Системы воздушного отопления

 

При воздушном отоплении в качестве теплоносителя используют воздух, нагретый до температуры более высокой, чем воздух в помещении. Нагретый воздух подаётся в помещение и, смешиваясь с внутренним воздухом, отдаёт ему то количество теплоты, которое необходимо для возмещения теплопотерь помещения.

Классификация систем воздушного отопления:

‒ по виду первичного теплоносителя, нагревающего воздух: паровоздушные, водовоздушные, газовоздушные;

‒ по способу перемещения нагретого воздуха: естественная (воздух перемещается за счёт разности плотностей холодного и нагретого воздуха) и с механическим побуждением (воздух перемещается с помощью вентилятора);

‒ по месту приготовления нагретого воздуха: централизованные (подача воздуха в несколько помещений производится из одного центра) и децентрализованные (подача воздуха производится местными отопительными и отопительно-вентиляционными агрегатами);

‒ по качеству воздуха, подаваемого в помещение: прямоточные (обрабатывают и подают в помещения только наружный воздух), рециркуляционные (перемещают и обрабатывают один и тот же внутренний воздух) и с частичной рециркуляцией (часть обрабатываемого воздуха забирается снаружи, часть изнутри помещения).

Теплоотдачу систем воздушного отопления регулируют с учётом теплопотерь помещения: при повышении наружной температуры понижают температуру подаваемого в помещение воздуха, и наоборот. Предельная температура подогретого воздуха не должна превышать 70 , чтобы не вызывать пригорание органической пыли.

Расход воздуха для воздушного отопления, совмещённого с вентиляцией, определяется по формуле:

 

                                                     (20)

где Q_n – тепловой поток на отопление помещения, Вт;

c = 1,2 кдж/(м³ ∙ К) – теплоёмкость воздуха;

t_пр – температура воздуха, подаваемого в помещение, ;

t_в – температура воздуха в рабочей зоне помещения, .

К основным преимуществам воздушного отопления перед другими способами отопления относятся:

‒ возможность совмещения отопления с вентиляцией;

‒ отсутствие тепловой инерции, то есть тепловой эффект при включении системы в действие достигается немедленно;

‒ расход металла меньше в 6-8 раз, а капитальные затраты в 1,5-2 раза (при сосредоточенной подаче воздуха).

К недостаткам воздушного отопления относятся:

‒ возможность перемещения вредных выделений вместе с движущимся воздухом;

‒ шум при работе вентиляторных установок;

‒ большой расход электроэнергии.

На рис. 14 представлены принципиальные схемы местной системы воздушного отопления. Чисто отопительная система с полной рециркуляцией теплоносителя воздуха может быть бесканальной (рис. 14, а) и канальной (рис. 14, б). При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру t в, нагревается первичным теплоносителем в калорифере до температуры tпр и перемещается вентилятором. Наличие вертикального канала для горячего воздуха вызывает естественную циркуляцию внутреннего воздуха через помещение и калорифер. Эти две схемы применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной вентиляции. В качестве нагревательного элемента в данных схемах может применяться тепловентилятор.

Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его приточно-вытяжной вентиляцией используют две другие схемы, изображённые на рис. 14, в, г. По схеме на рис. 14, в с частичной рециркуляцией часть воздуха забирается снаружи, другая часть внутреннего воздуха подмешивается к наружному (осуществляется частичная рециркуляция воздуха). Смешанный воздух догревается в калорифере и подаётся вентилятором в помещение. Помещение обогревается всем поступающим в него воздухом, а вентилируется только той его частью, которая забирается снаружи. Эта часть воздуха удаляется из помещения в атмосферу (по каналу 7 на рис. 14, в).

Схема на рис. 14, г прямоточная: наружный воздух в количестве, необходимом для вентиляции помещения, дополнительно нагревается для отопления, а после охлаждения до температуры помещения удаляется в таком же количестве в атмосферу. Нагрев и подача воздуха при таких схемах организации воздушного отопления осуществляется отопительно-вентиляционными агрегатами.

Рис. 14 – Принципиальные схемы местной системы воздушного отопления

а, б – полностью рециркуляционные; в – частично рециркуляционная;

г – прямоточная; 1 – отопительный агрегат; 2 – рабочая зона;

3 – канал нагретого воздуха; 4 – теплообменник-калорифер;

5 – воздухозабор; 6 – рециркулирующий воздух;

7 – канал вытяжной вентиляции

 

Центральная система воздушного отопления канальная. Воздух нагревается до необходимой температуры в тепловом центре здания и выпускается в помещения через воздухораспределители. Принципиальная схема центральной системы приведена на рис. 15.

Рис. 15 – Прямоточная система централизованного воздушного отопления

1 – калорифер; 2 – вентиляторный агрегат; 3 – каналы для подачи подогретого воздуха; 4 – каналы для удаления воздуха из помещения;

5 – вытяжная шахта

 

Отопительным агрегатом называется комплекс стандартных элементов, собираемых воедино на заводе, имеющий определённую воздушную, тепловую и электрическую мощность. Агрегаты изготовляют для установки непосредственно в отапливаемых помещениях. Они представляют собой компактное, мощное и сравнительно недорогое оборудование. Недостатком агрегатов является шум при действии вентилятора, что ограничивает возможность их применения в рабочее время.

