниковой решетки до устья трубы), м.

Генераторы теплоты рекомендуется размещать так, чтобы перед его фронтом было расстояние не менее 1 м, а с боков - не менее 30 см. Расстояние между верхом генератора теплоты и перекрытием должно быть не менее 20 см.

Помещение, где установлен генератор теплоты, обязательно должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией с естественным побуждением, обеспечивающей не менее чем трехкратный обмен воздуха в 1 ч.

2.12. В водяной системе отопления надо производить периодическую подпитку для того, чтобы в расширительном баке всегда была вода.

Летом квартирная система отопления должна быть заполнена водой, а иначе трубопроводы и нагревательные приборе будут подвержены интенсивной коррозии, что вызовет нарушение работы системы отопления в зимний период и удлинит сроки ее эксплуатации.

Если система отопления совмещена с горячим водоснабжением, на летний период, когда отоплением не пользуются, а горячее водоснабжение работает, трубопроводы отопления отключаются с помощью имеющихся на них кранов.

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛОГО ДОМА

3.1. В теплотехнические расчеты наружных ограждений отапливаемого дома входит определение сопротивления теплопередаче ограждений. Общее сопротивление теплопередаче (м²∙°С/Вт) многослойного ограждения R₀ определяют по формуле

R₀ = R_в + R₁ + R₂ + R_вп + R₃ +...+ R_н,                                     (1)

где R_в, R_н - сопротивление тепловосприятию и теплоотдаче соответственно у внутренней и наружной поверхностей, м²∙°С/Вт (табл. 12);

R₁, R₂, R₃ - термическое сопротивление отдельных слоев ограждения м²∙°С/Вт;

R_вп - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м²∙°С/Вт (табл. 13).

Таблица 12. Коэффициенты тепловосприятия α_в, теплоотдачи α_н и сопротивления тепловосприятию R_в, R_н у внутренней и наружной поверхностей ограждения

Таблица 13. Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек R_вп

При определении сопротивления теплопередаче ограждения R₀ воздушной прослойкой, сообщающейся с наружным воздухом, в расчет вводят только ту часть конструкции, которая расположена между прослойкой и помещением. Значение R_вп учитывается в расчетах при ее толщине от 10 до 300 мм.

3.2. Термическое сопротивление отдельных однородных слоев ограждения м²∙°С/Вт определяют по формуле

R_N = δ/в λ,                                                                              (2)

где δ - толщина слоя материала, мм;

в - коэффициент качества теплоизоляции наружного ограждения (для наружных ограждений, утепленных материалов, подверженных уплотнению, деформации или усадке, например, стиропор, минераловатные плиты, войлок и другое независимо от объемной массы принимают в = 1,2; для ограждений, утепленных теплоизоляционными материалами с объемной массой менее 400 кг/м³, за исключением материалов, указанных выше, в = 1,1, а для всех прочих наружных ограждений в = 1);

λ - коэффициент теплопроводности Вт/(м∙°С);

γ - объемная масса материала с учетом пустот, кг/м³.

Обозначения приняты по СНиП II-3-79^**.

3.3. Найденное общее сопротивление теплопередаче (м²∙°С/Вт) наружного ограждения R₀ должно быть не менее требуемых  по теплотехническим нормам, вычисленных по формуле

                                                                (3)

где t_в , t_н - температура воздуха соответственно в помещении и наружного, °С;

∆t^н - нормируемый температурный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой внутренней поверхности ограждения (в жилом помещении для наружных стен он равен 6°С, для бесчердачных покрытий и чердачных перекрытий 4°С);

n -коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, дан ниже.

Наружные стены, бесчердачные покрытия и перекрытия над проездами - 1

Чердачные перекрытия и бесчердачные покрытия с вентилируемыми продувками - 0,9

Перекрытия над холодными подпольями, расположенными выше уровня земли - 0,75

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами при наличии окон в наружных стенах подвала - 0,6

То же, при отсутствии окон - 0,4

3.4. Принятые строительные конструкции наружных ограждений всегда должны иметь небольшой запас сопротивления теплопередаче. Наиболее экономичное решение получается при R₀ = R^тр₀. При массовом строительстве с применением крупнопанельных элементов с дешевыми и эффективными теплоизоляционными материалами иногда экономичнее проектировать наружные ограждения с сопротивлением теплопередаче R₀ > R^тр₀. При этом сопротивление теплопередаче конструкции повышается благодаря увеличению толщины более дешевого теплоизоляционного слоя. При расчете сопротивления теплопередаче многослойных стеновых панелей учитывается возможное ухудшение теплотехнических качеств утеплителей, а также повышенное воздухопроницание через стыковые соединения панелей. Для слоистых панелей наружных стен и бесчердачных покрытий жилых домов сопротивление теплопередаче R₀ ≥ 1,1R^тр₀. Если строительные конструкции наружных ограждений выбраны при R₀ > R^тр₀, конденсация водяных паров не проверяется.

