Двухтрубные системы отопления: плюсы и минусы

1.4 Двухтрубные системы отопления: плюсы и минусы

В современной практике проектирования отопительных систем для коттеджей накоплено огромное количество схем отопления. Существуют однотрубные и двухтрубные системы отопления; и те и другие подразделяются на вертикальные и горизонтальные; к двухтрубным относятся также коллекторные системы.

 Двухтрубные системы предполагают присоединение к отопительным приборам сразу двух трубопроводов - прямого и обратного. Вода, охлажденная в каждом из радиаторов, не поступает в другой отопительный прибор, а направляется непосредственно в котел по обратному трубопроводу. В результате температура воды на входе в каждый из радиаторов примерно одинакова, что позволяет использовать приборы одного размера. Двухтрубные системы лишены недостатков, свойственных однотрубной разводке. Диаметры подающей и обратной труб, а также типоразмеры соединений здесь меньше, чем в однотрубных системах. Поэтому двухтрубные системы лучше смотрятся при открытой прокладке и более удобны при выполнении скрытой, то есть в бетонной стяжке пола или в (специальной нише, которая выдалбливается в стене, а потом заштукатуривается). Двухтрубные системы дают возможность регулировать теплоотдачу в комнате, для него на каждом радиаторе устанавливается термостатический вентиль, который осуществляет этот процесс автоматически.

Горизонтальные двухтрубные системы бывают с верхней и нижней разводкой. Нижняя разводка дает еще одно преимущество: участки системы отопления можно вводить в строй поэтапно, по мере строительства этажей. Вертикальные двухтрубные системы могут использоваться в домах с переменной этажностью. Конечно, любая из разновидностей двухтрубных систем обойдется дороже, чем однотрубная горизонтальная разводка, но ради комфорта и современного дизайна интерьера стоит отдать предпочтение двухтрубной системе.

II. Технологическая часть

Основные схемы закрытых насосных водяных систем отопления

1. Система отопления - двухтрубная вертикальная.

Требует балансировку вертикальных стояков. Обеспечивает хорошую гидравлическую и тепловую устойчивость.

2. Система отопления - однотрубная вертикальная.

Экономит материалы за счет потери гидравлической устойчивости.

3. Система отопления - однотрубная горизонтальная.

4. Система отопления - двухтрубная горизонтальная.

Требует балансировку горизонтальных петель. Обеспечивает хорошую гидравлическую и тепловую устойчивость.

5. Система отопления - двухтрубная горизонтальная распределительная.

Предусматривает размещение на каждом этапе распределительного шкафа, к которому индивидуально подключаются все радиаторы отопления. В качестве подводящих труб используются металлопластиковые трубы отопления с фирменной соединительной и запорной арматурой.

Такие схемы отопления обеспечивают надежный монтаж систем отопления, гибкость при изменении схемы отопления в процессе эксплуатации, простую и надежную наладку системы отопления, и ее гидравлическую и теплотехническую устойчивость.

6. Отопление напольное (теплые полы).

Тип водяного отопления, в котором в качестве отопительных приборов используются уложенные в конструкциях полов по специальной технологии греющие элементы (змеевики) выполненные из полимерных трубопроводов без изоляции – это теплые полы. Греющие элементы подключаются, как правило, по распределительной схеме отопления, т.е. к распределительным коллекторам – каждый контур независимо. В такой системе отопления обязательна автоматика поддержания температуры теплоносителя не более 55ºС.

2.1 Горизонтальные двухтрубные системы

Горизонтальные двухтрубные системы (см. рис.1) бывают с верхней и нижней разводкой. Нижняя разводка дает еще одно преимущество: участки системы отопления можно вводить в строй поэтапно, по мере строительства этажей. Вертикальные двухтрубные схемы могут использоваться в домах с переменной этажностью. Конечно, любая из разновидностей двухтрубных схем обойдется дороже, чем однотрубная горизонтальная разводка, но ради комфорта и современного дизайна интерьера стоит отдать предпочтение двухтрубной схеме.

Рис. 1. Схема горизонтальной двухтрубной системы отопления.

1 - стояк;

2 - нагревательные приборы;

3 - регулирующий кран;

4 - выпуск воздуха.

5 -регулирующая арматура

6 - магистраль обратной воды.

Горизонтальные схемы применяются в зданиях большой протяженности. Магистрали горизонтальных схем прокладываются в удобных местах, обычно во вспомогательных помещениях.

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

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

Расчет тепловых потерь дома должен быть выполнен на каждое помещение в отдельности, с учетом количества окон, дверей, внешних стен. Необходимые данные для расчета теплопотерь: толщина стен и перекрытий, материал, использованный при их возведении; конструкция кровельного покрытия и использованные материалы;

- тип фундамента и материал, использованный при его возведении;

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

- количество и толщина стяжек пола.

