Первинно-вторинні кільця опалювальних систем
Порівняно недавно намітився новий підхід до монтажу складних систем опалення з великою кількістю споживачів тепла. Відразу за котлом в межах поверху створюється коротке первинне замкнуте кільце (рис. 43), куди насосом подається теплоносій. Циркуляційний насос котла перекачує теплоносій тільки по первинному кільцю. У ньому роблять відводи для харчування гілок зі споживачами тепла: поверхові гілки з радіаторами, «теплі підлоги» і т. П. - це вторинні кільця. Кожне вторинне кільце забезпечено своїм насосом. Відбір води і її повернення повинен бути розташований поруч, не далі 300 мм один від одного.
Мал. 43. Приклад схеми опалення з первинно-вторинними кільцями
Вторинні кільця можуть бути виконані як самостійні системи опалення уздовж будь-яких раніше наведених на сайті схем і з будь-якого способу з'єднання труб: Трійникового або колекторного. Іншими словами, біля котла робиться циркуляційний кільце, яке як би працює саме на себе, а до нього приєднуються інші абсолютно самостійні кільця, в яких первинне кільце виступає в ролі генератора тепла (котла). Причому замість розширювальних бачків для вторинних кілець виступає первинне кільце.
Розглянемо принцип дії цієї системи. З правил дорожнього руху багатьом, напевно, знайома кільцева транспортна розв'язка. Всі автомобілі, заїжджаючи на цю розв'язку, рухаються по кільцю в одному напрямку. Перебудовуючись в правий ряд, автомобілі можуть згорнути на будь-яку з доріг, що примикають до кільця, але якщо вони продовжують рух по кільцю, то вони повинні поступитися дорогу автомобілям, які в'їжджають на кільце. Все просто і логічно (рис. 44).
Мал. 44. Автомобільна транспортна розв'язка «круговий рух»
У первинному кільці опалювальної системи встановлений циркуляційний насос, що ганяє воду по колу (рис. 45, а). Теплоносія просто нікуди подітися, підганяли насосом, він робить нескінченне круговий рух, не проводячи ніякої корисної роботи, зовсім як «чортове колесо» в парку дитячих атракціонів. Кабінки нескінченно піднімаються вгору, але скільки б їх не піднялося, рівно така ж кількість кабінок опускається вниз - теплоносій тільки циркулює по первинному кільцю, без підйому висоти води.
Мал. 45. Принципова схема пристрою первинно-вторинних кілець
Приєднаємо до первинного кільця ще одне кільце (рис. 45, б). Очевидно, що вода тут же заповнить його і зупиниться. Вторинне кільце має велику протяжність, ніж ділянку трубопроводу (між точками А і Б) первинного кільця між відводами на кільце вторинне. Отже, гідравлічне опір вторинного кільця значно перевищує гідравлічний опір на ділянці А-Б. Теплоносій завжди тече в ту сторону, де найменше гідравлічний опір, тобто циркуляція в первинному кільці буде тривати, а у вторинному вона припиниться. Загалом, всі автомобілі, що заїхали на друге кільце, не можуть з нього виїхати. Наш теплоносій ніхто правилам дорожнього руху не навчав, тому він правил не знає і дорогу «заваді справа» не поступається. Всі автомобілі прагнуть швидше проїхати транспортну розв'язку по кільцю, а ті, що стовпилися на бічній дорозі, їх анітрохи не турбують.
В даній схемі опалення ми цього і домагаємося. Нам потрібно, щоб загальне кільце було завжди в робочому стані, а вторинні в неробочому. Ми будемо задіювати їх за потребою. Справді, напевно безглуздо ганяти всю складну систему опалення, якщо в даний момент нам не потрібна, наприклад, система підігріву підлоги в басейні. Ще раз повторимося, що система опалення з первинно-вторинними кільцями головним чином спрямована для складних опалювальних систем з великою кількістю споживачів, що використовують різні температурні режими, але працює від одного генератора тепла (котла). Для того щоб вторинне кільце знаходилося в неробочому стані, потрібно щоб гідравлічний опір в точках А і Б було приблизно однаковим. Для цього максимальна довжина цієї ділянки робиться не більше чотирьох діаметрів труби (4d). Зазвичай для труб діаметром від 1,5 до 3 дюймів ця відстань не перевищує межу, відповідно, від 6 до 12 дюймів (150-300 мм). Це потрібно для того, щоб опір ділянки між точками А і Б було надзвичайно мало. Навіщо теплоносія затікати під вторинне кільце, долати гідравлічний опір і циркулювати? Він спокійнісінько протече ділянку А-Б, де гідравлічний опір практично наближається до нуля.
