Центральное отопление и централизованное теплоснабжение

Несколько сотен лет назад возможность организовать центральное отопление было бы оценена как небывалая по комфорту инновация. Сейчас трудно представить себе все неудобства, связанные с необходимостью растапливать дровяные и угольные очаги в каждой комнате для того, чтобы содержать большие здания тёплыми.

История и эволюция

Самой древней системой отопления был очаг с открытым огнём. Такой источник тепла вместе с каминами, печами и современными инфракрасными обогревателями относится к устройствам прямого нагрева, так как преобразование энергии происходит непосредственно на отапливаемом участке.

До древних греков и римлян большинство культур полагались именно на местные системы обогрева. Дымоходы, первоначально представлявшие собой простое отверстие в трубе, эволюционировали в дымовые трубы. Это позволило создать к XIII веку камин — одно из самых совершенных отопительных приспособлений с использованием открытого огня. Первые замкнутые печи около 600 лет до н.э. заменили собой очаги в Китае и оттуда распространились по России и в Северную Европу.

Центральное отопление было изобретено ещё в Древней Греции, а древние римляне создали гипокаусты — самые масштабные и совершенные теплотехнические сооружения античности.

Суть подобных систем отопления заключалась в устройстве полов с воздушными каналами, через которые направляли горячие газы от печи, расположенной за пределами обогреваемых помещений. Гипокаусты исчезли вместе с Римской Империей, и системы центрального отопления были забыты на полторы тысячи лет.

Ниже представлено занимательное видео о том, как подают центральное отопление в наше время:

К ним вернулись снова в начале XIX века, когда промышленная революция потребовала больших зданий для производств, а последующая урбанизация вызвала небывалый спрос на многоэтажные жилые и административные здания. Хронологическая шкала, иллюстрирующая эволюцию внутренних систем обогрева, выглядит так:

1. 1900000 л назад — начало использования людьми огня.
2. 23000 л назад— первое доказанное использование угля в качестве топлива.
3. 7500-5700 л до н. э. — появление открытых очагов в домах.
4. 2500 л до н. э. — в античной Греции появляются первые сооружения с дымоходами в грунте.
5. I век до н. э. — усовершенствование древнегреческих систем обогрева до гипокаустов.
6. 400-е гг. — вместе с падением Римской империи вернулись более примитивные способы отопления.
7. 1400-1500 гг. — распространение в Европе кирпичной кладки дымоходов.
8. 1741 г. — Бенджамин Франклин представил печь, значительно превышавшую по эффективности существующие до этого.
9. 1855 г. — российский предприниматель Сан-Галли изобрёл радиатор отопления.
10. 1919 г. — Элис Паркер патентует первую систему централизованного отопления.
11. Конец 1940-х гг.— Роберт С. Уэббер создаёт геотермальный тепловой насос прямого обмена.
12. 2000-е гг. — продвижение интеллектуальных технологий, позволяющих домовладельцам регулировать тепло удалённо с помощью электронных устройств.

Уголь с древних времен был основным источником тепла

Современные системы

Центральное отопление отличается от местного нагрева тем, что генерация тепла происходит в отдельном помещении или здании, а затем вместе с теплоносителем подаётся к точкам обогрева. Сейчас такие системы стали обычным явлением. И хотя сама инсталляция является одной из самых дорогих, при правильном использовании это весьма экономичный способ отопления с высоким тепловым комфортом. По масштабам и задачам можно выделить три вида систем:

1. Индивидуальное отопление. Служит для одного собственника в отдельно стоящем здании или для локального обогрева небольшого количества помещений.
2. Коллективное отопление. Обслуживает несколько пользователей, расположенных, как правило, в одном здании.
3. Централизованное теплоснабжение. В этом случае котёл или группа котлов обеспечивает тепловую энергию для нескольких зданий или даже целых кварталов, населённых пунктов или районов.