3.5. Основные потери теплоты (Вт) через ограждающие конструкции здания

Q = F∙k∙h_t∙∆t,                                                                         (4)

где F - площадь ограждения, м²;

k - коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций, Вт/(м²∙°С), k = 1/R₀,

∆t - разность температур (t_в - t_н ), °С;

h_t - поправочный коэффициент на разность температур приведен ниже.

Характеристика ограждений

Полы на грунте и на лагах - 1

Чердачные перекрытия при стальной, черепичной или асбоцементной кровлях по разреженной обрешетке и бесчердачные покрытия с вентилируемыми продувами - 0,9

То же, по сплошному настилу - 0,8

Чердачные перекрытия при кровлях из рулонных материалов - 0,75

Ограждения, отделяющие отапливаемые помещения от неотапливаемых, сообщающихся с наружным воздухом, за исключением неотапливаемых подвалов - 0,7

То же, для отделяющих отапливаемые помещения от неотапливаемых, не сообщающихся с наружным воздухом - 0,4

Перекрытия над подпольями, расположенными ниже уровня земли, при непрерывной конструкции цоколя с R₀ > 0,86 м²∙ч∙°С/Вт - 0,4

То же, с R₀ £ 0,86 м²∙ч∙°С/Вт и для перекрытий над холодными подпольями, расположенными выше уровня земли - 0,75

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами, расположенными ниже уровня земли или имеющими наружные стены, выступающие над уровнем земли на высоту до 1 м, при наличии окон в этих стенах - 0,6

То же, при отсутствии окон - 0,4

3.6. Для сельских жилых домов площадь измеряют следующим образом:

1). площадь наружных стен измеряют в плане по внешнему периметру между углами стен; измерения высоты зависят от конструкции пола и производят их от внешней поверхности пола по грунту, от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах, от нижней поверхности перекрытия над подпольями или неотапливаемыми подвалами до верха конструкции чердачного перекрытия;

2). площадь окон, остекленных дверей и фонарей, измеряют по наименьшему строительному проему.

Для удобства выбора наружных ограждений с последующим расчетом теплопотерь по (4) в табл. 14-15 приведены необходимые теплотехнические и конструктивные данные для наружных ограждений.

Таблица 14. Значение R₀ и 1/R₀ для оконных и дверных проемов в деревянных переплетах

Таблица 15. Добавочные теплопотери

3.7. Теплопотери (Вт) через отдельные зоны пола

                                                               (5)

где F_n - площадь данной зоны, м²;

R_n - сопротивление теплопередаче конструкции пола данной зоны, м²∙°С/Вт. Сопротивление теплопередаче конструкции пола:

а) для неутепленных полов (табл. 16).

Таблица 16. Сопротивление теплопередаче конструкции пола для неутепленных полов

б) для утепленных полов (м²∙°С/Вт)

                                                             (6)

где σ_у.с - толщина утепляющего слоя, м;

λ_у.с - коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, Вт/(м²∙°С)

в) для полов на лагах (м²∙°С/Вт)

                                                                       (7)

Неутепленными полами считаются поли, конструкция которых независимо от толщины состоит из слоев материалов, имеющих коэффициент теплопроводности λ₀ ³ 1 Вт/(м²∙°С), утепленными полами - полы с утепляющими слоями из материалов, имеющих коэффициент теплопроводности λ₀ < 1 Вт/(м²∙°С).

3.8. Полученные результаты расчета теплопотерь сводят в бланк по форме, приведенной в табл. 17.

