Содержание

Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления
Лекция 3
Раздел 2. Системы отопления зданий
Теплоносители системы отопления.
Лекция 4
Тема 1. Классификация систем отопления
5 Классификация систем отопления

Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления

Лекция № 7

Отопление зданий. Общие сведения, классификация

План лекции

1. Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления

2. Системы водного отопления

3. Размещение элементов системы отопления в здании

Литература:

1. Погодина Л.В. «Инженерные сети, инженерная подготовка и оборудование территорий, зданий и стройплощадок». – М.: Дашков и К», 2006

Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления

Системой отопления называется совокупность конструктивных элементов со связями между ними, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемое помещение.

Каждая система отопления включает в себя три основных конструктивных элемента:

1) теплоисточник – элемент для получения теплоты;

2) теплопроводы – элементы для переноса теплоты;

3) отопительные приборы – элементы для передачи теплоты в помещение.

В качестве теплоисточника для системы отопления может служить отопительный котельный агрегат или теплообменный аппарат, передающий теплоту от первичного теплоносителя теплоносителю системы отопления. Перенос теплоты по теплопроводам осуществляется с помощью жидкой или газообразной рабочей среды. Жидкая (вода и другие жидкости) или газообразная (пар, воздух, газ) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

К системам отопления предъявляются разнообразные требования.

Все их условно можно разделить на пять групп:

– санитарно-гигиенические – обеспечение требуемых соответствующими строительными нормами и правилами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне;

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

– архитектурно-строительные – обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и конструктивным решениям здания, увязка размещения отопительных элементов со строительными конструкциями, хорошая сочетаемость с внутренней архитектурной отделкой помещения, минимальная площадь, занимаемая системой отопления;

– производственно-монтажные – обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров, сокращение трудовых затрат при монтаже;

– эксплуатационные – простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надежность, безопасность и бесшумность действия.

Наиболее важны санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования, которые обуславливаются необходимостью поддерживать заданную температуру в помещениях в течение отопительного сезона и всего срока службы системы.

По взаимному расположению основных элементов системы отопления бывают центральные (системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор; в таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам подается в помещения, через отопительные приборы теплота отдается, а теплоноситель возвращается в тепловой пункт) и местные (системы, в которых все три основных элемента конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении: печь, газовые и электрические приборы, воздушно-отопительные агрегаты);

По виду теплоносителя в системе отопления (вторичного теплоносителя) системы бывают водяные, паровые, воздушные и газовые.

Теплоносителем для системы отопления в принципе может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты, в том числе и автоматически.

Наиболее распространенные виды теплоносителя – вода, водяной пар, воздух, нагретые газы.

Вода представляет собой практически несжимаемую жидкую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения в зависимости от давления. Вода способна сорбировать и выделять газы при изменении температуры и давления. При использовании воды в качестве теплоносителя обеспечивается довольно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность движения в трубах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах; тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении. При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достигается быстрое прогревание приборов. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что не обеспечивает регулирования теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом.

Воздух является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площади поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое падение температуры по длине воздуховодов.

Нагретые газы образуются при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы для отопления в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности приборов.

Широкое распространение в зданиях любого назначения получили системы водяного отопления. Паровые системы чаще применяются в промышленных и ряде общественных зданий (при наличии пара на технические нужды) при кратковременном пребывании в них людей. Паровое отопление рекомендуется для дежурного отопления. Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, применяется в производственных зданиях с выделениями вредностей и влаги, а также для дежурного отопления.

Основным технико-экономическим показателем систем отопления является масса металла, расходуемого на изготовление основных элементов при том или ином теплоносителе, существенно влияющая на капитальные и эксплуатационные затраты в системе отопления. В этом отношении наиболее экономичными являются паровые системы отопления.

Однако из соображений санитарно-гигиенических требований эти системы являются менее приемлемыми из-за высокой температуры теплоотдающих поверхностей.

Лекция 3

Раздел 2. Системы отопления зданий

1. Общие сведения о системе отопления. Требования, предъявляемые к системе отопления. Теплоносители система отопления.

Система отопления это:

комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи тепла в обогреваемые помещения. Система отопления состоит из:

1. Генератора тепла (1).

2. Теплопроводов (2).

3. Отопительных (3).

Генератор тепла служит для получения теплоты и передачи ее теплоносителю.

Генераторами тепла могут служить:

1. Котельные установки на ТЭС, КЭС.

