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.

Сведения об источниках теплоснабжения, параметрах теплоносителей систем отопления и вентиляции

Источником теплоснабжения сооружений на площадке объекта является проектируемая котельная и электроэнергия.

Теплоноситель из котельной – вода с параметрами 115-70 ºС, для систем отопления административно-бытовых помещений вода с температурой 95-70 ºС после насосного узла смешения. Перепад давления на вводе тепловой сети в здание ΔР=0,2 МПа.

Для системы горячего водоснабжения вода с температурой не ниже 65 °С.

Рабочее давление в трубопроводах тепловых сетей Т1/Т2 – 0,6/0,3 МПа.

В качестве теплоносителя для систем отопления и теплоснабжения индивидуальных зданий служит вода.

Для теплоснабжения объектов с небольшим потреблением тепла и удаленных от тепловых сетей используется электрическая энергия. Кроме того электрическая энергия используется для отопления сооружений электроснабжения.

Потребление тепла и электроэнергии на нужды отопления и вентиляции круглосуточное в течение отопительного периода (286 суток).

Горячее водоснабжение – круглосуточное, в течение отопительного периода.

Котельная

Основным источником теплоснабжения потребителей тепла на площадке приемо-сдаточного пункт (ПСП) является водогрейная котельная полной заводской готовности в блочно-модульном исполнении.

Котельная комплектуется двумя водогрейными котлами производительностью 3,0 МВт в час каждый (1 рабочий, 1 резервный).

Установленная мощность котельной – 6 МВт.

Котельная относится к первой категории по надежности отпуска тепла согласно пункту 19.1 СП 89.13330.2012, СНиП II-35-76 Актуализированная редакция, и является единственным источником тепла системы теплоснабжения, обеспечивающей потребителей второй категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла.

• Категория по электроснабжению котельной — первая группа.
• Категория помещения котельной по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с СП 12.13130.2009 – «В3».
• Степень огнестойкости здания – III.
• Класс пожарной опасности строительных конструкций СО
• Класс функциональной пожарной опасности Ф5.1
• Степень ответственности здания II

Вновь устанавливаемая отопительно-производственная автоматизированная котельная разработана в каркасно-модульном исполнении, размером в плане 9,0 х 9,4 м с учетом максимального изготовления в заводских условиях и сокращения до минимума строительно-монтажных работ на строительной площадке.

В здании котельной предусматривается котельный зал (для водогрейных котлов и вспомогательного оборудования), электрощитовая и санитарный узел (умывальник, туалет).

Котельная представляет собой блочное модульное здание с выведенными из него трубопроводами для подключения к внутриплощадочным сетям.

Блоки поставляются со всей необходимой трубопроводной обвязкой, запорной арматурой и опорами.

Блоки поставляются комплектно с необходимыми функциональными системами (освещение, приспособления и грузоподъемные механизмы), а также с датчиками несанкционированного доступа.

Котельная предназначена для поддержания положительной температуры в резервуарах, системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий.

К установке приняты котлы стальные водогрейные типа «КВа-3,0».

Основные характеристики котла КВа – 5,0

Вид топлива газ, нефть, диз. топливо

Номинальная теплопроизводительность, МВт 3,0

КПД не менее % 90

Температура воды, °С

на входе в котел 70

на выходе из котла 115

Давление в прямом трубопроводе тепловых сетей на выходе из котельной 0,6 МПа (изб.), давление в обратном трубопроводе на входе в котельную 0,3 МПа (изб.).

Циркуляция системы теплоснабжения обеспечивается сетевыми насосами.

Система теплоснабжения – закрытая, одноконтурная.

Системы отопления и вентиляции зданий присоединяются к тепловым сетям по зависимой схеме присоединения.

В зданиях с обслуживающим персоналом для систем отопления и вентиляции предусмотрено снижение температуры теплоносителя до 95-70 °С путем подмешивания обратной сетевой воды в подающую.

Для обеспечения технологического процесса температура теплоносителя в тепловых сетях принимается постоянной в течение всего года.

Регулирование температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха осуществляется в индивидуальных тепловых пунктах зданий устройствами регулирования

температуры воздуха внутри помещений количеством протекающей сетевой воды через приемники тепла.

Котельная работает без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Во избежание низкотемпературной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел принята не менее 70 °С. Для этого проектом предусмотрены рециркуляционные насосы, которые подмешивают нагретую воду, выходящую из котлов в обратный трубопровод.

