Лекция 3

Раздел 2. Системы отопления зданий

1. Общие сведения о системе отопления. Требования, предъявляемые к системе отопления. Теплоносители система отопления.

Система отопления это:

комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи тепла в обогреваемые помещения. Система отопления состоит из:

1. Генератора тепла (1).

2. Теплопроводов (2).

3. Отопительных (3).

Генератор тепла служит для получения теплоты и передачи ее теплоносителю.

Генераторами тепла могут служить:

1. Котельные установки на ТЭС, КЭС.

Теплопроводы– для транспортировки теплоносителя от генератора тепла к отопительным приборам. Теплопроводы системы отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки (лежаки) к приборам.

Отопительные приборы– служат для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемых помещений.

Основные требования, предъявляемые к системе отопления:

1. Санитарно-гигиенические– обеспечение СНиПами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне.

2. Экономические– обеспечение минимальных затрат на изготовление и эксплуатацию системы (возможность унифицирования узлов, деталей).

3. Строительные– обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и конструктивным решениям. Увязка размещения отопительных приборов со строительными конструкциями.

4. Монтажные– обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов, при минимальном количестве типоразмеров.

5. Эксплуатационные– простота и удобство обслуживания, управления, ремонта, надежность, безопасность, бесшумность действия.

6. Эстетические– минимальная площадь, сочетаемость с архитектурными решениями.

Все перечисленные требования важны, и их необходимо учитывать при выборе и проектировании системы отопления.

Но наиболее важными требованиями все же остаются санитарно-гигиенические требования.

Теплоносители системы отопления.

Теплоносителем для системы отопления может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты.

Наиболее широко в системе отопления используют: воду, водяной пар, воздух, отвечающие всем перечисленным требованиям.

Свойства теплоносителей (4,187 кДж/кг)

Вода– обладает высокой теплоемкостью, большой плотностью (950 кг/м 3 ), несжимаема, при нагревании расширяется сРt.

Пар– малая плотность, высокая подвижность, сРt.

Воздух-плотность и теплоемкость,подвижность.

Лекция 4

Тема 1. Классификация систем отопления

по месту размещения генератора тепла относительно отапливаемого помещения

по способу циркуляции теплоносителя

по виду теплоносителя

комбинированные паро-водяные, паро-воздушные

с естественной циркуляцией

с искусственной циркуляцией

Системы отопления различаются по трем основным классификационным признакам:

Центральныминазывают системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений (зданий) из одного теплового пункта, расположенного вне отапливаемых помещений (зданий) (котельная, ТЭЦ).

В таких системах теплота вырабатывается за пределами помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельное помещение здания.

Например: система отопления здания с собственной местной котельной.

Центральными могут быть:

система парового отопления;

система водяного отопления;

система воздушного отопления.

Местныминазывают такие системы отопления, где все три основных конструктивных элемента (генератор, теплопроводы, О.П.). Системы отопления объединены в одном устройстве, установленномнепосредственно в отапливаемом помещении.

Например: местная система отопления – отопительная печь, где теплогенератором является топка,

отопительная печь – стенки печи.

К местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, воздушно-отопительными агрегатами.

Лекция на тему: «Классификация систем отопления и требования, предъявляемые к основным видам систем отопления»

Лекция на тему: « Классификация систем отопления и требования, предъявляемые к основным видам систем отопления»

Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков:

1) по взаимному расположению основных элементов;

2) по виду теплоносителя.

Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков

1) По взаимному расположению основных элементов системы отопления подразделяются на центральные, локальные и местные.

Центральными называют системы отопления, предназначенные для отопления нескольких зданий, микрорайона или целого населенного пункта из одного теплогенератора (центральной или районной котельной, ТЭЦ). В таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых зданий, передается высокотемпературными теплоносителями, а у потребителя устанавливается узел регулирования температуры теплоносителя.

Центральными называют системы отопления. Предназначенные для

отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находиться теплогенератор (котельная, ТЭЦ).

