Национальный исследовательский

5 Выбор основного и вспомогательного оборудования
5.1 Выбор циркуляционного насоса
Насос - это устройство для искусственного побуждения движения воды в системе отопления. Насос действующий в замкнутых кольцах системы отопления заполненных водой не поднимает а только перемещает воду, создавая циркуляцию, и поэтому называется циркуляционным. До последнего времени циркуляционный насос включался как правило в обратную магистраль системы отопления для увеличения срока службы деталей, взаимодействующих с горячей водой. Прежде всего это относилось к общепромышленным насосам. Вообще же для создания циркуляции воды в замкнутых кольцах местоположение циркуляционного насоса безгранично.
Выбор насоса осуществляют на основании общих потерь давления в системе, которые определяются с учетом ее размеров и необходимого расхода воды, который зависит от тепловой мощности. При этом характеристика трубопроводов является решающим фактором при расчете потерь давления.
Если рассчитанная рабочая точка не соответствует рабочей точке выбран ного насоса (рис. 8), то выполняют выбор между двумя насосами. Один из них при этом «слишком большой», второй – «слишком мал».
Расчетная рабочая точка представляет собой максимальную рабочую точку насоса. Как правило, такой вариант встречается редко, т.е. большую часть вре мени отопительного периода рабочая точка насоса находится ниже расчетной. Поэтому в случаях, когда есть варианты или сомнения, для малых и средних систем необходимо выбирать насос с меньшей мощностью (рис. 9).
67

Рисунок 8 - Определение рабочей точки.

Рисунок 9 - Влияние характеристики трубопроводной
сети на выбор насоса.
При подборе насоса необходимо также учитывать его КПД. Наилучший КПД для циркуляционного насоса отопительной системы достигается, как правило, в середине характеристики насоса. В каталогах чаще всего указывается эта оптимальная рабочая точка.
Так как насос никогда не работает в одной-единственной рабочей точке, то при подборе и расчете насоса необходимо учитывать, что в течение большей части времени отопительного периода рабочая точка находится в средней трети характеристики насоса (рис. 10).
68
Рисунок 10 - Влияние характеристики трубопроводной сети на выбор насоса.
Определение действительной тепловой нагрузки на отопительную систему можно выполнить следующим образом:
t t
−
=^.
в н сущ
ϕ _,
t t
−
в н
Если вместо расчетной температуры наружного воздуха в формулу подста вить среднее значение температуры наружного воздуха, то получится значение средней тепловой нагрузки.
Выбор тепловой нагрузки с большим запасом приводит только к повышению мощности насоса, но не дает существенного повышения мощности отопительных приборов; но при выборе недостаточной тепловой нагрузки примерно на 50 % происходит заметное снижение мощности отопительных приборов.
Практически подбор насосов для отопительных систем зависит от условий эксплуатации.
При выборе циркуляционного насоса для системы отопления следует принимать:
подачу насоса – по расчетным расходам теплоносителя в системе отопления; ∙ напор – по сумме потерь давления в системе отопления.
Соответственно,
533 431 167 251 1382 / 1, 4 / 1, 4 G_нас = + + + = = ≈ кг ч т чм³/ч,
795,75 Δ = Р_насПа.
Выбираем циркуляционный насос Grundfos UPS 25-40 [10].
Технические характеристики данного насоса представлены в таблице 5 и на рисунке 11.
69
Таблица 6 - Технические параметры циркуляционных насосов Grundfos.

Температура	от -25°C до +110°C
Макс. давление	PN 10 (10 бар)
Макс. мощность	от 25 Вт до 250 Вт
Частота вращения	от 1 до 2 скоростей
Присоединения	Фланцевое, резьбовое
Монтажная длина	от 130 до 250 мм
Материал корпуса	Чугун с коррозионно-стойким эпоксидным покрытием

