Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления

Лекция № 7

Отопление зданий. Общие сведения, классификация

План лекции

1. Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления

2. Системы водного отопления

3. Размещение элементов системы отопления в здании

Литература:

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

Общие сведения об отоплении. Классификация систем отопления

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

Каждая система отопления включает в себя три основных конструктивных элемента:

1) теплоисточник – элемент для получения теплоты;

2) теплопроводы – элементы для переноса теплоты;

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

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

К системам отопления предъявляются разнообразные требования.

Все их условно можно разделить на пять групп:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ЛЕКЦИЯ №8. Современные системы отопления

Современные системы отопления. Гигиенические требования. Классификация систем отопления.

ЛЕКЦИЯ №7

Тепловой баланс организма человека слагается из тепла, вырабатываемого организмом и воспринимаемого им из внешней среды, и из тепла отдавемого во внешнюю среду.

Величина теплообразования фактор субъективный, теплопотери находятся в прямой связи с микроклиматическими условиями и скоростью движения воздуха. Существенно влияние температуры ограждающих конструкций. Суммарные теплопотери взрослого организма в одетом состоянии порядка 115 Вт, причём излучением теряется от45 до 60% общей теплопотери.

Классификация систем отопления.

Требования к системам отопления:

1. Любая система отопления должна возмещать потери тепла помещением через все его ограждающие конструкции – стены, двери, окна, чердачное перекрытие или пол.

2. Необходимо поддерживать установленную гигиеническими нормами температуру.

3. Поддерживать равномерную температуру как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

4. В течении суток колебание температуры воздуха не должно превышать 3 градуса при печном отоплении и 1,5 градуса при центральном отоплении.

5. Регламентируется температура поверхностей ограждения.

6. Средняя температура поверхности нагревательных приборов в жилых помещениях не превышает 85 градусов.

7.

8. В производственных помещениях поддерживается заданный режим по технологической карте призводства.

9. Система отопления должна быть индустриальной в изготовлении, безопасной в пожарном отношении, экономичной.

Системы отопления бывают местные и центральные. К местным относятся системы, радиус действия которых не превышает 30 метров по горизонтали. В центральных системах тепло для отопления вырабатывается на ТЭЦ, в котельных, т.е. за пределами отапливаемого помещения. Тепло транспортируется по трубам в отдельные помещения здания. Пример схемы центрального отопления приведен на схеме.

Системы отопления по типу теплоносителя подразделяются на

Выбор теплоносителя определяется технико-экономическими и санитарно-гигиеническами показателями.

По способу перемещения теплоносителя могут быть с естественной циркуляцией и механическим побуждением движения теплоносителя.

Передача тепла от приборов к воздуху в помещении может осуществляться тремя способами: конвекцией, лучеиспусканием, конвекционно-лучистым путём.

Понятие о тупиковых однотрубных и двухтрубных системах отопления.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя подразделяются:

1. по месту расположения горячего магистрального трубопровода- с верхней и нижней разводкой (вертикальные) и системы с поэтажной разводкой (горизонтальные);

2. по конструкции отопительных стояков – однотрубные и двухтрубные.

Однотрубные отличает простота конструкции и удобство монтажа. Негативная сторона – невозможность отключения и регулирования отдельных приборов при одностороннем расположении их по отношению к стояку.

В сравнении с вертикальными системами преимущество в экономии труб, возможность поэтажного включения системы, стандартность узлов. Нет пробивки отверстий в перекрытиях, проще монтаж, такая система нашла широкое применение в производственных помещениях.

В результате охлаждения воды в нагревательных приборах и трубопроводе возникает естественное давление. Определение его величины можно показать на элементарной схеме, которая приведена на рисунке ниже.

Центральные системы отопления. Выбор и расчёт нагревательных приборов.

В системах с естественной циркуляцией естественное давление имеет небольшую величину. При большой протяжённости трубопроводов диаметры их становятся большими, система становится экономически невыгодной и по затратам на возведение и эксплуатацию. Невыгодны эти системы при потерях уже больших 5 Па/м длины трубопровода. Сейчас как правило строят системы с искусственной циркуляцией. Системы с искусственной циркуляцией принципиально отличаются от систем водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя тем, что в них в дополнение к естественному давлению, возникающему в результате охлаждения воды в приборах и трубах, значительно большее давление создаётся насосом. Применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий с местным источником теплоснабжения.

В системах с искусственной циркуляцией особенно при большой протяжённости применяют попутное движение горячей и охлаждённой воды по схеме предложенной профессором Чаплиным В.М.

В таких схемах равная потеря давления в циркуляционных кольцах и равномерный прогрев всех приборов. Недостаток заключается в том, что

по сравнению с тупиковой – несколько большая общая длина трубопровода.

