Учебник для вузов

Отопление

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Отопительная установка для осуществления возлагаемых на нее задач выполняется из отдельных технологически связанных частей, составляющих систему отопления. Система отопления — это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения.

Основные конструктивные  элементы  системы  отопления:

теплообменник — элемент для получения тепла при сжигании топлива или от другого источника;

отопительный прибор  — элемент для передачи тепла в помещение;

теплопровод  — элемент для переноса тепла от теплообменника к отопительному прибору.

Перенос тепла может осуществляться при помощи жидкой или газообразной среды. Жидкая (вода) или газообразная (пар, воздух, газ) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем. В зависимости от вида теплоносителя системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и газовые.

При использовании для отопления элекьричества тепло может переноситься также через твердую среду.

Системы отопления подразделяются на две группы: местные и центральные. В местных-системах для отопления одного помещения все три основных элемента конструктивно объединены в одной установке, непосредственно в которой происходят получение, перенос и передача тепла в помещение. Теплопереносящая среда нагревается горячей водой, паром, электричеством или при сжигании какого-либо топлива. Передача тепла осуществляется излучением и свободной или вынужденной конвекцией.

Характерным примером местной системы отопления является отопительная печь. Тепло, полученное при сжигании топлива (твердого, жидкого или газообразного) в теплообменнике — топливнике /, переносится теплоносителем—горячими газами по теплопроводам — каналам 3 и передается в помещение через отопительный прибор — стенки 2 печи.

В местной системе отопления с использованием электричества тепло-перенос может осуществляться без теплоносителя — непосредственно через твердую среду.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления нескольких помещений из единого теплового центра. Теплообменник и приборы таких систем отопления отделены друг от друга: теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся в тепловом центре, перемещается по теплопроводам в отдельные помещения и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается в тепловой центр. К центральным относятся системы водяного, парового и воздушного отопления.

Центральная система отопления может быть районной, когда группа зданий отапливается из центральной тепловой станции Теплообменник и отопительные приборы системы здесь также разделены- теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся на тепловой станции, перемещается по наружным и внутренним теплопроводам в отдельные помещения каждого здания и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается на станцию.

В современных системах теплоснабжения и отопления используются два теплоносителя Первичный высокотемпературный теплоноситель, получая тепло в центральном теплообменнике / на тепловой станции, движется в наружных теплопроводах 3 и 4. Вторичный низкотемпературный теплоноситель (его температура г), получающий тепло от первичного в местном теплообменнике 2 каждого здания, переносит его по внутреннему теплопроводу — подающей трубе 6 в отдельные отопительные приборы 8 и возвращается к теплообменнику по обратной трубе .

Первичным теплоносителем обычно служит вода или пар Если, например, первичная высокотемпературная вода нагревает вторичную воду, то такая центральная система отопления называется водо-водяной. Аналогично могут существовать водовоздушная, пароводяная, паровоздушная и другие системы центрального отопления.

Рассмотрим более подробно классификацию каждой из систем центрального отопления1, наиболее  распространенного в настоящее  время.

Системы водяного отопления прежде всего разделяются на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды  105°С и высокотемпературные — /г>105оС. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150 °С.

По способу создания циркуляции воды различаются системы водяного отопления с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов (насосные системы). В гравитационной (лат. gravitas — тяжесть) системе используется различие в плотности воды, нагретой до различной температуры. В системе с неоднородным распределением плотности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе используется электрический насос для повышения гидравлического давления; в системе создается вынужденное движение воды в дополнение к гравитационному.

Теплопроводы систем водяного отопления подразделяются на магистрали, подающие горячую воду к стоякам (подающие магистрали /) и отводящие охлажденную воду от стояков к теплообменникам (обратные магистрали 2), и стояки, подающие 3 и обратные 4, которые соединяют магистрали с отопительными приборами 5 или с горизонтальными ветвями 6.

Системы водяного отопления в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами называются однотрубными и двухтрубными. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой и вода протекает последовательно через все приборы. В двухтрубной системе каждый прибор отдельно присоединяется к двум трубам — подающеу и обратной, и вода протекает через него независимо от других приборов.

