GardenWeb

Назначение системы отопления

В холодное время года здания охлаждаются, теряя тепло через наружные стены, окна, двери, перекрытия верхних этажей и полы нижних этажей. Тепло от нагретого внутреннего воздуха из помещения переходит к более холодному наружному воздуху.

Чем больше разница между температурами наружного воздуха и воздуха помещения и чем больше площадь наружных ограждений (стен, потолков, полов), тем больше тепла теряет здание.

Потеря тепла зданием зависит также от конструкции ограждений и от материалов, из которых они выполнены. Например, через тонкие стены теряется больше тепла, чем через толстые. Деревянные и кирпичные стены одинаковой толщины различно проводят тепло: здание с деревянными стенами охлаждается медленнее, чем с кирпичными. Это объясняется тем, что одни материалы (кирпич, камень, металлы) лучше пропускают тепло, а другие (дерево, войлок, асбест) — хуже. Воздух обладает весьма малой теплопроводностью. Поэтому ограждающие конструкции зданий, имеющие воздушные прослойки, менее теплопроводны, чем сплошные конструкции из тех же материалов и такой же толщины.

Для поддержания в помещении необходимой температуры и возмещения теряемого тепла устраивают отопление. Тепло, необходимое для обогрева здания, получается при сжигании топлива. Топливо сжигают в котлах или отопительных печах, от которых тепло передается помещению.

Единицей измерения тепла служит калория; различают малую и большую калорию, или килокалорию (ккал). Одна килокалория—это количество тепла, необходимое для нагревания одного килограмма воды на 1° С. Теплопотери здания измеряют килокалориями.

Отопление может быть местное или центральное.

Местным отоплением называется такая система, при которой топливо сжигается в печи, расположенной в отапливаемом помещении, а тепло, получаемое от сжигаемого топлива, передается в помещение от поверхности нагретой печи. Такая печь может обслуживать одну или несколько комнат.

Местное отопление применяют в небольших одно- и двухэтажных зданиях.

Кроме местного печного отопления, используют местное электрическое и газовое отопление.

Центральной системой отопления называется такое устройство, при котором тепло вырабатывается в каком-либо центре, например в центральной котельной, а теплоноситель по трубопроводам передает тепло нагревательным приборам, установленным в отдельных помещениях. Теплоноситель, отдав свое тепло через нагревательные приборы воздуху помещения, возвращается по трубопроводам обратно в котел, где его повторно нагревают и он снова продолжает свой путь.

В качестве теплоносителя в системах центрального отопления используют воду, водяной пар и воздух. Центральное отопление улучшает санитарные условия в жилых и других зданиях, обеспечивает постоянную температуру в помещениях, освобождает от необходимости топить большое количество печей, дает значительную экономию топлива. Кроме того, при центральном отоплении не требуется, как при печном, вносить в помещение топливо, убирать золу.

Вопрос 1. Назначение, устройство, классификация систем отопления.

Отопление – это искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания температуры воздуха, отвечающей условиям теплового комфорта для людей или требованиям технологического процесса.

Отопление – искусственное нагревание помещения в холодный период года для компенсации тепловых потерь и поддержания нормируемой температуры со средней необеспеченностью 50 ч/год. [п. 3.22 СП 60.13330.2012] (необеспеченность – это отклонение параметров внутреннего воздуха от нормируемых (расчетных), допускаемое СП).

Комплекс технических устройств, обеспечивающих заданный тепловой режим, называется системой отопления.Основными элементами отопительных систем являются генератор теплоты, теплопровод и нагревательные приборы.

Системы отопления классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от места размещения генератора теплоты относительно отапливаемого помещения различают системы местного и центрального отопления.

По виду теплоносителя различают системы водяного, парового, и воздушного отопления.

Сравнительная характеристика теплоносителей позволяет правильно выбрать вид теплоносителя (отопления) с учетом экономических, технических и противопожарных требований. Теплоноситель должен быть негорючим, теплоемким, подвижным и дешевым. Наряду с этим он не должен ухудшать санитарных условий в отапливаемых помещениях.

В качестве теплоносителей в системах отопления используются вода, водяной пар, дымовые газы и воздух.

