Вопрос 2. Центральные системы отопления.
Заключительная часть
Учебные вопросы
Вводная часть
VI. Текст лекции
Во вводной части занятия (10 минут) преподаватель принимает доклад у дежурного по учебной группе о готовности группы к занятиям. Проверяет наличие обучающихся, делает соответствующие отметки в учебном журнале группы и строевой записке. Объявляет тему, учебные цели, вопросы, рассматриваемые на занятии и литературу. Доводит расчет учебного времени на отработку учебных вопросов.
В ходе занятия(75 минут) преподаватель доводит новый учебный материал, контролирует работу обучающихся. Создает условия для развития творческого мышления и самостоятельности обучающихся. При необходимости своевременно разъясняет отдельные положения, вызывающие затруднения и вопросы.
В заключительной части занятия(5 минут) в целях проверки качества усвоения обучающимися учебного материала преподаватель может провести выборочную проверку конспектов, подводит итоги всего занятия. Выдается задание на подготовку к следующему семинарскому занятию. Подается команда к завершению занятия.
Вопрос 1. Назначение, устройство, классификация систем отопления.
Отопление – это искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания температуры воздуха, отвечающей условиям теплового комфорта для людей или требованиям технологического процесса.
Отопление – искусственное нагревание помещения в холодный период года для компенсации тепловых потерь и поддержания нормируемой температуры со средней необеспеченностью 50 ч/год. [п. 3.22 СП 60.13330.2012] (необеспеченность – это отклонение параметров внутреннего воздуха от нормируемых (расчетных), допускаемое СП).
Комплекс технических устройств, обеспечивающих заданный тепловой режим, называется системой отопления.Основными элементами отопительных систем являются генератор теплоты, теплопровод и нагревательные приборы.
Системы отопления классифицируются по ряду признаков.
В зависимости от места размещения генератора теплоты относительно отапливаемого помещения различают системы местного и центрального отопления.
По виду теплоносителя различают системы водяного, парового, и воздушного отопления.
Сравнительная характеристика теплоносителей позволяет правильно выбрать вид теплоносителя (отопления) с учетом экономических, технических и противопожарных требований. Теплоноситель должен быть негорючим, теплоемким, подвижным и дешевым. Наряду с этим он не должен ухудшать санитарных условий в отапливаемых помещениях.
В качестве теплоносителей в системах отопления используются вода, водяной пар, дымовые газы и воздух.
Вода легко подвергается нагреву в широком диапазоне температур, обладает большой теплоемкостью, что позволяет передавать значительные количества теплоты при небольшом ее расходе. В центральных и местных системах отопления производственных, жилых, общественных и административных зданиях чаще используется вода с температурой 60-95 °С, поэтому температура магистральных трубопроводов сравнительно невысока и тепловые потери в системах водяного отопления значительно меньше, чем в системах парового отопления. При теплоносителе «вода» теплоотдача от нагревательных приборов к воздуху помещения может регулироваться из теплового пункта путем изменения температуры воды. Это позволяет при смене климатических условий легко изменять тепловой режим в отапливаемых помещениях.
Основные недостатки воды как теплоносителя заключается в том, что она имеет большую плотность, поэтому при ее перемещении требуются большие затраты энергии, а так же при длительной аварийной остановке системы возможно ее замерзание.
Водяной пар, используемый в системах отопления, в нагревательных приборах конденсируется, выделяя скрытую теплоту парообразования. Высокое теплосодержание пара и малая плотность позволяет передавать на большие расстояния значительные количества теплоты при малых затратах энергии. В системах парового отопления используется водяной пар с температурой 105-130 °С. При одинаковой температуре воды и пара теплоотдача системы парового отопления выше, чем при водяном отоплении.
Однако пар имеет существенные недостатки, значительно ограничивающие область его применения. В отопительных системах парового отопления нагревательные приборы имеют температуру более 100 °С, при которой органическая пыль, осевшая на поверхности приборов, разлагаются и в воздух помещения выделяются продукты разложения (в числе которых и окись углерода). При этом теплоносителе невозможна централизованная регулировка теплоотдачи нагревательных приборов.
Дымовые газы являются теплоносителем в отопительных установках, работающих при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива. Передача теплоты от продуктов горения к воздуху помещения осуществляется путем нагрева конструкций печей или аппаратов. Дымовые газы в отопительных установках имеют температуру от 1300 °С в топливнике до 130 °С на выходе из дымовой трубы. Раскаленные сажистые частицы, содержащиеся в дымовых газах, при отсутствии искрогасителя на дымовой трубе могут быть источником воспламенения сгораемых кровель и других сгораемых предметов.
Воздух имеет малую теплоемкость и плотность, температура его в системах отопления не превышает 70 °С. Подавать воздух на большие расстояния при воздушном отоплении нецелесообразно. Достоинством воздуха как теплоносителя является возможность обеспечивать в отапливаемых помещениях необходимые санитарно-гигиенические условия.
В пожарном отношении вода, пар и воздух с учетом их физических свойств не представляют опасности (известны случаи, когда разрушение трубопровода водяной или паровой системы отопления при пожаре приводило к ликвидации горения). Однако в производственных помещениях могут использоваться вещества, способные в контакте с водой или паром образовывать взрывоопасные смеси, самовозгораться или самовоспламеняться, поэтому для данных помещений применение воды или пара не допускается.
Пожарная опасность отопительных систем обусловлена наличием нагретых поверхностей элементов отопительного оборудования (калориферов, нагревательных приборов, трубопроводов и др.). Так, в системах парового и водяного отопления с насосной рециркуляцией воды температура поверхности нагревательных приборов может превышать 100°С. При этой температуре возможно самовоспламенение таких веществ, как сероуглерод, ацетальдегид и др. Поэтому для помещений, в которых используются данные вещества, температура теплоносителя должна быть ниже температуры самовоспламенения наиболее опасного вещества.
Пожароопасные свойства теплоносителей следует учитывать при разработке мероприятий противопожарной защиты и выбора отопительных систем.
Центральными системами отопления называются системы, в которых генератор теплоты размещен в отдельном помещении, а в отапливаемых расположены только нагревательные приборы, соединенные между собой разветвленной системой теплопроводов.
Центральная система одним или несколькими генераторами теплоты (котлом или группой котлов) может отапливать одно здание с большим числом помещений, несколько зданий, район города или город в целом.
Центральные системы отопления классифицируются по виду и параметрам теплоносителя, способу его перемещения, схеме прокладки магистральных трубопроводов, преобладающему виду теплоотдачи нагревательных приборов (конвективные, лучистые, конвективно-лучистые нагревательные приборы).
Водяные системы отопления наиболее широко распространены в жилых, общественных и производственных зданиях, так как обладают преимуществами перед другими системами отопления: простотой централизованного регулирования теплоотдачи нагревательных приборов, возможностью поддержания на поверхности нагревательных приборов умеренных температур, исключающих процессы термического разложения органических пылей, бесшумностью работы и простой эксплуатации.
Однако системы водяного отопления имеют и ряд недостатков: ограниченность радиуса действия из-за больших потерь давления и высоты систем, повышенная опасность замерзания и др.
Водяные системы в зависимости от способа перемещения и параметров теплоносителя подразделяются на системы с естественной и механической циркуляцией теплоносителя.
В системах с естественной циркуляцией движение воды происходит под действием гидростатического давления, обусловленного разностью плотностей горячей воды на входе в систему и холодной воды на выходе из нее. В данных системах отопления водяной контур сообщается с атмосферой, поэтому температура горячей воды не может превышать 100°С.
В системах отопления с искусственной (насосной) циркуляцией побудителем движения теплоносителя является насос или водоструйный элеватор. Эти системы не сообщаются с атмосферой (давление выше атмосферного), могут иметь температуру горячей воды до 150°С.
