Системы теплоснабжения. Источники теплоты

Системой теплоснабжения называют комплекс технических устройств, обеспечивающих приготовление теплоносителя, его транспортирование я распределение по потребителям.

Назначение системы теплоснабжения — обеспечение потребителей те­плоты необходимым количеством тепловой энергии требуемых параметров,

Потребителями теплоты являются системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, а также технологи­ческие установки промышленных предприятий.

В зависимости от изменения потребности в теплоте во времени разли­чают сезонных и круглогодичных потребителей теплоты.

Системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха являют­ся сезонными потребителями теплоты.

Применяют централизованные и децентрализованные (автономные) системы теплоснабжения. В централизованных системах один источник теплоты обслуживает раздельно расположенные теплопотребляющие уст­ройства ряда абонентов. В децентрализованных (автономных) системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты.

Теплоноситель — материальная среда, которая используется для передачи теплоты от источника к потребителям. В системах теплоснабжения в качестве теплоносителя служат вода и водяной пар. Воздух для передачи теплоты на значительное расстояние малопригоден из-за его невысокой плотности и теплоемкости.

Вода: р= 1000 кг/м 3 ; с = 4187 кДж/кг-°К; v= 1,5 м/с;

Пар: р = 0,6-1,6 кг/м 3 ; с = 2250-2160 кДж/кг; v = 40-80 м/с.

Для обеспечения теплотой больших жилых массивов городов и про­мышленных предприятий применяются системы централизованного теп­лоснабжения. Источниками теплоты в них являются теплоэлектроцентра­ли (ТЭЦ) или крупные (обычно районные) котельные.

Применяются водяные и паровые системы теплоснабжения.

К пре­имуществам воды как теплоносителя относятся значительно меньшие поте­ри теплоты при транспортировании. В больших системах температура воды падает примерно на 1 °С на 1 км теплопровода, в то же время давление пара снижается примерно на 0,1—0,15 МПа, что соответствует 5—10 °С.

Преимуществом воды как теплоносителя является также возможность регулирования подачи теплоты путем изменения температуры воды (каче­ственное регулирование). Водяная система более проста в эксплуатации, чем паровая, так как в ней отсутствуют конденсатоотводчики, конденсато-проводы, конденсатные насосы. При теплоносителе-воде поддерживается более низкая температура отопительных приборов. Это является гигиениче­ским преимуществом воды. Трубопроводы, транспортирующие воду, в меньшей степени подвержены коррозии и служат дольше, чем паропроводы.

Достоинством пара является возможность удовлетворять как отопи­тельные, так и технологические нагрузки, а также малое гидростатическое давление. С учетом преимуществ и недостатков теплоносителей водяные системы применяют для теплоснабжения жилых домов, общественных и коммунальных зданий, предприятий, которым необходима горячая вода, а

паровые системы — для снабжения промышленных предприятий. Центра­лизованное теплоснабжение городов составляет до 70—80% в крупных го­родах, в которых преобладает современная застройка.

Теплофикация— централизованное теплоснабжение на базе ТЭЦ .

На конденсационной электростанции (КЭС) 40% теплоты — на произ­водство электроэнергии.

В этих котельных могут быть механизированы подача топлива, уда­ление золы и шлака.

Сокращение количества источников теплоты и их укрупнение позво­ляют значительно улучшить экологическую ситуацию в крупных городах. Уменьшается количество дымовых труб, через которые в окружающую среду выбрасываются продукты сгорания.

Нет необходимости в большом числе складов топлива, может быть ме­ханизирован процесс удаления золы и шлаков. Легче осуществлять очистку дымовых газов от токсичных компонентов.

Наряду со значительными преимуществами централизованное тепло­снабжение имеет определенные недостатки. К ним в первую очередь отно­сятся значительные потери теплоты в тепловых сетях, достигающие 30%.

В качестве источника теплоты в этих системах все шире применяют­ся блочные и крышные котельные, работающие на газе и жидком топливе. Тепловая мощность котельных от 50 до 3840 кВт.

Тепловые сети

Водяные тепловые сети разделяются на закрытые и открытые. В от­крытых сетях циркулирующая в тепловой сети вода полностью или частич­но разбирается для горячего водоснабжения. В закрытых сетях вода из сети не отбирается.

Тепловая сеть — это система трубопроводов, по которым теплоноситель (горячая вода или пар) поступает от источника к потребителям теплоты. В тепловой сети можно выделить три основных элемента: трубопроводы, по которым перемещается теплоноситель; изоляцию, предназначенную для уменьшения попутных потерь теплоты; строительные конструкции (кана­лы, опоры и др.).

В зависимости от схемы магистральных трубопроводов применяют кольцевые и радиальные (лучевые) тепловые сети.

Тепловые сети разделяются на магистральные, распределительные (внутри квартала, микрорайона) и ответвления к отдельным зданиям.

