Схема системы отопления открытой: Открытая система отопления: разводка схем открытого типа

Открытая система отопления — схема работы системы открытого типа

Благодаря простоте установки и обслуживания, а также невысокой цене до сих пор пользуется популярностью открытая система отопления. С годами она претерпела некоторые изменения и уже в обновленном виде успешно применяется в селах, деревнях, коттеджных поселках, которые обеспечены газоснабжением. Она является отличным вариантом для отопления помещения небольшой площади, например, одноэтажного дачного домика. Недорогое обслуживание плюс достаточная эффективность – по этим критериям многие дачники выбирают данную схему.

Принцип действия открытой системы

Для полноценной работы система отопления открытого типа не нуждается в дополнительном использовании насоса. Теплоноситель циркулирует по трубам благодаря разности в плотности – речь идет о холодной и горячей воде.

На схеме хорошо видны основные части открытой системы отопления: котел, расширительный бак, радиаторы и трубы

Конструкция системы элементарна и состоит из нескольких основных частей:

• твердотопливный, газовый, дизельный котел отопления – следует выбрать оптимальный вариант;
• чугунные или стальные радиаторы;
• стальной расширительный бачок;
• трубы.

В основе принципа действия – общеизвестные законы физики. Вода нагревается в котле и под действием высокого давления устремляется по трубам, в зону более низкого давления. Пройдя через все радиаторы и остыв, она возвращается обратно в котел. Не секрет, что при нагревании вещества расширяются, это происходит и с водой. По этой причине обязательная часть системы открытого типа – расширительный бак, который компенсирует излишки теплоносителя. Он не должен быть герметичным. Насос не требуется, но существуют варианты его использования. Врезной кран необходим для удаления воздуха.

Условно всю схему можно разделить на 2 части. Первая – «подача»: нагревание теплоносителя и движение его по трубам и радиаторам; вторая – «обратка»: охлаждение и возвращение ее в котел.

Особенности открытой схемы:

• расширительный бак должен находиться выше остальных частей системы;
• чем больше диаметр труб, тем лучше циркуляция;
• вода более желательный теплоноситель, чем антифриз;
• вода испаряется, поэтому следует наблюдать за ее уровнем.

Чтобы такая система отопления правильно функционировала, важно соблюдать рекомендованное давление. Для этого устанавливается специальный узел, называемый подпидкой. Более подробно об этом вы можете прочитать в нашем следующем материале: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/kotelnaya/podpitka-sistemy-otopleniya.html.

Будет ли по зубам самостоятельный монтаж?

Для того чтобы справиться с монтажом отопительной системы открытого типа, не нужно обладать особыми знаниями или большим опытом. В первую очередь устанавливают котел, который может быть или навесным, или напольным. Вид котла зависит от удобства размещения, а его мощность – от площади отапливаемого помещения.

Мощность и размеры составных частей системы отопления зависят от общей площади дома

Далее рассчитывают и устанавливают радиаторы. Их можно заменить совсем простым вариантом – трубой диаметром 8-10 см, которая проходит по периметру всего дома и возвращается к котлу. Небольшой наклон трубы увеличит циркуляцию теплоносителя. При элементарной схеме бак устанавливают на обратке, рядом с котлом, но обязательно выше остального оборудования.

Другой вариант – однотрубная схема вертикального расположения, требующая монтажа расширительного бака на чердаке. Соответственно, чердак предварительно следует утеплить, чтобы бак не замерз в зимнее время.

Важно! Следует обратить внимание на правильный расчет величины расширительного бака. Недостаточный объем не выдержит высокого давления, в результате трубы просто разорвет.

Обратите также внимание на материал о том, как правильно сделать расчёт количества секций радиаторов отопления: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/raschety/raschet-kolichestva-sektsiy-radiatorov-otopleniya.html

Подбор составных частей

Котел. Идеальное место для установки котла – отдельное помещение, достаточно просторное (для удобства обслуживания) и имеющее доступ к свежему воздуху. Напольное покрытие должно быть сделано из противопожарного материала, например, бетона. Высчитав площадь дома, можно определить необходимую мощность котла. Он может работать на угле, газе, дровах, дизельном топливе.

Котел должен располагаться в отдельном просторном помещении

• Радиаторы. Виды радиаторов: стальные, биметаллические, чугунные, алюминиевые. Наиболее популярными являются стальные. Их следует монтировать на расстоянии 3-5 см от стены, не меньше. Традиционное место установки – под окном, чтобы они служили барьером для холодного воздуха с улицы. Наиболее удобная высота – 40-60 см, чтобы оставались зазоры: сверху – до окна, снизу – до пола. Длина может быть любой, в зависимости от площади комнаты. Например, для спальни 15м² достаточно радиатора длиной 100 см.
• Трубы. Медные трубы относительно дороги, стальные со времен покрываются ржавчиной, поэтому практически все выбирают пластиковые. Диаметр – 25 мм, 32 мм. Количество труб зависит от типа системы – однотрубной или двухтрубной. Как правило, их не встраивают в стену, а проводят открытым способом – прямо над полом. Трубы нарезают на удобные для монтажа отрезки и с помощью отводов соединяют с котлом, расширительным баком и радиаторами.
• Расширительный бак. Его место расположения – на чердаке или возле котла. Следует запомнить, как соотносится объем бака с размерами системы в целом: он не должен быть менее 5% от объема всей системы. Для одноэтажного частного дома необходим бак не менее 8 литров, но лучше приобрести с запасом – 15 л.

О выборе труб для монтажа системы отопления, их видах и характеристиках вы можете прочитать в нашей следующей статье: https://aqua-rmnt.com/uchebnik/truby/kakie-truby-dlya-otopleniya-luchshe-vybrat.html.

Достоинства и недостатки системы

Для начала рассмотрим положительные стороны – не зря данную систему до сих пор активно используют.

1. Простота схемы. Давно известно: чем проще устройство, тем безотказнее оно действует и тем быстрее можно справиться с поломкой.
2. Функционирование оборудования, несмотря на отсутствие электроснабжения. Тепло в доме зависит только от наличия газа.
3. Простота установки. Подготовленные части можно собрать в течение одного дня.
4. Быстрое вхождение в рабочий режим, не менее быстрая остановка. Начало и конец работы системы зависят от включения/выключения котла.
5. Невысокая стоимость составных частей.

Безусловно, схема открытой системы отопления обладает своими недостатками. Всегда найдется пользователь, которому не понравятся те или другие свойства оборудования или эксплуатации.

Например, многих не устраивают большие размеры деталей и всей системы в целом. Если строение не очень большое, бывает сложно расположить оборудование так, чтобы оно не мешало комфортному проживанию.

Объем открытого расширительного бака зависит от объема отопительной системы в целом

В некоторых случаях открытый расширительный бак отрицательно влияет на радиаторы и трубы: они подвержены коррозии.

 Важно! Особое внимание следует уделить испарению жидкости в баке. Воздух, попадая в трубы, вызывает их перегрев. Один из способов решения данной проблемы – слой масла на воде толщиной 1-2 см.

Приверженцы закрытой системы утверждают, что открытый тип менее эффективен, его КПД намного ниже.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Открытая система отопления: схема с циркуляционным насосом

Возможность использования воды в качестве теплоносителя позволило человечеству изобрести эффективный обогрев своих жилищ. Открытая система отопления — классический вариант, который до сих пор пользуется популярностью, благодаря простому принципу функционирования и минимальному количеству необходимых устройств.

Как выглядит система открытого типа на практике

Принцип действия

В водяной отопительной системе жидкость является средством транспортировки тепловой энергии к передающим тепло воздуху приборам. Этими приборами могут быть радиаторы либо сам трубопроводный контур внутри пола или вдоль стен (в последнем случае используют трубы большого сечения: 8-10 см).

Благодаря этому, тепла котла (является единственным источником тепла) хватает даже для теплоснабжения нескольких находящихся на удалении от теплогенератора помещений. Кроме того, за счет изменения количества радиаторов, можно равномерно прогревать комнаты разной площади. В этом и заключается преимущество водяного отопления перед установкой обычной печи, способной обогревать только прилегающие к ней помещения.

Перемещение жидкости по контуру в силу физических законов может осуществляться самотеком: плотность нагретого теплоносителя ниже, чем остывшего. Помимо принципа термодинамики функционирование обеспечивается за счет монтажа труб под некоторым уклоном. Для повышения эффективности можно также задействовать циркуляционный насос. Многие ошибочно полагают, что насос — атрибут только закрытой системы: в открытых контурах также допустима принудительная циркуляция теплоносителя.

Открытая система теплоснабжения характеризуется в первую очередь расширительным баком открытого типа. Он представляет собой емкость без крышки для образовавшихся в результате теплового расширения воды излишков теплоносителя. Резервуар позволяет автоматически стабилизировать давление в системе. А для того, чтобы жидкость не выливалась по принципу сообщающихся сосудов, расширительный бак крепят в самой верхней точке контура. Резервуар одновременно выполняет функцию воздушного клапана: через него в атмосферу выходит воздух из системы (при ее наполнении и работе).

Подробная схема функционирования открытой отопительной системы

Отопление дома обеспечивается по следующему принципу:

• подача — теплоноситель нагревается в котле и перемещается к радиаторам;
• обратка — остывшая в расширительном баке и радиаторах жидкость стремится «уйти» в нижнюю точку и за счет наклона труб попадает в котел.

Установка циркуляционного насоса делает процесс более интенсивным, но принцип работы от этого не меняется.

Разновидности открытых систем

Система отопления открытого типа бывает:

• Однотрубной, которая в базовом варианте включает в себя котел отопления, расширительный бак, батареи + трубы стандартного сечения либо просто трубы увеличенного сечения без радиаторов. Особенность: для подачи и обратки прокладывается одна магистраль, из-за чего по мере удаления от котла ухудшается прогрев помещений. Однотрубная открытая система отопления пригодна лишь для небольших одноэтажных домов, в остальных случаях для качественного теплоснабжения ее эффективности недостаточно.
• Двухтрубной, которая является более сложной и дорогой в монтаже разновидностью системы. Однако, она позволяет равномерно прогревать весь дом.

Как выглядят однотрубная и двухтрубная системы на схеме

Особенность: магистраль подачи поставляет нагретый теплоноситель сразу во все приборы отопления, обеспечивая их одинаковую температуру. Обратка же в данном случае идет по отдельному трубопроводу, к которому подсоединен каждый из радиаторов.

Схемы

Схема системы отопления открытого типа подбирается в зависимости от параметров дома, требований к эффективности системы, планируемого объема финансовых вложений в ее проектирование и монтаж. Открытая система теплоснабжения может быть гравитационной или с принудительной циркуляцией, что во втором случае требует установки специального оборудования.

Выбирая схему, нужно учитывать:

• Общую площадь помещений, где должно быть проведено водяное отопление. Если значение меньше 60 кв. м., достаточно системы с естественным движением теплоносителя (гравитационной).
• Этажность постройки, высоту потолков. Для гравитационной системы потребуется разгонный сток от котла, чтобы исключить образование воздушных пузырей в контуре – они помешают нормальному движению жидкости и эффективность теплоснабжения.
• Расчетный тепловой режим функционирования системы. Если предполагается использование низкотемпературного отопления, то в открытую систему обязательно ставят циркуляционный насос. Без него не будет движения теплоносителя, так как одного лишь теплового расширения воды в 45-60 градусов будет недостаточно для естественной циркуляции.