Насосы, вспомогательное оборудование, арматура установлены согласно нормативным документам.

Технологическое оборудование котельной позволяет использовать ее только в системах с закрытой схемой теплоснабжения, исключающей разбор воды из теплосети.

Подача исходной воды на котельную предусматривается из сети хозяйственно-питьевого водопровода площадок двумя вводами в соответствии с СП 89.133330.2012 п. 18.3.

Подпитка сети в случае снижения в ней давления осуществляется из бака запаса химобработанной воды подпиточными насосами через регуляторы давления.

Для учета расхода тепла, газа, электроэнергии, подпиточной и холодной воды в котельной установлены счетчики.

Проектом предусмотрена система поддержания давления в тепловой сети.

Основное топливо для котельной – природный газ. На период проведения пусконаладочных работ и опытно-промышленной эксплуатации, а также в качестве резервного топлива используется нефть, дополнительное резервное топливо – дизельное топливо.

Каждый котел оснащен автоматизированной блочной горелкой для работы на двух видах топлива – газообразное топливо (природный газ) и жидком топливе (нефть, дизельное топливо) с плавным регулированием мощности от 10 до 100 %. К установке принять комбинированные модулируемые автоматические горелки с системой контроля факела типа OILON. Устройство управления, поставляемое комплектно с горелкой, обеспечивает управление работой в следующих режимах: автоматический розжиг, автоматическое регулирование производительности, аварийное отключение и сигнализация аварийной ситуации.

Компонентный состав природного газа соответствует ГОСТ 5542-2014.

Давление газа на вводе в котельную составляет Р=0,6 МПа. Снижение давления газа до требуемого перед горелками котлов осуществляется в котельной на газорегуляторной установке с двумя параллельными нитками редуцирования (рабочая и резервная).

В котельной выполняется учет расхода газа на каждый котел и общий технический учет расхода газа на котельную. Погрешность измерений системы учета газа соответствует требованиям ГОСТ Р 8.733-2011.

Регуляторы газа предусматриваются на каждый котел со встроенными клапанами — отсекателями по превышению и понижению давления на горелке.

Газооборудование котельной запроектировано в соответствии с СП 62.13330.2011 и СП 89.13330.2012. Более подробные решения по газоснабжению котельной представлены в томе 5.6 данного проекта.

Котельная оборудуется автоматикой безопасности, приборами автоматического регулирования, контроля, регистрации параметров, сигнализации и управления технологическими процессами в соответствии с требованиями СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76» и других нормативных документов. Системы автоматики и контрольно-измерительные приборы позволяют эксплуатировать котельную без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Управление работой котлов, поддержание температуры и давления в сети теплоснабжения, управление системой водоподготовки осуществляется автоматически и при нормальной эксплуатации не требует вмешательства оператора.

Необходимая информация документируется с помощью регистрирующей аппаратуры.

Аварийные сигналы выводятся на щит сигнализации, устанавливаемый в котельном помещении, с возможностью вывода в систему АСУТП верхнего уровня.

На диспетчерский пункт в операторную выносятся сигналы:

• неисправности оборудования;
• сигнал срабатывания главного быстродействующего запорного клапана;
• пожар в котельной;
• содержание СО и СН4;
• несанкционированное проникновение;
• состояние котельных агрегатов (в работе, резерве).
• состояние насосных агрегатов;
• технологические параметры.

Электроприёмники котельной по надёжности электроснабжения относятся к особой группе первой категории

В аварийном режиме электроснабжения, работа котлов обеспечивается от автономного источника электроэнергии (ДЭС).

Удаление дымовых газов и их рассеивание осуществляется через отдельные для каждого котла газоходы. Вертикальные части газоходов (стволы высотой 20 м) связываются в три единые строительные конструкции – дымовые трубы.

Дымовые трубы имеют устройства для отвода конденсата дымовых газов. Для осмотра газоходов на обечайке предусмотрен люк, закрываемый дверкой.

На газоходах котлов за пределами здания котельной для исключения возможного скопления газов предусматривается устройство взрывных клапанов, обслуживание которых выполняется с переносных устройств (площадок).

Защита от коррозии наружной поверхности обечайки выполняется двумя слоями алкидной краски по двум слоям грунтовки.

Наружные части газоходов теплоизолированы матами минераловатными

М1-100-1000.1000.60 по ГОСТ 21880.

Световое ограждение дымовой трубы и наружная маркировочная окраска соответствуют требованиям РЭГА РФ-94 «Руководство по эксплуатации гражданских аэродромов».