Меню

Безопасность при проектировании системы отопления

ZANYDное Проектирование систем отопления. Основные принципы работы и «подводные камни» Часть третья

Запись дневника создана пользователем zanyda, 09.03.15
Просмотров: 5.129, Комментариев: 1

ZANYDное Проектирование систем отопления. Основные принципы работы и «подводные камни». Часть третья.

Основные требования к системам отопления

Трубопроводы систем отопления, теплоснабжение воздухонагревателей и систем вентиляции, кондиционирования, воздушного душирования и воздушно-тепловых завес (далее трубопроводы систем отопления) следует проектировать из стальных, медных, латунных труб, термостойких труб из полимерных материалов (в том числе металлополимерных, из стеклопластика), разрешенных к применению в строительстве соответствующих систем. В комплекте с полимерными трубами следует принимать соединительные детали и изделия соответственно примененному типу труб. Трубы из полимерных материалов, применяемые в системах отопления вместе с металлическими трубами или с приборами и оборудованием, которые имеют ограничение относительно содержания кислорода в теплоносителе, должны иметь антидиффузионый слой.

Тепловую изоляцию следует предусматривать для трубопроводов систем отопления, проложенных в неотапливаемых помещениях, в местах, где возможно замерзание теплоносителя, в искусственно охлаждаемых (проветриваемых) помещениях, а также для предупреждения ожогов и конденсации влаги на них. Для других случаев теплоизоляцию трубопроводов следует предусматривать при экономическом обосновании.

Для тепловой изоляции следует применять теплоизоляционные материалы с теплопроводностью не больше 0,05 Вт/(м °С) и толщиной, обеспечивающей на поверхности температуру не выше 40 °С.

Дополнительные потери теплоты трубопроводами в неотапливаемых помещениях не должны превышать 3 % от теплового потока системы отопления.

Потери теплоты при размещении отопительных приборов возле внешних ограждений не должны превышать 7 % тепловой мощности отопительного прибора.

Скорость движения теплоносителя в трубах систем водяного отопления следует принимать в зависимости от допустимого эквивалентного уровня звука в помещении:

а) выше 40 дба – не более 1,5 м/с в общественных зданиях; не более 2 м/с – в административно-бытовых зданиях; не больше 3 м/с – в производственных зданиях;

б) 40 дба и ниже — не более 1,0 м/с в общественных зданиях; не более 1,25 м/с – в административно-бытовых зданиях; не больше 1,5 м/с – в производственных зданиях;

Эквивалентную шероховатость внутренней поверхности стальных труб систем отопления и внутреннего теплоснабжения следует принимать не менее: для воды и пара — 0,2 мм, конденсата — 0,5 мм.

Эквивалентную шероховатость внутренней поверхности труб из полимерных материалов и медных (латунных) труб следует принимать не меньше 0,01 и 0,11 мм соответственно.

Прокладка трубопроводов отопления должна выполняться, как правило, скрытой: в плинтусах, за экранами, в штробах, шахтах и каналах. Допускается открытая прокладка металлических трубопроводов, а также пластмассовых в местах, где исключается их механическое и термическое повреждение и прямое влияние ультрафиолетового излучения.

Способ прокладки трубопроводов должен обеспечивать легкую замену их при ремонте. Замоноличивание труб (без кожуха) в строительные конструкции допускается: в домах со сроком службы меньше 20 лет; при расчетном времени службы труб 40 лет и более. При скрытой прокладке трубопроводов следует предусматривать люки в местах расположения разборных соединений и арматуры. Системы трубопроводов из полимерных материалов должны отвечать указанным относительно монтажа пластмассовых труб в системах отопления согласно требованиям производителя. Прокладка транзитных трубопроводов систем отопления не допускается через помещения хранилищ, электротехнические помещения, пешеходные галереи и туннели.

На чердаках допускается установка расширяющих баков систем отопления с тепловой изоляцией из не горючих материалов.

В системах отопления следует предусматривать устройства для их опорожнения: в домах с количеством этажей 4 и больше. На каждом стояке следует предусматривать арматуру для наполнения и слива со штуцерами для присоединения шлангов. Арматуру и дренажные устройства, как правило, не следует размещать в подпольных каналах.

Не допускается прокладывать трубы из полимерных материалов в помещениях категории Г, а также в помещениях с источниками тепловых излучений с температурой поверхности больше 150 °С.

Трубопроводы в местах пересечения перекрытия, внутренних стен и перегородок следует прокладывать в гильзах из не горючих материалов; концы гильз должны быть на 30 мм выше поверхности чистого пола.

Удаление воздуха из систем отопления при теплоносителе «вода» следует предусматривать в верхних точках. В системах водяного отопления следует предусматривать, как правило, проточные воздухосборники или краны. Не проточные воздухосборники допускается предусматривать при скорости движения воды в трубопроводе меньше 0,1 м/с.

Трубы, фасонные детали и соединения должны выдерживать без разрушения и потери герметичности:

а) пробное давление воды, превышающее рабочее давление в системе отопления в 1,5 раза, но не меньше 0,6 МПа, при постоянной температуре воды 95 °С;

б) постоянное давление воды, равное рабочему давлению воды в системе отопления, но не меньше 0,4 МПа, при расчетной температуре теплоносителя, но не ниже 80 °С.

Гидравлические испытания пластмассовых трубопроводов должны предусматриваться при давлении, превышающем рабочее в 1,5 раза, но не менее 0,6 МПа, при постоянной температуре воды на протяжении не менее 30 мин.

Трубопровод, в котором падение давления не превышает 0,06 МПа на протяжении первых 30 мин и в дальнейшем падение давления на протяжении 2 часов не превышает 0,02 МПа считается пригодным к эксплуатации. При проектировании систем центрального водяного отопления из пластмассовых труб следует предусматривать приборы автоматического регулирования с целью защиты трубопроводов от превышения параметров теплоносителя.

* при проектировании необходимо помнить, что при использовании пластмассовых труб температурное расширение больше, чем стальных;

* при использовании некоторых материалов в системе отопления (например — пластмассовых труб или алюминиевых радиаторов) нужно обеспечить указанные производителем требования к химическому составу теплоносителя;

* увеличение терморегуляторов, обслуживаемых одним регулятором расхода или давления более 7 может вызвать сложности при гидравлической увязке системы (на первых по ходу теплоносителя терморегуляторах будет наблюдаться избыток давления, а на крайних – недостаток);

* необходимо предусматривать 10-ти процентный запас по мощности подбираемых радиаторов при установке радиаторных термостатов.

ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Основными элементами, которые формируют температурный режим отапливаемого помещения, являются нагревательный прибор и терморегулятор.

При этом терморегулятор управляет работой нагревательного прибора количественным методом регулирования, что требует рассмотрения соответствия с теплотехнической точки зрения режима работы терморегулятора и нагревательного прибора. Не окончательно решен также вопрос об области влияния на параметры микроклимата расположение нагревательного прибора (при различных системах отопления), а в гидравлических расчетах не выполняется учет распределения теплоносителя в самих нагревательных приборах.

Вот некоторые результаты теоретических исследований по следующим вопросам:

1. Взаимодействие терморегулятора с нагревательным прибором с учетом инерционности последнего.

2. Изменение области влияния нагревательного прибора на распределение температуры в помещении при работе различных систем отопления.

3. Распределение теплоносителя в нагревательном приборе при различных типах подачи и отвода теплоносителя и изменении скорости входа последнего в нагревательный прибор

Влияние расположения нагревательного прибора на формирование микроклимата помещения

Поскольку система отопления не является самоцелью, а призвана обеспечивать тепловой комфорт в помещении, то представляет интерес рассмотрение работы такой системы в условиях динамического изменения ряда условий и параметров: инфильтрации наружного воздуха, работы вытяжных систем вентиляции, наличия перепада температуры между стенками и воздухом помещения (при этом перепад температур изменяется от внутренних стен к наружным). То есть распределения температуры, плотности и давления в объеме отапливаемого помещения при работе различных систем отопления, а именно: как влияет инфильтрация наружного воздуха, вытяжная вентиляция, температура стен, нагревательных приборов на работу систем отопления и распределение указанных параметров в помещении:

— с радиаторной системой отопления при расположении нагревательного прибора под окном;

— с системой отопления «теплый пол»;

— при применении комбинированной системы (радиатор и теплый пол).