Теплопроводы– для транспортировки теплоносителя от генератора тепла к отопительным приборам. Теплопроводы системы отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки (лежаки) к приборам.

Отопительные приборы– служат для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемых помещений.

Основные требования, предъявляемые к системе отопления:

1. Санитарно-гигиенические– обеспечение СНиПами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне.

2. Экономические– обеспечение минимальных затрат на изготовление и эксплуатацию системы (возможность унифицирования узлов, деталей).

3. Строительные– обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и конструктивным решениям. Увязка размещения отопительных приборов со строительными конструкциями.

4. Монтажные– обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов, при минимальном количестве типоразмеров.

5. Эксплуатационные– простота и удобство обслуживания, управления, ремонта, надежность, безопасность, бесшумность действия.

6. Эстетические– минимальная площадь, сочетаемость с архитектурными решениями.

Все перечисленные требования важны, и их необходимо учитывать при выборе и проектировании системы отопления.

Но наиболее важными требованиями все же остаются санитарно-гигиенические требования.

Теплоносители системы отопления.

Теплоносителем для системы отопления может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты.

Наиболее широко в системе отопления используют: воду, водяной пар, воздух, отвечающие всем перечисленным требованиям.

Свойства теплоносителей (4,187 кДж/кг)

Вода– обладает высокой теплоемкостью, большой плотностью (950 кг/м 3 ), несжимаема, при нагревании расширяется сРt.

Пар– малая плотность, высокая подвижность, сРt.

Воздух-плотность и теплоемкость,подвижность.

Лекция 4

Тема 1. Классификация систем отопления

по месту размещения генератора тепла относительно отапливаемого помещения

по способу циркуляции теплоносителя

по виду теплоносителя

комбинированные паро-водяные, паро-воздушные

с естественной циркуляцией

с искусственной циркуляцией

Системы отопления различаются по трем основным классификационным признакам:

Центральныминазывают системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений (зданий) из одного теплового пункта, расположенного вне отапливаемых помещений (зданий) (котельная, ТЭЦ).

В таких системах теплота вырабатывается за пределами помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельное помещение здания.

Например: система отопления здания с собственной местной котельной.

Центральными могут быть:

система парового отопления;

система водяного отопления;

система воздушного отопления.

Местныминазывают такие системы отопления, где все три основных конструктивных элемента (генератор, теплопроводы, О.П.). Системы отопления объединены в одном устройстве, установленномнепосредственно в отапливаемом помещении.

Например: местная система отопления – отопительная печь, где теплогенератором является топка,

отопительная печь – стенки печи.

К местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, воздушно-отопительными агрегатами.

5 Классификация систем отопления

4.1. Классификация систем отопления

Системы отопления различаются по трем основным классификационным признакам:

Центральными называют системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений (зданий) из одного теплового пункта, расположенного вне отапливаемых помещений (зданий) (котельная, ТЭЦ).

Например: система отопления здания с собственной местной котельной.

Центральными могут быть:

· система парового отопления;

· система водяного отопления;

· система воздушного отопления.

Местными называют такие системы отопления, где все три основных конструктивных элемента (генератор, теплопроводы, О.П.). Системы отопления объединены в одном устройстве, установленном непосредственно в отапливаемом помещении.

Например: местная система отопления – отопительная печь, где теплогенератором является топка,

отопительная печь – стенки печи.

К местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, воздушно–отопительными агрегатами.

По способу циркуляции теплоносителя.

Система с естественной циркуляцией – циркуляция теплоносителя осуществляется за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя

кг/м 3

Система с искусственной циркуляцией – где циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи циркуляционных насосов.

Центральные паровые системы отопления имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара (т.е. насосов нет в паровых системах с искусственной циркуляцией).

По виду теплоносителя центральные на:

— водяные (для жилья, школ, домов отд., больниц и т.д.);

— паровые (для жилья, школ, домов отд., больниц, спортивных сооружений, бассейнов, залов);

— воздушные (спортивные сооружения, бассейны, залы);

а) обеспечивает равномерность нагрева помещения

б) невысокая температура поверхностей отопительных приборов

опасность размораживания приборов отопления

в) простота центрального регулирования

а) теплоотдача отопительных приборов ®

температура на поверхности труб > 100 0 С

б) ® ¯ площадь поверхности приборов ® ¯ расход металла

невозможность центрального качественного регулирования

в) меньшая опасность замораживания

сложная эксплуатация ¯ долговечность (коррозия, шум, гидр. удары)

г) быстрый нагрев помещений.