Таблица 17

Окончание табл. 17

4. РАСЧЕТ ДВУХТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛОГО ДОМА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ И НАСОСНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ

Каждая отопительная установка, предназначенная для поддержания в помещениях сельского дома заданной температуры воздуха, состоит из трех основных элементов: генератора теплоты, в котором теплоносителю передается необходимое количество теплоты, системы трубопроводов для перемещения по ним теплоносителя, нагревательных приборов, передающих теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения.

Наибольшее распространение получила 2-трубная система водяного отопления. Основное требование этой системы - бесперебойная подача теплового потока ко всем присоединенным нагревательным приборам. Для этого она должна обладать тепловой устойчивостью, т.е. способностью при регулировании пропорционально изменять теплоотдачу всех присоединенных приборов, К условиям тепловой устойчивости системы относится ее гидравлическая устойчивость или способность изменять расход теплоносителя во всех присоединенных приборах пропорционально изменению общего расхода в системе либо сохранять его постоянным при постоянстве общего расхода. Для этих же целей должно быть обеспечено самостоятельное регулирование теплоотдачи приборов, установленных в разных помещениях.

Система отопления должна отвечать архитектурно-планировочным и конструктивным особенностям здания: нагревательные приборы и трубопроводы не должны портить вида помещения и в то же время должны быть доступны для осмотра, ремонта и замены.

Система должна быть проста в эксплуатации: выпуск из нее воздуха, промывка, спуск воды из отдельных ее частей при ремонте должны предусматриваться в удобных и доступных местах. При прочих равных условиях капитальные затраты и расход металла на сооружение системы должны быть наименьшими. Любая система водяного отопления с местными нагревательными приборами - это замкнутая сеть трубопроводов с присоединенными нагревательными приборами, по которой циркулирует горячая вода от узла подготовки теплоносителя к нагревательным приборам и охлажденная в них - обратно к узлу подготовки теплоносителя. В односемейных домах, как правило, применяют системы с естественной и насосной циркуляцией.

Система отопления с естественной циркуляцией воды по сравнению с насосной системой имеет недостатки:

- сокращен радиус действия (до 20 м по горизонтали) из-за небольшого циркуляционного давления;

- повышена первоначальная стоимость (до 5-7 % стоимости здания) в связи с применением труб увеличенного диаметра;

- увеличены расходы металла;

- замедленно включение системы в действие;

- повышена опасность замерзания воды в трубах, проложенных в неотапливаемом помещении.

Вместе с тем имеются преимущества, предопределяющие в отдельных случаях ее выбор:

простота устройства и эксплуатации;

- независимость действия от снабжения электрической энергией;

- долговечность (35-40 лет и более без капитального ремонта;

- саморегулирование, обусловливающее ровною температуру помещений;

- тепловая устойчивость.

Расчет систем водяного отопления слагается из гидравлического и теплового. Расчет систем с местными нагревательными приборами предусматривает выбор диаметров отопительной сети, обеспечивающих требуемый расход теплоносителя в каждом приборе, и определение поверхности нагрева приборов из условия их теплоотдачи, заданной расчетом тепловой потребности помещений. Правильно выполненный гидравлический расчет исключает необходимость пускового регулирования системы кранами на стояках и у нагревательных приборов а также установку в отопительной сети диафрагм либо иных искусственных сопротивлений.

Точность гидравлического расчета определяется точностью подбора нагревательных приборов по заданной тепловой нагрузке с учетом их номенклатурного шага. Это позволит без ущерба для точности конечных результатов расчета исключить из рассмотрения второстепенные факторы, а также принять для многих исходных величин их усредненные значения,

4.1. Расчет поверхности нагрева и выбор нагревательных приборов.

4.1.1. Поверхность нагревательных приборов (м²)

                                               (8)

где q_пр - теплоотдача нагревательных приборов для компенсации теплопотерь помещения, Вт;

t_пр - средняя температура теплоносителя в приборе при водяной системе отопления, °С

                                                                          (9)

где t_n, t₀ - температура воды, поступающей, в прибор и выходящей из прибора;

t_в - температура воздуха в помещении;

β₁, β₂, β₃ - поправочные коэффициенты соответственно на количество секций радиаторов (только для водяной системы отопления), на остывание воды в трубах в зависимости от вида системы, на способ установки прибора;

а - поправка на изменение коэффициента теплопередачи в зависимости от относительного расхода воды, протекающей через прибор (табл. 18);

k_пр - коэффициент теплопередачи нагревательного прибора (табл. 5), Вт/(м²∙°С).

