отопительные приборы

ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЙ
Система отопления - это совокупность конструктивных элементов со связями
между ними, предназначенных для получения, переноса и передачи
теплоты в обогреваемые помещения здания.
Каждая отопительная система включает в себя 3 основные части:
 теплоисточник (генератор тепла) - элемент для получения теплоты;
 теплопроводы -элемент для переноса теплоты от теплоисточника к
отопительным приборам;
 отопительные приборы - элемент для передачи теплоты в помещение.
В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление
помещений может быть конвективным или лучистым.
Конвективное отопление характеризуется тем что температура внутреннего
воздуха tв поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная
температура помещения tR (tв>tR). Радиационной температурой называют
усредненную температуру поверхностей, обращённых в помещение,
вычисленную относительно человека, находящегося в середине этого помещения.
Лучистым называют отопление, при котором радиационная температура
помещения превышает температуру воздуха (tR>tв).
Системы отопления по расположению основных элементов подразделяются на
местные и центральные.
В местных системах для отопления все три основных элемента конструктивно
объединяются в одной установке. Примером местной системы
отопления могут служить отопительные печи.
Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы
помещений из единого теплового центра. В тепловом центре (пункте) находятся
теплогенераторы (котлы) или теплообменники. Они могут размещаться
непосредственно в обогреваемом здании (в ИТП) либо вне здания-в центральном
тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящей котельной) или
ТЭЦ.
В качестве теплоносителя в системах отопления может использоваться вода,
антифриз, пар, воздух, продукты сгорания топлива, электроэнергия.
Вид
теплоносителя определяет название отопительных ситем: водяные, паровые
воздушные и др.
Достоинства и недостатки теплоносителей
Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно
используют воду или атмосферный воздух, гораздо реже водяной пар или
нагретые газы.
Сопоставим характерные свойства указанных видов теплоносителя при
использовании их в системах отопления.
Газы, образующиеся при сжигании твёрдого, жидкого или газообразного
органического топлива, имеют равнительно высокую температуру.
Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускаться
непосредственно в помещения или сооружения, но при этом ухудшается
состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо.
Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет конструкцию и
понижает КПД отопительной установки. При этом возникает необходимость
решения экологических проблем, связанных с возможным загрязнением
атмосферного воздуха продуктами сгорания вблизи отапливаемых объектов.
В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в
режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды.
Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со
значительной плотностью и теплоёмкостью. Вода изменяет плотность, объём и
вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения - в зависимости
от давления, способна поглощать (сорбировать) или выделять растворимые в ней
газы при изменении температуры и давления.
Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью.
Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет
объём и теплосодержание (энтальпию) при фазовом превращении.
Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малыми
вязкостью, плотностью и теплоёмкостью, изменяющей плотность и объём в
зависимости от температуры.
Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в
помещениях равномерной температуры. По этому показателю преимущество
перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании нагретого
воздуха - теплоносителя с низкой теплоинерционностью- можно постоянно
поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения,
быстро изменяя температуру подаваемого воздуха. При этом одновременно с
отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.
Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать
равномерную температуру помещений, что достигается регулированием
температуры подаваемой в отопительные приборы воды. При таком
регулировании температура помещений все же может несколько отклоняться от
заданной (на 1…2 оС) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.
А вот при использовании пара температура помещений неравномерна, что
противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры
возникает из-за несоответствия теплопередачи приборов при неизменной
температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям
помещения в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится
уменьшать количество подаваемого в приборы пара и даже периодически
отключать их во избежание перегревания помещений при уменьшении их
теплопотерь.
Другое санитарно-гигиеническое требование - ограничение температуры
наружной поверхности отопительных приборов - вызвано явлением разложения и
сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности,
сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности, окиси углерода.
Разложение пыли начинается при температуре 65…70 оС интенсивно протекает и
на поверхности, имеющей температуру более 80 оС.
При использовании пара в качестве теплоносителя температура поверхности
большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше
100оС, т. е.превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой
средняя температура нагретых поверхностей, как правило, ниже, чем при
применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления понижают
для снижения теплопередачи приборов при уменьшении
теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя температура
поверхности приборов в течение отопительного сезона практически не превышает
гигиенического предела.
Следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в
600…1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных
зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление.
Воздух и вода до определённой скорости движения могут перемещаться в
теплопроводах бесшумно. Частичная конденсация пара вследствие попутных
теплопотерь через стенки паропроводов и появления попутного конденсата
вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении пара.
В суровых условиях российской зимы в некоторых случаях рекомендуется
использовать в системе отопления специальный незамерзающий теплоноситель антифриз. Антифризами являются водные растворы этиленгликоля и других
гликолей, а также растворы некоторых неорганических солей. Любой антифриз
является достаточно токсичным веществом, требующим особого с ним
обращения. Его использование в системе отопления может привести к некоторым
негативным последствиям (ускорение коррозионных процессов, снижение
теплообмена, изменение
гидравлических характеристик, завоздушивание и др.). В связи с этим,
применение антифриза в качестве теплоносителя в каждом конкретном случае
должно быть достаточно обоснованным.
Преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления.
При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура
помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных
приборов, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатком
является большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды
замедляет регулирование теплопередачи отопительных приборов.
При использовании
пара достигается быстрое прогревание приборов и
отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных
трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не
отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, движение его в трубах
сопровождается шумом.
При использовании
воздуха можно обеспечить быстрое изменение или
равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных
приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать
бесшумности его движения в воздуховодах и каналах. Недостатками являются его
малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного
сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение
температуры по их длине. При использовании воздуха можно обеспечить
быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать
установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией
помещений, достигать бесшумности его движения в воздуховодах и каналах.
Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность,
значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды,
относительно большое понижение температуры по их длине.
Водяные системы отопления
По температуре теплоносителя различаются водяные системы:
- низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tг<70 оС,
- среднетемпературные при tг 70…100 оС
-высокотемпературные при tг>100оС.
Максимальное значение температуры воды ограничено 150 оС.
Водяные системы отопления классифицируют по типу циркуляции воды в них на
гравитационные(с естественным побуждением) и насосные(с механическим
побуждением). Гравитационные системы используются для отопления небольших
зданий с протяженностью трубопроводов не более 200м., т.к. при большей
протяженности незначительного напора системы с естественной циркуляцией
будет недостаточно. При использовании насосных установок радиус их действия
позволяет устраивать трубопроводы большей протяженности.
По положению труб, объединяющих отопительные приборы, системы делятся на
вертикальные и горизонтальные.
В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы
бывают однотрубные и двухтрубные (рис. а-однотрубная, б-двухтрубная).
1 -отопительный прибор; 2 - стояк; 3 -подводка; 4 –запорно-регулирующая
арматура.
Принципиальная схема 2-хтрубной системы отопления с естественной
циркуляцией (рис.81 а корич) работает по следующему принципу:
Нагретая вода поступает в главный стояк, затем в верхнюю разволящую
магистраль, далее в присоединенные к магистрали стояки, откуда по подводке
поступает в отопительные приборы. В отопительных приборах она охлаждается ,
отдавая теплоту через стенки отопительных приборов воздуху помещения. После
чего по обратной подводке, обратному стояку и обратной магистрали возращается
в котел.
Циркуляционное давление Рц (Па) в системе обусловлено разностью между
удельными весами охлажденной в приборе воды, воды заполнившей обратные
трубопроводы, и горячей воды в котле и главном стояке.
Рц=h1(γ0 – γг)
Где, h1-расстояние по вертикали от оси котла до оси нагревательного прибора,м;
γ0-удельный вес охлажденной воды(после отопительного прибора), Н/м.куб;
γг-удельный вес горячей воды, поступающей в главный стояк из котла, Н/м.куб.
Таким образом, с увеличением расстояния между осями котла и нагревательного
прибора увеличивается естественный циркуляционный напор, поэтому
целесообразно размещать котел в подвальном помещении.
Чтобы избежать образования «воздушных пробок» в отдельных участках
системы, их выполняют с уклонами, которые позволяют также опорожнять
систему при ремонте и промыть ее перед началом отопительного сезона.
Преимуществом системы отопления с естественной циркуляцией воды является
бесшумность ее работы(т.к. скорость движения воды мала-0,1-0,3 м/с) и
отсутствие насоса. К недостаткам можно отнести: необходимы трубы большого
диаметра и заглубление котла (бойлера).
Водяные системы с механической циркуляцией выполняют по однотрубной схеме
с верхней и нижней разводкой.
Между прямыми и обратными подводками к приборам устраивают замыкающие
участки, по которым вода может проходить, минуя приборы. Такое устройство
системы регулируется трехходовыми кранами. (рис 81, б кор).
Принцип работы однотрубной системы с механическим побуждением:вода из
горячего стояка поступает в отопительный прибор, охлаждается в нем и выходит
в тот же стояк.
Недостаток такой системы не все отопительные приборы получают высокую
температуру теплоностителя, что компенсируется увеличением их площади.
Преимуществом такой системы является меньшее количество труб.
Важным элементом водяной системы отопления является расширительный
сосуд, который представляет собой металлический сосуд, сообщающийся с
атмосферным воздухом и магистралью системы. Его устанавливают в самой
высокой точке системы.
Расширительный бак может быть открытым, сообщающимся с атмосферой, и
закрытым, находящимсяпод переменным, но строго ограниченным избыточным
давлением. Основное назначение расширительного бакаприём прироста объёма воды в системе, образующегося при её нагревании. При
этом в системе поддерживается определённое гидравлическое давление. Кроме
того, бак предназначен для восполнения убыли объёма воды в системе
при небольшой утечке .
Расчет системы отопления заключается в определении её расчётной тепловой
мощности, выбора диаметров всех трубных элементов (гидравлический
расчёт), определении размеров отопительных приборов (тепловой расчёт) и
подбора оборудования, используемого в данной системе.