а) нет отопительных приборов, так как с системой вентиляции.

большие сечения каналов (воздуховодов) в случае отклонения помещение быстро остывают.

б) быстрый прогрев помещений

в) возможность центрального регулирования.

4.2. Виды и типы отопительных приборов

Отопительный прибор – это элемент системы отопления, служащий для передачи тепла от теплоносителя к воздуху отапливаемого помещения.

Рис. 4.1. Схема установки оборудования в система отопления

Регистры из гладких труб. Представляют собой пучок труб, расположенный в 2 ряда и объединенный с двух сторон 2 трубами – коллекторами, снабженных штуцерами для подачи и отвода теплоносителя.

Применяют регистры из гладких труб в помещениях, где предъявляются повышенные санитарно–технические и гигиенические требования, а также в производственных зданиях, повышенной степенью пожароопасности, где недопустимо большое скопление пыли. Приборы гигиеничны, легко очищаются от пыли и грязи. Но не экономичны, металлоемки. Расчетная поверхность нагрева 1м гладкой трубы.

при Æ 40 мм 0,244 экм

ЭКМ – это эквивалентный квадратный метр – это поверхность прибора с теплоотдачей 435х1,163 Вт при разности температур теплоносителя и воздуха помещения , расходе воды 17,4 кг/ч и подаче теплоносителя по схеме «сверху вниз».

Чугунные радиаторы. Блок чугунных радиаторов состоит из секций, отлитых из чугуна соединенных между собой ниппелями.

Они бывают 1–2 и многоканальными. В России в основном 2–х канальные радиаторы.

По монтажной высоте радиаторы подразделяют на высокие 1000 мм, средние – 500 мм и низкие 300 мм.

У радиаторов М-140-АО имеется межколонное оребрение, что увеличивает их теплоотдачу, но снижает эстетические и гигиенические требования.

Чугунные радиаторы имеют ряд преимуществ.

2. Отлаженность технологии изготовления.

3. Простота изменения мощности прибора путем изменения количества секций.

Недостатками этих типов ОП являются:

1. Большой расход металла.

2. Трудоемкость изготовления и монтажа.

3. Их производство приводит к загрязнению окружающей среды.

Представляют собой отлитую из чугуна трубу с круглыми ребрами.

Ребра увеличивают поверхность прибора и снижают температуру поверхности.

Ребристые трубы применяют, в основном, на промышленных предприятиях.

1. Дешевые нагревательные приборы.

2. Большая поверхность нагрева.

Не удовлетворяют санитарно–гигиеническим требованиям (трудно очищаются от пыли).

Стальные штампованные радиаторы.

Представляют собой два шпатлеванных стальных места, соединенных между собой контактной сваркой.

Различают: колончатые радиаторы РСВ 1 и змеевиковые радиаторы РСГ 2.

Колончатые радиаторы – образуют ряд параллельных каналов, объединенных между собой сверху и снизу горизонтальными коллекторами.

Змеевиковые радиаторы – образуют ряд горизонтальных каналов для прохода теплоносителя.

Стальные пластинчатые радиаторы изготавливаются однорядными и двухрядными.

Двухрядные изготавливаются тех же типоразмеров, что и однорядные, но состоят из двух пластин.

1. Маленькая масса прибора.

2. Дешевле чугунных на 20–30%.

3. Меньше затраты на транспортирование и монтаж.

4. Удобны в монтаже и отвечают сан.–гигиеническим требованиям.

1. Небольшая теплоотдача.

2. Требуется специальная обработка теплофикационной воды, так как обычная вода коррозирует с металлом.

Нашли широкое применение в жилье в общественных зданиях. В связи с удорожанием металла выпуск ограничен. В стоимость.

Представляют собой ряд стальных труб, по которым перемещается теплоноситель и насаженных на них стальных пластин оребрения.

Конвекторы бывают с кожухом или без кожуха.

Их изготавливают различных типов:

Конвекторы «Комфорт». Их подразделяют на 3 типа: настенные (навешиваются на стену h=210 м), островные (устанавливаются на полу) и лестничные (встраиваются в строительные конструкцию).

«Аккорд», «Север», КВ «Универсал», «Ритм».

Конвекторы изготавливают концевые и проходные.

Конвекторы применяют для отопления зданий различного назначения.

Используют в основном в средней полосе России.

Рис. 4.2. Водяной конвектор

4.3. Неметаллические отопительные приборы.

Керамические и фарфоровые радиаторы.

Представляют собой панель, вылитую из фарфора или керамики с вертикальными или горизонтальными каналами.

Применяют такие радиаторы в помещениях, предъявляющих повышенные санитарно–гигиенические требования к отопительным приборам.

Применяются такие приборы очень редко.

Они очень дороги, процесс изготовления трудоемок, недолговечны, подвержены механическому воздействию.

Очень сложно осуществить подключение этих радиаторов к металлическим трубопроводам.

Бетонные отопительные панели.

Представляют собой бетонные плиты с заделанными в них змеевиками из труб. Толщина 40–50 мм.

Они бывают: подоконные и перегородочные.

Отопительные панели могут быть приставными и встроенными в конструкцию стен и перегородок. Бетонные панели отвечают самым строгим санитарно-гигиеническим требованиям, архитектурно-строительным требованиям.

Недостатки: трудность ремонта, большая тепловая инерция, усложняющая регулирование теплоотдачи, увеличение теплопотерь через дополнительно обогреваемые наружные конструкции зданий.

Применяют преимущественно в лечебных учреждениях в операционных и в родильных домах в детских комнатах.

Т.О. сантехнические отопительные приборы должны удовлетворят теплотехническим, санитарно–гигиеническим и эстетическим требованиям.

Теплотехническая оценка отопительных приборов определяется его коэффициентом теплоотдаче.

Санитарно–гигиеническая оценка — характеризуется конструктивным решением прибора, облегчающим содержание его в чистоте. Температура внешней поверхности прибора должна удовлетворять санитарно–гигиеническим требованиям. Во избежание интенсивного пригорания пыли эта температура не должна превышать для помещений жилых и общественных зданий 95 0 С, для лечебных и детских учреждений 85 0 С.

Эстетическая оценка – отопительный прибор не должен портить внутреннего вида помещения, не должен занимать много места.

4.4. Схему присоединения отопительных приборов к трубопроводам.

По схеме питания отопительного прибора односторонняя подводка бывает:

а) сверху вниз одно, двухсторонняя с верх. пан. коэффициент теплоотдачи;

б) снизу вверх в односторонней с нижн. развод.

Односторонняя подводка имеет лучший вид и требует меньшего расхода металла.

Если количество секций велика, до 20 секций более удаленные от стояка секции плохо прогреваются.

Схему сверху вниз применяют в двух и двухсторонней системы отопления с верхней разводкой коэффициент теплоотдачи.

По схеме питания отопительного прибора бывает:

в) снизу – вниз в горизонтальных односторонних системах.

Разносторонняя подводка применяется при количестве секций в приборе 20 и более.

На сцепке. Присоединение приборов на сцепке позволяет ¯ число стояков. Такое присоединение допускается в пределах одного помещения, или в случаях, когда присоединенный прибор находится на кухне, в коридоре, сан. узле или другом вспомогательном помещении.

Соединять на сцепке можно не более двух приборов. Приборы, соединенные «на сцепке» в теплотехнических и гидравлических расчетах рассматриваются как один прибор.

Основные принципы теплотехнического расчета отопительных приборов (практика). После выбора вида нагревательных приборов, определения мест их установки и способа присоединения к трубопроводам системы отопления выполняют теплотехнический расчет отопительных приборов.

Теплотехнический расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого прибора, обеспечивающий необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение.

Для поддержания в отапливаемом помещении нужной температуры надо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, равнялось теплопотерям помещения.

Т.е. тепловая мощность прибора (его расчетная теплоотдача) определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении.

где, – теплопотребность помещения (т.е.) теплопотери, Вт;

– поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи трубопроводы полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении;

– при открытой прокладке трубопровода =0,9;

– при скрытой прокладке трубопровода = 0,5;

– теплоотдача трубопроводов, Вт.

определяют по формуле:

где, – теплоотдача 1 м горизонтально и вертикально проложенных труб, Вт/м;

– длина вертикальных и горизонтальных трубопроводов, проложенных в пределах помещения, м.

Теплоотдача (тепловая мощность прибора) д.б. пропорциональна его площади нагревательной поверхности, т.е.

Отсюда, площадь нагревательной поверхности прибора, м 2

где, – поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м 2 .

Для теплоносителя пар:

Для теплоносителя вода:

где, – коэффициент теплопередачи прибора, зависит от вида теплоносителя и разности температур определяется экспериментальным путем и для каждого вида прибора имеет свое значение.

– температурный напор, 0 С

– коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи в зависимости от принятого способа установки прибора (у стены в нише, , под подоконником , у стены с экраном и т.д.)