Общие указания по предварительному проектированию систем

1 813

часть 2

Мы продолжаем начатую в прошлом номере тему “Общие указания по предварительному проектированию систем отопления”. На этот раз мы рассмотрим нормы и правила оборудования дымовых труб, подключение топок к дымовым трубам зданий; характеристики отопительных котлов, которые необходимо учитывать при проектировании,
а также рекомендации по выбору оборудования.

Нормы и правила оборудования дымовых труб, а также подключения топок к дымовым трубам зданий

Поперечное сечение в свету, высота, расположение, герметичность, термическое сопротивление дымовых труб должны быть выбраны так, чтобы был обеспечен напор, необходимый для подачи воздуха для поддержания процесса горения теплогенератора и соединительного элемента, а также способный преодолеть сопротивление дымовой трубы. При отводе отходящих газов из дымовой трубы наружу необходимо предусмотреть, чтобы выпадающие в осадок частицы в результате их охлаждения не могли повредить дымовую трубу.
Труба может быть выполнена из кирпича, из стали. Но следует учитывать, что стальные дымовые трубы соответствуют более низким требованиям. Термическое сопротивление стальных дымовых труб — менее 0,12 м² К/Вт. Такая дымовая труба по термическому сопротивлению относится к группе IV. Поэтому они имеют меньший срок службы, меньшую сопротивляемость возгоранию сажи внутри трубы и меньшую стойкость при пожарах в зданиях. Их применяют только в том случае, если имеется специальное разрешение от органов строительного надзора.
Трубы для отвода отходящих газов, выполненные из новых строительных материалов, например, стекла или пластмассы допускается использовать только в том случае, если они были представлены изготовителем для проверки их действия и пригодности. В зависимости от материала, из которого изготовлены такие трубы, на них выдается разрешение на использование в постоянном режиме при температуре отходящих газов не более 80°С, 120 °С или 160 °С. Чтобы избежать повреждения конструктивных деталей, непосредственно на отводе дымовой трубы от отопительного котла на пути отходящих газов необходимо предусмотреть и установить защитный ограничитель температуры, который в случае превышения допустимой температуры отходящих газов отключает и блокирует отопительный котел. Его нет необходимости устанавливать, если при проведении типовых испытаний отопительного котла подтверждено, что превышения допустимой температуры отходящих газов (например, 120 °С) не происходит. Минимальный диаметр труб для отвода отходящих газов может быть и менее 110 мм.
На каждой составной части дымовой трубы (труба, колено, ответвление и т.д.) должен быть проставлен сертификационный номер, а также максимальная допустимая температура.

Диаметр дымовой трубы
Поперечное сечение дымовых труб в свету должно иметь форму круга или прямоугольника площадью не менее 100 см2, что соответствует диаметру примерно 110 мм.
Более короткая сторона прямоугольного поперечного сечения должна быть не менее 10 см, а у дымовых труб, выложенных кирпичом, — не менее 13,5 см. Более длинная сторона может быть длиннее короткой не более чем в 1,5 раза.
Размер максимального поперечного сечения дымовых труб в свету следует определять таким образом, чтобы при минимальной тепловой мощности присоединенной топки поток отходящего газа имел скорость не менее 0,5 м/с. Это требование действует также и в том случае, если к одной дымовой трубе присоединено несколько топок.
Если размер поперечного сечения определен так, что скорость потока отходящего газа составляет менее 5 м/с, нужно иметь в виду, что у входного отверстия трубы будет происходить его увлажнение и будет прорываться холодный воздух. Поэтому дымовые трубы с большим поперечным сечением в свету допускается устраивать только в случае, когда доказано, что указанные выше отрицательные обстоятельства не проявляются.
Рассчитать скорость потока отходящего газа в зависимости от его плотности, массового потока и поперечного сечения дымовой трубы можно с помощью приведенной ниже формулы:

Wm = средняя скорость потока отходящего газа в м/с;
m. = массовый поток отходящего газа в кг/с;
Pm = средняя плотность отходящего газа примерно 0,7 кг/м3;
A = поперечное сечение дымовой трубы в м².

Высота дымовой трубы
Высота и диаметр дымовой трубы взаимозависимы.
В слишком высоких дымовых трубах создается очень большая скорость потока отходящих газов, т.е. большая тяга. Тяга в дымовой трубе должна соответствовать характеристикам отопительного котла, указываемым его изготовителем, поскольку слишком большая или слишком малая тяга в дымовой трубе отрицательно сказываются на процессе горения.
Эффективная высота (участок трубы от места входа отходящих газов до места их выхода) общих дымовых труб в отопительных системах, работающих на твердом или жидком топливе, — не менее 5 м, а в отопительных системах, работающих на газообразном топливе — не меньше 4 м. Если же у топок, работающих на газообразном топливе, непосредственно за патрубком для отвода отходящих газов имеется подводящий вертикальный участок трубы длиной от 1 м, то достаточно, чтобы эффективная высота дымовой трубы была в 1,5 раза длиннее такого участка трубы.
Максимальная эффективная высота дымовых труб с одной опалубкой не должна превышать 150-кратный размер гидравлического диаметра, а с несколькими опалубками — 187,5-кратный размер гидравлического диаметра.
Данной формулой можно рассчитать минимальную эффективную высоту дымовой трубы для топок, работающих на газообразном топливе:

Hmin = 4 m – (1,5 x Hподвод)

Hmin = минимальная высота дымовой трубы для топок, работающих на газообразном топливе, в м;
Hподвод = не менее 1 м, в противном случае уравнение не может применяться.

Присоединение топок к дымовым трубам здания
К собственной дымовой трубе можно присоединять:

любые топки, работающие на жидком или твердом топливе и имеющие общую номинальную тепловую мощность более 30 кВт;

любые топки, работающие на газе и имеющие общую номинальную тепловую мощность более 30 кВт;

любые топки, предназначенные для горелок с наддувом;

любые открытые камины, наковальни и другие очаги, в которых используется открытое пламя;

любые топки в зданиях, имеющих более 5 полных этажей;

любые топки, в которых воздух для поддержания процесса горения подается через отверстия, выходящие наружу или по герметичным воздуховодам;

любые топки, имеющие особую конструкцию.

Можно также присоединять несколько топок к одной собственной дымовой трубе, но только в том случае, если каждый раз используется только одна топка, а дымовая труба подходит для каждой из топок. Отклонением от этого правила может быть только случай, когда несколько топок действуют одновременно, при этом безопасность такого режима эксплуатации топок должна быть доказана в ходе типовых испытаний или должен иметься сертификат, подтверждающий наличие необходимых характеристик дымовой трубы, или же когда выдано официальное разрешение органов строительного надзора.

Горелки с наддувом, работающие на жидком топливе, для топок с избыточным давлением:
Диаграмма 1. Поперечное сечение круглой формы.
Диаграмма 2. Поперечное сечение квадратной формы.

Что касается присоединения нескольких топок к общей дымовой трубе, то это возможно, в том случае, если присоединяется до 3 топок, работающих на жидком или твердом топливе мощностью не более 20 кВт каждая или работающих на газе и имеющих мощность не более 30 кВт каждая.
Тогда каждую топку следует присоединять к дымовой трубе при помощи отдельных соединительных элементов, которые нужно вводить в дымовую трубу, смещая их по высоте. Расстояние между входной частью самого нижнего соединительного элемента и самого верхнего соединительного элемента в дымовой трубе не должно превышать 6,5 м.
Чтобы улучшить отвод отходящих газов, непосредственно за патрубком для отвода отходящих газов нужно предусмотреть подводящий вертикальный участок трубы.
Если имеется официальное разрешение органов строительного надзора, общие дымовые трубы можно использовать для топок с различным видом топлива вперемешку, однако, при условии, что соединительные элементы топок имеют подводящий вертикальный участок трубы длиной не менее 1 м.

Газовые котлы, работающие при атмосферном давлении:
Диаграмма 3. Поперечное сечение круглой формы.
Диаграмма 4. Поперечное сечение квадратной формы.

Соединительные элементы трубы для отвода отходящих газов
Как правило, каждая топка должна иметь собственный соединительный элемент для присоединения к дымовой трубе. Согласно общим техническим требованиям соединительные элементы являются коллекторами отходящих газов. Их допускается использовать только при наличии специального заключения окружной инстанции по надзору за состоянием дымовых труб, подтверждающего, что в конкретном случае нет сомнений в их безопасности.
Общий соединительный элемент (коллектор отходящих газов) нескольких систем, вырабатывающих тепло, должен иметь такое поперечное сечение в свету, размер которого равен 0,8-кратной сумме поперечных сечений отдельных соединительных элементов.

Характеристики отопительных котлов

Температура отходящих газов tА (°С)
Это температура, которая измеряется в непосредственной близости от места выхода дымовых газов из отопительного котла. Она зависит от температуры воды в котле, степени загрязнения котла и от нагрузки на него. Для того, чтобы рассчитать размеры дымовой трубы и определить потерю отходящих газов, необходимо знать температуру этих отходящих газов в установившемся режиме работы отопительного котла при достижении температуры воды в котле не ниже 60°С. Режим работы отопительного котла считается установившимся, когда разница между температурой подводимой и отводимой воды станет постоянной.

Потеря отходящих газов qА (%)
Под потерей отходящих газов qА (%) подразумевается тот поток тепла относительно мощности котла, который без использования во время процесса горения выходит через дымовую трубу.