В качестве граничных условий задавались – ограждающие конструкции (внутренние стенки с температурой на 5 градусов ниже температуры внутреннего воздуха (20 °С), внутренняя поверхность наружной стены – на 8 °С), отопительный прибор, температура поверхности которого принималась равной 50 °С, инфильтрация наружного воздуха учитывалась созданием перепада давления в месте расположения оконного проема в 20 Па и задавалась температура наружного воздуха = — 20 градусов, температура пола, при использовании его в качестве отопительного прибора принималась равной 27 град. Кроме этого во всех случаях учитывалась скорость движения внутреннего воздуха – 0,3 м/с и удаление воздуха из помещения (на стенке создавался перепад давления 10 Па при температуре, равной внутренней).

Регулирование тепловой мощности отопительного прибора радиаторными терморегуляторами

В связи с тем, что терморегулятор должен быть установлен на каждом нагревательном приборе, представляет интерес анализ взаимодействия этих двух элементов с точки зрения их эффективной работы и исключения ошибок при проектировании систем водяного отопления.

Как отмечалось ранее, по величине тепловой инерции нагревательные приборы подразделяют на приборы малой тепловой инерции, имеющие малый вес и водоёмкость на единицу площади, изготовленные из материалов с высоким коэффициентом теплопроводности (конвекторы, металлические и биметаллические штампованные радиаторы), и большой тепловой инерции соответственно с большой массой материала и водоёмкостью на единицу площади и низким коэффициентом теплопроводности материала, из которого они изготовлены (чугунные радиаторы, чугунные ребристые трубы, отопительные панели «теплый пол» и т.д.).

Терморегуляторы, как элемент системы отопления, изменяют количество теплоносителя, поступающего в нагревательный прибор, в зависимости от изменения температуры воздуха в помещении.

То есть, нагревательные приборы малой инерционности быстрее нагреваются и остывают при изменении расхода теплоносителя, проходящего через них. При эксплуатации систем отопления с терморегуляторами использование таких отопительных приборов является более эффективным, чем использование приборов с большой инерционностью.

Однако, нагревательные приборы большой инерционности, как правило, дешевле и более долговечны, что определяет их распространение. Кроме того, в настоящее время все большее распространение получают, так называемые, периодические системы отопления, основанные на аккумуляции тепла нагревательными приборами (например, при использовании нагревательных элементов в ограждающих конструкциях).

В связи с этим возникает вопрос о сопоставлении времени полного закрытия терморегулятором подачи теплоносителя в нагревательный прибор с временем остывания самого нагревательного прибора.

Данные о времени полного закрытия терморегулятора приняты в соответствии с требованиями нормативных документов до 40 мин (EN – 215), что согласовывается с данными, приведенными в каталогах ведущих фирм–производителей терморегуляторов.

Время остывания нагревательного прибора определялось по темпу (скорости) остывания нагревательного прибора, достаточно обоснованные данные о которых приведены в .

Анализ приведенного графика показывает, что терморегуляторы наиболее эффективно работают в случае установки конвекторов и стальных, алюминиевых, биметаллических радиаторов. В случае установки терморегуляторов на чугунные радиаторы при изменении температуры внутреннего воздуха (например, при повышении) произойдет полное закрытие потока теплоносителя в нагревательный прибор, поскольку время остывания последнего значительно больше времени полного закрытия клапана терморегулятора. То есть регулирование в данной системе будет осуществляться в двух позициях – клапан терморегулятора либо полностью открыт, либо закрыт, что уменьшает эффективность регулирования. Что же касается систем отопления с нагревательными элементами в стене или перекрытии, то в данном случае целесообразно использовать качественное регулирование в котельном агрегате. (температура подачи теплоносителя).

Задачи гидравлического расчета системы отопления

Гидравлический расчет наряду с использованием и правильной установкой регулирующей арматуры в современных системах отопления является гарантией эффективной работы. Основные моменты эффективной работы системы отопления заключаются в:

— подаче теплоносителя к отопительным приборам в количестве, достаточном для обеспечения теплового баланса помещений при изменяющейся температуре наружного воздуха и задаваемой пользователем помещения температуры внутреннего воздуха (в пределах нормируемой для данного функционального назначения помещения);

— минимизации эксплуатационных затрат, в том числе энергетических, на преодоление гидравлического сопротивления системы;

— минимизации капиталовложений при строительстве системы отопления, зависящей, в том числе, от принятых диаметров трубопроводов;

— бесшумности, надежности и стабильности работы системы отопления.