Рисунок 11- Рабочие характеристики циркуляционных насосов Grundfos.
5.2 Выбор отопительного котла
При выборе котла, прежде всего, необходимо учитывать вид топлива, которое будет наиболее доступно на длительную перспективу в районе строительства дома. Следует учесть, что современные котлы на жидком или газообразном топливе будут работать в течение всего отопительного сезона в автоматическом режиме и не потребуют дополнительных затрат времени, за исключением сезонных профилактических работ, которые могут производить
сервисные службы.
Далее исходя из тепловой мощности котла требуемых параметров теплоносителя для системы, необходимого качества регулирования теплопроизводительности котла в зависимости от температуры наружного воздуха (одноступенчатое, двухступенчатое, бесступенчатое плавное регулирование), материала, из которого изготавливается котел, его веса, габаритов, стоимости и других характеристик, и параметров, подбирается соответствующий котел [11].
70
Идеальным топливом является газ – самое экономичное топливо. В нем содержится меньше сернистых соединений, поэтому сжигание газа происходит с большей эффективностью, т.е. при сжигании единицы массы газа получается больше полезной теплоты для нужд отопления и горячего водоснабжения, причем в продуктах сгорания содержится меньше загрязняющих атмосферу веществ. Котлы не так подвергаются коррозии, как при сжигании других видов топлива, меньше зарастают сажей.
Котлы имеют патрубок для отвода дымовых газов, к которому должен присоединяться дымоход. Дымоходы выполняются из нержавеющей стали, т.к. температура дымовых газов низка и может происходить выпадение агрессивного конденсата на стенках дымохода. В пределах здания дымоход, как правило, не теплоизолируется.
За пределами здания, в силу вышеназванных причин, необходимо выполнять дымоход из нержавеющих труб с двойными стенками, между которыми прокладывается теплоизоляция. Если теплоизоляция не предусматривается, то устраивается отвод конденсата в специальный бак с необходимостью его последующей нейтрализации перед спуском в канализацию. От дымохода зависит тяга в котле, а следовательно, надежность и устойчивость процесса сгорания. Ошибка в прокладке дымохода может привести не только к нарушениям в работе котла, но и к аварии, поэтому к этой проблеме необходимо отнестись со всей ответственностью [11].
В соответствии с техническими характеристиками выбираем напольный универсальный котел GEODIS GBI (табл. 7) [12].
Элегантные и компактные котлы серии GEODIS представляют собой новаторскую разработку в области отопления. Новая надежная и экономичная горелка с модуляцией пламени и предварительным смешением воздуха и газа специально разработано для котлов серии GEODIS. Полностью герметичный кожух горелки и дополнительная звукоизоляция в фасадной части оболочки делает работу котла GEODIS практически бесшумной. Автоматика управления Kromschroder и различные варианты гидравлических модулей превращают
71
данный котел в идеальную и «разумную» отопительную установку, отвечающую сегодняшним запросам потребителей и профессионалов.
.
Таблица 7 - Технические характеристики универсального котла GEODIS GBI

Производитель	GEODIS (Италия)
Мощность, кВт	42,00
Тип	напольный
Объем, л	130,00
Количество секций	5
Питание, в/Гц/Ф	230/50/1
Материал	чугун
Max. Потребляемая мощ., кВт	17,2
Вес, кг	232,00
Вид газа	Природный газ и Сжиженный газ (пропан/бутан)
Размеры, мм	1398x640x730

Дополнительные сведения о котле GEODIS GN 1 N 03:
1) Максимальная температура теплоносителя, ºС: 110;
3) Максимальное рабочее давление, бар: 4;
4) Глубина камеры сгорания, мм: 486;
5) Вывод продуктов сгорания: естественная тяга;
6) Аэродинамическое сопротивление дымохода, мбар: 0,2;
7) Отвод продуктов сгорания, мм: 130;
8) Чугунный котел для использования с горелкой на газообразном или жидком топливе
9) Цена: 31144 руб.
72