Вода легко подвергается нагреву в широком диапазоне температур, обладает большой теплоемкостью, что позволяет передавать значительные количества теплоты при небольшом ее расходе. В центральных и местных системах отопления производственных, жилых, общественных и административных зданиях чаще используется вода с температурой 60-95 °С, поэтому температура магистральных трубопроводов сравнительно невысока и тепловые потери в системах водяного отопления значительно меньше, чем в системах парового отопления. При теплоносителе «вода» теплоотдача от нагревательных приборов к воздуху помещения может регулироваться из теплового пункта путем изменения температуры воды. Это позволяет при смене климатических условий легко изменять тепловой режим в отапливаемых помещениях.

Основные недостатки воды как теплоносителя заключается в том, что она имеет большую плотность, поэтому при ее перемещении требуются большие затраты энергии, а так же при длительной аварийной остановке системы возможно ее замерзание.

Водяной пар, используемый в системах отопления, в нагревательных приборах конденсируется, выделяя скрытую теплоту парообразования. Высокое теплосодержание пара и малая плотность позволяет передавать на большие расстояния значительные количества теплоты при малых затратах энергии. В системах парового отопления используется водяной пар с температурой 105-130 °С. При одинаковой температуре воды и пара теплоотдача системы парового отопления выше, чем при водяном отоплении.

Однако пар имеет существенные недостатки, значительно ограничивающие область его применения. В отопительных системах парового отопления нагревательные приборы имеют температуру более 100 °С, при которой органическая пыль, осевшая на поверхности приборов, разлагаются и в воздух помещения выделяются продукты разложения (в числе которых и окись углерода). При этом теплоносителе невозможна централизованная регулировка теплоотдачи нагревательных приборов.

Дымовые газы являются теплоносителем в отопительных установках, работающих при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива. Передача теплоты от продуктов горения к воздуху помещения осуществляется путем нагрева конструкций печей или аппаратов. Дымовые газы в отопительных установках имеют температуру от 1300 °С в топливнике до 130 °С на выходе из дымовой трубы. Раскаленные сажистые частицы, содержащиеся в дымовых газах, при отсутствии искрогасителя на дымовой трубе могут быть источником воспламенения сгораемых кровель и других сгораемых предметов.

Воздух имеет малую теплоемкость и плотность, температура его в системах отопления не превышает 70 °С. Подавать воздух на большие расстояния при воздушном отоплении нецелесообразно. Достоинством воздуха как теплоносителя является возможность обеспечивать в отапливаемых помещениях необходимые санитарно-гигиенические условия.

В пожарном отношении вода, пар и воздух с учетом их физических свойств не представляют опасности (известны случаи, когда разрушение трубопровода водяной или паровой системы отопления при пожаре приводило к ликвидации горения). Однако в производственных помещениях могут использоваться вещества, способные в контакте с водой или паром образовывать взрывоопасные смеси, самовозгораться или самовоспламеняться, поэтому для данных помещений применение воды или пара не допускается.

Пожарная опасность отопительных систем обусловлена наличием нагретых поверхностей элементов отопительного оборудования (калориферов, нагревательных приборов, трубопроводов и др.). Так, в системах парового и водяного отопления с насосной рециркуляцией воды температура поверхности нагревательных приборов может превышать 100°С. При этой температуре возможно самовоспламенение таких веществ, как сероуглерод, ацетальдегид и др. Поэтому для помещений, в которых используются данные вещества, температура теплоносителя должна быть ниже температуры самовоспламенения наиболее опасного вещества.

Пожароопасные свойства теплоносителей следует учитывать при разработке мероприятий противопожарной защиты и выбора отопительных систем.

Системы отопления: назначение, устройство, классификация

По виду основного теплоносителя местные и центральные системы отопления принято называть системами:

• системы водяного отопления с применением радиаторов, кон­векторов и стальных панелей — устанавливают преимущест­венно в жилых зданиях, общежитиях, гостиницах, домах отды­ха, школах, административных зданиях, научных, проектных и детских учреждениях, больницах, родильных домах и других лечебных учреждениях, зрелищных предприятиях малой вме­стимости;
• системы воздушного отопления, как правило, совмещенные с вентиляцией, — устанавливают в зданиях спортивных сооруже­ний (бассейны, крытые стадионы, залы), бань, прачечных, предприятий общественного питания, вокзалов, аэропортов, зрелищных предприятий большой вместимости, музеев, выста­вок, производственных помещений различного назначения; о системы парового отопления — применяют в тех же случаях, что и воздушного;
• системы газового и электрического отопления — служат для обогрева производственных неутепленных зданий или поме­щений, а также отдельных рабочих зон;
• комбинированные системы (пароводяные, паровоздушные, водовоздушные, газовоздушные) — используют разные тепло­носители или один теплоноситель, но с разными параметрами.

