Виды систем воздушного отопления

Воздушное отопление рекомендуется применять в производственных, общественных и административно-бытовых помещениях при рециркуляции воздуха или совмещении с системами общеобменной приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. В помещениях категорий А и Б следует проектировать воздушное отопление без рециркуляции.

В качестве теплоносителя в системах воздушного отопления применяют нагретый воздух. Воздух, подогретый до температуры, более высокой, чем температура помещений, поступая в них и охлаждаясь, отдает помещениям необходимое для возмещения теплопотерь количество тепла.

Системы воздушного отопления могут обеспечить в помещениях поддержание постоянной равномерной температуры в период отопительного сезона в пределах санитарно-гигиенических требований.

При повышении наружной температуры теплопотери через ограждающие конструкции уменьшаются и соответственно уменьшают количество тепла с поступающим в помещение воздухом, понижая его температуру.

Системы воздушного отопления обеспечивают быстрый нагрев помещений. В летнее время системы воздушного отопления с механическим побуждением могут быть использованы для охлаждения помещений при пропуске через воздухонагреватель того или иного хладагента.

Системы воздушного отопления подразделяют:

1) по виду первичного теплоносителя, согревающего воздух, – на паровоздушные, водовоздушные и т. д.;

2) по способу подачи воздуха – на центральные (рис. 4.20) с подачей воздуха из общего центра и местные (рис. 4.21) с подачей воздуха местными отопительными агрегатами;

Рис. 4.20 . Принципиальные схемы центральных систем воздушного
отопления

а – рециркуляционной; б – с частичной рециркуляцией; в – прямоточной;

1 — воздухонагреватель; 2 — канал нагретого воздуха; 3 — канал внутреннего воздуха;
4 — канал наружного воздуха; 5 — канал вытяжной вентиляции; 6 — воздухораспределитель (t_пр , t_в ,t_н – температура воздуха, подаваемого системой отопления, внутреннего и наружного; t₁ , t₂ – температура первичного теплоносителя в подающем и обратном теплопроводах)

Рис. 4.21. Принципиальные схемы местных систем воздушного отопления

а – рециркуляционной с механическим побуждением; б – рециркуляционной с естественной циркуляцией; в – с частичной рециркуляцией: г – прямоточной;

1 — воздухонагреватель; 2 — канал горячего воздуха; 3 — канал вытяжной вентиляции

(t_пр , t_в , t_н — температура воздуха, подаваемого системой отопления, внутреннего и наружного; t₁ , t₂;- температура первичного теплоносителя в подающем и обратном теплопроводах)

3) по характеру перемещения нагретого воздуха – на системы с естественной циркуляцией (перемещение воздуха вследствие разности плотностей холодного и нагретого воздуха) и системы с механическим побуждением (перемещение воздуха при помощи вентилятора);

4) по качеству подаваемого воздуха – на рециркуляционные (рис. 4.20а, 4.21а и 4.21б) с перемещением одного и того же внутреннего воздуха, с частичной рециркуляцией (рис. 4.20б и 4.21в) и прямоточные (рис. 4.20в и 4.21г). При применении систем воздушного отопления с частичной рециркуляцией и прямоточных наряду с отоплением осуществляется и приточная вентиляция.

Недостатки систем воздушного отопления – низкая относительная влажность воздуха, поступающего в помещение, если он не увлажняется; возможность возникновения токов воздуха, беспокоящих людей, находящихся в помещении; затруднения, связанные с увязкой воздуховодов значительных размеров со строительными конструкциями здания.

Центральные системы воздушного отопления с естественной циркуляцией применяют при радиусе действия не более 8 м, с механическим побуждением – при радиусе действия более 8 м.

Местные системы с агрегатами большой тепловой мощности и сосредоточенной подачей воздуха применяют для отопления помещений категорий В, Г и Д.

Воздух подают в помещение горизонтальными компактными (рис. 4.22) или веерными (рис. 4.23) струями, обладающими большими скоростями (6—12 м/с). Выпускать воздух рекомендуется над уровнем пола помещения на высоте от 3,5 до 6 м при высоте помещения до 8 м и от 5 до 7 м при высоте помещения более 8 м.

