Сложившая практика проектирования систем отопления рекомендует тупиковые системы отопления применять ограниченно, при этом протяженность тупика не должна превышать пять-шесть стояков или этажей. При гидравлическом расчете неувязка гидравлических сопротивлений в одном тупике допускается до 15 %. Внедрение автоматического гидравлического расчета позволяет обеспечить гидравлическую увязку циркуляционных колец через каждый нагревательный прибор, применяя установку регулирующих клапанов или дросселирующих устройств. При данном варианте гидравлическая регулировка систем отопления может быть обеспечена достаточно легко. Однако, как показывают расчеты, для гидравлической увязки в ряде случаев необходимо устанавливать дросселирующие устройства с отверстиями диаметром менее 3–5 мм, а при таких размерах отверстия возникает серьезная опасность его засорения или зарастания, отложившимися солями. Следует заметить, что при подборе терморегулирующих вентилей для участков, на которых требуемый размер дросселя менее 3–5 мм, применение терморегулирующих вентилей также недопустимо. Щель между клапаном и седлом будет 0,2–0,4 мм, что значительно меньше, а следовательно, вероятность засорения повышается. Это обстоятельство накладывает свои требования к проектированию систем отопления: ❏ увеличение диаметров подающих и обратных трубопроводов; ❏ последовательное размещение нескольких дросселирующих устройств; ❏ разделение подающего или обратного трубопроводов по длине (высоте), а может быть одного из них, на секции, в пределах которых диметры дросселирующих устройств и характеристики терморегулирующих вентилей гарантируют их незасоряемость; ❏ обязательное переоборудование тупиковых стояков в стояки с попутным движением теплоносителя; ❏ совместное использование выше указанных мероприятий, что позволяет наиболее эффективно манипулировать преимуществами каждого мероприятия. Увеличение диаметра подающих и обратных трубопроводов ведет к уменьшению скорости теплоносителя, а это, в свою очередь, оказывает существенное влияние на режим воздухоотделения, образования воздушных пробок, нарушающих тепловую устойчивость, и на конструктивные изменения системы. Известно, что в зависимости от скорости теплоносителя пузырьки газа могут всплывать, находиться во взвешенном состоянии и, наконец, увлекаться потоком воды. Критическими скоростями потоков воды для вертикальных труб являются скорости 0,2–0,25 м/с, а в наклонных и горизонтальных трубах — 0,1–0,15 м/с. В горизонтальных и наклонных трубах пузырьки газа занимают верхнее положение. С увеличением скорости движения воды до 0,6 м/с начинается дробление газовых скоплений, пузырьки в верхней части труб, отрываясь от их поверхности, двигаются по криволинейным траекториям. При скорости движения воды более 1 м/с мелкие пузырьки постепенно распространяются по всему сечению труб — и в трубопроводе возникает т.н. «газоводяная эмульсия».Отделение пузырьков от теплоносителя необходимо осуществлять при скорости потока менее 0,1 м/с. Скорости теплоносителя в вертикальных трубопроводах порядка 0,2–0,25 м/с, а в горизонтальных — 0,1–0,15 м/с, являются критическими, здесь возможно образование неподвижных воздушных пробок, что нарушает гидравлический режим. Все это указывает на то, что при решении проблем обезвоздушивания систем отопления необходимо иметь скоростные данные теплоносителя на каждом участке — избегать критических скоростей в трубопроводах и дополнительно согласовывать их уклоны с условиями опорожнения трубопроводов. Уклоны следует делать, если это необходимо, при малых скоростях, как по направлению движения теплоносителя, так и против, а при повышенных скоростях — только по ходу теплоносителя. Критически малые скорости теплоносителя, как правило, следует ожидать в верхних коллекторах радиаторов, особенно если размер коллектора радиатора больше диаметра подводящего патрубка. В этом случае возможно скапливание воздуха в верхней части коллектора — из-за различия диаметров коллектора и подводки, и исключение из активного теплообмена части поверхности теплообмена радиатора. Такой радиатор следует устанавливать под некоторым углом, обеспечивающем размещение верхней кромки полости коллектора, по крайней мере, на одном уровне с верхом воздухоотводного отверстия. Установка последовательно нескольких дросселирующих устройств дает незначительный эффект. Так, при последовательной установке двух дросселирующих устройств их диаметры увеличиваются только в 1,189 раза, при трех — в 1,316, при четырех — в 1,414, при пяти — в 1,495 раза. Из приведенных цифр наглядно видно, что возможности данного мероприятия крайне ограничены.