Важно учесть наличие в конструкциях теплоизолирующего слоя, его состав и толщину. Иногда подбор осуществляется по укрупненным вычислениям, в зависимости от объема помещения. У комнат с одинаковым объемом могут быть разные показатели по теплопотерям, если одна является угловым, а другая смежным или внутренним помещением, расположенным в южной или северной части дома, и т. д.

Таким образом, чтобы избежать недостаточного нагрева помещений, застройщики используют традиционный принцип «много - не мало». В этом случае наращивается количество радиаторов, стоимость возрастает эквивалентно их запасу по мощности, что увеличивает общий объем системы, а значит, размер мембранного бака, мощность циркуляционного насоса и количество потребляемого электричества. Эксплуатация системы отопления с повышенной теплоотдачей приведет к перегреву дома и искусственному увеличению теплопотерь. Гидравлический расчет трубопроводов - важная составляющая комплекса инженерных расчетов. Необходимо определить сопротивление планируемой системы, диаметры трубопроводов, мощность насоса для циркуляции теплоносителя в системе

2.2 Вертикальные двухтрубные системы

В западном мире наибольшее распространение получили не однотрубные, а двухтрубные системы отопления. В двухтрубной системе (рис. 1, 2, 3) каждый нагревательный прибор присоединяется к двум трубам: по одной подводится горячая вода, а по другой уходит охлажденная вода, при этом все отопительные приборы оказываются принципиально параллельны и равноправны по отношению друг другу. В зависимости от места прокладки магистральных трубопроводов системы подразделяются на системы с верхней разводкой (см. рис. 2), если горячая (подающая), магистраль проходит выше всех отопительных приборов, и с нижней разводкой (см. рис.3), когда и подающая и обратная магистрали проходят ниже всех нагревательных приборов.

Рис. 2. Двухтрубная вертикальная система водяного отопления с верхней разводкой.

На рисунке 2 приведена схема вертикальной двухтрубной системы отопления с верхней разводкой с односторонним и двухсторонним присоединением нагревательных приборов. Горячая вода из теплового пункта подается в главный стояк, затем по горизонтальной магистрали разводится к стоякам и от них к нагревательным приборам. Охлажденная вода из нагревательных приборов собирается в общий обратный стояк и далее через обратную магистраль поступает в тепловой пункт. Горизонтальные магистрали прокладываются с уклоном 0,002. Уклоны горизонтальных труб должны обеспечить выход воздуха из системы к верхним точкам, где он будет удален через воздухоотводчики.

По расположению труб, соединяющих нагревательные приборы, системы делятся на вертикальные, когда приборы присоединяются к вертикальному стояку, и горизонтальные, когда приборы присоединяются к горизонтально расположенным трубопроводам.

Рис. 3. Двухтрубная вертикальная система водяного отопления с нижней разводкой.

1 - магистраль горячей воды;

2 - стояки горячей воды;

3 - стояки обратной воды;

4 - краны у приборов;

5 - нагревательные приборы;

6 - выпуск воздуха;

7 - обратная магистраль.

В системе с нижней разводкой магистральная пиния располагается в нижней части системы.

Движение воды по стоякам происходит снизу верх. Удаление воздуха из системы осуществляется через воздушные краны, устанавливаемые на верхних нагревательных приборах, или с помощью автоматических воздухоотводчиках, устанавливаемых на стояках или специальных воздушных линиях.

В отличие от однотрубных систем, двухтрубные системы напрямую экономят тепло. В том случае, если помещение перегрето, термостат уменьшает или прекращает доступ теплоносителя в прибор. Если теплоноситель, который не поступил в прибор, попадет в прибор соседнего помещения, то он перегреет это помещение и термостат этого помещения прикроется. Таким образом, излишний теплоноситель из циркуляции исключается. В режиме минимум в двухтрубную систему поступает теплоноситель, циркулирующий только по нерегулируемым стоякам (лестничные клетки, лифтовые холлы, межквартирные коридоры). В этом отношении двухтрубные системы более прогрессивны, чем однотрубные.

Для обеспечения необходимой тепловой и гидравлической устойчивости в узлах обвязки нагревательных приборов устанавливаются термостаты, способные дросселировать значительную потерю давления. Из теории автоматизации известно, что для качественной работы регулирующего органа его авторитет (отношение потери давления в регуляторе к потере давления на регулируемом участке) должен быть в пределах 30–70%. Таким образом, эта потеря может колебаться от 8–10 кПа на периферии до 25–28 кПа у основания стояка. Для обеспечения такой потери давления, учитывая, что расчетный расход теплоносителя в приборе может быть небольшим, размер дросселирующего отверстия термостата должен быть очень маленьким. Практически минимальное отверстие в термостатах для двухтрубных систем сравнимо даже не с булавочной головкой, а с булавочным острием. В том случае, если теплоноситель в системе имеет загрязнения, такие отверстия легко засоряются. Для того чтобы этого не происходило, требуется качественное обслуживание системы, постоянная очистка грязевиков и еще ряд известных мероприятий. В том случае, если заказчик не в состоянии гарантировать такое обслуживание (а также сохранность термостатических клапанов у приборов), применение двухтрубной системы не является оптимальным решением. Поэтому при выборе типа системы отопления мы рекомендуем в первую очередь выяснять, в каких условиях будет эксплуатироваться здание. При выборе типа термостатов следует обращать внимание, во-первых, на шумовые характеристики термостатов (не зашумит ли термостат при максимальных потерях давления в нем) и, во-вторых, на то, какое количество фиксированных настроек может этот термостат обеспечить. Чем больше это число, тем точнее можно обеспечить распределение теплоносителя по нагревательным приборам. Вертикально-двухтрубные системы проектируются наиболее часто с нижней прокладкой разводящих магистралей. Объясняется это тем, что из-за разности температур в подающем и обратном стояках возникают значительные гравитационные давления (в 25-этажном доме до 10 кПа). Для приборов различных этажей эти давления различны, чем выше прибор, тем больше гравитационное давление. При нижнем расположении разводящих магистралей дополнительное гравитационное давление используется для преодоления теплоносителем трубопроводов стояка. В этих условиях система работает более равномерно. Однако, если это невозможно, можно проектировать системы и с верхним расположением подающей магистрали. Рекомендуется избегать систем с верхним расположением подающей и обратной магистралей, так как в этом случае трудно исключить засорение нижних приборов, они становятся естественными сборниками шлама. Для балансировки в основании стояков устанавливаются БК. Однако балансировка системы и тип БК не такие, как в однотрубной системе. Как было сказано выше, расход теплоносителя в двухтрубной системе колеблется от максимума в режиме максимум почти до нуля в режиме минимум. При этом потери давления в трубопроводах и арматуре, имеющей постоянное гидравлическое сопротивление, изменяются и тоже стремятся к нулю. В этих условиях БК должны обеспечивать постоянный перепад давления в месте установки. Поэтому балансировку осуществляют регуляторы постоянства перепада давления. Таким образом, БК в двухтрубной системе не только гидравлически увязывают первый стояк с последним, но и обеспечивают постоянство условий работы всех стояков при различных режимах работы системы. Установка в двухтрубных системах в качестве БК регуляторов с ручным управлением типа регулируемой диафрагмы ошибочна, так как она обеспечивает балансировку системы только в расчетном режиме (режиме максимум). Установка этих регуляторов возможна для некоторой юстировки расходов теплоносителя по стоякам. Хотелось бы вернуться ко второму мифу про системы отопления – необходимости повсеместной установки БК. Конечно, в том случае, если в разводящих магистралях мы теряем значительный напор, сравнимый с потерей давления в стояках и термостатах (например, 15–20 кПа), установка БК обязательна. Однако, если в разводящих магистралях мы теряем напор незначительный (3–4 кПа), то БК, по нашему мнению, можно не устанавливать. Дело в том, что в двухтрубной системе разрегулировка наступает из-за изменения потерь давления в нерегулируемых элементах (трубопроводах, задвижках, вентилях и т. п.) при изменениях расхода теплоносителя, а также из-за изменения гравитационного напора. БК, установленные в основании стояка, не в состоянии изменить разбалансировки, возникающие после них (потери в стояках, гравитационный напор), потому что их основная функция – поддерживать постоянный перепад давления после себя, что бы после них ни происходило. Они могут ликвидировать только те разрегулировки, которые возникают до них (в случае установки регулятора постоянства перепада давления в узле ввода – разрегулировки от изменения потери давления в разводящих магистралях). Установка дорогостоящей арматуры, которая требует дополнительных затрат на наладку и эксплуатацию, для ликвидации разрегулировки в 3 кПа при наличии разрегулировок в 17 и 9 кПа, с которыми мы не способны справиться в принципе, мероприятие довольно странное. Ведь при минимальной потере давления в термостатах, равной 10 кПа, разрегулировка 3 кПа практически не окажет никакого влияния на работу системы. Получить такие небольшие потери давления в разводящих магистралях без значительного завышения диаметров труб вполне реально при проектировании посекционных тупиковых систем отопления. Зона применения двухтрубных систем отличается от зоны применения однотрубных: стояки двухтрубных системы могут быть и одноэтажными. Ограничение высотности должно быть скорее сверху. Хотя существующие программы для ЭВМ позволяют проектировать и 25-этажные системы, мы рекомендуем ограничивать высотность 17–20 этажами. При уменьшении высоты системы снижаются вертикальные разрегулировки и экономится большее количество тепла. В заключение хочется предостеречь от ручного расчета двухтрубных систем, так как он достаточно трудоемок. Дело в том, что происходит значительное охлаждение теплоносителя в стояках, если они не изолированы. При 25-этажном стояке температура у последнего прибора снижается на 10–15°С, и это нужно учитывать наряду с дополнительными теплопоступлениями от труб на первых этажах. Расчет двухтрубной системы не легче, чем расчет однотрубной.