Полезная информация о процедуре перехода на индивидуальное отопление:

Виды по теплоносителю

С конца XVIII века до начала XIX были разработаны и внедрены три основных метода передачи тепла от источника к потребителям, которые, непрерывно совершенствуясь, успешно применяются сейчас в качестве основных. Их смело можно назвать классическими.

Паровое отопление

Впервые было предложено в 1745 г. Уильямом Куком, а в 1784 г. Джеймс Уатт оборудовал такой системой свой дом.

Дальнейшее развитие состоялось после начала производства радиаторов. Суть его в том, что при конденсации водяного пара выделяется большое количество тепла. Котёл генерирует пар, подаваемый по линиям питания к радиаторам, в которых и происходит конденсация. Вода (конденсат) самотёком или при помощи насосов возвращается в котёл.

Сам по себе пар — хороший и эффективный теплоноситель. Но поскольку системы нуждаются в специфическом оборудовании и выполнении строгих требований при установке, их популярность невелика. В основном паровое отопление используют при высоких рисках замерзания водных систем или когда его применение оправдано наличием уже готового производства пара (прачечные, некоторые фабрики и заводы).

Установка систем парового отопления требует соблюдения строгих правил

Водяное циркуляционное

Наиболее распространённый тип. Температура циркулирующего теплоносителя в трубах — до 100°C (фактически 50-80°C). Нередко интегрируются с горячим водоснабжением. Первые системы были реализованы Петром 1 в России для обогрева Летнего Дворца. Принцип работы таков: котёл (или теплообменник) нагревает воду в системе, с помощью циркуляционного насоса распределяет её на радиаторы, в которых теплоноситель высвобождает тепло. Упрощённо системы водяного отопления представляют собой замкнутый контур, в котором, последовательно нагреваясь и охлаждаясь, циркулирует вода.

Во многих странах густонаселённые районы получают централизованное теплоснабжение на основе горячей воды. В этом случае циркулирующая вода может отбирать избыток тепла у крупных промышленных объектов — тепловых электростанций, установок для сжигания, химических и коксохимических заводов. Как правило, при такой схеме теплоснабжения потребители не имеют резервных способов обогрева зданий в связи с ожидаемо высокой доступностью тепла от систем центральногородского отопления.

Во многих странах наиболее распространен водяной тип отопления

Нагретым воздухом

Принудительное воздушное отопление использует воздух в качестве среды для теплопередачи. Основа этого способа — системы из воздуховодов, вентиляционных отверстий, клапанов, нагнетателей. Разница с обогревом при помощи кондиционеров заключается в том, что воздух забирается через обратные каналы и возвращается к центру его обработки для последующего нагрева. Основное различие между типами центрального воздушного отопления заключается в том, каким образом нагревается воздух. Но независимо от вида нагревательного оборудования, любая система состоит из следующих компонентов:

• воздушного фильтра;
• вентилятора;
• теплообменника;
• распределительных каналов;
• элементов управления.

Принудительное воздушное отопление чаще встречается в Северной Америке. В России и странах Европы традиционным считается центральное отопление циркулирующей горячей водой.

Источники тепла

Применение того или иного первичного источника тепла обусловлено балансом затрат, удобства и эффективности, зависит от климата и доступности того или иного видов топлива. Стоимость энергии для отопления — один из основных расходов на эксплуатацию зданий в холодном климате. Некоторые отопительные установки имеют возможность смены видов топлива для экономии или из резервных соображений.

Одни из основных составляющих системы центрального теплоснабжения – трубы отопления

Печи с принудительным теплообменом

Большинство североамериканских домохозяйств использует печи для организации центрального отопления способом принудительного распределения тёплого воздуха. Внутри печи (газовой, на жидком или твёрдом топливе) пламя нагревает металлический теплообменник и передаёт тепло воздуху в нём. Последний выталкивается из теплообменника с помощью вентилятора, а затем нагнетается в помещения через подпотолочные воздуховоды.