Системы водяного отопления различают:

• по схеме соединения труб с отопительными приборами — од­нотрубные с последовательным соединением и двухтрубные с параллельным соединением приборов;
• по положению труб, соединяющих отопительные приборы, — вертикальные и горизонтальные;
• по расположению разводящих трубопроводов — с верхней раз­водкой при прокладке подающего трубопровода выше отопи­тельных приборов и с нижней разводкой при прокладке по­дающего и обратного трубопроводов ниже приборов;
• по направлению движения воды в подающем и обратном тру­бопроводе — с тупиковым (встречным) и попутным (в одном направлении) движением;
• при встречном движении воды в двух частях каждого отопи­тельного прибора, последовательно соединенного трубами, система носит название бифилярной (двухпоточной).

Системы парового отопления подразделяют:

• по связи (соединению) с атмосферой — на открытые и закры­тые;
• по способу возврата конденсата в котел или тепловой пункт — с непосредственным возвратом конденсата за счет гидростати­ческого или остаточного давления и с возвратом конденсата насосом;
• по схеме расположения трубопроводов — на вертикальные двухтрубные и горизонтальные однотрубные.

Конденсатопроводы по виду перемещаемой среды и харак­теру работы бывают:

• сухие, частично заполненные конденсатом, а частично возду­хом;
• мокрые, полностью заполненные конденсатом;
• напорные, по которым конденсат перемещается насосом либо за счет гидростатического давления.

Паро- и конденсатопроводы систем парового отопления с радиаторами, конвекторами и другими отопительными прибо­рами, а также систем для производственных нужд должны быть самостоятельными, не связанными с трубопроводами агрега­тов воздушного отопления, вентиляционных камер и горячего водоснабжения.

Вертикальные двухтрубные схемы систем парового отоп­ления монтируют: с верхней разводкой паро- и конденсатопроводов; со средней разводкой паропровода при прокладке его под потолком какого-либо из нижележащих этажей; с нижней разводкой паропровода, если невозможно проложить его под потолком какого-либо из этажей, или при отсутствии чердака.

Системы воздушного отопления разделяют:

• на децентрализованные, где нагрев и циркуляция воздуха в по­мещении осуществляются воздушно-отопительными агрега­тами. Воздух из агрегатов поступает, как правило, выше рабо­чей зоны;
• централизованные, в которых используются вентиляционные камеры, воздух по воздуховодам поступает в приточные возду­хораспределительные устройства, через которые подается в отапливаемое помещение одной или несколькими горизон­тальными компактными струями. Расстояние от места подачи воздуха до возможных препятствий (стенки, перегородки) должно быть не менее удвоенной высоты помещения.

Системы электрического отопления бывают:

• воздушные с нагревом воздуха в электрокалориферах;
• лучистые с применением потолочных электроизлучателей;
• лучисто-конвективные с применением подоконных электро­радиаторов, стеновых электропанелей, а также с закладкой греющего электрического кабеля в бетонный пол.

В системах отопления с использованием энергии Солнца в ка­честве генераторов теплоты используют солнечные панельные коллекторы, устанавливаемые на крыше здания.

Назначение и классификация систем отопления зданий

В помещениях с постоянным или длительным пребыванием людей и в помещениях, где по условиям производства требуется поддержание положительных температур в холодный период года, устраивается система отопления.

Отоплением называется искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь для поддержания в них температуры на заданном уровне, определяемом условиями теплового комфорта для находящихся в них людей и требованиями протекающего технологического процесса. Известно три вида отопления: водяное, паровое и воздушное.

Системы отопления включают три основных элемента: источник теплоты (генератор тепла), теплопроводы (каналы или трубопроводы) и отопительные (нагревательные) приборы.