Рис. 4.22. Система воздушного отопления с параллельными струями

Рис. 4.23. Система воздушного отопления с веерными струями

При выборе места выпуска воздуха следует предусматривать, чтобы приточные струи на своем пути не встречали препятствий в виде массивных строительных конструкций и оборудования. Вследствие интенсивного перемешивания воздуха воздушными струями температура в помещении выравнивается как по площади, так и по высоте. В связи с этим теплопотери в его верхней зоне уменьшаются, в результате уменьшается расход топлива. Применение укрупненных агрегатов уменьшает первоначальные затраты на устройство систем отопления, и эксплуатация систем несколько упрощается.

Агрегаты небольшой тепловой мощности с децентрализованной подачей воздуха применяют для помещений с перегородками высотой более 2 м или с оборудованием, мешающим сосредоточенному выпуску воздуха (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Местная система воздушного отопления с агрегатами,

установленными у наружной стены (план)

Системы воздушного отопления с полной рециркуляцией могут быть применены в помещениях с выделением вредных веществ 3 и 4 классов опасности, а также веществ 1 и 2 классов опасности, если эти вещества не являются определяющими при расчете расхода приточного воздуха (например, при избытках явного тепла или влаги). Системы воздушного отопления с частичной рециркуляцией (совмещенно с приточной вентиляцией) – в помещениях, когда количество приточного воздуха для компенсации теплопотерь превышает количество воздуха, необходимого для компенсации воздуха, удаляемого местными отсосами. Рециркуляцию при воздушном отоплении, совмещенном с вентиляцией, допускается предусматривать, если отсутствуют выделения вредных веществ, возгоняющихся при соприкосновении с нагретыми поверхностями технологического оборудования и воздухонагревателями воздушного отопления. Если рециркуляция воздуха недопустима, следует применять прямоточные системы воздушного отопления, совмещенные с приточной вентиляцией. Эти системы могут быть применены для жилых зданий и в производственных помещениях, в воздухе которых имеются болезнетворные микроорганизмы, ядовитые вещества, неприятные запахи производства и др.

Расчет систем воздушного отопления

При расчете систем воздушного отопления необходимо определить количество подаваемого воздуха, температуру и скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей, тепловую мощность установки, а затем подобрать оборудование. В системах с сосредоточенной подачей температура и скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей определяются расчетом так, чтобы в рабочей зоне были обеспечены нормируемые метеорологические условия – температура и скорость движения воздуха.

Температура воздуха при выходе из воздухораспределителей принимают не менее чем на 20% ниже температуры самовоспламенения газов, паров, аэрозолей и пыли, выделяющихся в помещении. При этом предельная температура нагрева воздуха не должна превышать 70°С, так как дальнейшее повышение температуры вызывает пригорание органической пыли. В системах с децентрализованной подачей воздуха в обслуживаемую или рабочую зону не требуется специальных расчетов, связанных с воздухораспределением; при этом температура воздуха, выходящего из воздухораспределителя, принимается не более 45° С.

Расход воздуха для системы воздушного отопления, определяется по формуле

, м 3 /ч, (4.53)

где Q – тепловой поток для отопления помещения, Вт; c – теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/(м 3 ·°С); t_г – температура подогретого воздуха, °С, подаваемого системой воздушного отопления; t_в – температура воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, °С.

Температура подогретого воздуха, подаваемого в помещение, определяется по формуле

, °С, . (4.54)

Если количество воздуха для отопления оказывается равным или бóльшим требуемого для вентиляции (L_от ≥ L_вент), то сохраняется количество и температура отопительного воздуха, а систему устраивают прямоточной или с частичной рециркуляцией.

Если количество воздуха для отопления будет меньше требуемого для вентиляции (L_от 3 /ч; t_н – температура наружного воздуха, °С.

В качестве рециркуляционных воздухонагревателей используют выпускаемые промышленностью агрегаты и установки воздушно-отопительные. Для нагрева в них воздуха используется вода или пар, а также электрическая энергия.

Расчет необходимого количества воздуха для вентиляции, L_вент, воздуховодов, подбор калориферов и вентиляторов изложен далее в главе 5 «Производственная вентиляция».