Діаметр труб первинного кільця визначається, виходячи з загальної витрати теплоносія по всьому вторинним контурам (табл. 1). Зазвичай він дорівнює діаметру патрубків опалювального котла, який в свою чергу підбирається по площі опалювальних приміщень. Циркуляційний насос первинного кільця підбирається, виходячи з гідравлічного опору цього кільця. Оскільки в первинному кільці немає великої кількості трійників і кутів поворотів, то, як правило, потрібно досить слабкий насос, що встановлюється без фундаменту безпосередньо в трубопровід.
Для включення вторинного кільця в процес опалення будинку можливі три варіанти (рис. 46). Встановити на ділянці А-Б трубу меншого перетину - байпас. Якщо знову перейти до прикладу з транспортним кільцем, то установка на ділянці А-Б труби меншого прохідного перетину утворює на цій ділянці пробку і частина автомобілів спробують її об'їхати по вторинному кільцю. Встановити в точці Б триходовий кран, своєрідний шлагбаум, який буде частково або повністю перенаправляти тепловий потік у вторинне кільце. Обидва способи вимагають досить точного теплотехнічного розрахунку, а варіант з триходовим краном ще й ручного або автоматичного керування краном.
Мал. 46. Варіанти включення циркуляції у вторинному кільці опалення
Тому найпростіше встановити на вторинному кільці свій циркуляційний насос, включення якого наводить теплоносій в рух, а вимикання зупиняє циркуляцію і відключає вторинне кільце від системи опалення. Слід зауважити, що сучасні циркуляційні насоси виготовляються з керованими швидкісними режимами, вони бувають двох-і Трьохшвидкісний. Ставлячи насосу швидкість роботи, ми можемо керувати швидкістю циркуляції, а отже, і температурним режимом. Зупинкою насоса ми можемо вимкнути все вторинне циркуляційний кільце, а первинне кільце буде працювати в колишньому режимі. І ще раз повторимося, схема опалення у вторинному кільці може бути виконана з будь-якої зі схем насосної циркуляції, наведених на попередніх сторінках сайту, з єдиною різницею, що місце котла тут займає первинне кільце, а місце розширювача - загальний ділянку кілець А-Б.
Циркуляційний насос для вторинного кільця підбирається, виходячи з гідравлічного опору цього кільця, тобто первинне кільце як б не береться до уваги і насос підбирається для вторинного кільця, як для самостійної опалювальної системи. Ось така хитра схема: багато вторинних кілець приєднується до кільця первинного і всі вони розглядаються як самостійні теплові системи зі своїми споживачами і насосами і при цьому відключення і включення вторинних кілець ніяк не позначається на інших вторинних кільцях.
Але що буде відбуватися в первинному кільці якщо, на вторинних кільцях будуть встановлені циркуляційні насоси більшою або меншою потужності, ніж насос на первинному кільці? Спробуємо розібрати цю ситуацію на прикладах (рис. 47).
Мал. 47. Приклади установки в первинне і вторинне кільця опалення циркуляційних насосів різної потужності- Припустимо, ми підібрали як первинний, так і вторинний насоси продуктивністю 10 літрів в хвилину. Коли вторинний насос не працює, витрата, що розвивається первинним насосом, тобто 10 літрів в хвилину, буде циркулювати між точками Б і А. У вторинному кільці ніякої циркуляції не буде. При включенні вторинного насоса весь витрата води буде відбиратися в точці Б з первинного кільця у вторинне. Витрата води через спільну ділянку трубопроводу А-Б буде нульовим. Пам'ятаєте? Вся вода, що входить в трійник, повинна з нього вийти. В даному випадку у води є два шляхи виходу з трійника: продовжити шлях по первинному кільцю або загорнути у вторинне. І яким шляхом вона піде, повністю залежить від того включений вторинний насос чи ні. При включеному вторинному насосі потужністю рівному потужності первинного насоса на ділянці А-Б циркуляція зупиняється, але вона повністю відновлюється відразу ж після точки А, тобто включення вторинного насоса ніяк не впливає на циркуляцію (в цілому) в первинному кільці.
