Отопление однотрубная система: Однотрубная система отопления частного дома: схемы, варианты

Однотрубная система отопления частного дома: схемы, варианты

Вы задумались над обустройством водяного отопления в доме? Неудивительно, ведь однотрубная система отопления частного дома может быть традиционной и абсолютно энергонезависимой или, напротив, очень современной и полностью автоматической.

Но сомнения в надежности подобного варианта у вас все же есть – не знаете какую схему выбрать и какие «подводные камни» вас ожидают? Мы поможем прояснить эти вопросы – в статье рассмотрены схемы обустройства однотрубной системы, плюсы и минусы, ожидающие владельца дома с подобной системой отопления.

Материал статьи снабжен подробными схемами и наглядными фото с изображением отдельных элементов, использующихся при сборке отопления. В дополнение подобран видеоролик с разбором нюансов монтажа однотрубной системы с теплыми полами.

Содержание статьи:

Принцип работы водяного отопления

В малоэтажном строительстве наибольшее распространение получила простая, надежная и экономичная конструкция с одной магистралью. Однотрубная система остается самым популярным способом организации индивидуального теплоснабжения. Она функционирует за счет непрерывной циркуляции жидкого теплоносителя.

Перемещаясь по трубам от источника тепловой энергии (котла) к отопительным элементам и обратно, он отдает свою тепловую энергию и обогревает здание.

Теплоносителем может быть воздух, пар, вода или антифриз, который используют в домах периодического проживания. Наиболее распространены .

Галерея изображений

Фото из

Веским преимущества однотрубных вариантов сооружения систем отопления является минимальное количество труб, обуславливающее экономическую и эстетическую привлекательность схемы

При использовании металлопластиковых и пластиковых труб эстетические показатели однотрубных схем повышаются, т.к. прокладку контура можно скрыть в конструкциях или под отделкой

В гравитационных отопительных системах, характеризующихся естественным перемещением теплоносителя, однотрубные контуры сооружаются исключительно с верхней разводкой

В контурах с верхней разводкой подающая труба расположена над приборами, теплоноситель последовательно перетекает из одного в другой и по пути остывает. Чтобы более равномерно распределить теплоноситель, перед радиаторами устанавливают байпас, частично отсекающий поставку нагретой воды

По аналогичному принципу сооружаются вертикальные контуры принудительных систем отопления, по которым перемещение нагретой воды стимулируем циркуляционный насос

По направлению движения нагретой и остывшей воды в системе они делятся на попутные и тупиковые. В тупиковых нагретый и остывший теплоноситель движется в разные стороны, в попутных — в одну

В контурах однотрубного отопления с нижней разводкой подключение подводящей и выходящей трубы производится снизу

В системы с горизонтальной разводкой обязательно присутствует циркуляционный насос, без которого движение теплоносителя будет слишком затруднено. Для удаления излишка воздуха устанавливаются механические или автоматические воздухоотводчики

Эстетические плюсы однотрубной системы отопления

Скрытая прокладка контура однотрубного отопления

Однотрубное отопления гравитационного типа

Улучшенная однотрубная схема с замыкающим участком

Вертикальные схемы прунудительного отопления

Тупиковый вариант однотрубной отопительной системы

Вариант однотрубного отопления с нижней разводкой

Устройство систем с горизонтальной разводкой

Традиционное отопление основано на явлениях и законах физики – тепловом расширении воды, конвекции и гравитации. Нагреваясь от котла, теплоноситель расширяется и создает в трубопроводе давление.

Кроме того, он становится менее плотным и, соответственно, легким. Подталкиваемый снизу более тяжелой и плотной холодной водой он устремляется вверх, поэтому выходящий из котла трубопровод всегда направляют максимально вверх.

Под действием созданного давления, сил конвекции и тяжести вода идет к радиаторам, нагревает их, сама при этом охлаждается.

Таким образом теплоноситель отдает тепловую энергию, обогревая помещение. К котлу вода возвращается уже холодной, и цикл начинается заново.

Современное оборудование, обеспечивающее теплоснабжение дома может быть очень компактным. Для его установки даже не потребуется выделять специальное помещение

Систему называют еще самотечной и гравитационной. Для обеспечения движения жидкости необходимо соблюдать угол уклона горизонтальных веток трубопровода, который должен быть равен 2 – 3 мм на погонный метр.

Объем теплоносителя при нагревании увеличивается, создавая в магистрали гидравлическое давление. Однако, поскольку вода не сжимается, даже небольшое его превышение приведет к разрушению отопительных конструкций.

Поэтому в любой системе обогрева устанавливают компенсирующее устройство – расширительный бак.

В гравитационной отопительной системе котел монтируют в самой низкой точке магистрали, а расширительный бак – в самой верхней. Все трубопроводы делают под уклон, чтобы жидкий теплоноситель мог самотеком двигаться от одного элемента системы к другому

Отличие однотрубной и двухтрубной систем

Системы водяного отопления разделяют на два основных типа – это однотрубные и двухтрубные. Отличия этих схем заключается в способе подсоединения теплоотдающих батарей к магистрали.

Магистраль однотрубного отопления – это замкнутый кольцевой контур. Трубопровод прокладывают от нагревательного агрегата, радиаторы подсоединяют к нему последовательно, и ведут обратно к котлу.

Отопление с одной магистралью просто монтируется и не имеет большого количества комплектующих, поэтому позволяет существенно экономить на установке.

Однотрубные контуры отопления с естественным движением теплоносителя устраивают только с верхней разводкой. Характерная черта – в схемах есть стояки подающей магистрали, но нет стояков для обратки

Движение теплоносителя осуществляется по двум магистралям. Первая служит для доставки горячего теплоносителя от устройства нагрева к теплоотдающим контурам, вторая – для отвода остывшей воды к котлу.

Батареи отопления подключаются параллельно – нагретая жидкость поступает в каждую из них непосредственно от подающего контура, поэтому имеет практически одинаковую температуру.

В радиаторе теплоноситель отдает энергию и остывшим уходит в отводящий контур – «обратку». Такая схема требует удвоенного количества фитингов, труб и арматуры, однако позволяет устраивать сложные разветвленные конструкции и снижать затраты на отопление за счет индивидуальной регулировки радиаторов.

Двухтрубная система эффективно обогревает большие площади и многоэтажные здания. В малоэтажных (1-2 этажа) домах площадью менее 150 м² целесообразнее устраивать однотрубное теплоснабжение как с эстетической, так и с экономической точки зрения.

Двухтрубная схема подсоединения радиаторов не получила широкого распространения в устройстве индивидуального теплоснабжения частных домов, поскольку ее более сложно монтировать и обслуживать. Кроме того, удвоенное количество труб выглядит неэстетично

Варианты устройства однотрубного отопления

Элементы любой системы отопления:

  • источник тепла – котел (твердотопливный, электрический, газовый котел;)
  • теплоотдающие приборы – , контуры теплых полов;
  • устройство, обеспечивающее циркуляцию теплоносителя – специальный разгонный участок магистрали, ;
  • устройство, компенсирующее избыточное давление теплоносителя в магистрали – или ;
  • трубы, фитинги и соответствующая водопроводная арматура.

В зависимости от типа используемых устройств будет зависеть и схема теплоснабжения.

Галерея изображений

Фото из

Твердотопливный агрегат для отопления

Электрический котел в автономной схеме

Газовый напольный котлоагрегат

Настенный котел для дач и квартир

Системы с естественной и принудительной циркуляцией

Циркуляция теплоносителя в отопительной системе может осуществляться естественным путем – под действием физических явлений, либо принудительным – посредством циркуляционного насоса.

В первом случае движение отопление по системе является самопроизвольным и называется естественным, во втором – принудительным или искусственным.

С ориентиром на конструктивные особенности однотрубные схемы отопления делятся на два вида. Первый – устаревшая, но простая проточная схема, второй – усовершенствованная схема с байпасами

Для обеспечения движения жидкости в гравитационной системе необходим разгонный участок. Это отходящий от котла вертикальный патрубок, по которому поднимается нагретый теплоноситель.

В верхней точке трубопровод плавно поворачивают вниз, поэтому вода с ускорением устремляется по магистрали.

Для схемы отопления с верхней разводкой, а также для двухэтажных домов таким участком служит подающий патрубок, так как он поднимается на достаточный уровень.

Для отопления одноэтажного здания с нижней горизонтальной разводкой устраивают разгонный коллектор, высота которого не должна быть менее 1,5 м от уровня первого радиатора.

Разгонный участок является устройством, обеспечивающим циркуляцию теплоносителя в самотечной системе отопления. Проходной диаметр труб этого отрезка магистрали должен быть больше, чем ее основной части.

Например, при диаметре трубы магистрали 25-32 мм, для разгонного коллектора выбирают трубу диаметром 40 мм.

Верхнюю точку разгонного коллектора устраивают в удобном месте неподалеку от котла. Опускают трубу коллектора таким образом, чтобы обеспечить достаточный перепад высот между нижним отводом разгонного коллектора и нижней точкой магистрали для соблюдения постоянного уклона трубопровода

Основные достоинства гравитационной системы – это полная энергонезависимость (в сочетании с твердотопливным котлом), простота и отсутствие сложных приборов.

Недостатков же достаточно много:

  • Чтобы минимизировать гидравлическое сопротивление, диаметры труб должны быть достаточно большими.
  • Каждый встраиваемый прибор и устройство создает препятствия движению жидкости, поэтому в системе минимальное количество запорной арматуры. Это создает трудности при ремонте, так как требует полного отключения системы и слива теплоносителя из магистрали.
  • Для надежной работы гравитационную систему необходимо тщательно рассчитывать и балансировать, подбирая оптимальные диаметры труб и количество секций радиаторов. Крайние в системе радиаторы должны быть больше тех, в которые теплоноситель поступает после выхода из котла.

Установка циркуляционного насоса в систему нейтрализует практически все ее недостатки. Устройство дает теплоносителю дополнительный импульс, позволяя преодолевать гидравлическое сопротивление элементов трубопровода.

Схемы принудительного однотрубного отопления реализуются в частных домах чаще всего.

Благодаря модернизации проточной системы путем установки байпасов, теплоноситель с рабочей температурой практически одновременно поступает во все приборы

Насос можно монтировать в любом месте магистрали. Но стоит учитывать, что горячая вода снижает его эксплуатационный срок, воздействуя на резиновые детали (прокладки и уплотнения).

Поэтому целесообразнее устанавливать агрегат на обратном трубопроводе, где циркулирует остывший теплоноситель. Перед ним в обязательном порядке включают фильтр грубой очистки, чтобы предохранить от попадания возможных загрязнений.

Все приборы и устройства отопительных систем желательно подключать через запорную арматуру и байпасы.

Такой монтаж позволит проводить ремонт и обслуживание отдельных элементов без необходимости остановки всей системы и полного слива воды.

Байпас бывает нерегулируемым и регулируемым. В первом случае он представляет собой простой патрубок, соединяющий питающий и отводящий трубопровод. Во втором – снабжен запорной трехходовой арматурой

Достоинства отопительной системы с принудительной циркуляцией:

  • Можно реализовывать более сложные и разветвленные схемы, увеличивать длину контуров;
  • Нет необходимости в увеличенных диаметрах труб – насос создает в магистрали давление, достаточное для движения и равномерного распределения жидкости;
  • Циркуляция осуществляется с заданной скоростью и не зависит от степени нагрева теплоносителя и наличия разгонного участка;
  • Не надо соблюдать углы наклона при прокладке трубопровода, т. к. движение теплоносителя стимулируется насосом.

К тому же можно устанавливать регулирующие приборы на каждый радиатор и поддерживать оптимальный режим обогрева, снижая энергозатраты и расходы на обогрев.

Недостатков у однотрубного принудительного отопления всего три:

  • зависимость от электроснабжения;
  • шум – некоторый гул, который производит работающий насос;
  • стоимость – более высокая по сравнению с гравитационной схемой стоимость устройства.

Нейтрализовать их достаточно просто. Энергозависимость решается установкой автономного электрогенератора или возможностью перехода системы на режим с естественной циркуляцией.

Чтобы сделать работу насоса практически неслышной, его достаточно монтировать в нежилом помещении – ванной, туалете, бойлерной.

В верхних точках магистрали, особенно при принудительном отоплении с закрытым расширительным бачком, необходимо предусматривать возможность стравливания выделяющегося из воды воздуха. Для радиаторов это автоматические воздухоотводчики или краны Маевского, для трубопровода – сепаратор воздуха

Открытая или закрытая отопительная система?

Для исключения чрезмерного повышения гидравлического давления в системе и его скачков устанавливают расширительный бак. Он принимает излишки воды при расширении, а затем возвращает ее в магистраль при остывании, восстанавливая равновесие системы.

Существует две принципиально отличающихся конструкции, которые и определяют вид всей системы.

Расширительный бак открытого типа – это частично или полностью открытая емкость, которую подсоединяют к магистрали в самой высокой ее точке, непосредственно после котла.

Для исключения перелива жидкости через края на определенном уровне предусматривают отвод, через который излишняя вода будет сливаться в канализацию или на улицу.

В одноэтажных домах компенсирующую емкость часто выводят на чердак – в этом случае ее необходимо утеплить.

Чтобы не следить постоянно за уровнем теплоносителя, к расширительному баку подводят водопровод и устанавливают простой поплавковый клапан

Система отопления с таким компенсирующим устройством называется открытой. Применяется при обустройстве энергонезависимого или комбинированного теплоснабжения.

Она предполагает прямое соприкосновение горячего теплоносителя с воздухом, вследствие чего происходит его естественное испарение и насыщение кислородом.

Исходя из этого, открытая схема теплоснабжения характеризуется следующими недостатками:

  1. При монтаже трубопровода гравитационных систем обязательно соблюдение уклонов – в этом случае высвобождающийся в системе воздух будет стравливаться в бак и атмосферу.
  2. Необходимо регулярно контролировать и вовремя пополнять объем воды в емкости, не допуская ее чрезмерного испарения.
  3. Нельзя применять антифриз в качестве теплоносителя, так как при его испарении выделяются токсичные вещества.

Содержащийся в циркулирующей жидкости кислород вызывает коррозионные разрушения в стальных деталях отопительных приборов, снижая их срок эксплуатации.

Однако у нее есть и плюсы:

  • Нет необходимости в постоянном контроле давления в магистрали;
  • Даже при небольших протечках система будет исправно обогревать дом, пока в магистрали имеется достаточное количество жидкости;
  • Пополнять теплоноситель в системе можно даже ведром – просто налить в воду расширительную емкость до необходимого уровня.

Расширительный бак закрытого типа представляет собой прочный герметичный корпус, внутренний объем которого разделен мембраной на две части. Одну полость наполняют воздухом, вторую соединяют с магистралью.

При нагревании теплоноситель, увеличиваясь в объеме, продавливает мембрану в сторону воздушной камеры, которая играет роль демпфера. При охлаждении воды гидравлическое давление снижается, и сжатый воздух приводит систему в равновесие, выдавливая излишки воды обратно в трубопровод.

Все баки закрытого типа оснащены воздушным клапаном. В аварийном режиме, когда давление в воздушной камере превышает допустимый предел, он стравливает газ и предохраняет устройство от разрушения

Система с расширительным баком мембранного типа носит название закрытой. Это полностью лишенная доступа воздуха замкнутая гидравлическая магистраль.

Компенсирующую емкость можно встраивать в любом месте системы, однако чаще всего ее устанавливают на обратном трубопроводе около котла – для повышения удобства обслуживания.

Закрытая отопительная система характеризуется наличием небольшого избыточного давления. Поэтому обязательным элементом магистрали становится .

Узел состоит из воздухоотводчика, манометра и предохранительного клапана для сброса теплоносителя в аварийном режиме. Монтируется с запорной арматурой на подающем трубопроводе для возможности отключения на случай ремонта.

Если имеется подъем трубопровода, то располагают в его верхней точке.

Галерея изображений

Фото из

Компоненты группы безопасности

Функциональное назначение устройства

Расположение составляющих

Специфика расположения

Эффективная схема однотрубной системы

При проектировании отопления учитывают множество факторов – наличие стабильного электроснабжения и отдельного помещения под оборудование (котельной, бойлерной), количество этажей и планировку, эстетичность будущей конструкции и т.д.

В каждом отдельном случае расположение оборудования и способы его подключения будут отличаться.

Для совсем небольшого помещения – дачного домика – наиболее эффективной станет простая самотечная схема последовательного включения батарей прямо в трубопровод магистрали.

При установке двух или трех радиаторов не требуется устанавливать большое количество запорной арматуры – в данном случае проще слить воду из системы при необходимости.

В зданиях с большей площадью система теплоснабжения является сложной, иногда разветвленной, конструкцией. В этом случае оптимальным вариантом становится принудительное с диагональным подключением теплоотдающих батарей и регулируемыми .

Такая схема гарантирует максимальный прогрев площади радиаторов и возможность регулировки и настройки режима работы. Чтобы отсоединить любой из элементов системы, не требуется сливать воду из всей магистрали

Способы подключения радиатора к магистрали

Теплоотдача радиаторов зависит от способа их подключения к магистрали.

Существует три основных типа соединения:

  • Диагональное;
  • Боковое;
  • Нижнее.

Рассмотрим особенности каждого из этих способов детальнее.

Диагональное или перекрестное соединение

Диагональное, или перекрестное, подключение является наиболее эффективным. Достигается максимальный прогрев батареи по площади, и практически нет потерь тепла.

По такой схеме подающий трубопровод подводят к верхнему патрубку радиатора, а отводящий соединяют с нижним патрубком, расположенным с противоположной стороны прибора. Для приборов с большим числом секций применяют только диагональный тип подключения.

Боковое или одностороннее подключение

Боковое, или одностороннее, подсоединение позволяет добиться равномерного прогрева всех секций прибора.

Для подключения подающий и отводящий трубопроводы подводят с одной стороны. Чаще всего такое соединение применяют при устройстве отопления с верхней разводкой.

Теплоотдача отопления при боковом подключении радиаторов, с подачей сверху вниз равна 97%. При обратном движении теплоносителя – снизу вверх – этот показатель составляет 78%

Нижнее соединение радиатора с трубопроводом

Нижнее подключение – не самая эффективная схема отопления. Однако устраивается достаточно часто, особенно когда магистральный трубопровод скрывают под полом.

Подводящая и отводящая трубы подводятся к нижним патрубкам, расположенным с разных сторон радиатора.

Показатель теплоотдачи при нижнем подключении радиаторов составляет 88%

Преимущества и недостатки однотрубной системы

Однотрубное отопление завоевало широкую популярность в области частного строительства.

Основные причины – это относительно невысокая стоимость конструкции и возможность смонтировать ее своими силами, без привлечения специалистов.

Но у однотрубной системы отопления есть и другие преимущества:

  • Гидравлическая устойчивость – теплоотдача прочих элементов системы не меняется при отключении отдельных контуров, замене радиаторов или наращивании секций;
  • Устройство магистрали обходится минимальным количеством труб;
  • Характеризуется низкими инерционностью и временем прогрева за счет меньшего, чем в двухтрубной, количества теплоносителя в магистрали;
  • Выглядит эстетично и не портит интерьер помещения, особенно если магистральную трубу скрыть;
  • Установка запорной арматуры последнего поколения – например, автоматических и ручных терморегуляторов – позволяет точно настраивать режим работы всей конструкции, а также ее отдельных элементов;
  • Простая и надежная конструкция;
  • Несложные монтаж, обслуживание и эксплуатация.

При подключении приборов управления и контроля к системе отопления, ее можно перевести в полностью автоматический режим работы.

Возможна интеграция с – в этом случае можно задавать программы оптимальных режимов отопления в зависимости от времени суток, сезона и других решающих факторов.

Магистраль однотрубного отопления можно полностью скрыть финишной отделкой. Такой прибор не только не портит внешний облик комнаты, но и становится его деталью – предметом интерьера

Основным недостатком однотрубного теплообеспечения является дисбаланс нагрева теплоотдающих батарей по длине магистрали.

Теплоноситель охлаждается по мере передвижения по контуру. Из-за чего радиаторы, установленные далеко от котла, нагреваются меньше, чем близко расположенные. Потому рекомендовано устанавливать медленно остывающие чугунные приборы.

Установка циркуляционного насоса позволяет теплоносителю прогревать обогревающие контуры более равномерно, однако при достаточной длине трубопровода наблюдается существенное его остывание.

