2.5 Системы отопления
Системы отопления представляют собой комплекс элементов, необходимых для обогрева помещений в холодный период года. Основными элементами систем отопления являются источники тепла, теплопроводы, нагревательные приборы (радиаторы). Теплоносителями могут быть нагретая вода, пар или воздух.
Системы отопления подразделяют на местные и центральные.
К местным относится печное и воздушное отопление, а также отопление местными газовыми и электрическими устройствами. Местное отопление применяется, как правило, в жилых и бытовых помещениях, а также в небольших производственных помещениях малых предприятий.
К системам центрального отопления относятся: водяное, паровое, панельное, воздушное, комбинированное.
Водяная и паровая системы отопления в зависимости от давления пара или температуры воды могут быть низкого давления (давление пара до 70 кПа или температура воды до 100 °С) и высокого давления (давление пара больше 70 кПа или температура воды более 100 °С).
Водяное отопление низкого давления отвечает основным санитарно-гигиеническим требованиям и поэтому широко используется на многих предприятиях различных отраслей промышленности. Основные преимущества этой системы: равномерность нагрева ломещения; возможность центра-лизованного регулирования температуры теплоносителя (воды); отсутствие запаха гари, при оседании пыли на радиаторы; поддержание относительной влажности воздуха на соответствующем уровне (воздух не пересушивается); исключение ожогов от нагревательных приборов; пожарная безопасность.
Основной недостаток системы водяного отопления — возможность ее замерзания при отключении в зимний период, а также медленный нагрев больших помещений после длительного перерыва в отоплении.
Паровое отопление имеет ряд санитарно-гигиенических недостатков. В частности, вследствие перегрева воздуха снижается его относительная влажность, а органическая пыль, оседавшая на нагревательных приборах, подгорает, вызывая запах гари. Кроме того, существует опасность пожаров и ожогов. Учитывая вышеуказанные недостатки не допускается применение парового отопления в пожароопасных помещениях и помещениях со значительным выделением органической пыли.
С экономической точки зрения систему парового отопления эффективно устанавливать на больших предприятиях, где одна котельная обеспечивает необходимый нагрев помещений всех корпусов и зданий.
Панельное отопление целесообразно применять в административно-бытовых помещениях. Оно действует благодаря отдаче тепла строительными конструкциями, в которых вмонтированы специальные нагревательные приборы (трубы, по которым циркулирует вода) или электронагревательные элементы. Преимуществами этой системы отопления являются: равномерный нагрев и постоянство температуры и влажности воздуха в помещении; экономия производственной площади за счет отсутствия нагревательных приборов; возможность использования в летний период для охлаждения помещений, пропуская холодную воду через систему. Основные недостатки: относительно высокие первоначальные расходы на устройство и трудность ремонта при эксплуатации.
Воздушное отопление может быть центральным (с подачей нагретого воздуха от единого источника тепла) и местным (с подачей теплого воздуха от местных нагревательных приборов). Основные преимущества этой системы отопления: быстрый тепловой эффект в помещении при включении системы; отсутствие в помещении нагревательных приборов; возможность использования в летний период для охлаждения и вентиляции помещений; экономичность, особенно, если это отопление совмещено с общеобменной вентиляцией.
При выборе системы отопления предприятий необходимо учитывать санитарно-гигиенические, производственные, эксплуатационные и экономические факторы. Необходимо отметить, что достаточно эффективной считается комбинированная система отопления (центральное воздушное отопление, совмещенное с общеобменной вентиляцией и водяное низкого давления).
Отопление и его роль в создании нормального теплообмена
В производственных и других помещениях необходимо создать такие условия, при которых устанавливается нормальный теплообмен между организмом человека и окружающей средой. Это достигается устройством отопления, а в отдельных случаях дополнительной вентиляции, например воздушного душирования, воздушных тепловых завес и кондиционирования воздуха.
Отопление производственных, вспомогательных, коммунальных, общественных и жилых помещений можно подразделить по радиусу их действия на следующие системы: местные, центральные и районные.
Местной системой отопления называется печное отопление без искусственной передачи тепла на расстояние (огневые, газовые и электрические печи). Местное печное отопление с использованием в качестве топлива дров, торфа и угля широко применяется в сельской и лесной местности. Следует помнить, что печи, предназначенные для дровяного отопления, нельзя топить углем и торфом. Для перевода печей с дровяного отопления на угольное или торфяное топливники выкладывают огнеупорным кирпичом.
Центральной системой отопления называется отопление, обслуживающее от одного генератора (центра) тепловой энергии одно или несколько зданий в целом путем передачи тепла по трубопроводам с помощью теплоносителя.
По виду теплоносителя различают системы водяного, парового и воздушного отопления. Системы водяного отопления (рис. 3, а) подразделяются на системы с нормально нагретой водой —до 100 °С (70—95 °С), с перегретой водой — выше 100 °С, совмещенное — водяное + воздушное отопление. Системы парового отопления в зависимости от давления могут быть низкого давления — до 68,6 КПа и высокого — более 68,6 кПа.