Отопительные агрегаты подразделяются на подвесные и напольные. Подвесной отопительный агрегат представлен на рис. 16. Корпус, имеющий воздухозаборное отверстие, соединён с воздухонагревателем (калорифером). Внутри корпуса находится вентилятор с электродвигателем.

Воздух, забираемый из помещения вентилятором, пропускается через калорифер, нагреваемый высокотемпературной водой, и выпускается снова в помещение в нужном направлении через створки воздухораспределителя вихревого типа. Агрегат снабжён кронштейнами для подвески его в помещении

Рис. 16 – Подвесной воздушнорециркуляционный отопительный агрегат

1 – корпус; 2 – вентиляторный агрегат; 3 – калорифер;

4 – воздухораспределитель вихревого типа

 

Рециркуляционный воздухонагреватель с естественным движением воздуха это отопительный прибор типа высокого конвектора, обогреваемый тёплой водой. По способу отопления помещения, связанному с интенсивной циркуляцией воздуха при сосредоточенном его нагревании, рециркуляционный воздухонагреватель считают прибором местного водовоздушного отопления.

Рециркуляционные воздухонагреватели по тепловой мощности занимают промежуточное место между обычными отопительными приборами систем водяного и парового отопления и отопительными агрегатами систем воздушного отопления. Применяют их для отопления отдельных помещений, не имеющих постоянных рабочих мест у наружных ограждений и периодически используемых людьми, в первую очередь для отопления лестничных клеток многоэтажных зданий.

В лестничной клетке, отапливаемой рециркуляционным воздухонагревателем, помещённым близ наружной входной двери (рис. 17, а), обеспечивается более ровная температура воздуха, чем при водяном отоплении приборами, расположенными на нескольких лестничных площадках. Этому способствует усиленное прогревание наружного воздуха, проникающего через открываемую входную дверь.

Рис. 17 – Конструкции рециркуляционных воздухонагревателей

а – со встроенным каналом, б – приставной с каналом из строительных материалов, в – приставной металлический, 1 – нагреватель,

2 – канал горячего воздуха

 

В общественных и вспомогательных помещениях (в вестибюлях, холлах, торговых залах, складах), имеющих значительную площадь при ограниченной высоте и сообщающихся с наружным воздухом, рециркуляционные воздухонагреватели устанавливают при входах (рис. 17, б). Они поддерживают равномерную температуру, вовлекая в циркуляцию и нагревая как внутренний, так и холодный наружный воздух, поступающий в помещения.

Рециркуляционные воздухонагреватели применяют также для отопления помещений, окружённых по периметру постоянно отапливаемой частью здания и охлаждающихся в основном через покрытия (рис. 17, в). К таким помещениям относятся зрительные залы театров, концертные и другие залы, а также цехи.

Достоинствами рециркуляционных воздухонагревателей являются:

1. создание сильного восходящего потока нагретого воздуха, вызывающего интенсивную циркуляцию воздуха с выравниванием температуры по площади и высоте помещения;

2. простота устройства и эксплуатации, надёжность действия без специального наблюдения;

3. пониженные стоимость (например, для отопления лестничной клетки в 1,5 раза по сравнению с радиаторным отоплением) и расход металла (в том же примере почти в 2 раза) на отопительную установку;

4. количественное саморегулирование, характерное для системы отопления с естественной циркуляцией воды.

Ещё одним видом воздушно-отопительного агрегата является воздушно-тепловая завеса, которая устраивается для предотвращения попадания холодного наружного воздуха через открытые двери в общественных зданиях и через двери и ворота в промышленных зданиях (рис. 18). В воздушно-тепловых завесах воздух подогревается в калориферах и подаётся в помещение. Воздух забирается из верхней зоны помещения и выходит из щели или отверстия канала, устраиваемого либо вверху дверей или ворот, либо сбоку. В последнем случае завесы бывают одно- или двухсторонние.

Рис. 18 – Воздушно-тепловая завеса горизонтальная (а) и вертикальная (б)

 

Скорость выпуска воздуха из щели или отверстия у ворот и технологических проёмов не должна превышать 25 м/с, у наружных дверей 8 м/с.

 

 

Местное отопление

Печное отопление относится к местным системам отопления, при которых получение, перенос и передача теплоты происходят в одном и том же обогреваемом помещении. Теплота генерируется при сгорании топлива в топливнике печи. Горячие дымовые газы нагревают внутреннюю поверхность каналов дымооборотов, теплота через стенки каналов передаётся в отапливаемое помещение. Охладившиеся дымовые газы удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Топливо сжигается в печи периодически, поэтому теплота поступает в помещение неравномерно, и в нем наблюдается нестационарный тепловой режим. Наибольшая теплоотдача печи приходится на конец топки, когда температура её стенок достигает максимума; наименьшая теплоотдача относится ко времени перед началом очередной топки.