- Давайте тепер трохи змінимо умови. Припустимо, продуктивність первинного насоса 10 літрів в хвилину, а вторинного насоса - 5 літрів за хвилину. Коли вторинний насос не працює, весь потік в 10 літрів в хвилину від первинного насоса буде проходити через спільну ділянку трубопроводу А-Б. Включення вторинного насоса буде відбирати 5 літрів за хвилину через трійник в точці Б. Решта 5 літрів пройдуть через спільну ділянку, а в точці А до них знову приєднаються ті самі 5 літрів за хвилину, які пройшли по вторинному кільцю. Включенням вторинного насоса ми розділили наявний потік на два напрямки, але після проходження спільної ділянки А-Б він знову з'єднався і на циркуляцію теплоносія в первинному кільці в цілому це знову ні як не вплинуло.
- Знову змінимо умови. Встановимо насос продуктивністю 10 літрів в хвилину на первинному кільці, а більш потужний насос продуктивністю 15 літрів в хвилину на вторинному. Коли вторинний насос вимкнений, через ділянку А-Б буде, як і належить, проходити потік рідини об'ємом 10 літрів в хвилину. Однак при включенні вторинного насоса, він починає вимагати від первинного кільця 15 літрів в хвилину, але де ж він візьме іще 5 літрів, якщо з боку котла до точки Б первинний насос за одну хвилину поставляє тільки 10 літрів? А все дуже просто, відсутні 5 літрів вторинний насос витягне з протилежного боку трійника з ділянки А-Б. А іншими словами, насос втягне воду, яку сам же і виштовхнув в точці А, тобто на трійнику в точці А теплоносій роздвоюється навпіл: одна частина надходить через ділянку А-Б назад у вторинне кільце, а інша продовжує рух по первинному кільцю. Як бачимо на циркуляцію теплоносія в первинному кільці в цілому установка потужного насоса на вторинному кільці знову ніяк не вплинула.
Звідси слід зробити висновок, що на первинному кільці можна встановлювати насоси потужністю, розрахованої на подолання гідравлічного опору тільки первинного кільця.
Але не все так просто. На вторинному кільці з потужним насосом відбулося підмішування охолодженої води до води гарячої, а це позначається на температурному режимі всього вторинного кільця. І там, де інженер-теплотехнік тільки радісно потираючи руки, так як у нього з'явилася можливість зміною потужності циркуляційного насоса міняти температуру теплоносія, у простої людини руки опустяться. Не володіючи основами теплотехніки, ви не зможете розрахувати систему опалення. Тому, такий в общем-то не слабкий шанс якісної регулювання системи опалення, не фахівцеві доведеться втратити. При використанні системи опалення з первинно-вторинними кільцями вам на первинне кільце потрібно встановлювати насоси, рівні або перевищують найпотужніший насос на вторинному кільці.
Мал. 48 Регулювання вторинного кільця включенням (виключенням) циркуляційного насоса
Найпростіший спосіб пристрою регулювання температури теплоносія у вторинних кільцях, це встановити на вторинні насоси двохпозиційні вимикачі (вкл / викл), що підкоряються кімнатному регулятору (рис. 48). Наприклад, якщо встановити на регуляторі температуру 21 ° С, він буде віддавати команду на включення циркуляційного насоса при зниженні або на вимикання при підвищенні температури повітря. Іншими словами, якщо в будинку холодно, то датчик включає насос і він буде працювати до тих пір, поки температура повітря приміщення не досягне 21 ° С, потім піде команда на відключення насоса. Таким чином, послідовне включення і відключення вторинного насоса вирівняє температуру до необхідного значення. Якщо на вулиці раптом похолодає, то тут же зростуть тепловтрати будівлі і насос, підкоряючись команді кімнатного контролера, зазвичай розташованого на зовнішній стіні, тут же перейде в робочий режим. Загалом, опалювальна система працює, як звичайний побутовий холодильник, що стояв на нашій кухні: сам по собі включається, сам вимикається.