Паровое отопление высокого давления осуществляется по разомкнутой схеме, т. е. с перекачкой конденсата, а не с самотечным возвратом его в котлы. В системах парового отопления (рис. 3,б) перемещение пара происходит вследствие разности давлений при выходе пара из котла и перед нагревательным прибором. По виду передачи тепла от нагревательных приборов воздуху отапливаемых помещений системы отопления подразделяются на конвекционные, лучистые и смешанные (конвекционно-лучистые). Смешанные системы получили широкое распространение, так как в них переход тепла от поверхности нагревательных приборов к отапливаемому помещению осуществляется одновременно с конвекцией и теплоизлучением.
Рис. 3. Система отопления:
а — центральное водяное отопление: 1 — котел; 2 — главный горячий стояк; 3 — сливная труба; 4 — расширительный сосуд; 5 — водяная магистраль; 6 — горячие стояки; 7 — вентили; 8 — приборы отопления; 9 — стояки охлажденной воды; 10 — обратная магистраль; 11 — центральный водопровод; 12 — канализация; 13 — воздухосборник; 14 — насос;
б — центральное паровое отопление: 1 — паровой котел; 2 — главный паровой стояк; 3—паровая магистраль; 4—паровые стояки; 5 — паровые вентили; 6 — нагревательные приборы; 7 — конденсационные стояки; 8 — конденсационная магистраль; 9 — конденсационный горшок; 10 — сливной бак; 11 — насос; 12 — обратный клапан; 13 — канализация; 14 — центральный водопровод
Воздушные системы отопления могут быть с огневыми, паровыми, водяными и электрическими воздухоподогревателями (калориферами), совмещаемыми обычно с приточными системами вентиляции зданий.
ВОПРОСЫ для САМОПРОВЕРКИ
1. Что понимают под тепловым балансом в результате жизнедеятельности организма и каковы причины его нарушения?
2. Что понимается под метеорологическими условиями в производственных помещениях, на основании чего они нормируются?
3. Как предупредить переохлаждение и перегрев организма при работе на открытой производственной площадке и в помещении?
4. Какое значение имеет отопление в создании нормального теплообмена?
Охрана труда и БЖД
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Отопление производственных помещений
Отопление предназначено для поддержания нормируемой температуры воздуха в производственных помещениях в холодное время года. Кроме того, оно способствует лучшей сохранности зданий и оборудования, так как одновременно позволяет регулировать и влажность воздуха. С этой целью сооружают различные системы отопления.
В холодный и переходный периоды года следует отапливать все здания и сооружения, в которых время пребывания людей превышает 2 ч, а также помещения, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям. Это требование не распространяется на помещения, где работа по условиям труда приравнивается к работе вне зданий или постоянное пребывание людей необязательно (например, склады, кладовые и т, п.). В последней ситуации следует предусмотреть специальные устройства на рабочих местах или дополнительные помещения для обогревания работающих.
В нерабочее время в отапливаемых помещениях зданий и сооружений различного назначения в холодный и переходный периоды года должна поддерживаться температура 5 °С, если это необходимо и допустимо по условиям производства. В данном случае мощность системы отопления должна быть достаточной для восстановления нормального температурного режима в помещениях к началу рабочего времени.
К системам отопления предъявляют следующие санитарно-гигиенические требования: равномерный прогрев воздуха помещений; возможность регулирования количества выделяемой теплоты и совмещения процессов отопления и вентиляции; отсутствие загрязнения воздуха помещений вредными выделениями и неприятными запахами; пожаро- и взрывобезопасность; удобство в эксплуатации и ремонте.
Отопление производственных помещений по радиусу действия бывает местное и центральное.
Местное отопление устраивают в одном или нескольких смежных помещениях площадью менее 500 м2. В системах такого отопления генератор теплоты, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве.
Воздух в этих системах чаще всего нагревается за счет использования теплоты сгорающего в печах топлива (дров, угля, торфа и т. д.). Значительно реже в качестве своеобразных отопительных приборов применяются полы или стеновые панели со встроенными электронагревательными элементами, а иногда — электрорадиаторы. Существуют также воздушные (основной элемент — калорифер) и газовые (при сжигании газа в отопительных приборах) системы местного отопления.
Центральное отопление по виду используемого теплоносителя может быть водяное (рис. 18.1), паровое (рис. 18.2), воздушное и комбинированное. Системы центрального отопления включают в себя генератор теплоты, нагревательные приборы, средства передачи теплоносителя (трубопроводы) и средства обеспечения работоспособности (запорная арматура, предохранительные клапаны, манометры и пр.). Как правило, в таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений.
Системы отопления должны компенсировать теплопотери через строительные ограждения, расход теплоты на нагрев нагнетаемого холодного воздуха, поступающих извне сырья, машин, оборудования и на технологические нужды.
При отсутствии точных данных о строительном материале ограждений, толщине слоев материалов ограждающих конструкций и вследствие этого невозможности определения термического сопротивления стен, потолков, полов, окон и прочих элементов расход теплоты приближенно определяют с помощью удельных характеристик.
