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 (рис. 4):

1. теплоисточник элемент для получения теплоты;

2. теплопроводы элементы для переноса теплоты;

3. отопительные приборы.

 

Рис. 4 – Принципиальная схема системы элементы для передачи теплоты в помещение. отопления

 

В качестве теплоисточника для системы отопления может служить котельный агрегат или теплообменный аппарат, передающий теплоту от топлива теплоносителю (вода и другие жидкости, пар, воздух, газ) системы отопления.

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 определённом уровне;

‒ экономические обеспечение минимума приведённых 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;

‒ эксплутационные – простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надёжность, безопасность и бесшумность действия.

Наиболее важны санитарно-гигиенические и эксплутационные 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 подаётся в помещения, через отопительные приборы теплота отдаётся, 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, дешёвая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты, в том числе и автоматически.

Наиболее распространённые виды теплоносителя вода, водяной пар, воздух, нагретые газы.

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 зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении. При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счёт 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 теплоёмкостью, 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 твёрдого, жидкого или газообразного топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы для отопления в тех случаях, когда в соответствии с санитарногигиеническими требованиями удаётся 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, совмещённое 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 эксплутационные 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.

 

 

Системы водяного отопления

 

Водяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение.

Для ознакомления с устройством и принципом действия системы отопления рассмотрим схему системы, представленную на рис. 5.

Рис. 5 – Принципиальная схема водяной системы отопления с естественной циркуляцией

 

Вода нагретая в теплогенераторе до температуры t_г поступает через теплопровод главный стояк 1 в подающие магистральные теплопроводы (соединительные трубы между главным и подающими стояками) 2. По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 8 (соединительные трубы между магистралями и подводками к отопительным приборам). Затем по подающей подводке 11 вода поступает в отопительный прибор 9 и по обратной подводке 12 снова попадает в стояк. Так теплоноситель последовательно проходит через все отопительные приборы, присоединённые к стояку. Из отопительных приборов охлаждённая вода с температурой t o по обратной магистрали 13 возвращается в теплогенератор, где она снова подогревается до температуры t_г, и так циркуляция идёт по замкнутому кольцу.

Система водяного отопления гидравлически замкнута и имеет определённую вместимость, то есть постоянный объём заполняющей её воды. При повышении температуры воды она расширяется и в замкнутой заполненной водой системе отопления внутреннее гидравлическое давление может превысить прочность его элементов. Чтобы этого не произошло, в системе предусматривают устройство расширительного бака 3, предназначенного для вмещения прироста объёма воды при её нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу. Расширительный бак снабжён расширительной трубой, контрольной трубой, переливной трубой 4 и циркуляционной 5. Расширительный бак устанавливается в наивысшей точке системы отопления, обычно на чердаке здания. Он изолируется для предотвращения замерзания воды. При отсутствии чердака его устанавливают в специальном боксе на чердачном перекрытии, в лестничной клетке или верхнем техническом этаже. При естественной циркуляции и верхней разводке расширительный бак присоединяют в высшей точке подающей магистрали.

Для регулирования теплоотдачи отопительными приборами на подводке к ним устанавливается регулировочный кран 10.

Перед пуском в действие каждая система заполняется водой из водопровода 15 через обратную линию до контрольной трубы в расширительном баке. После этого прекращают заполнение системы водой. Для опорожнения всей системы используют спускную трубу 16.

Для отключения стояка и его опорожнения в ходе эксплуатации системы закрывают вентили или краны 6 на стояке. Из тройника 7, установленного в нижней части стояка, вывертывают пробку и к штуцеру тройника присоединяют гибкий шланг, по которому воды из труборовода и приборов стекает в канализацию. Чтобы вода быстрее стекала, из верхнего тройника 7 тоже выкручивают пробку.

Для отключения отдельных частей системы отопления в процессе эксплуатации на магистралях устанавливается запорная арматура 14.

Как видно из рассмотренного выше, системы водяного отопления включают в себя следующие основные элементы: теплогенератор, главный стояк, магистральные теплопроводы (подающий и обратный), стояки (ветви), подводки, отопительные приборы, расширительный бак, запорнорегулирующую арматуру.

Классификация систем водяного отопления производится по следующим основным признакам.

По способу циркуляции теплоносителя системы водяного отопления подразделяются на гравитационные (с естественной циркуляцией воды за счёт разности плотностей холодного и горячего теплоносителя) и с искусственной циркуляцией (вода в системе циркулирует под действием давления, создаваемого насосом).

По расположению подающей и обратной магистралей системы водяного отопления бывают с верхней разводкой (в этом случае подающая магистраль прокладывается по чердаку или под потолком верхнего этажа и располагается выше отопительных приборов, а обратная магистраль прокладывается в подвале, по полу первого этажа или в подпольных каналах, то есть ниже всех отопительных приборов), с нижней разводкой (подающая и обратная магистрали располагаются прокладываются в подвале по полу первого этажа или в подпольных каналах ниже отопительных приборов) и с опрокинутой циркуляцией (в этом случае обратная магистраль располагается выше отопительных приборов, а подающая магистраль ниже всех отопительных приборов).

По направлению движения воды в магистралях системы водяного отопления подразделяют на тупиковые, когда горячая и обратная вода в магистралях движется в противоположных направлениях, и с попутным движением, когда направления движения воды в магистралях совпадают.

По расположению труб, соединяющих отопительные приборы, системы бывают горизонтальные, в которых трубы, соединяющие приборы, расположены горизонтально и называются ветвями, и вертикальные, в которых трубы, соединяющие приборы, располагаются вертикально и называются стояками.

По схеме присоединения отопительного прибора к трубопроводу системы водяного отопления делятся на однотрубные, в которых горячая вода подаётся в приборы и охлаждённая вода отводится из них по одному стояку и теплоноситель последовательно проходит через все приборы, присоединённые к этому стояку, и двухтрубные, в которых горячая вода поступает в прибор по одним (подающим) стоякам, а охлаждённая вода отводится по другим (обратным) и теплоноситель, пойдя через какой-то прибор, через другой на этом же стояке уже не проходит.

При выборе схемы системы отопления необходимо учитывать особенности его теплового режима. Это, прежде всего, действие инфильтрации наружного воздуха и солнечной радиации. Зимой инфильтрация переохлаждает нижние этажи, поэтому в многоэтажных зданиях целесообразно применение систем с подачей теплоносителя «снизу вверх» (с опрокинутой циркуляцией) и с позонным делением по высоте здания. Охлаждающее действие инфильтрации связано с ориентацией ограждений помещений. В связи с эти желательно предусматривать пофасадное разделение системы отопления.

Необходимо также учитывать и конструктивные особенности систем. Так системы двухтрубные эффективно работают в невысоких зданиях (2-3 этажа), а в более высоких строениях подвергаются разрегулировке. Поэтому в многоэтажных зданиях рекомендуется использовать однотрубные системы. Системы с верхней разводкой применяются в зданиях с чердаками, системы с нижней разводкой в зданиях без чердаков.