Таблица 18. Коэффициент а, учитывающий изменение относительного расхода воды, протекающей через радиатор

Найденная по формуле (8) поверхность нагрева F_пр , в зависимости от типа отопительного прибора умножается на переводной коэффициент (табл. 2).

4.1.2. Поверхность нагревательных приборов водяного отопления (экм)

                                      (10)

где ∆t - разность между средней температурой теплоносителя в приборе и температурой воздуха в помещении, °С;

z - поправка, учитывающая различные способы подачи воды в приборы по экспериментальным данным (для схемы подачи воды сверху-вниз z = 1).

4.1.3. Количество (шт.) секций приборов

                                                                               (11)

где f_c - поверхность нагрева одной секции радиатора или ребристой трубы, экм.

4.1.4. Относительный расход воды  через прибор - отношение расхода воды через 1 экм прибора к нормальному расходу, равному 17,4 кг/(ч∙экм). Относительный расход воды вычисляют по формуле

                                           (12)

где ∆t_пр - перепад температур теплоносителя в нагревательном приборе, °С;

q_э - теплоотдача прибора, Вт∙экм.

4.1.5. Зная теплопотери и температуру помещения, легко найдем требуемое к установке количество секций, поверхность нагрева и теплоотдачу радиаторов (без надбавок на охлаждение воды в трубах).

В табл. 19-2I для радиаторов теплоотдача указана с поправкой на количество секций, результаты даны с точностью до 5,8 Вт. Возможна замена одних приборов другими при разных теплоносителях и внутренних температурах отапливаемых помещений, но при условии одинакового способа установки приборов.

Таблица 19. Коэффициент β₁ в зависимости от количества секций радиатора

Таблица 20. Коэффициент β₂, учитывающий остывание воды в трубах систем водяного отопления с насосной циркуляцией, двухтрубной системы

Таблица 21. Коэффициент β₃, учитывающий способ установки нагревательного прибора

4.2. Расчет поверхности нагревательных приборов с учетом теплоотдачи трубопроводов

При подборе количества секций радиаторов необходимо учитывать полезное тепловыделение в помещениях открыто проложенными стояками и подводками к приборам, что дает экономию в поверхности нагрева радиаторов до 8-15 %.

4.2.1. Количество теплоты Вт, дополнительно поступающее в помещение от открыто проложенного трубопровода системы отопления

q_т = π d l k_пр в_т (t_т-t_в),                                                            (13)

где d - диаметр условного прохода трубопровода, мм;

l - длина трубопровода, м;

в_т - коэффициент, зависящий от месторасположения трубопровода в помещении (табл. 22).

Таблица 22. Коэффициент в_т , зависящий от месторасположения трубопровода в помещении

Зная длину и диаметр трубы, а также ∆t_т = t_пр - t_в , вычисляют по (3) полезную теплоотдачу элементами открыто проложенных в помещении труб.

4.2.2. Расчетная теплоотдача прибора, Вт, принимается как разность между номинальной и полезной теплоотдачей труб

q_пр = q_н - q_т.                                                                           (14)

4.2.3. Установочная поверхность нагревательных приборов уменьшается на значение поверхности нагрева открыто проложенных труб в отапливаемом помещении

F_уст = F_пр - F_т.                                                                        (15)

Дополнительная полезная поверхность нагрева стальных труб при расчете отопительных приборов учитывается по табл. 22.

Для более точного определения полезной теплоотдачи открыто проложенных труб в помещении в зависимости от их месторасположения и температуры можно пользоваться номограммой [1].

4.3. Определение потерь, теряемых обратным трубопроводом

Аналогичными расчетами определяем потери, теряемые обратными трубопроводами, проложенными под полом помещений q_б по формуле (12).

4.4. Трубопроводы и арматура

4.4.1. Прокладку трубопроводов водяных квартирных систем отопления следует предусматривать открытой, за исключением трубопроводов систем водяного отопления со встроенными в конструкции зданий нагревательными элементами и стояками. Трубопроводы водяных квартирных систем отопления с естественной циркуляцией из-за малых циркуляционных давлений должны иметь минимальные местные сопротивления. В остальном они аналогичны трубопроводам, применяемым в центральных системах отопления.