В генераторе тепла происходит сжатие тепла, а выделяемое при этом тепло передается теплоносителю, т.е. среде, переносящей тепло от генератора к нагревательным приборам. Нагревательные приборы передают полученное от генератора тепло воздуху помещений. По теплопроводам теплоноситель перемещается от генератора тепла к нагревательным приборам.

Система отопления является одной из строительно-технологических установок здания, которая должна отвечать следующим основным требованиям:

1) санитарно-гигиеническим – обеспечивать необходимые внутренние температуры, регламентируемые соответствующими СНиП, без ухудшения состояния воздушной среды;

2) экономическим – обеспечивать наименьшие приведенные затраты при уменьшении расхода металла;

3) строительным – предусматривать размещение отопительных элементов в уровне с архитектурно-планировочным и конструктивным решениями здания без нарушения прочности основных конструкций при монтаже и ремонте систем отопления.

4) монтажным – предусматривать возможность монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров и ограничением применения узлов и деталей индивидуального изготовления;

5) эксплуатационным – характеризоваться простотой и удобством управления и ремонта, бесшумностью и безопасностью действия;

6) эстетическим – хорошо гармонировать с внутренней отделкой помещения и не занимать излишних площадей.

В практике строительства нашли применение разнообразные системы отопления, в основе выбора которых лежит использование тех или иных особенностей систем.

Системы отопления классифицируют по следующим основным признакам (рисунок 5): по виду использованного теплоносителя; по способу перемещения теплоносителя; по месту расположения источника теплоты.

По виду использованного теплоносителя системы отопления делятся на водяные, паровые, воздушные, огневоздушные.

По способу перемещения теплоносителя системы отопления делятся на системы с естественным (гравитационным) побуждением движения теплоносителя и системы с принудительным побуждением.

По месту расположения источника теплоты системы отопления разделяют на центральные и местные.

Водяные системы отопления	С принудительным побуждением	Центральные Местные	Двухтрубные Однотрубные
С естественным побуждением	Местные
Паровые системы отопления	Низкого давления Высокого давления	С самотечным возвратом конденсата С конденсационным баком и питательным насосом
Печное отопление	С нетеплоемкими печами С теплоемкими печами
Воздушное отопление	Совмещенное с вентиляцией (прямоточное) Рециркуляционное
Электрическое отопление	С промежуточными теплоносителями (вода, пар, воздух) С непосредственным обогревом помещения

Рисунок — 5 Классификация систем отопления

В местной системе отоплениягенератор тепла, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве. Примером местного отопления может служить комнатная печь. В ней генератором тепла является топливник, в котором происходит сгорание топлива, теплопроводом служат дымообороты, прогревающие стенки печи и отводящие продукты сгорания из топки, а воздух помещений нагревается при его непосредственном соприкосновении с горячими поверхностями стенок печи. К местным системам отопления относятся также газовое отопление (при сжигании газа в нагревательных приборах, находящихся в отапливаемом помещении) и электрическое, если электрическая энергия переходит в тепловую непосредственно в самих нагревательных приборах. Радиус действия местных систем отопления невелик и ограничивается одной или двумя-тремя смежными комнатами.

Центральными системами отопления называются системы, в которых генератор тепла (например, котел) находится вне отапливаемых помещений, а теплоноситель к местам потребления подается по трубопроводам.

В центральных системах отопления одним генератором тепла, состоящим из одного котла или группы котлов, могут отапливаться не только отдельное здание, но и группы зданий. Система отопления, которая обслуживает целую группу зданий от одной котельной, называется районной.

В зависимости от вида теплоносителя центральные системы отопления подразделяются на системы водяного, парового, воздушного и комбинированного отопления.

Если в системе водяного отопления циркуляция воды в трубопроводах и нагревательных приборах происходит под действием разности объемных весов охлажденной и нагретой воды, то она называется системой с естественной циркуляцией.

В системах большой протяженности применять естественную циркуляцию воды экономически нецелесообразно, так как это привело бы к необходимости установки труб слишком больших диаметров. Поэтому в этих случаях устраивают системы водяного отопления с искусственной циркуляцией воды при помощи насосов (или насосные). Эти системы отопления в качестве теплоносителя могут использовать воду с температурой до 100 0 С или высокотемпературную воду (с температурой более 100 0 С).

