Классификация систем воздушного отопления

Изучение особенностей центральных и местных систем воздушного отопления. Ознакомление с видами систем отопления по характеру воздухообмена. Определение недостатков систем с частичной рециркуляцией. Рассмотрение назначения воздушно-тепловых завес.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.01.2015
Размер файла	16,5 K

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/

Классификация систем воздушного отопления

Классификация систем воздушного отопления

По своему устройству системы воздушного отопления подразделяются на центральные (или канальные) и местные (локальные). В первом случае нагретый воздух от теплогенератора, который может располагаться в вентиляционной камере, подается в помещения объекта по специальным каналам (воздуховодам). Воздуховоды могут использоваться также и для вентиляции.

При локальном обогреве отдельных помещений используют местные системы на основе автономных напольных или подвесных теплогенераторов, каждый из которых подает теплый воздух непосредственно в окружающее его пространство. Воздухонагреватели таких систем характеризуются меньшим расходом воздуха и потребляют меньше электроэнергии для работы вентилятора. Кроме того, организация автоматической системы управления воздухонагревателями в децентрализованных системах позволяет повысить эффективность отопления за счет более рационального зонального обогрева: воздух подогревается именно там, где это необходимо. Там же, где температура уже достигла установленного значения, горелки приборов выключаются.

По характеру воздухообмена различают рециркуляционные системы воздушного отопления, системы с частичной рециркуляцией и приточные. Самые недорогие и простые в устройстве среди них — рециркуляционные. Они работают без притока наружного воздуха, используя для обогрева только внутренний воздух помещения. Такие системы могут быть канальными и бесканальными.

Рециркуляционные системы бывают только отопительными (без функции вентилирования). Область применения таких систем ограничена: их нельзя использовать в помещениях, для внутреннего воздуха которых характерны высокие концентрации вредных примесей, пожаро- и взрывоопасных веществ. Кроме того, помещение должно удовлетворять повышенным гигиеническим требованиям.

Системы с частичной рециркуляцией используют для обогрева помещения как приточный, так и внутренний воздух. Соотношение приточного и рециркуляционного воздуха в системе может меняться в зависимости от технологических или санитарных требований. При этом необходимо предусмотреть систему вытяжной вентиляции, обеспечивающей вывод из помещения излишков воздуха.

К недостаткам систем с частичной рециркуляцией относится неизбежность теплопотерь с уходящим воздухом. Для их снижения применяют специальные рекуператоры тепла, как правило, на основе пластинчатых теплообменников: удаляемый воздух отдает тепло приточному, повышая общую энергоэффективность системы.

Системы с частичной рециркуляцией могут быть отопительными, вентиляционными или отопительно-вентиляционными.

В том случае, когда помещение требует интенсивной вентиляции, используют приточную систему воздушного отопления, которая нагревает подаваемый внутрь уличный воздух. Если для помещения характерна повышенная концентрация вредных или опасных веществ, то может применяться только такой тип воздушного обогрева. Как и в предыдущем случае, для повышения эффективности системы могут использоваться рекуператоры тепла.

Рециркуляция воздуха не допускается:

а) из помещений, в которых максимальный расход наружного воздуха определяется массой выделяемых вредных веществ 1-го и 2-го классов опасности;

б) из помещений, в воздухе которых имеются болезнетворные бактерии и грибки в концентрациях, превышающих установленные Госсанэпиднадзором России, или резко выраженные неприятные запахи;

в) из помещений, в которых имеются вредные вещества, возгоняемые при соприкосновении с нагретыми поверхностями воздухонагревателей, если перед воздухонагревателем не предусмотрена очистка воздуха;

г) из помещений категорий А и Б (кроме воздушных и воздушно-тепловых завес у наружных ворот и дверей);

д) из лабораторных помещений научно-исследовательского и производственного назначения, в которых могут производиться работы с вредными или горючими газами, парами и аэрозолями;

е) из 5-метровых зон вокруг оборудования, расположенного в помещениях категорий В1-В4, Г и Д, если в этих зонах могут образовываться взрывоопасные смеси из горючих газов, паров, аэрозолей с воздухом;

ж) из систем местных отсосов вредных веществ и взрывоопасных смесей с воздухом;

з) из тамбур-шлюзов.

