XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Системы водяного отопления. Водяное отопление в настоящее время получило широкое распространение в силу своих преимуществ перед другими системами отопления. Опыт эксплуатации водяных систем свидетельствует об их высоких гигиенических и эксплуатационных показателях. Системы водяного отопления обладают наибольшей надежностью, бесшумны, просты и удобны в эксплуатации, могут иметь значительный радиус действия по горизонтали. По вертикали радиус действия системы определяется допустимым гидростатическим давлением. Система водяного отопления представляет собой систему замкнутых контуров.

Системы водяного отопления классифицируются следующим образом:

по способу создания циркуляции - системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и искусственной циркуляцией (насосные);

в зависимости от схемы сoединения труб стояков с отoпительными приборами - двухтрубные (отопительные приборы по ходу движения вторичного теплоносителя соединяют параллельно) и однотрубные (отопительные приборы по ходу движения теплоносителя соединяют последовательно);

в зависимости от места прокладки магистральных трубопроводов - системы с верхней разводкой (подающая (горячая) магистраль прокладывается выше нагревательных приборов), системы с нижней разводкой (подающая и обратная магистрали лежат ниже приборов), системы с «опрокинутой» циркуляцией;

по расположению труб, соединяющих нагревательные приборы, - вертикальные (приборы присоединяются к вертикальному стояку) и горизонтальные (приборы присоединяются к горизонтально расположенным трубопроводам);

по направлению движения воды в подающей и обратной магистралях - тупиковые (встречное движение горячей и охлажденной воды) и системы с попутным движением воды (направления потоков в подающей и обратной магистралях совпадают).

В системах водяного отопления предусматривается специальный резервуар — расширительный бак.

Циркуляцию воды в системе отопления могут нарушать воздушные пробки. Воздух попадает в систему при заполнении ее теплоносителем, а также может подсасываться водой в процессе эксплуатации. Количество растворенного воздуха, переходящего в свободное состояние, зависит от температуры и давления теплоносителя в системе. Использование деаэрированной воды, из которой удален воздух, не исключает опасности образования газовых пробок в системе отопления, так как в результате химической реакции с образованием гидрата закиси железа, превращающегося в окалину, выделяется водород. Поэтому в системах отопления устанавливают воздухосборники. В гравитационных системах отопления, где скорость воды небольшая, подающую магистраль прокладывают с подъемом к расширительному баку, через который и выпускается воздух (газ), стремящийся сосредоточиться в верхней точке системы.

Водяное отопление зданий повышенной этажности. Гидростатическое давление в системе водяного отопления зависит от высоты столба воды, т.е. от этажности. При использовании чугунных и стальных радиаторов высота столба воды не должна превышать 55 м, при использовании конвекторов - 90 м. Поэтому здания повышенной этажности зонируют по вертикали - делят на части определенной высоты, между которыми помещаются технические этажи высотой не менее 1,9 м. Высота зоны (55 или 90 м) определяется допустимым давлением воды (рабочим давлением) в наиболее низко расположенных приборах этой зоны. В пределах одной зоны систему водяного отопления устраивают по независимой схеме, т.е. система имеет собственный теплообменник, циркуляционный или подпи- точный насосы, расширительный бак. Все это оборудование и магистральные трубопроводы размещаются на технических этажах. В зданиях повышенной этажности чаще всего применяют водяные теплообменники (первичный и вторичный теплоносители — вода). Высота здания при водяном отоплении имеет предел 150—160 м. В таком здании могут быть устроены две (высотой по 75-80 м) зональные системы отопления с конвекторами или три (высотой по 50-55 м) с радиаторами. В зданиях высотой от 160 до 250 м прибегают к комбинированному отоплению: помимо водяного теплообменника для нижних 160 м предусматривают теплообменник для пароводяной зоны выше 160 м. Теплоноситель - пар, отличающийся малым гидростатическим давлением, подается в качестве первичного тепдоносителя на технический этаж под верхней зоной, где оборудуется свой тепловой пункт с пароводяным теплообменником.

Системы парового отопления находят применение во вспомогательных, производственных и бытовых помещениях при непродолжительном пребывании людей тех промышленных предприятий, где пар производится для технологических нужд. Паровое отопление может также устраиваться в производственных помещениях, где не выделяются пыль и аэрозоли или выделяются негорючая и неядовитая пыль, негорючие и не поддерживающие горение газы и пары, в помещениях со значительным делением, для обогревания лестничных клеток, пешеходных переходов, вестибюлей зданий. Во всех случаях применение парового отопления требует обоснования (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства).

