Системы циркуляции

Система циркуляции теплоносителя — это сеть труб, по которым горячая вода подводится к отопительным приборам и отводится от них. Этот циркуляционный контур содержит также вспомогательные элементы: вентили, расширительный бак и т. д. Перечень элементов циркуляционного контура таков:

• котел;
• главный стояк (подающий стояк);
• разводящая магистраль;
• горячие стояки;
• обратные стояки;
• обратная магистраль;
• расширительный бак;
• сигнальная линия;
• запорные вентили.

Традиционно существуют различные схемы разводки воды по радиаторам:

• верхняя разводка и нижняя разводка;
• однотрубные системы (с подающим стояком) и двухтрубные (с подающим и обратным стояками);
• системы с горизонтальной разводкой;
• системы с попутным движением воды и тупиковые.

Рассмотрим назначение этих элементов на примере двухтрубной системы. Она существует в двух вариантах. Самый простой из них — вариант с верхней разводкой воды (рис. 83).

Верхняя разводка

Рис. 83. Циркуляционный контур с верхней разводкой: 1 — котел; 2 — главный ствол; 3 — разводка; 4 — горячие стояки; 5 — обратные стояки; 6 — обратка; 7 — расширительный бак; 8 — сигнальная линия.

Нагретая в котле вода поднимается по главному стояку и поступает в расширительный бак. Расширительный бак находится в самой верхней точке системы и служит для того, чтобы давление в системе не зависело от объема и плотности воды. Для этого в расширительном баке предусмотрен достаточный объем над зеркалом воды, причем этот объем сообщается с атмосферой (через отверстия в крышке). Конструкция расширительного бака будет описана ниже.

Разводящая магистраль — это труба, по которой горячая вода поступает к горячим стоякам. Она должна иметь небольшой уклон по ходу движения воды. Горячие (подающие) стояки проходят через все этажи дома в непосредственной близости к радиаторам (как правило, в простенках между окнами).

Обратные стояки — это особенность двухтрубной системы. По ним через все этажи вода из радиаторов (охлажденная) поступает в обратную магистраль.

Обратная магистраль также имеет уклон по ходу движения воды и служит для сбора отработанной воды и подачи ее в отопительный котел.

Сигнальная линия — это вертикальная трубка, подключенная к патрубку, врезанному в расширительный бак чуть ниже уровня зеркала воды. Вода стекает по этой трубке в воронку, подключенную к сливу, причем трубка снабжена краном. Если при открывании крана вода не течет, то это сигнализирует о недостаточном количестве воды в системе.

Запорные вентили на входе горячей воды в радиатор позволяют регулировать расход горячей воды и тем самым температуру радиатора, а также отсекать его от системы для замены или ремонта.

Как при верхней, так и при нижней разводке горячая вода поднимается вверх и поступает в разводящие магистрали, а оттуда через подающие стояки в отопительные приборы. Отдав тепло в радиаторах, вода становится тяжелее и спускается самотеком через обратные стояки в обратную магистраль. Поступая в котел, она, будучи более плотной, вытесняет горячую воду вверх. Таким образом, разность плотности (и веса) столбов горячей и холодной воды и является источником напора.

Проследим, как образуется этот напор (рис. 83). Выше верхней штриховой линии вода горячая (95°С). Ниже нижней штриховой линии отработанная вода имеет температуру 70°С.

На участке АВ (главный ствол) циркулирует горячая вода (95 °С), она еще не отдала тепла. На участке ЕЗ — отработанная вода (70 °С). Эти два вертикальных столба АВ и ЕЗ имеют разный вес (он зависит от разности температур и высоты столбов), они то и создают напор в кольце АБВГДЛЕЖЗИК, то есть в радиаторах верхнего этажа.

Для нижнего этажа (кольцо АБВГДЛМЖЗИК) напор создает разный вес столбов АБ и ЖЗ (столб ЕЖ в этом контуре не участвует). Разница температур воды и ее плотностей та же, а вот высота столбов меньше, чем для верхнего этажа.

Рис. 84. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией воды с нижней разводкой: 1 — котел; 2 — воздушная линия; 3 — разводка; 4 — горячие стояки; 5 — обратные стояки; 6 — обратка: 7 — расширительный бак; 8 — сигнальная линия.

Нижняя разводка

При нижней разводке подающая магистраль, которая питает горячие (восходящие) стояки, располагается ниже жилого помещения (в подпольном канале или в подвале). Обратные стояки присоединяются к общей обратной магистрали, проложенной еще ниже. Кроме того, как видно из рисунка 84, схему дополняет верхняя воздушная линия, которая нужна, чтобы скапливающиеся в радиаторах воздушные пузыри могли удалиться в атмосферу через расширительный бак (или специальный бак — воздухосборник).

Если рассмотреть схему с нижней разводкой, мы получим ту же картину: при двухтрубной системе радиаторы нижнего этажа работают хуже, так как для них напор воды мал. Приходится заглублять котел хотя бы на 3 м ниже этих радиаторов.

Однотрубные системы

Рассмотренная выше двухтрубная система отчасти напоминает параллельное подключение приборов (например, лампочек) в электрической цепи — фазный провод подобен горячей линии. Если следовать этой аналогии, однотрубная система напоминает последовательную электрическую цепь: отработанная вода верхнего этажа поступает в качестве горячей в батарею этажа, расположенного ниже, и т. д. Таким образом, если в двухтрубной системе на всех этажах вода на входе в радиатор имела одну и ту же температуру (95°С), но разный напор и скорость, то здесь при последовательном прохождении вода через все этажи течет с одной скоростью, а вот температура ее на верхнем этаже самая высокая, а чем ниже этаж, тем она ниже. Поэтому на нижних этажах приходится увеличивать площадь радиаторов. Можно частично исправить ситуацию, если у каждого радиатора поставить перемычку, чтобы часть горячей воды шла к нижнему этажу мимо радиатора, не остывая (рис. 85). Правда, эта маленькая хитрость не останется безнаказанной: напор и скорость циркуляции тут же несколько упадут. Почему так? Представим себе, что запорные вентили всех радиаторов перекрыты и вода от верхней магистрали движется вниз по перемычкам, минуя радиаторы, то есть не остывая. И в подающем, и в опускном стояках столбы воды имеют одинаковую температуру и плотность. Напора нет. И наоборот, если убрать перемычки и пропускать воду последовательно через радиаторы, вода будет остывать и тяжелеть от радиатора к радиатору. У радиаторов нижнего этажа самая неблагодарная роль — тепла им достается меньше, а работы по созданию напора — столько же.

Рис. 85. Однотрубный циркуляционный контур: 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительная труба; 4 — расширительный бак; 5 — верхняя разводка; 6 — воздухосборник; 7 — обратные стояки; 8 — обратная линия;
9 — насос.

Рис. 86. Однотрубный циркуляционный контур с перемычками у радиаторов: 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительная труба; 4 — расширительный бак; 5 — верхняя разводка; 6 — воздухосборник; 7 — обратные стояки; 8 — обратная линия; 9 — насос.

Отметим, что в однотрубных системах подъемный трубопровод следует защищать от теплопотерь, иначе снизится разность температур и напор. А вот опускные трубы утеплять не надо — остывая в них, вода становится тяжелее, что способствует увеличению напора.

Следует упомянуть однотрубные системы с горизонтальной проточной системой.

Все отопительные приборы каждого этажа объединены в общую линию. Система эта проста в монтаже, требует меньшего количества труб, не нужны стояки у каждой батареи. Но, к сожалению, она неудобна в эксплуатации, так как склонна к образованию воздушных пробок (см. рис. 87).

Рис. 87. Однотрубный контур с горизонтальной проточной системой: 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4 — расширительная труба; 5 — насос.

Длина циркуляционных колец

Если рассмотреть схему с несколькими стояками, то нетрудно видеть, что чем дальше стояк от котла, тем длиннее проходящее через него циркуляционное кольцо. Поскольку гидравлическое сопротивление колец окажется также разным, ближние стояки получат преимущество в скорости протекания воды и количества тепла.

Избежать указанного недостатка можно с помощью так называемой схемы с попутным движением (рис. 88), где длина всех колец одинакова.

Рис. 88. Система водяного отопления с попутным движением воды: 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4 — воздухосборник; 5 — подающие стояки; 6 — обратные стояки; 7 — обратная линия; 8 — расширительная труба; 9 — насос.

Принудительная циркуляция

Мы видим, что естественная циркуляция воды в системе плохо справляется в том случае, когда стояки с горячей и остывшей водой имеют малую высоту — напор тоже становится мал. Это существенно, например, для радиаторов первого этажа, если в доме нет подвала и котел находится на том же уровне, что и радиаторы.

В этой ситуации имеет смысл использовать циркуляционный насос, который и создает необходимый напор. Такой насос предпочтительно ставить в обратной магистрали, там, где вода охлаждена, — это увеличивает его срок службы.

Расширительный бак, как и насос, подключают к обратной магистрали, а к самой высокой точке разводки подключают воздухосборник.