Местными системами отопления называют такой вид отопления, при котором все три основных элемента конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом или смежном помещении. Примером местной системы отопления является отопительная печь, имеющая теплогенератор (топливник), теплопроводы (газоходы внутри печи) и отопительные приборы (стенки печи). Кроме того, к местным системам отопления относят камины, газовые и электрические приборы, а также воздушно-отопительные агрегаты:

по виду теплоносителя :

водяные (для жилья, школ, домов, больниц и т.д.);

паровые (для жилья, школ, домов, больниц, спортивных сооружений, бассейнов, залов);

воздушные (спортивные сооружения, бассейны, залы);

по способу циркуляции теплоносителя :

Система с естественной циркуляцией – циркуляция теплоносителя осуществляется за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя

Система с искусственной циркуляцией – где циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи циркуляционных насосов.

Центральные паровые системы отопления имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара (т.е. насосов нет в паровых системах с искусственной циркуляцией).

по месту расположения подающих и обратных магистралей :

с верхним расположением подающих магистралей ( по чердаку или под потолком верхнего этажа)

с нижним расположением обеих магистралей (по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах)

по схеме включения отопительных приборов :

двухтрубные ( в которых горячая вода поступает в приборы по одним стоякам, а охлажденная вода отводиться по другим)

однотрубные ( в которых горячая вода подается в приборы и охлажденная вода отводиться из них по одному стояку )

Локальными – называют системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельные помещения здания. Теплота при этом через отопительные приборы передается воздуху отапливаемых помещений, а теплоноситель возвращается в тепловой пункт. Примером локальной системы отопления может служить система водяного отопления здания или группы зданий с собственной (местной) котельной.

2) По виду теплоносителя центральные системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные (например, пароводяные, паро-воздушные и др.).

Водяное отопление – это наиболее распространенная отопительная система, применяемая в современных жилых зданиях. Теплота в отапливаемые помещения подается в виде горячей воды через отопительные приборы.

3) По способу циркуляции теплоносителя системы водяного и воздушного отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя и системы с искусственной циркуляцией за счет работы насоса или вентилятора.

4) По способу циркуляции теплоносителя;

а – гравитационная; б – насосная

Рисунок 3 – Системы отопления

Центральные паровые системы имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара.

5) По параметрам теплоносителя центральные водяные и паровые системы подразделяются на:

водяные низкотемпературные (локальные) с водой, нагретой до 100 °С и высокотемпературные с температурой воды более 100 С;

6) По продолжительности работы системы отопления могут быть постоянного, прерывистого, периодического, временного действия, дежурные, аварийные и дополнительные .

К системе отопления предъявляются требования:

1) санитарно-гигиенические: поддержание заданной температуры воздуха и внутренних поверхностей ограждений помещения во времени, в плане и по высоте при допустимой подвижности воздуха, ограничение температуры на поверхности отопительных приборов;

2) экономические: оптимальные капитальные вложения, экономный расход тепловой энергии при эксплуатации;

3) архитектурно-строительные: соответствие интерьеру помещения, компактность, увязка со строительными конструкциями, согласование со сроком строительства здания;

4) производственно-монтажные: минимальное число унифицированных узлов и деталей, механизация их изготовления, сокращение трудовых затрат и ручного труда при монтаже;

5) эксплуатационные: эффективность действия в течение всего периода работы, надежность и техническое совершенство, безопасность и бесшумность действия.

Наиболее важны санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования, которые обуславливаются необходимостью поддерживать заданную температуру в помещениях в течение отопительного сезона и всего срока службы системы.

ЛЕКЦИЯ №8. Современные системы отопления

Современные системы отопления. Гигиенические требования. Классификация систем отопления.

ЛЕКЦИЯ №7

Тепловой баланс организма человека слагается из тепла, вырабатываемого организмом и воспринимаемого им из внешней среды, и из тепла отдавемого во внешнюю среду.

Величина теплообразования фактор субъективный, теплопотери находятся в прямой связи с микроклиматическими условиями и скоростью движения воздуха. Существенно влияние температуры ограждающих конструкций. Суммарные теплопотери взрослого организма в одетом состоянии порядка 115 Вт, причём излучением теряется от45 до 60% общей теплопотери.

Классификация систем отопления.

Требования к системам отопления:

1. Любая система отопления должна возмещать потери тепла помещением через все его ограждающие конструкции – стены, двери, окна, чердачное перекрытие или пол.

