Технико-экономическое сравнение основных систем отопления. Область применения

Одним из важнейших технико-экономических показателей систем отопления являетсямасса металла, расходуемого на изготовление основных элементов при том или ином теплоносителе, существенно влияющая на капитальные и эксплуатационные затраты в системе отопления. А масса металла, расходуемого на изготовление отопительных приборов, теплообменников и теплопроводов, зависит от вида используемого теплоносителя. Так, на отопительные приборы и теплообменники водяных систем отопления расходуется больше металла, чем на калориферы—теплообменники воздушных систем. Однако за счет низкой удельной теплоемкости и плотности воздуха по сравнению с водой (см. табл. 6.1) расход металла на воздуховоды в несколько раз превышает расход металла на трубы в водяных системах отопления, несмотря на то, что воздуховоды изготовляются из тонколистовой стали.

Использование паровых систем отопления позволяет уменьшить расход металла на отопительные приборы по сравнению с водяными системами, что объясняется большой величиной скрытой теплоты фазового превращения (2120 кДж/кг), а следовательно, и более высоким коэффициентом теплоотдачи от пара к внутренней поверхности отопительного прибора, чем от воды к стенке, а также большей разностью температур (см. табл. 6.1) в отопительном приборе паровой системе (150—20)°С, чем водяной [(150+70)0,5—20] °С.

По санитарно-гигиеническим требованиям в помещениях необходимо поддерживать определенную температуру, величина которой зависит от назначения помещения, без значительных колебаний и независимо от колебания температуры наружного воздуха. Выполнение этого требования наилучшим образом обеспечивается воздушными системами отопления, так как воздух является малотеплоемким теплоносителем. Вследствие большой теплоемкости водо-водяные отопительные приборы обладают тепловой инерцией, что может вызвать некоторое изменение температуры помещения.

В водяных системах средняя температура поверхности отопительных приборов не превышает 80 °С, когда начинается интенсивное разложение и сухая возгонка органической пыли. В паровых системах температура поверхности отопительных приборов в большинстве случаев превышает гигиенический предел вследствие высокой температуры пара. Центральные системы воздушного отопления гигиеничны, поскольку в них возможна очистка нагреваемого воздуха от пыли. Сравнительные достоинства и недостатки различных систем отопления приведены в табл. 6.2.

Требования, предъявляемые к системам отопления, их технико-экономические и санитарно-гигиенические преимущества и недостатки, а также свойства теплоносителей, рассмотренные выше, определяют область их применения.

Системы водяного отопления благодаря высоким санитарно-гигиеническим качествам, надежности и долговечности получили в нашей стране наиболее широкое применение в гражданских и производственных зданиях. Этому обстоятельству способствовало также интенсивное развитие теплофикации в СССР. Радиус действия водяных систем по вертикали ограничен величиной допустимого гидростатического давления (0,6 МПа—для большинства систем с радиаторами в качестве отопительных приборов и 1 МПа — для систем с конвекторами). Переход промышленности на выпуск основного типа радиатора МС-140, имеющего допустимое давление 0,9 МПа, ослабит масштаб этого ограничения. Кроме того, водяные системы отопления не следует применять для тех помещений, в которых недопустимы некоторые колебания температуры, что характерно для водяных систем вследствие их тепловой инерционности (см. табл. 6.2).

Паровые системы отопления допускаются в промышленных и ряде общественных зданий (при наличии пара для технологических нужд) при кратковременном (непостоянном) пребывании в них людей.