Рециркуляция воздуха допускается из систем местных отсосов пылевоздушных смесей (кроме взрывоопасных пылевоздушных смесей) после их очистки от пыли.

Рециркуляция воздуха ограничивается:

а) пределами одной квартиры, номера в гостинице или одноквартирного дома;

б) пределами одного помещения в общественных зданиях;

в) пределами одного или нескольких помещений, в которых выделяются одинаково вредные вещества 1 -4-го классов опасности, кроме помещений, приведенных выше.

Установка воздушного отопления, предназначенная для локализации и нагревания холодного воздуха, проникающего через наружные проемы здания (двери, ворота, технологические проемы) при их открывании. Различаются воздушно-тепловые завесы блокирующего (шиберирующего) типа, создающие в плоскости проема высокоскоростной поток нагретого воздуха, который ограничивает проникание холодного воздуха, и низкоскоростные воздушно-тепловые завесы смесительного типа, рассчитанного в основном на нагревание проникающего воздуха. Высокоскоростные воздушно-тепловые завесы предусматриваются у ворот и технологических проемов в наружных стенах при отсутствии тамбуров, и открывающихся не менее чем на 40 минут в смену в районах с расчетной наружной температурой -15 С и ниже; низкоскоростные — у наружных дверей вестибюлей общественных и административно-бытовых зданий при пропускной способности свыше 400 чел/ч в районах с температурой наружного воздуха -15. -25°С, 250—400 чел/ч — при -26. -40°С, 100—250 чел/ч — при более низкой температуре. Скорость выпуска нагретого воздуха из щелей или отверстий высокоскоростных воздушно-тепловых завес составляет до 25 м/с при предельной температуре 70 С, низкоскоростных — до 8 м/с и 50 С. Воздушно-тепловые завесы смесительного типа создается обычно рециркуляционной установкой местного или центрального воздушного отопления. Иногда воздух для воздушно-тепловых завес забирается снаружи и предназначается также для вентиляции помещений, прилегающих к входу.

Расход нагретого воздуха с заданной температурой определяется из равенства тепловой мощности воздушно-тепловых завесов необходимым теплозатратам на нагревание проникающего наружного воздуха до 12°С для вестибюлей гражданских зданий и производственных помещений с работой средней тяжести, 14 С — для производственных помещений при легкой работе и 8°С — при тяжелой работе. Количество проникающего холодного воздуха рассчитывается с учетом ветрового давления на поверхности здания в зависимости от температуры наружного воздуха, скорости ветра, высоты здания, аэродинамических особенностей входа и режима его использования. Ограничение количества врывающегося воздуха, а следовательно, снижение тепловой мощности воздушно-тепловых завесов достигается путем конструктивного изменения наружного входа (на 30%) при двойных дверях с тамбуром между ними, в 2 раза — при замене обычного входа тройными дверьми, в 7 раз и более — при установке вращающейся (турникетной) двери. воздушный отопление рециркуляция

Преимущества и недостатки систем воздушного отопления. Воздушное отопление имеет ряд положительных отличий от иных систем обогрева в зимний период года. Если сравнивать его с водяным, то воздушное отопление более: экономично; проще, дешевле, быстрее в монтаже; долговечно; дешевле в эксплуатации; надежная система ввиду отсутствия возможности протечек и разрывов при замерзании; эффективно использует пространство помещения. К тому же воздушное отопление обладает дополнительными возможностями по организации дополнительного кондиционирования, вентилирования, увлажнения и очистки воздуха помещения благодаря использованию общей системы воздуховодов строений.