Газовое отопление

По сравнению с другими видами топлива газ обладает рядом преимуществ, основными из которых являются:

— минимальный химический недожог и малый избыток воздуха;

— отсутствие золы и шлака при сгорании газа;

— простая подача газа к мелким разбросанным установкам;

— благоприятные условия для автоматизации горения газа;

— малая трудоемкость обслуживания газоиспользующих агрегатов.

Газ, как топливо, обладает следующими недостатками:

— наличие окиси углерода в продуктах сгорания ухудшают санитарные условия в здании;

— образование взрывоопасных концентраций при утечках природного или искусственного газа в помещениях;

— пожарная опасность газовых отопительных приборов из-за наличия открытого огня.

Отмеченные недостатки устраняются созданием рациональных конструкций специальных газовых отопительных приборов, оснащенных автоматикой безопасности.

Теплопередача от газовых отопительных приборов в окружающую среду осуществляется как излучением, так и конвекцией. У отдельных типов газовых приборов преобладает тот или другой способ теплообмена, поэтому газовые отопительные приборы часто различают по доминирующему способу теплопередачи.

У газовых приборов конвективного типа тепло передается в помещение при нагревании воздуха, циркулирующего вдоль теплоотдающих поверхностей с высокой температурой, достигающей в нижней их части 450° С.

У газовых приборов с комбинированным теплообменником нижняя часть является теплоизлучающей поверхностью, а верхняя – конвективной. Излучающая поверхность выполняется в виде металлического рефлектора, который отражает лучистый поток светящегося пламени, или в виде косвенных поверхностей нагрева, представляющих собой ряд огнеупорных пластин.

Для отопления общественных, сельскохозяйственных и производственных зданий можно использовать горелки инфракрасного излучения. У этих горелок газовоздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха
1,05—1,1 приготовляется в инжекторах и сгорает непосредственно вблизи наружной поверхности насадок – керамических плиток. Керамические плитки изготовляют из огнеупорной легковесной массы. В каждой небольшой плитке размещается множество цилиндрических каналов диаметром 1,5 мм, суммарное живое сечение которых составляет 40% площади плитки. Излучающая поверхность горелки состоит из определенного числа стандартных насадок – плиток. Горелка, рис. 4.25, состоит из двух восьмиплиточных блоков, работает на газе низкого давления.

Рис. 4.25. Двойная трехинжекторная горелка с рефлектором 1 — рефлектор; 2 — излучающая насадка; 3 — распределительная коробка (корпус); 4 — инжекторы; 5 — сопла; 6 — газовый коллектор

Каждый блок горелки состоит из трех смесителей, размещенных внутри распределительной коробки 3. Газ, выходя из сопел 5, эжектирует воздух из окружающей среды и смешивается с ним в инжекторах 4. Для повышения статического давления и лучшего смесеобразования инжектор имеет диффузор. Инжекторы 4 располагают в корпусе таким образом, что динамическое давление на выходе из диффузоров не используется, вследствие чего равномерно распределяется газовоздушная смесь по излучающей панели и повышается устойчивость горения газа в каналах внутри плиток.

Продукты сгорания газа должны полностью удаляться непосредственно от газовых горелок в атмосферу (наружу).

Помещения, в которых установлены газовые отопительные приборы, в том числе и горелки инфракрасного излучения, должны быть оснащены системой контроля воздуха по содержанию в нем окиси углерода и метана.

При использовании для отопления помещений горелок инфракрасного излучения следует обеспечивать гигиенические требования к параметрам микроклимата на рабочих местах, см. табл. 4.15.

Допустимые параметры микроклимата производственных помещений,
оборудованных системами лучистого обогрева

Классификация систем воздушного отопления

Для того, чтобы правильного понимать как происходит классификация систем воздушного отопления нужно предварительно знать, что есть такое это самое воздушное отопление.

Ранее мы об этом писали, но напомним, что при наличии в доме системы воздушного отопления, комнаты дома обогреваются за счет подачи в них теплого воздуха. При этом сам воздух нагревается в служебном помещении либо непосредственно каким-либо обогревателем (электрическим, газовым, дровяным, дизельным и т.д.), либо воздух нагревается, проходя через водяной теплообменник с предварительно нагретой каким-либо обогревателем водой. В первом случае воздух будет первичным теплоносителем, а во втором случае – уже вторичным.