В последние годы нашли применение однотрубные системы отопления с нижней прокладкой магистралей горячей и охлаждённой воды. Стояки по схемам «б» разделяются на подъёмные и опускные. Стояки по схемам «а,в и г» состоят из подъёмного и опускного участков, но в верхней части, обычно над полом верхнего этажа, они соединяются горизонтальным участком.

Однотрубная система отопления с нижней разводкой удобна для зданий с бесчердачными покрытиями (совмещёнными крышами).

Выбор и расчёт нагревательных приборов.

Основной элемент всякой системы отопления – нагревательный прибор. Он должен отвечать определённым тепловым, санитарно-гигиеническим и технико-экономическим требованиям. В помещениях с продолжительным пребыванием людей в них температура поверхности прибора не должна превышать 95во избежании сухой возгонки оседающей на приборе пыли.

Классифицировать приборы можно по следующим признакам:

— по внешней поверхности.

Распространение получили чугунные приборы и стальные штампованные.

Количество тепла Q, Вт, отдаваемого прибором, пропорционально площади поверхности его нагрева , , коэффициенту теплопередачи прибора k и разности температур теплоносителя в приборе и омывающего его воздуха в помещении .

Исходя из этого, можно написать

Коэффициенты теплопередачи некоторых приборов при Δt=64,5приводятся в табл.11.7

Средняя температура теплоносителя в приборе при водяном отоплении равна

При учёте дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу приборов, формула принимает общий вид

коэффициенты учитывают охлаждение воды в трубах, способ установки прибора, способ подводки теплоносителя к прибору и относительный расход воды через прибор, число секций в приборе, табл. 11.8-9

Следует учитывать теплопередачу неизолированными трубопроводами, проложенными в помещении, чтобы сэкономить на установке нагревательных приборов.

Теплопередача трубопроводами определяется по формуле

При учёте теплопоступлений от трубопроводов общая формула для определения необходимой площади поверхности нагрева приборов имеет вид

F

После нахождения число секций в радиаторах определяется по формуле

N=

Особенности расчёта для однотрубных систем отопления. Уточнение расчета

поверхности нагревательных приборов. Выбор насосов. Тепловые пункты.

Выбор и расчёт основного оборудования тепловых пунктов.

Расчёт трубопроводов однотрубных систем водяного отопления производят в основном по формулам методики, применяемой при работе двухтрубной системы отопления.

Отличительным показателем для однотрубных систем с замыкающими участками является коэффициент затекания :

— определяют по графикам, построенным на основании экспериментальных данных. Если в 2-х трубных системах температура горячей воды величина const, то в однотрубных эта величина изменяется по этажам в пределах расчётного перепада температур.

Для определения величины естественного циркуляционного давления в однотрубных системах и поверхности нагревательных приборов необходимо знать температуру смеси воды, поступающей в приборы

,

температурный перепад теплоносителя по стояку.

Для системы с замыкающими участками температурный перепад можно определить по формуле

в проточных системах с односторонним присоединением приборов

Естественное давление в однотрубной системе с верхней разводкой с осевыми и смещёнными участками замыкания:

При гидравлическом расчёте

коэффициент, учитывающий потери теплоты (1,1-1,2);

плотность воды при 70.

При этом давление должно быть таким, чтобы обеспечивалось преодоление всех сопротивлений движущейся воды в системе. Это давление принимается по потерям в самом невыгодном циркуляционном кольце за вычетом минимума естественного давления.

При подборе насосов иметь ввиду

Мощность электродвигателя насоса

При этом установочная мощность на определённую величину больше, называемую коэффициентом запаса

Особое внимание уделяется борьбе с шумом, когда насос устанавливается в котельной.

Тепловые пункты. Выбор и расчёт основного оборудования

В настоящее время широко применяются системы присоединения к тепловой сети посредством элеватора, это и однотрубные, двухтрубные, с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с попутным движением теплоносителя. Выпускаются чугунные и стальные элеваторы. Наиболее широко распространены элеваторы типа ВТИ МОСЭНЕРГО. Основные части элеватора конусообразное сопло, камера всасывания, горловина и диффузор.

Принципиальная схема элеватора.

В диффузоре скорость движения смешанной воды снижается, а давление повышается до величины, обеспечивающей циркуляцию воды в системе отопления.

Основная расчётная характеристика коэффициента смешения

Наиболее важным является размер диаметра горловины

Если расход воды в системе в кг/сек, а давление в Па, то формула примет вид

Пользуясь номограммой можно выбрать элеватор, зная расход

Ниже на рисунке приводится схема теплового пункта для присоединения системы отопления по зависимой схеме, через элеватор.

Система водяного отопления, непосредственно присоединённая к тепловой сети через водоструйный элеватор, представлена на рисунке.

1- элеватор; 2- воздухосборник.

Присоединение системы отопления к тепловой сети через элеватор имеет пока ещё большое применение. Так присоединяют все ранее рассмотренные системы: однотрубные и двухтрубные, с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с попутным движением воды. Промышленность выпускает водоструйные элеваторы чугунные и стальные.