Конструктивное исполнение системы водяного отопления.
Рис. 6. Система водяного отопления с насосной циркуляцией теплоносителя:
1 – насос; 2 – котел; 3 – расширительный бак; 4 – воздухосборник; 5 – воздушная линия
Отопительные водяные системы при этом принципиально одинаковы. Отопительную систему монтируют с таким расчетом, чтобы возвратная вода поступала к отопительному аппарату снизу по трубам, имеющим уклон в сторону аппарата.
Системы парового отопления в зависимости от параметров теплоносителя разделяют на системы высокого и низкого давления, а так же вакуумные.
Системы парового отопления в зависимости от абсолютного давления пара делятся на вакуум- паровые - при абсолютном давлении пара менее 0,1 МПа; низкого давления - при давлении пара 0,1-0,12 МПа; повышенного давления - при давлении пара 0,12-0,17 МПа; высокого давления - при абсолютном давлении пара 0,17 – 0,27 МПа.
Паровые системы отопления высокого и низкого давления целесообразно применять в производственных зданиях и сооружениях, где используется пар для технологических нужд. Вакуумные системы применяются крайне редко.
В системах парового отопления теплоносителем является водяной пар. Передача теплоты от теплоносителя к нагревательным приборам происходит за счет его конденсации. Поверхности нагревательных приборов при паровом отоплении имеют температуру 100-130 °С.
Паровое отопление нельзя применять жилых домах, детских учреждениях, школах, санаториях, больницах и т.п.
Системы парового и водяного отопления разделяются по способу прокладки разводящих магистралей на системы с верхней и с нижней прокладкой магистралей.
Конструктивное исполнение системы парового отопления.
Рис. 8. Система парового отопления низкого давления:
1 – паровой котел; 2 – паросборник; 3 – паропровод; 4 – нагревательный прибор; 5 – конденсатопровод; 6 – бак для сбора конденсата; 7 - насос
Воздушное отопление применяется в зданиях различного назначения совместно с системами приточной вентиляции. Теплоносителем является наружный воздух, очищенный от пыли и нагретый в калориферах до температуры 30-45 °С. Подача воздуха в отапливаемые помещения осуществляется вентиляторами по воздуховодам.
В производственных помещениях может устраиваться бесканальное воздушное отопление, когда калорифер для нагревания воздуха располагается непосредственно в отапливаемом помещении.
Системы воздушного отопления классифицируются по месту размещения генератора теплоты, виду подачи воздуха в отапливаемые помещения, схеме и конструктивным особенностям.
В зависимости от места размещения генератора теплоты (калорифера) различают центральные и местные системы воздушного отопления.
По виду подачи нагретого воздуха в помещения системы воздушного отопления классифицируют на прямоточные, с частичной или полной рециркуляцией. В прямоточных системах воздух забирается снаружи здания, очищается от пыли, проходит термовлажностную обработку и вентилятором подается в помещение. При частичной рециркуляции к наружному воздуху подмешивается воздух, удаляемый из помещения. При полной рециркуляции нагревается только воздух помещения.
По схеме и конструктивным особенностям системы воздушного отопления подразделяются на отдельные и общие. Отдельные обслуживают отдельную зону или одно помещение. Общие системы применяются при отоплении нескольких помещений. Общие системы воздушного отопления более пожароопасны.
В сельской местности, рабочих поселках и поселках городского типа при отсутствии централизованного теплоснабжения кроме отопительных печей находят применение бытовые отопительные аппараты заводского изготовления на твердом, жидком или газообразном топливе.
Для отопления животноводческих помещений, птицефабрик, теплиц и других объектов сельскохозяйственного производства используются теплогенерирующие установки (теплогенераторы, воздухонагреватели, паро-водогрейные котлы и др.).Промышленность выпускает электрические и огневые установки. Огневые теплогенерирующие установки работают на твердом, жидком или газообразном топливе.