4.4.2. Скорости движения теплоносителя в трубопроводах систем отопления с нагревательными приборами рассчитываются с учетом требований гидравлической и тепловой устойчивости систем по СНиП 2.04.05-86.

Скорости движения теплоносителя не должны превышать для водяных систем отопления и теплоснабжения:

а) в трубопроводах, прокладываемых в основных жилых помещениях, при условных проходах труб 10 мм - 1,5 м/с; 15 - 1,2; 20 и более - 1;

б) в трубопроводах, прокладываемых во вспомогательных жилых помещениях, - 1,5 м/с.

4.4.3. Для трубопроводов систем отопления следует применять трубы, приведенные в табл. 23, 24.

Таблица 23. Трубы для трубопроводов систем отопления (СНиП 2.04.05-86)

Примечания: 1. Для трубопроводов при скрытой прокладке, а также для элементов систем отопления, встроенных в строительные конструкции зданий и сооружений, следует применять стальные обыкновенные трубы по ГОСТ 3262-75.

2. Для арматуры и отопительных приборов допускается применять трубы, отвечающие требованиям ГОСТ 3262-75 и гнутых участков ГОСТ 10704-76.

Таблица 24. Технические и гидравлические характеристики 1 м труб систем водяного отопления

4.4.4. Запорная арматура в квартирных системах отопления состоит из вентилей на трубопроводе, через которые производятся питание системы и спуск воды из нее . В качестве такой арматуры диаметром 15-20 мм можно применять обычный проходной вентиль или вентиль «Косва» для горячей воды (с фибровыми прокладками). Линейная арматура на стояках трубопроводов и у котлов в квартирных системах отопления, как правило, не устанавливается. Эти системы обслуживаются одним котлом и имеют небольшое циркуляционное давление, поэтому местные сопротивления, в частности создаваемые линейной арматурой, по возможности уменьшают.

В качестве регулирующей арматуры для отопительных приборов могут применяться все ее разновидности.

4.5. Расширительный бак в системе отопления

В системах водяного отопления (имеющих свои расширительные сосуды) отопительные приборы работают при малых статических напорах до 7-8 м - в двухэтажных помещениях.

4.5.1. Расширительный бак в системе водяного квартирного отопления рекомендуется устанавливать в отапливаемом помещении, поэтому теплоизоляция его наружной поверхности не обязательна. Из-за отсутствия в расширительном сосуде (рис. 13) заливочного отверстия систему заполняют водой из водопровода с помощью ручного насоса. Уровень воды в сосуде определяют по водомерной трубке, верхний конец которой затянут тканью для предохранения от засорения, сообщается с атмосферой, а нижний через тройник соединен с водяным пространством. Для ручного залива системы водой расширительный сосуд должен иметь вверху заливочное отверстие. При установке расширительного сосуда за пределами квартиры, например на чердаке, его конструкция и присоединение к трубопроводу такие же, как при центральном отоплении.

Рис. 13. Расширительный сосуд:

1 - патрубок для присоединения воздушной и переливной линии; 2 - водомерное стекло (трубка); 3 - патрубок для присоединения горячей разводящей линии; 4 - патрубок для присоединения главного стояка

4.5.2. Емкость расширительного бака, л V определяют

V_Р.Б = 0,0017 q_сист,                                                                 (16)

где q_сист - максимальная теплопроизводительность генератора теплоты, Вт.

По найденной емкости подбирают размеры расширительных баков (табл. 25).

Таблица 25. Размеры сварных цилиндрических расширительных баков из листовой (3 мм) стали

4.5.3. В зарубежной практике, например, применяют чешский расширительный автоклав «Экспанзонат». Расширительный автоклав предназначен для систем центрального отопления частных домов и применяют его в качестве предохранительного устройства, позволяющего осуществлять тепловое изменение объема воды в закрытой системе, имеющей рабочую температуру до 110°С. Отопительная система должна быть защищена не только от теплового расширения воды, но еще и возможного превышения допустимого значения давления с помощью предохранительного клапана низкого давления. Существенно уменьшается коррозия системы отопления, так как закрытая система отопления предотвращает обогащение циркуляционной воды кислородом, не происходит потерь циркуляционной воды из-за выпаривания, вода в системе не меняется. Это увеличивает срок службы отопительной системы.