Снижают отрицательное действие такого явления двумя способами:

  1. В удаленных от котла радиаторах увеличивают число секций. Это увеличивает их теплопроводящую площадь и количество отдаваемого тепла, позволяя прогревать помещения равномернее.
  2. Составляют проект с рациональным расположением теплоотдающих приборов по комнатам – самые мощные устанавливают в детских, спальнях и «холодных» (северных, угловых) комнатах. По мере остывания теплоносителя идут гостиная и кухня, заканчивают нежилыми и подсобными помещениями.

Такие меры минимизируют недостатки однотрубной системы, особенно для одно- и двухэтажных зданий, имеющих площадь до 150 м². Для таких домов однотрубное отопление является наиболее выгодным.

Выводы и полезное видео по теме

К магистрали однотрубного отопления подключают не только радиаторы, но и контуры теплых полов. В видеоролике показано, каким образом провести такой монтаж.

Однотрубное отопление – это простая и надежная система. Однако для эффективного обогрева необходимо тщательно выбирать отдельные ее элементы. Для этого желательно обратится за консультацией к специалисту, где вам помогут выполнить оценочный расчет.

Вы не согласны со схемами, приведенными в нашей статье? Или имеете практический опыт обустройства однотрубного отопления в частном доме? Ваш опыт будет полезен нашим читателям. Не стесняйтесь, поделитесь своими знаниями в комментариях ниже.

Что учитывать при расчете однотрубной системы отопления

Однотрубная система отопления – одно из решений по разводке труб внутри зданий с подключением приборов нагрева. Такая схема видится наиболее простой и эффективной. Сооружение отопительной ветки по варианту «одной трубой» обходится домовладельцам дешевле иных способов.

Чтобы обеспечить работоспособность схемы, необходимо выполнить предварительный расчет однотрубной системы отопления – это позволит поддерживать нужную температуру в доме и предупредить потерю давления в сети. С этой задачей вполне реально справиться самостоятельно. Сомневаетесь в своих силах?

Мы расскажем вам, каковы особенности устройства однотрубной системы, приведем примеры рабочих схем, объясним, какие расчеты обязательно следует выполнить на этапе планирования отопительного контура.

Содержание статьи:

Устройство однотрубной схемы отопления

Гидравлическая устойчивость системы традиционно обеспечивается оптимальным подбором условного прохода трубопроводов (Dусл). Стабильную схему реализовать способом подбора диаметров, без предварительной настройки систем отопления с терморегуляторами, достаточно просто.

Именно к таким отопительным системам прямое отношение имеет с вертикальным/горизонтальным монтажом радиаторов и при полном отсутствии запорно-регулирующей арматуры на стояках (ответвлениях к приборам).

Наглядный пример установки радиаторного элемента в схеме, организованной по принципу циркуляции одной трубой. В данном случае используются металлопластиковые трубопроводы с металлическими фитингами

Методом изменения диаметров труб в однотрубной кольцевой схеме отопления можно достаточно точно сбалансировать имеющие место потери давления. Управление же потоками теплоносителя внутри каждого отдельного нагревательного прибора обеспечивает .

Обычно в рамках процесса конструирования отопительной системы по однотрубной схеме на первом этапе выстраиваются узлы обвязки радиаторов. На втором этапе выполняют увязку циркуляционных колец.

Классическое схемное решение, где для протока теплоносителя и распределения воды по тепловым радиаторам используется одна труба. Эта схема относится к наиболее простым вариантам (+)

Конструирование узла обвязки отдельно взятого прибора предполагает определение потерь давления на узле. Выполняется расчёт с учётом равномерного распределения потока теплоносителя терморегулятором относительно точек подключения на этом схемном участке.

В рамках той же операции выполняется расчёт коэффициента затекания, плюс определение диапазона параметров распределения потоков на замыкающем участке. Уже опираясь на рассчитанный диапазон веток, выстраивают циркуляционное кольцо.

Увязывание циркуляционных колец

Чтобы качественно выполнить увязку циркуляционных колец однотрубной схемы, предварительно выполняется расчёт по возможным потерям давления (∆Ро). При этом не учитывают потери давления на регулировочном вентиле (∆Рк).

Далее по значению расхода теплоносителя на конечном участке циркуляционного кольца и по значению ∆Рк (график в технической документации на прибор), определяется величина настройки регулировочного вентиля.

Этот же показатель можно определить по формуле:

Кв=0,316G / √∆Рк,

где:

  • Кв – величина настройки;
  • G – расход теплоносителя;
  • ∆Рк – потери давления на регулировочном вентиле.

Аналогичные расчёты выполняются для каждого отдельного регулирующего вентиля однотрубной системы.

Правда, диапазон потерь давления на каждом РВ вычисляют по формуле:

∆Рко=∆Ро + ∆Рк – ∆Рn,

где:

  • ∆Ро – возможные потери давления;
  • ∆Рк – потери давления на РВ;
  • ∆Рn – потери давления на участке n-циркуляционного кольца (без учёта потерь в РВ).

Если в результате расчётов необходимые значения для однотрубной системы отопления в целом не были получены, рекомендуется применить вариант однотрубной системы, куда входят автоматические регуляторы расхода.

Автоматический регулятор расхода, установленный на линии обратного хода теплоносителя. Прибор регулирует общий расход теплоносителя для всей однотрубной схемы

Такие устройства, как автоматические регуляторы, монтируются на концевых участках схемы (узлы соединений на стояках, отводящие ветки) в точках подключения к возвратной линии.

Если технически изменить конфигурацию автоматического регулятора (поменять местами кран слива и пробку), установка приборов возможна и на линиях подачи теплоносителя.

С помощью автоматических регуляторов расхода осуществляется увязывание циркуляционных колец. При этом определяются потери давления ∆Рс на концевых участках (стояки, приборные ветки).

Остаточные потери давления в границах циркуляционного кольца распределяют между общими участками трубопроводов (∆Рмр) и общим регулятором расхода (∆Рр).

Значение временной настройки общего регулятора выбирается по представленным в технической документации графикам, с учётом ∆Рмр концевых участков.

Рассчитывают потери давления на концевых участках формулой:

∆Рс=∆Рпп – ∆Рмр – ∆Рр,

где:

  • ∆Рр – расчётное значение;
  • ∆Рпп – заданный перепад давлений;
  • ∆Рмр – потери Рраб на участках трубопроводов;
  • ∆Рр – потери Рраб на общем РВ.

Настройку автоматического регулятора основного циркуляционного кольца (при условии изначально не заданного перепада давлений) осуществляют с учётом установки минимально возможного значения из диапазона настройки в технической документации прибора.

Качество управляемости потоков автоматикой общего регулятора контролируют по разности потерь давления на каждом отдельном регуляторе стояка или приборной ветки.

Применение и экономическое обоснование

Отсутствие требований к температуре охлаждённого теплоносителя является отправной точкой для проектирования однотрубных отопительных систем на терморегуляторах с установкой ТР на подводящих линиях радиаторов. При этом обязательным является оснащение теплового пункта автоматической регулировкой.

Терморегулятор, установленный на линии, подающей теплоноситель в радиатор отопления. Для монтажа использовались металлические фитинги, которые удобны для работы с трубами из полипропилена

Схемные решения, где отсутствуют терморегулирующие приборы на подводящих линиях радиаторов, также используются на практике. Но применение подобных схем обусловлено несколько иными приоритетами обеспечения микроклимата.

Обычно однотрубные схемы, где отсутствует автоматическое регулирование, применяют для групп помещений, спроектированных с учётом компенсации тепловых потерь (50% и более) за счёт дополнительных устройств: приточная вентиляция, кондиционирование, электрический подогрев.

Также устройство однотрубных систем встречается в проектах, где нормативами допускается температура теплоносителя, превышающая граничное значение рабочего диапазона терморегулятора.

Проекты многоквартирных домов, где эксплуатация системы отопления завязана с учётом потребляемого тепла посредством счётчиков, обычно выстраивается по периметральной однотрубной схеме.

Периметральная однотрубная схема – своего рода «классика жанра», которую часто применяют в практике муниципального и частного домостроения. Считается простой и экономичной для разных условий (+)

Экономическому обоснованию для реализации такой схемы подлежит расположение магистральных стояков в разных точках конструкции.

Основными критериями расчёта служит стоимость двух главных материалов:  и фитингов.

Согласно практическим примерам реализации периметральной однотрубной системы, увеличение Dу проходного сечения трубопроводов в два раза сопровождается увеличением расходов на закупку труб в 2-3 раза. А расходы по фитингам возрастают до 10-ти кратного размера в зависимости от того, из какого материала изготовлены фитинги.

Расчетная база для монтажа

Монтаж однотрубной схемы, с точки зрения расположения рабочих элементов, практически не отличается от устройства тех же . Магистральные стояки, как правило, размещаются за пределами жилых помещений.

Правилами СНиП рекомендуется вести прокладку стояков внутри специальных шахт или желобов. Квартирная ветка традиционно выстраивается по периметру.

Пример размещения трубопроводов системы отопления в специально пробитых штрабах. Этот вариант устройства часто применяется в современном строительстве

Прокладка трубопроводов осуществляется на высоте 70-100 мм от верхней границы напольного плинтуса. Или монтаж делают под декоративным плинтусом высотой 100 мм и более, шириной до 40 мм. Современным производством выпускаются такие специализированные накладки под монтаж сантехнических или электрических коммуникаций.

Обвязка радиаторов выполняется схемой «сверху-вниз» с подводом труб на одной стороне или по обеим сторонам. Расположение терморегуляторов «по конкретной стороне» не критичное, но если  выполняется рядом с балконной дверью, установку ТР выполняют обязательно на дальней от двери стороне.

Прокладка труб за плинтусом видится преимущественной с декоративной точки зрения, но заставляет вспомнить о недостатках, когда дело касается прохождения участков, где есть внутрикомнатные дверные проёмы.

Трубопроводы, уложенные под декоративным плинтусом. Можно сказать, классическое решение для однотрубных систем, внедряемых в новостройках разного класса

Соединение отопительных приборов (радиаторов) с однотрубными стояками выполняется по схемам, допускающим незначительное линейное удлинение труб или по схемам с компенсацией удлинения труб в результате температурных перепадов.

Третий вариант схемных решений, где предполагается использование трёхходового регулятора,не рекомендуется по соображениям экономии.

Если устройство системы предусматривает прокладку стояков, скрытых в штробах стен, рекомендуется использовать в качестве присоединительной арматуры угловые терморегуляторы типа RTD-G и запорные вентили подобные приборам из серии RLV.

Варианты подключения: 1,2 – для систем, допускающих линейное расширение труб; 3,4 – для систем, рассчитанных под использование дополнительных источников тепла; 5,6 – решения на трёхходовых клапанах считаются невыгодными (+)

Диаметр трубного ответвления к приборам отопления рассчитывается по формуле:

D >= 0. 7√V,

где:

  • 0,7 – коэффициент;
  • V – внутренний объём радиатора.

Ответвление выполняется с некоторым уклоном (не менее 5%) в направлении свободного выхода теплоносителя.

Выбор основного циркуляционного кольца

Если проектное решение предполагает устройство системы отопления на основе нескольких циркуляционных колец, необходим выбор основного циркуляционного кольца. Выбор теоретически (и практически) должен выполняться по максимальному значению теплопередачи наиболее удалённого радиатора.

Этот параметр в какой-то степени влияет на оценку гидравлической нагрузки в целом, приходящейся на циркуляционное кольцо.

Циркуляционное кольцо в образе структурной схемы. Для разных вариантов проектирования таких колец может быть несколько. При этом только одно кольцо является основным (+)

Рассчитывается теплопередача отдалённого прибора формулой:

Атп = Qв / Qоп + ΣQоп,

где:

  • Атп – расчётная теплопередача удалённого прибора;
  • – необходимая теплопередача удалённого прибора;
  • Qоп – теплопередача от радиаторов в помещение;
  •  ΣQоп – сумма необходимой теплопередачи всех приборов системы.

При этом параметр суммы необходимой теплопередачи может состоять из суммы значений приборов, призванных обслуживать здание в целом или только часть здания. Например, при расчёте тепла отдельно для помещений, охватываемых одним отдельным стояком или отдельно взятых площадей, обслуживаемых приборной веткой.

А вообще расчётная теплопередача любого иного отопительного радиатора, установленного в системе, рассчитывается немного другой формулой:

Атп = Qоп / Qпом,

где:

  • Qоп – необходимая тепловая передача для отдельного радиатора;
  • Qпом – тепловая потребность для конкретного помещения, где используется однотрубная схема.

Проще всего разобраться с расчетами и применение полученных значений можно на конкретном примере.

Практический пример расчёта

Для жилого дома требуется однотрубная система с управлением от терморегулятора.

Значение номинальной пропускной способности прибора на максимальной границе настройки составляет 0,6 м3/ч/бар (к1). Максимально возможная характеристика пропускной способности для этого значения настройки – 0,9 м3/ч/бар (к2).

Максимально возможный перепад давления ТР (при уровне шума 30дБ) – не более 27 кПа (ΔР1). Напор насоса 25 кПа (ΔР2) Рабочее давление для системы отопления – 20 кПа(ΔР).

Нужно определить диапазон потерь давления для ТР (ΔР1).

Значение внутренней теплопередачи рассчитывают так: Атр = 1 – к1/к2 (1 – 06/09) = 0,56. Отсюда вычисляется требуемый диапазон потерь давления на ТР: ΔР1 = ΔР * Атр (20 * 0,56…1) = 11,2…20 кПа.

Если приводят к неожиданным результатам, лучше обратиться к специалистам или для проверки воспользоваться компьютерным калькулятором.

Выводы и полезное видео по теме

Подробный разбор расчетов с помощью компьютерной программы с пояснениями по монтажу и улучшению функциональности системы:

Следует отметить, что полномасштабный расчёт даже самых простых решений сопровождается массой вычисляемых параметров. Конечно же, вычислять всё без исключения справедливо при условии организации конструкции отопления, близкой к идеальной структуре. Однако в реальности ничего идеального нет.

Поэтому зачастую полагаются на расчёты как таковые, а также на практические примеры и на результаты работы этих примеров. Особо популярен такой подход для частного домостроения.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по расчету однотрубной системы отопления? Можете оставлять комментарии к публикации, участвовать в обсуждениях и делиться собственным опытом обустройства отопительного контура. Форма для связи находится в нижнем блоке.

 Однотрубная система отопления частного дома своими рукой системы отопления

Однотрубная система отопления существует как альтернатива двухтрубной. Имея сопоставимую эффективность, разводка теплоносителя по единственной трубе является более экономичным вариантом, поскольку появляется возможность экономии на трубах и фитингах. Для самостоятельного расчета и сборки подобного отопления следует тщательно изучить принципы действия и способы монтажа его составных элементов.

Особенности однотрубной системы отопления

Однотрубная система отопления фактически представляет собой замкнутое кольцо труб, по которым циркулирует теплоноситель. Помимо собственно труб, в отопительной магистрали присутствуют два основных элемента: котел и радиаторы отопления. Кроме того, в систему включается коллектор, запорно-регулирующая арматура, группа безопасности, расширительный бак и т.п. вспомогательное оборудование.

Нагретая котлом вода поступает в магистраль и подается на первый радиатор отопления. Выйдя из него, вода по магистрали подается на второй радиатор отопления и т.д. из последнего радиатора теплоноситель по обратной трубе возвращается в котел и цикл повторяется.

Поскольку в каждом из радиаторов за счет интенсивного теплообмена происходит понижение температуры теплоносителя, нагрев последнего радиатора будет минимальным, тогда как первый радиатор может иметь ту температуру, на которую выставлен котел.

Данный момент является главной особенностью однотрубных систем. При альтернативной двухтрубной схеме теплоноситель почти без потери температуры распределяется по подающей трубе, от которой через ответвления происходит забор воды на радиаторы. Поэтому температура каждого из радиаторов будет почти одинаковой. Появление некоторой разницы возможно лишь при большой длине магистрали.

Решить проблему недостаточного нагрева последнего радиатора в кольце однотрубной системы можно тремя способами:

  1. Повысить температуру нагрева воды. Этот способ наиболее прост в реализации, однако на практике применяется крайне редко по причине увеличения расходов на энергоносители. Кроме того, может возникнуть проблема перегрева первых радиаторов в системе.
  2. Увеличить тепловую мощность оконечных отопительных приборов. Достигается это увеличением количества секций, что влечет за собой ощутимое удорожание всей конструкции.
  3. Включение в систему циркуляционного насоса. При интенсивном кругообороте теплоносителя он не успевает полностью отдавать энергию в первых радиаторах и подается горячим даже на последние теплообменники. Данный способ наиболее распространен, т.к. небольшие затраты на циркуляционный насос полностью окупаются возможностью не увеличивать интенсивность работы котла и обойтись без мощных радиаторов в последних по кольцу теплообменниках.

Однотрубная схема отопления обладает следующими преимуществами перед альтернативными схемами:

  • значительное сокращение расхода труб и комплектующих, что намного уменьшает стоимость всей сборки;
  • возможность подключать отопительные приборы как последовательно, так и параллельно;
  • можно направить теплоноситель таким образом, чтобы сначала он поступал в помещения с наибольшими теплопотерями.

Вместе с тем, однотрубным вариантам присущи и некоторые недостатки:

  • длительный прогрев всего объема теплоносителя после холодного запуска;
  • если дом имеет два или более этажа, то отопительную систему будет довольно сложно сбалансировать. Верхние этажи всегда будут прогреваться эффективнее, чем нижние.
  • при необходимости ремонта одного участка придется выключать всю систему.

Виды

Основной признак, по которому могут различаться однотрубные варианты отопления, это схема циркуляции теплоносителя.

Вертикальная схема

Ее особенностью является применение вертикальных стояков и возможность установки в многоэтажных домах. При этом теплообменники отопления подключаются последовательно, начиная с верхнего этажа. Кроме того, наличие вертикального стояка позволяет организовать самотечную сборку, не требующую применения циркуляционного насоса.

Теплоноситель здесь будет приходить в движение, стекая под воздействием гравитации по имеющим некоторый наклон горизонтальным участкам труб. Кроме того, теплоноситель дополнительно будет двигать сила, возникающая в вертикальных стояках за счет разности в плотности теплоносителя с разной температурой.

Горизонтальная

Применяется лишь в одноэтажных домах. Может быть как самотечной, так и с принудительной циркуляцией. Все радиаторы отопления в горизонтальных системах подключаются параллельно. Возможно создание схем с несколькими петлями, подключаемыми через коллектор.

Кроме того, существует вариант однотрубного отопления, в котором теплоноситель проходит не только через радиатор, но и параллельно через трубу небольшого диаметра.

Это позволяет создавать более длинные петли за счет более эффективного распределения тепла по всей длине отопительной магистрали. Называется такая схема «ленинградка».

Способы подключения радиаторов

Большинство моделей радиаторных сборок позволяют выполнить подключение двумя из конструктивно предусмотренных точек: вверху и внизу по бокам радиатора.

Существует несколько основных типов подключения:

  • диагональный, когда подающая труба включается в верхний вход на одной стороне обогревателя, а отводящая – в нижний с противоположной стороны. Это наиболее эффективный способ;
  • боковой, при котором теплоноситель подается и выводится через пару отверстий, находящихся с одной стороны теплообменника;
  • нижний, когда вода поступает и в выводится из радиатора через нижнюю пару отверстий;
  • одноточечное подключение. Применяется лишь в крайних случаях, когда нет возможности развести к радиатору вторую трубу. Для такого подключения специальные инжекторные узлы подключения, в которых заходящие в отверстие радиатора патрубки имеют различную длину.