Печное отопление имеет распространение и в настоящее время. В нашей стране почти треть жилого фонда (в основном за счёт старых домов в сельской местности) оборудована печами. При новом капитальном строительстве печное отопление применяется ограниченно.

Печное отопление допускается в жилых домах, зданиях сельских советов и управлений при числе этажей не более двух (не считая цокольного этажа), небольших общественных зданиях (например, в общеобразовательных школах при числе мест не более 80), производственных помещениях категорий Г и Д площадью не более 500 м². Печное отопление часто устраивается в садовых домиках.

Отопительные печи классифицируются по нескольким признакам:

‒ по теплоёмкости: теплоёмкие и не теплоёмкие;

‒ по схеме движения дымовых газов: канальные (дымовые газы перемещаются по специальным каналам), бесканальные (в них отсутствуют дымообороты) и скомбинированные (дымовые газы частично перемещаются по каналам, частично без каналов); в зависимости от температуры нагрева стенок: умеренного прогрева (температура в отдельных точках на теплоотдающей поверхности не более 90 ), повышенного прогрева (температура в отдельных точках не более 120 ) и высокого прогрева (температура в отдельных точках более 120 );

‒ по форме в плане: прямоугольные, круглые, треугольные;

‒ по материалу и характеру отделки теплоотдающей поверхности: кирпичные изразцовые, кирпичные оштукатуренные, кирпичные в металлических футлярах, блочные из жаростойкого бетона, стальные с внутренней футеровкой огнеупорным кирпичом, чугунные без футировки.

Распространение печного отопления объясняется его достоинствами: меньшей стоимостью устройства по сравнению с другими видами отопления, малой затратой металла (только на колосниковую решётку, дверцы, задвижки, иногда на каркас), простотой устройства и обслуживания, независимостью отопления отдельных помещений, одновременным обеспечением вентиляции помещений.

Недостатки печного отопления: пониженный уровень теплового комфорта по сравнению с водяным отоплением (нестационарный тепловой режим, а также переохлаждение нижней зоны помещения), затруднения при эксплуатации (заботы о топливе, уход за печью, загрязнение помещения), повышенная пожарная опасность, возможность отравления окисью углерода при неправильном уходе за печью, потеря (до 5 %) рабочей площади помещения.

При устройстве печного отопления не допускаются отвод дымовых газов в вентиляционные каналы, а также установка вентиляционных решёток на дымовых каналах. Следовательно, каналы обеих систем печного отопления и естественной вытяжной вентиляции должны быть обособлены во избежание нарушения их действия. Печи в здании размещают так, чтобы одна печь обогревала не более трёх помещений, расположенных на одном этаже. В здании с коридорной системой связи помещений печи устанавливают таким образом, чтобы обслуживание осуществлялось из коридоров или подсобных помещений, имеющих окна с форточками и оборудованных естественной вытяжной вентиляцией. В двухэтажных зданиях можно устраивать двухъярусные печи как обособленные, так и с одной общей топкой на первом этаже.

Под газовым отоплением понимают такое, в котором в качестве теплоносителя для нагрева подаваемого в помещение воздуха используются продукты сгорания газообразного топлива.

Различают следующие виды газового отопления:

‒ газовыми отопительными печами (печь АКХ);

‒ газовыми нетеплоемкими отопительными приборами без отвода продуктов сгорания в дымоход (газовые конвекторы и камины);

‒ газовыми горелками инфракрасного излучения.

Газовые приборы инфракрасного излучения применяют для обогрева рабочих мест на открытых и полу открытых строительных площадках или в неотапливаемых помещениях большой высоты.

Преимуществами газового отопления являются:

‒ высокая теплота сгорания;

‒ отсутствие твёрдых продуктов сгорания;

‒ отсутствие необходимости складов для топлива;

‒ удобство обслуживания и подключения;

‒ автоматизация эксплуатации.

К недостаткам такого вида отопления относятся:

‒ повышенная взрыво- и пожароопасность;

‒ возможность отравления людей из-за утечки газа или продуктов сгорания в помещение.

Электрическое отопление допускается применять при соответствующем технико-экономическом обосновании в лечебно-профилактических учреждениях, в спортивных сооружениях, вокзалах, аэропортах. Этот вид отопления целесообразно применять в тёплых районах с непродолжительным отопительным периодом.

Принцип действия электрических отопительных приборов основан на законе Джоуля-Ленца, характеризующего тепловое действие электрического тока.

Электрические отопительные приборы делятся на две группы:

‒ высокотемпературные (температура греющих поверхностей более 70 : масляные электрорадиаторы, рефлекторы и электрокамины);

‒ низкотемпературные (температура отдающей поверхности 25-70 : низкотемпературные отопительные панели, панельные приборы из токопроводящей резины).

К основным преимуществам электрического отопления относятся: хорошая управляемость, высокая степень автоматизации, отсутствие продуктов сгорания и загрязнения атмосферы, высокая транспортабельность электроэнергии, простота монтажа, высокий КПД.

Основные недостатки электрического отопления высокая стоимость электроэнергии, пожароопасность, низкие гигиенические показатели для открытых элементов нагрева.