Современные печи оснащаются оборудованием для рекуперации горячих сгоревших газов из дымохода путём возвращения их с помощью вентилятора в теплообменник. Это позволяет экономить до 30% топлива. Существуют также конденсационные печи, возвращающие бо́льшую часть тепла из несгоревших газов способом охлаждения паров воды до их конденсации.

Котельное оборудование

Котлов в системах центподготовленная вода. Распределительная система устраивается таким образом, чтобы нагретая жидкость проходила через линию радиаторов отопления, отдавая в них тепло, а затем, уже охлаждённой, стекала обратно в котёл. Как и в случае с печами, конденсационное и рекуперационное оборудование заметно повышает эффективность котлов.

Котельная – важнейший элемент системы центрального теплоснабжения

Тепловые насосы

Принципиально представляют собой двусторонние кондиционеры. В летнее время они работают, перемещая тепло из помещения в атмосферу, а в зимнее — наоборот. Есть два распространённых вида тепловых насосов: воздушные и геотермальные. Последние более эффективны — получают тепло из грунта, где даже на небольших глубинах температура более или менее постоянна в течение года.

Поскольку электричество в тепловых насосах используется для перемещения тепла, а не его генерации, эти устройства потребляют значительно меньше энергии, чем способны доставить. Полученное тепло распределяется от централизованного источника чаще всего по вентиляционным каналам вместе с нагретым воздухом. Подобные системы отопления актуальны для регионов с мягким климатом и незаменимы как нейтрально воздействующие на природу.

Тепловые насосы помогают доставлять тепло в отдаленные точки системы отопления

Текущее начало XXI века можно охарактеризовать как эпоху зелёных технологий и рационализации существующих ресурсов.

В этом смысле централизованное отопление по-прежнему актуально. Оно может предложить более безвредные для окружающей среды решения: гидротермальные системы, солнечные тепловые станции, экологически чистые комплексы газификации углеводородов.

Познавательная информация об устройте системы теплоснабжения изнутри представлена в видео:

Обеспечение теплом многоквартирных домов: централизованная система отопления

Опубликовано 14 декабря 2014 в 1:58

Как известно, обеспечение теплом значительной доли жилого фонда осуществляется централизованно. И, не смотря на то, что в последние годы появляются и внедряются более современные схемы теплоснабжения, центральное отопление остается востребованным, если не у собственников, то у застройщиков многоквартирного жилья. Однако следует отметить, что многолетний зарубежный и отечественный опыт использования такого варианта обогрева доказал его эффективность и право на существование в дальнейшем при условии безотказной и качественной работы всех элементов.

Отличительным признаком такой схемы является выработка тепла за пределами обогреваемых зданий, доставка которого от источника тепла осуществляется посредством трубопроводов. Другими словами, централизованное отопление – сложная инженерная система, распределенная по значительной площади, обеспечивающая теплом одновременно большое количество объектов.

Структура системы центрального отопления

Основными структурными элементами системы центрального отопления являются:

Источник тепловой энергии, в качестве которого могут выступать крупные котельные или теплоэнергоцентрали (ТЭЦ); в них осуществляется нагрев теплоносителя за счет использования какого-либо вида источника энергии.
При этом в котельных для передачи тепловой энергии до потребителей используется вода, тогда, как в ТЭЦ она сначала нагревается до состояния пара, имеющего более высокие энергетические показатели и направляющегося в паровые турбины для выработки электроэнергии. И уже отработанный пар используется для нагрева той воды, которая поступает в систему отопления многоквартирного дома.

Одна теплоэнергоцентраль способна заменить несколько котельных, в результате чего не только снижаются расходы на строительство и высвобождаются значительные площади, но и значительно улучшается общая экологическая обстановка.

Необходимо отметить, что крупные централизованные схемы теплоснабжения имеют, как правило, несколько источников теплоты, связанные резервными магистралями и обеспечивающие надежность и маневренность их функционирования.