Основное отличие систем воздушного отопления от других отопительных систем, например от системы водяного отопления –это наличие вентилятора и принудительное перемешивание воздуха в комнатах вашего дома.

Перейдем непосредственно к классификации систем воздушного отопления.

Классификация систем воздушного отопления по месту размещения обогревателя

Согласно классическому учебнику , системы воздушного отопления бывают:

1. Местные системы воздушного отопления Это локальная система воздушного отопления, предназначенная для обогрева одной единственной комнаты. При этом обогреватель и вентилятор установлены в обогреваемой комнате и нагревают воздух только в этой комнате. В качестве примера местной системы воздушного отопления можно привести обычный тепловентилятор для дачи, который постоянно гоняет через себя воздух, при этом еще и нагревая его. 2. Центральная система воздушного отопления Централизованная система воздушного отопления, предназначенная для обогрева всего загородного дома. Обогреватель и вентилятор установлены в топочной, а нагретый обогревателем воздух с помощью вентилятора (в редкий случаях с помощью системы вентиляторов) подается в каждую комнату дома. К центральным системам воздушного отопления относятся например такие газовые печи воздушного отопления Goodman, Lennox, Nordyne. Система воздушного отопления дома Антарес Комфорт о которой мы поговорим также является системой центрального отопления.

Классификация местных систем воздушного отопления

Местные системы воздушного отопленияв свою очередь бывают: канальные и бесканальные.

1. Бесканальные местные системы воздушного отопления Локальная система воздушного отопления, предназначенная для обогрева одной единственной комнаты. Обязательно наличие вентилятора, который осуществляет постоянную циркуляцию или рециркуляцию воздуха в комнате. Примером такой системы может служит обычный бытовой тепловентилятор. 2. Канальные местные системы воздушного отопления Эта локальная система воздушного отопления, предназначенная для обогрева одной единственной комнаты. Но вентилятор в такой системе может отсутствовать. Зато обязательно присутствует канал, по которому нагретый воздух попадает в комнату за счет естественной циркуляции (конвекции), например, снизу вверх. Безвентиляторная канальная система воздушного отопления более простая и дешевая, но одновременно и менее эффективная система, чем воздушное отопление с вентилятором.

По способу циркуляции в системе воздуха местные системы воздушного отопления бывают следующих видов:

Местная система воздушного отопления с полной рециркуляцией В этой сиситеме для нагрева используется только воздух из обогреваемой комнаты, добавления наружного воздуха нет. Т.е. нет вентиляции комнаты. И опять в качестве примера местной системы воздушного отопления с полной рециркуляцией можно привести обычный тепловентилятор. Канальные местные системы воздушного отопления из п. 2 являются одновременно и системами с полной рециркуляцией. Местная система воздушного отопления с частичной рециркуляцией При частичной рециркуляции часть воздуха для нагрева поступает в обогреватель с улицы – т.е. местная система воздушного отопления одновременно выполняет функции и системы вентиляции комнаты. Воздух в комнате при этом будет не только теплым, но и свежим. Прямоточная местная система воздушного отопления В данной сиситеме весь воздух подается в обогреватель с улицы, нагревается и при помощи вентилятора поступает в комнату или помещение, а затем выбрасывается обратно на улицу. Очень затратный вариант системы, так как требуется очень мощный обогреватель для постоянного прогрева больших объемов воздуха, в частных загородных домах обычно не используемый. Но для общественных или производственных помещений с жесткими требованиями к вентиляции (например, если в производственном помещении выделяются пары вредных веществ и требуется их постоянно удалять) может быть единственным способом сделать воздушное отопление.

Классификация центральных систем воздушного отопления

Все центральные системы воздушного отопления являются канальными – теплый воздух подается в комнаты вентилятором по системе каналов, роль которых в загородных домах выполняет система воздуховодов. Впрочем, иногда задействуют и каналы в полых перекрытиях.