К.п.д. топки hF (%)
К.п.д. топки hF (%) рассчитывается по подведенной тепловой энергии (100 %) минус потеря отходящих газов.

hF (%) = 100 (%) – qA (%)

Относительная потеря эксплуатационной готовности qB (%)
Относительная потеря эксплуатационной готовности qB (%) отопительного котла характеризует ту часть тепловой мощности топки, которая вследствие излучения и конвекции переходит в окружающую среду отопительного котла. При этом не имеет значения, когда переходит эта “потерянная энергия” — в нерабочем состоянии или во время процесса горения. Поскольку ее нужно разделить на установленную мощность топки, она называется относительной потерей эксплуатационной готовности и определяется при среднем превышении температуры отопительного котла 55 К. При этом в течение периода простоя отопительного котла на отводной трубе для дымовых газов должно быть пониженное давление, равное –0,05 мбар, и полезное тепло не должно излучаться.
Благодаря хорошей теплоизоляции современных низкотемпературных отопительных котлов относительная потеря эксплуатационной готовности составляет менее 1 %.

Номинальная тепловая мощность
Под номинальной тепловой мощностью отопительного котла понимается такая тепловая мощность, которая передается в гидравлическую систему.

К.п.д. котла hK (%)
К.п.д. котла hK (%) определяется как отношение номинальной тепловой мощности к тепловой мощности, подводимой к отопительному котлу. Как правило, он измеряется при номинальной тепловой мощности в установившемся режиме. При этом перегрев со стороны воды должен составлять более 50 К. Если вследствие эксплуатационных условий это невозможно (низкотемпературный отопительный котел), то нужно провести испытания при превышении температуры не менее 30 К и разности между температурой подводимой и отводимой воды равной (10 ± 2) К.

Указания для выбора параметров
В каждой системе водяного отопления необходимо предусмотреть расширительный сосуд для приема воды, которая вытесняется в результате увеличения ее объема при нагреве. В небольших установках предусматривают закрытые, а в крупных установках открытые сосуды с навинчивающейся крышкой и люком. Небольшие расширительные сосуды в большинстве случаев имеют цилиндрическую форму. Они могут быть горизонтальными или вертикальными. Более крупные расширительные сосуды имеют форму ящика. Номинальный объем расширительного сосуда Vn (объем брутто) примерно в два раза больше объема расширяющейся воды ЖV, который при ее нагреве с 10 °С до 100 °С составляет примерно 4,3%, т.е. примерно от 1 до 2 л на каждый кВт тепловой мощности.
Чтобы точно определить необходимые параметры расширительного сосуда, нужно вычислить объем воды Vges в котле, радиаторах, трубах и т.д., поскольку эти значения сильно различаются.
Объем расширительного сосуда, включая припуск на течь, в обычных системах водяного отопления будет составлять Vn = 0,06 ... 0,08 Vges.

Ориентировочные показатели для систем отопления с обычными отопительными котлами и радиаторами:

при использовании радиаторов:
Vn = 1,0 ѕ 1,3 литра на каждый кВт тепловой мощности;

при использовании конвекторов:
Vn = 0,5 ѕ 0,8 литра на каждый кВт тепловой мощности;

при отоплении в полу:
Vn = 1,5 ѕ 2,0 литра на каждый кВт тепловой мощности

Диаграмма 5. Средний общий объем воды в системах центрального отопления в зависимости о номинальной тепловой мощности.

Насос котельного контура KP
Этот насос должен обеспечивать подачу минимального объемного потока, необходимого для того, чтобы при предварительно заданной разности температур между подводимой и отводимой водой происходила передача номинальной мощности котла водяной системе отопительной установки. Кроме того при определенном объемном потоке насос котельного контура должен преодолевать сопротивление, возникающее в результате трения в трубах, а также суммарное сопротивление всех отдельных сопротивлений (например, изменения направлений циркулирующего потока в котле). При этом решающее значение имеет расположение насоса котельного контура (в байпасе или в первичном контуре).
Объемный поток насоса котельного контура можно рассчитать на основе следующего уравнения:

V.KP = объемный поток насоса котельного контура (м3/ч)
QK = номинальная мощность котла (кВт)
PW = плотность: плотность воды — примерно 1000 кг/м3
cp = удельная теплоемкость: удельная теплоемкость воды — примерно 4,2 (кВтс/кгК)
dt = разность между температурой подводимой и отводимой воды (К)
Если насос котельного контура встроен в байпас: dt = 30 ... 60 K
Если в первичный контур: dt = 15 ... 20 K.

Насосы котельного контура КР, встраиваемые в байпас
В байпас такие насосы встраиваются в основном в котельных установках с одним отопительным котлом. В системах с литыми отопительными котлами они служат для повышения температуры отводимой воды. Преимущество такого варианта размещения насоса котельного контура заключается в более низкой стоимости решения проблемы повышения температуры отводимой воды при одновременно низкой электрической мощности подмешивающего насоса. При определении параметров насоса котельного контура, размещаемого в байпасе, в качестве потери давления нужно учитывать сопротивление отопительного котла на стороне горячей воды, а также короткие соединительные трубы до места присоединения байпаса.
Отношение объемного потока VKP , подаваемого насосом котельного контура, к объемному потоку циркуляционного насоса (циркуляционных насосов) VKP следует принимать равным 1 : 1 относительно соответствующей разности между температурой подводимой и отводимой воды dt.

Присоединение байпасного трубопровода
Чтобы добиться хорошего перемешивания различных объемных потоков, байпасный трубопровод следует присоединять на расстоянии примерно 5 x D от места подключения к отопительному котлу. Присоединение байпасного трубопровода должно выполняться в соответствии со специальными требованиями.

Насосы котельного контура, встраиваемые в первичный контур
В многокотельных установках насосы котельного контура встраиваются в первичный контур с использованием гидравлического переключающего устройства как в подводящий, так и в отводящий трубопровод. При этом прокладывая трубы, важно учитывать, устанавливается ли для повышения температуры отводимой воды стационарное устройство управления смесителем на каждом отопительном котле или же используется только одно стационарное устройство управления смесителем для всей системы отопления.
При определении параметров насоса (насосов) котельного контура КР, встраиваемых в первичный контур, этот насос должен преодолевать сопротивление отопительного котла со стороны горячей воды, а также потерю давления в соответствующих трубопроводах вместе с гидравлическим переключающим устройством. Для нагнетаемого этим насосом объемного потока VKP следует принимать разность температур подводимой и отводимой воды dt = 15 К.

Циркуляционный насос UP
Объемный поток, нагнетаемый циркуляционным насосом VUP, рассчитывается по тому же уравнению, что и объемный поток, нагнетаемый насосом котельного контура VKP. Рассчитывая потерю давления, нужно проводить различие между установками с гидравлическим переключающим устройством и установками без такого устройства.

Отопительные системы без гидравлического переключающего устройства
При определении потери давления нужно учитывать сопротивление отопительного котла со стороны горячей воды, а также в соответствующем трубопроводе вместе с суммой всех отдельных сопротивлений. В случае применения системы с гидравлическим переключающим устройством котельный контур не учитывается

Гидравлическое переключающее устройство
В установках большой мощности гидравлическое переключающее устройство дает следующие преимущества:

обеспечивает соединение на стороне давления между первичным и вторичным контурами;

упрощает определение нужных размеров насоса (насосов) котельного контура / циркуляционного насоса (циркуляционных насосов);

универсальность применения;

улавливание шлама.

Чтобы обеспечить бесперебойное действие гидравлического переключающего устройства, необходимо правильно задать его параметры. Они будут выбраны правильно, если между первичным и вторичным контуром практически не происходит спада давления. Иными словами можно сказать, что параметры гидравлического переключающего устройства выбраны правильно, если номинальное количество воды в компенсирующем трубопроводе протекает с небольшой скоростью (до ѕ 0,2 м/с). Площадь поперечного сечения, через которое протекает принятый поток с указанной скоростью, или скорость потока при указанной площади поперечного сечения можно рассчитать с помощью следующей формулы:

V = объемный поток, подаваемый циркуляционным насосом / насосом котельного контура (м3/ч)
w = скорость потока воды в гидравлическом переключающем устройстве (м/с)
A = площадь поперечного сечения, через которое протекает поток воды (м2)

В таблице приведены параметры, необходимые для изготовления гидравлического переключающего устройства

Объемный поток (м3/ч)	Мощность котла dt = 15 K (кВт)	Примерные размеры
Объемный поток (м3/ч)	Мощность котла dt = 15 K (кВт)	D (мм)	KV / HV KR / HR
4,0	70	100	Rp 1 1/2
5,2	90	110	Rp 1 1/2
5,7	100	120	Rp 1 1/2
6,8	120	130	Rp 1 1/2
8,6	150	150	DIN 65
10,3	180	160	DIN 65
13,0	250	180	DIN 80
17,1	300	200	DIN 100
20,0	350	220	DIN 100
22,9	400	233	DIN 100
25,1	440	243	DIN 100
28,6	500	260	DIN 100
30,3	530	270	DIN 100
34,3	600	285	DIN 125

Продолжение читайте в следующем номере журнала

Благодарим за предоставленные
материалы компанию Wolf GmbH

Найдите все свои архитектурные решения через TRUBA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

ОВВК (ОТОПЛЕНИЕ. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. ВЕНТИЛЯЦИЯ кондиционеры.) Журнал

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 44 541 1347

Издатель

ОВВК (ОТОПЛЕНИЕ. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. ВЕНТИЛЯЦИЯ кондиционеры.) Журнал