Технология монтажа

Последовательность действий при сборке однотрубной системы разделяется на несколько этапов:

    • установка котла. В зависимости от его типа и конструкции, установка может производиться либо на стену, либо на пол. В любом случае, должны быть соблюдены все правила пожарной безопасности;
    • монтаж группы безопасности, состоящей из предохранительного клапана, воздухоотводчика и манометра. Предохранительный клапан обеспечивает сброс теплоносителя при повышении его давления в системы выше установленной нормы. Воздухоотводчик в автоматическом режиме удаляет из магистрали отопления воздух. Манометр отображает фактическое давление в трубах. Устанавливать группу безопасности следует сразу же после котла. Устанавливать отсекающие краны между котлом и группой безопасности категорически запрещено;
    • сборка трубопровода. Для самотечной однотрубной схемы после котла группы безопасности должна следовать вертикальная колонна из труб большего диаметра, чем в основной магистрали. Горизонтальная часть магистрали должна иметь непрерывный уклон в несколько градусов. Трубы могут быть либо целиком металлическими, либо металлопластиковыми, либо армированными полипропиленовыми;
    • в определенных проектом местах монтируются радиаторы. Чаще всего для этого применяются крепежные кронштейны, закрепляемые на стене. При диагональном подключении имеет смысл организовать уклон в один-два градуса в сторону слива. Неиспользуемые отверстия закрываются заглушками, в одно из них устанавливается кран-маевского для сгона воздушных пробок;
    • к выходу последнего в кольце подключается труба обратки, подаваемая на вход котла;
    • в обратку через тройник врезается расширительный бак. Его емкость подбирается в зависимости от вида объема циркулирующего теплоносителя. Для воды следует выбирать модели баков емкостью порядка 10% от залитого в трубы объема. Для незамерзайки бак должен иметь емкость 20-25% от используемого объема;
  • при необходимости на обратку циркуляционный насос. Мощность насоса выбирается индивидуально, исходя из объема и особенностей имеющейся сборки. Использовать насосы с избыточной мощностью не рекомендуется, поскольку это не улучшит работу отопления, но приведет к его завоздушиванию и появлению шума;
  • через тройник в самой нижней части трубы-обратки подсоединяется сгон с краном для слива теплоносителя.

Технология системы

Характерные особенности однотрубных систем вытекают из их кольцевой схемы и последовательного прохождения теплоносителя через радиаторы. Прежде всего, это неизбежный факт, что температура последнего обогревателя и обратки всегда будет намного ниже, чем в радиаторе первом.

Прочие особенности наиболее явно проявляются в самотечных конструкциях.

  1. Расширительный бак должен устанавливаться не на обратке, а в самой верхней точке вертикальной колонны после котла. При этом бак может быть открытого типа.
  2. Входное отверстие котла должно располагаться как можно ниже. В идеале – ниже уровня пола.
  3. Вся магистраль после вертикальной колонны должна иметь непрерывный уклон. Возвышающийся участок трубопровода может остановит работу системы из-за скапливающегося воздуха и нарушения стока воды под действием гравитации.

Поэтому еще на этапе планирования следует учесть все эти особенности.

Отзывы

В сети можно встретить множество отзывов об опыте эксплуатации однотрубных систем отопления. Вот наиболее характерные из них:

Надежда, Нижний Новгород

Используем такой систему несколько лет. Привлекает возможность самостоятельно регулировать температуру. Из неудобств лишь то, что при сильных морозах из открытого расширительного бака начинает испаряться вода. Поэтому периодически приходится ее подливать.

Роман, Пенза

Система не вызывает никаких проблем ходе эксплуатации. Использую тосол в качестве теплоносителя. Чтобы в случае возможного ремонта не пришлось его сливать целиком, радиаторы подключил на «американки» и поставил краны.

Однотрубное отопление: видео

В данном ролике можно представлен процесс сборки однотрубного отопления в коттедже

Как следует из отзывов и самой сути работы системы отопления по однотрубной схеме, подобное решение может стать неплохим вариантом для небольшого дома.

Минимальный расход материала, возможность отказа от энергозависимых циркуляционных насосов и при этом хорошая тепловая эффективность, все это делает однотрубное отопление очень привлекательным для владельцев загородной недвижимости.


Мы подобрали для Вас ещё восемь полезных статей, смотрите далее.

схема в одну трубу, как сделать закрытую систему


Содержание:


Одной из конструкций, предназначенных для прогрева частного дома, является однотрубная система отопления. Данная система достаточно проста, поэтому ее часто берут на вооружение владельцы частных домов. В данной статье будет рассмотрена схема однотрубного отопления частного дома и ее особенности.


Устройство однотрубной системы отопления


Ключевая особенность данной системы заключается в том, что подача и отвод теплоносителя выполняются одной трубой, к которой посредством подводок подключены все отопительные приборы, установленные последовательно. Основная магистраль подключается к источнику тепла и затем возвращается к нему же, тем самым замыкая контур. Для обеспечения необходимого давления в системе присутствует вертикальная труба, по которой вода поднимается до верхней точки, а по мере остывания перемещается дальше.


Немного иначе будет отопление в одну трубу в частном доме, имеющем два этажа. В данном случае вода из установленного вертикально стояка проходит по отопительным контурам. На первом этаже стояк опускается до уровня пола, в результате чего образуется разгонный коллектор. Далее труба проходит по всему дому, подавая воду в подключенные отопительные приборы, и уже после этого попадает в источник тепла.


Схема однотрубной системы отопления в частном доме с двумя этажами имеет свои особенности:

  • Сечение основной магистрали не меняется на участках трубопровода;
  • Вода при прохождении через отдельные отопительные приборы теряет часть температуры, и эта тенденция будет сохраняться вплоть до попадания жидкости в зону нагрева;
  • Поскольку температура жидкости падает, то количество секций в батарее должно постепенно увеличиваться по направлению движения теплоносителя.



Впрочем, описанный процесс можно скомпенсировать грамотной планировкой, которая позволит обойтись без дополнительных секций. Если разогретая жидкость будет попадать в первую очередь в жилые помещения, а потом в хозяйственные, то расширять батареи не придется.


Как правило, для нормального функционирования однотрубной отопительной системы используется принудительное движение воды, для которого требуется циркуляционный насос – в таком случае работа отопления будет стабильной, но энергозависимой.


Если имеются некоторые опасения по поводу перебоев с электричеством, то обустраивается самотечная однотрубная система отопления для дома. Она работает по описанному выше принципу: устанавливается разгонный коллектор, находящийся на высоте хотя бы 2 метров от уровня пола.



Чтобы система могла функционировать, потребуется расширительный бак, установленный выше крайней верхней точки контура трубопровода. Как правило, местом установки бачка является чердак. Подсоединенный к системе бачок обеспечивает ее работу, но эффективность самотечной системы даже при грамотном обустройстве оставляет желать лучшего – движение воды за счет разницы температур нельзя назвать достаточно интенсивным.


Гораздо лучше работает закрытая однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией, которая обеспечивается насосом. В таких конструкциях используются мембранные расширительные бачки, поскольку система имеет замкнутый контур. Впрочем, разгонный коллектор все равно потребуется – он будет поддерживать уровень воды во всех батареях и способствовать нормальному движению теплоносителя.

Классификация однотрубных отопительных систем


Существует два разных вида однотрубных систем отопления:

  1. Вертикальные. Данный вид систем используется в двухэтажных зданиях. Приборы в таком случае располагаются друг под другом (допускается лишь незначительное смещение) и соединяются общим стояком. Конструктивно эта схема больше похожа на комбинированную, поскольку в ней очень хорошо заметна разница между подающей и обратной магистралью. Насос в данной системе не обязателен, но его всегда можно установить для надежности.
  2. Горизонтальные с нижней разводкой. Такая схема отопления в одну трубу используется в одноэтажных домах, имеющих небольшую площадь. Естественной циркуляции в таком случае вполне достаточно, хотя встречаются и системы с установленным насосом.



Подключать отопительные приборы можно тремя способами:

  • Снизу;
  • Сбоку;
  • По диагонали.


Наибольшее распространение получило нижнее подключение радиаторов, которое ценится за практически незаметные трубы, что улучшает интерьер помещений. Впрочем, с точки зрения эффективности такой вариант далек от идеального – теплоотдача батарей в данном случае заметно снижается.


Оптимальным вариантом является диагональная схема подведения труб, при которой отопительные приборы прогреваются должным образом и демонстрируют максимальную эффективность. В любом случае, перед тем, как сделать однотрубную систему отопления, нужно разработать проект, отображающий мельчайшие детали будущей конструкции.

Достоинства и недостатки однотрубных систем


Однотрубная система отопления частного дома имеет несколько весомых положительных качеств:

  1. Простота. Монтаж и ремонт однотрубного отопления очень часто осуществляется самостоятельно владельцами домов – и все благодаря простоте конструкции.
  2. Дешевизна. Стоимость элементов системы достаточно низка, что в немалой степени связано с простотой такого отопления. Для обустройства требуется достаточно скромный набор материалов – например, труб потребуется всего два вида (одна для основной магистрали, вторая – для подводок). Вертикальная система, естественно, обойдется дороже, ведь ей требуется два контура трубопровода.
  3. Возможность модификации. При наличии бюджета систему можно доработать, используя радиаторные термостатические клапаны, позволяющие регулировать температуру каждого отопительного прибора по отдельности. Впрочем, остается популярной и двухтрубная система. Довольно часто схема двухтрубной системы отопления двухэтажного дома позволяет решить многие задачи, с которыми однотрубная не справилась.



Также стоит отметить и основные недостатки однотрубного отопления:

  1. Каждая последующая батарея получает меньше тепла, что особенно заметно в системах с нижней разводкой.
  2. Максимальная эффективность системы достигается только при установке циркуляционного насоса, что автоматически делает отопление энергозависимым.
  3. Эффективность однотрубного отопления снижается при увеличении площади и этажности здания, в котором установлена система.

Рекомендации по монтажу


При обустройстве однотрубной системы отопления требуется, несмотря на ее простоту, выполнять все этапы работы внимательно и грамотно, учитывая все нюансы и особенности конструкции.


Чтобы все было сделано правильно, стоит воспользоваться следующими рекомендациями:

  • Перед обустройством необходимо заранее правильно рассчитать габариты входящих в конструкцию труб;
  • Трубопроводы не должны пересекать линию дверных проемов, а стояки не должны располагаться возле окон;
  • Для работы системы с принудительной циркуляции подойдут трубы DN15, а для самотечной системы лучше использовать трубы DN20;
  • Нужно не забывать о соблюдении уклона, который составляет 5 мм на 1 м длины трубопровода в случае с самотечной системой и 3 мм – для системы с естественной циркуляцией;
  • Разгонный коллектор должен в высоту иметь не менее 2,2 м;
  • Установленный на холодном чердаке расширительный бачок нужно обязательно утеплять, а выходящую из него трубу вывести на улицу;
  • При использовании чугунного теплообменника в котле придется обойтись без холодной подпитки на обратной трубе возле теплогенератора;
  • Устанавливать слишком много батарей на один отопительный контур не стоит – это всегда становится причиной нехватки теплоотдачи последних батарей.  Читайте также: «Как работает теплообменник труба в трубе – преимущества и недостатки устройства».




Заключение


В итоге можно сказать, что однотрубная система отопления при всех ее достоинствах совершенно не подходит для больших и многоэтажных домов. К тому же, несмотря на простоту и низкую стоимость, такая система вызывает немало проблем и требует внимательного подхода при обустройстве. 

Однотрубное отопление в доме

Идея создать однотрубную систему отопление в частном доме может показаться на первый взгляд заманчивой. Вероятно, что одна труба вместо двух, намного дешевле. Наверное, такую систему проще монтировать…. Однотрубку можно положить даже под плинтус – не сложно спрятать, это же не две трубы…

Разберемся по порядку, действительно ли дешевле? Проще ли сделать? Но самое главное – как поведет себя однотрубная система в эксплуатации? Не будет ли отопление в доме просто некачественным. Не окажутся ли недостатки системы слишком весомыми. И поэтому однотрубная (ленинградка) не будет применима вообще…

Сколько радиаторов и как их подключить

Сколько радиаторов чаще в доме? Сегодня обычным домом окажется строение с мансардным этажем и отапливаемой площадью 200 м кв. При этом внизу находится с десяток радиаторов и на мансарде штук 5. Если рассмотреть домик одноэтажный 100 м кв., то понадобится от 8 отопительных приборов.

Если их подключить одной трубой последовательно один за другим, то последний окажется холодным, при обычных параметрах отопительной сети.

Если их подключить параллельно к одной трубе – то же самое последний будет «ледяным», если характеристики отопления обычные…
Но что подразумевается под словом «обычные»?

Нормальные технические характеристики

При создании отопления все стремится к минимизации, упрощению, удешевлению.

Для движения теплоносителя применяются циркуляционные насосы, бесшумные и слабомощные. Максимальна мощность двигателя обычно до 100 Вт. Новейшие модели с компьютерным управлением умеют выбирать наиболее экономичный режим работы сами, и пользователи радуются, когда табло показывает потребляемую мощность 12 Вт при площади дома 150 м кв.

Трубы применяются внутренним диаметром 16 мм для одного – двух радиаторов и 20 мм для группы до 6 шт., 25 мм уже может быть магистралью от котла для целого дома.
Что же будет с однотрубкой, если все это применить к ней?

Экономия при создании и эксплуатации

Если однотрубную систему создать с прогрессивными (экономичными) параметрами отопления, то она в масштабах дома (5 и более радиаторов в кольце) окажется не работоспособной, потому что последние радиаторы будут холодными.

Обычный циркуляционный насос не обеспечит скорость теплообмена (подачу необходимой энергии для последовательного включения). А обычный диаметр труб создаст слишком большое гидравлическое сопротивление, при попытке увеличить расход жидкости.

Чтобы нагреть последний в кольце прибор нужен мощный насос и кольцевая труба большого диаметра.

Какая температура радиаторов у ленинградки

При последовательном включении на одну трубу радиаторы будут забирать часть энергии и постепенно остужать теплоноситель. Если температура на подаче +60 град, то на каждом радиаторе потеря при обычной циркуляции теплоносителя (до 30Вт на насос) составит примерно 7% или 4 град. Тогда на выходе из 4-го радиатора будет плюс 48 град С. Но 5-й в кольце будет уже малопригодным для обогрева. А к примеру, на восьмом радиаторе в кольце – будет 32 град, — просто холодный.

Выравнивание температуры между подачей и обраткой возможно только при большом диаметре труб и мощном насосе, создающем достаточный расход теплоносителя.

Расточительная однотрубка для больших домов

В больших домах, с несколькими десятками радиаторов, где эксплуатационные потери не слишком велики можно рассмотреть вариант однотрубной системы отопления.

  • Применяется стальная труба большого диаметра (от 50 мм) согласно проектному расчету, с особым насосом, создающими значительную скорость движения жидкости, до предела возникновения шума в трубе. Труба размещается по кольцу внешней стены во внутрипольном пространстве.
  • К трубе подключаются пары отводов под радиаторы или внутрипольные конвектора под высокими окнами. Разность давление создается не только за счет остывания жидкости в приборах, но главным образом, за счет монтажа в трубе паруса на подающем патрубке.
  • Значительные затраты на создание и эксплуатационные потери нивелируются большой мощностью отопления, и не являются значимыми, при рассмотрении всей затратной части строительства такого дома. С уменьшением площади отопления роль указанных затрат будет возрастать и они окажутся неприемлемыми.

Почему так расточительно

Можно ли транжирить ресурсы, и делать столь не экономичную систему отопления при создании и особенно при эксплуатации? Там, где можно задействовать на циркуляцию 20 Вт будет тратится 200 Вт. (?), Сколько точно, — покажут лишь расчеты на конкретную гидравлическую сеть, на в любом случае – в разы больше.

Остается непонятным зачем нужная дорогая эксплуатация, ведь только за сутки в разнице набегает киловатт-другой энергии, а за годы эксплуатации – приличная куча денег, выброшенная на ветер.

Другие методы выравнивания температуры – глубокая балансировка первых радиаторовЮ делает всю систему еще дороже и не устойчивой в работе. Рекомендуется как выход – увеличивать площадь радиаторов для компенсации потери температуры. Но тогда уже 8-й в кольце должен быть вдвое большей площади, чем первый, – слишком расточительный метод отопления.

При увеличении диаметра трубы в два раза, ее стоимость растет быстрее. Стоимость ее фитингов и кранов увеличивается в несколько раз. Любой монтажник скажет, что работоспособная однотрубка диаметром 32 мм на 10 радиаторов, обойдется дороже чем двухтрубка проложенная трубой 20 и 16 мм (два тупика по 5 шт).

К тому же монтажник добавит (скорее всего), что такие большие фитинги и трубы монтировать сложнее.
Однотрубка с трубой большого диаметра обойдется дороже при создании.

Где и как применяются однотрубки

На производствах бывает, что нужно отапливать цеха большой площади. Тогда оказывается, что местная котельная будет рациональней с однотрубной системой протяженностью в километр, с сотнями подключенных отопительных приборов и мощным насосом.

Однотрубки можно встретить везде в централизованных сетях многоэтажных домов, ведь отопительный стояк это и есть данная система с большой скоростью циркуляции.

Когда ленинградка рациональней в частном хозяйстве

Явно рациональной окажется однотрубная система при создании отопления в каком то маленьком помещении, до 4 радиаторов максимум в одном кольце, но лучше до 3 шт. Их даже можно соединить последовательно один за другим полипропиленовой трубой наружным диаметром 25 мм, чтобы не перегружать циркуляционный насос минимального типоразмера 25/40.

Как создать однотрубную систему отопления

Одним из вариантов создания однотрубной системы отопления в небольшом частном доме является создание 2 или 3 колец по 2 – 3 радиатора в каждом. Теоретически это возможно, если котел находится в центральной части строения и от его обвязки можно уложить в разных направлениях кольца отопления. Например, в одно крыло дома 4 радиатора, в другое – 3 шт., на мансардный этаж – 3 шт.
Примерная схема двухтрубки для одного отопительного кольца на 3 прибора.

В доме будет создана однотрубная система отопления, приемлемого качества по равномерному нагреву 10 шт. радиаторов, более простая, экономичная, и дешевая по сравнению, если бы эти приборы были подключены двумя трубами.

Но проблема в том, что подобное расположение котла, с возможностью замыкать кольца по 3 радиатора одной трубой – редкость. Чаще котел отнесен в подсобное помещение в крайней части дома. И тогда необходимо прокладывать либо длинные тупики – по 5 приборов, либо одно кольцо по периметру с включением в него всех потребителей – оно создается обязательно из двух труб, применяется попутная схема включения – как создать попутку….

Монтаж самотечной однотрубки – отопление для садового домика

Когда с электричеством проблема где нибудь в удаленном домике, оптимальным становится самотечная система — 3 – 4 радиатора в одном кольце. Применяются трубы диаметром от 30 мм (внутренний). Желательно использовать стальные трубы 40 – 50 мм в диаметре. Котел устанавливается в приямке – линия нагрева ниже линии охлаждения, т.е. средней точки радиаторов, только тогда возникнет циркуляция.

Как вариант создания – от подачи металлический трубопровод на приподнятый расширительный бак открытого типа. Он располагается под потолком, греет воздух вверху, — поднимая линию охлаждения. От него разводка по дому одной трубой, можно применить и пластиковые варианты, через 3 радиатора, и обратно на котел. Система получается дорогой, но незаменима там, где нет электроэнергии.

Подключения радиаторов

Существуют несколько вариантов включения радиаторов в однотрубной системе отопления.

  • Последовательное включение – наиболее экономичное при создании. Применяется до 3 шт. отопительных приборов.
  • Параллельное подсоединение с верхним подключением подачи – может применяться и на самотеке, и в самых больших кольцах с насосом. Здесь движение жидкости через прибор идет как по параллельной ветви, а также за счет тепловой конвекции воды при остывании ее в приборе.
  • Параллельное нижнее подключение.
    Здесь одного принципа «параллельной ветви» не достаточно, на магистральной трубе включается вентиль или вставка – заужение площади сечения в два и более раз. В стальную трубу нередко просто вваривают преграду.

При параллельных включениях возможна балансировка первых радиаторов в больших кольцах, чтобы подровнять температуру по всей цепочке. Но как рекомендовалось, этот метод не является спасительным, если параметры сети обычные, а специалисты рекомендуют лишь еще больше удорожить сеть за счет увеличения размеров последних батарей.

Применяемые материалы и оборудование

В основном используется твердотопливный котел, так как автоматизированные варианты, в небольших строениях (с однотрубкой) на 3 — 4 радиатора в отопительном кольце применяются редко. Выбирается циркуляционный насос 25/40, для которого максимальная площадь отопления до 150 м кв. в утепленном доме. Рекомендуемая обвязка с использование трехходового клапана для защиты от холодной обратки. А также электрическая защита от перегрева и остужения через котел после завершения горения.

Трубы полипропиленовые 25 мм (наружный), или металлопластиковые трубы 20 мм. Отводы для подключения – 20 мм (16 мм). Кран балансировочный на первом радиаторе вместо отключающего крана.

Также котел снабжается группой безопасности и фильтром на обратке перед насосом.

🔧 Однотрубная система отопления частного дома: нюансы, материалы, монтаж

Настало время задуматься на тему отопления частного дома. Однотрубная система – это самый распространённый вариант, который успешно эксплуатируется в большинстве загородных домовладений. Как она устроена, какие материалы потребуются для её монтажа, и о каких нюансах стоит помнить – в этом обзоре от редакции HouseChief.

Однотрубная система отопления – самая простая и эффективная , проверенная временем и опытом
ФОТО: techno-comf.ru

Читайте в статье

В общих чертах: как устроена однотрубная система отопления частного дома

Причина популярности такой системы – надёжность и экономичность в эксплуатации. Причём однотрубный принцип заставляет теплоноситель постоянно циркулировать по помещениям дома. Этим теплоносителем может быть обычная вода, воздух, пар или антифриз.

Чаще всего в таких системах встречается именно вода – дешёвый и надёжный теплоноситель, объём которого можно без проблем пополнять при необходимости
ФОТО: realwire.com

Принцип работы однотрубного отопления заключается физическом свойстве воды расширяться при нагревании, а также на естественной гравитации, заставляющей жидкость двигаться сверху вниз. Всё это позволяет горячей воде путешествовать по системе, нагревая радиаторы, а потом остывшая влага возвращается к котлу, и весь процесс повторяется снова.

 Из каких конструкционных элементов состоит такая система

Отопление частного дома, вне зависимости от его архитектурных особенностей и площади, состоит из следующих элементов:

  • из котла – источника тепловой энергии. Котёл может работать на разных видах топлива: от дров до электричества;
  • из радиаторов – обычных батарей или водяных контуров под полом;
  • из насоса или разгонного участка, в зависимости от принципа циркуляции теплоносителя – естественной или принудительной;
  • из труб и узлов соединения, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя по помещениям.

Два вида однотрубной системы: как выбрать

Есть два вида отопительного механизма: открытый и закрытый.

Открытый и закрытый вариант предполагает использование расширительного бака для компенсации чрезмерного давления, вызванного расширением теплоносителя при нагреве.

В открытой системе бак устанавливается в наивысшей точке магистрали сразу за котлом
ФОТО: openstroi.ru

При избыточном давлении излишки воды сливаются в канализационную систему. Обычно такие баки в загородных домовладениях ставят на чердаках или мансардах. Для облегчения обслуживания такой ёмкости, её снабжают клапаном-поплавком, который регулирует уровень жидкости.

У открытой системы есть свои недостатки, о которых необходимо обязательно помнить: бак требуется постоянно пополнять, трубы и приборы при таком режиме эксплуатации быстрее ржавеют. В этом варианте нельзя использовать антифриз в качестве теплоносителя.

С другой стороны, вам не нужно будет беспокоиться об опасности разрыва труб из-за высокого давления. Даже при небольших неполадках такая система будет продолжать работать, давая вам возможность выбрать подходящее время для ремонта.

Закрытая система тоже использует расширительный бак, но его конструкция и место расположения совсем иные.

В этом варианте бак герметичен, а его конструкция включает внутреннюю мембрану, которая регулирует давление.  При аварийном повышении давления бачок стравливает лишний воздух
ФОТО: glavsantex.ru

Расположить такой бак можно не только в верхней точке, но, в принципе, в любом месте, что очень удобно для обслуживания. Чаще всего владельцы выбирают точку в нижней части магистрали перед котлом.

Такая система практически не требует вашего внимания, нет необходимости периодически подливать воду.

Какой тип циркуляции выбрать

И снова выбор стоит между двумя вариантами: принудительной и естественной циркуляцией.

Естественная циркуляция будет работать при любых обстоятельствах, в том числе при отключении электричества. Это примитивная схема, в которой движение теплоносителя обеспечивает разгонный участок магистрали, расположенный под наклоном в верхней части.

Горячая вода поднимается от котла вверх и под влиянием гравитации устремляется к радиаторами, расположенным внизу магистрали
ФОТО: greypey.ru

Если в доме верхняя разводка к радиаторам, то достаточно просто плавного поворота трубопровода, а при горизонтальной разводке дополнительно устанавливается разгонный коллектор, имеющий высоту не меньше полутора метров от первой батареи.

К сведению! Диаметр труб в разгонном участке должен быть больше, чтобы обеспечить успешную работу естественной циркуляции.

Важно отметить, что для такого типа циркуляции важно правильно подобрать сечение трубопровода для магистрали и количество радиаторов. Также придётся отказаться от части запорных механизмов, что может усложнить ремонтные работы.

Принудительная система даёт возможность использовать тонкие  аккуратные трубы и произвольное количество радиаторов со сложной схемой разводки
ФОТО: greypey.ru

Её главный недостаток – энергозависимость. Насос можно поставить в любом месте трубопровода, поэтому, если не хотите слушать постоянный шум – выбирайте подвал или пристройку. При таком решении, каждый радиатор можно оснастить системой регулирования, контролируя температуру в каждом помещении по отдельности даже в двухэтажном доме.

О достоинствах и недостатках однотрубной отопительной системы

Главная причина популярности однотрубного отопления кроется в том, что для её монтажа нет необходимости привлекать профессионалов. Установить такой контур в состоянии сами владельцы жилья, тем более, что современные приборы и трубы можно соединить и без сварочных работ, используя герметичные фитинги.

Лучшая система тепловых труб — Выгодные предложения на системы тепловых труб от глобальных продавцов систем тепловых труб

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для системы тепловых труб. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как эта лучшая система с тепловыми трубками в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели систему с тепловыми трубками на AliExpress. С самыми низкими ценами в Интернете, дешевыми тарифами на доставку и возможностью получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в системе тепловых труб и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести heat pipe system по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.

Трубы Общие — Номинальный размер трубы (NPS) и график (SCH)

Что такое номинальный размер трубы?

Номинальный размер трубы (NPS) — это североамериканский набор стандартных размеров труб, используемых для высоких или низких давлений и температур.Название NPS основано на более ранней системе «Размер железной трубы» (IPS).

Эта система IPS была создана для обозначения размера трубы. Размер представляет собой приблизительный внутренний диаметр трубы в дюймах. Труба IPS 6 дюймов — это труба, внутренний диаметр которой составляет приблизительно 6 дюймов. Пользователи начали называть эту трубу как 2-дюймовую, 4-дюймовую, 6-дюймовую трубу и т. Д. Для начала каждый размер трубы производился с одной толщиной, которая позже была названа стандартный (STD) или стандартный вес (STD.WT.) Внешний диаметр трубы был стандартизирован.

В соответствии с промышленными требованиями, предъявляемыми к жидкостям под высоким давлением, трубы производились с более толстыми стенками, что стало известно как сверхпрочные (XS) или сверхтяжелые (XH). Требования к более высокому давлению еще больше увеличивались при использовании труб с более толстыми стенками. Соответственно, трубы производились с двойными сверхпрочными (XXS) или двойными сверхтяжелыми (XXH) стенками, при этом стандартизованные наружные диаметры не изменились. Обратите внимание, что на этом веб-сайте используются только термины XS и XXS .

Таблица труб

Итак, во времена IPS использовались только три толщины стены. В марте 1927 года Американская ассоциация стандартов провела обследование отрасли и создала систему, определяющую толщину стенок на основе меньших шагов между размерами. Обозначение, известное как номинальный размер трубы, заменило размер железной трубы, а термин «график» ( SCH ) был изобретен для определения номинальной толщины стенки трубы. Добавляя номера спецификации к стандартам IPS, сегодня мы знаем диапазон толщины стенок, а именно:

SCH 5, 5S, 10, 10S, 20, 30, 40, 40S, 60, 80, 80S, 100, 120, 140, 160, STD, XS и XXS.

Номинальный размер трубы ( NPS ) — это безразмерное обозначение размера трубы. Он указывает на стандартный размер трубы, если за ним следует номер обозначения конкретного размера без символа дюйма. Например, NPS 6 обозначает трубу, внешний диаметр которой составляет 168,3 мм.

NPS очень слабо связано с внутренним диаметром в дюймах, а трубы NPS 12 и меньшие имеют внешний диаметр больше, чем обозначение размера. Для NPS 14 и больше NPS равен 14 дюймам.

Для данного NPS внешний диаметр остается постоянным, а толщина стенки увеличивается с увеличением номера спецификации.Внутренний диаметр будет зависеть от толщины стенки трубы, указанной в спецификации.

Резюме:
Размер трубы указывается двумя безразмерными числами,

  • номинальный размер трубы (NPS)
  • номер расписания (SCH)

и соотношение между этими числами определяют внутренний диаметр трубы.

Размеры труб из нержавеющей стали определены стандартом ASME B36.19, охватывающим внешний диаметр и толщину стенки по спецификации.Обратите внимание, что все толщины стенок из нержавеющей стали по ASME B36.19 имеют суффикс «S». Размеры без суффикса «S» соответствуют стандарту ASME B36.10, который предназначен для труб из углеродистой стали.

Международная организация по стандартизации (ISO) также использует систему с безразмерным обозначением.
Диаметр номинальный ( DN ) используется в метрической системе единиц. Он указывает на стандартный размер трубы, если за ним следует номер обозначения конкретного размера без символа миллиметра. Например, DN 80 — это эквивалентное обозначение NPS 3.Ниже приведена таблица с эквивалентами для размеров труб NPS и DN.

NPS 1/2 3/4 1 2 3 4
DN 15 20 25 32 40 50 65 80 90 100

Примечание. Для NPS ≥ 4 соответствующий DN = 25, умноженный на номер NPS.

Вы знаете, что такое «ein zweihunderter Rohr» ?. Немцы подразумевают под этим трубу NPS 8 или DN 200. В данном случае голландцы говорят о «8 duimer».
Мне действительно любопытно, как люди в других странах указывают на трубку.

Примеры действительного наружного диаметра. и И.Д.

Фактические наружные диаметры

  • Фактический наружный диаметр NPS 1 = 1,5 / 16 дюймов (33,4 мм)
  • Фактический наружный диаметр NPS 2 = 2,3 / 8 дюйма (60,3 мм)
  • Фактический наружный диаметр NPS 3 = 3½ дюйма (88,9 мм)
  • NPS 4 фактический O.D. = 4½ дюйма (114,3 мм)
  • Фактический наружный диаметр NPS 12 = 12¾ «(323,9 мм)
  • Фактический наружный диаметр NPS 14 = 14 дюймов (355,6 мм)

Фактический внутренний диаметр трубы диаметром 1 дюйм.

  • NPS 1-SCH 40 = Внешний диаметр 33,4 мм — WT. 3,38 мм — I.D. 26,64 мм
  • NPS 1-SCH 80 = Внешний диаметр 33,4 мм — WT. 4,55 мм — I.D. 24,30 мм
  • NPS 1-SCH 160 = Внешний диаметр 33,4 мм — WT. 6,35 мм — I.D. 20,70 мм

Как указано выше, никакой внутренний диаметр не соответствует истине 1 дюйм (25,4 мм).
Внутренний диаметр определяется толщиной стенки ( WT ).

Факты, которые вам необходимо знать!

Schedule 40 и 80 приближаются к STD и XS и во многих случаях одинаковы.
Для размеров от NPS 12 и выше толщина стенок между сортаментами 40 и STD отличается, от NPS 10 и выше толщина стенки между сортами 80 и XS отличается.

Список 10, 40 и 80 во многих случаях аналогичен списку 10S, 40S и 80S.
Но будьте осторожны, от NPS 12 до NPS 22 толщина стенки в некоторых случаях отличается.В этом диапазоне трубы с индексом «S» имеют более тонкую толщину стенки.

ASME B36.19 не распространяется на все размеры труб. Таким образом, требования к размерам ASME B36.10 применяются к трубам из нержавеющей стали размеров и графиков, не охватываемых ASME B36.19.

Замечание (и) автора …

История номинального размера трубы 9 марта 2006 г.
  • Персоналу PM Engineer (PME) (один из дочерних журналов SUPPLY HOUSE TIMES) был задан вопрос о том, как получился номинальный размер трубы.Вот ответ, предоставленный редакционным директором PME Юлиусом Балланко.
  • Человеком, непосредственно ответственным за номинальный размер трубы, был джентльмен по имени Роберт Бриггс. Бриггс был суперинтендантом завода Pascal Iron Works в Филадельфии. В 1862 году он написал набор спецификаций для железных труб и разослал их всем заводам в этом районе.
  • Поймите, что в 1862 году Соединенные Штаты были вовлечены в Гражданскую войну. Каждый трубный завод производил свои трубы и фитинги по своим техническим требованиям.Бриггс попытался стандартизировать размеры, что также помогло бы военным усилиям. Труба и фитинги будут взаимозаменяемыми между мельницами. В 1862 году это было довольно необычно.
  • Стандарты труб стали известны как «Стандарты Бриггса». В конечном итоге они стали американскими стандартами и, наконец, стандартами, используемыми для современных труб.
  • В текущем стандарте стальных труб ASTM A53 в основном используется стандарт Бриггса для труб размером от 1/2 до 4 дюймов. Вы заметите, что после 4 дюймов труба начинает приближаться к фактическому размеру.
    используется для идентификации трубы.
  • Итак, вы, наверное, спросите, откуда взялись размеры? Ну, это были размеры штампов, используемых в Pascal Iron Works. Бриггс заставил всех подстроиться под себя. Отсюда и название «именная» труба.
    размер возник, что означает «близко к» или «где-то рядом» с действительным измерением.

Я нашел историю номинального размера трубы в Supplyhouse Times

Водопроводных труб от JET

Эксклюзивная технология

JET разбивает дым на сотни микропузырьков, создавая неописуемо плавное попадание.

Подробнее>

Очень толстое высокотемпературное керамическое теплозащитное покрытие

Не изменит вкус дыма

Чаша Страница

Настройте свою трубу, добавив любую 14-миллиметровую стеклянную чашу с конусом, пепельницу и т. Д.

Стр. Стержня

Не пияет, сохраняет полный аромат дыма.

Не подвергается воздействию тепла, задерживает только воду и дым / пар

Защита от падений, не разбивается, как стекло или акрил

Толстостенные: толщиной более 3 мм

Запатентованный

совместимый

Керамика

Безвкусный

Это видео показывает запатентованную технологию диффузора в действии и то, как она успешно проникает, как никакая другая труба на рынке.

Обратите внимание, как он пенится, а не пузырится!

Вот короткий клип, демонстрирующий как функцию диффузии, так и функцию клапана.

Обратите внимание на эти прекрасные жемчужно-белые пузыри !

Теперь это видео заставляет нас съеживаться каждый раз, когда мы его смотрим.

К сожалению, только так мы смогли продемонстрировать его надежность.

Когда вы думали, что труба не может стать более гладкой, мы изобрели JETstacks !

Стекируемая перколяционная система , которая может удвоить, утроить, четырехкратно и даже в пять раз увеличить гладкость труб!

Увидеть в действии

Официальный водопровод

Подкасты

Для посещения этого сайта вам должно быть 18 лет или больше.Входя на этот Сайт и / или получая доступ к нему, вы подтверждаете и гарантируете, что вам исполнилось 18 лет.

Если вам меньше 18 лет, нажмите здесь, чтобы выйти.

Термин «водяная трубка» относится к устройству, сконструированному с единственной целью — фильтровать табачный дым / пар через одну или несколько водяных бань. Использование этого сайта регулируется нашими условиями

2018 Системы фильтрации JET

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ | Справочник по переработке молочных продуктов

На молочном заводе сырое молоко проходит несколько стадий обработки на различных типах технологического оборудования, прежде чем попасть к потребителю в виде готового очищенного продукта.Производство обычно происходит непрерывно в замкнутом процессе, где основные компоненты соединены системой труб. Тип обработки и схема процесса зависят от конечного продукта.

Процесс, описанный в этой главе, является общей пастеризацией молока. Этот процесс является основной операцией при переработке рыночного молока, а также представляет собой важный этап предварительной обработки в цепочке молочных процессов, таких как производство сыра и производство кисломолочных продуктов. Цель состоит в том, чтобы представить некоторые соображения, с которыми приходится сталкиваться проектировщику установки при планировании установки пастеризации цельного молока.

Соображения при проектировании технологического процесса

При проектировании технологической линии необходимо учитывать множество аспектов. Они могут быть разными и чрезвычайно сложными, что предъявляет значительные требования к лицам, ответственным за предварительное планирование. Проектирование всегда предполагает компромисс между различными требованиями, такими как:

  • Связанные с продуктом — в отношении сырья, его обработки и качества конечного продукта
  • Связанные с процессом — в отношении производительности установки, выбора компонентов и их совместимости, степень контроля процесса, наличие теплоносителя, теплоносителя, очистка технологического оборудования и др.
  • Экономический — общая стоимость производства для соответствия установленным стандартам качества должна быть как можно ниже
  • Юридическая — законодательство, определяющее параметры процесса, а также выбор компонентов и системных решений

Процесс, показанный на Рисунке 7.1, касается тепла обработка — пастеризация — цельного молока, например рыночное молоко для продажи потребителям.

Рис. 7.1

Обобщенная блок-схема процесса пастеризации молока.

Некоторые законодательные требования

В большинстве стран, где молоко перерабатывается в различные продукты, законом определены определенные требования для защиты потребителей от заражения патогенными микроорганизмами.Формулировки и рекомендации могут отличаться, но комбинация, приведенная ниже, охватывает наиболее часто задаваемые требования:

  • Термическая обработка
    Молоко необходимо подвергать термической обработке таким образом, чтобы все патогенные микроорганизмы были уничтожены. Минимальная температура / время выдержки 72 ° C в течение 15 секунд.
  • Запись
    Температура нагрева должна автоматически регистрироваться, а запись должна сохраняться в течение заданного периода времени.
  • Разъяснение перед термообработкой
    Поскольку молоко часто содержит твердые вещества, такие как частицы грязи, лейкоциты (белые кровяные тельца) и соматические клетки (ткани вымени), его необходимо уточнить.Поскольку пастеризация менее эффективна, если бактерии скрываются в комках и частицах молока, перед нагреванием необходимо провести осветление. Молоко можно осветлить на фильтре или, что более эффективно, в центробежном осветлителе.
  • Предотвращение повторного заражения
    Теплообменники рассчитаны таким образом, что в потоке пастеризованного молока должно поддерживаться
    более высокое давление по сравнению с непастеризованным молоком и рабочими средами. Если в теплообменнике произойдет утечка, пастеризованное молоко должно течь в непастеризованное молоко или охлаждающую среду, а не в обратном направлении.Для обеспечения этого часто требуется подкачивающий насос для создания перепада давления, а в некоторых странах это обязательно.

В случае падения температуры пастеризованного продукта из-за временной нехватки теплоносителя установка должна быть оснащена клапаном отвода потока, чтобы отводить недостаточно нагретое молоко обратно в уравнительный резервуар.

В соответствии с правилами, установленными Европейскими сообществами, оборудование для термообработки должно быть одобрено или разрешено компетентным органом и, по крайней мере, оснащено:

  • Автоматическим контролем температуры
  • Регистрирующим термометром
  • Автоматическим предохранительным устройством, предотвращающим недостаточный нагрев
  • Соответствующий система безопасности, предотвращающая смешивание пастеризованного или стерилизованного молока с неполностью нагретым молоком
  • Автоматическое записывающее устройство для системы безопасности, упомянутой в предыдущем намерении

Законодательные требования для:

  • Термическая обработка
  • Запись
  • Разъяснение до термическая обработка
  • Предотвращение повторного заражения

Необходимое оборудование

Следующее оборудование требуется для дистанционного управления процессом:

  • Силосные резервуары для хранения сырого молока.
  • Пластинчатый теплообменник для отопления и охлаждения, удерживающая труба и агрегат горячей воды.
  • Центробежный осветлитель (поскольку нужно обрабатывать только цельное молоко, центробежный сепаратор в этом примере не требуется).
  • Промежуточный резервуар для временного хранения переработанного молока.
  • Трубы и фитинги для соединения основных компонентов и клапанов с пневматическим управлением для контроля и распределения потока продукта и чистящих жидкостей.
  • Насосы для транспортировки молока через всю установку по переработке молока.
  • Контрольно-измерительное оборудование для контроля производительности, температуры пастеризации и положения клапана.
  • Различные системы обслуживания:
    — Водоснабжение
    — Производство пара
    — Охлаждение для охлаждающей жидкости
    — Сжатый воздух для пневматических агрегатов
    — Электроэнергия
    — Слив и сточные воды.

Большинство сервисных систем описано в главе 6.11.
Требования к рабочим средам рассчитываются после согласования проекта установки. Таким образом, должна быть известна температурная программа для пастеризации, а также спецификации для всех других областей, где требуется нагрев и охлаждение (холодильные камеры, системы очистки и т.), прежде чем можно будет определить количество и мощность машин с электрическим приводом, количество агрегатов с пневматическим приводом, часы работы установки и т. д. Такие расчеты в этой книге не представлены.

Выбор оборудования
Силосные резервуары

Количество и размер силосных резервуаров определяется графиком доставки сырого молока и объемом каждой поставки. Для непрерывной работы завода без остановок из-за нехватки сырья необходимо наличие достаточного количества сырого молока.
Предпочтительно, чтобы молоко перед переработкой хранилось не менее одного часа, поскольку в течение этого периода происходит естественная дегазация молока. Допустимы короткие периоды перемешивания, но в действительности перемешивание не требуется примерно за 5-10 минут до опорожнения бункера, чтобы выровнять общее качество. Это позволяет избежать вмешательства в естественный процесс дегазации.

Теплообменник

Основная цель пастеризации молока — уничтожение патогенных микроорганизмов.Для этого молоко обычно нагревают до температуры не менее 72 ° C в течение не менее 15 секунд, а затем быстро охлаждают. Эти параметры предусмотрены законодательством многих стран. Пластинчатый теплообменник чаще всего используется для пастеризации рыночного молока. Трубчатые теплообменники можно использовать, когда необходимо длительное время работы. Скребковые теплообменники используются для вязких продуктов.
Если соответствующие параметры известны, можно рассчитать размер (размеры) теплообменника.В данном примере параметры:

  • Производительность установки, л / ч 20000
  • Температурная программа, ° C 4 — 72 — 4
  • Регенеративный эффект,% 90 — 94
  • Температура теплоносителя, ° C 74 — 75
  • Температура теплоносителя, ° C +2

Также рассчитывается потребность в рабочих средах (пар, вода и ледяная вода), так как это существенно влияет на выбор клапанов для регулирования пара и подачи ледяной воды .
В пластинчатых теплообменниках соединительные пластины между секциями снабжены входами и выходами для продуктов и рабочих сред.Впускные и выпускные патрубки могут быть ориентированы вертикально или горизонтально. Концы пластинчатого теплообменника (рама и прижимная пластина) также могут иметь входы и выходы.
Когда важна продолжительная работа, трубчатый теплообменник является альтернативой пластинчатому теплообменнику.
Размеры теплообменника приведены в главе 6.1.

Системы водяного отопления

В качестве теплоносителя в пастеризаторах можно использовать горячую воду или насыщенный пар при атмосферном давлении.Однако горячий пар не используется из-за большой разницы температур. Поэтому наиболее часто используемым теплоносителем является горячая вода, температура которой обычно примерно на 2–3 ° C выше требуемой температуры продукта.
Пар поступает из парового котла под давлением 600-700 кПа (6-7 бар). Этот пар используется для нагрева воды, которая, в свою очередь, нагревает продукт до температуры пастеризации.
Водонагреватель на рис. 7.2 представляет собой замкнутую систему, состоящую из специально разработанного, компактного и простого пластинчатого теплообменника кассетного типа (3), оборудованного парорегулирующим клапаном (2) и конденсатоотводчиком (4).
Техническая вода циркулирует центробежным насосом (5) через нагреватель (3) и нагревательную секцию пастеризатора.
Расширительный бак (7) предназначен для компенсации увеличения объема воды, которое происходит при ее нагревании. В систему также входят индикаторы давления и температуры, а также предохранительные и вентиляционные клапаны (8).

Рис.7.2

Принцип системы горячего водоснабжения, подключенной к пастеризатору.

  1. Запорный клапан пара
  2. Клапан регулировки пара
  3. Теплообменник
  4. Конденсатоотводчик
  5. Центробежный насос
  6. Клапан регулировки воды
  7. Расширительный бак
  8. Клапаны предохранительные и вентиляционные
  • TI Индикатор температуры
  • PI Индикатор давления
Регулирование температуры

Постоянная температура пастеризации поддерживается регулятором температуры, действующим на парорегулирующий клапан (2) на Рисунке 7.2. Любая тенденция к снижению температуры продукта сразу же обнаруживается датчиком в линии продукта перед трубкой выдержки. Затем датчик изменяет сигнал на контроллер, который открывает парорегулирующий клапан для подачи большего количества пара в воду. Это увеличивает температуру циркулирующей воды и предотвращает падение температуры в продукте.

Удержание

Длина и размер расположенной снаружи удерживающей трубы рассчитываются в соответствии с известным временем выдержки и почасовой производительностью установки и размером трубы, как правило, такими же, как у труб, питающих установку пастеризации.Данные о размерах удерживающей трубы приведены в главе 6.1. Обычно удерживающая трубка закрывается кожухом из нержавеющей стали, чтобы предотвратить ожоги при прикосновении к ней, а также от излучения.

Контроль пастеризации

Важно, чтобы молоко было правильно пастеризовано перед тем, как оно покинет пластинчатый теплообменник. Если температура опускается ниже 72 ° C, непастеризованное молоко необходимо хранить отдельно от уже пастеризованного продукта. Для этого в трубе после удерживающей трубы устанавливаются датчик температуры и клапан переключения потока.Клапан (3) на рисунке 7.3 возвращает непастеризованное молоко в уравнительный резервуар, если датчик температуры обнаруживает, что проходящее через него молоко недостаточно нагрето.

Рис.7.3

Контур автоматического регулирования температуры.

  • TT Датчик температуры
  1. Удерживающая трубка
  2. Подкачивающий насос
  3. Перепускной клапан

Система охлаждения пастеризатора

Как уже отмечалось, продукт охлаждается в основном за счет регенеративного теплообмена.Максимальная практическая эффективность регенерации составляет около
94 — 95%, что означает, что самая низкая температура, полученная при регенеративном охлаждении, составляет около 8 — 9 ° C. Поэтому для охлаждения молока до 4 ° C для хранения требуется охлаждающая среда с температурой около 2 ° C. Ледяная вода может использоваться только в том случае, если конечная температура выше 3–4 ° C. Для более низких температур необходимо использовать рассол или спиртовые растворы, чтобы избежать риска замерзания охлаждающей жидкости.
Хладагент циркулирует от молочной холодильной установки к месту использования, как показано на рисунке 7.4. Поток охлаждающей жидкости в секцию охлаждения пастеризатора контролируется для поддержания постоянной температуры продукта на выходе. Это осуществляется с помощью регулирующего контура, состоящего из датчика температуры в выходной линии продукта, регулятора температуры в панели управления и регулирующего клапана в линии подачи охлаждающей жидкости. Положение регулирующего клапана изменяется контроллером в ответ на сигналы от датчика.
Сигнал преобразователя прямо пропорционален температуре продукта на выходе из пастеризатора.Этот сигнал часто подключается к регистратору температуры на панели управления и записывается на графике вместе с температурой пастеризации и положением клапана отвода потока.

Рис. 7.4

Система охлаждения пастеризатора.

Подкачивающий насос для предотвращения повторного заражения

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать любого риска загрязнения пастеризованного продукта непастеризованным продуктом или охлаждающей средой. Если в пастеризаторе произойдет какая-либо утечка, она должна быть в направлении от пастеризованного продукта к непастеризованному продукту или охлаждающей среде.

Это означает, что пастеризованный продукт должен находиться под более высоким давлением, чем среда на другой стороне пластин теплообменника. Таким образом, на рис. 7.3 в производственной линии установлен подкачивающий насос (2) либо после секции выдержки, либо перед секцией нагрева. Последнее положение минимизирует рабочую температуру насоса и продлевает срок его службы. Насос увеличивает давление и поддерживает положительный перепад давления на стороне пастеризованного продукта во всех секциях регенерации и охлаждения пастеризатора.
Установка подкачивающего насоса предусмотрена законодательными требованиями по пастеризации в некоторых странах.

Пастеризатор в сборе

Современный пастеризатор молока, укомплектованный оборудованием для работы, наблюдения и контроля процесса, изготовлен с использованием соответствующих компонентов, образуя сложную технологическую установку, как показано на Рисунке 7.5.

Рис. 7.5

Пастеризатор в сборе состоит из:

  1. Балансир
  2. Питательный насос
  3. Регулятор расхода
  4. Секции регенеративного подогрева
  5. Центробежный осветлитель
  6. Нагревательная секция
  7. Подкачивающий насос
  8. Удерживающая трубка
  9. Система водяного отопления
  10. Секции регенеративного охлаждения
  11. Секции охлаждения
  12. Клапан переключения потока
  13. Панель управления
  • A Датчик температуры
  • B Манометр
Балансировочный резервуар

Впускной клапан с поплавковым управлением регулирует поток молока и поддерживает постоянный уровень в уравнительном резервуаре.Если подача молока будет прервана, уровень начнет падать.
Поскольку пастеризатор должен быть всегда заполнен во время работы, чтобы продукт не пригорал к пластинам, уравнительный резервуар часто оснащается электродом низкого уровня, который передает сигнал, как только уровень достигает минимальной точки. Этот сигнал приводит в действие клапан отвода потока, который возвращает продукт в уравнительный резервуар.
Молоко заменяется водой, и пастеризатор отключается, когда циркуляция продолжается в течение заданного времени.

Подающий насос

Подающий насос подает в пастеризатор молоко из уравнительного бака, что обеспечивает постоянный напор.

Контроллер потока

Контроллер потока поддерживает поток через пастеризатор на правильном значении. Это гарантирует стабильный контроль температуры и постоянную продолжительность выдержки для достижения необходимого эффекта пастеризации. Часто регулятор расхода располагается после первой регенеративной секции.

Регенеративный предварительный нагрев

Холодное необработанное молоко перекачивается через первую секцию пастеризатора, секцию предварительного нагрева.Здесь он регенеративно нагревается пастеризованным молоком, которое одновременно охлаждается.
Если молоко должно обрабатываться при температуре между входной и выходной температурами регенеративной секции, например осветление при 55 ° C, регенеративная секция делится на две части. Размер первой секции рассчитан таким образом, чтобы молоко выходило при требуемой температуре 55 ° C. После осветления молоко возвращается в пастеризатор, который завершает регенеративный предварительный нагрев во второй секции.

Регенеративный эффект энергосбережения в пастеризаторе молока обычно составляет от 90 до 94%

Пастеризация

Конечный нагрев до температуры пастеризации с горячей водой, обычно с температурой на 2-3 ° C выше, чем температура пастеризации
t = 2-3 ° C), происходит в секции нагрева. Горячее молоко поступает во внешнюю трубчатую камеру хранения. После ячейки выдержки температура молока проверяется датчиком на линии.Он передает непрерывный сигнал на регулятор температуры в панели управления. Тот же сигнал также передается на регистрирующий прибор, который регистрирует температуру пастеризации.

Отвод потока

Датчик после ячейки выдержки передает сигнал на датчик температуры. Как только этот сигнал падает ниже предварительно установленного значения, соответствующего указанной минимальной температуре, монитор переключает клапан отвода потока, чтобы отвести поток. На многих предприятиях положение клапана отвода потока регистрируется вместе с температурой пастеризации.
В отношении расположения клапана отвода потока доступны различные решения, отвечающие местным нормам и рекомендациям. Ниже приведены три варианта, которые обычно используются:

  1. Клапан отвода потока расположен сразу после ячейки выдержки. Если установлен подкачивающий насос, клапан располагается перед насосом. Если температура падает ниже заданного уровня, клапан направляет поток в уравнительный бак, и насос останавливается. Таким образом, поток в регенеративной и охлаждающей секциях останавливается (даже если подкачивающий насос не встроен).Через короткое время без повышения температуры теплообменник опорожняется, очищается и дезинфицируется. Когда возможен удовлетворительный нагрев, установка перезапускается.
  2. Клапан отвода потока расположен после охлаждающей части установки. После падения температуры поток направляется в уравнительный резервуар, и установка опорожняется от продукта, очищается и дезинфицируется. После этого установка готова к перезапуску, когда температурные условия снова станут приемлемыми.
  3. Клапан переключения потока расположен между удерживающей камерой и подкачивающим насосом.Если температура падает, клапан отклоняет поток. Подкачивающий насос не останавливается, но другие клапаны вокруг теплообменника автоматически устанавливаются таким образом, чтобы молоко в регенеративной и охлаждающей секциях циркулировало для поддержания нужного давления в установке. Это также сохраняет правильный температурный баланс. Когда условия нагрева приемлемы, процесс можно возобновить без промежуточной очистки.
Охлаждение

После секции выдержки молоко возвращается в секцию (секции) регенерации для охлаждения.Здесь пастеризованное молоко передает тепло поступающему холодному молоку. Затем исходящее пастеризованное молоко охлаждается холодной водой, ледяной водой, раствором гликоля или другим хладагентом в зависимости от требуемой температуры. Температура охлажденного молока обычно регистрируется вместе с температурой пастеризации и положением клапана переключения потока. На графике соответственно показаны три кривые.

Центробежный осветлитель

Поскольку молоко в данном примере не будет разделяться на обезжиренное молоко и сливки, центробежный осветлитель показан на рисунке 7.6.
Некоторые молочные предприятия предписывают центробежное осветление холодного (<6 ° C) сырого молока сразу после прибытия на молочный завод, особенно если молоко будет храниться до следующего дня. Однако осветление при температуре около 55 ° C намного эффективнее, поскольку вязкость молока при этой температуре ниже.
Таким образом, молоко, подаваемое в осветлитель, берется из первой секции регенеративного нагрева при температуре 55 ° C.

Рис.7.6

Чаша центробежного осветлителя.

Конструкция системы трубопроводов

В примере в этой главе 20 000 литров молока в час должны проходить через трубы, фитинги и технологическое оборудование во время производства. Скорость продукта в трубах определяется размером прохода, то есть внутренним диаметром трубы. Чем больше диаметр, тем ниже скорость продукта.
При расходе 20 000 литров в час скорость продукта в трубе диаметром 76 мм (3 дюйма) будет 1,25 м / с. Скорость будет равна 2.75 м / с, если выбрана труба диаметром 51 мм (2 дюйма).
Более высокие скорости приводят к большему трению в самой жидкости и между жидкостью и стенкой трубы. Следовательно, требуется более механическая обработка продукта. Для каждого продукта , существует верхний предел скорости, который не следует превышать, если должны быть выполнены требования к качеству. Для молока эта скорость составляет около 3 м / с.

Тогда может показаться разумным выбрать размер трубы большего размера, чем минимальный, требуемый соображения скорости.Но большие трубы означают более крупные компоненты и значительно увеличивают затраты.Поэтому выбирается диаметр, ближайший к пределу. В нашем случае это 2,5 дюйма (63,5 мм), что соответствует скорости 1,75 м / с, как показано на рисунке 7.7.

Рис. 7.7

График скорости и расхода продукта.

Ламинарный и турбулентный потоки

Ламинарный поток — это тип потока, в котором частицы поддерживают непрерывное устойчивое движение по параллельным траекториям. Этот тип потока возникает, например, в прямых, круглых трубах или между параллельными стенками при малых скоростях.
С другой стороны, в турбулентном потоке частицы движутся неравномерно и интенсивно перемешиваются друг с другом.
Длина линии представляет собой среднюю скорость частиц в различных точках сечения прохода, как показано на рисунке 7.8. В ламинарном потоке скорость максимальна в центре канала. Из-за трения между слоями скорость постепенно уменьшается к стенкам, где она равна нулю.
В турбулентном потоке слои перемешиваются, поэтому скорость жидкости примерно одинакова в центральной части канала, но быстро падает к стенкам.На стенках очень тонкий ламинарный слой жидкости имеет нулевую мгновенную скорость.
Чтобы получить ламинарный поток в круглой трубе, диаметр должен быть небольшим, скорость — низкой, а вязкость жидкости — высокой.

Рис. 7.8

Диаграммы профилей скорости ламинарных и турбулентных течений.

Гидравлическое сопротивление

Каждый компонент линии оказывает сопротивление потоку, когда жидкость проталкивается через систему трубопроводов. В прямых трубах сопротивление возникает из-за трения между жидкостью и стенками.На изгибах возникает дополнительное трение из-за того, что жидкость должна изменить направление. Точно так же трение, изменение направления и изменения сечения приводят к сопротивлению в фитингах, клапанах и технологическом оборудовании. Величина этого сопротивления зависит от скорости жидкости в системе.
Сопротивление каждого компонента в линии может быть получено из коэффициента сопротивления, указанного производителем. Затем можно рассчитать полное сопротивление линии, умножив сумму коэффициентов на квадрат скорости потока и разделив результат на 2 g (g = ускорение свободного падения = 9.81 м / с 2 ).
Пример: Скорость продукта в системе труб составляет 1,75 м / с (диаметр трубы 2,5 дюйма и расход 20 000 литров / час). Сумма коэффициентов сопротивления составляет 190. Сопротивление потоку будет:

Формула 7.1

Гидравлическое сопротивление выражается через столб жидкости или напор, необходимый для компенсации потери давления из-за сопротивления. Этот способ расчета восходит к первоначальному применению откачки, которая заключалась в подъеме воды с низкого уровня на более высокий, т.е.грамм. от шахты до уровня земли. О производительности насоса судили по высоте, на которую он мог поднимать воду. В нашем случае полное сопротивление в системе трубопроводов эквивалентно работе, выполняемой насосом, поднимающим жидкость на 30 метров вертикально.
Это также означает, что столб воды высотой 30 метров будет оказывать давление, достаточное для преодоления сопротивления потоку, как показано на рисунке 7.9.

Рис. 7.9

Технологическая линия, иллюстрирующая пример с 30-метровым напором между резервуаром и технологическим процессом.

Падение давления

Гидравлическое сопротивление жидкости в компоненте приводит к потере давления. Если давление измеряется манометром (рисунок 7.10) до и после компонента, давление на стороне нагнетания будет ниже. Компонент, например запорный клапан, вызывает падение давления в линии. Это падение давления (измеренное в единицах напора) эквивалентно сопротивлению компонента. Величина зависит от скорости, т. Е. Расхода и размера труб.

Рис. 7.10

Падение давления может быть показано манометрами в технологической линии.

Падение давления в компоненте часто указывается как потеря напора в метрах для разных расходов вместо коэффициента сопротивления. График на рисунке 7.11 крышки скоростей потока от 5 000 литров / час для самого маленького диаметра трубы, 1.5″ (38 мм), до 200 000 литров / час на самый крупный, 4″ (101,6 мм) отсечной клапан.
Для расхода 20 000 литров / час и диаметра трубы 2.5 дюймов (63,5 мм), скорость 1,75 м / с, график показывает падение давления или потерю напора на 0,4 м в полностью открытом клапане.

Падение давления на каждом из компонентов в линии для заданный расход может быть определен таким же образом. Сложенные вместе, эти значения дают полное падение давления в системе.
Каждый компонент в линии должен иметь размеры, обеспечивающие минимально возможное падение давления. Падение давления влечет за собой увеличение по скорости потока либо в виде турбулентности, либо за счет местного ускорения в каналах.Более высокие скорости приводят к увеличению трения на поверхностях трубы и другого оборудования, увеличению усилий на изгибах и т. Д. Это увеличивает механическую обработку продукта.

В случае молока это может привести к разрушению жировых шариков, подвергая высвобождающийся жир воздействию ферментов липазы. В конечном итоге высокое содержание свободных жирных кислот отрицательно сказывается на вкусе молока. Эта проблема усугубляется, если во время механической обработки продукта присутствует воздух.Это может произойти, если воздух засасывается через негерметичные штуцеры. Для других продуктов, таких как йогурт, обработка продукта должна быть особенно щадящей. Особое внимание следует уделять выбору компонентов, а также определению размеров и конструкции технологической линии.
Размер труб в системе должен быть таким, чтобы скорость жидкости не превышала критического значения для продукта (3 м / с для молока или медленнее для некоторых других молочных продуктов). Количество клапанов в линии должно быть минимальным, а перепады давления на них должны быть как можно меньше.Их также следует размещать так, чтобы избежать ненужных изменений направления.

Рис.7.11

график давления капли для запорного клапана.

