Что такое централизованное теплоснабжение. Назначение, состав и общая классификация систем теплоснабжения. Теплоносители систем теплоснабжения

И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Лекция 6.

РАЗДЕЛ 2. ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЗДАНИЙ

Время – 2 ч.

Вопросы:

1. Гигиенические основы и классификация систем отопления. Потери тепла через ограждающие конструкции. Расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха. Определение теплопотерь по укрупненным показателям.

2. Виды систем отопления. Требования к теплосетям систем отопления.

3. Системы водяного отопления. Классификация, разновидности и схемы устройства систем водяного отопления. Область применения.

4.Системы парового отопления. Принципы работы системы парового отопления низкого давления. Область применения.

5. Нагревательные приборы. Виды и конструкции нагревательных приборов. Расчет необходимой поверхности нагревательных приборов.

6. Теплоснабжение. Центральное теплоснабжение от районных котельных и ТЭЦ. Присоединение потребителей к тепловым сетям. Указания по эксплуатации систем отопления.

Система отопления это инженерная система, обеспечивающая нормативный температурный режим в помещениях проектируемого здания.

Различают централизованные, автономные и индивидуальные системы теплоснабжения зданий, то есть либо используются общегородские источники тепла, либо устанавливаются автономные котельные для отдельных зданий.

Источником автономного теплоснабжения могут быть наземные или крышные тепловые агрегаты, работающие на газовом, жидком топливе или от электросетей.

Автономные источники теплоснабжения являются наиболее предпочтительными, так как позволяют гибко регулировать температуру теплоносителя, в соответствии с изменениями температуры внешней среды.

Автономные источники теплоснабжения требуют меньше эксплуатационных затрат, так как исключаются магистральные и квартальные сети теплоснабжения и инженерные сооружения на этих сетях.

Индивидуальные системы теплоснабжения устанавливаются в квартирах жилых домов и используют в качестве источника тепла газовые или теплоэлектронагревательные приборы различных типов.

При действии системы отопления тепло передается от теплового источника в помещение. В помещении, как пространстве с неоднородным полем температуры, возникает теплообмен между отопительными приборами, внутренними и наружными ограждениями и людьми. При этом должна быть создана тепловая обстановка, благоприятная для хорошего самочувствия и продуктивной деятельности людей.

Организм человека непрерывно выделяет некоторое количество тепла, зависящее от интенсивности работы и теплообмена с окружающей средой.

Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит не только от температуры воздуха tB, но и от средней температуры тп поверхностей ограждений и отопительного прибора, обращенных в помещение, расположение (относительно человека) и размеры которых определяют радиационную температуру помещения tR. Сочетание этих температур считается комфортным, если большинство людей в помещении положительно оценивает свое физиологическое состояние.

Для нормального самочувствия человека оказывается также полезным изменение температуры воздуха в течение дня в связи с изменением интенсивности обмена веществ и деятельности. В учреждениях целесообразно поддерживать с утра температуру 19 °С, повышая ее до 21 °С перед обедом и понижая после обеда до 18 °С. В жилых помещениях рекомендуется периодически изменять температуру в течение дня и понижать ее на 2-3° ночью.

Организм человека не приспособлен к неравномерному охлаждению. При адаптации к тепловой обстановке помещения человек ощущает изменение температуры на 0,5-1°; неравномерное нагревание и охлаждение отдельных участков поверхности тела вызывает простудные заболевания. Эти факторы, связанные с физиологическим воздействием окружающей среды на человека, необходимо учитывать при расположении отопительных приборов в помещении и выборе режима действия отопления.

Следовательно, основная роль отопления заключается в обеспечении благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей путем создания комфортной температурной обстановки в помещении в холодное время года, т. е. поддержанием достаточно равномерной температуры воздуха и определенной температуры внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов.

топление поддерживает в помещении на определенном уровне температуру воздуха и внутренних поверхностей ограждающих конструкций. В помещении обеспечивается тепловой комфорт - оптимальная температурная обстановка, благоприятная для жизни и деятельности людей в холодное время года.

Отопление - один из видов инженерного (технологического) оборудования здания и, кроме того, является отраслью строительной техники. Монтаж стационарной установки отопления производится в процессе возведения здания, ее элементы увязываются со строительными конструкциями и сочетаются с интерьером помещений.

Функционирование отопления характеризуется определенной периодичностью в течение года и изменчивостью использования мощности установки, зависящей, прежде всего от метеорологических условий в холодное время года. При понижении температуры наружного воздуха и усилении ветра должна увеличиваться, а при повышении температуры наружного воздуха и воздействии солнечной радиации уменьшаться теплоподача от отопительных установок в помещения. Изменение интенсивности внешнего воздействия на здание может также сочетаться с неравномерным поступлением тепла от внутренних производственных и бытовых источников, что требует дополнительного регулирования действия отопления.

Очевидно, что для создания и поддержания теплового комфорта в помещениях зданий требуются технически совершенные отопительные установки. И чем суровее климат местности и выше требования к обеспечению благоприятных условий в здании, тем более мощным и надежным должно быть отопление.

Состояние воздушной среды в помещениях в холодное время года обусловливается действием не только отопления, но и вентиляции. Отопление и вентиляция совместно обеспечивают в помещениях, помимо температуры, определенные влажность, подвижность, давление, состав и чистоту воздуха. В производственных и сельскохозяйственных сооружениях, во многих гражданских зданиях отопление и вентиляция неотделимы, они взаимно создают требуемые санитарно-гигиенические условия, способствуют снижению числа заболеваний, улучшению самочувствия людей и повышению производительности их труд

Классификация систем отопления

Отопительная установка для осуществления возлагаемых на нее задач выполняется из отдельных технологически связанных частей, составляющих систему отопления. Система отопления - это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения.

Основные конструктивные элементы системы отопления:

теплообменник - элемент для получения тепла при сжигании топлива или от другого источника;

отопительный прибор - элемент для передачи тепла в помещение;

теплопровод - элемент для переноса тепла от теплообменника к отопительному прибору.

Перенос тепла может осуществляться при помощи жидкой или газообразной среды. Жидкая (вода) или газообразная (пар, воздух, газ) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем. В зависимости от вида теплоносителя системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и газовые.

При использовании для отопления электричества тепло может переноситься также через твердую среду.

Системы отопления подразделяются на две группы: местные и центральные. В местных-системах для отопления одного помещения все три основных элемента конструктивно объединены в одной установке, непосредственно в которой происходят получение, перенос и передача тепла в помещение. Теплопереносящая среда нагревается горячей водой, паром, электричеством или при сжигании какого-либо топлива. Передача тепла осуществляется излучением и свободной или вынужденной конвекцией.

Характерным примером местной системы отопления является отопительная печь. Тепло, полученное при сжигании топлива (твердого, жидкого или газообразного) в теплообменнике - топливнике, переносится теплоносителем-горячими газами по теплопроводам - каналам и передается в помещение через отопительный прибор - стенки печи.

Расчетные тепловые условия в помещении принимают в зависимости от функционального назначения и санитарно-гигиенических требований. Для большинства жилых и общественных зданий эти условия выбираются приблизительно на одном уровне. В промышленных производствах можно выделить несколько групп помещений, условия в которых назначаются приблизительно одинаковыми.

Однако, кроме санитарно-гигиенических и технологических требований, определяющих диапазон внутренних условий, который обычно должен быть выдержан в течение отопительного сезона, во всех случаях важной является степень обеспеченности поддержания заданных внутренних условий. Обеспеченность определяет, как часто или насколько продолжительными могут быть отклонения внутренних условий от заданных расчетных.

Такие здания, как больницы, родильные дома, детские ясли, а также некоторые цехи с строгими технологическими режимами требуют высокой степени обеспеченности расчетных условий. Заданные параметры в них должны выдерживаться при любых погодных условиях, какие только могут быть в районе строительства. В зданиях общего назначения (жилые дома, общежития, залы музеев, книгохранилища и т. д.) возможны разовые кратковременные отклонения от расчетных условий. В зданиях, периодически функционирующих, с кратковременным пребыванием людей (торговые и выставочные залы, залы ожидания для пассажиров и др.) степень обеспеченности расчетных внутренних условий может быть еще более низкой.

Таким образом, для помещений различного назначения должны быть заданы не только расчетные внутренние условия, но и показатели степени их обеспеченности.

Для того чтобы выполнить определенные требования обеспеченности заданных внутренних условий, необходимо правильно выбрать теплозащитные свойства ограждений, тепловую мощность системы отопления и др.

Такой выбор должен быть основан на расчете, в котором определяющими результат являются расчетные наружные условия. Таким образом, требование обеспеченности заданных внутренних условий нужно учитывать при выборе параметров наружного климата.

Наиболее холодные периоды каждой зимы принимают за «случаи» при выборе расчетных зимних наружных параметров, отвечающих определенной степени обеспеченности их появления. В качестве показателя обеспеченности заданных внутренних условий принимают показатель обеспеченности расчетных параметров наружного климата. Обеспеченность условий характеризуется коэффициентом обеспеченности Коб Величина коэффициента обеспеченности по числу n случаев Кобn показывает в долях единицы или процентах число случаев, когда недопустимо отклонение от расчетных условий. Например, если Кoбn = 0,7, это означает, что только в течение трех зим из десяти (или 15 зим из 50) в периоды наибольших зимних похолоданий могут быть отклонения условий в помещении от расчетных.

Принятые к рассмотрению случаи связаны с определенной продолжительностью во времени, так как они характеризуются параметрами срочных наблюдений, осредненными за сутки или за период другой продолжительности. Поэтому коэффициент обеспеченности характеризует и продолжительность возможных отклонений. Сопоставление наружных расчетных условий, определенных при некотором значении Kоб, с параметрами климата наиболее сурового периода позволяет установить величину и продолжительность наибольшего разового отклонения условий от расчетных.

Обработав результаты метеорологических наблюдений с учетом заданного коэффициента обеспеченности, можно получить все данные о возможных, вызываемых внешними воздействиями отклонениях условий в помещении от расчетных (число отклонений, их общую продолжительность, продолжительность и величину наиболее невыгодного разового отклонения).

Влияние наружного климата на тепловой режим ограждений и помещений является комплексным. Оно определяется совместным действием нескольких метеорологических параметров, которые раздельно наблюдаются метеорологами. При расчете передачи тепла через ограждения их действие необходимо учитывать совместно. Для зимы определяющими параметрами климата являются температура наружного воздуха tH и скорость ветра ин. В некоторых расчетах дополнительно должны учитываться относительная влажность и энтальпия наружного воздуха, а также солнечная радиация, направление ветра, осадки и пр.

Некоторые из этих параметров связаны между собой, и изменение одного из них сопровождается определенным изменением другого. Например, похолодание для большинства континентальных районов связано обычно с понижением скорости ветра.

1.2. Потери тепла через ограждающие конструкции.

Теплопотери помещения, которые принимаются по СНиП за расчетные при выборе тепловой мощности системы отопления, определяют как сумму расчетных потерь тепла через все его наружные ограждения. Кроме того, учитываются потери или поступления тепла через внутренние ограждения, если температура воздуха в соседних помещениях ниже или выше температуры в данном помещении на 5° С и более.

Рассмотрим, как принимаются для различных ограждений показатели, входящие в формулу, при определении расчетных теплопотерь.

Коэффициенты теплопередачи для наружных стен и перекрытий принимают по теплотехническому расчету

Расчет потери тепла через пол. Передача тепла из помещения нижнего этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая сравнительно небольшой удельный вес теплопотерь через пол в общих теплопотерях помещения, применяют упрощенную методику расчета. Теплопотери через пол, расположенный на грунте, рассчитываются по зонам. Для этого поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной, следующие две полосы - второй и третьей зоной, а остальную поверхность пола - четвертой зоной.

Разбивка на полосы - зоны в этом случае делается от уровня земли по поверхности подземной части стен и далее по полу Условные сопротивления теплопередаче для зон в этом случае принимаются и рассчитываются так же, как для утепленного пола при наличии утепляющих слоев, которыми в данном случае являются слои конструкции стены

Обмер площади наружных ограждений помещений. Площадь отдельных ограждений при подсчете потерь тепла через них должна определяться с соблюдением следующих правил обмера.

Эти правила по возможности учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают условные увеличения и уменьшения площадей, когда фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим формулам

Добавочные теплопотери через ограждения. Основные теплопотери через ограждения, подсчитанные по формуле, при рг=1 часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как при этом не учитывается влияние на процесс некоторых факторов Потери тепла могут заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу ограждений и щели в них, а также под действием облучения солнцем и противоизлучения внешней поверхности ограждений Теплопотери в целом могут заметно возрасти за счет изменения температуры по высоте помещения, вследствие поступления холодного воздуха через открываемые проемы и пр

Эти дополнительные потери тепла обычно учитывают добавками к основным теплопотерям Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следующие

1. Добавка на ориентацию по сторонам света принимается на все наружные вертикальные и наклонные ограждения (проекции на вертикаль) Величины добавок определяют по рис II 10

2. Добавка на обдуваемость ограждений ветром В районах, где расчетная зимняя скорость ветра не превышает 5 м/с, добавка принимается в размере 5% для ограждений, защищенных от ветра, и 10% для ограждений, не защищенных от ветра. Ограждение считают защищенным от ветра, если прикрывающее его строение выше верха ограждения больше чем на 2/з расстояния между ними. В местностях со скоростью ветра более 5 и более 10 м/с приведенные величины добавок должны быть увеличены соответственно в 2 и 3 раза.

3. Добавка на продуваемость угловых помещений и помещений, имеющих две и более наружных стен, принимается равной 5% Для всех непосредственно обдуваемых ветром ограждений. Для жилых и тому подобных зданий эта добавка не вводится (учитывается повышением внутренней температуры на 2°).

4. Добавка на поступление холодного воздуха через наружные двери при их кратковременном открывании при IV этажах в здании принимается равной 100% - при двойных дверях без тамбура, 80 % - то же, с тамбуром, 65 % - при одинарных дверях.

В промышленных помещениях добавка на поступление воздуха через ворота, которые не имеют тамбура и шлюза, если они открыты менее 15 мин в течение 1 ч, принимается равной 300%. В общественных зданиях частое открывание дверей также учитывается введением дополнительной добавки, равной 400- 500%.

5. Добавка на высоту для помещений высотой более 4 м принимается в размере 2% на каждый метр высоты, стен более 4 м, но не более 15%. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения в результате повышения температуры воздуха с высотой. Для промышленных помещений делают специальный расчет распределения температуры по высоте, в соответствии с которым определяют теплопотери через стены и перекрытия. Для лестничных клеток добавка на высоту не принимается.

6. Добавка на этажность для многоэтажных зданий высотой в 3-8 этажей, учитывающая дополнительные затраты тепла на нагревание холодного воздуха, который при инфильтрации через ограждения проникает в помещение, принимается по СНиП.

Величина наибольших теплопотерь будет соответствовать коэффициенту обеспеченности внутренних условий в помещении Коб, с учетом которого выбрано значение tn.

Наружные ограждения обычно имеют различную теплоустойчивость. Через ограждение с малой теплоустойчивостью (окна, легкие конструкции) теплопотери при похолодании будут резко возрастать, практически следуя во времени за изменениями температуры наружного воздуха. Через теплоустойчивые ограждения (стены, перекрытия) потери тепла в период резкого похолодания возрастут немного, и во времени эти изменения теплопотерь будут значительно отставать от понижения наружной температуры. Потери тепла через массивные ограждения передадутся в помещение позднее, чем через легкие. Поэтому максимальные потери тепла всем помещением в расчетных условиях периода резкого похолодания не будут равны сумме наибольших потерь через отдельные ограждения. Необходимо провести сложение теплопотерь через отдельные ограждения с учетом их сдвига во времени.

Для упрощения решения этой задачи можно ориентироваться на одно ограждение, доля потерь тепла через которое наибольшая. Обычно таким ограждением является окно. В период резкого похолодания, как показывают натурные наблюдения, теплопотери через окна составляют до 80% и более от общих потерь. Основываясь на наблюдениях, также можно считать, что максимальные потери тепла помещением Qorp совпадают во времени с наибольшими теплопотерями через окна. Окна практически не обладают тепловой инерцией, поэтому наибольшие теплопотери через них практически соответствуют ми-

Все ограждения в помещении, кроме окон, обычно имеют близкую между собой тепловую массивность, поэтому значение коэффициентов теплоинерционности для них может быть принято общим. При расчете теплопотерь через конструкцию пола по грунту, учитывая большую тепловую массивность грунта, величиной можно пренебречь.

По действующим СНиП теплопотери помещений, по которым определяется тепловая мощность системы отопления, принимаются равными сумме теплопотерь через отдельные ограждения при tn-tn5.

Расчетные параметры должны быть общими для расчета всех составляющих теплового режима (теплозащиты ограждений, потерь тепла и пр.), так как они отражают единый процесс обмена тепла в помещении. Они должны определяться с учетом коэффициента обеспеченности и быть достаточными для расчета нестационарной теплопередачи через ограждения, характерной для расчетных условий.

Основным показателем холодного периода года является изменение ta. Как известно, зимы заметно отличаются в разных районах и в отдельные годы. Но в видимой хаотичности есть довольно устойчивая закономерность в постоянном понижении температуры по мере приближения к наиболее холодному периоду. В это время четко обозначается (на фоне устойчивых зимних температур) период резкого похолодания. Для ряда климатических пунктов с учетом различных коэффициентов обеспеченности построены расчетные кривые изменения температуры наружного воздуха в период резкого похолодания. Эти кривые для разных районов имеют характерную и близкую по очертанию форму сравнительно медленное равномерное понижение температуры до начала периода резкого похолодания, затем резкое понижение температуры с последующим повышением. При медленном понижении температуры, как это наблюдается на начальном участке кривой, распределение температуры в сечении ограждения в каждый момент времени практически соответствует стационарному. При быстром похолодании процесс теплопередачи через ограждение становится нестационарным и для его расчета нужно иметь полную характеристику изменения температуры.

В СНиП приняты два значения расчетной наружной температуры для каждого географического пункта: средняя температура наиболее холодных суток tni и средняя температура наиболее холодной пятидневки tн5 - Эти температуры определены по восьми суровым зимам за последние пятьдесят лет, т. е. в нормативной методике с учетом принятого ряда метеорологических данных заложен коэффициент обеспеченности 0,92.

Выбор расчетной температуры для теплотехнического расчета ограждений по нормам зависит от степени тепловой массивности ограждения. В качестве показателя тепловой массивности ограждения принята величина D, рассчитанная для колебаний с периодом Г = 24 ч (см). Расчетная наружная температура принимается в зависимости от D/

Теплопотери помещений для определения тепловой мощности системы отопления рассчитывают независимо от массивности ограждений при н5-

Расчетная скорость ветра при СНиП принимается равной максимальной скорости из средних скоростей ветра по румбам (по разным направлениям) за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, с корректировкой на высоту здания.

Отопление в течение всего холодного периода года должно обеспечивать расчетные внутренние условия. Продолжительность отопительного сезона зависит от географического месторасположения и от соотношения составляющих теплового баланса здания. Начало и конец работы системы отопления связаны с дефицитом (недостатком) тепла в тепловом балансе помещений. Годовые затраты тепла на отопление зависят от продолжительности Аг0.с. и средней температуры tQ.c отопительного сезона, т. е. определяются градусо-днями периода, когда наружная температура устойчиво становится ниже температуры начала и конца отопительного сезона.

Продолжительность стояния дней с определенной температурой неодинакова. Особенно устойчивыми оказываются погодные условия, когда наружная температура поднимается к нулю. Дней с низкой температурой, близкой к расчетной, сравнительно мало.

На тепловой баланс помещений, а следовательно на режим работы системы отопления, существенное влияние оказывает солнечная радиация, что необходимо учитывать при выборе схем и режима регулирования отопления. Особенно важно учитывать влияние солнечной радиации в весенний период в средних и южных районах страны, а также при режиме пофасадного регулирования систем.

Наружный воздух в результате инфильтрации через проемы и неплотности ограждений попадает в здание, поэтому изменение его энтальпии и влажности следует принимать во внимание при проектировании систем обеспечения заданного теплового режима здания.

В то же время для многих зданий, особенно жилых и общественных, составляющие теплового баланса оказываются близкими, поэтому в нормах начало отопительного сезона для всех зданий принято одинаковым, соответствующим +8° С. Значения t0.c и Az0.c для разных географических пунктов приведены в таблицах расчетных характеристик наружного климата СНиП.

К отопительной установке, как одной из строительно-технологических установок здания, предъявляются разнообразные требования. Все требования, наиболее полно выражающиеся применительно к помещениям постоянного или длительного пребывания людей, можно разделить на пять групп:

1 - санитарно-гигиенические - поддержание определенной и равномерной температуры во времени, в плане и по высоте помещения без усиленной подвижности воздуха, а также ограничение температуры поверхности отопительных приборов;

2 - экономические - ограничение первоначальной стоимости и стоимости эксплуатации, уменьшение расхода металла;

3 - строительные - соблюдение соответствия архитектурно-планировочному решению помещения, размещение отопительных элементов в увязке, а иногда совмещение со строительными конструкциями, ограничение срока выполнения монтажных работ, осуществление ремонта без повреждения основных конструкций здания;

4 - монтажные - изготовление минимального числа унифицированных и обезличенных деталей и узлов в заводских условиях, сокращение затрат ручного труда при сборке в целях повышения производительности труда;

5 - эксплуатационные - обеспечение долговечности, простоты и удобства управления и ремонта, бесшумности и безопасности действия, тепловой надежности.

Понятие тепловая надежность выражает требование выполнения отопительной установкой своего назначения в течение всего отопительного сезона. Установка должна обладать способностью передавать в каждое отапливаемое помещение изменяющееся количество тепла в соответствии с теплопотребностью.

Деление требований на пять групп является до некоторой степени условным, так как в эти группы входят требования, относящиеся как к периоду строительства, так и эксплуатации зданий.

В местной системе отопления с использованием электричества тепло-перенос может осуществляться без теплоносителя - непосредственно через твердую среду.

  1. ВИДЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Водяное отопление

Наиболее распространенная система отопления, применяемая в современных жилых, общественных и промышленных зданиях. Тепло в отапливаемые помещения передаётся горячей водой через находящиеся в них отопительные приборы. Система водяного отопления включает: водонагреватели, отопительные приборы, трубопроводы, по которым горячая вода от водонагревателя поступает в отопительные приборы, и после остывания в них возвращается обратно в водонагреватель, расширительный сосуд для воды, объём которой увеличивается при нагревании и запорно-регулирующую арматуру, устанавливаемую на трубопроводе. Для правильной эксплуатации системы водяного отопления важно, чтобы из неё был удалён воздух. С этой целью, а также для полного опорожнения системы все трубопроводы прокладываются вертикально или с уклоном, причём в верхней точке системы делаются специальные устройства - воздухоотводчики.