Таблица 6.2. Характеристика систем отопления

Система отопления	Преимущества	Недостатки
Водяная	Обеспечивает равномерность температуры помещения. Ограничивает верхний предел температуры поверхности отопительных приборов, что исключает пригоравие на них пыли. Характеризуется простотой центрального регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха (качественное регулирование). Бесшумно действует. Сравнительно долговечная.	Значительное гидростатическое давление в системе, обусловленное ее высотой и большой массовой плотностью. Значительный расход металла. Тепловая инерционность вследствие большой плотности и теплоемкости воды, приводящая к некоторым колебаниям температуры помещения. Опасность замораживания воды с разрушением оборудования, находящегося в охлаждающихся помещениях
Паровая	Высокая теплоотдача отопительных приборов. Сокращается площадь поверхности отопительных приборов и как следствие, — уменьшается расход металла. Незначительное гидростатическое давление. Меньшая, чем у водяного отопления, опасность замораживания. Быстрый прогрев помещений вследствие малой тепловой инерционности. Возможность перемещения пара на большие расстояния без применения искусственного побуждения (за счет давления пара).	Высокая температура на поверхности труб и отопительных приборов (>100 о С), что не отвечает санитарно — гигиеническим требованиям. Невозможность центрального качественного регулирования теплоотдачи приборов (применяется регулирование пропусками, периодическое включение и выключение систем). Более сложная и дорогостоящая эксплуатация, чем у систем водяного отопления. Меньшая долговечность вследствие ускоренной коррозии в условиях высокой температуры. Шум и удары в системе вследствие попутной конденсации пара
Воздушная	Возможность совмещения с системой вентиляции. Характеризуется отсутствием в отапливаемом помещении каких-либо отопительных приборов. Характеризуется отсутствием тепловой инерции, т.е. обеспечивает быстрый прогрев помещений. Возможность центрального качественного регулирования.	Большие сечения каналов (воздуховодов). Большие бесполезные теплопотери при прокладке магистральных воздуховодов в неотапливаемых помещениях. Характеризуется малой теплоаккумулирующей способностью, что приводит к быстрому охлаждению помещений в случае отключения системы из работы

Паровое отопление рекомендуется для периодического и дежурного отопления. Малое гидростатическое давление в паровых системах (из-за малой плотности пара) делает целесообразным применение их для высоких зданий. Область применения паровых систем отопления ограничивается, прежде всего, несоответствием их санитарно-гигиеническим требованиям (высокая температура на поверхности отопительных приборов и труб), а также пониженными акустическими показателями (шум, удары в системе). Следует принимать во внимание и недолговечность паровых систем отопления (срок службы паропроводов 10 лет, конденсатопроводов-около 4 лет).

Воздушное отопление в большей степени, чем паровое, удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям. Благодаря возможности сочетания отопления и вентиляции воздушное отопление получило широкое распространение, прежде всего, в производственных зданиях с выделениями вредностей и влаги. Целесообразно использовать воздушное отопление также в качестве дежурного и периодического отопления производственных и общественных зданий или в виде местных систем с высокотемпературным первичным теплоносителем для отопления помещений большого объема производственного назначения. К причинам, которые могут ограничивать область применения воздушного отопления, относятся невысокая надежность из-за возможного нарушения распределения воздуха по помещениям (недолговечность стальных и недостаточная герметичность кирпичных воздуховодов), а также небольшой радиус действия из-за большого понижения температуры воздуха по длине вследствие малой его плотности.

Технико-экономическое сравнение основных систем отопления. Область применения

Классификация систем отопления теплоносители

ТЕМА 5 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПЛЕНИИ

К системам отопления предъявляют следующие требования:

санитарно-гигиенические — обеспечение требуемых СНиПами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на должном уровне;

экономические – обеспечение минимума приведенных затрат по сооружению и эксплуатации, определяемого технико-экономическим сравнением вариантов различных систем, небольшого расхода металла;

строительные — обеспечение соответствия архитектурно — планировочным и конструктивным решениям здания, увязка размещения отопительных элементов со строительными конструкциями;

монтажные — обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров,

эксплуатационные — простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надежность, безопасность и бесшумность действия;

эстетические — хорошая сочетаемость с внутренней архитектурной отделкой помещения, минимальная площадь, занимаемая системой отопления.

Среди перечисленных требований главное — надежное обеспечение требуемых санитарно-гигиенических условий в течение всего срока эксплуатации зданий.

Система отопления — комплекс элементов, предназначенных для получения переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Каждая система отопления включает в себя три основных элемента: теплогенератор, служащий для получения теплоты и передачи ее теплоносителю; системы теплопроводов для транспортировки по ним теплоносителя от теплогенератора к отопительным приборам; отопительных приборов, передающих теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения.

В качестве теплогенератора для системы отопления может служить отопительный котельный агрегат, в котором сжигается топливо, а выделяющаяся теплота передается теплоносителю, или любой другой теплообменный аппарат, использующий иной, чем в системе отопления, теплоноситель.

Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков:

1. По взаимному расположению основных элементов системы отопления подразделяется на центральные и местные.

Центральные системы отопления предназначены для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор (котельная, ТЭЦ). В таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых 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. Центральными могут быть системы водяного, парового и воздушного отопления. Примером центральной системы отопления может служить система водяного отопления здания с собственной (местной) котельной.

Местными системами отопления называют такой вод отопления, при котором все три основных элемента конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении. Примером местной системы отопления является отопительная печь, имеющая теплогенератор (топливник), теплопроводы (газоходы внутри печи) и отопительные приборы (стенка печи). Кроме того, к местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, а также воздушно-отопительными агрегатами.

2. По виду теплоносителя, передающего теплоту отопительным приборами в помещения, центральные системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные.

3. По способу циркуляции теплоносителя центральные и местные 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. Центральные паровые системы имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара.

4. По параметрам теплоносителя центральные водяные и паровые системы подразделяются на водяные низкотемпературные с водой, нагретой до 100°С и высокотемпературные с температурой воды более 100°С; на паровые системы низкого (p=0,1-0,17 МПа), высокого (р=0.17-0.3 МПа) давления и вакуум-паровые с давлением р

Наиболее широко в системах отопления используют воду, водяной пар и воздух, поскольку эти теплоносители в наибольшей степени отвечают перечисленным требованиям. Основные свойства каждого из теплоносителей, которые оказывают влияние на конструкцию и действие системы отопления:

свойства воды — высокая теплоемкость и большая плотность, несжимаемость; расширение при нагревании с уменьшением плотности, повышение температуры кипения при увеличении давления, выделение абсорбированных газов при повышении температуры и понижении давления;

свойства пара — малая плотность, высокая подвижность, высока энтальпия за счет скрытой теплоты фазового превращения, повышение температуры и плотности с возрастанием давления;

свойства воздуха — низкая теплоемкость и плотность, высокая подвижность, уменьшение плотности при нагревании.

Один из важнейших технико-экономических показателей систем отопления — масса металла, расходуемого на изготовление основных элементов при том или ином теплоносителе. Масса металла зависит от вида используемого теплоносителя. На отопительные приборы и теплообменники водяных систем отопления расходуется больше металла, чем на калориферы. Однако за счет низкой удельной теплоемкости и плотности воздуха по сравнению с водой расход металла на воздуховоды в несколько раз превышает расход металла на трубы в водяных системах отопления.

Использование паровых систем отопления позволяет уменьшить расход металла на отопительные приборы по сравнению с водяными системами, что объясняется большой величиной скрытой теплоты фазового превращения (2120кДж/кг), и более высоким коэффициентом теплоотдачи от пара к внутренней поверхности отопительного прибора, чем от воды к стенке, а также большей разностью температур в отопительном приборе паровой системы (150-20)°С, чем водяной [(150+70)×0.5-20]°С.

По санитарно-гигиеническим требованиям в помещениях необходимо поддерживать определенную температуру, величина которой зависит от назначения помещения. Выполнение этого требования лучше всего обеспечивается воздушными системами отопления, т.к. воздух является малотеплоемким теплоносителем.

В водяных системах средняя температура поверхности отопительных приборов не превышает 80°С, когда начинается интенсивное разложение и сухая возгонка органической пыли. В паровых системах температура поверхности отопительных приборов в большинстве случаев превышает гигиенический предел вследствие высокой температуры пара, Центральные системы отопления очень гигиеничны, поскольку в них возможна очистка нагреваемого воздуха от пыли.

Системы водяного отопления получили наиболее широкое применение в гражданских и промышленных зданиях. Радиус действия водяных систем по вертикали ограничен величиной допустимого гидростатического давления (0.6 МПа — для большинства систем с радиаторами в качестве отопительных приборов и 1 МПа — для систем с конвекторами).

Водяные системы отопления не следует применять для тех помещений, в которых недопустимы колебания температуры, что характерно для водяных систем вследствие их тепловой инерционности.

Паровые системы отопления допускаются в промышленных и ряде общественных зданий (при наличии пара для общественных нужд) при кратковременном (непостоянном) пребывании людей.

Область применения паровых систем отопления ограничивается, прежде всего, несоответствием их санитарно-гигиеническим требованиям (высокая температура на поверхности отопительных приборов и труб), а также пониженными акустическими показателями (шум, удары в системе). Следует принимать во внимание и недолговечность паровых систем отопления (срок службы паропроводов 10 лет, конденсатопроводов — 4 года).

Благодаря возможности сочетания отопления и вентиляции воздушное отопление получило широкое распространение в производственных зданиях с выделением вредностей и влаги. Целесообразно использовать воздушное отопление также в качестве дежурного и периодического отопления производственных и общественных зданий или в виде местных систем с высокотемпературным первичным теплоносителем для отопления помещений большого объема производственного назначения. К причинам ограничения области применения воздушного отопления относятся невысокая надежность из-за возможного нарушения распределения воздуха по помещениям (недолговечность стальных и недостаточная герметичность кирпичных воздуховодов), а также небольшой радиус действия из-за большого понижения температуры воздуха по длине вследствие малой его плотности.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет