Системы водяного отопления с естественной циркуляцией воды

Система водяного отопления с естественной циркуляцией воды состоит из водогрейного котла, нагревательного прибора, подающего (или «горячего») трубопровода, обратного трубопровода и расширительного сосуда.

Горячая вода из котла направляется по подающему трубопроводу в нагревательный прибор, где происходит ее охлаждение. Вода, остывшая в приборе, возвращается в котел по обратному трубопроводу.

В действующей системе отопления такая циркуляция воды происходит непрерывно.

В системе отопления объем воды при нагревании увеличивается, поэтому во избежание повышения давления и возможных при этом аварий (разрыв котлов, трубопроводов и т. п.) в самой высокой точке системы устанавливается расширительный сосуд, при помощи которого система сообщается с атмосферой.

Этот сосуд должен вмещать весь прирост объема воды, получившийся при ее нагревании.

В системах с естественной циркуляцией расширительные сосуды служат также для отвода воздуха из систем, поэтому их присоединяют к подающим магистралям.

Для удаления из системы воздуха и для выпуска из нее воды трубопроводы прокладывают с уклонами.

В этой системе движение воды по подающим и обратным трубопроводам происходит только благодаря разности давлений столбов нагретой и охлажденной воды.

Для определения величины циркуляционного давления, возникающего в системе, допускаем, что вода, нагреваемая в котле, охлаждается только в нагревательном приборе.

Рассматривая давления, действующие на сечение обратного трубопровода, можно убедиться, что с правой стороны на это сечение давит столб охлажденной, а следовательно, более тяжелой воды; с левой же стороны сечение испытывает давление столба нагретой, более легкой воды. Под влиянием разности этих давлений в системе и возникает циркуляция воды.

Таким образом, циркуляционное давление равно вертикальному расстоянию от середины котла до середины нагревательного прибора, умноженному на разность объемных весов охлажденной и нагретой воды.

Величина естественного давления зависит от высоты расположения нагревательного прибора над котлом; чем выше будет расположен прибор по отношению к котлу, тем большее давление возникает в циркуляционном кольце этого прибора.

Здесь допущено, что вода охлаждается только в нагревательном приборе. В действительности охлаждение ее происходит не только в приборах, но и в трубопроводах в результате их теплоотдачи в окружающую среду. Понятно, что в неизолированных трубах вода охлаждается больше, чем в изолированных.

Вследствие охлаждения труб, по которым вода движется вниз, естественное циркуляционное давление увеличивается; при охлаждении труб, по которым вода движется вверх, циркуляционное давление уменьшается.

Все применяемые схемы систем водяного отопления подразделяются на две основные группы.

К первой группе относятся схемы, в которых горячая вода распределяется по нагревательным приборам последовательно охладившись в одном нагревательном приборе, она поступает в другой. Такие схемы называются однотрубными.

В схемах второй группы горячая вода проходит параллельно по всем отопительным приборам. Из каждого прибора она возвращается в котел, не заходя в другие приборы.

Такие схемы принято называть двухтрубными.

По сравнению с двухтрубными системами отопления вертикальные однотрубные системы с замыкающими участками имеют ряд преимуществ; к ним относятся: более простой монтаж отопления, меньшая длина трубопроводов; более красивый внешний вид и меньшая первоначальная стоимость. В однотрубных вертикальных системах с замыкающими участками, так же как в двухтрубных, возможна регулировка теплоотдачи приборов.

Если пренебречь охлаждением воды в трубах, то можно считать, что при двухтрубной схеме вода поступает с одинаковой температурой во все нагревательные приборы.

В схеме вертикальной однотрубной системы отопления с замыкающими участками вода из котла поступает по главному стояку в подающую магистраль, откуда направляется в стояки, а из них — в нагревательные приборы. Поток воды, движущейся по стояку вниз, у каждого нагревательного прибора разветвляется, часть воды затекает в прибор, а часть ее проходит по замыкающему участку. Охлажденная вода, выходящая из нагревательного прибора, смешивается с горячей водой, идущей по замыкающему участку, и направляется к следующему прибору, где поток ее вновь разветвляется

Таким образом, в вертикальной однотрубной системе в каждый нижерасположенный прибор вода входит с температурой более низкой, чем в вышерасположенный.

Следует отметить, что частичное или полное выключение приборов верхних этажей в однотрубных системах неизбежно вызывает некоторое изменение теплоотдачи приборов нижних этажей, присоединенных к этому же стояку, так как в этом случае нижние приборы будут получать воду с более высокой температурой. Однако опыт показывает, что это обстоятельство большого практического значения не имеет.

Белоусов В.В., Михайлов Ф.С. Основы проектирования систем центрального отопления. Госстройиздат. Москва. 1962 г.