Экономичность — одна из основных качественных характеристик отопительных систем, на которую стоит смотреть при выборе способа обогрева, поскольку расходы на отопление за один сезон могут составить половину стоимости самой системы отопления. Поэтому вопрос снижения эксплуатационных расходов всегда стоит одним из первых. Система воздушного отопления достигает своей эффективности благодаря таким отличиям: 1) в конструкции системы отсутствуют протяженные теплотрассы, что позволяет исключить потери на транспортировку теплоносителя до потребителя; 2) капиталовложение на установку системы воздушного отопления ниже аналогичной водяной; 3)гарантировано отсутствие затрат на ремонт протечек и размораживание системы; 4) низкая инерционность системы способствует возможности периодического использования режима нагрева или использовать его местно в необходимой зоне, не отапливая все помещения без необходимости, с высокой эффективностью; 5) при правильном размещении воздуховодов можно получить практически одинаковую температуру воздуха по высоте, чем не допускает перегрева воздуха в верхних слоях помещения. Воздух быстро нагревается, но все же строение быстро теряет тепло. Грамотная эксплуатация воздушного отопления может сэкономить дополнительно энергоресурсов до 25%. В дополнение можно сказать, об важной особенности системы — ее просто и удобно совместить с системой вентилирования, кондиционирования и очистки воздуха. Это экономит средства на прокладке теплотрассы, используя одни и те же каналы в здании, а так же легче с помощью такой обогревательной системы обеспечить нужные технологические условия производства и хранения продукции.

Виды систем воздушного отопления

Воздушное отопление рекомендуется применять в производственных, общественных и административно-бытовых помещениях при рециркуляции воздуха или совмещении с системами общеобменной приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. В помещениях категорий А и Б следует проектировать воздушное отопление без рециркуляции.

В качестве теплоносителя в системах воздушного отопления применяют нагретый воздух. Воздух, подогретый до температуры, более высокой, чем температура помещений, поступая в них и охлаждаясь, отдает помещениям необходимое для возмещения теплопотерь количество тепла.

Системы воздушного отопления могут обеспечить в помещениях поддержание постоянной равномерной температуры в период отопительного сезона в пределах санитарно-гигиенических требований.

При повышении наружной температуры теплопотери через ограждающие конструкции уменьшаются и соответственно уменьшают количество тепла с поступающим в помещение воздухом, понижая его температуру.

Системы воздушного отопления обеспечивают быстрый нагрев помещений. В летнее время системы воздушного отопления с механическим побуждением могут быть использованы для охлаждения помещений при пропуске через воздухонагреватель того или иного хладагента.

Системы воздушного отопления подразделяют:

1) по виду первичного теплоносителя, согревающего воздух, – на паровоздушные, водовоздушные и т. д.;

2) по способу подачи воздуха – на центральные (рис. 4.20) с подачей воздуха из общего центра и местные (рис. 4.21) с подачей воздуха местными отопительными агрегатами;

Рис. 4.20 . Принципиальные схемы центральных систем воздушного
отопления

а – рециркуляционной; б – с частичной рециркуляцией; в – прямоточной;

1 — воздухонагреватель; 2 — канал нагретого воздуха; 3 — канал внутреннего воздуха;
4 — канал наружного воздуха; 5 — канал вытяжной вентиляции; 6 — воздухораспределитель (t_пр , t_в ,t_н – температура воздуха, подаваемого системой отопления, внутреннего и наружного; t₁ , t₂ – температура первичного теплоносителя в подающем и обратном теплопроводах)

Рис. 4.21. Принципиальные схемы местных систем воздушного отопления

а – рециркуляционной с механическим побуждением; б – рециркуляционной с естественной циркуляцией; в – с частичной рециркуляцией: г – прямоточной;

1 — воздухонагреватель; 2 — канал горячего воздуха; 3 — канал вытяжной вентиляции

(t_пр , t_в , t_н — температура воздуха, подаваемого системой отопления, внутреннего и наружного; t₁ , t₂;- температура первичного теплоносителя в подающем и обратном теплопроводах)

3) по характеру перемещения нагретого воздуха – на системы с естественной циркуляцией (перемещение воздуха вследствие разности плотностей холодного и нагретого воздуха) и системы с механическим побуждением (перемещение воздуха при помощи вентилятора);

4) по качеству подаваемого воздуха – на рециркуляционные (рис. 4.20а, 4.21а и 4.21б) с перемещением одного и того же внутреннего воздуха, с частичной рециркуляцией (рис. 4.20б и 4.21в) и прямоточные (рис. 4.20в и 4.21г). При применении систем воздушного отопления с частичной рециркуляцией и прямоточных наряду с отоплением осуществляется и приточная вентиляция.

Недостатки систем воздушного отопления – низкая относительная влажность воздуха, поступающего в помещение, если он не увлажняется; возможность возникновения токов воздуха, беспокоящих людей, находящихся в помещении; затруднения, связанные с увязкой воздуховодов значительных размеров со строительными конструкциями здания.