Рисунок 12 - Универсальный котел BAXI GEODIS GBI. 5.3 Расчет расширительного бака
Внутреннее пространство всех элементов системы отопления (труб, отопительных приборов, арматуры, оборудования и.т.д.) заполнено водой. Получающийся при заполнении объем воды в процессе эксплуатации системы претерпевает изменения: при повышении температуры воды он увеличивается, при понижении температуры уменьшается. Соответственно изменяется внутреннее гидравлическое давление. Однако эти изменения не должны отражаться на работоспособности системы отопления и, прежде всего, не должны приводить к превышению предела прочности любых ее элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент – расширительный бак.
Расширительный бак может быть открытым, сообщающимся с атмосферой, и закрытым находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.
В крупных системах водяного отопления группы зданий расширительные баки не устанавливаются, а гидравлическое давление регулируется при
73
помощи постоянно действующих подпиточных насосов. Эти насосы так ж е возмещают обычно имеющие место потери воды через неплотные соединения труб, в арматуре, приборах и других местах систем. Поэтому расширительные баки применяют в системах водяного отопления одного или нескольких зданий.
Основное назначение расширительного бака – прием прироста объема воды в системе, образующегося при его нагревании. При этом в системе поддерживается определенное гидравлическое давление. Кроме того бак предназначен для восполнения убыли объемам воды в системе при небольшой утечке и при понижении ее температуры, для сигнализации об уровне воды в системе и управления действием подпитачных устройств.
В гравитационных системах расширительный бак кроме функции компенсации температурного расширения воды выполняет также функцию возду-хоудаления из системы отопления. Он устанавливается в высшей точке системы и присоединяется непосредственно к главному стояку.
Расширительные баки имеют ряд недостатков. Они громоздки, в связи с чем затрудняется их размещения в зданиях и увеличиваются бесполезные потери в системах отопления. Требуется так же прокладка специальных соединительных труб.
Рабочая емкость расширительного бака V_р(емкость между верхним и нижним реле уровня):
= 0,03⋅, ,
V V л _{р с}
где V_с – емкость системы отопления, л.
В последние годы появились мембранные расширительные баки закрытого типа, которые лишены таких недостатков расширительных баков открытого типа как опасность перелива воды в нижерасположенные помещения и попадание атмосферного кислорода в систему отопления. Мембранные расширительные баки устанавливаются непосредственно в ЦТП или котельной. Объем расширительного бака закрытого типа определяется по формуле
74
е с
⋅
= , (3.36) V

_о,
л

1−
p
i

p
f

где е – коэффициент объемного расширения воды, е = 0,0396при t С = 95[1];
о
с – вместимость, л, системы отопления, включая вместимость труб, радиаторов, бойлеров, котла и т.д. (ориентировочно вместимость можно посчитать из условия 10-20 л на 1 кВт мощности), с = (10÷20)⋅34,4 = 344÷688л; p_i – гидростатическое давление, атм, на расширительный сосуд в точке подключения к обратной магистрали с запасом
p_f – рабочее давление предохранительного клапана, оно должно быть обязательно выше p_i; давление, на которое рассчитаны элементы системы – несколько заниженное.
_iм вод. ст., (2.37) p = Н + 5,
где Н – высота верхней точки системы отопления, м.
p_i=10 + 5 =15м.вод.ст.=1,5ата = 0,5ати = 0,5бар =150кПа.
При выборе бака его рабочее давление не должно быть ниже гидростатического давления с запасом (например, подающая магистраль проложена по чердаку на высоте 10 м, значит, давление в сосуде не должно быть ниже 1,5 ата; 0,5 ати; 0,5 бар, 150 кПа).
p_f = 5атм – назначается по паспортным данным предохранительного клапана, выбранного по выдерживаемому радиаторами давлению 6 атм. ^{( )}(19,46 38,92)
^{0,0396 344 688}= ÷
⋅ ÷
V_о = л
¹⁵⁰ 1

−
500

Рабочий объем бака принимаем V_о≈ 38,920л.
К установке принимается расширительный закрытый мембранный бак Zilmet CAL-PRO 35L 4bar [1]:
1) диаметр d_н= 380мм;
2) высота Н = 537мм;
75
3) рабочее начальное давление бака – 2,5ата, принято по паспортным данным выше p_i=1,5ата;
4) цена – 1976,87 руб.
Расширительные баки Zilmet применяются в водоснабжении, системах отопления и холодильных системах и служат для компенсации объемных изменений теплоносителя, происходящих вследствие его нагрева или охлаждения. Причем такие баки могут использоваться как в замкнутых системах отопления небольших сооружений, так и в крупных, многоэтажных жилых домах. Расширительные мембранные баки компенсируют температурные изменения теплоносителя и таким образом стабилизируют давление.
Большая часть расширительных баков Zilmet рассчитана на диапазон рабочих температур от С
0до С
+ 99 . Диапазон рабочих температур

о
о

расширительных баков серии CAL-PRO от С −10до С
+ 99[13].

о
о