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

Система воздушного отопления в частном доме и производственных помещениях

Автономные системы отопления с жидким теплоносителем считаются самыми распространенными. Но сегодня хозяева частных домов рассматривают и другие варианты магистралей. Например, воздушное отопление дома – альтернативный способ получения тепла с помощью одного из самых дешевых теплоносителей. Рассмотрим особенности и возможности данного вида отопления.

Принцип работы и виды воздушного отопления

Различается два варианта получения прогрева:

1. С установкой калорифера. Способ идентичен системам с жидким теплоносителем, но вместо воды применяется воздух, который прогревается канальным прибором и перемещается по трубопроводам. Вариант применяется редко из-за расширений и сужений материала воздухопроводов. В результате из строя выходят стыки труб, повреждаются стеновые панели.
2. Открытый способ отопления. Принцип заключается в прогревании потоков теплогенератором, затем тепло транспортируется по трубам и попадает в помещение из раструба воздухопровода. В комнате теплый поток смешивается с холодным воздухом, за счет чего обеспечивается равномерный и мягкий прогрев. Физические свойства холодных потоков опускаться вниз помогают собрать холодный воздух в трубопроводы и снова направить к теплогенератору.

• местные — используются для обогрева одного объекта;
• центральные системы – нескольких строений.

Также есть отличия по схемам – с полной или частичной рециркуляцией, прямоточные.

Центральные тепловые магистрали относятся к прямоточным. В этом случае носитель прогревается в одной области отопления, затем поставляется к разным объектам через воздухопроводы, поэтому центральная схема всегда является канальной. Поскольку воздух в помещении при использовании центральной схемы постоянно обновляется, система применяется на производствах, которые выпускают или применяют токсичные, опасные вещества. Также схема показана для частных строений при условии подачи теплоносителя на большие расстояния в противном случае устройство длинных воздухопроводов не выгодно.

Действующие разновидности системы

На практике применяется несколько типов воздушного отопления, различаемых по множеству нюансов, – по циркуляции воздуха, размещению и прочим признакам. Стоит разобраться со всеми особенностями.

Системы с естественной циркуляцией

Данная система воздушного отопления работает по физическому принципу подогретых потоков – они поднимаются вверх. Для лучшей циркуляции в потолке обустраиваются отверстия, через которые потоки выходят наружу. К плюсам относят недорогую стоимость, но минусов больше – низкая скорость движения потоков, что объясняет длительный прогрев помещений. При оборудовании системы с естественной циркуляцией необходимо монтировать воздухоотводы под потолком, что не всегда удобно.

Конструкции с принудительной циркуляцией воздуха

Системы дополняются вентиляционным оборудованием для ускоренной циркуляции носителя. Мощность приборов подбирается в зависимости от длины воздуховодов – чем больше площадь обогреваемых помещений, тем больше устанавливается вентиляционных агрегатов. Принцип работы прост – прогретый воздух быстро перемещается по каналам и подается в комнаты. Есть различия по месту размещения.

Плюсы – быстрый прогрев помещений, оперативный возврат потоков к нагревательному элементу, за счет чего на повторный прогрев тратится меньше энергии. Минус – приобретение дополнительного оборудования.

Напольные воздушные системы

Воздуховоды размещаются в плинтусах или скрываются в стенах.

• воздух прогревается, поднимается вверх, обеспечивая равномерный прогрев;
• системы скрыты от глаз;
• холодные потоки опускаются вниз и оперативно всасываются в трубы, подаются к нагревательному элементу.

Минусов практически нет.

Подвесные воздушные системы

Отличаются размещением воздуховодов под потолком, вмуровываются в плиты перекрытия или стены. Недостаток – вверху воздух будет всегда теплее, чем внизу. Кроме того, спрятать навесную схему трубопроводов намного сложнее. Отличаются схемы по способу теплообмена.

Прямоточная отопительная схема

Конструкционно схема выглядит так – отопительный агрегат установлен в подвале, от него проложены трубопроводы, по которым перемещается нагретый теплоноситель. Воздуховоды прокладываются по всем жилым/нежилым помещениям и имеют отводы на улицу. Вывод большого количества тепла на улицу – минус, из-за которого прямоточные схемы редко применяются для отопления частного дома. Но есть и плюс – помещения хорошо вентилируются. Поэтому для комнат, где важно постоянно обновлять воздух, прямоточные схемы являются единственно возможными.

Совет! Если обустраивается прямоточное воздушное отопление дома своими руками, следует предусмотреть установку прибора рекуперации. Например, обменника, позволяющего использовать часть тепла, выходящего наружу для прогрева приточных масс воздуха.

Рециркуляционная система обогрева

Транспортировка теплоносителя осуществляется по замкнутому контуру – воздух прогревается генератором, перемещается по трубам в помещения, затем остывает и опускается к полу, откуда засасывается в воздуховоды и подается к нагревательному прибору.

Плюсы – эффективность, малозатратность, нет потери тепла. Минус – потоки циркулирующего воздуха не обновляются, поэтому рекомендуется применять схему в нежилых помещениях или обустроить прибор приточной вентиляции, увлажнения воздуха.

Схема с частичной рециркуляцией

Это система, в которой есть замкнутый цикл перемещения, но с интеграцией вентиляционного оборудования. То есть исключается минус полной рециркуляции – воздух обновляется. К плюсам относят работу в нескольких режимах – на вентилирование и обогрев помещения, плюс контроль объема забора свежего (холодного) потока. Такие схемы считаются оптимальными для обустройства в частных домах.

Аргументы в пользу выбора воздушной системы

Отопление воздухом имеет широкий ряд достоинств и некоторые недостатки. Плюсы:

1. Высокий КПД. Производительность схемы при нагревании воздухом достигает 94%.
2. Запуск оборудования в работу в любое время года. Можно не бояться за размораживание трубопроводов, прорыв – там нечему замерзать, поэтому при отключении магистрали и последующем включении в зиму не будет аварий.
3. Сниженная эксплуатационная стоимость. Нет необходимости покупать дорогое оборудование, запорную арматуру и прочее.
4. Можно соединить систему прогрева и охлаждения, обеспечивая комфортный температурный режим в течение всего года.
5. Пониженная инерционность схемы, которая гарантирует быстрый прогрев комнат.
6. Можно устанавливать любое дополнительное оборудование для поддержания комфортного микроклимата – увлажнители, ионизаторы, стерилизаторы.
7. Универсальность. Система применяется для помещений любой площади, строений разной этажности.
8. Равномерность прогрева. Не будет локальных зон с сильным нагревом.

Недостатки воздушного отопления:

• энергозависимость – отключат электричество, перестанет работать вентилятор, воздух не пойдет по трубопроводам;
• необходимость регулярного наблюдения, обслуживания схемы;
• монтаж конструкции выполняется на этапе строительства, система не меняется и не может модернизироваться в процессе всего срока эксплуатации.

Основные элементы отопительной системы

Конструкция состоит из основных и вспомогательных узлов, деталей. Чтобы самодельное воздушное отопление работало бесперебойно, следует подробно рассмотреть всю линейку элементов.

Подогревающие воздух устройства

Задача приборов – подогрев воздуха. Использоваться могут все возможные источники тепла, в зависимости от типа которых воздушные потоки пропускаются через теплообменники с горячим паром или прогреваются внутри прибора.

Чаще всего теплогенераторами являются 4 вида конструкций:

1. Прибор прямого нагрева. Это котлы сгорания любого топлива – угольные, газовые. Как вариант – воздушное газовое отопление, где потоки прогреваются за счет сгорания газа, то есть применения газового котла.
2. Прибор косвенного нагрева. Это агрегат с теплообменником, где перемещается нагретая жидкость, разогреваемая любым способом. Может использоваться вариант подключения теплоносителя из центральной тепломагистрали.
3. Электрооборудование прямого нагрева. Чаще всего выглядит как электрический тепловой вентилятор, подключенный к трубам воздуховодов.
4. Комбинированная схема. В этой системе интегрируются несколько типов оборудования, например, циркуляция жидкого теплоносителя и подключение электрического тепловентилятора.

На заметку! Домашние системы последнего типа считаются самыми удобными. В случае отключения электроэнергии горячая вода будет нагревать воздух и за счет разницы давления потоки транспортируются по воздуховодам. Однако схема требует больших затрат на обустройство.