Для обеспечения соответствия систем отопления перечисленным требованиям следует решить следующие задачи, которые реализуются в процессе гидравлического расчета:

1. определить диаметры трубопроводов на участках системы отопления с учетом рекомендованных и экономически целесообразных скоростей движения теплоносителя;

2. рассчитать гидравлические потери давления на участках системы;

3. выполнить гидравлическую увязку параллельных приборных и других ветвей системы, с использованием регулирующей арматуры для динамической балансировки при нестационарных тепловых и гидравлических режимах работы системы отопления;

4. определить потери давления и расход теплоносителя в системе отопления.

Гидравлический расчет является наиболее сложным, трудоемким и важным этапом при проектировании водяных систем отопления .

Перед его проведением должны быть выполненными следующие расчетно-графические работы:

определен тепловой баланс отапливаемых помещений;

-выбран тип отопительных приборов или теплообменных поверхностей и выполнено их размещение в отапливаемых помещениях на планах здания;

-приняты принципиальные решения по конфигурации системы водяного отопления (размещению источника теплоты, трассировке магистральных трубопроводов и приборных веток), типу используемых трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры (вентилей, кранов, клапанов и регуляторов давления, расхода, терморегуляторов);

-вычерчена схема системы отопления (желательно аксонометрическая) с указанием номера, тепловых нагрузок и длин расчетных участков;

-определено главное циркуляционное кольцо — замкнутый контур, который включает последовательные участки трубопроводов с максимальным расходом теплоносителя от источника тепловой энергии к наиболее отдаленному отопительному прибору (для двухтрубной системы) или приборной ветке-стояку (при однотрубной системе) и назад к источнику теплоты.

Определение диаметров трубопроводов на участках системы отопления

Для распределения теплоносителя между отопительными приборами в системах отопления используют трубопроводы выполненные из черной и нержавеющей стали, меди, различных модификаций полиэтилена PE-Х, полипропилена PP, полибутилена PB, а также многослойных труб PE-Xс-Al-PE-X и др.

Основными технико-экономическими требованиями при определении диаметров трубопроводов в системах отопления являются:

-минимизация эксплуатационных затрат на преодоление гидравлического сопротивления при циркуляции теплоносителя в системе;

-минимизация капитальных затрат при строительстве на трубопроводы и запорно-регулирующую арматуру принятых диаметров.

Для удовлетворения первого из требований, диаметры трубопроводов и установленной регулирующей арматуры должны быть в пределах обеспечения минимальной скорости движения теплоносителя 0,2 — 0,25 м/с, необходимой для удаления пузырьков воздуха, которые способны образовывать воздушные пробки.

Малые скорости движения теплоносителя приводят к увеличению диаметров трубопроводов и, как следствие, к ряду отрицательных моментов при строительстве и эксплуатации систем водяного отопления:

-увеличение материалоемкости (металлоемкости) системы;

-увеличение стоимости системы отопления;

-увеличению количества (объема) теплоносителя в системе;

-снижение быстродействия системы (увеличение тепловой инерции).

Для обеспечения минимизации капитальных затрат по второму экономическому условию -диаметры трубопроводов и арматуры должны быть наименьшими, но не приводящими при расчетном расходе теплоносителя к появлению гидравлических шумов в трубопроводах и запорно-регулирующей арматуре системы отопления, которые возникают при значениях скорости теплоносителя 0,6 – 1,5 м/с в зависимости от величины коэффициента местного сопротивления .

Очевидно, что при противоположной направленности приведенных требований к величине определяемого диаметра трубопровода существует область целесообразных значений скорости движения теплоносителя. Как показывает опыт строительства и эксплуатации систем отопления, а также сопоставление капитальных и эксплуатационных затрат, оптимальная область значений скоростей движения теплоносителя находится в пределах 0,3…0,7 м/с. При этом удельные по 179 тери давления будут составлять 45…280 Па/м для полимерных трубопроводов и 60…480 Па/м для стальных водогазопроводных труб.

Учитывая более высокую стоимость трубопроводов из полимерных материалов, целесообразно придерживаться более высоких скоростей движения теплоносителя в них для предотвращения увеличения капиталовложений при строительстве. При этом эксплуатационные затраты (гидравлические потери давления) в трубах из полимерных материалов в сравнении со стальными трубами будут меньше или оставаться на том же уровне благодаря значительно более низкой величине коэффициента гидравлического трения.

Для определения внутреннего диаметра трубопровода dвн на расчетном участке системы отопления при известном транспортируемом тепловом потоке и разности температур в подающем и обратном трубопроводах Δtсо = 90 — 70 = 20 °С (для двухтрубных систем отопления) или расходе теплоносителя удобно пользоваться таблицей 14.1.

Дальнейший выбор трубопроводов для инженерных систем жизнеобеспечения, в том числе и отопления, заключается в определении типа трубы, которая при планируемых условиях эксплуатации обеспечит максимальную надежность и долговечность. Столь высокие требования объясняются тем, что трубопроводы систем горячего и холодного водоснабжения, отопления, теплоснабжения установок вентиляции и кондиционирования воздуха, газоснабжения и других инженерных систем проходят практически через весь объем здания. Стоимость трубопроводов всех инженерных систем в сравнении со стоимостью здания менее 0,1%, а авария или замена трубопроводов при их сроке эксплуатации менее срока эксплуатации здания приводит к значительным дополнительным затратам на косметический или капитальный ремонты, не говоря о возможных убытках при аварии на восстановление оборудования и материальных ценностей, находящихся в здании.

Гидравлическая увязка циркуляционных колец

Очевидно, что общее количество теплоносителя системы отопления распределяется по циркуляционным кольцам таким образом, что потери давления на перемещение соответствующих количеств теплоносителя в соответствующих кольцах равны между собой в точках сопряжения колец. Таким образом, для распределения теплоносителя в соответствии с тепловыми нагрузками циркуляционных колец системы отопления, необходимо выполнить гидравлическую увязку за счет обеспечения одинаковых потерь давления в кольцах для расходов теплоносителя, обусловленных текущей тепловой нагрузкой кольца.

Для выравнивания гидравлических потерь в кольцах системы отопления используется балансировочная арматура ручного или автоматического регулирования, выпускаемая ГЕРЦ Арматурен и другими производителями.

Практический опыт и результаты гидравлических испытаний, проведенные производителями балансировочной арматуры, позволяют сделать выводы о том, что с целью получения максимального эффекта гидравлического регулирования и обеспечения эффективной работы радиаторных термостатов (радиаторный термостатический клапан (РТК), оборудованный термостатической головкой — РТ) балансировочная арматура должна размещаться наиболее близко к приборным веткам при установке РТ на отопительных приборах.

Исследования также показали, что при установке РТ или при ручном регулировании теплового потока радиаторов система отопления большую часть отопительного периода работает в динамическом режиме. При использовании ручных балансировочных вентилей в двухтрубных системах происходит перераспределение теплоносителя из перекрываемого отопительного прибора на соседние отопительные приборы приборной ветки-стояка. Это приводит к снижению энергетической эффективности использования РТ.

В однотрубных системах при перекрытии клапана на одном из отопительных приборов приборной ветки-стояка наблюдается снижение общего расхода теплоносителя в стояке и на всех отопительных приборах, что приводит к снижению температуры в отапливаемых помещениях до начала реакции термостатических головок на клапанах отопительных приборов.

Современные системы отопления имеют принципиально иной подход к регулированию – это не процесс наладки перед пуском с последующей работой в постоянном гидравлическом режиме, это системы с постоянно изменяющимся тепловым режимом в процессе эксплуатации, что соответственно требует оборудования для отслеживания этих изменений и реагирования на них. Новые подходы, решения, материалы и конструкции в системах отопления развивают эти и без того сложнейшие и динамические системы. В этих условиях специалисты должны владеть многообразием и спецификой применения современной регулирующей арматуры для реализации высокотехнологичных и энергоэффективных систем отопления с оптимизированными капитальными затратами. Думаю теперь многим стало чуть чуть понятнее что от чего, и почему.
Все это взято из пособия
Зайцев О. Н., Любарец А. П. «ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ» от фирмы «HERZ Armaturen Ges.m.b.H.»
Убраны многие ненужные формулы, которые пугают обычного человека .
И мешают ему оценить суть написанного полное Пособие по «Проектированию Систем Водяного Отопления » добавлю чуть позже весит оно 9 Мб. Поэтому форум сильно ругается при загрузке.

ZANYDное Проектирование систем отопления. Основные принципы работы и «подводные камни». Часть вторая

«Приклеил» внизу подлинник автора в PDF. Так что особо любознательные могут почитать в полностью а заодно и просчитать.

Читайте также:  Как измеряются радиаторы отопления
Adblock
detector