Проанализировав показатели и рассчитав тепловые потери, можно сделать вывод относительно более удобной и выгодной для использования схемы теплоснабжения.

Более подробно рассмотрим каждую из систем теплоснабжения.

Естественная циркуляция

В открытой системе отопления гравитационного типа не предусмотрено механизма, заставляющего теплоноситель перемещаться по контуру. Движение обеспечивается за счет теплового расширения жидкости. Чтобы сделать систему работоспособной, в контур включен разгонный стояк высотой от 3,5 м. – по нему нагретый теплоноситель поднимается вверх, и далее движется по наклонным трубам к радиаторам отопления, заставляя остывшую воду вернуться в котел по трубе обратки.

При расчете гравитационной системы важно учесть не только высоту разгонного стояка, но и расположение расширительного бака, который должен находиться в самой высокой точке контура. Таким образом, разгонный стояк должен быть подсоединен к расширительному баку снизу (в идеале) или сбоку, если высота потолков или крыши не позволяет иначе установить резервуар.

Пример однотрубной системы с естественной циркуляцией

Самотечная система позволяет использовать для отопления дома водяной теплый пол, но на его контур придется установить отдельный циркуляционный насос. При отсутствии электроснабжения теплый пол будет отключаться, но работоспособность радиаторной системы сохранится.

Если открытая система теплоснабжения с естественной циркуляцией предполагает одновременную подготовку воды для ГВС, то бойлер косвенного нагрева монтируют ниже расширительного бака.

Принудительная циркуляция

Открытая система отопления с циркуляционным насосом отличается более быстрым прогревом помещений за счет интенсивного движения теплоносителя – скорость возрастает до 0,3-0,7 м/с. За счет ускоренного перемещения нагретой жидкости равномернее прогреваются все ветви отопительной магистрали.

Система отопления с принудительной циркуляцией – энергозависимый вариант, поскольку встроенный насосный агрегат требует энергоснабжения. Избежать проблем, связанных с перебоями в электроснабжении поможет устройство байпаса – перемычки, на которую и монтируется насос с сопутствующим оборудованием. В этом случае при отключении электроэнергии теплоноситель продолжит свободно перемещаться по отопительному контуру естественным путем, и дом не останется без тепла.

Пример однотрубной системы с принудительной циркуляцией для двухэтажного домаСхема монтажа двухтрубной системы с принудительной циркуляцией в двухэтажном доме

Циркуляционный насос ставят на обратную трубу недалеко от ее входа в котел (до теплоагрегата должно оставаться около 1,5 м). По обеим сторонам от байпаса с насосом устанавливают два отсекающих крана, с помощью которых перекрывается поток жидкости по основной трубе, если насос работает. При отключении электроэнергии краны открывают, восстанавливая естественную циркуляцию.

Если вы задумались, можно ли поставить насосный агрегат для принудительного движения жидкости в контуре открытой системы теплоснабжения, важно знать, что не стоит забывать о разгонном стояке и правильном уклоне труб – без этого при отключении электроэнергии система работать не сможет. Учтите, что насос в открытой системе высокотемпературного отопления – дополнительный элемент, призванный повысить эффективность, а в низкотемпературной – базовый компонент, обеспечивающий функциональность.

Обвязка циркуляционного насоса

Требования к монтажу и эксплуатации

Обустраивая теплоснабжение дома, требуется принять во внимание, что открытая отопительная система имеет ряд особенностей:

• Котел (твердотопливный, газовый, жидкотопливный) должен располагаться в нижней точке магистрали, а расширительный бак – в самой верхней.
• Удобнее всего разместить расширительный резервуар на утепленном чердаке, если крыша холодная – теплоизолируют саму емкость и магистрали.
• Чем меньше поворотов и соединительных элементов в магистрали – тем эффективнее движется теплоноситель при естественной циркуляции.
• Скорость движения теплоносителя в гравитационной системе не превышает 0,3 м/с, поэтому важно следить за температурой жидкости в котле, не допускать ее перегрева и кипения – это повредит трубам магистрали и приборам отопления.
• Перед наступлением холодов воду из неиспользуемой отопительной системы сливают, чтобы трубы и рубашка котла не лопнули при перемерзании жидкости.
• В расширительный бак регулярно требуется добавлять воду, так как она со временем испаряется, а недостаток теплоносителя приведет к формированию воздушных пробок и остановке системы. Можно организовать узел подпитки или заливать вручную из ведра – это проще в небольшом индивидуальном доме.
• Открытая система отопления диктует использования воды в качестве теплоносителя. Это связано с тем, что антифриз относится к токсичным веществам, и его испарения из открытого бака вредны для человека. Кроме того, его придется регулярно подливать, увеличивая затраты на отопление. Если отоплением предполагается пользоваться нерегулярно, но хочется избежать хлопот с постоянным сливом жидкости из контура, допускается залить антифриз, но в этом случае расширительный бак снабжают крышкой с небольшим отверстием, чтобы снизить скорость испарения незамерзайки.
• Ключевой этап обустройства отопления гравитационного типа – проектирование, поскольку важно правильно выполнить расчет сечения труб и уклон трубопровода. Соответствующие нормы указаны в СНиП 2.04.01-85. Протяженность контура должна составлять не более 30 метров, на горизонтальных участках магистрали трубы монтируют с уклоном не менее 2-3 мм на метр длины.

Котел должен быть расположен ниже самого низкого радиатора

Открытая система: достоинства и недостатки

При обустройстве отопления в частном доме немало людей отдает предпочтение классическому варианту системы, в которой используется открытый расширительный бак, несмотря на растущую популярность более передовых систем закрытого типа. Этот выбор обусловлен достоинствами, которыми обладают открытые системы обогрева дома, в их число входит:

1. Энергонезависимость. Для местности с нестабильным электроснабжением актуален вопрос отопления без использования оборудования, потребляющего электричество. Помимо обустройства открытой системы важно использовать энергонезависимый котельный агрегат.
2. Надежность. Это основной плюс – данный вариант теплоснабжения доказал свою функциональность десятилетиями эксплуатации в самых разных условиях, в том числе в регионах с суровым климатом. По сути, надежность открытых систем сводится к надежности котлов, поскольку в ней больше нет элементов, которые могут выйти из строя. Важно лишь внимательно подойти к выбору приборов отопления и элементов для прокладки трубопровода – от их срока эксплуатации зависит продолжительность функционирования системы.
3. Простая схема. Отсутствуют сложные узлы, монтаж можно осуществить самостоятельно.
4. Не требуется отладка и настройка — после завершения монтажа, контур заполняют водой. Если нагретый теплоноситель начал циркулировать, все сделано правильно.
5. Бесшумная работа, отсутствие вибраций (если не используется циркуляционный насос).
6. Возможность дополнить энергонезависимое отопление циркуляционным насосом, сделав универсальную систему и повысив ее эффективность.

К недостаткам эксплуатации отопительного контура открытого типа относят:

• Ограничение в применении. Для больших домов такая система не подходит – если длина горизонтальной магистрали превышает 30 метров, величина гидравлического сопротивления в трубах превышает уровень напора потока нагретого теплоносителя, то есть, естественная циркуляция невозможна, наступит статическое равновесие.
• Инертность. Без установки циркуляционного насоса прогрев системы (выход в рабочий режим) будет занимать немало времени, поскольку скорость перемещения нагретой жидкости чрезвычайно низка. По этой же причине невозможно организовать оперативное управление микроклиматом в помещении.
• Конструкционные нюансы. Чтобы минимизировать гидравлическое сопротивление в трубопроводе, его монтируют из труб разного диаметра (по мере удаления от котла диаметр должен уменьшаться, чтобы поддерживалась нормальная скорость перемещения жидкости), а это усложняет монтаж и требует дополнительных расходов – трубы большого диметра дороже, нужны переходники и т.д.
• Особенности монтажа. Обязательно следует соблюдать расчетный уклон труб на каждом участке магистрали – даже единственная ошибка способна сделать систему неработоспособной или снизить ее эффективность. В последнем случае для преодоления гидравлического сопротивления придется повысить рабочую температуру теплоносителя, что ведет к перерасходу топлива и увеличению финансовых затрат на теплоснабжение.
• Обслуживание. Из-за интенсивного испарения горячей жидкости из открытого расширительного бака, требуется постоянно следить за уровнем воды и вовремя ее подливать.
• Активная коррозия металла. Через бак в теплоноситель постоянно поступает кислород, что ускоряет коррозионные процессы. Это снижает долговечность металлических элементов системы, в том числе стального теплообменника котельного агрегата.

Виды котлов и их выбор

Заключение

Открытые системы для отопления дома – незаменимый вариант для местности, расположенной вдали от центральных коммуникаций. При наличии стабильного электроснабжения данный вид отопления выбирают при желании максимально снизить сезонные финансовые затраты на теплоснабжение небольшого по площади дома.

Видео по теме:

принцип действия, варианты монтажа своими руками, достоинства и недостатки

Открытая система отопления самая простая схема системы отопления дачи или частного дома. Такая схема отопления сильно распространена в деревенских домах. Несмотря на то, что прогресс не стоит на месте, и сегодня чаще всего применяется закрытая система отопления, открытая система по-прежнему с успехом применяется по сей день иногда в несколько модифицированном виде.

Принцип действия

Часто открытая система отопления называется гравитационной, благодаря тому, что прокачка теплоносителя осуществляется благодаря силе тяжести или гравитации.

Принцип работы открытой системы отопления очень прост. Котел нагревает теплоноситель. Обычно в качестве теплоносителя используют воду, горячая вода по стояку поднимается вверх, толкая по системе холодную.

Работоспособность такой схемы отопления обеспечивает разность плотностей горячей и холодной воды. Горячая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, в результате чего возникает циркуляция. Горячая вода стремиться подняться вверх, в то время как холодная опуститься вниз. Естественно, что под холодной водой подразумевается вода, которая проходя через отопительные приборы отдает тепло, в результате чего ее температура ниже, чем вода, нагретая котлом.

При эксплуатации такой системы отопления следует учитывать, что чем выше разность температуры подачи (горячей воды), и обратки (холодной воды), тем больше скорость циркуляции, соответственно, чем разница меньше, тем скорость меньше. Отсюда вытекает одна неприятная особенность работы такой системы. Если нагреть теплоноситель до такой степени, что разница температур будет очень маленькой, то циркуляция остановится, как следствие может произойти перегрев воды до состояния пара с последующей аварией.

Варианты монтажа открытой системы отопления

Существует два варианта конструкции системы или схемы открытой системы отопления: однотрубная в качестве радиаторов использующая стальную трубу, двух трубная схема с традиционными радиаторами. Каждая из этих схем системы отопления имеет свои особенности и возможные варианты исполнения.

Простейшая однотрубная схема отопления из труб

Условно однотрубную систему отопления, использующую в качестве радиаторов стальную трубу, можно представить следующим образом.