Рисунок 1 – Общая схема центрального отопления

Классификация систем централизованного отопления

Существующее на сегодня многообразие схем организации центрального отопления позволяет произвести их ранжирование по некоторым классификационным признакам.

По режиму потребления тепловой энергии

• сезонные, обеспечение теплом требуется только в холодный период года;
• круглогодичные, нуждающиеся в постоянном теплоснабжении.

По виду используемого теплоносителя

• водяные – это самый распространенный вариант отопления, используемый для обогрева многоквартирного дома; такие системы просты в эксплуатации, позволяют транспортировать теплоноситель на большие расстояния без ухудшения качественных показателей и регулировать температуру на централизованном уровне, а также характеризуются хорошими санитарно-гигиеническими качествами.
• воздушные – эти системы позволяют осуществлять не только отопление, но и вентиляцию зданий; однако вследствие высокой стоимости такая схема не находит широкого применения;



Рисунок 2 – Воздушная схема отопления и вентиляции зданий

• паровые – считаются самыми экономичными, т.к. для отопления дома используются трубы небольшого диаметра, а гидростатическое давление в системе мало, что облегчает ее эксплуатацию. Но такая схема теплоснабжения рекомендуется для тех объектов, которым помимо тепла требуется и водяной пар (в основном это промышленные предприятия).

По способу подключения отопительной системы к теплоснабжающей

• независимые, в которых циркулирующий по теплосетям теплоноситель (вода или пар) нагревает в теплообменнике подаваемый в систему отопления теплоноситель (воду);



Рисунок 3 – Независимая система централизованного отопления

• зависимые, в которых нагретый в теплогенераторе теплоноситель подается непосредственно к потребителям тепла по сетям (см. рисунок 1).

По способу присоединения к системе теплоснабжения горячего водоснабжения

• открытые, горячая вода забирается непосредственно из теплосети;



Рисунок 4 – Открытая система отопления

• закрытые, в таких системах забор воды предусмотрен из общего водопровода, а ее нагрев осуществляется в сетевом теплообменнике централи.



Рисунок 5 – Закрытая система центрального отопления

Устройство централизованной системы отопления и принцип работы ее узлов в многоквартирном доме

Понятно, что для обеспечения теплом многоквартирного дома его нужно подключить к теплосети, идущей от котельной или ТЭЦ. Для этих целей в ведущих к зданию трубах устанавливают входные задвижки, от которых запитан один или два тепловых узла.

После задвижек, как правило, устанавливаются грязевики, предназначенные для осаждения образующихся в трубопроводе при длительном контакте с горячей водой окислов и солей металлов. К слову, эти устройства позволяют продлить срок безремонтной работы системы отопления.

Далее в домовом контуре расположены врезки горячего водоснабжения: одна на подаче, вторая на обратке. Как известно, центральное отопление функционирует на перегретой воде (температура теплоносителя с ТЭЦ составляет 130-150 0С, а чтобы жидкость не превращалась в пар, в системе создается давление 6-10 кгс). Поэтому в холодный период года ГВС подключается с обратки, где температура воды не превышает обычно 70 0С. В летний период, когда температура теплоносителя в теплосети относительно низкая, горячее водоснабжение подключается с подачи.

После задвижек ГВС находится самый главный узел системы – элеватор отопления, основное предназначение которого заключается в охлаждении перегретой (поступающей с ТЭЦ) воды до нормативных показателей, необходимых для подачи непосредственно к отопительным приборам многоквартирного дома.

Это устройство состоит из стального корпуса, в котором расположено сопло, из которого поступающая с теплоэнергоцентрали вода выходит с пониженным давлением и высокой скоростью. В результате этого создается разрежение, вызывающее подсос теплоносителя из обратки в элеватор, где и происходит смешивание воды, т.е. изменение ее температуры.