Также как и системы местного воздушного отопления, центральные системы воздушного отопления по способу циркуляции воздуха местные системы воздушного отопления бывают следующих видов:

Центральная система воздушного отопления с полной рециркуляцией

Центральная система воздушного отопления с частичной рециркуляцией и вентиляцией

Прямоточная центральная система воздушного отопления

В данном случае отличие центральной системы воздушного отопления от местной только в том, что воздух по специальным каналам (воздуховодам) подается не в одно помещение, а сразу в несколько.

Система воздушного отопления Антарес Комфорт – это центральная система воздушного отопления с частичной рециркуляцией и вентиляцией, за счет чего в доме с такой системой всегда будет тепло, а воздух будет свежий и чистый, без необходимости проветривания.

Классификация центральных систем воздушного отопления по способу экономии тепла.

Центральные системы воздушного отопления допускают возможность экономии тепла за счет применения специальных устройств – рекуператоров. Необходимо заметить, что применение рекуператоров не всегда может дать экономию. Например если источником тепла для центральной системы воздушного отопления является газовый отопительный котел на магистральном газе (наиболее дешевый вид отопления), а площадь дома не более 500 кв.м., тов данном случае, рекуператор не окупится никогда. Если же для отопления используется котел на дизельном топливе (один из самых дорогостоящих видов отопления), то покупка рекуператора может оказаться выгодным приобретением. Стоит заметить, что для местных систем воздушного отопления применение рекуперации всегда нецелесообразно. Если конечно не пытаться отапливать местным воздушным отоплением с частичной рециркуляцией крытый стадион.

Центральные системы воздушного отопления бывают:

1. Без рекуперации Системы центрального воздушного отопления с полной рециркуляцией – это всегда системы без рекуперации. Рекуперировать в них просто нечего. 2. С рекуперацией Системы центрального воздушного отопления с частичной рециркуляцией или прямоточные могут быть как без рекуперации, так и без нее. Суть рекуперации – выбрасываемый наружу нагретый воздух сначала подогревает забираемый холодный воздух с улицы.

Система воздушного отопления Антарес Комфорт может быть как без рекуперации, так и с рекуперацией. В базовом варианте эта система поставляется заказчикам без рекуператора, но при желании в нее может быть встроен дополнительно купленный рекуператор, например рекуператор ElectroLux.

Классификация систем воздушного отопления по способу нагрева воздуха.

По способу нагрева воздуха системы воздушного отопления бывают:

1. Системы воздушного отопления прямого нагрева В системе воздушного отопления прямого нагрева воздух нагревается непосредственно нагревателем. Он может быть электрическим (в очередной раз вспомним о нашем тепловентиляторе), может быть газовым, как у печей воздушного отопления Goodman, Lennox, Nordyne, а может работать и на ином виде топлива. К видам топлива мы еще вернемся позже. Т.е. в системе воздушного отопления воздух – это первичный теплоноситель. 2. Системы воздушного отопления косвенного нагрева В системе воздушного отопления косвенного нагрева воздух нагревается, проходя через теплообменник от другого носителя тепла, обычно от нагретой воды. Нагреватель в данном случае отделен от вентилятора и нагревает воду, которая потом отдает свое тепло воздуху. Системы воздушного отопления косвенного нагреваЯвляются более универсальными, потому что для нагрева воды можно использовать любой водогрейный отопительный котел, на любом виде топлива – на газе, дизеле, пеллетах и т.д. Кроме того, этот же котел можно использовать и для горячего водоснабжения, и для теплых полов. Т.е. Нет необходимости дополнительно покупать один котел для отопления, другой для горячей воды и т.д. Достаточно единственного котла, который необходимо правильно подобрать по мощности. Также для нагрева могут быть использованы солнечные коллекторы или тепловые насосы. Таким образом, в системе воздушного отопления косвенного нагрева первичным теплоносителем является вода. А воздух – это вторичный теплоноситель. Системы воздушного отопления косвенного нагрева обычно более эффективны, чем системы прямого нагрева.

В соответствии с данной классификацией, система воздушного отопления Антарес Комфорт является универсальной – в ней можно установить как электрический нагреватель (сделав ее системой воздушного отопления прямого нагрева), так и водяной теплообменник, превратив ее в систему воздушного отопления косвенного нагрева. Либо установить и то, и другон, при этом получить универсальную систему. Ни одна зарубежная система воздушного отопления подобной гибкостью не обладает.