Паровое отопление основано на передаче помещению теплоты, выделяющейся в отопительном приборе при конденсации в нем насыщенного пара. Массовая теплоемкость пара приблизительно в 500 раз больше, чем воды. В паровой системе отопления различают две среды, перемещающиеся по трубопроводам, - пар и конденсат и два вида трубопроводов - паропроводы и конденсатопроводы. Паропроводы прокладывают от источников пара (котлов) до отопительных приборов, а конденсатопроводы - от приборов до котла.

По способу возврата конденсата в котел системы парового отопления делятся на замкнутые, где конденсат самотеком стекает в котел, и разомкнутые, где конденсат самотеком поступает в конденсатный бак, а затем насосом перекачивается в котел.

Системы парового отопления по сравнению с водяными имеют некоторые преимущества: меньшие капитальные затраты на создание системы, меньший расход металла, возможность быстрого нагрева помещения и быстрого отключения, меньшее гидравлическое сопротивление.

Однако эксплуатационные недостатки системы парового отопления настолько существенны, что значительно ограничивают область ее применения:

невозможность регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры теплоносителя;

постоянно высокая температура (100°С и выше) поверхности теплопроводов и отопительных приборов, что вызывает разложение оседающей органической пыли, а также вынуждает устраивать перерывы в подаче пара; из-за которых происходят колебания температуры воздуха в помещениях, т.е. снижение уровня теплового комфорта;

увеличение бесполезных теплопотерь паропроводами, когда они проложены в необогреваемых помещениях;

шум при действии систем, особенно при возобновлении работы после перерыва;

сокращение срока службы теплопроводов, так как при перерывах в подаче пара теплопроводы заполняются воздухом, что усиливает коррозию их внутренней поверхности.

Из-за этих недостатков не допускается применение системы парового отопления в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха.

Системы воздушного отопления используют в качестве теплоносителя воздух, который, нагреваясь в калорифере за счет первичного теплоносителя - пара, горячей воды или газов до заданной температуры, подается в отапливаемое помещение и, остывая, отдает свою теплоту. Количество теплоты, полученное при остывании воздуха, должно быть равно теплопотерям помещения.

Основным достоинством воздушного отопления являются высокие санитарно-гигиенические показатели. Однако такие системы отличают значительные размеры воздуховодов, сложность регулирования и повышенные требования к герметичности здания.

Системы воздушного отопления классифицируют следующим образом:

по способу побуждения движения теплого воздуха - с естественной циркуляцией и механическим побуждением за счет вентилятора;

по месту приготовления воздуха - местные, где нагревание и подача воздуха производятся непосредственно в отапливаемом помещении с помощью отопительных и отопительно-вентиляционных агрегатов, и центральные, где воздух нагревается в воздухонагревательной установке и по каналам подается в одно или несколько помещений;

по качеству подаваемого воздуха - с полной рециркуляцией, с частичной рециркуляцией и прямоточные.

В системе с полной рециркуляцией воздух, нагретый в калорифере, с помощью вентилятора поступает по вентиляционным каналам в помещение. Там он, отдавая свою теплоту, компенсирует тепловые потери помещения и, охлаждаясь, по каналу возвращается в отопительный агрегат. Затем воздух вновь нагревается и описываемый процесс повторяется. В циркулирующем воздухе постепенно накапливаются вредности, выделяющиеся в помещении, и гигиенические качества помещения снижаются. Рециркуляционной системе присущи высокая экономичность и низкие гигиенические качества. Такое отопление широко используется как дежурное, т.е. в нерабочее время, в школах, административных и общественных зданиях, а также в складских, коммунально-бытовых и других помещениях, где нормами не предусматривается вентиляция.

В прямоточной системе наружный воздух из воздухозаборной шахты вентилятором прогоняется через калорифер и по каналам подается в помещение. Там он, отдавая свою теплоту, компенсирует теплопотери помещения, ассимилирует выделяющиеся в помещении вредности и удаляется через вытяжную шахту. Прямоточная система отопления обладает высокими гигиеническими качествами, но характеризуется большими потерями тепловой энергии, уходящей вместе с отработанным воздухом.

В системе с частичной рециркуляцией в калорифере нагревается смесь наружного воздуха и рециркуляционного. Объем наружного воздуха определяется требованиями вентиляции. Приточный подогретый воздух по каналам подается в помещение. Там он, отдавая свою теплоту, компенсирует теплопотери помещения, ассимилирует вредности и частично удаляется через вытяжную шахту; оставшаяся часть поступает по каналу на смешение с наружным воздухом. Такая система экономически целесообразна, так как использует теплоту отработанного воздуха, но применение ее ограничено (зависит от вида выделяющихся в помещении вредностей).

Наиболее совершенна в гигиеническом и технико-экономическом отношении система воздушного отопления с рекуперацией теплоты отработанного воздуха.

Системы воздушного отопления могут выполнять функции только отопительные или совмещенные с вентиляцией. В первом случае системы полностью рециркуляционные, во втором — с частичной рециркуляцией или прямоточные, при этом количество наружного воздуха определяется требованиями вентиляции.

Системы воздушного отопления рекомендуется совмещать с вентиляцией, если вентиляция работает две или три смены. При остановке технологического оборудования предусматривается дежурное отопление, работающее по схеме полной рециркуляции.

Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, весьма экономично, так как для отопления используется все оборудование механической системы вентиляции - вентилятор, электродвигатели, воздуховоды, и только поверхность нагрева калориферов несколько больше, чем для вентиляционной установки.

В настоящее время воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, применяется в больших производственных и общественных зданиях, но пока практически не устраивается в жилых, гостиничных, административных зданиях, хотя имеется зарубежный опыт строительства таких зданий.

В центральных системах подача воздуха в помещения может осуществляться с помощью воздуховодов и сосредоточенно.

Отопление с сосредоточенной подачей воздуха применяется в больших объемах производственных зданий и общественных, таких, как кинотеатры на 300-600 зрителей, плавательные бассейны, гимнастические, торговые и выставочные залы. При этой схеме возможно достижение равномерного распределения температур в помещении, а отсутствие воздуховодов делает систему экономически выгодной. Выпуск воздуха при сосредоточенной подаче осуществляется компактными или веерными струями.

Комбинированные системы отопления применяются в зданиях с кратковременным пребыванием людей и состоят из централизованной водяной части упрощенной конструкции с отопительными приборами уменьшенной и одинаковой мощности, создающей устойчивое «фоновое» отопление, рассчитанное на температуру 5- 10 °С. В дополнение к фоновому отоплению применяется периодически действующее воздушное отопление для обогрева помещений перед началом рабочего дня и вентиляции их во время рабочего дня. В настоящее время системами центрального воздушного отопления оборудованы многие здания школ; при введении прерывистого обогревания учебных помещений сократились теплозатраты на отопление зданий.

Воздушно-тепловая завеса в открытом проеме входа является одним из мероприятий по пресечению холодного воздушного потока извне, возникающего при движении людей или транспорта через входные двери и ворота, что приводит к переохлаждению прилегающих помещений.

В проемах ворот промышленных зданий создаются высокоскоростные воздушные завесы шиберующего типа, ограничивающие и даже предотвращающие попадание внутрь холодного воздуха.

Воздушно-тепловые завесы применяют: при t_H = -15... -25°С и проходе через двери в течение 1 ч более 400 человек; при t_H = -25... -45°С и проходе в 1 ч более 200 человек; при t_H = -45°С и проходе в 1 ч более 100 человек. Воздушно-тепловая завеса создается рециркуляционной установкой местного или центрального воздушного отопления. Внутренний воздух обычно забирается из верхней зоны помещения и подогревается до температуры не выше 50°С.

Во входах гражданских зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий устраивают низкоскоростные (скорость выпуска воздуха не более 5 м/с) воздушно-тепловые завесы смесительного типа, рассчитанные на нагревание холодного воздуха, проникающего снаружи. Завесы предусматривают также во входах в помещения, оборудованные системами кондиционирования воздуха, в помещения со значительными выделениями влаги или с близким к входам расположением постоянных рабочих мест.

Заметим, что воздухопроницание обычного входа можно сократить на 30 % путем замены его обычными двойными дверями с тамбуром; замены его входом с тройными дверями с тамбуром; при замене его входом с тройными дверями можно уменьшить приход холодного воздуха в 2 раза, а при установке во входе вращающейся (турникетной) двери объем холодного наружного воздуха, проникающего в здание, можно сократить в 7-7,5 раза.

Система панельно-лучистого отопления. Лучистое отопление - способ отопления помещения посредством лучистого теплообмена, источником которого служит поверхность потолка или стен, обогреваемая каким-либо теплоносителем. Панельно-лучистое отопление применяют в жилых зданиях, общих комнатах на первом этаже детских дошкольных учреждений, в операционных, родовых, наркозных и подобных помещениях лечебно-профилактических учреждений, в помещениях и вестибюлях (теплые полы) общественных зданий.