В системах парового отопления пар из котла по трубопроводам поступает в нагревательные приборы, где конденсируется и, выделяя скрытую теплоту парообразования, нагревает эти приборы. Конденсат же возвращается в котел и вновь превращается в пар.

Системы парового отопления различаются по величине первоначального давления и бывают вакуум-паровыми (с давлением пара до 1 кгс/см 2 ), низкого давления (от 1,0 до 1,7 кгс/см 2 ) и высокого давления (более 1,7 кгс/см 2 ). В системах парового отопления пар перемещается под действием разности давлений на выходе из котла и перед нагревательным прибором.

Система воздушного отопления в зависимости от вида первичного теплоносителя подразделяются на водовоздушные, паровоздушные, огневоздушные, электровоздушные и газовоздушные. По способу передвижения воздуха воздушные системы могут быть с естественным и механическим побуждением. Во втором случае используются вентиляторы.

Комбинированной системой отопления называют систему, в которой применены либо два различных теплоносителя, либо один теплоноситель, но с разными параметрами. К ней относятся пароводяные, водоводяные и все воздушные системы отопления.

Системы водяного и парового отопления различаются также по способу разводки магистральных трубопроводов (с верхней, нижней и средней разводкой), по способу присоединения нагревательных приборов к стоякам (двухтрубные и однотрубные), по способу теплоотдачи нагревательных приборов (конвекционные и лучистые) и по типу применяемых нагревательных приборов (радиаторные, конвекторные, панельные, из гладких труб и др.).

Требования, предъявляемые к теплоносителям систем отопления.Основные требования, предъявляемые к теплоносителям, это способность аккумулировать тепло, подвижность и незначительное потребление электроэнергии на их перемещение. Применяемые в качестве теплоносителя горячая вода, пар и воздух наиболее близко соответствует этим требованиям.

К тому же температура теплоносителя (при воздействии ее на нагревательные приборы) не должна ухудшать гигиенические условия воздуха помещения.

Вода, пар и воздух обладают различными физическими свойствами. Вода характеризуется большой теплоемкостью, значительным объемным весом и большой подвижностью, что дает возможность передавать на большие расстояния значительное количество тепла при сравнительно небольшом объеме воды. При использовании в качестве теплоносителя горячей воды температуры поверхности нагревательных приборов (а следовательно, и их теплоотдачу) можно регулировать из одного общего центра (например, котельной), что позволяет экономней расходовать топливо.

Таблица 2 — Свойства водяного пара

Давление в кгс/см 2	Темпера тура в С 0	Объем 1 кг пара в м 3	Вес 1 м 3 пара в кг	Теплота испарения 1 кг пара в ккал	Полное теплосодержа ние 1 кг пара в ккал
99,1	1,722	0,5807	539,7	639,3
1,2	104,2	1,4521	0,6887	539,5	641,3
1,6	112,7	1,1096	0,9013	531,2	644,7
119,6	0,9006	1,1104	526,8	647,2
132,8	0,6163	1,6224
142,8	0,4708	2,1239	511,2	655,4
0,382	2,6177	505,9	658,1

При паровом отоплении большое количество тепла, выделяющегося при конденсации пара, и малый объемный вес последнего позволяют передавать на большие расстояния значительное количество тепла с минимальными затратами электроэнергии на перемещение теплоносителя. Кроме того, при использовании в качестве теплоносителя пара существенно сокращается количество нагревательных приборов, так как температура последних значительно выше, чем при теплоносителе — горячей воде. К недостаткам пара, как теплоносителя, следует отнести невозможность центрального регулирования теплоотдачи нагревательных приборов, высокую температуру на поверхности последних и возможность пригорания на них органической пыли, что ухудшает санитарно-гигиенические условия отапливаемых помещений. Кроме того, потери тепла паропроводами и конденсатопроводами значительно превышают потери тепла трубопроводами водяных систем отопления.

Воздушное отопление с использованием в качестве теплоносителя нагретого воздуха, имеющего сравнительно небольшие температуру (50 0 -70 0 С), теплоемкость и объемный вес, потребляет много электроэнергии на перемещение больших количеств воздуха. К недостаткам его можно отнести также шум, возникающий при работе вентиляторов.

По экономическим соображениям воздушное отопление предпочтительнее водяного и парового, так как не требует установки нагревательных приборов, стоимость которых составляет около 60% стоимости всей системы отопления.