Элементы отопительных установок. Теплоносители и классификация систем отопления

 

Каждая отопительная установка, предназначенная для поддержания в помещениях заданной температуры воздуха, состоит из трех основных элементов: теплового центра, в котором теплоносителю передается необходимое количество тепла, системы теплопроводов для перемещения по ним теплоносителя и отопительных приборов, передающих тепло от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения.

В отопительных установках в качестве теплоносителя применяют воду, насыщенный водяной пар и воздух.

Вода, имеющая большую теплоемкость и плотность, позволяет передавать значительное количество тепла в малых объемах и, что весьма важно, изменять теплосодержание этих объемов путем соответствующего понижения или повышения температуры. В целях уменьшения затрат энергии перемещение воды производят при скоростях, не превышающих 3 м/с.

Ценность водяного пара как теплоносителя заключается в большой величине тепла, выделяющегося при его конденсации в отопительных приборах. Транспортирование пара к зданиям осуществляется со скоростями порядка 40...80 м/с, что позволяет передавать большое количество тепла на значительные расстояния при сравнительно малых затратах энергии.

Высокая температура пара при давлении выше 0,1 МПа допускает его применение только в отопительных установках промышленных и коммунальных предприятий, в которых температура на поверхности отопительных приборов должна быть не выше 130°С.
Использование пара с температурой ниже 100°С требует поддержания в отопительных установках вакуума, что удорожает их устройство и усложняет эксплуатацию.

Воздух как теплоноситель хотя и не требует установки отопительных приборов в помещениях, но для их обогрева применяется редко. Воздух имеет малую удельную теплоемкость — 1 кДж/(кг • К), и для передачи даже небольших количеств тепла требуется перемещение значительных объемов воздуха; затраты энергии при этом оказываются большими, чем при транспортировании такого же количества тепла с помощью воды или пара. Трубопроводы или каналы для перемещения воздуха требуют больших сечений и занимают сравнительно с трубопроводами для воды или пара большие объемы.

Обогрев помещений нагретым воздухом выгоден тогда, когда допустимо полное или частичное возвращение его для повторного подогрева без устройства распределительных трубопроводов, что зачастую и выполняется в производственных зданиях большого объема. Выгодно и неизбежно применение воздуха как теплоносителя при совмещении обогрева и вентилирования помещений и необходимости восполнения того количества воздуха, которое удаляется из помещений технологическими установками.

При наличии в данной местности геотермальных вод, удовлетворяющих требованиям к качеству их для применения в системах теплоснабжения, и при соответствующих технико-экономических сопоставлениях с решениями на базе использования традиционных источников тепла, они также могут быть применены в качестве теплоносителя для систем отопления.

Из рассмотренных теплоносителей наиболее распространенным является вода, при которой легко осуществляется регулирование отпуска тепла потребителям.

Расход труб и отопительных приборов для паровых систем отопления меньше, чем для водяных. Соответственно меньше и затраты на их сооружение. Однако срок службы водяных систем (30...40 лет) в 3—5 раз больше, чем паровых, трубы которых в большей степени подвергаются внутренней коррозии.

Для расчета отопительных установок зданий различного назначения принято принимать параметры теплоносителей. Этими параметрами устанавливаются и виды теплоносителей, а также, как это будет видно из дальнейшего изложения курса, определяется средняя температура теплоносителя в отопительных приборах, величина площади нагрева последних и микроклимат в помещениях.

В зависимости от радиуса действия отопительные системы подразделяют на местные, центральные и районные.

Местными отопительными системами или местным отоплением называют вид отопления, при котором генератор тепла и отопительный прибор конструктивно скомпонованы вместе и устанавливаются в обогреваемом помещении.

К этому виду отопления относят:

а)       печное отопление — вне зависимости от вида топлива (дрова, газ, уголь, торф), когда отопительным прибором является комнатная отопительная печь, продукты сгорания из которой отводятся
наружу;

б)       электрическое отопление, при котором в тепло преобразовывается электрическая энергия, подводимая к специальным отопительным приборам;

в)       газовое отопление, когда в отопительных приборах специальной конструкции в качестве топлива используется природный или сжиженный газ; продукты сгорания выделяются непосредственно в отапливаемое помещение (что нежелательно) пли отводятся наружу.

Центральным отоплением принято называть вид отопления, при котором получение тепла из топлива и передача ею теплоносителю производится в едином для всего здания тепловом центре, а в помещениях обогреваемого здания устанавливаются только отопительные приборы. Тепловой центр может находиться в самом здании или вне его.

Если отдельно стоящая котельная обслуживает несколько зданий или небольшой район населенного пункта, такое отопление называется районным отоплением.

В зависимости от применяемого теплоносителя системы центрального отопления разделяют на три группы. Различают системы водяного, парового и воздушного отопления.

Системы водя но го отопления в свою очередь делят на две группы — системы с естественной циркуляцией воды, когда побудителем движения воды в вертикальной системе является разность плотности горячей и охлажденной воды, и системы с искусственной циркуляцией теплоносителя, в которых побудителем движения воды является насос.

Такое же деление на две группы имеют и воздушные системы отопления. Естественная циркуляция воздуха происходит из-

за разности плотностей нагретого и охлажденного воздуха, а искусственная — при использовании специальных воздуходувных машин — вентиляторов.

Системы парового отопления разделяют на три группы:
паровое отопление высокого давления (при избыточном давлении пара 0.07 МПа и выше), паровое отопление низкого давления (при избыточном давлении 0,005...0,07 МПа) и вакуум-паровое отопление (при давлении пара ниже атмосферного давления).

Наличие теплоносителей с высокими параметрами, недопустимыми по санитарно-гигиеническим условиям для непосредственного использования в системах отопления, вызвало необходимость применения так называемых комбинированных систем отопления, которые могут быть пароводяными, паровоздушными, водоводочными, водовоздушными, огневоздушными и электровоздушными.

Для передачи тепла от первичного теплоносителя, имеющего высокие параметры, к вторичному, доставляющему тепло непосредственно в обогреваемые помещения, применяются теплообменники или специальные смесительные устройства для воды и устройства для снижения давления пара.

Кроме рассмотренной классификации, водяные и паровые системы отопления в зависимости от способа и места прокладки теплопроводов, схемы подачи теплоносителя в отопительные приборы и ряда других специфических особенностей получают более точные названия, которые детально рассматриваются ниже.

В последнее время системы отопления принято классифицировать и по преобладающему виду теплоотдачи отопительных приборов. Если у отопительного прибора преобладает теплоотдача конвекцией, то систему отопления называют конвективной, при преобладающей теплоотдаче излучением — лучистой.

При конвективной системе отопления температура воздуха помещения всегда будет выше средней температуры всех ограждений помещения. Если же отопительные приборы большую часть тепла будут отдавать излучением, а такими приборами могут быть только плоские панели, то воздух помещения при определенных условиях размещения панелей и характере вентиляции может оказаться ниже средней температуры всех поверхностей, ограждающих помещение, и отопление справедливо будет называться лучистым.
Такая комбинация осуществляется не всегда, и поэтому в нашей технической литературе те системы отопления, в которых отопительными приборами являются плоские панели, принято называть панельно-лучистым отоплением.