Расход теплоты через наружные ограждения зданий, кВт,
где qo — удельная отопительная характеристика здания, представляющая собой поток теплоты, теряемой 1 м3 объема здания по наружному обмеру в единицу времени при разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1 К, Вт/(м3· К): в зависимости от объема и назначения здания д0 = 0,105. 0,7 Вт/(м3·К); VH — объем здания без подвальной части по наружному обмеру, м3; Tв —средняя расчетная температура внутреннего воздуха основных помещений здания, К; Тн — расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования систем отопления.
Расход теплоты на вентиляцию производственных зданий, кВт,
где qв — удельная вентиляционная характеристика, т. е. расход теплоты на вентиляцию 1 м3 здания при разности внутренней и наружной температур в 1 К, Вт/ (м3 · К): в зависимости от объема и назначения здания Tв = 0,17. 1,396 Вт/(м3 ·К); TH.B — расчетное значение температуры наружного воздуха для проектирования систем вентиляции, К: для Волгограда 259 К, Вятки 254 К, Москвы 258 К, Санкт-Петербурга 261 К, Ульяновска 255 К, Челябинска 252 К.
Количество теплоты, потребляемой на технологические нужды, определяют через расход горячей воды или пара.
Тепловая мощность котельной установки Рк с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной и потерь в теплосетях принимается на 10. 15 % больше суммарного расхода теплоты:
PK=(1,1. 1,15)(Qo+Qв+ Qм + Qт).
По полученному значению Рк подбирают тип и марку котла. Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты с одинаковой тепловой мощностью. Число стальных агрегатов должно быть не менее двух и не более четырех, чугунных — не более шести. Следует учитывать, что при выходе из строя одного котла оставшиеся должны обеспечить не менее 75. 80 % расчетной тепловой мощности котельной установки.
Для непосредственного обогрева помещений применяют нагревательные приборы различных видов и конструкций: радиаторы, чугунные ребристые трубы, конвекторы и пр.
По известному значению F находят требуемое число секций нагревательных приборов:
где f —площадь одной секции нагревательного прибора, м2, зависящая от его типа: 0,254 у радиаторов М-140; 0,299 у М-140-АО; 0,64 у МЗ-500-1; 0,73 у конвектора плинтусного типа 15КП-1; 1 у чугунной ребристой трубы диаметром 500мм.
Бесперебойная работа котлов возможна только при достаточном запасе топлива для них. Кроме того, зная требуемое количество альтернативных топливных материалов, можно с помощью экономических показателей определить оптимальный вид топлива.
Потребность в топливе, кг, на отопительный период года ориентировочно можно рассчитать по формуле
где kз= 1,1. 1,2— коэффициент запаса на неучтенные потери теплоты; g— годовой расход условного топлива на повышение температуры 1 м3 воздуха отапливаемого здания на 1 К, кг/(м3·К): 0,32 для здания с Кн 10000м3. Условным принято считать топливо, теплота сгорания 1 кг которого равна 29,3 МДж, или 7000 ккал. Для перевода условного топлива в натуральное применяют поправочные коэффициенты: для антрацита 0,97, бурого угля 2,33, дров среднего качества 5,32, мазута 0,7, торфа 2,6.
Полезная информация: Аппараты для удаления воздуха. Паровые наносы и эжекторы от производителя.
Охрана труда и БЖД
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Оздоровление воздушной среды. Отопление
Целью отопления помещений является поддержание в них в холодное время года заданной температуры воздуха.
Система отойления должна компенсировать потери тепла Qп через строительные ограждения Qогр, а также на нагрев проникающего в помещение холодного воздуха Qв, поступающих материалов и транспорта Qм. Эти потери можно определить по формуле
Из этих составляющих основными являются потери тепла (ккал/ч) через строительные ограждающие конструкции (стены, потолки, окна и т. д.), определяемые но формуле
где k — коэффициент теплопередачи конструкции, ккал/м2*ч*град; F — поверхность ограждения, м2; tвн — температура воздуха в помещении; tнар — расчетная температура наружного воздуха, принимаемая в зависимости от местонахождения предприятия, например, для Москвы tнар= — 26° С.
Расчет потерь по формуле (5) ведут отдельно для каждой ограждающей конструкции, а затем полученные результаты суммируют.
Количество тепла, идущего на нагрев холодного воздуха, составляет обычно 20—30% потерь тепла Qогр; на нагрев поступающих, извне материалов, транспорта — 5—10%.
На основании данных расчета тепловых потерь и производственных выделений тепла составляют тепловые балансы производственного помещения и определяют мощности отопительных установок.
Отопление устраивается только в тех случаях, когда потери тепла превышают тепловыделения в помещении, т. е. Qп > Q. Если же Qп 
а — отопительный агрегат конструкции «Сантехдеталь»: б — отопительный агрегат АОП
В административно-бытовых помещениях находит применение панельное отопление, которое работает вследствие отдачи тепла от строительных конструкций, в которых проложены трубы с циркулирующим в них теплоносителем.