Рис.1. Схема открытой системы

Вода, нагреваемая котлом, поднимается по стояку, а далее под силой тяжести проходит по трубе постепенно остывая возвращается обратно в котел.

В качестве радиаторов в этой схеме применяют стальную трубу диаметром 80-100 мм, которую пропускают по периметру всего дома или нескольких стен, за исключением входной двери. Для лучшей циркуляции теплоносителя трубу устанавливают под углом к горизонтальной плоскости. Размер угла зависит от длины трубы отопления, обычно составляет порядка 1,5 -3 градуса.

Для того чтобы обеспечить максимальный обогрев дома стараются провести трубу отопления по самой большой траектории. Для этого устанавливают котел отопления с одной стороны входной двери, а трубу пропускают вдоль стен по дому, постепенно уменьшая расстояние между ними, тем самым образуя необходимый угол наклона. Таким образом получается, что вода, обходя весь дом остывает, нагревая воздух в помещении.

Это самая простая и доступная схема системы отопления для загородного дома или дачи, главным образом благодаря своей простоте. Легкости монтажа и безотказности. Особенно она хороша в небольших одноэтажных домах, особенно с холодным, не утепленным чердаком.

Дело в том, что особенностью открытой системы отопления является наличие расширительного бака, который должен быть установлен выше всей схемы отопления. Естественно. Что он не должен замерзнуть, поэтому выносить его на неотапливаемый чердак не допустимо. Кроме того, так как бак открытого типа, то подразумевает возможность испарения теплоносителя, а, следовательно, требует периодической проверки. В рассмотренной схеме, благодаря ее компактности расширительный бак можно установить внутри помещения рядом с котлом, тем самым решив все описанные проблемы.

Двухтрубная схема открытой системы отопления

Если для Вас важны не только технические качества системы отопления, но и эстетические, то целесообразно рассмотреть двухтрубную схему открытой системы отопления. Схематично она представлена на рисунке ниже.

Рис.2. Модифицированная схема

Эта схема работает по такому же принципу, как и предыдущая, разница лишь в разводке труб отопления. Двухтрубная схема может быть использована как для одноэтажного, так и для двухэтажного дома.

Для сохранения эстетических качеств системы расширительный бак и трубу подачи обычно располагают на чердаке. При этом следует, во-первых, обеспечить легкий доступ к расширительному баку, для контроля количества воды, во-вторых, обеспечить должный уровень теплоизоляции чердака и подачи.

От трубы подачи разводят стояки по комнатам к ним подсоединяются батареи отопления. Трубу обратки можно установить по полу помещения.

Для снижения количества стояков можно подключать радиаторы по однотрубной схеме. Это справедливо для двух и более этажного дома.

Рис.3. Схема для многоэтажного дома

Модифицированный вариант открытой системы отопления

В последнее время получил популярность модифицированный вариант открытой системы отопления. Модификация схемы заключена в том, что в схему дополнительно устанавливают циркуляционный насос, который позволяет производить принудительную прокачку теплоносителя.

К установке циркуляционного насоса прибегают тогда, когда мощности системы отопления недостаточно. Насос же позволяет поднять КПД системы.

Достоинства открытой системы отопления

• Основное достоинство системы отопления открытого типа заключено в простоте и не прихотливости. По большому счету для ее работы необходим только источник тепла — котел.
• В открытой схеме (в традиционном варианте) нет дополнительных элементов, таких как например насос, следовательно, она не зависит от электричества.
• Простое управление открытой системой. Управление мощностью системы отопления осуществляется по средства управлением мощности нагрева воды, т.е. фактически только управление котлом.
• Открытая система отопления, имеется ввиду простейший вариант, не требует балансировки и прочей настройке. Как следствие нет необходимости приобретать специальные балансные вентили и прочую арматуру.

Недостатки открытой системы отопления

• Открытый расширительный бак, за которым постоянно нужно следить, чтобы в нем уровень теплоносителя не опускался до минимума, в противном случае может быть авария. Кроме того, к расширительному баку предъявляются особые требования по объему и установке.
• Не возможность регулировки системы. Нельзя в каком-то месте убавить отопление, а в другом прибавить. Поэтому либо всем холодно, либо всем жарко.
• Применяя гравитационную схему системы отопления невозможно сделать теплые полы, что очень актуально для отопления загородного дома.
• Так же благодаря специфичности открытой системы, невозможно сделать срытую прокладку стояков.

Все описанные недостатки легко решаются в закрытой системе отопления. Естественно, что она более сложная и дорогостоящая, но если речь идет о жилом загородном доме, то целесообразнее обратить внимание именно на закрытую систему, так она позволит создать идеальный микроклимат в доме.

Открытая система отопления хороша для дачного не большого домика или домика в деревне, где нет больших требований по отоплению, а на первое место ставится надежность, неприхотливость и простота.

типы схемы и расширительный бак

Простота сборки, эффективность работы – основные показатели, которыми обладает открытая система отопления. Рассмотрим особенности, преимущества и недостатки схемы. Хозяину пригодится обзор основных и вспомогательных элементов конструкции для обеспечения бесперебойной и длительной эксплуатации.

Что такое открытая система отопления

Открытой магистраль называется по типу расширительного бака – это емкость без крышки, которая монтируется в самой верхней точке конструкции. Классическая схема открытой системы отопления отличается от герметичной параметрами давления в магистрали. Давление всегда равно тому, которое поддерживается атмосферой.

Поэтому для обустройства конструкции нужно намного меньше комплектующих, расчеты проще. Движение теплоносителя может быть гравитационным самотечным и принудительным. Первое обеспечивается физическими свойствами расширения воды при нагревании, второе – насосным оборудованием.

Принцип работы, преимущества и недостатки

Чтобы компенсировать повышение объема при расширении нагретой воды, в верхней точке конструкции устанавливается бак с достаточным свободным объемом для компенсации увеличения количества жидкости. Поскольку бак открытый, то он выполняет функции воздухоотводика – скопления газов в трубах выходят естественным путем. Необходимо поддерживать определенный слой носителя в баке, чтобы воздух не попал в магистраль отопления, в этом случае образуются воздушные пробки.

Принцип работы простой – вода нагревается, поступает по трубам в контур отопления, прогревает радиаторы и возвращается обратно в котел для последующего подогрева. При снижении температуры носителя, давление бака обеспечивает проталкивание воды по системе, благодаря чему и поддерживается циркуляция.

К достоинствам схемы относят:

1. Надежность. Если все расчеты проведены правильно, бак установлен с оптимальным объемом, то ничего сломаться тут попросту не может. Конструкция предельно проста и главное, нужно следить за объемом теплоносителя, то есть доливать воду в бак.
2. При выборе самотечной схемы не будет шума от насоса. Но нужно обеспечить требуемый уклон трубопровода.
3. Быстрый пуск, остановка магистрали.
4. Самотечные схемы считаются автономными и не зависят от электроснабжения.

Самое важное при формировании – подобрать элементы конструкции для обеспечения и поддержания оптимальной мощности подачи теплоносителя. Конструкция проста по размещению, формированию и сделать ее сможет домашний мастер без особого опыта.

К недостаткам относятся:

• открытый бак повышает риск попадания кислорода в теплоноситель, что может привести к коррозии трубопроводов;
• риск промерзания теплоносителя;
• длительный период нагрева системы после включения в работу;
• необходимость контроля уровня носителя в баке;
• невозможность использования антифриза – испарения вещества предстают ядовитыми.

Также нужно знать, что система отопления открытого типа требует правильного размещения приборов – котел отопления в самой нижней точке схемы, расширительный бак – в самой высокой.

Рекомендуем к прочтению:

Комплектация открытой системы

Конструктивно магистраль состоит из основных и вспомогательных узлов – котла, циркуляционного насоса, расширительного бака, трубопроводов, батарей. Стоит рассмотреть все элементы подробнее.

Котел

Чтобы отопление открытого типа работало бесперебойно, нужно подобрать правильную мощность котла.

Недостаток показателя обернется плохой циркуляцией теплоносителя, избыток – увеличением расходов, а также:

• образованием конденсата в дымоходе;
• снижением срока эксплуатации элементов системы;
• неэффективностью работы котла, который не рассчитан на работу при сниженных нагрузках;
• отказом автоматики.

Расчет мощности производится по сложной формуле, но можно обойтись стандартом – на 10 м2 площади требуется 1 кВт мощности, плюс 15-30% запаса. Таким образом расчет производится довольно быстро. Помощь оказывают и производители оборудования, выкладывая на своих сайтах бесплатные калькуляторы расчета с учетом всех особенностей дома – утепления, схемы разводки, количества радиаторов и прочего.

Циркуляционный насос

Несмотря на то, что самотечная конструкция пользуется спросом, открытая система отопления с циркуляционным насосом отличается большей эффективностью, поэтому для строений площади от 50 м2 следует предусмотреть наличие этого агрегата. Установка прибора снижает эксплуатационные расходы, а потребление электричества не больше, чем у обычной лампы накаливания.

Подбирается насос не только по диаметру, но и производительности, мощности создаваемого напора жидкости. Все параметры указываются в техническом паспорте и дополнительных рекомендациях от производителя, потому инструкцию читать обязательно.

Расширительный бак

Мастеру с минимальными навыками сварки не составит труда сделать резервуар собственными руками. Важно учесть общий объем теплоносителя и сделать бачок с запасом пространства на расширение воды (примерно +10% к общему объему). При изготовлении бака следует отдать предпочтение металлу, стойкому к процессам коррозии.

Радиаторы отопления

Батареи – обязательный элемент конструкции, передающий энергию теплоносителя воздуху в комнате.

Различаются радиаторы по материалу изготовления:

1. Чугунные радиаторы. Прочные, стойкие к коррозии, дорогие приборы длительного срока эксплуатации. Большая масса и высокая инертность агрегатов – плюс для открытой системы отопления.
2. Стальные приборы отличаются легкой массой, но подвержены коррозии. Выбирать следует приборы с антикоррозийным покрытием, которые отличаются сниженной теплопроводностью. Иначе расходы на отопление значительно возрастут.
3. Алюминиевые батареи считаются оптимальным выбором. Легкие и прочные приборы обладают хорошей теплоотдачей, теплоемкостью. Монтаж отличается простотой.
4. Биметаллические батареи – лидер по сочетанию качеств и оптимальной стоимости. Недостатков нет, но лучше такие приборы применять в системах с постоянным высоким давлением. При выборе самотечной схемы установка биметаллических радиаторов нецелесообразна.

Рекомендуем к прочтению:

Важно! Перед выбором типа приборов необходимо рассчитать количество батарей, которое будет встраиваться в магистраль. Вполне вероятно, что достаточно 3-4 агрегатов для полноценного отопления дома, в этом случае чугунные батареи более чем оправданы.