Рисунок 6 – Устройство элеватора отопления

Следует отметить, что регулирование системы отопления, т.е. определение реального перепада температур в ней, а также уровня нагрева рабочей водяной смеси и, соответственно, отопительных приборов, осуществляется изменением диаметра сопла элеватора.

За элеватором обычно расположены задвижки на отопление подъездов или многоквартирного дома в целом.

Домовые задвижки позволяют подключать и отсекать отопительный контур здания от теплоцентрали: зимой они открыты, летом перекрываются.

Далее центральное отопление предусматривает монтаж так называемых сбросов, представляющих собой вентили для перепускания или осушения системы. Иногда их соединяют с трубопроводом холодного водоснабжения с целью заполнения радиаторов водой в летний период.

В последние годы в соответствии с требованиями по обязательной установке приборов учета, на вводе в подъезды или дом устанавливаются теплосчетчики.



Рисунок 7 – Схема устройства теплового узла центральной системы отопления

Стояки и розливы централизованной системы отопления

Схема организации циркуляции воды в системе многоквартирного дома представляет собой, как правило, однотрубный вариант подачи теплоносителя с верхним или нижним розливом. При этом трубы подачи и обратки могут разводиться либо обе в подвале, либо подача на чердаке или техэтаже, а обратка в подвале.

Стояки, в свою очередь, бывают с:

• попутным движением теплоносителя;
• движением воды верху вниз;
• встречным движением снизу вверх.

При использовании схемы с нижним розливом каждая пара стояков соединяется посредством перемычек, которая может располагаться либо в квартирах на последнем этаже, либо на чердаке. При этом в верхней точке перемычки обязательно должен быть смонтирован воздухоотводчик (воздушник).

Кран Маевского — самый простейший по конструкции, но отказоустойчивый воздушник.

Основным недостатком этого варианта является завоздушивание системы после каждого сброса воды, что требует стравления воздуха из каждой перемычки.



Рисунок 8 – Возможные схемы центральной системы отопления с нижним розливом

Система отопления с верхним розливом предусматривает установку на техэтаже многоэтажного дома расширительного бака с вентилем-воздухоотводчиком, а также отдельные вентили, позволяющие отсекать каждый стояк.

Правильный уклон при прокладке розлива обеспечивает при открытии воздушников полный слив воды из системы за очень короткое время. Но такой вариант имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании.

1. Температура отопительных приборов уменьшается по мере движения теплоносителя вниз. Понятно, что на нижних этажах она будет значительно ниже, чем на верхних, что обычно компенсируется увеличением количества секций радиаторов или площади конвекторов.
2. Процесс запуска отопления довольно прост. Для этого требуется заполнить систему, открыть имеющиеся домовые задвижки и на короткое время воздушник на расширительном баке. После этого центральное отопление и вся система начинают функционировать в полной мере.
3. Сброс теплоносителя из конкретного стояка, наоборот, имеет некоторые сложности. Для этого требуется сначала найти и перекрыть нужный стояк на техэтаже многоэтажного дома, затем найти и отключить его вентиль в подвале, и только после этого можно будет открыть сбросник.



Рисунок 9 – Схема однотрубной системы отопления с верхним розливом

Достоинства и недостатки центральной системы отопления

Центральная система отопления имеет следующие достоинства:

• возможность использования недорогих видов топлива;
• надежность, обеспеченная регулярным контролем работоспособности и технического состояния со стороны специальных служб;
• применение экологичного оборудования;
• простота в эксплуатации.

Среди недостатков такой схемы обогрева многоквартирного дома следует отметить:

• система функционирует по строгому сезонному графику;
• невозможность индивидуального регулирования температуры приборов отопления;
• частые перепады давления в системе;
• значительные теплопотери в процессе транспортировки и отопления в многоквартирном доме;
• высокую стоимость оборудования и его монтажа.
Читайте также:  Схема монтажа разводки водоснабжения