Каналы для перемещения воздушных масс

Сеть воздуховодов обустраивается в виде круговой конструкции, так как однотрубные схемы имеют ограниченный функционал. Чертеж двухтрубной круговой схемы выглядит как два жестких магистральных ствола из оцинкованного металла, один из которых подающий, второй – обратный. К стволам подсоединяется сеть гибких воздуховодов меньшего сечения. Подключение через переходники с обязательной герметизацией алюминиевым скотчем и утеплением фольгированными изоляционными материалами толщиной 3-10 мм. Для разводящих каналов применяется материал толщиной до 30 мм.

В одноэтажных строениях воздух направляется только вверх, поэтому допускается монтаж воздуховодов на уровне пола, в многоэтажных объектах проводка прокладывается в межэтажных перекрытиях, встраивается под потолок первого этажа. Таким образом на первом этаже подача осуществляется с потолка, а на втором и последующих этажах выходы системы воздуховодов монтируются в нижнюю часть стеновых панелей, по полу.

Размещение обратки должно выбираться по типу подачи потоков. Например, на первом этаже воздухозаборники оборудуются на уровне пола, а на втором – на уровне потолка для сбора перегретых масс, транспортировки их к нагревателю.

Вентиляторы для обеспечения циркуляции воздуха

Для принудительного перемещения нагретого носителя используются вентиляторы канального типа. Монтаж оборудования производится на трубопроводы подачи и обратного перемещения, также они являются элементами воздухонагревателя.

Выбор осуществляется с учетом следующих нюансов:

• работа в разных режимах;
• сниженный уровень шума;
• стойкость к перепадам температуры, напряжения;
• наличие системы плавного пуска;
• плавная регулировка изменения скорости работы оборудования.

Чтобы воздушное отопление вентиляцией работало безупречно, требуется тщательно подбирать агрегаты для поддержания необходимой напорной производительности всей схемы.

Распределение потоков: решетки и диффузоры

Воздуховоды подсоединяются к решеткам или диффузорам, которые нужны для разделения воздушных потоков, необходимых для прогрева или вентиляции, кондиционирования комнат. В продаже есть стеновые, потолочные, напольные приборы с подвижными регулируемыми или стационарными жалюзи.

Внутриканальные заслонки и клапаны

Это детали, применяемые для настройки пропускной способности конструкции. Подающие трубопроводы оснащаются дроссельными заслонками, необходимыми для регулировки напора потока, поступающего в разные помещения и фиксации объема поступающего воздуха. А клапана нужны для разных участков системы и различаются по своему типу, например, приточные клапаны регулируют потоки поступающего с улицы воздуха для поддержания чистоты объема носителя в системе.

Оборудование для подготовки воздуха

Для очистки потоков воздуха, используемого для отопления, кондиционирования, магистрали дополняются фильтрами – угольными, электростатическими, механическими. Приборы очищают воздух от механических, прочих примесей. Также в схему интегрируются ионизаторы, увлажнители и прочее оборудование для обеспечения комфортного микроклимата.

Автоматические системы управления

Если воздушное отопление производственного помещения или дома совмещено с вентиляцией, системой кондиционирования, управление схемой является сложным и требуется настройка всех узлов. Чтобы скоординировать работу всех узлов применяются автоматические блоки управления для быстрого и точного изменения настроек, фиксирования оптимального режима работы.

Различаются блоки управления по технологическим возможностям и подбираются для каждой системы в индивидуальном порядке. Автоматика снимает с пользователя необходимость контроля за работой схемы и помогает распределять потоки по интенсивности прогрева, зонировать подачу воздуха, запускать прогрев и очистку и многое другое.

Особенности проведения грамотного расчета

Выполнить расчет воздушного отопления может только специалист, а заказчик должен проконтролировать пункты проекта, куда входят:

1. Расчет тепловых потерь каждого помещения. Это нужно для подбора мощности подачи воздуха чтобы обогреть комнату.
2. Тип выбранного отопительного оборудования. В расчет берется мощность агрегата, подобранная с учетом реальных тепловых потерь.
3. Объем воздуха для подогрева. Просчет ведется с опорой на мощность выбранного источника нагревания.
4. Выбор сечения воздуховодов и прочее.

Заказывая проект у специалиста, пользователь получает несколько вариантов обустройства схемы, из которых может выбрать то, что ему подходит больше всего.