Оборудование для управления технологическим процессом

Для обеспечения бесперебойной работы процесса и достижения желаемого качества продукта необходимо контролировать такие величины, как уровни жидкости, потоки, температуры, давления, концентрации и значения pH на определенных заранее заданных уровнях. . Оборудование для измерения и контроля этих параметров называется контрольно-измерительной аппаратурой, которая включает в себя различные типы датчиков, преобразователей, исполнительных механизмов и контрольного оборудования.
Датчик — это элемент, который измеряет фактическое количество. Преобразователь преобразует сигнал датчика в стандартизованный сигнал. Это значение также известно как измеренное значение. Иногда датчики и преобразователи объединяются в одном измерительном устройстве, также называемом преобразователем, например преобразователем давления. Дизайн и функциональность меняются в зависимости от требований. Примерами измерительных устройств являются датчики температуры, уровня, давления и проводимости.
Регулирующее устройство — это в основном регулирующий механизм, такой как регулирующий клапан или насос с переменной скоростью, установленный в технологической линии. Настройка регулирующего устройства, положение плунжера клапана или скорость двигателя определяют количество регулируемых параметров процесса.
Регулятор вычисляет разницу между измеренным значением и установленным значением и, основываясь на этой разнице, корректирует сигнал на регулирующее устройство. Настройка регулятора правильная, если два значения совпадают.
Если измеренное значение изменяется, соответственно изменяется и сигнал преобразователя. Когда измеренное значение не совпадает с установленным значением, регулятор настраивает сигнал на регулирующее устройство. В результате положение регулирующего устройства регулируется (положение клапана или скорость), чтобы соответствовать. Датчик немедленно определяет изменение параметров процесса и передает эту информацию регулятору. Этот цикл сравнения и коррекции, контур управления, повторяется до тех пор, пока установленное и измеренное значения не совпадут.Контур управления показан на рисунке 7.12.

Рис.7.12

Контур управления для контроля давления, состоящий из преобразователя, регулятора и регулирующего клапана.

Преобразователи

Преобразователи в системах управления значительно различаются по конструкции и функциям. Некоторые преобразователи напрямую реагируют на изменения измеренного значения. В преобразователе давления на рис. 7.13 давление продукта на мембрану передается на датчик и преобразователь, который выдает электрический сигнал, прямо пропорциональный давлению продукта.
Однако большинство передатчиков работают косвенно. Они измеряют изменения физической величины, которая имеет постоянную связь с контролируемыми параметрами процесса. Этот тип преобразователя был показан ранее в связи с транспортировкой жидкости по трубопроводу, где требуемый расход поддерживается за счет регулирования давления продукта на выходе из насоса.
Вышеупомянутый датчик давления также может использоваться для измерения уровня в резервуаре. Установленный на дне резервуара, он определяет статическое давление столба жидкости над диафрагмой.Это давление пропорционально высоте жидкости. На прибор передается сигнал, указывающий уровень.
Многие типы передатчиков используют тот факт, что электрическое сопротивление металлов характерным образом изменяется в зависимости от температуры. Одним из таких преобразователей является обычный преобразователь температуры, рис. 7.14.

Проволока из платины вставлена ​​в защитную трубку, которая вставляется в линию так, чтобы она нагревалась жидкостью. В таблице 7.1 приведены значения сопротивления платиновой проволоки при различных температурах.

Таблица 7.1

Изменение сопротивления в зависимости от температуры в соответствии с заданной характеристикой

Сопротивление Ом Температура ° C
100,00 0
103,90 10
107,79 20
111,67 30
40
119,40 50
123.24 60
130,89 80
138,50 100

Сопротивление можно измерить, подключив металлический провод к электрической цепи. Любое изменение сопротивления будет соответствовать заданному изменению температуры, и, следовательно, можно определить температуру продукта.
Вышеописанные преобразователи чаще всего используются на молочных заводах. Однако на рынке доступно много других типов.

Рис. 7.13

Датчик давления

  1. Датчик
  2. Эталонное давление
  3. Капиллярная трубка
  4. Мембрана
  5. Давление процесса
  6. Гайка

Рис. 7.14

Датчик температуры резистивного типа

Регуляторы

Регулятор, показанный на Рисунке 7.15, является мозгом системы контроля температуры, и контроллер доступен во многих различных формах. Согласно предыдущему определению, регулятор — это устройство, которое постоянно сравнивает измеренное значение с опорным или предварительно установленным (заданным) значением.Любой дифференциал заставляет регулятор передавать корректирующий сигнал на регулирующий блок, который затем соответствующим образом корректирует свои настройки. Процесс корректировки продолжается до тех пор, пока измеренное значение и значение уставки снова не совпадут.
Регулятор может быть локальным электронным регулятором или встроенным в систему управления в качестве программного регулятора. На электронных контроллерах есть ручка для установки необходимой уставки, которая отображается индикатором на шкале. Измеренное значение, выходной сигнал преобразователя, всегда можно прочитать на шкале.Также есть шкала, показывающая выходной сигнал на регулирующее устройство.
В настоящее время большинство регуляторов основано на программном обеспечении в системе управления. Регулятор отображается на операторской станции в виде графического представления электронного регулятора со значением процесса, уставкой и выходным сигналом. Эти параметры иногда также отображаются в виде кривых тренда, которые могут помочь оператору при работе с системой регулирования.
Некоторые регуляторы имеют функцию переключения, которая может использоваться для создания сигнала с заданным максимальным или минимальным значением.Этот сигнал можно использовать для изменения процесса. Примером может служить рециркуляция потока пастеризатора, если температура на выходе секции выдержки теплообменника падает ниже 72 ºC. Переключатель настроен на работу при этой температуре, и как только температура упадет ниже этого значения, он закроет соленоидный клапан, контролирующий подачу воздуха к клапану отвода потока, тем самым заставляя пастеризатор рециркулировать продукт.

Регулирующее устройство

Рис.7,16

Регулирующий клапан.

Пневматический регулирующий клапан, показанный на рисунке 7.16, построен вокруг корпуса с седлом для плунжера, который прикреплен к нижнему концу регулирующего штока. Шток приводится в действие между открытым и закрытым положениями за счет перепада давления между верхней и нижней сторонами поршня. Когда давление в нижней части выше, поршень движется вверх, поднимая заглушку из гнезда. Более высокое давление в верхней части поршня закрывает клапан.
Срабатывание по существу выглядит следующим образом: пневматический сигнал от контроллера подается на дозирующее устройство, позиционер, в верхней части клапана. Позиционер гарантирует, что положение заглушки по отношению к седлу всегда пропорционально регулирующему сигналу. Когда сигнал соответствует предварительно установленному значению, позиционер уравновешивает давления по обе стороны от поршня, так что положение заглушки остается постоянным. В этом сбалансированном состоянии падение давления на клапане является именно тем, что требуется, а измеренное значение, зарегистрированное датчиком, совпадает с предварительно установленным значением.
Если давление продукта падает, преобразователь снижает сигнал регулятора. Поскольку измеренное значение больше не совпадает с предварительно установленным значением, регулятор реагирует увеличением своего сигнала на привод клапана. Затем позиционер увеличивает давление на верхнюю часть поршня, перемещая плунжер по направлению к седлу. В результате увеличение гидравлического сопротивления клапана увеличивает давление продукта, и запускается обратный цикл операций, замедляя движение поршня вниз.
Когда давление в линии достигает заданного значения, позиционер снова удерживает поршень клапана в равновесии.

NPS — «Номинальный размер трубы» и DN

Трубы изготавливаются из самых разных материалов, таких как оцинкованная сталь, черная сталь, медь, чугун, бетон и различные пластмассы, такие как ABS, PVC, CPVC, полиэтилен, полибутилен и др.

Трубы идентифицируются по «номинальным» или «торговым» названиям, которые слабо связаны с фактическими размерами. Например, труба из оцинкованной стали 2 дюйма, имеет внутренний диаметр около 2 1/8 дюйма и внешний диаметр около 2 5/8 дюйма .

В сантехнике размер трубы называется номинальным размером трубы — NPS , или «Номинальный размер трубы». Метрический эквивалент называется DN или «diametre nominel». Обозначения в метрических единицах соответствуют требованиям Международной организации по стандартизации (ISO) и применимы ко всей сантехнике, природному газу, мазуту и ​​другим трубопроводам, используемым в зданиях. Использование NPS не соответствует американским стандартам обозначений труб, где термин NPS означает «Национальная трубная резьба с прямой резьбой».

ISO 6708 — Компоненты трубопроводов — Определение и выбор DN (номинальный размер)

ISO 6708 определяет номинальный размер — DN — как буквенно-цифровое обозначение размера для справочных целей.Он состоит из букв DN, за которыми следует безразмерное целое число, которое косвенно связано с физическим размером в миллиметрах отверстия (ID) или внешним диаметром (OD) торцевых соединений.

Наружные диаметры для метрических и британских стандартов указаны в таблице ниже.

45094

Номинальный размер трубы — NPS Наружный диаметр (мм)
DN
(мм)
дюймов ISO 6708
Компоненты трубопроводов
DIN EN 10220
90 Бесшовные стальные трубы 870 EN 10255
Трубка с резьбой
ASME
10 3/8 17.2
15 1/2 21,3 20,0 21,3 21,3
20 3/4 26,9 25,0 26,9 26,7
25 1 33,7 30,0 33,7 33,4
32 1 1/4 42,4 38,0 42.4 42,2
40 1 1/2 48,3 44,5 48,3 48,3
50 2 60,3 57,0 60,3 60,3
2 1/2 73,0 73,0
65 76,1 76,1 76,1
80 3 88.9 88,9 88,9 88,9
3 1/2 101,6 101,6
100 4 114,3 108,3 114,3
125 139,7 133 139,7
5 141.3 141,3
150 6 168,3 159 168,3 168,3
200 8 219,1 216 219,1 219,1
10 273,0 267 273,0 273,0
300 12 323,9 318 323.9 323,8
350 14 355,6 368 355,6 355,6
400 16 406,4 419 406,4 406,4
18 457 470 457 457
500 20 508 521 508 508
600 24 610 622 610610
700 28 711 720 711 711
800 32 813 820 813 813
36 914 920 914 91 4
1000 40 1016 1020 1016 1016
1200 48 1220 1219 1219
  • NPS — номинальный размер трубы — ссылки на внутренний диаметр трубы
  • IPS — Размер железной трубы — первоначально система, созданная для обозначения размера трубы, представляющего приблизительный внутренний диаметр трубы
  • DIPS — Размер трубы из ковкого чугуна — ссылки на внутренний диаметр трубы
  • CTS — Медь Размер трубы — справочный внешний диаметр трубы

Попадание в горячую воду: Практическое руководство по системам водяного отопления

Одним из положительных результатов недавнего энергетического кризиса стало развитие и совершенствование технологий использования альтернативных форм энергии.Нигде эти усилия не были более очевидными, чем рост использования древесины в качестве источника топлива. Многие дома на одну семью, построенные в последние годы, предусматривают хотя бы частичное отопление дровами. Некоторые коммерческие, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которым требуется большое количество тепла, также либо перешли на древесину, либо рассмотрели ее.

Одним из наиболее удобных, эффективных и рентабельных способов, с помощью которых жилые, сельскохозяйственные и небольшие коммерческие пользователи могут пользоваться преимуществами энергии на базе древесины, является использование системы водяного отопления (часто называемой гидронной).Системы горячего водоснабжения, работающие на древесном топливе, особенно подходят для малых и средних предприятий. Основное преимущество этих систем заключается в том, что они обеспечивают постоянный нагрев с относительно нечастыми загрузками. Они также безопасны и могут сжигать недорогое древесное топливо во многих различных формах. Хотя этой технологии как минимум 200 лет, сегодня стоит подумать о ней.

Расширение биологической и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Северной Каролины спроектировало и протестировало ряд гидравлических систем различных размеров в последние годы.Планы для этих систем доступны за небольшую плату. В настоящее время в Северной Каролине действует несколько тысяч жилых систем горячего водоснабжения, работающих на дровах. Кроме того, около 60 единиц используется для сушки табака и около 300 — для обогрева теплиц. Хотя многие из этих систем были построены на основе проверенных планов, некоторые из них — нет. Когда в системе возникают проблемы, это часто происходит из-за того, что некоторые важные конструктивные или эксплуатационные требования были упущены.

Для эффективной работы важно понимать и соблюдать определенные основные правила.Эта публикация предоставляет оператору системы водяного отопления важную базовую информацию об этом типе системы и ее работе. В первых двух разделах описывается система горячего водоснабжения и ее части, объясняются функции каждой части и даются некоторые простые расчетные расчеты для тех, кто хочет построить свою собственную систему. Третий раздел поможет читателю развить понимание древесного топлива, а четвертый описывает и объясняет экономику систем горячего водоснабжения.

В системе водяного отопления вода используется для хранения тепловой энергии и передачи ее от горящего топлива к месту использования тепла.Все системы горячего водоснабжения (гидроники) состоят из пяти основных частей:

  • Топка , камера, в которой сжигается топливо;
  • A резервуар для воды , в котором тепло поглощается и хранится;
  • А насосно-трубопроводная система для транспортировки нагретой воды;
  • Теплообменник для отвода тепла там, где оно необходимо;
  • Система управления для управления скоростью использования тепла.

При проектировании водонагревателя на дровах важны три фактора:

  1. Горение . Система должна быть спроектирована так, чтобы топливо сгорало максимально полно.
  2. Теплообмен . Конструкция должна позволять как можно большему количеству выделяемого тепла попадать в воду.
  3. Сохранение тепла . Система должна позволять как можно меньше тепла уходить неиспользованным.

Самой важной частью любой системы горячего водоснабжения является топка или камера сгорания.Если он неправильного размера или плохо спроектирован, производительность всей системы пострадает. Самая частая проблема домашних систем горячего водоснабжения — это плохо спроектированная топка. К сожалению, это также одна из самых сложных проблем, которую можно решить, не переделывая и не перестраивая топку.

Как горит древесина

Чтобы оценить необходимость правильно сконструированной топки, необходимо понимать, как горит дрова. Горение (горение) — это процесс, при котором кислород химически соединяется с топливом, выделяя тепло.Тепло также необходимо для запуска процесса. Однако, однажды начавшись, реакция может быть самоподдерживающейся.

Большинство людей знают, что для сжигания необходимы топливо и кислород. Однако многие не осознают, что тепло также необходимо. Многие проблемы в системах водяного отопления связаны с недостаточным количеством тепла в камере сгорания.

Двумя основными компонентами древесины являются целлюлоза и лигнин. Эти два химических вещества состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.При повышении температуры древесины некоторые летучие вещества, содержащиеся в ней — вода, воск и масла — начинают выкипать. При температуре около 540 ° F тепловая энергия приведет к разрыву атомных связей в некоторых молекулах древесины. Когда тепловая энергия разрывает связи, которые удерживают вместе атомы, составляющие лигнин или целлюлозу, образуются новые соединения — соединения, которых изначально не было в древесине. Этот процесс известен как пиролиз. Эти новые соединения могут быть газами, такими как водород, окись углерода, двуокись углерода и метан, или они могут быть жидкостями и полутвердыми веществами, такими как смолы, пиролитовые кислоты и креозот.Эти жидкости в виде мелких капель и полутвердых частиц вместе с водяным паром составляют дым. Дым, выходящий из трубы (дымохода) несгоревшим, является потраченным топливом.

По мере того, как температура продолжает расти, производство пиролитических соединений резко увеличивается. При температурах от 700 до 1100 ° F (в зависимости от присутствующих пропорций) кислород объединяется с газами и смолами с выделением тепла. Когда это происходит, происходит самоподдерживающееся горение.

В какой-то момент во время горения куска дерева все смолы и газы будут удалены.Остается в основном древесный уголь. В обиходе мы говорим, что древесина сгорела дотла. Эти угли медленно горят снаружи и почти без огня. Количество угля или древесного угля, которое остается после того, как другие части древесины выкипят, зависит в первую очередь от породы древесины, а также от того, как быстро и при какой температуре она была сожжена. Как правило, чем быстрее и горячее сгорает кусок дерева, тем меньше древесного угля остается в виде углей.

Лучше всего быстро обжечь дрова, чтобы получить от них максимум тепла.Медленный дымный огонь может расходовать до трети тепловой энергии топлива. Для эффективного горения огонь должен получать достаточно кислорода. Высокая дымовая труба, механический вытяжной вентилятор или и то и другое обычно используются для обеспечения достаточной тяги (потока воздуха в топку).

Однако существуют пределы того, насколько быстро можно заставить дерево гореть. Если воздух нагнетается в камеру сгорания слишком быстро, он имеет тенденцию «задуть» огонь. Результат почти такой же, как недостаток воздуха.

Слишком большое количество воздуха в камере сгорания также может привести к вздутию воздуха.Дыхание на самом деле представляет собой серию взрывов, возникающих в результате сильного смешения воздуха и древесных газов. Чаще всего это происходит, когда свежее топливо добавляется в слой очень горячих углей. Сильное тепло от углей может вытеснять большие объемы горючих газов, которые периодически воспламеняются по мере поступления кислорода. Эти взрывы редко вызывают какие-либо повреждения системы, но возникающий в результате обратный огонь может вызвать ожоги и летящий пепел.

Многие соединения образуются при сгорании древесины. Только в дыме было идентифицировано более 160 различных видов.В наибольшем объеме выделяются окись углерода, метан, метанол и водород. Хотя эти соединения будут гореть при относительно низких температурах, большая часть оставшихся выделенных соединений, таких как дым и смола, не сгорит полностью, пока температура не достигнет более 1000 ° F. Таким образом, для полного сгорания нужна горячая топка.

В большинстве хорошо спроектированных систем горячего водоснабжения топка окружена водой. По этой причине такие системы иногда называют водяными плитами.«В агрегатах этого типа стенки топки поглощают большую часть выделяемого тепла. Вода сохраняет стенки топки относительно прохладными, что приводит к хорошей теплоотдаче, но не способствует хорошему сгоранию. В большинстве случаев необходимо изолировать стены и пол топку с огнеупорным кирпичом. огнеупорным кирпичом замедляет движение тепла от огня и тем самым повышает эффективность сгорания.

Обычный красный строительный кирпич, особенно с отверстиями, работает так же, как белый огнеупорный кирпич для облицовки топки.Хотя красный кирпич не столь эффективным, оно стоит около одной пятой столько, сколько белого огнеупорного кирпича.

Конструкция топки

На Рисунке 1 показано поперечное сечение типичного водонагревательного устройства. Очень важно, чтобы камера сгорания с водяной рубашкой была достаточно большой. Он должен быть такого размера, чтобы не только принимать заряд топлива, но и оставлять место для полного сгорания расширяющихся газов сгорания, прежде чем они потеряют слишком много тепла и перейдут в дымовые трубы.

Одна из наиболее частых проблем домашних систем горячего водоснабжения заключается в том, что камера сгорания слишком мала для нормального сгорания. В этом случае трудно разжечь огонь достаточно горячим; он имеет тенденцию курить, даже когда ему дают много воздуха. Если топка уже не слишком мала, добавив огнеупоры подкладки может помочь, потому что это сделает огнь гореть более горячее. Иногда, однако, единственным выходом является замена топки на более крупную.

Мощность системы горячего водоснабжения можно описать двумя способами: с точки зрения ее мощности горелки или сгорания и с точки зрения ее способности аккумулировать тепло.(Последнее будет обсуждаться в другом разделе.) Мощность горелки системы определяется как наибольшее количество тепла, которое горелка может выделить из топлива за определенный период времени. Производительность горелки можно рассматривать как практический предел устойчивой мощности системы. Если вы продолжите увеличивать скорость, с которой топливо подается в камеру сгорания, в конечном итоге будет достигнута точка, когда топливо будет потребляться с той же скоростью, с которой оно добавляется. В этот момент горелка работает с номинальной мощностью.Более быстрое добавление топлива может фактически помешать процессу горения.

С практической точки зрения мощность горелки системы определяется размером топки и тем, насколько хорошо воздух может подаваться и распределяться по топливу. В целом, вы можете рассчитывать получить около 40 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади решетки при условии, что глубина достаточна. Это означает, что вы можете ожидать около 800000 БТЕ в час от топки 5 футов в длину и 4 фута в ширину.

Между площадью колосниковой решетки и глубиной топки существует более чем случайная зависимость.Топка должна быть максимально глубокой. Большая глубина обеспечивает больший ход пламени и лучшее перемешивание поднимающихся горячих газов для улучшения сгорания. В общем, глубина должна быть равна или больше наименьшего размера решетки. Например, если размер решетки составляет 5 на 8 футов, глубина топки должна быть не менее 5 футов. В таблице 1 показано предполагаемое соотношение между объемом топки и емкостью системы. Размеры не приводятся, поскольку размер и форма резервуара для хранения воды и свободное пространство, необходимое для пожарных труб, ограничивают глубину топки.Важно помнить, что высокие тонкие топки лучше, чем короткие толстые.


