Циркуляция теплоносителя. 
Современные системы отопления в России

Температура воздуха внутри помещения и теплоотдача отопительных приборов при равных технических характеристиках зависит от трех факторов:

• 1. объема поступающего в прибор теплоносителя;
• 2. температуры теплоносителя;
• 3. гидростатического давления, заставляющего теплоноситель двигаться по трубопроводу.

Без достаточного гидростатического давления система водяного отопления не сможет эффективно функционировать. Гидростатическое давление в системе позволяет преодолевать сопротивления, встречающиеся на пути воды, к которым относятся:

• — сопротивления, вызываемые трением теплоносителя о стенки труб;
• — местные сопротивления в отводах, тройниках, кранах, отопительных приборах и водогрейных котлах.

Величина сопротивления вследствие трения теплоносителя (воды) о стенки труб зависит от скорости движения воды и величины труб (их диаметра и длины). С увеличением длины труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра оно падает, а при возрастании скорости движения воды в системе увеличивается вдвое. Чем выше скорость воды, больше длина трубопровода и меньше его диаметр, тем выше сопротивление на пути воды.

Величина местного сопротивления в основных узлах отопительной системы зависит от следующих условий:

• — скорости воды;
• — изменения сечения труб, влияющего на скорость воды;
• — изменения количества воды в отводах, тройниках. вентилях и крестовинах;
• — изменения направления движения воды.

В зависимости от принципа циркуляции теплоносителя системы традиционного отопления делятся на 2 типа: с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. В системе водяного отопления с принудительной циркуляцией воды движение теплоносителя происходит в результате работы циркуляционного насоса.

В системе с естественной циркуляцией движение нагретого теплоносителя происходит под действием гравитационной силы, которая возникает за счет разности плотности теплоносителя в подающих и обратных трубах. Плотность горячей воды меньше, чем холодной, значит, она легче. Разность плотности охлажденной и нагретой воды создает в системе водяного отопления гидростатический напор, который заставляет воду двигаться от теплогенератора к отопительным приборам и в обратном направлении. Иными словами горячая вода как более легкая вытесняется охлажденной водой. Нагретая в отопительном котле вода становится легче и поднимается по подающей магистрали (главному стояку) вверх, откуда поступает в разводящие подающие стояки, поставляющие воду к отопительным приборам. По пути вода остывает и становится тяжелее. От отопительных приборов охлажденная, или обратная, вода спускается вниз по обратным стоякам и общей обратной магистрали в отопительный котел, где вытесняет более легкую нагретую воду. За счет разности температур нагретой и обратной воды циркуляция имеет непрерывный характер, обеспечивающий бесперебойную работу отопительной системы.

Уравнение гидростатического напора имеет вид:

(3.2.1).

где Р — гидростатическое давление (абсолютное или избыточное) в произвольной точке жидкости;

с — плотность жидкости;

g — ускорение свободного падения;

z — высота точки над плоскостью сравнения (геометрический напор) ;

Н — гидростатический напор.

Уравнение показывает, что гидростатический напор во всех точках покоящейся жидкости является постоянной величиной. Иногда основным законом гидростатики называют принцип Паскаля.

Величина циркуляционного напора в системе с естественной циркуляцией воды зависит от двух факторов:

а) Разности температур нагретой и охлажденной воды.

Обычно максимальная температура горячей воды в системе водяного отопления составляет 95, а охлажденной — 70 єС. Во избежание снижения температуры в подающей магистрали (главном стояке) и, как следствие, падения гидростатического давления в системе, ее необходимо защитить теплоизоляционным материалом. Наоборот, обратные трубопроводы следует прокладывать без теплоизоляции. Только в атом случае обратная вода будет охлаждаться и создавать необходимый циркуляционный напор.

б) Расположения отопительных приборов по отношению к теплогенератора (водогрейному котлу).

Общая закономерность такова: чем выше находится отопительный прибор над водогрейным котлом, тем больше циркуляционное давление. Это значит, что циркуляционное давление для отопительных приборов, расположенных на втором этаже, будет больше, чем у приборов, находящихся на первом этаже загородного дома. Именно поэтому в условиях водяного отопления верхние этажи прогреваются лучше, чем нижние. Отопительные приборы, находящиеся на одном уровне с водогрейным котлом или ниже его, нагреваются незначительно и поэтому оказываются неэффективными. Наименьшее расстояние между центрами водогрейного котла и отопительного прибора на первом этаже должно составлять не менее 3 метров.

Отопительная система с естественной циркуляцией воды может быть с нижней или верхней разводкой (рисунок 3.2.1). Принцип действия обеих систем идентичен. Единственное различие — в расположении подающей магистрали. Система водяного отопления с естественной циркуляцией воды обладает рядом достоинств:

а — верхняя разводка; б — нижняя разводка; 1 — котел; 2 — воздушная линия (главный стояк); 3 — разводящая линия; 4 — горячие стояки; 5 — обратные стояки; 6 — обратная линия; 7 — расширительный бак; 8 — сигнальная линия; 9 — уклон.

Рисунок 3.2.1 — Система с естественной циркуляцией теплоносителя

• — равномерным распределением температуры воздуха в жилых помещениях, обеспечивающим комфортный микроклимат. Причина высокой комфортности в саморегуляции системы отопления: при изменении температуры и плотности воды автоматически изменяется ее расход из-за колебаний естественного циркуляционного давления;
• — простотой устройства и эксплуатации системы отопления;
• — отсутствием вибраций и шума, неизбежного спутника циркуляционных насосов;
• — долговечностью отопительной системы (до 40 лет).

Несмотря на перечисленные достоинства в настоящее время систему водяного отопления с естественной циркуляцией воды применяют редко. В большинстве случаев предпочитают использовать отопительные системы, функционирующие на базе циркуляционных насосов.

В системе традиционного отопления с принудительной циркуляцией, движение теплоносителя происходит под действием специального агрегата — циркуляционного насоса. Насос обеспечивает постоянную циркуляцию теплоносителя по замкнутой отопительной системе. Прибор подключают к обратной магистрали, что способствует продлению срока службы деталей, взаимодействующих с нагретой водой. К обратной же магистрали подсоединяют и расширительный бак.

Использование циркуляционного насоса позволяет значительно увеличить протяженность трубопровода, что особенно актуально для отопления многоэтажных коттеджей и жилых домов, и применять новые схемные решения отопительной системы (рисунок 3.2.2). Однако использовать циркуляционные насосы можно только в условиях бесперебойной подачи электроэнергии, так как они работают от электрической сети.

1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4 — сигнальная линия; 5 — подающая линия; 6 — воздухосборник; 7 — подающие стояки; 8 — обратные стояки; 9 — обратная линия; 10 — насос; 11 — расширительная труба.

Рисунок 3.2.2 — Водяное отопление с принудительной циркуляцией

Благодаря работе циркуляционного насоса отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя обладает рядом достоинств:

• — более полной теплоотдачей (по сравнению с системой с естественной циркуляции воды);
• — отсутствием потерь теплоносителя на испарение;
• — возможностью использования труб небольшого диаметра, что значительно сокращает расход строительных материалов и облегчает монтаж системы;
• — небольшой разницей температуры нагретого и охлажденного теплоносителя, что увеличивает срок службы водогрейного котла (из-за отсутствия необходимости перегревать воду);
• — возможностью регулировать мощность всей системы отопления и температуры воздуха в жилых помещениях, что обеспечивает более высокую степень комфорта.

В целом отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя более удобна в эксплуатации и обслуживании, а также качество такой системы выше.