Трубы открытой системы отопления

Выбор элементов магистрали производится с учетом диаметра, схемы разводки и материала изготовления деталей, в частности:

• металлические трубы тяжелы в монтаже, стоят дорого и не применяются в системах автономного отопления;
• медные отличаются предельно длительным сроком эксплуатации, выдерживают любые нагрузки, но стоят дорого;
• металлопластиковые – оптимальный вариант, но придется регулярно проверять прочность соединений, подтягивать стыки для снижения риска протечек;
• трубы из сшитого полиэтилена хорошо подходят для формирования тепловой системы, а простая сборка на фитинги облегчает монтаж, однако выбор затруднен большим количеством «кустарной» продукции, не отвечающей требованиям безопасности и практичности;
• полипропиленовые элементы считаются лучшими, такая магистраль проста в монтаже, служит долго и не требует особого ухода.

Важно! Чтобы получить качественное водяное отопление открытого типа с насосом, следует выбрать армированные полипропиленовые трубы. Аппарат для пайки стыков стоит дорого, но можно взять в аренду. Стекловолоконное армирование труб лучше алюминиевого.

Схемы разводки открытой системы

Различается схема разводки с насосом и самотечная. Выбор определяется с учетом следующих нюансов:

1. Общая площадь жилых и нежилых помещений, которые нужно отапливать. Если показатель больше 50-60 м2, то без принудительной циркуляции не обойтись.
2. Количество этажей в доме, высота потолков. Для самотечной схемы важный элемент – наличие разгонного стояка, без него в системе появляется воздух, поэтому при низких потолках и высоте дома более 2-х этажей следует монтировать циркуляционный насос.
3. Расчет теплового режима работы. При низкотемпературном режиме следует отдать предпочтение принудительной циркуляции теплоносителя, так как малое расширение воды не обеспечит необходимого давления в теплосистеме.

Далее определяется схема, которая может быть одно-, двухтрубной. Рассмотрим обе схемы подробно:

• Однотрубная открытая система отопления с принудительной циркуляцией – это схема, которая предусматривает наличие одного трубопровода, выходящего и входящего в котел. Приборы подключаются последовательно, материалов уходит немного. Минус – снижение температуры носителя, то есть до крайнего радиатора в схеме вода будет доходить уже холодной. Выход – обустройство однотрубной системы в домах с небольшой площадью, до 50-60 м2.
• Двухтрубная схема потребует большего расхода материалов, так как от котла отходят две магистрали – 1 на подачу теплоносителя, 2 на возврат. Расходы оправданы подачей теплоносителя нужной температуры к каждому радиатору, возможностью регулировать интенсивность нагрева батарей и проведением ремонта без отключения всей тепловой системы.

Коллекторная разводка считается сложной в монтаже, но применяется довольно часто. Выглядит конструкция как подача тепла и отвод обратки для каждого радиатора или группы батарей. Схема пригодится при формировании системы отопления в доме с большим количеством батарей, необходимости подвести обогрев к отдаленным помещениям (флигелю, крылу дома). Минусы – большой расход материалов, а также значительные затраты на энергию, поэтому в открытых системах коллекторная разводка практически не применяется.

Особенности монтажа системы

Значение имеет обеспечение оптимальной скорости тока теплоносителя, то есть его циркуляции. Если нет насоса, хозяину следует уложить магистрали трубопроводов с определенным наклоном. Стандартом считается 10 мм перепада на каждый метр магистрали, но мастера выкладывают уклон до 30 мм, чтобы циркуляция была постоянной.

Важно! Уклон рекомендуется делать даже в системах с насосом, это гарантирует поддержание работы отопительной конструкции при отсутствии электричества, когда насос не работает.

Также следует просчитать диаметр труб, максимальный показатель должен быть на трубах от котла к расширительному баку, затем идет постепенное снижение диаметра так, чтобы распределение потоков жидкости, давления по точкам теплообмена было равномерным.

Принудительная циркуляция

Открытая система отопления с насосом – энергозависимая схема, в которой теплоноситель циркулирует более равномерно и быстро. Важно выбрать точку монтажа оборудования, как правило, это труба обратного тока перед входом в бойлер. Оптимальное расстояние – 1,5 метра до бойлера. Лучше всего купить не насос, а комплект – байпас, где есть уже сам насос, фильтр и отсекающие краны – это упростит монтаж оборудования.

Важно! Монтаж насоса производится с учетом движения теплоносителя.

Гравитационная схема

Это система, в которой нет приборов для принудительной циркуляции, ток воды обеспечивается естественными физическими причинами и осуществляется за счет повышенного давления при нагревании теплоносителя. Монтаж рекомендуется с наличием разгонного стояка высотой не менее 3,5 метров – если стояка нет, теплоноситель не набирает скорости и циркуляция будет замедлена.

Для обеспечения нормальной функциональности системы диаметр трубы для разгонного стояка подбирается на 1 размер меньше сечения основной магистрали.

Также учитываются следующие нюансы:

1. Монтаж труб с уклоном в сторону приборов отопления.
2. Котел должен располагаться в самой нижней точке схемы. Лучше всего поставить котел в подвале, затем вывести стояк разгона и после него оборудовать магистрали подачи теплоносителя.
3. Расширительный бак размещается на чердаке или под потолком – это должна быть самая высокая точка схемы.

На заметку! Электрический или газовый котел для открытой системы отопления не рекомендуется. Велик риск появления воздушных пробок, которые приведут к перегреву теплообменника. Проще выбрать твердотопливный котел или работающий на жидком топливе.

различия схем на примерах фото и видео

Содержание:

4. Экономия ресурсов

Благодаря теплоснабжению дома и квартиры обеспечиваются теплом, а соответственно в них комфортно находиться. Одновременно с обогревом жилые строения, промышленные объекты, общественные здания получают горячее водоснабжение для бытовых или производственных потребностей. В зависимости от способа доставки теплоносителя на сегодняшний день существуют открытые и закрытые системы теплоснабжения.

Одновременно схемы обустройства систем теплообеспечения бывают:

• централизованными — ими обслуживаются целые жилые районы или населенные пункты;
• местными – для обогрева одного строения или группы зданий. 

При отоплении помещений задействуются открытая и закрытая система теплоснабжения. Между ними имеется отличие, которое заключается в том, что открытый тип предусматривает подачу горячей воды потребителям непосредственно из теплосети – они разбирают ее полностью или частично (подробнее: «Закрытая и открытая система отопления на примерах схем»). 

Открытые системы теплоснабжения 

В открытой системе вода подается постоянно из теплоцентрали и это компенсирует ее расход даже при условии полного разбора. В советское время по такому принципу функционировало примерно 50% теплосетей, что объяснялось экономичностью и минимизацией затрат на обогрев и ГВС. 

Но открытая система теплоснабжения имеет ряд недостатков. Чистота воды в трубопроводах не соответствует требованиям санитарно-гигиенических норм. Поскольку жидкость перемещается по трубам значительной протяженности, она становится другого цвета и приобретает неприятные запахи. Часто при взятии проб воды работниками санэпидемстанций из таких трубопроводов в ней обнаруживают вредоносные бактерии.

 

Желание очистить поступающую по открытой системе жидкость приводит к снижению экономичности теплоснабжения. Даже самые современные способы устранения загрязнений воды не способны преодолеть этот значительный недостаток. Поскольку протяженность сетей немалая, возрастают расходы, а эффективность очистки остается прежней. 

Открытая схема теплоснабжения функционирует на основе законов термодинамики: горячая вода поднимается вверх, благодаря чему на выходе котла создается высокое давление, а на входе в теплогенератор — небольшое разряжение. Далее жидкость направляется из зоны повышенного давления в зону более низкого и в результате осуществляется естественная циркуляция теплоносителя. 

Будучи в нагретом состоянии, вода имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому для данного типа отопительной системы требуется наличие открытого расширительного бака, такого как на фото – это устройство абсолютно негерметично и напрямую соединяется с атмосферой. Поэтому такое обеспечение теплом получило соответствующее название — открытая водяная система теплоснабжения. 

В открытом типе вода нагревается до 65 градусов и потом подается к кранам водоразбора, откуда поступает к потребителям. Подобный вариант теплоснабжения позволяет пользоваться дешевыми смесителями вместо дорого теплообменного оборудования. Так как разбор подогретой воды неравномерен, по этой причине линии подачи конечному потребителю рассчитывают с учетом максимального потребления.

Закрытые системы теплоснабжения 

Представляет собой закрытая система теплоснабжения конструкцию, в которой теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе, используется только для обогрева и вода из тепловой сети не отбирается на горячее водоснабжение. 

В закрытом варианте обеспечения обогрева помещений подача тепла регулируется централизованно, а количество жидкости в системе остается неизменной. Расход тепловой энергии зависит от температуры циркулирующего по трубам и радиаторам теплоносителя. 

В системах теплоснабжения закрытого типа, как правило, используются тепловые пункты, в которые горячая вода поступает от поставщика теплоэнергии, например ТЭЦ. Далее температура теплоносителя доводится до нужных параметров для теплообеспечения и горячего водоснабжения и направляется потребителям. 

Когда функционирует закрытая система теплоснабжения – схема поставки тепла обеспечивает высокое качество ГВС и энергосберегающий эффект. Ее главный недостаток — сложность водоподготовки по причине удаленности одного теплового пункта от другого.

Зависимая и независимая системы теплоснабжения

И открытая и закрытая система теплоснабжения могут подсоединяться двумя способами – зависимым и независимым.

Зависимый способ подключения открытой системы означает подсоединение через элеваторы и насосы. В независимом типе горячая вода поступает через теплообменник.

Экономия ресурсов

Зависимый тип закрытой системы предусматривает, что вода поступает к потребителю, минуя тепловые пункты. В данном случае нет необходимости устанавливать циркуляционные насосы, приборы для регулировки теплообмена и автоматического контроля. Но есть и минус – невозможность регулировать температурный режим в системе. 

Независимые закрытые системы теплоснабжения экономят энергоресурсы в размере 10-40 % в год. Они позволяют регулировать количество поставляемого тепла, температуру теплоносителя и улучшать его качественные характеристики, что приводит к надежной работе нагревательного оборудования.

Пример открытой системы теплоснабжения на видео:

Схема отопления: проектирование системы отопления дома

Схема отопления – это совокупность технических решений, на основе которых строится проект подключения к тепловым сетям или автономным системам, а также прокладка коммуникаций для движения теплоносителя.

Виды схем отопления

Система отопления может быть построена по нескольким схемам с различными типами присоединения оборудования, список которых представлен ниже. Обратите внимание на то, что описание и виды схем представлены как переход от общего случая к частному:

• Открытые или закрытые системы отопления;
• С естественной циркуляцией теплоносителя или принудительной;
• Проект системы с нижней и верхней разводкой;
• Схема подключения радиаторов отопления к одной или двум магистралям;
• Прямое или обратное движение теплоносителя в радиаторе.

Отдельно рассматривается пример лучевого подключения к тепловым сетям. Его принципиальная схема присоединения состоит из нескольких независимых контуров, монтаж которых произведен на основе всех перечисленных выше видов построения схемы циркуляции теплоносителя.

Системы закрытые или открытые

Закрытая – это такая система отопления, в которой теплоноситель не контактирует ни с атмосферой, ни с магистралью, проложенной от внешней котельной. Пример такого присоединения – монтаж двухконтурного теплового пункта, оборудованного герметичным мембранным расширительным баком.