Центральные системы воздушного отопления с естественной циркуляцией применяют при радиусе действия не более 8 м, с механическим побуждением – при радиусе действия более 8 м.

Местные системы с агрегатами большой тепловой мощности и сосредоточенной подачей воздуха применяют для отопления помещений категорий В, Г и Д.

Воздух подают в помещение горизонтальными компактными (рис. 4.22) или веерными (рис. 4.23) струями, обладающими большими скоростями (6—12 м/с). Выпускать воздух рекомендуется над уровнем пола помещения на высоте от 3,5 до 6 м при высоте помещения до 8 м и от 5 до 7 м при высоте помещения более 8 м.

Рис. 4.22. Система воздушного отопления с параллельными струями

Рис. 4.23. Система воздушного отопления с веерными струями

При выборе места выпуска воздуха следует предусматривать, чтобы приточные струи на своем пути не встречали препятствий в виде массивных строительных конструкций и оборудования. Вследствие интенсивного перемешивания воздуха воздушными струями температура в помещении выравнивается как по площади, так и по высоте. В связи с этим теплопотери в его верхней зоне уменьшаются, в результате уменьшается расход топлива. Применение укрупненных агрегатов уменьшает первоначальные затраты на устройство систем отопления, и эксплуатация систем несколько упрощается.

Агрегаты небольшой тепловой мощности с децентрализованной подачей воздуха применяют для помещений с перегородками высотой более 2 м или с оборудованием, мешающим сосредоточенному выпуску воздуха (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Местная система воздушного отопления с агрегатами,

установленными у наружной стены (план)

Системы воздушного отопления с полной рециркуляцией могут быть применены в помещениях с выделением вредных веществ 3 и 4 классов опасности, а также веществ 1 и 2 классов опасности, если эти вещества не являются определяющими при расчете расхода приточного воздуха (например, при избытках явного тепла или влаги). Системы воздушного отопления с частичной рециркуляцией (совмещенно с приточной вентиляцией) – в помещениях, когда количество приточного воздуха для компенсации теплопотерь превышает количество воздуха, необходимого для компенсации воздуха, удаляемого местными отсосами. Рециркуляцию при воздушном отоплении, совмещенном с вентиляцией, допускается предусматривать, если отсутствуют выделения вредных веществ, возгоняющихся при соприкосновении с нагретыми поверхностями технологического оборудования и воздухонагревателями воздушного отопления. Если рециркуляция воздуха недопустима, следует применять прямоточные системы воздушного отопления, совмещенные с приточной вентиляцией. Эти системы могут быть применены для жилых зданий и в производственных помещениях, в воздухе которых имеются болезнетворные микроорганизмы, ядовитые вещества, неприятные запахи производства и др.

Расчет систем воздушного отопления

При расчете систем воздушного отопления необходимо определить количество подаваемого воздуха, температуру и скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей, тепловую мощность установки, а затем подобрать оборудование. В системах с сосредоточенной подачей температура и скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей определяются расчетом так, чтобы в рабочей зоне были обеспечены нормируемые метеорологические условия – температура и скорость движения воздуха.

Температура воздуха при выходе из воздухораспределителей принимают не менее чем на 20% ниже температуры самовоспламенения газов, паров, аэрозолей и пыли, выделяющихся в помещении. При этом предельная температура нагрева воздуха не должна превышать 70°С, так как дальнейшее повышение температуры вызывает пригорание органической пыли. В системах с децентрализованной подачей воздуха в обслуживаемую или рабочую зону не требуется специальных расчетов, связанных с воздухораспределением; при этом температура воздуха, выходящего из воздухораспределителя, принимается не более 45° С.

Расход воздуха для системы воздушного отопления, определяется по формуле

, м 3 /ч, (4.53)

где Q – тепловой поток для отопления помещения, Вт; c – теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/(м 3 ·°С); t_г – температура подогретого воздуха, °С, подаваемого системой воздушного отопления; t_в – температура воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, °С.

Температура подогретого воздуха, подаваемого в помещение, определяется по формуле

, °С, . (4.54)

Если количество воздуха для отопления оказывается равным или бóльшим требуемого для вентиляции (L_от ≥ L_вент), то сохраняется количество и температура отопительного воздуха, а систему устраивают прямоточной или с частичной рециркуляцией.

