Классификация и конструктивные решения систем отопления

Система отопления — это совокупность конструктивных элементов со связями меж-ми, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания. «Сердцем» отопительной системы является теплоисточник (котел). От него нагретый теплоноситель (не обязательно вода или антифриз) с помощью циркуляционного насоса (если система с принудительной циркуляцией) или без него (естественная циркуляция) движется по теплопроводам (трубам) и отдает тепло дому через отопительные приборы (радиаторы). Кроме вышеназванных основных элементов в систему отопления могут входить еще масса других вещей: теплообменник — при централизованном теплоснабжении, расширительный бак — компенсирующий температурное расширение воды, фитинги — для соединения труб, воздушные клапаны и многое другое.

В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным или лучистым.

К конвективному относят отопление, при котором температура внутреннего воздуха поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная температура помещения — усредненная температура поверхностей, обращенных в помещение. Характерный распространенный пример конвективного отопления — установка под подоконником в помещении вертикальных радиаторов (батарей). При этом теплый воздух, нагреваясь от радиатора, становится легче холодного воздуха и поднимается вверх, уступая «теплое» место холодному воздуху снизу радиатора. Теплый воздух, пройдя путь по верху помещения, в сторону от окна, остывает и опускается вниз, постепенно двигаясь понизу к горячему радиатору, где снова нагревается и поднимается. Таким образом, получается круговорот теплого и холодного воздуха в помещении — воздушный конвекционный поток, что может вызывать ощущение сквозняка на уровне пола.

Лучистым называют отопление, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха в помещении. Лучистое отопление при несколько пониженной температуре воздуха (по сравнению с конвективным отоплением) более благоприятно для самочувствия человека в помещении (например, до 18...20 °С вместо 20...22 °С в помещениях гражданских зданий). Хороший пример лучистого отопления — система «теплый пол», при которой нагревается вся поверхность пола помещения. При этом сильного конвекционного потока не образуется, а происходит постепенное смешивание теплого воздуха, расположенного внизу, с прохладным воздухом расположенном наверху (конвекционного сквозняка не образуется). При расположении отопительных приборов у потолка тоже не образуется конвекционного сквозняка, но мне трудно найти смысл обогрева потолка (пол соседей сверху) в жилых помещениях.

Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной рабочей среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость - антифриз) или газообразная (пар, воздух, продукты сгорания топлива) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

Системы отопления по расположению основных элементов подразделяются на местные и центральные.

В местных системах для отопления, как правило, одного помещения теплоисточник, теплоноситель и теплопроводы 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. Современное автономное отопление квартир (даже если котел находится внутри квартиры) и малоэтажных домов является, хотя и уменьшенной, но центральной системой.

Теплопроводы центральных систем подразделяют на: магистрали подающие (по которым подается теплоноситель) и магистрали обратные (по которым отводится охладившийся теплоноситель); стояки (вертикальные трубы) и ветви (горизонтальные трубы), связывающие магистрали с подводками к отопительным приборам.

В зависимости от вида, используемого в системе отопления теплоносителя, их принято называть системами водяного, парового, воздушного или газового отопления.

Газы образуются при сжигании твердого, жидкого или газообразного органического топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. 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. Область использования горячих газов ограничена отопительными печами, газовыми излучателями и другими подобными местными отопительными установками. В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды. Все эти три теплоносителя должны соответствовать по показателям, важным для выполнения, требованиям, предъявляемых к системе отопления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и теплосодержание. 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, температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 °С, движение пара в трубах сопровождается шумом. При наличии пара как теплоносителя для отопления чаще используется комбинированное пароводяное отопление, при котором вместо отопительного котла устанавливается работающий на пару водонагреватель.

Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения — в зависимости от давления. 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.

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 воздуховодах и каналах. В воздушном отоплении практически не нужны водогазонапорные металлические трубы. Недостатками являются малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине. Главным образом воздушное отопление используется в общественных и промышленных зданиях.

Кроме поддержания постоянной комфортной температуры есть еще одно 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 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.

В некоторых случаях, чтобы неслитая система отопления не замерзла во временно неотапливаемом доме, рекомендуется использовать специальный незамерзающий теплоноситель — антифриз (тосол). Любой антифриз является достаточно токсичным веществом, может привести к ускорению коррозионных процессов, снижению теплообмена, изменению гидравлических характеристик, завоздушиванию и др. Применение антифриза в качестве теплоносителя в каждом конкретном случае должно быть достаточно обоснованным.

Так как в России применяют центральные системы в основном водяного отопления, далее в этой главе будут рассматриваться только системы отопления с водным теплоносителем, т. е. водяное отопление.

По температуре теплоносителя различаются водяные системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tr < 70 °С, среднетемпературные при tr 70—100°С и высокотемпературные при tr > 100 °С. Максимальное значение температуры воды ограничено 150 °С.

По способу создания циркуляции воды системы разделяются на системы с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насоса (насосные) и с естественной циркуляцией (гравитационные), в которых используется свойство воды изменять вою плотность при изменении температуры (конвекция). Насосные системы используются практически повсеместно. Область применения гравитационных систем в настоящее время ограничена их использованием для отопления жилых домов в сельской местности.

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, различия и схемы приведены в следующем пункте.

За последнее время достаточно широко стала применяться коллекторная (веерная, лучевая) схема соединения отопительных приборов (пример см. в п. "Поквартирные системы отопления"). В этой схеме каждый из группы приборов присоединяется к общему коллектору.

Поиск по сайту: