= 9,81·(Р0 — Р2)·Н + ΔР, где
Н — вертикальное расстояние между серединами высот котла и нагревательных приборов:
(Р0 — Р2) — разность плотностей охлажденной и горячей воды, кг/м3;
ΔР — дополнительное давление в системе от охлаждения воды в трубах. Па.
Из анализа формулы видно, что циркуляционное давление тем больше, чем выше расположены нагревательные приборы над котлом и чем больше дополнительное давление, которое зависит от охлаждения воды в трубах. При двухтрубной системе отопления с верхней разводкой дополнительное давление от охлаждения воды в трубах приводит к увеличению циркуляционного давления, в то время как в системах отопления с нижней разводкой тепловые потери от охлаждения воды в трубах уменьшают циркуляционное давление, так как Р имеет отрицательное значение. В целом при устройстве отопления в малоэтажных зданиях предпочтение отдается двухтрубной системе с верхней разводкой, увеличивающей не только циркуляционное давление, но и упрощающей удаление воздуха из системы. Двухтрубная система обладает свойством саморегулирования, обеспечивающим равную температуру в нагревательных приборах.
Вода при движении по трубопроводу встречает сопротивление, вызывающее потерю давления.
Потери складываются из потерь на прямых участках, в гнутых деталях, в арматуре и в нагревательных приборах. Потери давления в первую очередь связаны с диаметрами трубопроводов, из которых выполнена система. Чем больше диаметры труб, тем меньше потери давления при равном количестве протекающей воды, которая является теплоносителем. В силу этого при малом циркуляционном давлении, свойственном системам водяного отопления с естественной циркуляцией, все трубопроводы должны быть относительно больших диаметров. Исходя из сказанного, целесообразно принять следующие диаметры труб:
главный стояк, подающий и обратный трубопроводы Ду-50…40
стояки… Ду-25
остальные трубопроводы…Ду-20
В том случае, если середина нагревательных приборов и середина теплового генератора находятся примерно на одном уровне, естественная циркуляция воды в системе возможна только благодаря охлаждению ее в трубах. Однако расстояние от главного до дальнего стояка не должно превышать 15 м. Чтобы сохранить циркуляционно давление, разводящую систему целесообразно разделить на несколько ветвей, их длину, что равносильно обеспечению примерно равного их сопротивления.
Если на обратной магистрали в каждой из ветвей поставить по вентилю, то возникает возможность не только регулировать температурный режим отапливаемых помещений, но и отключать их в летнее время, задействовав котел только на работу водонагревателя.
Необходимо также отметить, что системы с естественной циркуляцией при правильной эксплуатации могут действовать без капитального ремонта в течение 35–40 лет.
В процессе нагрева воды ее объем увеличивается, вода испаряется, возможны небольшие утечки, в системе отопления могут образоваться пузырьки воздуха, которые должны быть удалены.
Для нормальной работы системы отопления в верхней ее точке устанавливается емкость, сообщающаяся с атмосферой. Полезный объем этой емкости можно подсчитать по формуле Ve.с. = 0,045·Vс, где:
Vc — объем воды в системе отопления, представляющий собой сумму объемов воды в котле, нагревательных приборах и трубах. Объем воды в котле мы узнаем из паспорта на котел, объем воды в трубах находится путем вычисления, объем воды в радиаторах подсчитываем, исходя из того, что одна секция радиатора М-140АО имеет емкость 5,1 л. Полезная емкость бака не должна быть меньше вычисленной по формуле. Этот бак называется расширительным.
Расширительный бак устанавливается, как правило, на чердаке дома. Предпочтительнее его установить над главным стояком. В том случае, если нагревательный котел расположен у внешней стороны дома и над главным стояком места для расширительного бака недостаточно, он может быть перемещен в сторону конька крыши.
Заполнить систему водой можно сверху через расширительный бак и снизу под давлением через кран, расположенный на обратном трубопроводе. Заполнение снизу способствует лучшему удалению воздуха из системы. Воздух содержится не только в трубопроводах системы перед заполнением ее водою, но и в самой воде в виде мелких пузырьков, которые могут собираться и образовывать воздушные пробки.
Воздух, находящийся в подающем трубопроводе и стояках, может беспрепятственно проникнуть в расширительный бак, соединенный с атмосферным воздухом, в то время как воздух в обратном трубопроводе попадает в верхнюю часть отопительных батарей, образуя пробки.
Для удаления воздуха из батареи необходимо в каждом крайнем кольце ее предусмотреть пробку с устройством для выпуска воздуха, как показано на рис. 10.
Рис. 10.Радиаторная пробка с устройством для выпуска воздуха:
а — штуцер (изготавливается из бронзы или латуни); б — доработка стандартной радиаторной пробки под штуцер
Вода при заполнении системы, достигнув определенного уровня в расширительном баке, по сигнальной трубе перетекает в раковину или ванну. Расширительный бак, находящийся на неотапливаемом чердаке, требует утепления. Обычно для этого изготавливают специальный ящик с двойными стенами и двойной крышкой, но без дна. Расстояние между стенками ящика 80—100 мм заполняют стекловатой или каким-либо другим эффективным утеплителем. Тепло, проникающее через потолочное перекрытие, препятствует охлаждению воды в расширительном баке до минусовых температур. В ряде случаев, с целью подогрева воды в расширительном баке, последний связывают с обратным трубопроводом трубой, которая называется циркуляционной (рис. 9).
Практика показывает, что если система не имеет протечек, то пополнение естественной убыли воды требуется не чаще 2–3 раз в год. Обычно в качестве расширительного бака используется сорокалитровый оцинкованный бидон, который эффективно утепляется и имеет одни ввод, соединенный с главным стояком.
Для отопления и горячего водоснабжения малоэтажных зданий и квартир выпускается котел КС, который изготавливают на заводах в Минске, Бердичеве и Фастове.
Для систем отопления выпускаются котлы КМЧ-2 (изготовление в Каунасе и Братске) и КМЧ-3 (изготовление в Санкт-Петербурге). Тепловая мощность котлов в зависимости от количества секций колеблется от 16 до 55 кВт.
Все малометражные котлы имеют топку, рассчитанную на сжигание высококалорийных топлив: сортированного антрацита, грохоченного каменного угля, малозольного топлива и природного газа. Данные по тепловой мощности котлов, указанные в паспортах, получены при испытании котлов на перечисленных выше топливах. Практически топливо может быть значительно менее калорийным, в силу чего фактическая мощность котлов будет ниже паспортной.
При выборе котла необходимо учесть, что теплопотери помещения ориентируются на расчетную зимнюю температуру наружного воздуха, которая является средней температурой наиболее холодной пятидневки. Для Москвы она составляет —25 °C. Температура наружного воздуха ниже —15 °C в Москве в течение зимнего периода наблюдается в среднем в течение 418 ч (приложение 1), или 17 суток.
В это время необходима непрерывная или почти непрерывная топка котла, обогревающего дом. Если выполнить это невозможно, мощность отопительного котла и площадь батарей должны быть увеличены в 1,5–2 раза.
В том случае, если приобретение стандартного котла будет затруднительно, то его можно изготовить своими силами из радиаторных секций. Необходимые сведения по устройству такого котла даны в нижеследующем примере Сумма теплопотерь помещения и затрат тепла на горячее водоснабжение составляет 15 + 2 = 17 кВт. При достаточно интенсивной топке дровами одна секция развивает тепловую мощность в 1 кВт. В соответствии с рис. 11 котел состоит из двух батарей, соединенных между собою трубами.
Рис. 11.Конструкция отопительного котла из батарейных секций
Учитывая, что в батареях должно содержаться равное количество секций, принимаем, что котел должен состоять из двух батарей по 9 секций в каждой.
Каждая радиаторная секция имеет на одной стороне левую резьбу, а на другой — правую, что сохраняется и в собранных батареях.
Для того чтобы собрать котел, как это представлено на рис. 11, необходимо изготовить четыре сгона с левой резьбой, которая, как правило, нарезается на токарном станке.
Радиаторы собираются на паронитовых прокладках толщиной 1 мм. Резьбовые гнезда и опорные поверхности шеек секций должны предварительно очищаться от грязи и ржавчины и быть смазаны суриком на натуральной олифе.
Наиболее распространенными видами топлива являются дрова, кусковой торф, торфяные брикеты, каменные угли и антрацит. Для каждого вида топлива требуется определенное количество подаваемого воздуха, определенный режим топки и форма топливника. Вместе с тем установлено, что все перечисленные виды топлива, кроме низкосортных бурых углей, можно удовлетворительно сжигать в топливнике для дров, имеющем достаточный объем, колосниковую решетку, над которой стенки топливника образуют шахту глубиной 6…12 см с наклоном передней и задней стенок не менее 30…40° и огнеупорную футеровку. Сжигание каменных углей и особенно антрацита в топливниках без футеровки приводит к быстрому выгоранию стенок. Высота топливника должна быть не менее 60…70 см, а ширина — 38 см.
Газы из топки, омыв радиаторы, направляются в опускной дымоход, соединяются в единый горизонтальный канал и направляются в дымовую трубу. Площадь сечения канала дымовой трубы берется из расчета 56 см2 на 1 кВт тепловой мощности печи и приравнивается кратному размеру кирпича. В нашем случае 17x56 = 952 см2, это соответствует сечению в 1