Тепловые сети могут быть одно-, двух- и многотрубными. 3-трубныс: 1-я и 2-я трубы — подающие теплоноситель с разной температурой, 3-я -обратная.

4-трубная: 1-я, 2-я трубы — для отопления, вентиляции и кондициони­рования; 3-я, 4-я — для горячего водоснабжения и технологических нужд.

Тепловые сети могут быть подземными и надземными. Подземная про­кладка производится на территории населенных пунктов и предприятий. Применяется канальная и бесканальная прокладка.

Надземная прокладка производится на территории предприятий, в не­которых случаях на незастроенных территориях в населенных пунктах. Трубы устанавливаются на высоких опорах, наземных опорах, кронштей­нах у стен зданий, эстакадах. Трассу тепловых сетей прокладывают в специально отведенных техни­ческих полосах параллельно улицам, дорогам и проездам.

При бесканальной прокладке тепловых сетей необходимо выдерживать определенные расстояния по вертикали и горизонтали от зданий, сооруже­ний, водопровода, канализации, газопровода, электрических кабелей, кабе­лей связи.

Системы отопления. Виды и источники тепла. Особенности

Для поддержания положительной температуры в помещении применяются различные системы отопления. Выбор в пользу любой из них зависит от многих факторов, таких как специфика помещения, себестоимость установки, необходимая мощность, тип энергии, скорость нагрева.

Какие бывают системы отопления

Наиболее распространенными системами отопления являются:

• Воздушные.
• Водяные.
• Комбинированные (смешанные).

Все они имеют свою специфику, поэтому наилучшим образом подходят под конкретные условия. Это не позволяет назвать, какая система является самой лучшей.

Воздушное отопление

Данные системы подразумевают прямой нагрев воздуха от источника тепла без использования теплоносителей. За счет перемешивания воздуха тепло постепенно распространяется по всему помещению. Это наиболее простая система. Она сравнительно не сложная в установке. Ее достоинством является быстрое поднятие температуры, как минимум на 15% быстрее, чем оборудованием жидкостного типа.

Нагревательным элементом такого оборудования может выступить котел, камин, печка, обогреватель. Воздушное отопление может быть местным или центральным.

Местное отопление наиболее простое. В качестве основного оборудования в нем может использоваться нагревательный прибор, работающий в результате сжигания газа, твердого топлива или электрическая установка. Монтаж и запуск электрических систем наиболее простой, поскольку не требуется оборудование для отвода дыма. Для местного отопления характерно, что чем дальше от единого источника тепла, тем холоднее. Такое решение рентабельно только в домах с площадью до 100 м².

Центральное воздушное отопление подразумевает комбинирование с системой вентиляции. То есть, обогрев выполняется не циркулирующего в помещении одного и того же воздуха, а свежего поступаемого с улицы. Поток из приточной вентиляции пропускается через отопительное оборудование и поступает в помещении теплым. Такая система менее экономична в плане потребления энергии, но она позволяет создать более здоровый микроклимат. Она исключает образование повышенной влажности, снижение уровня кислорода в помещении. Кроме этого нередко такие системы предусматривают применение воздушного фильтра. Это способствует поступлению чистого воздуха.

Водяные системы отопления

Они являются замкнутой и в разы сложнее. В ней предусматривается источник нагрева, от которого разветвляются трубы с радиаторами. По ним циркулирует вода или антифриз. Жидкость разогревается от нагревательного прибора и самотеком, или перекачивается циркуляционным насосом, поступает в радиаторы. Сами радиаторы располагаются в разных точках здания. От них нагревается воздух, при этом жидкость внутри охлаждается, и далее по кругу возвращается обратно к нагревателю, где снова подогревается.

Набор достаточной температуры воздуха в помещении с жидкостным отоплением произойдет позднее, в сравнении с воздушными системами. При этом температура во всех помещениях будет максимально одинаковой. Также отрегулировав радиатор можно уменьшать или увеличивать интенсивность прогрева в отдельных уголках здания, поддерживая везде разную комфортную температуру, пользуясь при этом общим источником тепла.

Система водяного отопления может быть с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Естественная циркуляция является менее эффективной в плане скорости разогрева радиаторов. В ней теплоноситель двигается естественным образом за счет свойства жидкости при нагреве поднимается вверх. За счет этого происходит ее перемешивание в трубах. Достоинство такой системы в том, что она полностью автономна.

Системы отопления с принудительной циркуляцией подразумевают наличие циркуляционного насоса. Он быстро прокачивает жидкость по кругу, позволяя более эффективно распределить температуру по всем помещениям здания. Однако недостаток этой системы: зависимость от электроэнергии.

Водяное отопление имеет ряд недостатков:

• Сложность монтажа и обслуживания.
• Большой промежуток времени между включением системы и обогревом помещения.
• Высокая вероятность протечки.
• Дороговизна установки и ремонта.

Варианты подключения радиаторов водяного отопления

В зависимости от варианта их подключения разделяют 3 основные системы:

1. Однотрубные.
2. Двухтрубные.
3. Коллекторные.

Они отличаются по тому, сколько труб подходит к радиатору отопления. В однотрубной выполняется последовательное подключение. Как следствие радиатор стоящий первым в системе разогревается больше всего. Последний будет самым холодным. Чтобы компенсировать разницу температур, проводится корректировка размера радиаторов. Первый имеет меньше всего секций. За счет этого у него самая низкая площадь нагрева. У последнего радиатора больше всего ребер. За счет большей площади они даже при небольшой температуре поверхности отдают почти такое же количество тепла, как и узкий горячий радиатор.

Двухтрубная система подразумевается параллельное подключение радиаторов. Для этого к каждому из них подводится по 2 трубы. Это делает такой вариант подсоединения более дорогостоящим. Однако в двухтрубной системе можно ставить радиаторы одинакового размера. Они независимо от отдаленности будут давать одинаковое количество тепла.

Коллекторная система отопления подразумевает применение распределительных коллекторов. Они устанавливаются в магистрали и используются для разветвления потоков на отдельные батареи. Ее монтаж сопровождается перерасходом труб в сравнении с другими системами. При этом положительным моментом является возможность регулировки всех радиаторов в одном месте в точке расположения коллектора.

Водяные системы отопления позволяют разместить источник тепла вдали от радиаторов. В зависимости от того где он расположен, применяются разные способы разводки труб:

• Верхняя.
• Нижняя.
• Вертикальная.
• Горизонтальная.

Виды систем отопления в зависимости от источников тепла

Для функционирования системы отопления необходим источник тепла, который будет нагревать воздух или теплоноситель, циркулирующий в трубах. Существует масса вариантов такого источника, который позволяет получить тепло в результате потребления:

• Твердого топлива.
• Газа.
• Жидкого топлива.
• Электричества.
• Альтернативных источников.

В качестве источника тепла работающего на твердом топливе могут выступать печки, камины, котлы. Их работа заключается в сжигания внутри рабочей камеры топлива. Это могут быть дрова, уголь, брикеты. Во многих случаях такой вид топлива является самым доступным. Подобные системы автономны, поскольку для их работы не требуется электричество, водопровод. Главный их недостаток заключается в необходимости ручной загрузки топлива, а также надобности уборки золы, чистки сажи.

Газовые системы отопления работают на природном магистральном газе. Они одни из самых дешевых в плане потребления, однако их установка сопровождается необходимостью получения разрешительной документации. Кроме этого данное топливо является источником повышенной опасности. Система отопления на газу подойдет только при наличии газопровода.

Система на жидком горючем обычно подразумевает получение тепла за счет сжигания дизельного топлива. Это крайне нерентабельное отопление по причине дороговизны горючего. Однако оно отличается простотой обслуживания. Система подходит для удаленных загородных домов, где нет газа и проводного электричества, при этом оборудование на твердом топливе является неприемлемым. Котлы, работающие на жидком горючем, подразумевают подключение к магистрали с теплоносителем. По воздушному принципу они не работают, что вызвано требованиями безопасности. Котел на ДТ должен быть вынесен за пределы жилого помещения.

Отопление на электрической энергии является на сегодняшний день одним из самых перспективных, особенно для небольших помещений. Электроотопление может быть как воздушным, так и водяным. Наиболее простым является воздушное. Для установки такой системы необходимо просто расставить в каждое помещение по камину, калориферу, тепловентилятору или другому электроприбору.

Системы отопления на альтернативных источниках подразумевают использование геотермальной энергии или энергии солнца. В последнем случае используются солнечные коллекторы. Это часть системы выносится за пределы помещения на открытый участок, где напрямую контактирует с прямыми солнечными лучами. Данный элемент нагреваясь передает тепло в помещение. Солнечные коллекторы работают только днем. Их эффективность зависит от разности температур, а также продолжительности светового дня и облачности. Подобные системы недостаточно эффективны для полноценного обогрева, поэтому используются как дешевые вспомогательные, позволяющие снизить себестоимость отопления помещения.

Альтернативные системы отопления на геотермальной энергии работают почти также, как и аналог на солнечном коллекторе. Однако они берут тепло из грунтовой массы. Породы и грунт на глубине от поверхности имеет положительную температуру даже зимой. Подобные системы подразумевают закапывание под землю трубной магистрали с ее выходом в помещение. При продувании холодного воздуха из помещения через такую систему можно получить на выходе его более теплым. Нагреть воздух до +20°С таким источником невозможно, но геотермальная система не даст температуре стать отрицательной. Обычно такие системы используют больше для кондиционирования летом. Для отопления они применяются как вспомогательные.