Расширительные автоклавы «Экспанзонат» размещают вблизи котла, т.е. нет необходимости монтировать их под потолком здания. Расширительный автоклав и соединительный трубопровод не замерзают. Изготавливают их из металлических листов, обработанных по технологии глубокой вытяжки, для всех типов исполнений объемами от 25 до 280 л, при статическом напоре воды в системе 15 м, максимальном избыточном рабочем давлении 250 кПа и температуре до 100°С. Первая часть автоклава предназначена для воды из отопительной системы, а вторая заполнена газом, находящимся под избыточным давлением, которое отмечается на табличке автоклава.

Рис. 14. Прокладка разводящих магистралей водяного отопления:

а - с естественной циркуляцией воды;
1 - в одну нитку; 2 - в две;

б - подпольные каналы;
1 - съемная железобетонная плита: 2 - лаги; 3 - кирпичная стенка; 4 - бетонная подготовка; 5 - толь; 6 - изоляция; 7 - кронштейн L 75×6; 8 - цементный раствор М300;

в - ручные воздухоотводчики;
1 - игольчатый клапан; 2 - выпуск воздуха; 3 - деталь клапана; 4 - радиаторная пробка; 5 - резина; 6 - трубная резьба; 7 -пружина для спуска воздуха; 8 - спуск воды

4.6. Прокладка трубопроводов

4.6.1. Для водяной системы отопления рекомендуют принимать следующие схемы разводки магистральных трубопроводов: в системах с естественной циркуляцией, как правило, верхнюю разводку с прокладкой разводящих трубопроводов по чердаку - по тупиковой схеме; при ширине здания до 10 м - в одну нитку, более 10 м - в две с разводкой магистралей от наружных стен не менее чем на 1 м для удобства монтажа и ремонта труб (рис. 14, а).

4.6.2. Обратные магистрали водяного отопления можно прокладывать над полом по периметру наружных стен или в подпольных каналах. При прокладке трубопроводов в непроходных подпольных каналах необходимо обеспечить доступ к трубам на случай их ремонта, для чего перекрытие каналов делается съемным (рис. 14, б). Габаритные размеры каналов позволяют прокладку изолированных труб с наружным уклоном и установкой арматуры на стояках (табл. 26, 27).

Таблица 26. Ширина каналов в_и (см) для изолированных трубопроводов

Таблица 27. Высота подпольных каналов h_и (см) для изолированных трубопроводов, проложенных с уклоном 0,003

Окончание табл. 27

Примечания: 1. В табл. 26 d_н - наружные диаметры труб (без изоляции); габаритные размеры каналов для заданных условий указаны минимальные. При диаметре стояков 40 мм высота канала увеличивается на 8 см. При высоте канала h_и < 50 см толщина кирпичной стенки δ = 12 см, при h_и >50 см, δ = 25 см (рис. 14, б),

2. При прокладке неизолированных труб размеры каналов уменьшаются: по горизонтали - на половину толщины изоляции; по вертикали - на толщину изоляции.

В низких точках обратных разводящих магистралей водяных систем отопления, в местах обводов лестничных клеток и отдельных циркуляционных колец предусматривается установка спускных кранов или тройников с пробками для удаления отдельных участков системы от воды и удаления грязи при прокладке (рис. 14, в).

4.6.3. Все трубы отопления, прокладываемые в подпольных каналах, на чердаке и других местах, где возможно замерзание воды, а также главные стояки тщательно изолируют.

4.7. Гидравлический расчет системы отопления с естественной циркуляцией воды

4.7.1. Задача гидравлического расчета трубопроводов системы отопления - выбор таких сечений трубопроводов для наиболее протяженного и нагруженного циркуляционного кольца или ветви системы, по которым при располагаемом перепаде давлений в системе обеспечивается пропуск заданных расходов теплоносителя. Располагаемый перепад давлений выражает ту энергию, которая при движении жидкости по трубам может быть израсходована на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений.

4.7.2. Чтобы обеспечить надежную циркуляцию теплоносителя в системе отопления, выполняют гидравлический расчет, в результате которого определяют диаметры трубопроводов. Для этого вычерчивают схему прокладки горячей линии системы отопления, где показаны стояки, приборы. Уклоны графически не указывают, а обозначают стрелками, направленными в соответствующую сторону. После того как схема вычерчена, устанавливают центр нагрева воды в котле (на 150 мм выше колосниковой решетки) и центр охлаждения воды в отопительных приборах (посередине прибора). Затем определяют, находится ли центр воды ниже центра ее охлаждения или наоборот, и измеряют расстояние по вертикали между указанными центрами, а также от центра нагрева воды в котле и отопительных приборах до горячего разводящего трубопровода, считая его условно проходящим на одном уровне.