Таблица 1. Соотношение между мощностью системы и объемом камеры сгорания.
Производительность системы (БТЕ / ч) Объем камеры сгорания (куб. Футов)
50 000 2
100 000 5
200 000 9
300 000 27
400 000 40
500 000 75
750 000 100
1 000 000 200
2 000 000 400
3 000 000 500

Выбор вытяжного вентилятора

Практические ограничения размеров топки и конструкции дымовой трубы обычно требуют создания тяги с помощью вентилятора.Были использованы следующие схемы и их комбинации:

  • Вентилятор для подачи свежего воздуха под решетку;
  • Баллончик для нагнетания свежего воздуха в топку над решеткой;
  • Вытяжной вентилятор для подачи свежего воздуха в топку и через систему.

Использование вентиляторов для подачи воздуха в камеру сгорания имеет то преимущество, что вентиляторы остаются чистыми и охлаждаются воздухом, который они перемещают. Недостатком является то, что дым и искры могут выходить из любой трещины в топке, потому что давление внутри топки выше, чем снаружи.Если используется вытяжной вентилятор, любые утечки происходят внутрь. Недостатком является то, что тепло и копоть в дымовой трубе сильно влияют на систему вентиляторов, хотя существуют вентиляторы, специально разработанные для этой цели.

Скорострельность зависит от тяги. Вентилятор или вентиляторы с принудительной тягой должны подавать достаточно кислорода для максимальной ожидаемой скорости горения, но не должны обеспечивать больше этого количества. Слишком много воздуха охладит огонь и выбросит пепел в дымовые трубы. Например, чтобы определить размер стекового вентилятора, предположим, что максимальная скорость работы системы составляет 2 миллиона БТЕ в час.

2000000 БТЕ / час ÷ 6680 БТЕ / фунт древесины = 300 фунтов древесины / час

Для сжигания 1 фунта дров требуется около 6 фунтов воздуха. Следовательно, потребность в воздухе составляет:

6 фунтов воздуха / фунт древесины x 300 фунтов древесины / час = 1800 фунтов воздуха / час

Один фунт воздуха эквивалентен примерно 13,5 кубическим футам. Таким образом, необходимый объем воздуха составляет:

.

1800 фунтов воздуха / час x 13,5 кубических футов / фунт воздуха = 24 300 кубических футов воздуха / час или 405 кубических футов / мин (куб. Футов / мин)

Обычно для эффективного сгорания требуется около 50 процентов избыточного воздуха.Следовательно, требуемый объем:

405 кубических футов в минуту x 1,5 = 608 кубических футов в минуту

Поскольку мы определяем объем воздуха и газов, перемещаемых вытяжным вентилятором, мы должны учитывать добавление продуктов сгорания и влажности древесины к дымовым газам. Для древесины с влажностью 20 процентов, влажная основа (w.b.), отношение объема дымовой трубы к входящему воздуху составляет 1,16 моль дымовых газов на моль свежего воздуха.

Это соотношение рассчитано исходя из 100-процентного сгорания. Таким образом, объем выходящих продуктов сгорания составляет:

608 кубических футов в минуту входящего воздуха x 1.16 = 705 куб. Футов в минуту

Наконец, объем необходимо отрегулировать в зависимости от температуры. Закон Чарльза гласит, что объем газа линейно увеличивается с его температурой. Чтобы использовать закон Чарльза, температуры по Фаренгейту должны быть преобразованы в температуры по шкале Ренкина (R), что достигается добавлением 460 ° к температуре по Фаренгейту.

При температуре входящего воздуха 510 ° R (50 ° F) и температуре дымовой трубы 760 ° R (300 ° F) скорректированный объем дымового газа составляет:

760/510 x 705 куб. Футов в минуту = 1050 куб. Футов в минуту

Таким образом, 608 кубических футов в минуту входящего воздуха соответствует общему объему 1050 кубических футов в минуту, выходящему через дымовую трубу.Подойдет типичный вентилятор мощностью 1100 кубических футов в минуту при статическом давлении воды 1 дюйм. Допущение статического давления воды в 1 дюйм будет более чем достаточно для компенсации газового трения в системе.

Вышеприведенные расчеты можно применить к системам различного размера. Размеры вентиляторов для различных систем приведены в таблице 2.


Таблица 2. Размеры стеклопакетов для различных систем.
Производительность системы (БТЕ / ч) Размер стекового вентилятора (куб. Фут / мин при 1 дюйм.давление воды)
50 000 40
100 000 75
200 000 140
300 000 180
400 000 240
500 000 300
750 000 425
1 000 000 550
2 000 000 1,100
3 000 000 1,650

Двери с водяным охлаждением

Одной из наиболее часто встречающихся проблем в системах водяного отопления является деформация дверок топки.Двери должны быть большими для удобной топки. Одна сторона подвержена сильному нагреву камеры сгорания, а другая часто окружена зимними температурами. Возникающие в результате сильные термические нагрузки могут деформировать двери. Хотя дверь, показанная на рис. 2, была сделана из стали 1, 2 дюймов с существенным усилением, вскоре она так сильно покоробилась, что ее нельзя было закрыть.

Опыт показал, что эту проблему нельзя полностью устранить, хотя ее можно существенно уменьшить, охладив двери водой.Водяное охлаждение не только предотвращает коробление, но и позволяет рекуперировать больше тепла.

Двери с водяным охлаждением обычно имеют внутреннюю и внешнюю металлические поверхности, разделенные 2- или 3-дюймовыми полостями, через которые может циркулировать вода. Часть выхода циркуляционного насоса воды отводится в полость двери. В полость обычно устанавливаются перегородки для обеспечения хорошей циркуляции и равномерного охлаждения.

Конструкция решетки

Для максимального удобства и эффективности в нижней части топки необходимо предусмотреть решетку.Идеальная решетка позволяет золе просачиваться сквозь нее, но сохраняет большую часть древесины и древесного угля и обеспечивает непрерывный поток воздуха через всю площадь решетки без периодического перемешивания или встряхивания. На каждые 1000 БТЕ номинальной мощности требуется не менее 5 квадратных дюймов площади решетки. Например, для системы мощностью 200 000 БТЕ / час потребуется:

200 x 5 = 1000 квадратных дюймов

Одна тысяча квадратных дюймов равна примерно 7 квадратным футам. Следовательно, решетки шириной 2 фута и длиной 3 1 2 футов будет достаточно для системы с номинальной производительностью 200 000 БТЕ / час.

Создать удовлетворительную решетку сложно. Лучше всего подходят чугунные решетки, но их трудно найти, они дороги и имеют тенденцию со временем трескаться и выгорать. Пластина из мягкой стали толщиной от 1 2 от дюйма до 1 дюйма будет деформироваться при нагревании, если она не будет хорошо поддерживаться снизу. Однако решетчатые опоры затрудняют удаление золы. Использованные железнодорожные рельсы, перевернутые вверх ногами, с умеренным успехом использовались для формирования решеток. Стандартные 80-фунтовые рельсы, расположенные на расстоянии 1 2 друг от друга на расстоянии 1 дюйма, будут охватывать 6 футов без поддержки.Рельсы изготовлены из марганцевой легированной стали, их трудно сваривать и резать. Однако они умеренно устойчивы к высокотемпературной эрозии и относительно недороги, если их покупать на свалке металлолома.

Накопление древесного угля во время непрерывного горения может закупорить решетки и нарушить циркуляцию воздуха. Установка вентилятора высокого давления под решеткой гарантирует поддержание минимального потока воздуха и ускоряет сжигание древесного угля. Остальной воздух для горения может подаваться через вентиляционное отверстие или дополнительный вентилятор над решеткой.

Рисунок 1. Типовая система водяного отопления.

Рисунок 2.Двери должны иметь водяное охлаждение, чтобы они не коробились от сильного жара.

Самая заметная часть системы горячего водоснабжения — это бак для воды. Стандартные резервуары для систем водяного отопления доступны в различных размерах, объемах и толщинах стенок.Подземные резервуары имеют более толстые стенки, чем надземные, что делает их намного лучше для сварки. Если у вас есть выбор, лучше использовать короткий резервуар большого диаметра, чем длинный и тонкий, потому что более короткий резервуар имеет меньшую площадь поверхности, что снижает потери тепла и стоимость изоляции. В таблице 3 приведены размеры и вместимость широкого диапазона стандартных резервуаров для хранения нефти.


Таблица 3. Типоразмеры металлических резервуаров для хранения.
Емкость (галлонов) Диаметр Длина
500 48 дюймов 64 в
560 42 в 92 в
1 000 49 1 2 дюйм 10 футов
2 000 64 в 12 футов
4 000 64 в 24 фута
6 000 8 футов 16 футов 1 дюйм
8 000 8 футов 21 фут 4 дюйма
10 000 8 футов
10 1 2 футов
26 футов 1 дюйм
15 футов 8 дюймов
12 000 8 футов
10 1 2 футов
31 фут 11 дюймов
18 футов 7 дюймов
15 000 8 футов
10 1 2 футов
39 футов 11 дюймов
23 фута 4 дюйма
20 000 10 1 2 футов 31 фут
25 000 10 1 2 футов 38 футов 9 дюймов
30 000 10 1 2 футов 46 футов 6 дюймов

Хотя лучше всего использовать новый резервуар, многие успешные системы были созданы с использованными резервуарами.Резервуары для хранения отработанного масла часто можно получить просто по запросу. Если вы решили попробовать использованный резервуар, тщательно осмотрите его на предмет дырок или тонких пятен. Также узнайте, какая жидкость хранилась в резервуаре. Внимание: Никогда не сваривайте и не резайте резервуар, который, как вы подозреваете, содержит легковоспламеняющиеся материалы, если он не будет тщательно очищен и проветрен. Один из способов удаления остатков масла или бензина из большого бака — смешать около 2 фунтов моющего средства на тысячу галлонов емкости с достаточным количеством воды, чтобы растворить его, и вылить этот раствор в бак.Затем полностью наполните резервуар водой и дайте ему постоять несколько дней, прежде чем слить его и приступить к работе.

Теплоемкость

Как упоминалось в предыдущем разделе, одним из показателей емкости системы является ее способность аккумулировать тепло. Вода — одно из наименее дорогих и наиболее легко перемещаемых и контролируемых веществ. Это также один из лучших известных носителей тепла. Вода может хранить в четыре или пять раз больше тепла, чем камень, в десять раз больше, чем большинство металлов, и примерно в четыре раза больше, чем воздух на единицу веса.Его единственный недостаток заключается в том, что он не может сохранять тепло при температуре выше 212 ° F, если он не находится под давлением. Это ограничивает его пригодность для высокотемпературных приложений. Однако для систем отопления помещений в теплицах и других сельскохозяйственных, коммерческих или жилых помещениях это ограничение обычно не является проблемой.

По определению, одна британская тепловая единица (BTU) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Галлон воды весит примерно 8.3 фунта, поэтому тепловая энергия, необходимая для повышения температуры галлона на 100 ° F, составляет:

8,3 фунта x 100 ° F = 830 БТЕ

Для сравнения, для повышения температуры 8,3 фунта гравия на 100 ° F потребуется всего около 166 БТЕ.

Как указывалось ранее, воду нельзя нагревать до температуры выше 212 ° F при атмосферном давлении. Эта температура определяет верхний предел количества тепла, которое может сохранять вода без давления. Нижний предел устанавливается желаемой температурой нагрузки.Например, если температура в теплице составляет 65 ° F, то эта температура является нижним пределом. Разница между верхним и нижним пределом,

212 ° F — 65 ° F = 147 ° F

указывает, сколько тепла может удержать данный объем воды.

На самом деле, снижать температуру хранения до нижнего предела непрактично. Скорость передачи тепла к нагрузке (например, от радиаторов к воздуху внутри теплицы) значительно снижается, когда температура нагретой поступающей воды приближается к температуре воздуха нагрузки.По этой причине желательно поддерживать более низкую температуру хранения воды по крайней мере на 35 ° F выше желаемой температуры загрузки. Следовательно, в предыдущем примере нижний предел температуры будет 100 ° F, а разница температур будет не 147 ° F, а

.

212 ° F — (65 ° F + 35 ° F) = 112 ° F

Следовательно, диапазон температур хранения воды ограничен 112 ° F. Используя эту информацию в качестве руководства, теперь мы можем определить, какой объем памяти необходим.

Если заданная тепловая нагрузка составляет 200000 БТЕ в час и желательно иметь 6 часов нагрева после тушения пожара, количество воды должно быть достаточным для хранения:

200000 БТЕ / час x 6 часов = 1200000 БТЕ

Для подъема одного фунта воды на 1 ° F требуется 1 БТЕ.В каждом фунте воды может храниться только 112 БТЕ. Следовательно, необходимое количество воды составляет:

.

1,200,000 БТЕ ÷ 112 БТЕ / фунт = 10714 фунтов

Поскольку вода весит 8,3 фунта на галлон, 10 714 фунтов воды равны 1291 галлону.

На практике максимальная температура воды редко превышает 200 ° F; следовательно, требуется емкость, немного превышающая 1291 галлон.

Эти расчеты предполагают, что тепло не теряется из резервуара или из труб, по которым вода идет к и от груза.Эти потери могут быть значительными в зависимости от того, насколько хорошо изолирована труба, расстояния от резервуара до груза и температуры наружного воздуха.

Это очень хорошая идея — установить термометр на выпускной линии резервуара. Это даст точную индикацию температуры воды внутри резервуара. Падение температуры воды более чем на 20 ° F в час является хорошим признаком того, что резервуар для воды слишком мал, поскольку цель системы горячего водоснабжения — обеспечить постоянный источник тепла без необходимости постоянно разжигать огонь.

Также хорошей идеей является установка термометра на линиях с обеих сторон нагрузки — например, на впускной и выпускной линиях радиатора или ряда радиаторов. Это позволяет определить не только, сколько энергии теряется между баком и грузом, но и насколько эффективно радиаторы извлекают тепло из воды.

Для оптимальной конструкции системы емкость накопителя должна основываться на максимальной номинальной мощности горелки, требуемой тепловой нагрузке и максимальном промежутке времени между загрузками топлива.Следующее обсуждение показывает, как взаимодействуют эти три фактора.

Предположим, как в приведенном выше примере, что требуемая средняя тепловая нагрузка составляет 200 000 БТЕ в час. Это означает, что в течение обычного часа работы требуется 200 000 БТЕ тепла. Вероятно, что посреди очень холодной ночи количество необходимого тепла превысит это количество. Но для того, чтобы иметь достаточно тепла, мощность горелки должна как минимум равняться средней нагрузке плюс потери. С практической точки зрения рекомендуется, чтобы горелка была рассчитана на работу в полтора-два раза выше средней тепловой нагрузки.Горелка большего размера может производить тепло для хранения, а также для немедленного использования в периоды средней нагрузки.

Помимо энергии, хранящейся в горячей воде (накопительный бак), в системе также можно хранить тепловую энергию в виде несгоревшей древесины. Это называется хранилищем топки. В ожидании очень холодной ночи оператор теплицы может топить систему в течение дня, чтобы постепенно поднять температуру воды примерно до 212 ° F. Несмотря на то, что вода уже удерживает количество тепла, близкое к максимальному, оператор может снова заполнить топку непосредственно перед уходом на ночь.Это дополнительное топливо добавляет энергии системе. Горящее топливо может просто заменить уходящее тепло и, таким образом, поддерживать высокую температуру воды. Однако, если дополнительное топливо слишком быстро добавляет слишком много тепла, вода в баке закипит, и энергия будет потрачена впустую в виде пара.

Маловероятно, что система горячего водоснабжения во время реальной работы будет подвергаться очень большим колебаниям нагрузки. Другими словами, не требуется производить максимальную производительность один час и никакой в ​​последующие.Скорее, постепенное увеличение и уменьшение обычно происходит в течение дня по мере изменения наружной температуры и многих других факторов. С другой стороны, тепло, поступающее в систему от огня, обычно бывает довольно спорадическим, в зависимости от того, сколько и как часто добавляется топливо. Ценность системы горячего водоснабжения частично основана на ее способности быстро накапливать тепловую энергию, но медленно выделять ее с контролируемой скоростью.

Если горелка вырабатывает больше тепла, чем используется системой, дополнительное тепло будет сохраняться при условии, что емкость аккумулирования не была превышена.Превышение емкости приводит к закипанию воды. Когда это происходит, избыточное тепло уходит из системы в виде пара. Энергия, необходимая для кипячения воды, просто тратится зря. Частое кипение в системе горячего водоснабжения указывает на то, что горелка слишком велика, или она слишком часто зажигается, или что емкость аккумулирования тепла в системе слишком мала.

Если емкость аккумулирования тепла недостаточна, одно решение — добавить еще один бак. Тандемный резервуар обычно располагается как можно ближе к основному резервуару и соединяется впускной и выпускной трубой и насосом (Рисунок 3).Таким образом, емкость хранилища может быть довольно легко увеличена без нарушения работы остальной системы. Для равномерного распределения тепла между двумя баками всегда необходимо непрерывно перекачивать воду. Это можно сделать, добавив дополнительный насос или используя часть потока от существующего насоса, если он имеет избыточную производительность.

Система горячего водоснабжения не является паровой; то есть в системе никогда не бывает другого давления, кроме давления, создаваемого насосами. Из бака для горячей воды необходимо удалить воздух, чтобы предотвратить повышение давления, когда вода нагревается и расширяется или превращается в пар.Невентилируемый накопительный бак чрезвычайно опасен . В верхней части бака требуется как минимум два вентиляционных отверстия. Еще лучше то, что люк, который обычно вырезается в верхней части резервуара во время строительства, можно оставить открытым, но накрыть куском листового металла.

Изоляция

Необходимо изолировать бак и все трубы, чтобы предотвратить утечку тепла. Для наружных резервуаров подходит полиуретановая изоляция, напыляемая напылением, особенно если она окрашена и защищена от прямого воздействия огня и солнечных лучей.Покрытие толщиной 1 дюйм, обеспечивающее класс изоляции R-7, стоит около 1 доллара за квадратный фут. Например, для резервуара емкостью 2000 галлонов диаметром 64 дюйма и длиной 12 футов изоляция будет стоить приблизительно 250 долларов. В таблице 4 приведены расчетные значения теплоизоляции резервуаров различной толщины из полиуретана.


Таблица 4. Эффективность теплоизоляции трех толщин на большом резервуаре для горячей воды.
Толщина изоляции (дюймы) Значение «R» Тепловые потери (БТЕ / ч) 1 Ежемесячная стоимость потерянной энергии 2 Стоимость изоляции 3
0.0 0,5 200 000 384,00 $ $ 0
0,5 4,0 25 000 48,00 500
1,0 7,5 13 300 25,54 1 000
2,0 14,5 6 900 13.25 2 000
Примечание. Данные в этой таблице основаны на емкости резервуара 15 000 галлонов и площади поверхности 1 000 квадратных футов.
1 При разнице температур воды и окружающей среды 100 ° F.
2 При условии, что древесина стоит 40 долларов за шнур.
3 Предполагается, что прикладная стоимость составляет 1 доллар США за квадратный фут на дюйм толщины.

Эта таблица показывает, что затраты на нанесение минимального количества изоляции могут быть легко оправданы экономией на затратах на электроэнергию.Однако дополнительные затраты на изоляцию толщиной более 1 2 дюйма трудно оправдать.

Одна из альтернатив — разместить систему под односкатной крышей, где ее можно изолировать относительно недорогими войлоками из стекловолокна. Стекловолокно, которое может иметь основу из алюминиевой фольги, может удерживаться на месте проволочной сеткой с крупными ячейками. Стоимость навеса, изоляции, пленки, провода и рабочей силы может быть больше, чем стоимость напыляемой полиуретановой изоляции, но этот тип изоляции, вероятно, прослужит намного дольше и даст лучшее значение R.

Защита от ржавчины

Рекомендуется использовать какие-либо меры по предотвращению ржавчины для защиты внутренней части резервуара и труб от коррозии. Существует ряд доступных коммерческих химикатов, предназначенных в первую очередь для использования в высокотемпературных котлах. Некоторые из них были бы довольно дорогими в количестве, необходимом для защиты системы горячего водоснабжения средних размеров.

Один из методов, который был признан подходящим для систем горячего водоснабжения, — это добавление некоторых относительно недорогих химикатов для повышения pH воды.Среди них карбонат калия, карбонат натрия (стиральная сода) и гексаметафосфат натрия (Calgon). Эти химические вещества предотвращают коррозию, покрывая металлические стенки систем. Из упомянутых выше химикатов лучше всего работает Калгон. Его можно купить в большинстве продуктовых магазинов. Используйте 5 фунтов на каждые 1000 галлонов воды. В нормальных условиях ни один из этих химикатов не разлагается и, следовательно, остается активным в системе в течение длительного времени.

Пожарные трубы

Хотя некоторое количество тепла проходит к воде через стенки топки, основной путь тепла от огня к воде проходит через дымовые трубы.Большинство систем спроектированы так, что горячие газы, выделяемые при пожаре, проходят через серию пожарных труб, которые проходят от одного конца резервуара для хранения к другому. Во многих системах газы проходят через резервуар более одного раза.

Очень важно, чтобы количество и размер пожарных трубок были достаточными, чтобы большая часть тепла передавалась от горячих газов воде до выхода газов. Как показывает практика, на каждые 2000 БТЕ номинальной мощности требуется около 1 квадратного фута площади теплообмена.Например, если система рассчитана на производство 200 000 БТЕ в час, потребуется около 100 квадратных футов площади теплообмена. Эта область может включать охлаждаемую водой поверхность топки, а также сами дымовые трубы. Обе эти области часто называют поверхностью очага.

Наружный диаметр трубок используется для расчета площади. В таблице 5 перечислены несколько часто используемых размеров стандартных труб, а также их фактический внешний диаметр и количество ходовых футов, необходимых для получения 1 квадратного фута площади поверхности.


Таблица 5. Линейные футы на квадратный фут площади поверхности для обычных стальных труб.
Номинальный размер трубы (дюймы) Внешний диаметр (дюймы) Линейных футов на квадратный фут внешней площади
1/2 0,840 4,55
3/4 1.050 3.64
1 1,315 2,90
1 1/4 1,660 2,30
1 1/2 1.900 2,01
2 2,375 1,61
2 1/2 2,875 1,33
3 3.500 1,09
3 1/2 4.000 0,95
4 4.500 0,85
4 1/2 5.000 0,76
5 5,563 0,67
6 6,625 0,58

Правильный размер трубы зависит от ряда факторов.В примере системы с производительностью 200 000 БТЕ в час требуется 100 квадратных футов площади теплообмена. Из таблицы 1 рекомендуемый объем топки составляет 9 кубических футов. Подходящая топка с таким объемом должна иметь длину 1 1 2 фута, ширину 2 фута и высоту 3 фута. Площадь топки составляет 27 квадратных футов (включая дверь с водяным охлаждением). Таким образом, топка обеспечит 27 квадратных футов необходимых 100 квадратных футов. Остальные 73 квадратных фута должны обеспечивать пожарные трубы.

Чтобы найти длину трубы заданного диаметра, необходимую для обеспечения желаемой площади поверхности, умножьте числа в третьем столбце таблицы 5. Например, если вы выбрали 1 1 2 -дюймовая труба, умножьте 73 погонных футов на 2,01:

73 футов x 2,01 фут / кв. Фут = 146,72 футов

Около 147 погонных футов 1 1 2 -дюймовой трубы требуется для получения 73 квадратных футов площади теплообмена. С другой стороны, если вы используете 3-дюймовую трубу, вам понадобится всего около 80 футов:

73 фута x 1.09 фут / кв фут = 79,73 фут

Какой размер лучше? Если рассматривать строго с точки зрения затрат, нет большой разницы между 147 футами трубы 1 1 2 дюйма и 80 футами трубы 3 дюйма. Однако сваривать большую трубу намного проще. Кроме того, необходимо время от времени очищать внутреннюю часть трубы от золы, сажи и других отложений. Очистить более короткую длину и большую трубу проще. Однако большее количество труб меньшего размера будет несколько более эффективным в передаче тепла.Опыт показал, что в целом лучше всего подходят трубы диаметром от 2 до 3 дюймов.

Отложения золы в дымовых трубах значительно снизят скорость теплопередачи. Хорошо иметь способ определить, насколько хорошо они работают. Один из лучших и наименее дорогостоящих методов — разместить высокотемпературный термометр в точке, где газы покидают пожарные трубы и запускают дымовую трубу. Чем ближе температура воды, тем эффективнее отвод тепла от пожарных труб. Температура газа от 300 до 350 ° F указывает на эффективную теплопередачу.Температура газа более 450 ° F указывает на то, что площадь теплообмена слишком мала или на дымовые трубы нанесено покрытие.

Стратификация

Любопытное состояние иногда возникает в средних и больших системах. Несмотря на то, что топка постоянно топится, и видно, как вода кипит из верхней части резервуара, температура воды, забираемой из резервуара для распределения, составляет всего 170–180 ° F. Такая ситуация возникает в системах, в которых вход и выход находятся около дна резервуара и нет вспомогательного циркуляционного насоса, поддерживающего движение воды.Это состояние называется расслоением и возникает, когда вода при разных температурах разделяется на отдельные слои, причем самая теплая вода остается наверху. Стратификация может происходить в любой системе, но обычно более выражена в крупных.

Плотность воды при 100 ° F примерно на 3,5 процента больше, чем при 200 ° F. Как и воздух, горячая вода поднимается, а холодная опускается. Чтобы предотвратить расслоение, воду необходимо поддерживать в движении. Один из способов — подсоединить возвратные трубы в верхней части бака над топкой (самая горячая часть системы) и забрать воду из нижней части бака с другого конца.Проблема с этим подходом заключается в том, что распределительные насосы могут не работать все время, и при выключении насосов может происходить расслоение.

Лучшее решение — установить постоянно работающий вспомогательный циркуляционный насос для перекачки воды из самой холодной в самую горячую часть резервуара. Постоянное перемешивание воды предотвратит расслоение. Циркуляционный насос не обязательно должен быть большим, так как необходимо преодолеть очень небольшой напор. Он должен быть способен перекачивать от 0,2 до 0,5 производительности системы в час.Например, система на 2000 галлонов должна иметь насос, способный перекачивать от 400 до 1000 галлонов в час. Обычно достаточно электрического насоса мощностью 1 6 от до 1 2 .

Рис. 3. Дополнительный резервуар увеличит емкость хранения.

Трубопровод

Вода не только сохраняет тепло, но и передает тепло туда, где оно используется.Распределительный насос должен иметь подходящий размер для работы. Если насос слишком мал, он не будет перекачивать достаточно тепла к нагрузке. Если он слишком большой, это приведет к потере энергии. Подбор насоса — довольно сложный вопрос, потому что он зависит от ряда взаимосвязанных факторов. К ним относятся размер груза, расстояние между баком и грузом, количество различных теплообменников в системе и размер используемой трубы. В таблице 6 приведены размеры труб для различных тепловых нагрузок. Эти скорости потока и размеры труб рассчитаны с учетом нормального падения температуры на 25 ° F при прохождении воды через теплообменник.


Таблица 6. Минимальные размеры труб для нагрузок на расстоянии 100 и 300 футов от резервуара.
Нагрузка (БТЕ / ч) Расход (галлон / мин) Диаметр стальной трубы (дюймы) 1
100 футов 300 футов
100 000 8 1 1/4 1 1/2
200 000 16 1 1/2 2
300 000 24 2 2 1/2
400 000 32 2 1/2 2 1/2
500 000 40 2 1/2 3
750 000 60 3 3
1 000 000 80 3 4
1 500 000 120 4 4
2 000 000 160 4 4
1 Для трубы из ХПВХ подходит следующий меньший размер

За исключением жилых помещений, большинство систем горячего водоснабжения поставляют тепло более чем в одно место.Например, несколько отдельных теплиц или помещений для выдержки могут потреблять тепло от одной и той же системы. Горячая вода подается к каждой загрузке по большим магистральным распределительным и обратным линиям. Каждая нагрузка имеет свой собственный насос и подключена к основным линиям параллельно, что делает ее управляемой независимо (Рисунок 4). Каждое параллельное соединение должно иметь обратный клапан для предотвращения обратного потока, когда тепло не требуется.

Насосы

обычно оцениваются по количеству галлонов в минуту, которые они обеспечивают при определенном напоре или общем сопротивлении.Это полное сопротивление представляет собой сумму сопротивлений каждой отдельной части системы, через которую вода проходит в своем контуре к насосу и от него. Сопротивление обычно выражается в количестве футов «головы», хотя его можно также выразить в фунтах на квадратный дюйм. Напор — это гипотетическая высота воды, против которой должен работать насос; чем больше голова, тем больше сопротивление.

По мере увеличения сопротивления расход уменьшается. Например, определенный насос может быть рассчитан на 50 галлонов в минуту на высоте 10 футов, но только 15 галлонов в минуту на высоте 30 футов.Один фут напора эквивалентен 0,43 фунта на квадратный дюйм (psi). При выборе насоса важно выбрать насос, рассчитанный на работу с горячей водой при температурах до максимально ожидаемых.

Во многих системах используются стандартные стальные трубы и резьбовые соединения. Они относительно недорогие и подходят для горячего водоснабжения. В некоторых новых системах используются пластиковые трубы. Полиэтилен (черный пластик) и трубы из ПВХ не выдержат длительного использования горячей воды при умеренном давлении. Однако два типа пластиковых труб — ХПВХ и полибутилен — предназначены для горячего водоснабжения.ХПВХ — это жесткая пластиковая труба, похожая на ПВХ. Если используется труба из ХПВХ, все фитинги, такие как соединители, переходники и колена, также должны быть изготовлены из ХПВХ. Полибутиленовая труба также требует специальных соединителей, но она гибкая и с ней значительно легче работать. Однако он еще не доступен в размерах больше 1 дюйма.

Изоляция труб

Для повышения эффективности важно, чтобы распределительные трубы как к нагрузке, так и от нее были изолированы. Количество тепла, которое может быть потеряно на отрезке трубы, является значительным и зависит от ряда факторов.К ним относятся температура воды, проходящей через трубу, температуру и движение воздуха, окружающего трубу, тип материала трубы, а также состояние поверхности и толщину стенки трубы. Неизолированная распределительная труба горячей воды может терять от нескольких сотен до нескольких тысяч БТЕ в час, в зависимости от условий и длины.

Если трубы должны быть проложены над землей, будет достаточно покрытия из стекловолокна, защищенного от дождя несколькими слоями устойчивой к солнечному свету пластиковой пленки.Любая изоляция, особенно стекловолокно, пропитанная водой, теряет почти все свои изоляционные свойства. Изоляция труб из пенопласта в виде разъемных трубок также хорошо работает, если она защищена от солнечных лучей.

Гораздо труднее изолировать трубу, когда она проложена под землей. Просто закапывать трубу в землю без изоляции — очень плохая практика, поскольку влажная холодная почва является очень хорошим проводником тепла. Большинство изоляционных материалов из пенопласта, таких как изоляция с разъемными трубками, изготовлены из пенопласта с закрытыми порами, что означает, что он не пропитывается водой и, следовательно, сохраняет свои изоляционные свойства под землей.Если вам необходимо проложить трубу под землей, убедитесь, что земля остается как можно более сухой.

Напыляемая полиуретановая изоляция, обычно используемая на резервуарах, может также использоваться для изоляции подземных труб, поскольку она относится к типу с закрытыми ячейками. Чтобы использовать этот метод, вырывается траншея шириной от 4 до 6 дюймов и глубиной от 12 до 14 дюймов. Трубы поддерживаются на расстоянии 2 или 3 дюймов от дна, а в траншею распыляется от 4 до 5 дюймов изоляции, которая полностью окружает и покрывает трубы. После схватывания изоляции траншея засыпается грунтом.

Независимо от того, какой метод используется для изоляции трубы, важно не забыть изолировать обратную трубу, а также трубу, идущую к нагрузке. Несмотря на то, что большая часть тепла была удалена из возвратной воды, любая энергия, потерянная в трубе, должна быть восполнена. Для повышения температуры 1 фунта воды с 80 до 85 ° F требуется такое же количество тепла, как и для повышения температуры с 200 до 205 ° F.

Рисунок 4.Типовая схема мультизагрузочной системы.

Важной частью любой системы горячего водоснабжения является теплообменник или радиатор. Если его размер неверен или поток воздуха через него недостаточен, производительность системы может сильно пострадать.К счастью, теплообменники бывают разных размеров. Доступен широкий ассортимент коммерческих радиаторов, разработанных специально для систем горячего водоснабжения. Большинство из них могут работать при давлении воды от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм и имеют резьбовые соединения для подключения к распределительной системе.

Очень подходящей альтернативой коммерческому радиатору является новый или подержанный автомобильный радиатор. Они доступны во многих различных размерах и могут быть куплены на большинстве складов и в магазинах запчастей.У многих дилеров есть новые радиаторы для старых автомобилей, которые они могут продать по сниженным ценам. Однако автомобильные радиаторы обычно не подходят для воды с давлением выше 15–20 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничение не должно быть проблемой, если размер насоса и распределительных труб правильный. Тем не менее, автомобильные радиаторы потребуют некоторых модификаций, включая закрытие заливных и переливных отверстий и изменение перехода от резинового шлангового фитинга к распределительной трубе.

Характеристики теплопередачи любого радиатора зависят от ряда факторов.Наиболее важными являются расход и температура водяных и воздушных потоков. Как правило, чем больше разница температур между водой и воздухом, тем быстрее передается тепло. Кроме того, чем больше воды и воздуха проходит через радиатор, тем больше передается тепла. Также важны такие факторы, как конструкция радиатора, количество и расположение ребер, а также материал, из которого изготовлен радиатор. Например, в типичных условиях эксплуатации многие коммерческие теплообменники, разработанные специально для горячего водоснабжения, производят около 20 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади поверхности.

Поскольку большинство радиаторов имеют схожие характеристики теплопередачи, решающим фактором при определении мощности является их физический размер. Испытания показали, что автомобильные радиаторы могут передавать от 16 000 до 20 000 БТЕ в час на квадратный фут поверхности лица (от 140 ° F воды до 70 ° F воздуха). Например, радиатор размером 1 1 2 футов шириной и высотой 2 фута имеет площадь 3 квадратных фута. Следовательно, он может передавать от 48 000 до 60 000 БТЕ в час.

Управление системой горячего водоснабжения довольно простое.Обычно они состоят из термостата, подключенного к реле, которое управляет отдельным насосом для каждой нагрузки. Электродвигатель вентилятора, который продувает воздух через радиатор, также может быть подключен к тому же реле, поскольку он не должен работать при выключенном насосе. Такое расположение позволяет управлять каждой нагрузкой независимо. В некоторых системах насосу разрешается работать непрерывно, а вентилятор управляется термостатом.

Для большинства крупных систем требуется вытяжной вентилятор, как описано ранее, для обеспечения надлежащего сгорания.Вытяжной вентилятор обычно работает всякий раз, когда в топке возникает пожар. Когда нет огня, он не должен работать и может быть отключен вручную. Однако этот механизм не работает, когда систему топят, а затем оставляют без присмотра на длительное время, например, на ночь. Когда поле израсходовано, вентилятор продолжит работу, втягивая холодный воздух через пожарные трубы и, таким образом, охлаждая воду. Важно помнить, что дымовые трубы являются теплообменниками, и что тепло будет течь от горячей воды к охлаждающим трубам, а также наоборот.Одним из решений является установка термостата в дымовой трубе, чтобы останавливать вентилятор, когда температура падает примерно до 200 ° F, то есть когда в воду больше не поступает тепло. Может потребоваться ручное управление, чтобы разжечь огонь, когда система остыла.

Древесина — отличное топливо. По сравнению с большинством других видов топлива оно недорогое, его довольно легко хранить, его можно использовать в различных формах и размерах, и оно широко распространено в Северной Каролине.По оценкам, в этом штате в качестве топлива доступно более 14 миллионов тонн древесины в год.

Древесина, хотя и является хорошим топливом, имеет недостатки. Он содержит меньше энергии на фунт, чем большинство других видов топлива. Количество полезной энергии в образце древесины может широко варьироваться в зависимости от содержания влаги и породы.

Растущее дерево обычно наполовину состоит из воды. Когда дерево спиливается, древесина начинает терять влагу в окружающий воздух. Древесина, которая была свежесрезана и содержит высокий процент влаги, часто называется древесиной зеленая .После того, как древесина высохла в течение определенного периода времени (обычно несколько месяцев или более, ее называют выдержанной или сухой древесиной. По мере того, как древесина теряет влагу, ее влажность постепенно приближается к содержанию влаги от 12 до 15 процентов. Это значение называется равновесное содержание влаги (EMC). Фактическое процентное значение определяется долгосрочным усреднением температуры и относительной влажности воздуха, окружающего древесину. Хотя было бы желательно, но нецелесообразно удалять всю воду из дрова.

Влажность топливной древесины обычно выражается в процентах от общей сырой массы. Например, если определенный кусок дерева весит 7 фунтов 6 унций (118 унций), но после сушки кости весит всего 5 фунтов 4 унции (84 унции), исходное содержание влаги в древесине выражается как:

118-84 = 34 унции воды

34 ÷ 118 = 0,288 или 28,8 процента

Это означает, что вода составляла 28,8% от веса влажной древесины.Содержание влаги, выраженное в процентах от сырого веса, часто обозначается сокращенно m.c.w.b. (влажность, влажная основа).

Эффективное теплосодержание древесного топлива снижается за счет содержащейся в нем влаги двумя способами. Во-первых, чем больше воды в данном куске дерева, тем меньше в нем древесины. Во-вторых, часть топлива, содержащегося в древесине, используется для испарения воды при сжигании древесины. Приблизительно 1000 БТЕ тепловой энергии требуется для испарения каждого фунта воды в древесине.Кусок дерева содержит одинаковое количество энергии, будь то зеленый или сухой. Однако зеленая древесина плохо горит, потому что часть энергии уходит на испарение лишней воды. В таблице 7 приведена чистая энергетическая ценность (теплотворная способность) древесины при различной влажности.


Таблица 7. Энергетическая ценность древесины при различной влажности.
Влагосодержание во влажном состоянии (в процентах) Теплотворная способность (БТЕ на фунт) Вес (фунтов на шнур)
0 8 600 2 960
5 8,120 3,116
10 7,640 3 289
15 (правильно выдержанные) 7,160 3 482
20 6 680 3,700
25 6 200 3 947
30 5,720 4 229
40 4 760 4 933
50 (зеленый) 3 800 5 920

Обратите внимание, что правильно выдержанная древесина имеет на 88 процентов более высокую теплотворную способность (по весу), чем зеленая древесина.Также обратите внимание, что зеленая древесина весит почти вдвое больше, чем выдержанная древесина. Кусок зеленого дерева весом в 1 фунт весит всего 0,59 фунта при выдержке. Кусок дерева, сгоревший в «зеленом» состоянии, дает примерно половину тепла, чем при правильной выдержке. Вот почему очень важно правильно выдерживать дрова. Для древесины, оставленной в виде цельного бревна, диаметром 12 дюймов или меньше, может потребоваться целый год, чтобы приправить ее должным образом. В идеале древесину, которая будет использоваться зимой, следует заготавливать предыдущим летом и дать ей высохнуть.Таким образом, древесина сушится за счет летнего тепла, а не за счет части энергии, содержащейся в самой древесине. Конечно, древесина, которой разрешили сезон, высохнет намного быстрее, если ее расколоть и хранить под навесом.

Плотность

Опыт показал, что дуб лучше для отопления, чем сосна, потому что дуб намного плотнее. Кубический фут высушенного на воздухе дуба весит около 42 фунтов, тогда как кубический фут высушенного воздухом сосны лоблоли весит около 32 фунтов. Таким образом, дуб примерно на 32 процента плотнее сосны, а дубовый шнур обычно содержит на треть больше энергии, чем сосновый шнур.Это важное соображение, поскольку дрова обычно покупаются и продаются за шнур, который является мерой объема, а не веса. Важно помнить, что почти все породы древесины содержат примерно одинаковое количество энергии. Вы получаете больше фунтов древесины — и, следовательно, больше тепловой энергии — в веревке из более плотной древесины.

Другие виды топлива

Очень широко распространено мнение, что некоторые мягкие породы древесины, такие как сосна, производят больше смолы или креозота, чем твердые породы.Многочисленные тесты показали, что это не так. Фактически, недавние испытания не показали заметной разницы в выходе смолы между сосной и дубом. При правильном сжигании древесины смола не образуется.

Помимо более традиционных видов древесного топлива, таких как щепа и дрова, колотые или круглые, могут быть доступны древесные отходы.