2. Необходимо поддерживать установленную гигиеническими нормами температуру.

3. Поддерживать равномерную температуру как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

4. В течении суток колебание температуры воздуха не должно превышать 3 градуса при печном отоплении и 1,5 градуса при центральном отоплении.

5. Регламентируется температура поверхностей ограждения.

6. Средняя температура поверхности нагревательных приборов в жилых помещениях не превышает 85 градусов.

7.

8. В производственных помещениях поддерживается заданный режим по технологической карте призводства.

9. Система отопления должна быть индустриальной в изготовлении, безопасной в пожарном отношении, экономичной.

Системы отопления бывают местные и центральные. К местным относятся системы, радиус действия которых не превышает 30 метров по горизонтали. В центральных системах тепло для отопления вырабатывается на ТЭЦ, в котельных, т.е. за пределами отапливаемого помещения. Тепло транспортируется по трубам в отдельные помещения здания. Пример схемы центрального отопления приведен на схеме.

Системы отопления по типу теплоносителя подразделяются на

Выбор теплоносителя определяется технико-экономическими и санитарно-гигиеническами показателями.

По способу перемещения теплоносителя могут быть с естественной циркуляцией и механическим побуждением движения теплоносителя.

Передача тепла от приборов к воздуху в помещении может осуществляться тремя способами: конвекцией, лучеиспусканием, конвекционно-лучистым путём.

Понятие о тупиковых однотрубных и двухтрубных системах отопления.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя подразделяются:

1. по месту расположения горячего магистрального трубопровода- с верхней и нижней разводкой (вертикальные) и системы с поэтажной разводкой (горизонтальные);

2. по конструкции отопительных стояков – однотрубные и двухтрубные.

Однотрубные отличает простота конструкции и удобство монтажа. Негативная сторона – невозможность отключения и регулирования отдельных приборов при одностороннем расположении их по отношению к стояку.

В сравнении с вертикальными системами преимущество в экономии труб, возможность поэтажного включения системы, стандартность узлов. Нет пробивки отверстий в перекрытиях, проще монтаж, такая система нашла широкое применение в производственных помещениях.

В результате охлаждения воды в нагревательных приборах и трубопроводе возникает естественное давление. Определение его величины можно показать на элементарной схеме, которая приведена на рисунке ниже.

Центральные системы отопления. Выбор и расчёт нагревательных приборов.

В системах с естественной циркуляцией естественное давление имеет небольшую величину. При большой протяжённости трубопроводов диаметры их становятся большими, система становится экономически невыгодной и по затратам на возведение и эксплуатацию. Невыгодны эти системы при потерях уже больших 5 Па/м длины трубопровода. Сейчас как правило строят системы с искусственной циркуляцией. Системы с искусственной циркуляцией принципиально отличаются от систем водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя тем, что в них в дополнение к естественному давлению, возникающему в результате охлаждения воды в приборах и трубах, значительно большее давление создаётся насосом. Применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий с местным источником теплоснабжения.

В системах с искусственной циркуляцией особенно при большой протяжённости применяют попутное движение горячей и охлаждённой воды по схеме предложенной профессором Чаплиным В.М.

В таких схемах равная потеря давления в циркуляционных кольцах и равномерный прогрев всех приборов. Недостаток заключается в том, что

по сравнению с тупиковой – несколько большая общая длина трубопровода.

В последние годы нашли применение однотрубные системы отопления с нижней прокладкой магистралей горячей и охлаждённой воды. Стояки по схемам «б» разделяются на подъёмные и опускные. Стояки по схемам «а,в и г» состоят из подъёмного и опускного участков, но в верхней части, обычно над полом верхнего этажа, они соединяются горизонтальным участком.

Однотрубная система отопления с нижней разводкой удобна для зданий с бесчердачными покрытиями (совмещёнными крышами).

Выбор и расчёт нагревательных приборов.

Основной элемент всякой системы отопления – нагревательный прибор. Он должен отвечать определённым тепловым, санитарно-гигиеническим и технико-экономическим требованиям. В помещениях с продолжительным пребыванием людей в них температура поверхности прибора не должна превышать 95во избежании сухой возгонки оседающей на приборе пыли.