В качестве теплоносителя в таких системах обычно выступает горячая вода, реже пар или горячий воздух; иногда используются электрические нагреватели, замоноличенные в потолок. При лучистом отоплении около 75 % всей теплоты, необходимой для отопления, помещение получает лучеиспусканием, а 25 % - конвекцией. Лучистое отопление может быть устроено при низкой температуре излучающей поверхности (от 70 до 250°С) и высокой (до 900°С). Система отопления выполняется: о местной - отопление помещений панелями и отражательными экранами, если энергоносителями для них являются электрический ток и горючий газ, а также твердое топливо (при сжигании его в каминах). В настоящее время нормами предусмотрено применение при температуре их поверхности не выше 250°С; о центральной - низко- и среднетемпературные панели и отражательные экраны с централизованным теплоснабжением при помощи нагретых воды и воздуха, пара высокого и низкого давления. По конструктивному устройству к лучистому отоплению близко панельное отопление.

Отопительные приборы размещают в потолке или полу, у потолка или стен помещения. Панели бывают: стеновые, подоконные, напольные. При панельно-лучистом отоплении температура всех внутренних поверхностей ограждений и мебели повышается на 2-4°С больше, чем при других способах отопления, уменьшается теплоотдача путем излучения от людей к ограждениям. У людей создается бодрое и приятное самочувствие благодаря равномерному воздействию лучистой теплоты при уменьшенной собственной теплоотдаче излучением и несколько пониженной температуре воздуха.

Отопительные панели могут быть: встроенные, пристроенные и подвесные. Их используют для обогревания основных помещений вокзалов, аэропортов, ангаров, высоких сборочных цехов, применяют в производственных помещениях с особыми требованиями к чистоте (производство пищевых продуктов и т.п.).

К достоинствам систем панельно-лучистого отопления относятся: обеспечение высоких санитарно-гигиенических показателей, индустриальность, уменьшение металлоемкости, снижение стоимости и трудозатрат на монтаж, большие конструктивные возможности для создания комфортных условий в помещениях различной площади и высоты.

Однако системы панельного отопления весьма теплоемки, что затрудняет индивидуальное регулирование теплоотдачи панелей; кроме того, они сложны в ремонте и замене отдельных элементов системы.

Системы электрического отопления обеспечивают высокую надежность систем отопления, их гибкость управления, высокий КПД, большие конструктивные возможности для создания комфортных гигиенических условий в помещениях различной площади и высоты. Однако их широкому распространению препятствует высокая стоимость электроэнергии.

Электрические системы отопления классифицируют следующим образом:

по радиусу действия - центральные, районные и местные;

по назначению - для полного покрытия отопительной нагрузки, для покрытия пиковых нагрузок, для дополнительного отопления и высококачественного терморегулирования отдельных помещений (доводчики) в комбинированных системах.

Системы электрического отопления, предназначенные для полного покрытия отопительной нагрузки, подразделяют на системы с использованием обычных электроприборов и теплоаккумулирующих приборов. Электрическое отопление с обычными электроприборами экономически целесообразно использовать в районах с дорогим привозным топливом, если есть возможность получения электроэнергии от близко расположенных электростанций. В нашей стране это районы Восточной Сибири и Крайнего Севера.

Электрическое отопление с инерционными теплоаккумулирующими отопительными приборами могут применяться в плотно заселенной западной части РФ. Теплоаккумулирующие электрические печи позволяют использовать в целях отопления ночные «провалы» в потреблении электроэнергии. В ночной период электроэнергия отпускается по сниженному тарифу и может аккумулироваться теплоемкими приборами с последующей раздачей теплоты помещениям в дневное время. Этот вопрос стал актуальным при строительстве АЭС, имеющих большой потенциал электрической энергии в ночное время, где в качестве дополнительных используют электрические легко регулируемые системы отопления. Основная фоновая система отопления, как правило водяная, обеспечивает в расчетный период температуру воздуха в помещениях 10-15°С, а повышение температуры до требуемой осуществляет сам абонент, включая отопительные электроприборы.

Перспектива применения электрического отопления связана с необходимостью резкого улучшения теплозащиты отапливаемых зданий. В странах, где распространено электрическое отопление, высок уровень теплоизоляции зданий (применение высокоэффективных утеплителей, использование теплоты фазовых превращений пакетов - вкладышей в строительные конструкции, «утепление» световых проемов за счет тройного остекления, когда термические сопротивления окна и стены одинаковы). В настоящее время одним из основных направлений технического прогресса в мировой практике домостроения является сочетание улучшения теплозащиты зданий с применением электроотопления.

Список литературы

1. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».2003

2. А. Н. Сканави, Богословский «Отопление». Стройиздат. Москва 1991

3. В. Н. Карпов «Система водяного отопления зданий».НП «АВОК» 2007

4. Тихомиров К.В. Сергеенко Э. С. "Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция." Учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991

Код для цитирования: Скопировать