Классификация систем воздушного отопления по виду используемого топлива.

По виду используемого топлива системы воздушного отопления бывают:

1. Газовые системы воздушного отопления Газовые системы воздушного отопления прямого нагрева – это печи воздушного отопления Goodman, Nordyne, Lennox. Газовые системы воздушного отопления косвенного нагрева – система Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любым газовым отопительным котлом. 2. Дизельные системы воздушного отопления Дизельные системы воздушного отопления косвенного нагрева – система Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любым дизельным отопительным котлом. Дизельные системы воздушного отопления прямого нагрева в России не представлены. 3. Системы воздушного отопления на пеллетах Системы воздушного отопления косвенного нагрева на пеллетах – система Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любым отопительным котлом на пеллетах. Системы воздушного отопления прямого нагрева на пеллетах в России не представлены. 4. Электрические системы воздушного отопления Электрические системы воздушного отопления прямого нагрева – канадская Hi-Velocity, система Антарес Комфорт с электрическим нагревателем, различные аэрхендлеры и еще наш знакомый пример – тепловентилятор. Электрические системы воздушного отопления косвенного нагрева – система воздушного отопления Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любой электрический водогрейный котел. 5. Дровяные системы воздушного отопления Правду говоря, таких экзотических систем воздушного отопления в современном мире уже не встречается. В Древние Века дровяной системой воздушного отопления был гипокауст Витрувия, в Средние века такими системами отапливали немецкие замки и русские соборы. Но вентиляторов в то время еще не было и нагретый воздух подавался в отапливаемые помещения естественным путем, что сильно снижало КПД. 6. Угольные системы воздушного отопления То, что было сказано про дровяные системы воздушного отопления, можно сказать и про угольные. В настоящее время не встречаются. Хотя, вообще , если установить в топочной дома вентилятор и систему воздуховодов, а также угольную или дровяную печь, например русскую или Буллерьян, то можно получить искомую дровяную или угольную систему воздушного отопления. Печь нагреет воздух в топочной, а вентилятор разнесет его по всему дому. Однако роль термостата в такой системе придется исполнять истопнику.
Строго говоря, к подобным системам можно отнести и камин – если у вас в доме есть система воздуховодов с вентилятором, а также камин, то вы фактически получите воздушное отопление камином. Однако КПД у такой системы будет не очень высоким (из-за ограниченных возможностей камина) и большой дом обогреть одним камином скорее всего не получится. Однако камин может быть использован как добавочный резервный источник тепла на случай сильных морозов. 7. Солнечные системы воздушного отопления Солнечные системы воздушного отопления косвенного нагрева нагревают воду за счет солнечного тепла, а затем через теплообменник нагревают воздух. Но пока еще подобные системы достаточно экзотичны. Большой мощности они дать не могут, поэтому реальное их использование в России, особенно зимой, представляется маловероятным. Но солнечные коллекторы могут помочь вам немного сэкономить на отоплении в межсезонье, особенно в южных районах нашей страны, например в украденном у Украины Крыму.
Солнечные системы воздушного отопления прямого нагрева могут быть использованы в паре солнечные батареи – электрический нагреватель, но они имеют такие же недостатки, как и косвенные системы – малую на данный момент мощность. Поэтому солнечные батареи могут пока использоваться только как дополнительный источник тепла, например совместно с системой воздушного отопления Антарес Комфорт с водяным теплообменником. 8. Системы воздушного отопления тепловым насосом В данном случае основным теплоносителем является хладагент теплового насоса, поэтому такие системы – это системы воздушного отопления косвенного нагрева. Тепловой насос может быть использован совместно с любой центральной системой воздушного отопления. Однако тепловые насосы плохо переносят большие отрицательные температуры, поэтому их использование в качестве основного источника тепла в России, особенно на севере, может быть проблематичным. Но в межсезонье использование теплового насоса может снизать затраты на отопление на 50..150%, особенно при отоплении дорогим видом топлива – электричеством, магистральным газом или дизелем. Кроме того, летом тепловой насос будет работать как кондиционер.