Если количество воздуха для отопления будет меньше требуемого для вентиляции (L_от 3 /ч; t_н – температура наружного воздуха, °С.

В качестве рециркуляционных воздухонагревателей используют выпускаемые промышленностью агрегаты и установки воздушно-отопительные. Для нагрева в них воздуха используется вода или пар, а также электрическая энергия.

Расчет необходимого количества воздуха для вентиляции, L_вент, воздуховодов, подбор калориферов и вентиляторов изложен далее в главе 5 «Производственная вентиляция».

Газовое отопление

По сравнению с другими видами топлива газ обладает рядом преимуществ, основными из которых являются:

— минимальный химический недожог и малый избыток воздуха;

— отсутствие золы и шлака при сгорании газа;

— простая подача газа к мелким разбросанным установкам;

— благоприятные условия для автоматизации горения газа;

— малая трудоемкость обслуживания газоиспользующих агрегатов.

Газ, как топливо, обладает следующими недостатками:

— наличие окиси углерода в продуктах сгорания ухудшают санитарные условия в здании;

— образование взрывоопасных концентраций при утечках природного или искусственного газа в помещениях;

— пожарная опасность газовых отопительных приборов из-за наличия открытого огня.

Отмеченные недостатки устраняются созданием рациональных конструкций специальных газовых отопительных приборов, оснащенных автоматикой безопасности.

Теплопередача от газовых отопительных приборов в окружающую среду осуществляется как излучением, так и конвекцией. У отдельных типов газовых приборов преобладает тот или другой способ теплообмена, поэтому газовые отопительные приборы часто различают по доминирующему способу теплопередачи.

У газовых приборов конвективного типа тепло передается в помещение при нагревании воздуха, циркулирующего вдоль теплоотдающих поверхностей с высокой температурой, достигающей в нижней их части 450° С.

У газовых приборов с комбинированным теплообменником нижняя часть является теплоизлучающей поверхностью, а верхняя – конвективной. Излучающая поверхность выполняется в виде металлического рефлектора, который отражает лучистый поток светящегося пламени, или в виде косвенных поверхностей нагрева, представляющих собой ряд огнеупорных пластин.

Для отопления общественных, сельскохозяйственных и производственных зданий можно использовать горелки инфракрасного излучения. У этих горелок газовоздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха
1,05—1,1 приготовляется в инжекторах и сгорает непосредственно вблизи наружной поверхности насадок – керамических плиток. Керамические плитки изготовляют из огнеупорной легковесной массы. В каждой небольшой плитке размещается множество цилиндрических каналов диаметром 1,5 мм, суммарное живое сечение которых составляет 40% площади плитки. Излучающая поверхность горелки состоит из определенного числа стандартных насадок – плиток. Горелка, рис. 4.25, состоит из двух восьмиплиточных блоков, работает на газе низкого давления.

Рис. 4.25. Двойная трехинжекторная горелка с рефлектором 1 — рефлектор; 2 — излучающая насадка; 3 — распределительная коробка (корпус); 4 — инжекторы; 5 — сопла; 6 — газовый коллектор

Каждый блок горелки состоит из трех смесителей, размещенных внутри распределительной коробки 3. Газ, выходя из сопел 5, эжектирует воздух из окружающей среды и смешивается с ним в инжекторах 4. Для повышения статического давления и лучшего смесеобразования инжектор имеет диффузор. Инжекторы 4 располагают в корпусе таким образом, что динамическое давление на выходе из диффузоров не используется, вследствие чего равномерно распределяется газовоздушная смесь по излучающей панели и повышается устойчивость горения газа в каналах внутри плиток.

Продукты сгорания газа должны полностью удаляться непосредственно от газовых горелок в атмосферу (наружу).

Помещения, в которых установлены газовые отопительные приборы, в том числе и горелки инфракрасного излучения, должны быть оснащены системой контроля воздуха по содержанию в нем окиси углерода и метана.

При использовании для отопления помещений горелок инфракрасного излучения следует обеспечивать гигиенические требования к параметрам микроклимата на рабочих местах, см. табл. 4.15.

Допустимые параметры микроклимата производственных помещений,
оборудованных системами лучистого обогрева