Кроме того, на схему наносят перегородки между комнатами, пересекаемые трубопроводами, с указанием длины трубопровода между перегородками в каждой комнате.

4.7.3. Расчет системы начинают, как правило, с нумерации участков и определения их длины и тепловой загрузки. При нумерации участков надо иметь в виду, что стояки и горячие подводки к отопительным приборам следует выделять как отдельные участки.

При расчете следует учитывать следующее:

тепловую нагрузку на нагревательные приборы принимают с учетом расчетной теплоотдачи открыто проложенными трубопроводами

q_пр = q_н = q_т;

расчетную теплоотдачу открыто проложенными трубопроводами от их общей теплоотдачи принимают с учетом коэффициента (табл. 22);

поверхность нагревательных приборов определяют по фактической средней температуре воды, проходящей через прибор, т.е. с учетом охлаждения воды в трубах;

расчетный перепад температур в системе ∆t_с = 90 - 70 = 20°С.

4.7.4. Предварительное расчетное давление, Па

                                           (17)

где  - безразмерный коэффициент (для всех неизолированных трубопроводов или одного изолированного главного стояка равен 0,4 и для всех изолированных трубопроводов - 0,16;

h_г - высота расположения горячего разводящего трубопровода над центром нагрева воды в котле, м;

 - горизонтальное расстояние от данного вертикального стояка до главного, м;

h₁ - расстояние по вертикали от центра нагрева воды в котле до середины нагревательного прибора, м (со знаком плюс, если середина прибора выше центра нагрева воды в котле, и со знаком минус, если середина прибора ниже центра нагрева);

γ₀ - γ_г - разность плотностей воды (кг/м³), соответствующих расчетным температурам горячей t_г и охлажденной t₀ воды в системе отопления (табл. 28);

g - ускорение свободного падения.

Первое произведение в формуле (17) отражает циркуляционное давление, получающееся вследствие охлаждения воды в трубопроводах, второе - давление, обусловленное разницей в высоте расположения котла и прибора. Каждое циркуляционное кольцо в системе имеет свое давление.

Таблица 28. Плотность воды γ, кг/м³ при температуре 70-95°С через каждые 0,1°С и давлении 101, 3 кПа

Окончание таблицы 28.

4.7.5. Средние удельные потери давления (Па) на трение

                                                                    (18)

где (1 - k) - коэффициент, учитывающий долю потерь давления на трение (табл. 29);

 - длина циркуляционного кольца, м.

Таблица 29. Потери на местное сопротивление и трение в долях от общего сопротивления трубопровода

По найденному значению R_ср обычным методом предварительно рассчитывают диаметры трубопровода циркуляционного кольца нагревательного прибора.

4.7.6. Результаты расчета сводят в табл. 30.

Количество циркуляционной воды для каждого участка определяют по формуле

                                                                               (18 а)

где q_i - - тепловая нагрузка на участке трубопровода, Вт;

∆t_c - перепад температур воды в системе, °С.

Таблицу 30. Гидравлический расчет системы отопления

Окончание табл. 30

4.7.7. Устанавливают действительное циркуляционное давление, значение которого сравнивают с потерями в системе при принятых диаметрах трубопровода. Если действительное давление отличается от потерь на 0-15 %, то трубопровод оставляют без изменения согласно предварительному расчету. Если расхождение от 0 до 15 % и от 15 до 30 %, то ограничиваются изменением диаметров с тем, чтобы потери в трубопроводе составляли от 85 до 100 % циркуляционного давления, определенного по тепловому расчету. В этом случае повторного теплового расчета не требуется. При больших расхождениях между действительным давлением и потерями в системе проводят полный перерасчет системы.

Таблица 31. Коэффициенты местного сопротивления

Таблица 32. Коэффициенты местного сопротивления ξ (приближенные значения)

Таблица 33. Потери давления z_i (кг/м²) в местных сопротивлениях при расчете трубопроводов водяных систем отопления (при γ = 983,2 кг/м³; t_n = 95°С)

Продолжение таблицы 33.

Окончание таблицы 33.