Классифицировать приборы можно по следующим признакам:

— по внешней поверхности.

Распространение получили чугунные приборы и стальные штампованные.

Количество тепла Q, Вт, отдаваемого прибором, пропорционально площади поверхности его нагрева , , коэффициенту теплопередачи прибора k и разности температур теплоносителя в приборе и омывающего его воздуха в помещении .

Исходя из этого, можно написать

Коэффициенты теплопередачи некоторых приборов при Δt=64,5приводятся в табл.11.7

Средняя температура теплоносителя в приборе при водяном отоплении равна

При учёте дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу приборов, формула принимает общий вид

коэффициенты учитывают охлаждение воды в трубах, способ установки прибора, способ подводки теплоносителя к прибору и относительный расход воды через прибор, число секций в приборе, табл. 11.8-9

Следует учитывать теплопередачу неизолированными трубопроводами, проложенными в помещении, чтобы сэкономить на установке нагревательных приборов.

Теплопередача трубопроводами определяется по формуле

При учёте теплопоступлений от трубопроводов общая формула для определения необходимой площади поверхности нагрева приборов имеет вид

F

После нахождения число секций в радиаторах определяется по формуле

N=

Особенности расчёта для однотрубных систем отопления. Уточнение расчета

поверхности нагревательных приборов. Выбор насосов. Тепловые пункты.

Выбор и расчёт основного оборудования тепловых пунктов.

Расчёт трубопроводов однотрубных систем водяного отопления производят в основном по формулам методики, применяемой при работе двухтрубной системы отопления.

Отличительным показателем для однотрубных систем с замыкающими участками является коэффициент затекания :

— определяют по графикам, построенным на основании экспериментальных данных. Если в 2-х трубных системах температура горячей воды величина const, то в однотрубных эта величина изменяется по этажам в пределах расчётного перепада температур.

Для определения величины естественного циркуляционного давления в однотрубных системах и поверхности нагревательных приборов необходимо знать температуру смеси воды, поступающей в приборы

,

температурный перепад теплоносителя по стояку.

Для системы с замыкающими участками температурный перепад можно определить по формуле

в проточных системах с односторонним присоединением приборов

Естественное давление в однотрубной системе с верхней разводкой с осевыми и смещёнными участками замыкания:

При гидравлическом расчёте

коэффициент, учитывающий потери теплоты (1,1-1,2);

плотность воды при 70.

При этом давление должно быть таким, чтобы обеспечивалось преодоление всех сопротивлений движущейся воды в системе. Это давление принимается по потерям в самом невыгодном циркуляционном кольце за вычетом минимума естественного давления.

При подборе насосов иметь ввиду

Мощность электродвигателя насоса

При этом установочная мощность на определённую величину больше, называемую коэффициентом запаса

Особое внимание уделяется борьбе с шумом, когда насос устанавливается в котельной.

Тепловые пункты. Выбор и расчёт основного оборудования

В настоящее время широко применяются системы присоединения к тепловой сети посредством элеватора, это и однотрубные, двухтрубные, с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с попутным движением теплоносителя. Выпускаются чугунные и стальные элеваторы. Наиболее широко распространены элеваторы типа ВТИ МОСЭНЕРГО. Основные части элеватора конусообразное сопло, камера всасывания, горловина и диффузор.

Принципиальная схема элеватора.

В диффузоре скорость движения смешанной воды снижается, а давление повышается до величины, обеспечивающей циркуляцию воды в системе отопления.

Основная расчётная характеристика коэффициента смешения

Наиболее важным является размер диаметра горловины

Если расход воды в системе в кг/сек, а давление в Па, то формула примет вид

Пользуясь номограммой можно выбрать элеватор, зная расход

Ниже на рисунке приводится схема теплового пункта для присоединения системы отопления по зависимой схеме, через элеватор.

Система водяного отопления, непосредственно присоединённая к тепловой сети через водоструйный элеватор, представлена на рисунке.

1- элеватор; 2- воздухосборник.

Присоединение системы отопления к тепловой сети через элеватор имеет пока ещё большое применение. Так присоединяют все ранее рассмотренные системы: однотрубные и двухтрубные, с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с попутным движением воды. Промышленность выпускает водоструйные элеваторы чугунные и стальные.