При определении гидравлических характеристик регулирующих устройств (на подводках к нагревательным приборам для тупикового стояка) может оказаться, что требуемая область работы устройства вызывает опасение его засорения. Это наиболее вероятно для приборов нижних этажей. Возникает вопрос, как обеспечить условия безопасного регулирования тепловой производительности этих приборов. Одним из возможных вариантов как раз является разделение подающего или обратного трубопроводов стояка, а может быть одного из них, по длине (высоте) на секции, в пределах которых диаметры дросселирующих устройств и характеристики терморегулирующих вентилей гарантируют безопасность работы этих устройств (рис. 1, 2 и 3). Конструктивно это выполняется в следующем порядке. Рассчитывается полностью тупиковый стояк, определяются требуемые размеры дросселирующих устройств. Из условия допустимости минимального размера щели дросселирующего устройства определяется последний нагревательный прибор. Означенную таким образом группу нагревательных приборов отдельными трубопроводами присоединяем к разводящим магистральным трубопроводам. Проводим аналогично гидравлический расчет уже укороченного стояка, далее из условия допустимости минимального размера щели дросселирующего устройства также определяем последний нагревательный прибор укороченного стояка. Определившуюся группу нагревательных приборов отдельными трубопроводами присоединяем к магистральным разводящим трубопроводам и т.д. Таким образом, большой стояк преобразуется в несколько последовательно расположенных стояков, в каждом из которых обеспечиваются нормальные условия регулирования теплоотдачи нагревательных приборов. Для повышения компактности образовавшегося стояка один из трубопроводов стояка (подающий или обратный) может быть выполнен единым, как это показано на рис. 1, 2 и 3. Другим, на наш взгляд, оригинальным способом повышения эффективности и надежности регулируемости тупиковых стояков является использование принципа организации попутного движения теплоносителя, конструктивное выполнение чего приведено, например, на рис. 4. Подобные схемы разнятся только видом трубопровода, используемого для организации попутности движения. Независимо от протяженности стояка для всех нагревательных приборов обеспечиваются примерно одинаковые гидравлические условия работы. Правда, некоторым недостатком, как этого технического решения, так и предыдущего, является наличие дополнительного трубопровода. Однако, техническое решение, связанное с использованием в стояках попутного движения, дает неоспоримые преимущества системам отопления с нижней разводкой подающей и обратной магистралей, и позволяет отказаться от применяемой в настоящее время системы с верхней разводкой подающего трубопровода и с прокладкой обратного трубопровода по подвалу. В этом случае нет необходимости прокладывать разводящий магистральный трубопровод под потолком обитаемого помещения. Третий трубопровод стояка может быть использован для дополнительного обогрева строительных конструкций. Рассматривая комбинационные варианты выполнения стояков, следует обратить внимание на стояки, использующие сочетание тупиковой части стояка со стояком выполненного с попутным движением теплоносителя. Один из возможных вариантов компоновки таких стояков приведен на рис. 5. Попутность движения теплоносителя в части стояка осуществлена за счет изменения трассировки трубопровода обратного стояка. Возможно аналогичное выполнение за счет трассировки трубопровода подающего стояка. Таким образом, в статье рассмотрены некоторые гидравлические особенности работы систем отопления, показаны способы их выявления и учета в практике проектирования. В статье также показана необходимость детальной визуализации технических параметров гидравлического расчета. Дано описание новых систем отопления с нижней разводкой подающей и обратной разводящих магистралей и стояков повышенной протяженности с тупиковым и попутным движением теплоносителя.