Рис. 89. Система принудительной циркуляции с верхней (а) разводкой: 1 — котел; 2 — подающая линия; 3 — расширительный бак; 4 — сигнальная линия; 5 — подающая линия (верхняя магистраль); 6 — воздушная линия; 7 — воздухосборник; 8 — подающие стояки; 9 — обратные стояки; 10 — обратная магистраль; 11 — насос; 12 — расширительная труба.

Рис. 89. Продолжение. Система принудительной циркуляции с нижней (б) разводкой: 1 — котел; 2 — подающая линия; 3 — расширительный бак; 4 — сигнальная линия; 5 — подающая линия (верхняя магистраль); 6 — воздушная линия; 7 — воздухосборник; 8 — подающие стояки; 9 — обратные стояки; 10 — обратная магистраль; 11 — насос; 12 — расширительная труба.

В качестве циркуляционного насоса по своим параметрам хорошо подойдет малошумящий горизонтальный центробежный насос — у него достаточная производительность и не слишком большой напор. Отечественная промышленность предлагает насосы ЦНИПС и УВС.

Итак, выгоды применения насосной циркуляции таковы:

• равный напор на всех этажах;
• достаточный напор на первом этаже при отсутствии подвала;
• возможность подавать горячую воду достаточно далеко от котла;
• возможность уменьшения диаметра трубопроводов (и тем самым их стоимости).

Недостаток у насосной схемы один — зависимость от бесперебойного электроснабжения дома.

Какую систему выбрать?

Как мы убедились, существует немало схем разводки горячей воды по отопительным приборам дома. Каким из них следует отдать предпочтение в случае индивидуального малоэтажного загородного дома? Однозначного ответа нет — выбор зависит от ряда конструктивных особенностей жилища.

Расширительный бак

Напомним, что расширительный бак необходим в циркуляционной системе для исключения роста давления (из-за ее расширения при нагреве). При этом он выполняет следующие функции:

• принимает излишек объема воды при ее расширении;
• восполняет убыль объема воды из-за остывания, утечек или испарения;
• служит воздухосборником в системах с естественной циркуляцией для удаления воздушных пузырей (воздух, растворенный в холодной воде — около 0,04 г/литр, — выделяется при ее нагреве).

Рис. 90. Устройство расширительного бака системы водяного отопления (размеры в мм): 1 — расширительный (входной) патрубок; 2 — корпус бака (нерж. сталь толщиной 1 мм); 3 — крышка бака; 4 — переливной патрубок (соединен шлангом с воронкой сливной магистрали, соединение негерметично, что обеспечивает связь с атмосферой); 5 — сигнальный патрубок (соединен с сигнальной трубой); 6 — циркуляционный патрубок (из него вода поступает в циркуляционный контур); 7 — сливной штуцер с пробкой.

Расширительный бак можно приобрести, но лучше изготовить в соответствии с необходимым объемом и запланированным местом размещения. Форма бака может быть любой, хотя проще всего в изготовлении цилиндрический бак. В качестве материала лучше всего подойдет нержавеющая сталь.

Сначала нужно определить объем расширительного бака. Для этого необходимо рассчитать объем воды в системе:

Vc = V+N * Vрад + L * Vтр.

Эта формула означает, что полный объем воды в системе складывается из емкости котла Vкотла, емкости всех радиаторов ( N — число радиаторов, Vрад — объем одного радиатора) и емкости всех труб (L — общая длина труб. Vтр — емкость одного метра трубы).

Колебания объема воды в системе составляют:

dVс = 0,0375 Vс

Полезный объем бака можно принять равным 0,04Vс, то есть четыре процента от общего объема воды в системе.

Выбирая размеры бака, следует помнить, что его полезный объем — это произведение площади основания на полезную высоту h, которая меньше полной высоты Н.

Конструкция расширительного бака показана на рис. 90.

Расширительный бак обычно устанавливают на чердаке, рядом с водонапорным баком системы водоснабжения, в теплоизолирующий короб (см. рис. 56).

Мембранный расширительный бак

Промышленность выпускает расширительный бак иной конструкции. Мембранный расширительный бак состоит из двух частей — водяного объема и воздушного объема, — разделенных частичной мембраной. При изменении объема воды в системе за счет изгиба мембраны изменяется соотношение воздушного и водяного объемов бака. Преимущество этой конструкции в том, что такой бак можно устанавливать не на чердаке, а внизу, рядом с котлом.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

---

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

• Проект коттеджа F-101-1S
• Облицовка природным камнем
• Экран из ржавой металлической сетки