Преимущество – закрытый проект присоединения в качестве теплоносителя может использовать незамерзающие жидкости, которые попутно снижают степень активности коррозионных процессов в магистралях, а в случае применения обычной котельной воды – позволяет принять дополнительные меры по ее подготовке (обессоливанию) и очистке.

В открытой системе расширительный бак негерметичный, он устанавливается в самой её верхней точке и обеспечивает естественное распределение давления в зависимости от высоты водяного столба. Также открытая схема используется для прямого присоединения к магистрали поставщика тепловой энергии.

Пример естественной и принудительной циркуляции

В малоэтажном домостроении (максимум до трех этажей) обычно используются системы отопления с естественной циркуляцией, использующие эффект тепловой конвекции – подъем разогретого теплоносителя вверх и опускание вниз остывшего. В закрытых системах с естественной циркуляцией расширительный бак ставят внизу, у котла. Это делается для того, чтобы его упругая мембрана не нарушала баланс давления, уровень которого внизу должен быть больше.

Достоинством системы, в которой теплоноситель движется под действием сил тепловой конвекции, является ее относительная простота – в ней отсутствует насос, который требует дополнительного технического обслуживания. Недостатком присоединения – большая зависимость от технического состояния, ведь при наличии воздуха в магистралях и грязевых отложений в радиаторах циркуляция замедляется.

Пример использования принудительной циркуляции:

1. Высота отапливаемого дома превышает три этажа;
2. Источник тепла невозможно опустить максимально низко. Например, при использовании для отопления частного дома газового котла, размещение которого в подполье недопустимо по нормам технической безопасности;
3. При использовании системы с одной трубой и нижним розливом теплоносителя.

Мощность циркуляционного насоса, используемого в открытой системе, не должна быть очень большой. Иначе, если рабочее давление насоса значительно превышает естественное атмосферное, может произойти выдавливание теплоносителя через переливную магистраль расширительного бака.

Виды разводки: нижняя и верхняя

Теплоноситель из котла может быть подан в отдающую тепло (исполнительную) магистраль системы как сверху, так и снизу. Если разводка верхняя, то горячая вода подается по одному центральному стояку наверх и заполняет расширительный бак (в случае закрытой системы может использоваться герметичный бак-уловитель воздуха со стравливающим клапаном). И уже из бака исполнительная магистраль получает теплоноситель, а от стояков выполняются подключения радиаторов.

Достоинством такой системы является то, что движению теплоносителя помогают естественные факторы – гравитация и тепловая конвекция. Благодаря этому можно использовать циркуляционные насосы небольшой мощности. Проектирование должно учесть и недостатки – необходимость принятия дополнительных мер по утеплению расширительного бака и центрального стояка.

При нижней разводке исполнительная магистраль получает теплоноситель снизу, что экономит тепловую энергию. Но при этом естественной тепловой конвекции препятствует гидродинамическое сопротивление радиаторов, а разливу горячей воды по ним – гравитация. Поэтому проект должен учесть подключения насосов большей мощности для прокачки теплоносителя, особенно когда исполнительная магистраль поднимается на несколько ярусов. Естественная циркуляция теплоносителя при такой схеме построения системы отопления возможна только в одноэтажных домах. Есть и еще одни недостаток, особенно характерный для многоэтажных домов, радиаторы в которых подключены к одной подающей магистрали. В этом случае исполнительная магистраль оканчивается наверху, где скапливается отработанный (остывший) теплоноситель, что противоречит законам термодинамики и как бы переворачивает всю систему с ног на голову.

Подключение к одной или двум магистралям

Монтаж системы, где исполнительная магистраль играет роль подающей (прямая) и сборной (обратка) одновременно, значительно проще, здесь существенно экономятся материалы, легче рассчитать проект. Однако в этом случае радиаторы подключаются к ней последовательно – вход и выход к одной трубе.

При схеме последовательного монтажа первыми начинают прогреваться те радиаторы, которые ближе к выходному патрубку котла. Последние в схеме присоединения теплообменники получают остывший теплоноситель, что уменьшает их КПД.

Также наблюдается неравномерность прогрева радиаторов, что можно устранить лишь с помощью скрупулезных манипуляций по регулировке количества поступающего в них теплоносителя. В многоэтажных домах, исполнительная магистраль которых имеет верхнюю разводку, этот эффект не так заметен по той причине, что движению теплоносителя по стояку помогает гравитация.

Двухтрубная система позволяет подключить радиаторы параллельно друг другу, поскольку их выходные патрубки соединены со сборной магистралью, которая параллельна подающей (прямой). Они прогреваются одновременно, а их регулировка упрощается. Однако дополнительная исполнительная магистраль – это дорогостоящая прокладка через межэтажные перекрытия, сложность работ, эстетический диссонанс в интерьерах помещений, поэтому используется редко.

Совет! Регулировку системы отопления проще производить шаровыми кранами. Установка дроссельных шайб, изменяющих диаметр трубы, не только не обеспечивает точности в этом процессе, но и требует разборки магистралей.

Движение теплоносителя в радиаторе

Если входной и выходной патрубки радиатора расположены на одной стороне, то теплоноситель при движении по нему делает петлю, изменяя направление. Преимуществом такой схемы подключения является более полная теплоотдача. Недостатком – замедление скорости движения горячей воды, в результате чего из нее выделяется (сепарируется) воздушная смесь, и большее гидродинамическое сопротивление системы.

При расположении патрубков на разных сторонах радиатора происходит сквозной пролив теплоносителя через него. Попутная схема подключения имеет как преимущества, так и недостатки. Например, радиатор может не успеть воспринять все тепло, КПД системы снижается. Однако при этом она имеет меньшее гидродинамическое сопротивление, а ее регулировка упрощается.

Совет! Устанавливайте регулировочный кран на выходном патрубке радиатора с прямым движением теплоносителя. Это предотвратит его частичное осушение.

Лучевая разводка

h3_2

В комбинированной схеме системы отопления, где к общей прямой и подающей магистрали производится подключение нескольких независимых друг от друга контуров, обеспечивающих обогрев отдельно взятых квартир или других помещений, используется лучевая разводка. Это позволяет осуществлять индивидуальный учет энергопотребления и его регулирование.

Она основана на использовании коллекторов, откуда производится раздача теплоносителя. Коллекторы комбинированной системы располагаются на межэтажных тепловых пунктах, как и электрические распределительные щиты. Общая магистраль может быть как с верхней, так и нижней разводкой, а общедомовой тепловой пункт – двухконтурным (независимым) или подключенным напрямую к магистрали поставщика тепловой энергии.

Принципиальная схема независимых отопительных контуров строится по тем же принципам, которые описывались выше. Пример монтажа: одно- или двухтрубная система с верхней или нижней разводкой, с попутной или тупиковой циркуляцией теплоносителя в радиаторе. Хозяин квартиры с лучевой разводкой имеет право установить теплообменник и дополнительный квартирный бойлер-подогреватель, если считает, что это ему выгоднее.

Схема системы отопления с открытым исходным кодом

Скачать бесплатно для Windows

16 BackupMill.com 12 Freeware

Open Source Backup — это утилита резервного копирования для Windows.

Фонд геопространственных данных с открытым исходным кодом 9 Открытый источник

MapGuide Open Source — это платформа для разработки картографических веб-приложений.

14 Принципиальная электрическая схема 1688 Открытый источник

Он помогает создавать электронные схемы и экспортировать их в виде изображений.

atdl4j Freeware

atdl4j — это некоммерческая реализация FIXatdlSM на языке JavaTM с открытым исходным кодом.

21 Synstral Business Software Handelsbolag 4 условно-бесплатная

Simply Orders — Расширенная база данных управления заказами и счетами для MS Access.

OpenCV 396 Открытый источник

OpenCV — это библиотека функций программирования для компьютерного зрения в реальном времени.

Тенебрил Инкорпорейтед Freeware

Маленькая бесплатная чат-система с открытым исходным кодом для Windows. FriendlyTalk обладает уникальным интерфейсом чата, allo….

WaterBase 22 Открытый источник

Это плагин, разработанный для ГИС-системы с открытым исходным кодом MapWindow.

MonetDB 28 Открытый источник

Система баз данных с открытым исходным кодом для высокопроизводительных приложений интеллектуального анализа данных.

5 Проект JEDI Открытый источник

Целью проекта JEDI VCS является создание системы VCS с открытым исходным кодом.

Oxford Archeology Digital 26 Freeware

Проект

gvSIG — это бесплатная геоинформационная система (ГИС) с открытым исходным кодом.

Nande 13 Открытый источник

Banta — это простая в использовании система счетов с открытым исходным кодом для ОС Windows.

Лаборатория виртуальных сред пользовательского интерфейса 1 Открытый источник

CVE — это мультиплатформенная система с открытым исходным кодом для создания виртуальных сред.

Студия Ubuntu 97 Freeware

Это операционная система с открытым исходным кодом, которая поставляется с различными мультимедийными приложениями.

Icinga 64 Открытый источник

Icinga — это компьютерная система с открытым исходным кодом и приложение для мониторинга сети.

4 Фаршад Барахими 188 Открытый источник

Diagram Ring — это расширенный редактор диаграмм с открытым исходным кодом.

,

Система водяного отопления — Процедура проектирования

При проектировании системы водяного отопления можно использовать следующую процедуру:

1. Рассчитать теплопотери в помещениях
2. Рассчитать мощность котла
3. Выбрать нагревательные элементы
4. Выбрать тип, размер и режим работы циркуляционного насоса
5. Составьте схему трубопровода и рассчитайте размеры труб
6. Рассчитайте расширительный бак
7. Рассчитайте предохранительные клапаны

1.Расчет потерь тепла

Рассчитайте потери тепла при передаче через стены, окна, двери, потолки, полы и т. Д. Кроме того, необходимо рассчитать потери тепла, вызванные вентиляцией и проникновением наружного воздуха.

2. Мощность котла

Мощность котла может быть выражена как

B = H (1 + x) (1)

, где

B = мощность котла (кВт)

H = общие тепловые потери (кВт)

x = запас на нагрев — обычно используются значения в диапазоне 0.От 1 до 0,2

Подходящий котел необходимо выбрать из производственной документации.

3. Выбор комнатных обогревателей

Номинальные характеристики радиаторов и комнатных обогревателей можно рассчитать как

R = H (1 + x) (2)

, где

R = рейтинг обогреватели в помещении (Вт)

H = потери тепла из помещения (Вт)

x = запас для обогрева помещения — общие значения в диапазоне 0.От 1 до 0,2

Нагреватели с правильными характеристиками должны выбираться из производственной документации.

4. Калибровка насосов

Производительность циркуляционных насосов может быть рассчитана как

Q = H / (h ₁ — h ₂ ) ρ (3)

где

Q = объем воды (м ³ / с)

H = общие тепловые потери (кВт)

ч ₁ = энтальпия расхода воды (кДж / кг) (4 ,204 кДж / кг. ^o C при 5 ^o C, 4,219 кДж / кг. ^o C при 100 ^o C )

h ₂ = энтальпия возвратной воды (кДж / кг)

ρ = плотность воды в насосе (кг / м ³ ) (1000 кг / м ³ при 5 ^o C, 958 кг / м ³ при 100 ^o C)

Для циркуляционных систем низкого давления — LPHW ( 3) можно приблизить к

Q = H / 4.185 (t ₁ -t ₂ ) (3b)

где

t ₁ = температура подачи ( ^o C)

t ₂ = температура обратной линии ( ^o C)

Для циркуляционных систем с низким давлением — LPHW напор от 10 до 60 кН / м ² и сопротивление трению основной трубы от 80 до 250 Н / м ² на метр труба обычная.