По вертикальному или горизонтальному положению труб, соединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные со стояками и горизонтальные с ветвями 6

В зависимости от места прокладки магистралей различаются системы с верхней разводкой, когда подающая магистраль / располагается выше отопительных приборов 5; с нижней разводкой, когда подающая J и обратная 2 магистрали прокладываются ниже приборов 5; с «опрокинутой» циркуляцией воды, когда подающая магистраль / находится ниже, а обратная 2 выше приборов 5.

Движение воды в подающей и обратной магистралях может совпадать по направлению и быть встречным. В зависимости от этого системы именуются системами с тупиковым (встречным) и с попутным движением воды в магистралях.

В двухтрубном стояке каждый отопительный прибор 7 присоединяют отдельно к подающей трубе 5 и обратной трубе 6. По подающей трубе подводится горячая вода, по обратной — отводится охлажденная вода от приборов.

Системы парового отопления в зависимости от давления пара разделяются на вакуум-паровые, низкого и высокого давления

Максимальное давление пара ограничено, как и в системах водяного отопления, допустимым пределом температуры поверхности отопительных приборов (температуре 150 °С соответствует избыточное давление пара, равное приблизительно 0,37 МПа или 3,8 кгс/см2).

В системах парового отопления насыщенный пар конденсируется на стенках отопительных приборов, тепло фазового превращения через стенки передается в помещения, конденсат удаляется из приборов и возвращается в котлы.

По способу возвращения конденсата в паровые котлы системы парового отопления подразделяются на замкнутые с самотечным возвращением   и   разомкнутые с насосным   возвращением конденсата. В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел / под действием разности давления, выраженного на  1.9, а столбом конденсата высотой h, и давления пара в котле. Поэтому отопительные приборы 3 должны находиться достаточно высоко над котлом 1 (в  зависимости  от давления  пара в  котле).

В разомкнутой системе парового отопления конденсат непрерывно поступает в конденсатный бак 6 и по мере накопления периодически подается конденсатным насосом 7 в котел /. В такой системе положение нижнего отопительного прибора обусловлено обеспечением самотечного стекания конденсата только в бак, а давление пара в котле преодолевается давлением насоса.

Теплопроводы систем парового отопления разделяются на паропроводы 2, по которым пар перемещается от теплового центра (котла /) до отопительных приборов 3, и конденсатопроводы 4 для отвода конденсата. Разводка паропроводов в зависимости от места их прокладки по отношению к отопительным приборам может быть верхней, нижней и средней, когда паропровод размещается между отопительными приборами на различных этажах здания. Пар в паропроводах движется за счет разности давления пара в тепловом центре и в приборах.

Конденсатопроводы могут быть самотечными и напорными: самотечные 4 прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата; в напорных 5 конденсат перемещается под действием давления насоса или остаточного давления пара в приборах.

В зависимости от направления движения теплоносителя в магистралях различаются системы парового отопления, как и водяного, с попутным и тупиковым (встречным) движением пара и конденсата

Из двух уже известных конструкций стояков в системах парового отопления преимущественно используют двухтрубные стояки, изображенные на  1.8, г, но можно применять и однотрубные.

Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции теплоносителя — воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и системы с механическим побуждением движения воздуха при помощи вентиляторов (вентиляторные системы).

В гравитационной системе используется различие в плотности воздуха, нагретого до различной температуры. Как и в водяной гравитационной системе, при неоднородном распределении плотности возникает естественное движение воздуха.

В вентиляторной системе используется электровентилятор для повышения давления воздуха и создается вынужденное движение воздуха в дополнение к гравитационному.

Нагревание воздуха, служащего теплоносителем, от температуры помещения до температуры, обычно не превышающей 70 °С, происходит в специальных отопительных приборах — калориферах. Калориферы изнутри могут обогреваться паром, водой, электричеством или горячими газами; система воздушного отопления соответственно называется водо-воздушной, паровоздушной, электровоздушной, газовоздушной.

По радиусу действия воздушное отопление может относиться к местным и центральным системам. В местной системе воздух нагревается в калорифере /, находящемся в отапливаемом помещении. В центральной системе калорифер / размещается в отдельной камере — тепловом центре, воздух с температурой  подводится к калориферу по обратным воздуховодам 2, горячий воздух с температурой £г перемещается в помещения по подающим воздуховодам 3.