Паровое отопление

Паровое отопление - это вид центрального отопления, при котором теплоносителем служит пар, поступающий в систему отопления от сети централизованного теплоснабжения или от парового котла, находящегося в отапливаемом здании или рядом с ним. Область применения парового отопления из-за присущих ему недостатков в современном строительстве значительно сократилась. При наличии пара как теплоносителя для отопления чаще используется комбинированное пароводяное отопление, при котором вместо отопительного котла устанавливается работающий на пару водонагреватель.

Воздушное отопление

Основное преимущество воздушного отопления по сравнению с другими видами центрального отопления - уменьшенный расход металла, потому что для устройства воздушного отопления не применяются отопительные приборы и трубы, как, например, при водяном отоплении или паровом отоплении. Еще одно существенное преимущество воздушного отопления перед другими видами отопления - это возможность совмещения его действия с вентиляцией и кондиционированием воздуха. Главным образом воздушное отопление используется в общественных и промышленных зданиях.

Панельное отопление

Это вид отопления, при котором тепло в отапливаемое помещение передаётся от нагреваемых плоских поверхностей отопительных панелей, располагаемых в стенах и перегородках (иногда в полу). Отопительные панели обычно делают из бетона с заделкой в него нагревательных элементов в виде стальных труб, по которым циркулирует теплоноситель (горячая вода, реже пар).

Лучистое отопление

Это вид отопления, при котором тепло в отапливаемое помещение передаётся преимущественно излучением и в значительно меньшем количестве - конвекцией. Характерный признак лучистого отопления - размещение отопительных приборов под потолком или в потолке помещения. При этом поток лучистого тепла от отопительных приборов распространяется вниз. Он воспринимается ограждающими конструкциями (в частности, полом). Люди, находящиеся в помещении, также воспринимают выделяемое отопительными приборами лучистое тепло.

  1. СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Системы водяного отопления прежде всего разделяются на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды 105°С и высокотемпературные - tг>105оС. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150 °С.

По способу создания циркуляции воды различаются системы водяного отопления с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов (насосные системы). В гравитационной (лат. gravitas - тяжесть) системе используется различие в плотности воды, нагретой до различной температуры. В системе с неоднородным распределением плотности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе используется электрический насос для повышения гидравлического давления; в системе создается вынужденное движение воды в дополнение к гравитационному.

Теплопроводы систем водяного отопления подразделяются на магистрали, подающие горячую воду к стоякам (подающие магистрали /) и отводящие охлажденную воду от стояков к теплообменникам (обратные магистрали 2), и стояки, подающие 3 и обратные 4, которые соединяют магистрали с отопительными приборами 5 или с горизонтальными ветвями 6.

Системы водяного отопления в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами называются однотрубными и двухтрубными. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой и вода протекает последовательно через все приборы. В двухтрубной системе каждый прибор отдельно присоединяется к двум трубам - подающей и обратной, и вода протекает через него независимо от других приборов.

По вертикальному или горизонтальному положению труб, соединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные со стояками и горизонтальные с ветвями 6

В зависимости от места прокладки магистралей различаются системы с верхней разводкой, когда подающая магистраль располагается выше отопительных приборов; с нижней разводкой, когда подающая и обратная магистрали прокладываются ниже приборов; с «опрокинутой» циркуляцией воды, когда подающая магистраль находится ниже, а обратная выше приборов.

Движение воды в подающей и обратной магистралях может совпадать по направлению и быть встречным. В зависимости от этого системы именуются системами с тупиковым (встречным) и с попутным движением воды в магистралях.

В двухтрубном стояке каждый отопительный прибор 7 присоединяют отдельно к подающей трубе 5 и обратной трубе 6. По подающей трубе подводится горячая вода, по обратной - отводится охлажденная вода от приборов.

  1. СИСТЕМЫ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ

Системы парового отопления в зависимости от давления пара разделяются на вакуум-паровые, низкого и высокого давления

Максимальное давление пара ограничено, как и в системах водяного отопления, допустимым пределом температуры поверхности отопительных приборов (температуре 150 °С соответствует избыточное давление пара, равное приблизительно 0,37 МПа или 3,8 кгс/см2).

В системах парового отопления насыщенный пар конденсируется на стенках отопительных приборов, тепло фазового превращения через стенки передается в помещения, конденсат удаляется из приборов и возвращается в котлы.

По способу возвращения конденсата в паровые котлы системы парового отопления подразделяются на замкнутые с самотечным возвращением и разомкнутые с насосным возвращением конденсата. В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел / под действием разности давления, выраженного на 1.9, а столбом конденсата высотой h, и давления пара в котле. Поэтому отопительные приборы 3 должны находиться достаточно высоко над котлом 1 (в зависимости от давления пара в котле).

В разомкнутой системе парового отопления конденсат непрерывно поступает в конденсатный бак 6 и по мере накопления периодически подается конденсатным насосом 7 в котел. В такой системе положение нижнего отопительного прибора обусловлено обеспечением самотечного стекания конденсата только в бак, а давление пара в котле преодолевается давлением насоса.

Теплопроводы систем парового отопления разделяются на паропроводы 2, по которым пар перемещается от теплового центра (котла /) до отопительных приборов 3, и конденсатопроводы 4 для отвода конденсата. Разводка паропроводов в зависимости от места их прокладки по отношению к отопительным приборам может быть верхней, нижней и средней, когда паропровод размещается между отопительными приборами на различных этажах здания. Пар в паропроводах движется за счет разности давления пара в тепловом центре и в приборах.

Конденсатопроводы могут быть самотечными и напорными: самотечные 4 прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата; в напорных 5 конденсат перемещается под действием давления насоса или остаточного давления пара в приборах.

В зависимости от направления движения теплоносителя в магистралях различаются системы парового отопления, как и водяного, с попутным и тупиковым (встречным) движением пара и конденсата

Из двух уже известных конструкций стояков в системах парового отопления преимущественно используют двухтрубные стояки, изображенные на 1.8, г, но можно применять и однотрубные.

Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции теплоносителя - воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и системы с механическим побуждением движения воздуха при помощи вентиляторов (вентиляторные системы).

В гравитационной системе используется различие в плотности воздуха, нагретого до различной температуры. Как и в водяной гравитационной системе, при неоднородном распределении плотности возникает естественное движение воздуха.

В вентиляторной системе используется электровентилятор для повышения давления воздуха и создается вынужденное движение воздуха в дополнение к гравитационному.

Нагревание воздуха, служащего теплоносителем, от температуры помещения до температуры, обычно не превышающей 70 °С, происходит в специальных отопительных приборах - калориферах. Калориферы изнутри могут обогреваться паром, водой, электричеством или горячими газами; система воздушного отопления соответственно называется водо-воздушной, паровоздушной, электровоздушной, газовоздушной.

По радиусу действия воздушное отопление может относиться к местным и центральным системам. В местной системе воздух нагревается в калорифере, находящемся в отапливаемом помещении. В центральной системе калорифер размещается в отдельной камере - тепловом центре, воздух с температурой подводится к калориферу по обратным воздуховодам, горячий воздух с температурой tг перемещается в помещения по подающим воздуховодам.

5. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

Нагревательные приборы - один из основных элементов систем водяного и парового отопления - предназначены для передачи тепла от теплоносителя в помещения зданий, в которых необходимо обеспечить требуемый температурный режим. Расчетный тепловой поток от теплоносителя QT определяется путем составления теплового баланса для каждого отапливаемого помещения в зависимости от его назначения и режима эксплуатации с выявлением общей потребности помещения в тепле Qn. Этот тепловой поток определяет мощность отопительного прибора Qnp и называется тепловой нагрузкой прибора.

Таким образом, в каждый момент времени для обеспечения заданной температуры помещения должно существовать равенство (предполагается, что прибор и теплоноситель в нем имеют малую тепловую инерцию) каждая составляющая которого достигает расчетных (предельных) значений при определенных метеорологических условиях

При теплоносителе воде или другой среде, аккумулирующей тепло за счет теплоемкости, передача тепла в помещение сопровождается понижением ее температуры, при водяном паре - фазовым превращением (конденсацией) пара в воду без изменения температуры.

Массовый расход теплоносителя, определяемый по формулам, в практических расчетах обычно приводится к часу времени (кг/ч).

К нагревательным приборам, устанавливаемым непосредственно в обогреваемых помещениях, предъявляются разнообразные конструктивные и эксплуатационные требования. Эти требования могут быть сведены в следующие пять групп.

1. Теплотехнические требования передачи от теплоносителя в помещение наибольшего теплового потока через определенную площадь внешней поверхности прибора при прочих равных условиях (вид теплоносителя, температура теплоносителя и воздуха, место установки и т. д.). При этом для комфортности температурных условий одновременно должно обеспечиваться надлежащее обогревание рабочей зоны помещения.

Для выполнения этих требований приборы должны иметь коэффициент теплопередачи не менее 9-10 Вг/(м2-К) или 8-9 ккал/(ч-м2-°С), учитывая, что для современных конструкций приборов он находится в пределах 4,5-17 Вт/(м2-К).

Совершенными в теплотехническом отношении считаются нагревательные приборы, обладающие повышенным коэффициентом теплопередачи, для которых отношение так называемой эквивалентной площади нагревательной поверхности fa, м2 энп, к физической площади внешней поверхности одного и того же элемента /ф, м2, больше единицы.

2. Экономические требования, обусловливающие применение нагревательных приборов, характеризующихся следующими показателями:

минимальной заводской стоимостью (во всяком случае не превышающей стоимости наиболее распространенных приборов - в настоящее время чугунных радиаторов);

минимальным расходом металла (в радиаторных системах центрального отопления расход металла на приборы достигает 60-80% общей затраты металла на монтаж систем и 20% всего металла, расходуемого на сооружение зданий).

теплового потока) металла для некоторых отопительных приборов.

3. Архитектурно-строительные требования - сокращение площади, занимаемой отопительными приборами, и обеспечение эстетически благоприятного их внешнего вида. Для выполнения этих требований приборы должны быть достаточно компактными, т. е. их строительные глубина и ширина, приходящиеся на единицу теплового потока, должны быть наименьшими. Эти условия в ряде случаев противоречат санитарно-гигиеническим требованиям.

4. Санитарно-гигиенические требования, предопределяющие создание приборов, обладающих следующими показателями:

Наинизшей температурой внешней поверхности (при одной и той же температуре теплоносителя) во избежание разложения органической пыли;

Гладкой поверхностью для уменьшения отложения пыли и облегчения ее очистки. Кроме того, должны обеспечиваться доступность и удобство очистки пространства внутри, за и под приборами.

5. Производственно-монтажные требования, отражающие необходимость повышения производительности труда при изготовлении и монтаже отопительных приборов. Конструкция их должна благоприятствовать массовому производству, допускать применение автоматизации производства и быть удобной в монтаже, т. е. должна иметь минимальное число мест соединений, приходящихся на единицу площади поверхности, и обеспечивать простое присоединение к трубам и крепление к ограждениям.

Приборы должны быть механически прочными, удобными для транспортирования, их стенки -: температуроустойчивыми, паро- и водонепроницаемыми.

Всем перечисленным требованиям одновременно удовлетворить весьма трудно, и этим объясняется разнообразие видов и типов отопительных приборов. При этом каждый их тип в наибольшей степени отвечает какой-либо группе требований, уступая другому в отношении прочих требований. Например, отопительные приборы для лечебных учреждений отвечают повышенным санитарно-гигиеническим требованиям за счет ухудшения других показателей.

Виды отопительных приборов определяются их конструкцией, обусловливающей способ передачи тепла (преобладать может конвективный или радиационный теплообмен) от внешней поверхности приборов в помещение. Существует шесть основных видов отопительных приборов, радиаторы, панели, конвекторы, ребристые трубы, гладкотрубные приборы и калориферы

По характеру внешней поверхности отопительные приборы могут быть с гладкой (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы) и ребристой поверхностью (конвекторы, ребристые трубы, калориферы).

По материалу, из которого изготовляются отопительные приборы, различают металлические, комбинированные и неметаллические приборы.

Металлические приборы выполняют чугунными (из серого литейного чугуна) и стальными (из листовой стали и стальных труб).

В комбинированных приборах используют бетонный или керамический массив, в котором заделаны стальные или чугунные греющие элементы (отопительные панели), или оребренные стальные трубы, помещенные в неметаллический (например, асбестоцементный) кожух (конвекторы).

Неметаллические приборы представляют собой бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми трубами или с пустотами вообще без труб, а также фарфоровые и керамические радиаторы

По высоте все отопительные приборы можно подразделить на высокие (высотой более 600 мм), средние (400-600 мм) и низкие (<400 мм). Низкие приборы высотой менее 200 мм называются плинтусными

Схемы отопительных приборов пяти видов приведены на рис III 1 Калорифер, применяемый прежде всего для нагревания воздуха в системах вентиляции, описывается в курсе «Вентиляция»

Радиатором принято называть прибор конвективно-радиационного типа, состоящий из отдельных колончатых элементов - секций с каналами круглой или эллипсообразной формы.

Радиатор отдает в помещение радиацией около 25% всего количества тепла, передаваемого от теплоносителя, и именуется радиатором лишь по традиции.

Панель - прибор конвективно-радиационного типа относительно малой глубины, не имеющий просветов по фронту. Панель передает радиацией несколько большую, чем радиатор, часть теплового потока, однако только потолочная панель может быть отнесена к приборам радиационного типа (отдающим радиацией более 50% всего количества тепла).

Отопительная панель может иметь гладкую, слегка оребренную или волнистою поверхность, колончатые или змеевиковые каналы для теплоносителя.

Конвектор - прибор конвективного типа, состоящий из двух элементов - ребристого нагревателя и кожуха. Конвектор передает в помещение конвекцией не менее 75% всего количества тепла. Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению скорости естественной конвекции воздуха у внешней поверхности нагревателя К конвекторам относятся также плинтусные отопительные приборы без кожуха.

Ребристой трубой называется открыто устанавливаемый отопительный прибор конвективного типа, у которого площадь внешней теплоот-дающей поверхности не менее чем в 9 раз превышает площадь внутренней тепловоспринимающей.

Гладкотрубным называется прибор, состоящий из нескольких соединенных вместе стальных труб, образующих каналы колончатой (регистр) или змеевиковой (змеевик) формы для теплоносителя.

1. Радиаторы керамические и фарфоровые изготовляются обычно в виде блоков, отличаются приятным внешним видом, имеют гладкую, легко очищаемую от пыли поверхность. Обладают достаточно высокими теплотехническими показателями

Керамические и фарфоровые радиаторы не получили широкого распространения из-за недостаточной прочности, ненадежности соединения с трубами, затруднений при изготовлении и монтаже, возможности проникания водяного пара через керамические стенки. Применяются они в малоэтажном строительстве, используются в качестве безнапорных отопительных приборов.

2. Радиаторы чугунные - широко применяемые отопительные приборы - отливаются из серого чугуна в виде отдельных секций и могуткомпоноваться в приборы различной площади путем соединения секцийна ниппелях с прокладками из термостойкой резины. Известны разнообразные конструкции одно-, двух- и многоколончатых радиаторов различной высоты, но наиболее распространены двухколончатые средние и низкие радиаторы.

Радиаторы рассчитаны на максимальное эксплуатационное (обычно употребляется термин - рабочее) давление теплоносителя 0,6 МПа (6 кгс/см2) и обладают сравнительно высокими теплотехническими показателями

Однако значительная металлоемкость радиаторов и другие недостатки вызывают замену их более легкими и менее металлоемкими приборами. Следует отметить их непривлекательный вид при открытой установке в современных зданиях. В санитарно-гигиеническом отношении радиаторы, кроме одноколончатых, не могут считаться удовлетворяющими требованиям, так как очистка от пыли межсекционного пространства достаточно затруднительна.

Производство радиаторов трудоемко, монтаж затруднителен из-за громоздкости и значительной массы собранных приборов.

Стойкость против коррозии, долговечность, компоновочные преимущества при неплохих теплотехнических показателях, налаженность производства способствуют высокому уровню выпуска радиаторов в нашей стране. В настоящее время выпускается двухколончатый чугунный радиатор типа М-140-АО с глубиной секции 140 мм и межколончатым наклонным оребрением, а также типа С-90 с глубиной секции 90 мм.

3. Панели стальные отличаются от чугунных радиаторов меньшей массой и стоимостью. Стальные панели рассчитаны на рабочее давление до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и имеют высокие теплотехнические показатели

Панели изготовляют двух конструкций: с горизонтальными коллекторами, соединенными вертикальными колонками (колончатой формы), и с горизонтальными последовательно соединенными каналами (змееви-ковой формы). Змеевик иногда выполняется из стальной трубы и приваривается к панели; прибор в этом случае называется листотрубным.

Панели удовлетворяют архитектурно-строительным требованиям, особенно в зданиях из крупных строительных элементов, легко очищаются от пыли, позволяют механизировать их производство с применением автоматики. На одних и тех же производственных площадях возможен выпуск в год вместо 1,5 млн. м2 энп чугунных радиаторов до 5 млн. м2энп стальных. Наконец, при использовании стальных панелей сокращаются затраты труда при монтаже из-за уменьшения массы металла до 10 кг/м2 энп. Уменьшение массы повышает тепловое напряжение металла до 0,55-0,8 Вт/(кг-К) . Распространение стальных панелей ограничивается необходимостью применения холоднокатаной листовой стали высокого качества толщиной 1,2-1,5 мм, стойкой по отношению к коррозии. При изготовлении из обычной листовой стали срок службы панелей сокращается из-за интенсивной внутренней коррозии. Стальные панели, кроме листотрубных, используют в системах отопления с обескислороженной водой.

Стальные штампованные панели и радиаторы различных конструкций широко применяются за рубежом (в Финляндии, США, ФРГ и др.). В нашей стране выпускаются средние и низкие стальные панели с каналами колончатой и змеевиковой формы для одиночной и спаренной (по глубине) установки

4. Панели бетонные отопительные изготовляют:

а) с обетонированными нагревательными элементами змеевиковой или колончатой формы из стальных труб диаметром 15 и 20 мм;

б) с бетонными, стеклянными или пластмассовыми каналами различной конфигурации (безметалльные панели).

Эти приборы располагают в ограждающих конструкциях помещений (совмещенные панели) или приставляют к ним (приставные панели).

При применении стальных нагревательных элементов бетонные отопительные панели можно использовать при рабочем давлении теплоносителя до 1 МПа (10 кгс/см2).

Бетонные панели обладают теплотехническими показателями, близкими к показателям других гладких приборов, а также высоким тепловым напряжением металла. Панели, особенно совмещенные, отвечают строгим архитектурно-строительным, санитарно-гигиеническим и другим требованиям.

Однако бетонные панели, несмотря на их соответствие большинству требований, предъявляемых к отопительным приборам, не получают достаточно широкого распространения из-за эксплуатационных недостатков (совмещенные панели) и трудности монтажа (приставные панели).

5. Конвекторы обладают сравнительно низкими теплотехническими показателями, для отдельных типов конвекторов до 0,6. Тем не менее их производство во многих странах растет (при сокращении производства чугунных отопительных приборов) из-за простоты изготовления, возможности механизации и автоматизации производства, удобства монтажа (масса всего 5-8 кг/м2). Малая металлоемкость способствует повышению теплового напряжения металла прибора. М=0,8-1,3 Вт/(кг-К) . Приборы рассчитаны на рабочее давление теплоносителя до 1 МПа (10 кгс/см2).

Конвекторы могут иметь стальные или чугунные нагревательные элементы. В настоящее время выпускаются конвекторы со стальными нагревателями:

плинтусные конвекторы без кожуха (типа 15 КП и 20 КП);

низкие конвекторы без кожуха (типа «Прогресс», «Аккорд»);

низкие конвекторы с кожухом (типа «Комфорт»).

Плинтусный конвектор типа 20 КП (15 КП) состоит из стальной трубы диаметром dy = 20 мм (15 мм) и замкнутого оребрения высотой 90 (80) мм с шагом 20 мм, изготовляемого из листовой стали толщиной 0,5 мм, плотно посаженного на трубу. Конвекторы 20 КП и 15 КП выпускаются различной длины (через 0,25 м) и на заводе компонуются в узлы, состоящие из нескольких конвекторов (по длине и высоте), связывающих их труб и регулирующих кранов.

Следует отметить такое преимущество применения плинтусных конвекторов, как улучшение теплового режима помещений при размещении их в нижней зоне по длине окон и наружных стен; кроме того, они занимают мало места по глубине помещений (строительная глубина всего 70 и 60 мм). Их недостатками являются: затрата листовой стали, недостаточно эффективно используемой для теплопередачи, и затруднительность очистки оребрения от пыли. Хотя пылесобирающая поверхность у них невелика (меньше, чем у радиаторов), все же их не рекомендуется применять для отопления помещений с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями (в лечебных зданиях и детских учреждениях).

Низкий конвектор типа «Прогресс» является модификацией конвектора 20 КП, основанной на двух трубах, связанных общим оребрением той же конфигурации, но большей высоты.

Низкий конвектор типа «Аккорд» также состоит из двух параллельных стальных труб dY = 20 мм, по которым последовательно протекает теплоноситель, и вертикальных элементов оребрения (высота 300 мм) из листовой стали толщиной 1 мм, насаженных на трубы с зазорами 20 мм. Элементы оребрения, формирующие так называемую лицевую поверхность прибора, имеют в плане П-образную форму (ребро 60 мм) и открыты к стене.

Конвектор типа «Аккорд» изготовляется различной длины и устанавливается в один и два ряда по высоте.

В конвекторе с кожухом увеличивается подвижность воздуха, способствующая увеличению теплопередачи прибора. Теплопередача конвекторов увеличивается в зависимости от высоты кожуха

Конвекторы с кожухом применяют в основном для отопления помещений общественных зданий (например, в Москве они установлены в зданиях Дворца съездов, гостиниц «Россия» и «Интурист», кинотеатра «Октябрь»).

Низкий конвектор с кожухом типа «Комфорт» состоит из стального нагревательного элемента, разборного кожуха из стальных панелей, воздуховыпускной решетки и клапана для воздушного регулирования (Ш.З). В нагревательном элементе прямоугольные ребра насажены на две трубы dy= 15 или 20 мм с шагом от 5 до 10 мм. Общая масса металла нагревателя 5,5-7 кг/м2 энп.

Конвектор имеет глубину 60-160 мм, устанавливается на полу или на стене и может быть по движению теплоносителя проходным (для соединения по горизонтали с другим конвектором) и концевым (с калачом).

Наличие клапана для воздушного регулирования позволяет соединять конвекторы последовательно по теплоносителю без установки арматуры для регулирования его количества. Конвекторы могут быть также с искусственной конвекцией при установке в кожухе вентилятора специальной конструкции.

6. Ребристые трубы изготовляют из серого чугуна и применяют при рабочем давлении до 0,6 МПа (6 кгс/см2). Наибольшее распространение имеют фланцевые чугунные трубы, на наружной поверхности которых размещаются тонкие прилитые круглые ребра.

Внешняя поверхность ребристой трубы из-за высокого коэффициента оребрения во много раз больше, чем поверхность гладкой трубы такого же диаметра (внутренний диаметр ребристой трубы 70 мм) и длины. Компактность прибора, пониженная температура поверхности ребер при использовании высокотемпературного теплоносителя, сравнительная простота изготовления и невысокая стоимость обусловливают применение этого малоэффективного в теплотехническом отношении прибора. К его недостаткам также нужно отнести неудовлетворительный внешний вид, малую механическую прочность ребер и трудность очистки от пыли. Ребристые трубы имеют также весьма низкий показатель теплового напряжения металла: М = 0,25 Вт/(кг-К) .

Применяют их в производственных помещениях, в которых нет значительного выделения пыли, и во вспомогательных помещениях с временным пребыванием людей.

В настоящее время выпускаются круглые ребристые трубы по ограниченному сортаменту длиной от 0,75 до 2 м для горизонтальной установки. Разрабатываются сталечугунные ребристые трубы, к которым относится ребристая труба типа РК с прямоугольными ребрами 70Х XI30 мм. Эта труба отличается простотой изготовления и относительно небольшой массой. Основанием служит стальная труба й?у = 20 мм, залитая в чугунное оребрение толщиной 3-4 мм. Поверх ребер приливают две продольные пластины для защиты основного оребрения от механического повреждения. Прибор рассчитан на рабочее давление до 1 МПа (10кгс/см2).

7. Гладкотрубные приборы выполняют из стальных труб в форме змеевиков (трубы соединены по движению теплоносителя последовательно, что увеличивает его скорость и гидравлическое сопротивление прибора) и колонок или регистров (параллельное соединение труб с пониженным гидравлическим сопротивлением прибора).

Приборы сваривают из труб cfy=32-100 мм, расположенных на расстоянии одна от другой не менее выбираемого диаметра труб для уменьшения взаимного облучения и соответственно увеличения теплопередачи

Гладкотрубные приборы отвечают санитарно-гигиеническим требованиям - их пылесобирающая поверхность невелика и легко очищается.

К недостаткам гладкотрубных приборов относятся их громоздкость, обусловленная ограниченностью площади внешней поверхности, неудобство размещения под окнами, увеличение расхода стали в системе отопления. Учитывая указанные недостатки и неблагоприятный внешний вид, эти приборы применяют в производственных помещениях, в которых происходит значительное выделение пыли, а также в тех случаях, когда не могут быть использованы приборы других видов. В производственных помещениях их часто используют для обогревания световых фонарей.

8. Калориферы - компактные нагревательные приборы значительной площади (от 10 до 70 м2) внешней поверхности, образованной несколькими рядами оребренных труб; применяют их для воздушного отопления помещений в местных и центральных системах. Непосредственно в помещениях калориферы используют в составе воздушно-отопительных агрегатов различных типов или для рециркуляционных воздухонагревателей (см. § 72-73). Калориферы рассчитаны на рабочее давление теплоносителя до 0,8 МПа (8 кгс/см2); их коэффициент теплопередачи зависит от скорости движения воды и воздуха, поэтому может изменяться в широких пределах от 9 до 35 и более Вт/(м2-К) [от 8 до 30 и более ккал/(ч-м2-°С)].

Центральными называются системы, предназначенные для отопления нескольких помещений из единого теплового центра. Теплообменник и приборы таких систем отопления отделены друг от друга: теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся в тепловом центре, перемещается по теплопроводам в отдельные помещения и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается в тепловой центр. К центральным относятся системы водяного, парового и воздушного отопления.

Центральная система отопления может быть районной, когда группа зданий отапливается из центральной тепловой станции Теплообменник и отопительные приборы системы здесь также разделены- теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся на тепловой станции, перемещается по наружным и внутренним теплопроводам в отдельные помещения каждого здания и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается на станцию.

В современных системах теплоснабжения и отопления используются два теплоносителя Первичный высокотемпературный теплоноситель, получая тепло в центральном теплообменнике на тепловой станции, движется в наружных теплопроводах 3 и 4. Вторичный низкотемпературный теплоноситель (его температура г), получающий тепло от первичного в местном теплообменнике 2 каждого здания, переносит его по внутреннему теплопроводу - подающей трубе 6 в отдельные отопительные приборы 8 и возвращается к теплообменнику по обратной трубе.

Первичным теплоносителем обычно служит вода или пар Если, например, первичная высокотемпературная вода нагревает вторичную воду, то такая центральная система отопления называется водо-водяной. Аналогично могут существовать водовоздушная, пароводяная, паровоздушная и другие системы центрального отопления.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научно-исследовательская работа

Системы теплоснабжения зданий

Введение

Потеря тепла зданием зависит от ряда причин. Чем больше разница между температурами наружного воздуха и воздуха помещения и чем больше площадь ограждающих конструкций, тем больше тепла теряет здание. Потеря тепла зданием зависит также от материала, из которого выполнена ограждающая конструкция, и ее размеров. Системы отопления должны возмещать израсходованное тепло:

Через ограждающие конструкции (стены, окна, двери, перекрытия верхних этажей, полы нижних этажей) зданий и сооружений;

На нагревание воздуха, поступающего через открываемые ворота, двери и другие проемы и неплотности в ограждающих конструкциях;

На нагревание поступающих извне материалов, оборудования и транспорта и на нагревание поступающего с ними воздуха, температура которого ниже расчетной температуры воздуха помещения.

Системы отопления зданий и сооружений должны обеспечивать: равномерный прогрев воздуха помещений, возможность регулирования самих систем отопления, увязку с системами вентиляции; удобство эксплуатации и ремонта. В системах отопления в качестве теплоносителя используют воду температурой не более 150°С, водяной пар температурой не более 130°С или воздух, нагретый до 60°С; соответствующие системы называют водяными, паровыми или воздушными.

1. Централизованные системы теплоснабжения

Централизованные системы теплоснабжения - системы теплоснабжения больших жилых массивов, городов, поселков и промышленных предприятий. Источниками теплоты у них служат теплоэнергоцентрали или крупные котельные, имеющие высокие КПД, транспортирующие и распределяющие теплоноситель по тепловым сетям протяженностью 10-15 км, с максимальным диаметром труб 1000-1400 мм, обеспечивающим подачу потребителям теплоносителя в требуемых количествах и с требуемыми параметрами. Мощность ТЭЦ составляет 1000-3000 МВт, котельных 100-500 МВт. Крупные централизованные системы теплоснабжения имеют несколько источников теплоты, связанных резервными тепломагистралями, обеспечивающими маневренность и надежность их функционирования. В централизованную систему теплоснабжения входят и системы теплоснабжения зданий, связанные с ней единым гидравлическим и тепловым режимами и общей системой управления. Однако ввиду многообразия технических решений теплоснабжения зданий их выделяют в самостоятельную техническую систему, называемую системой отопления. Поэтому центральная система теплоснабжения начинается источником теплоты и заканчивается абонентским вводом в здание.

Централизованные системы теплоснабжения бывают водяные и паровые. Основное преимущество воды как теплоносителя в значительно меньшем расходе энергии на транспортирование единицы теплоты в виде горячей воды, чем в виде пара, что обусловливается большей плотностью воды. Снижение расхода энергии дает возможность транспортировать воду на большие расстояния без существенной потери энергетического потенциала. В крупных системах температура воды понижается примерно на 1°С на пути в 1 км, тогда как давление пара (его энергетический потенциал) на том же расстоянии примерно на 0,1-0,15 МПа, что соответствует 5-10°С. Поэтому давление пара в отборах турбины у водяных систем ниже, чем у паровых, что приводит к сокращению расхода топлива на ТЭЦ. К другим достоинствам водяных систем относятся возможность центрального регулирования подачи теплоты потребителям путем изменения температуры теплоносителя и более простая эксплуатация системы (отсутствие конденсатоотводчиков, конденсатоп-роводов, конденсатных насосов).

К достоинствам пара следует отнести возможность удовлетворения и отопительных и технологических нагрузок, а также малое гидростатическое давление. Учитывая достоинства и недостатки теплоносителей, водяные системы используют для теплоснабжения жилых массивов, общественных и коммунальных зданий, предприятий, использующих горячую воду, а паровые - для промышленных потребителей, которым необходим водяной пар. Водяные централизованные системы теплоснабжения - основные системы, обеспечивающие теплоснабжение городов. Централизация теплоснабжения городов составляет 70-80%. В крупных городах с преимущественно современной застройкой уровень использования ТЭЦ в качестве источников теплоты для жилищно-коммунального сектора достигает 50-60%.

В теплофикационных системах пар высоких параметров (давление 13-24 МПа, температура 565°С), вырабатываемый в энергетических котлах, подается в турбины, где, проходя через лопатки, отдает часть своей энергии для получения электроэнергии. Основная часть пара проходит через отборы и поступает в теплофикационные теплообменники, в которых он нагревает теплоноситель системы теплоснабжения. Таким образом на ТЭЦ теплота высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а теплота низкого потенциала - для теплоснабжения. Комбинированная выработка теплоты и электроэнергии обеспечивает высокую эффективность использования топлива, позволяет сократить его расход.

В большинстве централизованных систем теплоснабжения максимальная температура горячей воды принимается 150°С. Температура пара в теплофикационных отборах турбины не превышает 127°С. Следовательно, при низких температурах наружного воздуха в теплофикационных теплообменных аппаратах подогреть воду до требуемого уровня нельзя. Для этого используют пиковые котлы, которые работают только при низких наружных температурах, т.е. снимают пиковую нагрузку. Так как отопительная нагрузка меняется с изменением наружной температуры, меняется и количество пара, отбираемого из турбины для теплоснабжения. Неотработанный пар проходит через цилиндры низкого давления турбины, отдает свою энергию и поступает в конденсатор, где поддерживается вакуум (давление 0,004-0,006 МПа), которому соответствуют низкие температуры конденсации 30-35°С, а охлаждающая вода имеет еще более низкую температуру, поэтому не используется для теплоснабжения. Таким образом, для теплоснабжения используется только часть пара, проходящая через отборы турбины, что снижает экономический эффект теплофикации. Однако расход топлива на выработку электроэнергии и теплоты для теплоснабжения в среднем за год сокращается примерно на 25-33%. Экономический эффект дает и использование в качестве источников теплоты крупных районных котельных установок (тепловых станций), имеющих высокий КПД.

Теплоноситель от источников теплоты транспортируется и распределяется между потребителями по развитым тепловым сетям. В результате тепловые сети охватывают все городские территории, а их сооружение вызывает наибольшие градостроительные и эксплуатационные трудности. В процессе эксплуатации они подвергаются коррозии и разрушениям. Аварийные повреждения приводят к отказам теплоснабжения, социальному и экономическим ущербам. В результате тепловые сети, являясь основным элементом крупных систем теплоснабжения, становятся и наиболее слабой составляющей их частью, что снижает экономический эффект от централизации теплоснабжения, ограничивает максимальную мощность систем. В зависимости от способа приготовления горячей воды централизованные системы теплоснабжения разделяют на закрытые и открытые. В закрытой системе циркулирующая в ней вода используется только как теплоноситель. Вода нагревается на источнике теплоты, несет свою энтальпию к потребителям и отдает ее на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Вода для горячего водоснабжения берегся из горячего водопровода и подогревается в поверхностных теплообменных аппаратах циркулирующим теплоносителем до требуемой температуры. Система закрыта по отношению к атмосферному воздуху. В открытых системах горячая вода, которую использует потребитель, отбирается из тепловой сети. Следовательно, горячая вода в системе используется не только как теплоноситель, но и непосредственно как вещество. Поэтому система теплоснабжения является частично циркуляционной, а частично прямоточной. Вода горячего водоснабжения приготовляется на источнике теплоты, прямоточно движется к потребителям и изливается через водоразборные краны в атмосферу.

Для крупных городов централизация теплоснабжения - перспективное направление. Централизованные системы, особенно теплофикационные, расходуют меньше топлива. Сокращение и укрупнение источников теплоты улучшают условия для градостроительства и экологию крупных городов. Меньшее количество источников теплоты позволяет резко сократить число дымовых труб, через которые в окружающую среду выбрасываются продукты сгорания. Исключается необходимость создания множества мелких топливных складов для хранения твердого топлива, откуда при децентрализованных системах теплоснабжения приходится развозить топливо, а из разбросанных по всему городу небольших котельных увозить золу и шлаки. Кроме того, при централизации источников теплоты легче очищать дымовые газы от токсичных компонентов.

2 . Децентрализованная система теплоснабжения

бифилярный теплоснабжение централизованный теплосеть

Трубопроводы тепловых сетей прокладываются в подземных проходных и непроходных каналах - 84%, бесканальная подземная прокладка - 6% и надземная (на эстакадах) - 10%. В среднем по стране свыше 12% тепловых сетей периодически или постоянно затапливаются грунтовыми или поверхностными водами, в отдельных городах эта цифра может достигать 70% теплотрасс. Неудовлетворительное состояние тепловой и гидравлической изоляции трубопроводов, износ и низкое качество монтажа и эксплуатации оборудования тепловых сетей отражается статистическими данными по аварийности. Так, 90% аварийных отказов приходится на подающие и 10% - на обратные трубопроводы, из них 65% аварий происходит из-за наружной коррозии и 15% - из-за дефектов монтажа (преимущественно разрывов сварных швов).

На этом фоне всё увереннее позиции децентрализованного теплоснабжения, к которому следует отнести как поквартирные системы отопления и горячего водоснабжения, так и домовые, включая многоэтажные здания с крышной или пристроенной автономной котельной. Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного, обслуживаемого ей объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспорте теплоносителя. Повышенный интерес к автономным источникам теплоты (и системам) в последние годы в значительной степени обусловлен финансовым состоянием и инвестиционно-кредитной политикой в стране, так как строительство централизованной системы теплоснабжения требует от инвестора значительных единовременных капитальных вложений в источник, тепловые сети и внутренние системы здания, причем с неопределенными сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации возможно достичь не только снижения капитальных вложений за счет отсутствия тепловых сетей, но и переложить расходы на стоимость жилья (т.е. на потребителя). Именно этот фактор в последнее время и обусловил повышенный интерес к децентрализованным системам теплоснабжения для объектов нового строительства жилья. Организация автономного теплоснабжения позволяет осуществить реконструкцию объектов в городских районах старой и плотной застройки при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализация на современном уровне, базирующаяся на высокоэффективных теплогенераторах последних поколений (включая конденсационные котлы), с использованием энергосберегающих систем автоматического управления позволяет в полной мере удовлетворить запросы самого требовательного потребителя.

Перечисленные факторы, в пользу децентрализации теплоснабжения привели к тому, что часто оно уже стало рассматриваться как безальтернативное техническое решение лишенное недостатков.

Важным преимуществом децентрализованных систем является возможность местного регулирования в системах квартирного отопления и горячего водоснабжения. Однако, эксплуатация источника теплоты и всего комплекса вспомогательного оборудования квартирной системы теплоснабжения непрофессиональным персоналом (жильцами) не всегда дает возможность в полной мере использовать это преимущество. Также необходимо учитывать, что в любом случае требуется создание, или привлечение, ремонтно-эксплуатационной организации для обслуживания источников теплоснабжения.

Рациональной можно признать децентрализацию только на основе газообразного (природный газ) или легкого дистиллятного жидкого топлива (дизтопливо, топливо печное бытовое). Другие энергоносители:

Твердое топливо в многоэтажной застройке. По ряду очевидных причин нереализуемая задача. В малоэтажной застройке, как показывают многие исследования на низкосортном рядовом твердом топливе (а сейчас другого в стране практически нет) экономически целесообразно строить групповую котельную;

Сжиженный газ (пропан-бутановые смеси) для районов с большим потреблением тепла на цели отопления, даже в комплексе с энергосберегающими мероприятиями потребует строительства газохранилищ большой ёмкости (с обязательной установкой не менее двух подземных ёмкостей), что в комплексе вопросов с централизованной поставкой сжиженного газа существенно усложняет проблему;

Электроэнергия не может и не должна использоваться на цели отопления (независимо от себестоимости и тарифов) в силу эффективности её выработки по первичной энергии для конечного потребителя (КПД30%) за исключением систем временного, аварийного, локального отопления (местного) и в районах её избытков, в ряде случаев использования альтернативных источников энергии (тепловые насосы). В этой же связи необходимо отмежеваться от безответственных заявлений в печати ряда разработчиков и производителей так называемых вихревых теплогенераторов, декларирующих тепловую эффективность устройств, работающих на вязкостной диссипации механической энергии (от электродвигателя) в 1,25 раза превосходящую установленную мощность электрооборудования.

Установочная мощность источников теплоты при поквартирном теплоснабжении в многоэтажном здании рассчитывается по максимуму (пику) теплопотребления, т.е. по нагрузке горячего водоснабжения. Нетрудно видеть, что в этом случае для двухсот квартирного жилого здания установленная мощность теплогенераторов составит 4,8 МВт, что более чем в два раза превышает необходимую суммарную мощность теплоснабжения при подключении к центральным тепловым сетям или к автономной, например, крышной котельной. Установка емкостных водонагревателей в системе горячего водоснабжения квартиры (емкость 100-150 литров) позволяет снизить установленную мощность поквартирных теплогенераторов, однако существенно усложняет квартирную систему теплоснабжения, значительно увеличивает её стоимость и практически не применяется в многоэтажных зданиях.

Автономные источники теплоснабжения (в том числе и поквартирные) имеют рассредоточенный в жилом районе выброс продуктов сгорания при относительно низкой высоте дымовых труб, что оказывает существенное влияние на экологическую обстановку, загрязняя воздух непосредственно в селитебной зоне.

Существенно меньше проблем возникает при разработке децентрализованных систем теплоснабжения от автономных (крышных), встроенных и пристроенных котельных отдельных объектов жилого, коммунально-бытового и промышленного назначения, в том числе и типовых сооружений. Достаточно чёткая нормативная документация позволяет технически обосновать эффективное решение вопросов размещения оборудования, топливоснабжения, дымоудаления, электроснабжения и автоматизации автономного источника теплоты. Не встречает особых трудностей и разработка инженерных систем здания, включая типовые, по своей конструкции

Таким образом, автономное теплоснабжение не должно рассматриваться как безусловная альтернатива централизованному теплоснабжению, или как отступление от завоёванных позиций. Технический уровень современного энергосберегающего оборудования по выработке, технологии транспорта и распределения теплоты позволяют создавать эффективные и рациональные инженерные системы, уровень централизации которых должен иметь соответствующее обоснование.

3 . Способы циркуляции воды в теплосети

Системы теплоснабжения могут быть с естественной и насосной циркуляцией воды. Рассмотрим вначале систему с естественной циркуляцией.

Схема системы отопления с естественной циркуляцией: вода, нагретая в отопительном котле, как более легкая, поднимается по главному стояку вверх, поступает в разводящие магистральные трубопроводы, а из них через подающие стояки - в радиаторы. Отдавая тепло, температура воды в радиаторе понижается, становится более тяжелой и через трубы обратной разводки, соединенной со стояком, опускается вниз, поступает в нагревательный котел и своей массой вытесняет нагретую воду из котла вверх - в главный подающий стояк системы отопления с естественной циркуляцией. Схемы устройства водяного отопления с естественной циркуляцией представлена на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1 - Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с верхней разводкой: 1 - отопительный котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - переливная труба; 5 - разводящий трубопровод; 6 - стояки горячей воды; 7 - радиаторы; 8 - вентиль ручной; 9 - обратные стояки; 10 - обратная линия

Рисунок 2 - Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с нижней разводкой: 1 - отопительный котел; 2 - разводящий трубопровод; 3 - стояки горячей воды; 4 - расширительный бак; 5 - переливная труба; 6 - труба отвода воздуха; 7 - радиаторы; 8 - вентиль ручной; 9 - обратные стояки; 10 - обратная линия

Во время работы нагревательного котла, этот процесс непрерывно повторяется и в системе происходит естественная циркуляция воды. Таким образом, в системе отопления с естественной циркуляцией, вода двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости.

Циркуляционное давление зависит:

От разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, оно зависит от разности температур горячей и охлажденной воды;

От высоты расположения радиаторов над котлом.

В системах водяного отопления нагревательные приборы, расположенные на верхнем этаже, прогреваются лучше, чем приборы на нижнем этаже. В двухтрубных системах отопления нагревательные приборы, расположенные на одном уровне с отопительным котлом или ниже, практически не нагреваются. Для таких систем наименьшее расстояние между центром нагревательных приборов, расположенных на первом этаже, и центром отопительного котла должно быть не менее 3 м, поэтому котельная для такой системы должна располагаться в подвале. Указанного недостатка лишены однотрубные системы отопления с естественной циркуляцией, так как гидростатический напор, заставляющий циркулировать воду в системе, будет образовываться из-за охлаждения воды в трубопроводах, подводящих нагретую воду к радиаторам, а также отводящих охлажденную воду от радиаторов к отопительному котлу. Охлаждение указанных трубопроводов приносит двойную пользу: способствует созданию гидростатического напора, дополнительному обогреву помещения. Поэтому трубопроводы прокладывают открыто и не изолируют. Главный трубопровод (подъемный стояк горячей воды) системы отопления с естественной циркуляцией, наоборот, надо тщательно теплоизолировать, так как охлаждение приводит к снижению температуры и увеличению плотности воды, следовательно, приводит к уменьшению гидростатического напора системе отопления с естественной циркуляцией.

Количество тепла, отдаваемого помещению радиаторами, зависит от количества поступающей в прибор воды и ее температуры. Количество воды, которое может быть пропущено через трубопровод к радиатору, зависит от циркуляционного давления. Чем больше циркуляционное давление в системе отопления с естественной циркуляцией, тем меньше может быть диаметр трубы для пропуска определенного количества воды, и наоборот, чем меньше циркуляционное давление, тем больше должен быть диаметр трубы. Чтобы система отопления с естественной циркуляцией действовала эффективно, требуется еще одно условие: циркуляционное давление должно быть достаточным для преодоления всех сопротивлений, которые встречает движущаяся в этой системе вода (сопротивления, вызываемые трением воды о стенки труб, местные сопротивления, к которым относятся отводы, тройники, крестовины, краны, нагревательные приборы, вентили и другие элементы системы отопления). Величина местного сопротивления зависит от скорости воды, а скорость воды от изменения сечений и направления движения воды в разводящих трубопроводах.

Сопротивление, вызываемое трением, зависит от диаметра, длины трубопровода, а также скорости воды. При большой длине труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра труб оно падает.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя в малоэтажных домах величина циркуляционного давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах, следовательно, диаметры труб должны быть большими. Применение систем с естественной циркуляцией может оказаться экономически невыгодным, они оправданы лишь для небольших домов.

Достоинства системы отопления с естественной циркуляцией:

Простота монтажа и ввода в эксплуатацию;

Экономичность и простота эксплуатации;

Отсутствие циркуляционного насоса, а соответственно, шума и вибрации;

Долговечность (при правильной эксплуатации - более 40 лет без капитального ремонта);

Способность системы к саморегулированию: при изменении температуры и плотности воды изменяется и расход вследствие возрастания или уменьшения естественного циркуляционного давления.

Недостатки системы отопления с естественной циркуляцией:

Замедленное включение системы в действие;

Сокращение радиуса действия системы по горизонтали до 30 м из-за небольшого циркуляционного давления;

Повышение затрат в связи с применением труб большего диаметра;

Повышение опасности замерзания воды в трубах, проложенных в неотапливаемых помещениях.

Системы отопления с насосной циркуляцией отличаются от систем с естественной циркуляцией в основном тем, что в сеть трубопровода включен насос, перемещающий воду. Циркуляционное давление, создаваемое насосом, достигает 1000-1500 мм вод. ст. Это давление приблизительно в 20-30 раз превышает естественное.

Большее располагаемое давление в системах водяного отопления с насосной циркуляцией позволяет значительно повысить скорость движения воды в трубопроводах по сравнению со скоростью движения воды в трубопроводах систем водяного отопления с естественной циркуляцией.

При больших скоростях движения воды трубопроводы могут быть меньших диаметров, что дает значительную экономию металла и снижает стоимость устройства систем отопления.

Рисунок 3 - Схема двухтрубной системы отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой: 1 - котел; 2 - верхняя разводящая магистраль; 3 - расширительный сосуд; 4 - воздухосборник; 5 - горячие подающие стояки; 6 - нагревательные приборы; 7 - обратные стояки; 8 - обратная сборная магистраль; 9 - центробежный насос

Для постоянной циркуляции воды необходима непрерывная работа центробежного насоса. Поэтому в системах отопления с насосной циркуляцией устанавливают два насоса, один из которых является резервным. Насосы работают попеременно. В насосных системах отопления вследствие охлаждения воды в приборах и трубах возникает также естественное давление.

В случае прекращения подачи электроэнергии и остановки насосов благодаря естественному давлению вода продолжает медленно циркулировать в системе. Эта циркуляция предотвращает быстрое повышение температуры воды в котле и аварию его, а также временно обеспечивает некоторое прогревание приборов верхних этажей и предохраняет магистрали от замораживания. Для уменьшения сопротивлений движению воды у насосов устраивают обводную линию с параллельной задвижкой; если открыть задвижку, вода проходит по трубопроводу, минуя насосы.

Системы водяного отопления с насосной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, однотрубные с верхней и нижней разводками и горизонтальные. В двухтрубных системах отопления горячая вода из стояков непосредственно поступает во все отопительные приборы, а охлажденная вода из каждого прибора возвращается в котел по обратным стоякам, не заходя в другие приборы. Таким образом, каждый прибор обслуживается подающим и обратным стояками. Если не учитывать охлаждение воды в трубах, можно считать, что во все нагревательные приборы вода поступает с одинаковой температурой.

Устройство двухтрубной насосной системы водяного отопления с верхней разводкой показано на рисунке 3. Эта система отличается от естественной тем, что на обратной линии перед котлом установлен насос, а расширительный сосуд присоединен к обратной линии перед всасывающим отверстием насоса.

Кроме систем отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой, еще большее применение имеют системы отопления с насосной циркуляцией и нижней разводкой. Такая система представлена на рисунке 4. Устроены эти системы так же, как и системы отопления с естественной циркуляцией, но расширительный сосуд присоединен к обратной магистрали до насоса, как в системах отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой. В системах отопления применяют малонапорные, но большой производительности центробежные насосы.

Рисунок 4 - Схема двухтрубной системы отопления с насосной циркуляцией и нижней разводкой: 1 - котел; 2 - подающая магистраль; 3 - обратная магистраль; 4 - подающие стояки; 5 - обратные стояки; 6 - расширительная труба; 7 - расширительный сосуд; 8 - воздухосборник;, 9 - воздушные краны; 10 - центробежный насос

В настоящее время для создания циркуляции в системах отопления широко используют консольные центробежные насосы типа «К» производительностью от 6 до 360 м 3 /ч и напором от 14 до 100 м.

4 . Однотрубные, двухтрубные и бифилярные системы теплоснабжения

В однотрубных системах водяного отопления отсутствуют обратные стояки. Температура горячей воды, проходя через верхние радиаторы, понижается, при этом вода возвращается в подающие стояки. В нижние радиаторы поступают горячая вода от стояка и охлажденная вода из верхних радиаторов. Температура этой смешанной воды ниже температуры воды в отопительных приборах, расположенных выше, следовательно, чтобы увеличить отдачу тепла, поверхность нагрева нижних радиаторов должна быть увеличена.

Однотрубные системы отопления подразделяются на 2 вида.

По одной схеме (рисунок 5) - с замыкающими участками, из стояка часть воды поступает в верхние радиаторы, при этом, остальная вода направляется по стояку к ниже расположенным радиаторам.

Количество поступающей в радиаторы воды регулируется кранами, которые устанавливаются у каждого радиатора.

При другой системе (рисунок 6 и 7) - проточной, вода из стояка следует последовательно через все радиаторы, начиная с верхнего. В отличие от схемы с замыкающими участками, здесь в радиаторы, находящиеся в нижней части отапливаемого дома, поступает охлажденная вода. В проточной системе не устанавливаются регулировочные краны, так как при уменьшении или перекрытии крана у того или иного радиатора, то уменьшится или перекроется подача воды во всех радиаторах, присоединенных к данному стояку.

Также в данной схеме невозможно регулировать температуру воздуха в помещениях. Кроме того, если дом двухэтажный, то невозможно осуществить пуск отопительной системы только на одном этаже. Однако по сравнению с двухтрубными системами, однотрубные системы проще в монтаже, на их устройство требуется меньше труб, и они выглядят более красиво.

Однотрубные системы отопления могут выполняться только в домах, где имеются чердаки, т.е. для их функционирования требуется верхняя разводка труб.

Рисунок 5 - Однотрубная система водяного отопления с принудительной циркуляцией. Схема с замыкающими участками: 1 - отопительный котел; 2 - главный стояк; 3 - разводящий магистральный трубопровод; 4 - воздухосборник; 5 - стояки горячей воды; 6 - радиаторы; 7 - обратная линия; 8 - расширительный бак; 9 - расширительная труба; 10 - циркуляционный насос

Двухтрубную систему водяного отопления с вертикальными стояками с верхней или нижней разводкой целесообразно использовать как в одноэтажных, так и в двухэтажных (и более) домах и коттеджах с крутой крышей. Возможны и другие варианты устройства двухтрубных систем отопления.

Рисунок 6 - Однотрубная система водяного отопления с принудительной циркуляцией. Схема проточной системы: 1 - отопительный котел; 2 - главный стояк; 3 - разводящий магистральный трубопровод; 4 - расширительный бак; 5 - воздухосборник; 6 - стояки; 7 - обратная линия; 8 - расширительная труба; 9 - циркуляционный насос

При горизонтальной системе отопления невозможно полностью обогреть все помещения дома. Система отопления выполняется с естественной циркуляцией, так как для этого вполне достаточен циркуляционный напор. При установке котла в подвале высота дымовой трубы должна составлять не менее 10 м, что позволяет отопительному котлу работать на любом топливе. В домах без подвала котлы устанавливают на первом этаже, а система должна быть только с верхней разводкой.

Рисунок 7 - Двухтрубная регулируемая система водяного отопления с естественной циркуляцией. Варианты подводок: 1 - магистральная труба горячей воды; 2 - задвижка; 3 - фильтр; 4 - стояки горячей воды; 5 - регулятор перепада давления и расхода; 6 - термоголовка; 7 - клапан термостатический; 8 - гарнитур подключения; 9 - вентиль балансовый; 10 - клапан четырехходовой; 11 - термоголовка с дистанционной регулировкой; 12 - вентиль ручной; 13 - узел подключения; 14 - обратные стояки; 15 - вентиль запорный; 16 - муфта радиаторная быстроразъемная; 17 - вентиль запорный; 18 - клапан для слива

Бифилярная (двухтопочная) система отопления - установка водяного отопления с отопительными приборами в стояках и ветвях, раздел на 2 равные части последовательно соединенных 1 трубой. Теплоноситель (вода) в частях каждого отопительного, прибора движется в противоположных направлениях с различной температурой, что создает равенство среднеарифметической температуры теплоносителя во всех отопительных приборах системы. Бифилярная система отопления по гидравлической связи частей отопительных приборов (последовательно соединение) относится к однотрубным системам водяного отопления, а по условиям теплопередачи приборов - к двухтрубным системам отопления.

Схемы бифилярной системы отопления с вертикальными стояками и горизонтальными ветвями аналогичны схемам однотрубной системы. В вертикальной бифилярной системе устраиваются, как в однотрубной системе с нижней разводкой, П-образные стояки. По такой схеме до конца 80-х гг. устраивалось папельно-лучистое отопление отдельных типов жилых зданий, где использовались трубчатые нагревательные элементы, встроенные вместе со стояками во внутренний бетонный слой наружных стеновых панелей. При этом нагревательные элементы каждого помещения делились на 2 змеевика, а каждый змеевик отдельно присоединялся к восходящей и нисходящей частям стояка. В горизонтальных двухтопочных системах отопления применяются трубчатые отопительные приборы - конвекторы, трубы отопительные (ребристые и гладкие), бетонные радиаторы приставного типа, стальные и чугунные радиаторы - только при двухрядной установке. В горизонтальной системе, как и в однотрубной системе, проточными приборными узлами отопления, невозможно индивидуальное количественное регулирование теплоотдачи отдельных отопительных приборов, поэтому проводится регулирование сразу всей цепочки приборов или каждого прибора «по воздуху», если устанавливаются конвекторы с воздушным клапаном. Бифилярные системы с горизонтальными пофасадными ветвями наиболее часто используется в производстве и сельско-хозяйственных зданиях.

Заключение

Как было показано в этой работе, существует множество систем теплоснабжения. Безусловно, решение по теплоснабжению должно приниматься застройщиками по результатам технико-экономического обоснования с учетом условий инвестирования строительства, климата и региональной специфики в вопросах градостроительства, топливоснабжения, социального уровня проживания населения. Разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения должны производится на основании соблюдения технологических особенностей всех процессов, сопровождающих выработку тепловой энергии, с обязательным учетом их в конструкции здания, специально проектируемого для конкретных схем автономного теплоснабжения.

Список использованных источников

1 Щёкин Р.В., Кореневский С.М., Бем Г.Е. Отопление и вентиляция. - Киев: Будiвельник, 1976.

2 Каменев П.Н., Сканави А.Н., Богословский В.Н. Учебник по отоплению и вентиляции. - М.: Стройиздат, 1975.

3 Николаев А.А. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. - М.: Издательство литературы по строительству, 1989.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Эффективность водяных систем теплоснабжения. Виды потребления горячей воды. Особенности расчета паропроводов и конденсатопроводов. Подбор насосов в водяных тепловых сетях. Основные направления борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения.

    шпаргалка , добавлен 21.05.2012

    Исследование надежности системы теплоснабжения средних городов России. Рассмотрение взаимосвязи инженерных систем энергетического комплекса. Характеристика структуры системы теплоснабжения города Вологды. Изучение и анализ статистики по тепловым сетям.

    дипломная работа , добавлен 10.07.2017

    Параметры наружного воздуха. Расчет нагрузок потребителей теплоты. Выбор системы теплоснабжения. Определение расходов сетевой воды. Построение пьезометрического графика. Температурный график регулирования закрытой независимой системы теплоснабжения.

    курсовая работа , добавлен 23.05.2014

    Подготовка к отопительному периоду. Режимы теплоснабжения для условий возможного дефицита тепловой мощности источников тепла, повышение надежности системы. Давления для гидравлических испытаний, графики проведения аварийно-восстановительных работ.

    реферат , добавлен 01.03.2011

    Определение понятия тепловой энергии и основных ее потребителей. Виды и особенности функционирования систем теплоснабжения зданий. Расчет тепловых потерь, как первоочередной документ для решения задачи теплоснабжения здания. Теплоизоляционные материалы.

    курсовая работа , добавлен 08.03.2011

    Расчет нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий жилого микрорайона. Гидравлический и тепловой расчет сети, блочно-модульной котельной для теплоснабжения, газоснабжения. Выбор источника теплоснабжения и оборудования ГРУ и ГРПШ.

    курсовая работа , добавлен 12.03.2013

    Расчет расхода тепла на отопление, вентиляцию, горячее водопотребление. Графики часового и годового потребления тепла по периодам и месяцам. Схема теплового узла и присоединения теплопотребителей к теплосети. Тепловой и гидравлический расчет трубопровода.

    курсовая работа , добавлен 25.01.2015

    Классификация котельных установок. Виды отопительных приборов для теплоснабжения зданий. Газовые, электрические и твердотопливные котлы. Газотрубные и водотрубные котлы: понятие, принцип действия, главные преимущества и недостатки их использования.

    реферат , добавлен 25.11.2014

    Характеристика Солнца как источника энергии. Проектирование и постройка зданий с пассивным использованием солнечного тепла, способы уменьшения энергопотребления. Виды концентрационных станций, конструкции активной гелиосистемы и вакуумного коллектора.

    реферат , добавлен 11.03.2012

    Анализ существующей системы энергетики Санкт-Петербурга. Тепловые сети. Сравнительный анализ вариантов развития системы теплоснабжения. Обоснование способов прокладки теплопроводов. Выбор оборудования и строительных конструкций системы теплоснабжения.

Теплоносители систем теплоснабжения

Назначение систем теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества. Качество теплоты обеспечивается теплоносителем требуемых параметров.

В процессе теплоснабжения различают три стадии:

Подготовка теплоносителя;

Транспортировка и распределение теплоносителя;

Использование теплоносителя.

Система теплоснабжения - комплекс установок по подготовке, транспортировке и использованию теплоносителя. В состав систем теплоснабжения входят:

- теплоподготовительные установки на ТЭЦ, городские, районные и квартальные котельные;

Тепловые сети для транспорта и распределения теплоносителя;

Теплоприемники потребителей.

Общая классификация систем теплоснабжения.

Системы теплоснабжения подразделяют на централизованные и децентрализованные .

Децентрализованные системы теплоснабжения делятся на местные и индивидуальные. В индивидуальных системах теплоснабжения каждое помещение (комната, квартира, цех производственного здания) обеспечивается теплотой от отдельного источника теплоснабжения Пример: печное, поквартирное отопление. В местных системах каждое здание обеспечивается теплотой от отдельного источника теплоснабжения. Пример: индивидуальная котельная.

Централизованное теплоснабжение подразделяется на на групповое, районное, городское и межгородское. Групповое - теплоснабжение от одного источника группы зданий Районное - теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района). Городское - теплоснабжение от одного источника нескольких районов (города). Межгородское - теплоснабжение от одного источника нескольких городов.

Теплоснабжение России обеспечивают:

Около 6,5 тыс. котельных мощностью более 20 Гкал/час,

Более 100 тысяч мелких котельных, - около 600 тысяч автономных индивидуальных теплогенераторов.

Размеры городов, климатические параметры и их влияние на структуры систем теплоснабжения.

За счет отпуска теплоты из систем централизованного теплоснабжения применяющих в качестве теплоносителя горячую воду или водяной пар, могут быть удовлетворены следующие виды теплоиспользования. Использование теплоты, связанное с климатическими условиями:

Использование теплоты в системах отопления зданий;

Использование теплоты в системах вентиляции зданий;

Использование теплоты в системах кондиционирования зданий.

Использование теплоты, не зависящее от климатических условий:

Использование теплоты в системах горячего водоснабжения жилых, общественных и административных зданий;

Использование теплоты в системах технологического пароснабжения и горячего водоснабжения.

Структура потребления теплоты зависит от климатических условий и численности населения микрорайона, района или города. На рис. 1 представлены диаграммы, отображающие удельное потребление теплоты в расчете на одного жителя в зависимости от численности населения и расчетной температуры наружного воздуха. Результаты получены по методу расчета потребления теплоты по укрупненным показателям. Такими показателями являются удельные характеристики зданий по отоплению, вентиляции и горячему водоснабжению. Из рассмотрения диаграмм видно, что с понижением расчетной температуры наружного воздуха удельное потребление теплоты растет, а с ростом численности жителей населенного пункта удельное суммарное потребление теплоты (рис. 2) растет за счет роста потребления теплоты системами отопления и вентиляции общественных зданий .

http://pandia.ru/text/78/177/images/image003_164.gif" width="295" height="324">

Рис. 2. Удельное суммарное потребление теплоты в расчете на одного жителя в зависимости от численности населения и расчетной температуры наружного воздуха.

Теплоносители.

В качестве теплоносителей в системах теплоснабжения используются вода и водяной пар.

Параметры теплоносителей следующие: горячая вода с рабочим давлением до 2,5 МПа и температурой до 200°С, пар с рабочим давлением в пределах до 6,3 МПа и температурой до 440 °С.

Согласно СниП «Тепловые сети» в системах централизованного теплоснабжения для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий в качестве теплоносителя следует, как правило, принимать воду. Следует также проверять возможность применения воды как теплоносителя для технологических процессов.

Основные преимущества воды, как теплоносителя, по сравнению с паром:

Большая удельная комбинированная выработка электрической энергии на ТЭЦ;

Сохранение конденсата на ТЭЦ;

Возможность центрального регулирования тепловой нагрузки;

Получить полный текст

Более высокий КПД системы теплоснабжения из-за отсутствия потерь конденсата у потребителей.

Основные недостатки воды как теплоносителя:

Большой расход электрической энергии на перекачку сетевой воды по сравнению с расходом электроэнергии на перекачку конденсата в паровых сетях;

Большая чувствительность водяных систем к авариям;

Большая плотность воды и жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы.

Выбор теплоносителя в системах теплоснабжения. По условиям удовлетворения тепловых режимов абонентов вода и пар могут считаться равноценными теплоносителями. Только в случае использования пара в высокотемпературных технологических установках он не может быть заменен водой. Если основная тепловая нагрузка района складывается из нагрузок по отоплению, вентиляции и горячего водоснабжения, то применяется водяные двухтрубные системы теплоснабжения. Если в районе имеется небольшая тепловая технологическая нагрузка, требующая теплоносителя повышенного потенциала, то применяются водяные трехтрубные системы теплоснабжения. Если основная тепловая нагрузка района представлена тепловой технологической нагрузкой повышенного потенциала, то применяются паровые системы теплоснабжения.

Классификация водяных систем централизованного теплоснабжения

Системы теплоснабжения подразделяются на открытые (разомкнутые) и закрытые (замкнутые). В открытых водяных системах теплоснабжения сетевая вода частично разбирается у абонентов на горячее водоснабжение (рис.3. и 4). В закрытых водяных системах теплоснабжения циркулирующая сетевая вода используется как теплоноситель и из тепловой сети не отбирается (рис. 5 и 6).

В зависимости от числа трубопроводов, используемых с целью теплоснабжения потребителей, водяные системы делятся на одно-, двух-, трех - и многотрубные. В закрытых системах теплоснабжения минимальное количество трубопроводов равно двум, в открытых – одному.

В большинстве случаев для теплоснабжения городов применяются водяные двухтрубные системы (рис. 3). Тепловая сеть состоит из двух трубопроводов: подающего, по которому теплоноситель поступает к абоненту, и обратного, по которому теплоноситель возвращается от абонента к источнику. Двухтрубные системы используются в случаях, когда тепловая нагрузка всех потребителей района (города) однородна, например, все потребители потребляют теплоту на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а технологическая нагрузка отсутствует

В промышленных районах, в которых актуальна технологическая тепловая нагрузка повышенного теплового потенциала, могут применяться трехтрубные системы теплоснабжения (рис. 4). Два трубопровода используются как подающие, а один - как обратный. К одному из подающих трубопроводов подключаются потребители с одинаковой по тепловому режиму нагрузкой (отопление, вентиляция). Ко второму подающему трубопроводу подсоединяются технологические установки промышленных потребителей и установки горячего водоснабжения.

Вентиляционные системы" href="/text/category/ventilyatcionnie_sistemi/" rel="bookmark">вентиляционной системы , 5-теплолобменник системы отопления, 6- отопительный прибор, 7-трубопровод системы отопления, 8-система горячего водоснабжения.

http://pandia.ru/text/78/177/images/image006_101.gif" width="561" height="145">

Рис. 4. Принципиальная схема водяной открытой двухтрубной системы теплоснабжения.

Обозначения те же, что и на рис. 1.

http://pandia.ru/text/78/177/images/image008_84.gif" width="539" height="174">

Рис. 5. Принципиальная схема водяной закрытой двухтрубной системы теплоснабжения.

9-обратный трубопровод тепловой сети, 10-теплообменник горячего водоснабжения, 11-холодная вода из водопровода .

http://pandia.ru/text/78/177/images/image010_65.gif" width="560" height="155">

Рис. 6. Принципиальная схема водяной закрытой трехтрубной системы теплоснабжения. 12-технологическая установка промышленного потребителя.

Энергетическая эффективность централизованных систем теплоснабжения и теплофикации.

Энергетическая эффективность теплофикации оценивается по экономии топлива (ΔВ) при комбинированном производстве тепловой и электрической энергии на ТЭЦ (рис. 7) и их раздельном производстве в котельных (рис. 8) и конденсационных электростанциях (КЭС) (рис. 9).

ΔВ =В р-В т,

где В р - расход топлива при раздельной выработке электроэнергии и теплоты, В т- расход топлива при комбинированной выработке электроэнергии и теплоты.

При выработке тепловой энергии на КЭС в окружающую среду отводится около 60% теплоты, подводимой в цикле. В итоге КПД выработки электрической энергии составляет 36-40%. КПД местных котельных, работающих на твердом топливе, составляет 50-55%. КПД современных районных котельных, работающих на жидком или газообразном топливе сотавляет 80-85% и более.

http://pandia.ru/text/78/177/images/image012_50.jpg" width="504" height="260">Вакуум" href="/text/category/vakuum/" rel="bookmark">вакуумный деаэратор; 7 – подпиточный насос; 8 – насос сырой воды; 9 – химводоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – водоструйный эжектор; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос .

Рис. 9. Схема простейшей паротурбинной КЭС:

КА – котельный агрегат; ПЕ – пароперегреватель; Т – турбина; Г – генератор; К – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПБ – питательный бак, ПН – питательный насос

1. Соколов и тепловые сети: учебник для вузов.‑ 7-е изд. стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001.

2. Теплоснабжение: учебник для вузов / , и др.. Под ред. . М.: Стройиздат, 1982.

3. Шубин вопросы проектирования систем теплоснабжения городов/. М.: Энергия, 1979.

4. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях.: учебник для вузов / , и др.; под ред. .- М.: Издательский дом МЭИ, 2010.

1. Назначение систем теплоснабжения.

2. Какие системы теплоснабжения применяются в России?

3. Какие преимущества и недостатки имеют водяные и паровые системы теплоснабжения?

4. Как размеры городов и климатические условия влияют на теплопотребление?

5. Преимущества и недостатки открытых и закрытых систем теплоснабжения. В чем их принципиальное различие?

6. Как оценивается энергетическая эффективность систем теплоснабжения?

7. Почему совместная выработка тепловой и электрической энергии имеет преимущество перед их раздельной выработкой?

Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.