Для насосных циркуляционных систем высокого давления — HPHW напор от 60 до 250 кН / м ² и сопротивление трению основной трубы от 100 до 300 Н / м ² на м трубы является обычным явлением.

Циркуляционная сила в гравитационной системе может быть рассчитана как

p = hg (ρ ₁ — ρ ₂ ) (4)

, где

p = давление циркуляции доступно (Н / м ² )

h = высота между центром котла и центром радиатора (м)

g = ускорение свободного падения = 9.81 (м / с ² )

ρ ₁ = плотность воды при температуре подачи (кг / м ³ )

ρ ₂ = плотность воды при температуре возврата (кг / м ³ )

5. Определение размеров труб

Полная потеря давления в системе трубопроводов горячей воды может быть выражена как

p _t = p ₁ + p ₂ (5)

где

p _t = общая потеря давления в системе (Н / м ² )

p ₁ = основная потеря давления из-за трения (Н / м ² )

p ₂ = незначительная потеря давления из-за фитингов (Н / м ² )

м В качестве альтернативы основная потеря давления из-за трения может быть выражена как

p ₁ = il (6)

, где

i = основное сопротивление трению трубы на длину трубы (Н / м ² на метр трубы)

л = длина трубы (м)

Значения сопротивления трению для фактических труб и объемных расходов можно получить из специальных таблиц, составленных для труб или трубок.

Незначительные потери давления из-за фитингов, таких как отводы, колена, клапаны и т.п., можно рассчитать как:

p ₂ = ξ 1/2 ρ v ² (7)

или как выражается как «напор»

h _потери = ξ v ² /2 g (7b)

где

ξ = коэффициент малых потерь

p _убыток = потеря давления (Па (Н / м ² ), фунт / дюйм (фунт / фут ² ))

ρ = плотность (кг / м ³ , снарядов / фут ³ )

v = скорость потока (м / с, фут / с)

h _потеря = потеря напора (м, фут)

g = ускорение свободного падения ( 9.81 м / с ² , 32,17 фут / с ² )

6. Расширительный бак

Когда жидкость нагревается, она расширяется. Расширение воды, нагретой от 7 ^o ° C до 100 ^° ° C , составляет приблизительно 4% . Чтобы избежать расширения, создающего давление в системе, превышающее расчетное давление, обычно расширяющуюся жидкость направляют в резервуар — открытый или закрытый.

Открытый расширительный бак

Открытый расширительный бак применим только для систем горячего водоснабжения низкого давления — LPHW -.Давление ограничено самым высоким расположением бака.

Объем открытого расширительного бака должен быть в два раза больше предполагаемого объема расширения в системе. Приведенная ниже формула может использоваться для системы горячего водоснабжения с нагревом от 7 ^o C до 100 ^o C (4%):

V _t = 2 0,04 V _w (8 )

где

V _т = объем расширительного бака (м ³ )

V _w = объем воды в системе (м ³ )

Закрытый расширительный бак

В закрытом расширительном баке давление в системе частично поддерживается сжатым воздухом.Объем расширительного бака можно выразить как:

V _t = V _e p _w / (p _w — p _i ) (8b)

где

V _т = объем расширительного бака (м ³ )

V _e = объем, на который увеличивается объем воды (м ³ )

p _w = абсолютное давление резервуара при рабочей температуре — рабочая система (кН / м ² )

p _i = абсолютное давление холодного резервуара при заполнении — нерабочая система ( кН / м ² )

Расширяющийся объем может быть выражен как:

V _e = V _w (ρ _i — ρ _w ) / ρ _w (8c)

где

V _w = объем воды в системе (м ³ )

ρ _i = плотность холодной воды при температуре наполнения (кг / м ³ )

ρ _w = плотность воды при рабочей температуре (кг / м ³ )

Рабочее давление системы — p _w — должно быть таким, чтобы рабочее давление в наивысшей точке системы соответствовало температуре кипения на 10 ^o C выше рабочей температуры.

p _w = рабочее давление в наивысшей точке

+ разница статического давления между наивысшей точкой и резервуаром

+/- давление насоса (+/- в зависимости от положения насоса)

7. Выбор предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны для систем с принудительной циркуляцией (насос)

Настройки предохранительного клапана = давление на выходной стороне насоса + 70 кН / м ²

Предохранительные клапаны для систем самотечной циркуляции

Настройки предохранительного клапана = давление в системе + 15 кН / м ²

Чтобы предотвратить утечку из-за ударов в системе, обычно настройка составляет не менее 240 кН / м ² ,

.Учебное пособие по системным диаграммам

Введение

---

System Dynamics — это исследование поведения сложных систем, целью которого является понимание сети взаимосвязей между действиями и определение связи между причиной и следствием. Диаграммы системы — это модели, используемые для визуального выражения динамических сил, действующих на компоненты процесса, и взаимодействия между этими силами.

Системные диаграммы — это больше, чем схемы технологических процессов. Они включают петли обратной связи и другие факторы, влияющие на принятие решений, в том числе отношение, восприятие и поведение. Если вы знакомы с терминами «порочный круг», «нисходящая спираль», «закон непредвиденных последствий» или «лекарство хуже болезни» , вы знакомы с некоторыми основными концепциями системной динамики. Системные диаграммы предоставляют общий язык, помогающий организациям задуматься над этими сложными проблемами.

Усилия по повышению производительности сложных систем неизбежно затрагивают многие области прямо или косвенно, поэтому критически важно понимать потенциал непредвиденных последствий. Также важно понимать истинные возможности для улучшения системы, что, вероятно, не будет очевидным.

Фон

---

Инициативы системного мышления стремятся расширить организационную перспективу, переместив организацию от акцента на событиях (реакции) к распознаванию моделей поведения, затем к пониманию систем и, наконец, к овладению ментальными моделями, которые формируют взгляды людей, которые управляют системой и в конечном итоге определяют его производительность.

Характеристики динамических систем

---

Работая над пониманием системной динамики, вы, несомненно, столкнетесь со следующими явлениями, многие из которых могут быть вам уже знакомы:

• Как сказал Джордж Э. П. Бокс: «Все модели неправильные. Некоторые модели полезны». System Dynamics подчеркивает, что не существует единственного правильного ответа. Часто приходится идти на компромиссы, требующие выбора.На этот выбор может повлиять определенная точка зрения.
• Причина и следствие разделены гораздо большим количеством времени и расстояния, чем вы думаете. Задержки по времени значительно усложняют попытки прочно связать причину со следствием, особенно когда есть несколько причин и несколько следствий.
• Чем больше вы пытаетесь улучшить систему, тем сильнее сопротивление изменениям. Это результат «уравновешивающих петель» — сил, противодействующих изменениям.
• Есть непредвиденных последствий, и косвенных эффектов. Иногда самое очевидное решение усугубляет проблему.
• Ситуация может ухудшиться, прежде чем станет лучше. Рассмотрим компанию с недостаточным денежным потоком, которая недостаточно инвестировала в свои машины и оборудование. В краткосрочной перспективе наверстывание инвестиций приведет к дальнейшему снижению денежного потока, хотя в долгосрочной перспективе влияние может быть положительным.
• Усиливающие петли превращают небольших изменений в большие.

Создание системных диаграмм — это первый шаг к развитию навыков системного мышления, необходимых для понимания этих сложных явлений и управления ими.

Примеры

---

Лучший способ понять системное мышление — это рассмотреть несколько реальных примеров:

Вот пример исправления, которое дало обратный эффект — в значительной степени.

Производитель автомобилей страдал от плохих финансовых показателей, поэтому он начал агрессивную программу снижения затрат, направленную на закупку материалов. На базу снабжения оказали давление с целью значительного снижения цен, что, в свою очередь, привело к внутренним мероприятиям по сокращению затрат.

Однако инженерные изменения были обработаны без надлежащего тестирования. Краткосрочные финансовые цели были достигнуты, но снизилась надежность компонентов, а косвенные последствия низкого качества значительно перевесили реализованное прямое сокращение затрат.

Этот случай является прекрасным примером необходимости применения подхода системного мышления к проектам улучшения процессов — чтобы предвидеть возможные непредвиденные последствия и принимать адекватные контрмеры на упреждающей основе. Схема системы представлена ​​ниже:

1. Рентабельность крупного производителя автомобилей не оправдала ожиданий.
2. На базу снабжения оказывается давление, чтобы снизить стоимость закупаемых материалов.В этом случае задействован брелок удаленного доступа (удаленная блокировка / разблокировка).
3. Краткосрочные последствия инициативы по сокращению затрат на материалы являются благоприятными, что приводит к увеличению нормы прибыли. Это арматурная петля .
4. Однако в спешке с целью снизить стоимость инженерные изменения, которые привели к снижению стоимости материалов, не были подвергнуты надлежащим испытаниям на долговечность. Контакты внутреннего переключателя были заменены с медных на оловянные.По прошествии некоторого времени практически 100% деталей выходят из строя.
5. Расход по гарантии увеличивается (Балансировочная петля) .
6. У клиентов возникла проблема с продуктом (дела пошли не так).
7. Проблемы с надежностью отрицательно влияют на восприятие потребителями ценности продукта.
8. Негативное влияние на выручку, поскольку меньше клиентов удовлетворяет ценность продукта из-за низкой надежности (Балансирующая петля) .
9. Прибыль страдает от двойного удара: выручка снижается, а расходы по гарантии увеличиваются. Это полная противоположность первоначальному замыслу — непреднамеренное последствие, которое оказывает дополнительное давление на снижение затрат для увеличения прибыли!

Приложение

---

Чтобы создать системную диаграмму, вспомните иерархию понимания системы — с целью перехода от управления событиями (реактивный) к управлению системами и ментальными моделями (проактивный):

В качестве примера мы будем использовать пример продаж и прибыльности от производителя бытовой техники, попавшего в ловушку нисходящей спирали дисконтирования цен для поддержания объема продаж.

A. Первый шаг — это , чтобы идентифицировать события :

• Продажи не оправдали ожиданий.
• Прибыль ужасная.

B. Затем посмотрите на моделей поведения . Изобразите индикаторы, помогающие описать проблему:

C. В-третьих, определите задействованные действия и нарисуйте связей , чтобы показать сил, и контуров обратной связи , как на диаграмме ниже.Используйте 5-Why Analysis из панели инструментов, чтобы определить основную причину поведения и шаблонов.

1. В середине месяца выручка не оправдала ожиданий.
2. Чтобы компенсировать упущенную выручку и выполнить план продаж, в конце месяца цены снижены, чтобы стимулировать продажи.
3. Клиенты вынуждены ожидать «сделки» в конце месяца, поэтому они ждут скидки и не делают заказы в начале месяца, что увековечивает цикл, снижая продажи в начале месяца.
4. Ценовое дисконтирование снижает размер прибыли.
5. Ценовые скидки в конце месяца создают неравномерные объемы отгрузки, так как заказы группируются в конце месяца.
Надбавки
6. выплачиваются за большие объемы отгрузки в конце месяца, что ведет к увеличению затрат на логистику.
7. Маржа прибыли снижается из-за увеличения затрат на логистику.
8. При более низкой рентабельности давление на рост выручки увеличивается, чтобы компенсировать более низкую рентабельность и сохранить чистую прибыльность.
9. Повышенные ожидания доходов усугубляют исходную проблему — «порочный круг».

Примечание: На этой диаграмме все петли обратной связи представляют собой усиливающие петли, усиливающие основной эффект дисконтирования цен — мощный двигатель снижения.

D. Наконец, исследуйте ментальные модели (восприятия, отношения), которые увековечивают систему.

• Президент подразделения — «Мы выполним нашу ежемесячную цель, несмотря ни на что.Если мы попытаемся нарушить нашу схему повышения цен, продажи пострадают, и я буду искать работу ».
• V. P. of Marketing — «Мой бонус основан на росте продаж. Если логистики не могут уложиться в свой бюджет, это их проблема».
• Продавец — «Я получил свои заказы в течение месяца (последние пару дней). Заказы есть, поэтому специалисты по логистике должны доставить их, поэтому я получаю свою комиссию (которая основана только на продажах, без учета к затратам).«
• Клиент — «Все, что мне нужно сделать, это переждать их и получить лучшую цену в конце месяца. Они делают это каждый раз».

,

Теплообменник — processdesign

Автор: Алекс Вальдес ^[2015] , Синди Чен ^[2016]

Стюарды: Цзянь Гун и Фэнци Ю

Введение

Теплообменники — это необходимые технологические установки, которые являются частью любой подробной технологической схемы. Технологические потоки обычно взаимодействуют через теплообменники, чтобы сэкономить деньги на системах отопления и охлаждения. Кроме того, площадь поверхности теплообменника пропорциональна количеству тепла, которое может быть передано, и является наиболее показательной составляющей стоимости теплообменника (Wilcox, 2009).Поэтому все коммерческие симуляторы включают модели для нагревателей, охладителей, теплообменников, огневых нагревателей и воздухоохладителей (Towler and Sinnott, 2013). Как правило, единственные входные данные, необходимые для схождения моделей теплообменников, — это правильно заданные входные потоки (расход, температура, давление, состав), падение давления в каналах потока, а также температуры на выходе или режим работы.

Моделирующие программы

, такие как HYSYS, чрезвычайно полезны для инженеров, чтобы быстро оценить капитальные затраты и потребности в коммунальных услугах.

Уравнения модели

HYSYS использует следующие уравнения для стационарных адиабатических теплообменников (Wilcox, 2009):

(тепло передается от технологического потока)

(тепло передано в инженерный поток)

(коэффициент теплопередачи)

где: Q — скорость теплообмена (например, в кДж / ч), Ni — расход потока i (например, в кмоль / ч), Hi — удельная энтальпия потока i (кДж / кмоль), U — общий коэффициент теплопередачи (кДж / м2.K), A — площадь теплообмена (м2), F — поправочный коэффициент для отклонения от прямоточного или противоточного течения, dTavg — средняя разность температур между потоками для истинного прямоточного или противоточного течения.

Эвристика

Перед выполнением моделирования важно иметь представление о практических соображениях и значениях параметров. Полный список эвристики в химической инженерии (Walas, 1990) можно найти на http://people.clarkson.edu/~wwilcox/Design/heurist.PDF. Для кожухотрубных теплообменников:

• Сторона трубки предназначена для агрессивных, загрязняющих, накипных жидкостей и жидкостей под высоким давлением.
• Кожух предназначен для вязких и конденсируемых жидкостей.
• Падение давления составляет 1,5 фунта на квадратный дюйм для кипения и 3–9 фунтов на квадратный дюйм для других условий.
• Температура воды на входе 90 ° F, максимальная температура на выходе 120 ° F.

Дополнительные практические правила для различных типов теплообменников, а также для многих других единиц технологического оборудования содержатся в приведенном выше источнике.

Типы операций теплопередачи в HYSYS

Хотя кожухотрубные теплообменники широко используются на практике и обычно преподаются инженерам, впервые изучающим теплообмен, HYSYS содержит различные блоки теплообмена:

Таблица 1: Операции моделирования теплопередачи HYSYS

Агрегат	Теплообмен между	Вход (ы)	Выход (ы)
Кулер	Горячий технологический поток и полезность (энергия)	Расход, состав входящего потока.Для входящего и выходящего потока ДВА из ТРИ: температура, давление, доля паровой фазы	Долг, Q
Нагреватель	Холодный технологический поток и инженерные сети (энергия)	То же, что и кулер	Долг, Q
Теплообменник	Два технологических потока, геометрия кожуха и трубы	То же, что и охладитель первого технологического потока. Для второго технологического потока: состав и ДВА из ТРЕХ: температура, давление, доля паровой фазы на входе и выходе.	Расход второго технологического потока; Долг, Q; Коэффициент теплопередачи, U
Теплообменник СПГ	Несколько технологических потоков, геометрия пластины или пластины-ребра	То же, что и кожухотрубный теплообменник	То же, что и кожухотрубный теплообменник
Воздухоохладитель	Технологический поток и идеальная воздушная смесь	То же, что и охладитель технологического потока.	Общий расход воздуха; Рейтинг болельщиков; Коэффициент теплоотдачи, U
Огневой нагреватель (печь)	Топливный газ для сжигания и технологический поток (потоки)	То же, что и охладитель технологического потока. Соотношение воздух / топливо	Расход топлива / воздуха; Долг, Q; Коэффициент теплоотдачи, U

Учебное пособие для теплообменника

Входные свойства

• Откройте Aspen HYSYS и создайте новое дело в меню «Файл».
• Создайте список компонентов, добавив все компоненты, присутствующие в процессе.
• Выберите пакет термодинамической жидкости, который применим к процессу, см. Вики-статью о пакете свойств для получения более подробной информации о вариантах или перейдите на http://people.clarkson.edu/~wwilcox/Design/thermodl.htm

Вход в моделирование

• В модельной палитре есть несколько вариантов нагревательных / охлаждающих агрегатов. Используйте нагреватель или охладитель, чтобы изменить температуру одного технологического потока с помощью служебной программы. Используйте теплообменник для двух технологических потоков, обменивающихся теплом, тем самым изменяя температуру каждого.Следующие шаги относятся к теплообменнику, но шаги аналогичны для нагревателя или охладителя.
• Щелкните обменник в окне технологической схемы. На вкладке «Проект» в разделе «Соединения» создайте входные и выходные потоки со стороны трубы и кожуха (четыре потока). Выбор жидкости, идущей со стороны трубы, а какой — со стороны оболочки, зависит от многих факторов, но некоторые практические правила включают установку стороны трубы с высоким давлением и / или с коррозионными жидкостями (Sloley, 2013).
• Чтобы понять, как HYSYS интерпретирует ситуацию, откройте раздел «Спецификации» на вкладке «Дизайн» (изображение справа).Видно, что HYSYS требуется пять единиц информации (степени свободы = 5) о входных и выходных потоках. Если процесс не определен, HYSYS должен выдать сообщение с указанием типа ошибки или просто сказать, что решения нет. После понимания информации в этой таблице введите четыре входных параметра и один выходной параметр (температура одного из выходов).
• На этом этапе HYSYS должен сообщить, что существует неизвестная величина Delta P. Укажите (предположите) давление на входе и выходе, после чего теплообменник должен сойтись.Хорошие первоначальные предположения о падении давления составляют 0,3-0,7 бар или 30-70 кПа (Towler and Sinnott, 2013).

Рис. 1. Теплообменник на странице технологической схемы и проектных спецификаций

Настройка теплообменника

• После схождения теплообменника и достижения желаемой температуры на выходе одного из технологических потоков можно изменять различные параметры и проводить более подробный анализ теплообменника.
• На вкладке «Проект» в разделе «Параметры» выберите одну из пяти потенциальных моделей теплообменников (наиболее распространенный выбор — кожухотрубный корпус строгого исполнения).

Примечание по поиску и устранению неисправностей: иногда строгая модель теплообменника сначала не сходится, даже если система правильно определена. Иногда, когда это происходит, переключение на модель простой конечной точки, а затем возврат к строгой модели приводит к ее сходимости.

• На этом этапе воспользуйтесь изящной функцией HYSYS в разделе «Жесткая модель» на странице «Параметры»: Size Rigorous Shell & Tube. При нажатии на нее HYSYS автоматически запускает кейсы для определения оптимальных параметров падения давления и площади теплообменника (также есть возможность автоматически запускать эту функцию).Как только эта функция сойдется, очень полезная информация о требуемом общем коэффициенте теплопередачи, падении давления, площади теплопередачи и других физических параметрах будет легко доступна для просмотра на вкладке «Рейтинг».
• Также на вкладке «Рейтинг» можно изменить физические характеристики теплообменника, такие как количество проходов кожуха / трубы (в реальных теплообменниках обычно более одного или двух проходов труб на кожух). Эти особенности, конечно, изменяют необходимый коэффициент теплопередачи (в лучшую сторону), падение давления (в неблагоприятную сторону) и неопределенные условия выходного потока.

Рисунок 2: Вкладка «Рейтинг», содержащая физические / геометрические параметры теплообменника.

Распространенные проблемы

При использовании теплообменников в этих программах возникает несколько общих проблем.

Когда теплообменники используются с потоками, которые переходят на более ранние стадии процесса, возникает информационный цикл, и вероятность схождения программы снижается. Во многих случаях конструкция процесса требует более позднего технологического потока, такого как нижняя часть дистилляционной колонны, для нагрева более раннего потока, такого как сырье в той же колонне (Towler and Sinnott, 2012).

Другая проблема возникает, если спецификации теплообменника невозможны, но модель по-прежнему сходится с физически неприемлемыми результатами, такими как температурный кросс.

Чтобы избежать этих проблем, рекомендуется использовать вспомогательные нагреватели и охладители вместо теплообменников, чтобы получить представление о необходимой тепловой нагрузке и параметрах теплообменника. Нагреватели и охладители также полезны для получения первоначальных предположений о температуре на выходе и падении давления.После получения этой информации у проектировщика будет гораздо больше шансов смоделировать теплообменник, который приведет к значимым результатам (Wilxcox, 2009).

Типичный завод требует использования множества отдельных теплообменников. Это комбинированное технологическое нагревание и охлаждение установки может быть выполнено за счет использования коммунальных услуг, но это будет очень дорогостоящим с точки зрения капитальных и коммунальных затрат. В сетях теплообменников используется несколько блоков теплообменников для оптимизации технологического процесса.Эффективное включение сетей теплообменников минимизирует использование коммунальных услуг, минимизирует количество теплообменников и минимизирует затраты, связанные с проектированием.

Уравнения и эвристика модели

Сети теплообменников спроектированы на основе глубокого анализа пинч-анализа. Точка защемления разделяет температурный диапазон на две области. Анализ точки защемления — это табличная процедура, которая является удобной альтернативой построению и анализу составных кривых горячего и холодного состояний.Температура, при которой разница температур между горячим и холодным потоком наименьшая, является температурой точки перегиба. Определение наименьшего Δ может быть полезно при расчете оптимального размера теплообменника (Marechal, 2005). Четыре этапа анализа точки защемления:

1. Разделите диапазон температур на интервалы и сместите шкалу низких температур.

2. Составьте тепловой баланс в каждом интервале.

3. Каскадирование избытка и дефицита тепла через интервалы.

4. Добавьте тепла так, чтобы дефицит не образовывался каскадом, добавляя величину самого большого дефицита тепла из шага 3 к каждому излишку и дефициту тепла. Положение с суммой 0 — это положение защемления. На этом этапе также можно определить минимальные коммунальные услуги по отоплению и охлаждению (Багаевич, 2008).

Подробные расчеты и примеры определения точки защемления можно найти на странице анализа защемления.

Действующая сетевая система теплообменника должна следовать соответствующей эвристике.Теплообменник можно использовать только над зажимом, а холодильный — только под ним. Кроме того, тепло от горячего потока с температурой выше пинча не должно передаваться холодному потоку с температурой ниже пинча (Towler and Sinnot, 2012).

Минимальные целевые показатели рекуперации энергии

Основная цель построения сетей теплообменников — максимизировать рекуперацию энергии из горячих технологических потоков в холодные технологические потоки. Таким образом, перед началом синтеза сети теплообменника необходимо определить цели минимальной рекуперации энергии (MER).Для этого есть три способа:

1. метод температурного интервала,

2. графический метод с использованием составных кривых нагрева и охлаждения, и

3. линейное программирование (Seider, 2004).

Методы температурного интервала и составной кривой описаны на странице анализа пинч-анализа. Пример линейного программирования обсуждается ниже.

Линейное программирование

Рассмотрим систему, в которой два холодных потока, C1 и C2, должны нагреваться, а два горячих потока, h2 и h3, должны охлаждаться без фазового перехода.Условия и свойства этих потоков перечислены ниже.

Предварительные расчеты пинч-анализа приводят к следующим изменениям энтальфии в каждом интервале.

Рисунок 3. Каскад температурных интервалов, энергетических балансов и остатков (Seider, 2004)

Линейную программу можно сформулировать как:

Свернуть

относительно (w.r.t.):

При условии (s.t.):

Переменные в этой линейной программе определены следующим образом:

— тепло, поступающее от горячего водопровода.

— остаток из интервала i

— холодная коммунальная служба

, где все потребности в энергии следует умножить на 10 000 БТЕ / час.

Эта программа минимизирует тепловыделение от горячего источника. На рисунке 3 показаны потоки энергии между каждым интервалом системы и значения переменных, вычисленные на начальном и конечном проходе.

Эта установка линейной программы может быть решена с использованием общей системы алгебраического моделирования (GAMS), как показано ниже.

Программа GAMS сначала называет переменные, используемые в программе, указывая, что Z — это целевая переменная, которая будет минимизирована, а другие переменные — «положительные переменные», удовлетворяющие конечному условию, указанному в уравнении LP.6, что все коммунальные услуги и остаточная стоимость должны быть больше нуля. Линейная программная модель называется HEAT и решается с использованием LP (что означает линейные программные алгоритмы) для минимизации переменной Z.

Исходя из этого результата, , что означает, что защемление расположено в интервале 3, как показано на рисунке 3. Кроме того, этот результат показывает, что потребность в горячих источниках энергии, , составляет 500000 БТЕ / час, а потребность в холодных линиях, , составляет 600000 БТЕ / час. Однако это моделирование учитывает только ощутимые изменения тепла.Дополнительные переменные, такие как теплота реакции, теплота смешения и даже переменная удельная теплоемкость с течением времени, следует учитывать в более представительной модели.

Этот пример взят из Принципы проектирования процессов: синтез, анализ и оценка Сейдера, Сидера и Левина.

Учебное пособие для сети теплообменников

Сети теплообменников можно смоделировать с помощью Aspen Energy Analyzer. Ниже приводится учебное пособие, предоставленное компанией Aspen Technology (Aspen, 2011).

Свойства ввода

• Открытый анализатор энергии Aspen
• Проверьте единицы измерения для вашей симуляции через Инструменты >> Настройки >> Вкладка «Переменные» >> Страница «Единицы измерения»
• Создайте корпус тепловой интеграции (HI) в меню «Функции»
• Введите данные потока процесса во всплывающем окне (как показано ниже)

• После ввода значений температуры на входе и выходе Aspen определит тип потока как горячий или холодный.
• Введите информацию об энтальпии или теплоемкости потока для каждого потока.Сегментация потоков полезна для потоков, которые изменяют фазу или имеют нелинейные изменения энтальпии при изменении температуры. После ввода информации для последнего сегмента поток процесса будет завершен, и появится окно, как показано ниже.

• Введите имя потока, первое значение температуры на входе и значение целевой температуры на выходе. Необходимо добавить только значения температуры на выходе и значения тепловой нагрузки / энтальпии, поскольку моделирование рассчитало значения температуры на входе.После завершения вкладка потоков процессов появится, как показано ниже. Красные стрелки представляют горячие потоки, которые необходимо охладить, а синие стрелки — холодные потоки, которые необходимо нагреть.

• Введите данные служебного потока на вкладке служебных потоков. В столбце Имя прокрутите список, чтобы найти утилиты, необходимые для моделирования. Примеры включают в себя: охлаждающую воду, производство пара низкого давления, воздух, топочное тепло и т. Д. Aspen сообщит о затратах по умолчанию, связанных с каждым коммунальным предприятием, которые будут использоваться для расчета эксплуатационных затрат для системы.

Вход в моделирование

• Изучите мишени в чемодане. В представлении HI Case выберите значок Open Targets View, который отображается в нижней части представления для всех вкладок. В этом окне будут отображаться целевые значения энергии, температуры зажима, минимальное количество блоков, необходимых для построения сети, и предварительный анализ затрат.

• Рассчитайте DTmin моделирования. В окне Targets: вкладка Range Targets >> кнопка Calculate >> страница Plots.Если необходимо лучшее приближение для оптимального значения DTmin, нажмите кнопку «Очистить вычисления», чтобы очистить график перед настройкой диапазона DTmin. Чтобы настроить диапазон, нажмите кнопку DTmin Range, расположенную рядом с кнопкой Calculate. Оптимизированный диапазон DTmin будет напоминать рисунок, показанный ниже.

Изменить схему сети теплообменника

• Проект сети теплообменников можно просмотреть, щелкнув значок Open HEN Grid Diagram в представлении HI Case.
• Сети теплообменников могут включать сплиттеры, теплообменники и охладители.

• Добавьте разделитель в сеть: откройте вид палитры, расположенный в правом нижнем углу вкладки Grid Diagram. Щелкните правой кнопкой мыши и удерживайте значок «Добавить разделение». Перетащите курсор на поток, который нужно разделить, пока не появится значок «бычий глаз». Как только мышь будет отпущена, на потоке появится сплошная синяя точка, представляющая разделитель. Щелкните синюю точку один раз, чтобы развернуть резак.
• Добавьте теплообменник: щелкните правой кнопкой мыши и удерживайте значок «Добавить теплообменник» на палитре «Инструменты для дизайна».Как только мышь будет отпущена, на желаемом потоке появится сплошная красная точка. Щелкните и удерживайте красную точку рядом с новым потоком. Теплообменник появится, когда отпустите кнопку мыши. Дважды щелкните любой конец теплообменника, чтобы открыть окно редактора теплообменника. На вкладке «Данные» установите флажок «Связано с соответствующими потоками» и при необходимости введите другие температуры.

• Настройте коэффициент разделения: откройте окно свойств диаграммы HEN и нажмите кнопку «Создать». Введите коэффициент разделения в поле «Имя».Выберите Правка >> вкладка Аннотации >> Группа Потоки >> раскрывающийся список Сегменты >> Разделить фракцию. Дважды щелкните на любом конце теплообменника, чтобы наблюдать за изменениями температуры горячего потока на входе. Дважды щелкните любой конец разделителя, чтобы открыть вид разделителя. Соответственно отрегулируйте коэффициент разделения.

Когда сеть теплообменников будет завершена, строка состояния на вкладке Grid Diagram станет зеленой.

Будущее развитие

В то время как сети теплообменников пытаются оптимизировать затраты на электроэнергию для систем отопления и охлаждения, капитальные затраты часто сложно рассчитать и учесть в анализе.В районе точки сжатия горячие и холодные потоки наиболее ограничены. Это приводит к необходимости использования больших теплообменников для эффективной передачи тепла между горячими и холодными потоками. Конструкция с максимальной рекуперацией тепла и минимальным количеством теплообменников обычно включает петлю в сети.

Пример петли в дизайне сети (Towler and Sinnot, 2012)

Как видно на рисунке выше, петля может пересекать точку защемления. Эти петли можно разорвать, передав тепло через точку защемления.Это, однако, нарушает эвристику, согласно которой тепло не должно передаваться через точку защемления, и также произойдет по крайней мере одно нарушение удельного Δ . Чтобы восстановить Δ , тепло можно перемещать по траектории, что увеличивает энергозатраты процесса. Из этой дилеммы ясно, что у попытки свести к минимуму любую сеть теплообменников есть свои плюсы и минусы.

Анализ с учетом капитальных затрат может быть выполнен путем оценки сети теплообменников как задачи смешанного целочисленного нелинейного программирования (MINLP).Задачи MINLP обычно решаются с помощью числовых решателей. Но крупномасштабные задачи MINLP, такие как те, которые могут быть созданы для технологического предприятия, могут быть трудными для решения с использованием доступных численных алгоритмов и решателей (Biegler, 1999).

1. Г.П. Таулер, Р. Синнотт. Химико-технологическое проектирование: принципы, практика и экономика проектирования предприятий и технологических процессов . Эльзевир, 2012.
2. Sloley. «Кожухотрубный теплообменник: выбираем правильную сторону». Химическая обработка.Октябрь 2013
3. Уилкокс. «Расчет теплообменников с помощью HYSYS или UniSim». 2009. http://people.clarkson.edu/~wwilcox/Design/hxsizing.htm дата обращения: 1 марта 2015 г.
4. С.М. Walas. (1990). Оборудование для химических процессов — выбор и проектирование . Elsevier
5. W.D. Seider, J.D. Seader, D.R. Левин, Принципы проектирования процессов: синтез, анализ и оценка , Wiley: Нью-Йорк, 2004.
6. Aspen Technology, Inc. Анализатор энергии Aspen: Учебное руководство.(2011)
7. M.J. Bagajewicz. Тепловая интеграция Панамериканское сотрудничество в области химического машиностроения. 2008.
8. Ф. Марешал, Д. Фавра. Комбинированный эксергетический и пинч-анализ для интеграции технологий оптимального преобразования энергии . 2005.
9. L.T. Биглер, И. Гроссманн, А. Westerberg. Систематические методы проектирования химических процессов , Прентис Холл: Нью-Джерси, 1999.

,