Система отопления

Применение в  системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную  температуру помещений, что достигается регулированием температуры подаваемой в приборы воды. При таком регулировании температура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на 1—2 °С) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.

При использовании  пара температура помещений неравномерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за неравенства теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям з течение отопительного сезона, В связи с этим приходится • уменьшать количество подаваемого пара и даже периодически выключать приборы во избежание перегревания помещений   при уменьшении теплопотерь.

Другое санитарно-гигиеническое  требование — ограничение температуры поверхности приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65—70 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.

При использовании  пара в качестве теплоносителя температура  поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 ^СС, т. е. превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой средняя температура нагревательной поверхности, как правило, ниже, чем при применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления планомерно понижают для снижения теплопередачи приборов по мере уменьшения теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя температура поверхности приборов в течение отопительного сезона практически не превышает гигиенического  предела.

Важным экономическим  показателем при применении различных теплоносителей является расход  металла на теплопроводы и отопительные приборы.

Расход  металла на теплопроводы возрастает с увеличением площади их поперечного сечения. Вычислим соотношение площади поперечного сечения теплопроводов, по которым подаются различные теплоносители для передачи в помещения одинакового количества теплоты. Примем, что для отопления используются вода, температура которой понижается с 150 до 70 °С, пар давлением 0,17 МПа (температура 130 °С) и воздух, охлаждающийся с 60 °С до температуры помещения (например, 15 °С). Результаты расчетов, а также характерные параметры теплоносителей (плотность, теплоемкость воды и воздуха, удельная теплота конденсации пара) сведем в табл. 1.1.  
 
 
 

Видно, что площади поперечных сечений водоводов и паропроводов относительно близки; сечение воздуховодов в сотни раз больше. Это объясняется, с одной стороны, значительной теплоаккумуляционной способностью воды и свойством пара выделять большое количество теплоты при конденсации, с другой стороны — малыми плотностью и теплоемкостью  воздуха.

При сравнении  расхода металла следует также  учесть, что площадь поперечного  сечения труб для отвода конденсата от приборов — конденсатопроводов значительно мень ше площади сечения паропроводов, так как объем конденсата примерно в 1000 раз меньше объема той же массы пара.

Можно сделать  вывод, что расход металла как  на водоводы, так и на паро- и конденсатопроводы будет значительно меньшим, чем на воздуховоды, даже если последние выполнить со значительно более тонкими стенками. Кроме того, при большой длине воздуховодов малотеплоемкий теплоноситель (воздух) сильно охлаждается по пути. Этим объясняется, что при дальнем теплоснабжении в качестве теплоносителя используют не воздух, а воду или пар.

Расход  металла на отопительные приборы, обогреваемые паром, меньше, чем на приборы, нагреваемые горячей водой, вследствие уменьшения площади приборов при более высоких значениях температуры нагревающей их среды. Конденсация пара в приборах происходит без изменения температуры насыщенного пара, а при охлаждении воды в приборах понижается средняя температура (например, до 110 ^СС при температуре воды, входящей в прибор, 150 °С и выходящей из прибора 70 °С). Так как площадь нагревательной поверхности приборов обратно пропорциональна температурному напору, то при температуре пара 130 °С (см. табл. 1.1) площадь паровых приборов приблизительно (считая коэффициенты теплопередачи равными) составит (110—20) : (130-—20)=0,82 площади водяных приборов (20 °С — температура    помещений).

В дополнение к  известным эксплуатационным показателям следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в 600—1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление. В связи с этим в высотных зданиях в США применяют системы парового   отопления.

Воздух и вода могут перемещаться в теплопроводах  бесшумно (до определенной скорости движения). Частичная конденсация пара вследствие попутных теплопотерь через стенки паропроводов (появление, как говорят, попутного конденсата) вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении  пара.

В заключение перечислим преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления.

При использовании  воды обеспечивается довольно равномерная температура помещений, можно ограничить тем пературу 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.

При использовании  пара сравнительно сокращается расход металла за счет 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.

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 площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по длине   воздуховодов.

                     Основные виды систем отопления

В настоящее  время в стране применяют глазным  образом центральные системы водяного и парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а также печное отопление. Приведем общую характеристику этих систем (кроме печного отопления) с детальной классификацией на основании рассмотренных свойств, теплоносителей.

1. При водяном  отоплении циркулирующая нагретая  вода охлаждается в отопительных  приборах и возвращается в тепловой центр для последующего нагревания.

Системы водяного отопления по способусоздания циркуляции воды разделяются на системы о  

Рис. 1.5. Принципиальные схемы водяного отопления с естественной циркуляцией

(гравитационная) (а) а с механическим побуждением циркуляции воды (насосная)

(б)  —теплообменник; 2 — подающий теплопровод (Т1); 3 — расширительный бах; 4 ~ отопительный прибор;  5 — обратный теплопровод (Т2); 6 — циркуляционный насос; 7 - устройство для выпуска воздуха из системы 
 

естественной  циркуляцией (гравитационные) и с  механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов (насосные). В гравитационной (лат. gravitas — тяжесть) системе (рис. 1.5, а) используется свойство воды изменять свою плотность при различной температуре. В замкнутой вертикальной системе с неравномерным распределением плотности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе (рис. 1.5, б) используется насос с механическим приводом для повышения разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное  движение  воды.

По температуре  теплоносителя различаются системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды t_r<70 °C, среднетемпературные при t_v от 70 до 100 °С и высокотемпературные при t_v> >100 °С. Максимальное значение температуры воды ограничено  в  настоящее время   150 °С.

По  положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами бывают системы однотрубные и двухтруб-ные. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. Если каждый отопительный прибор, установленный в помещении, разделен на две равные части («а» и «б»), в которых вода движется в противоположных направлениях и теплоноситель последовательно проходит сначала через все части «а», а затем через все части «б», то такая однотрубная система носит название бифилярной (дзухпоточной).

В двухтрубной  системе приборы отдельно присоединяются к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через каждый прибор независимо от других приборов. 2. При паровом отоплении в приборах выделяется теплота фазового превращения в результате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровые котлы.

Системы парового отопления по способу возвращения конденсата в паровые котлы разделяются на замкнутые (рис. 1.6, а) с самотечным возвращением конденсата и разомкнутые (рис. 1.6, б) с перекачкой конденсата насосами. В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в I котлы под действием разности давления,     выраженного 

Рис1.6. Принципиальные схемы замкнутой (о) и разомкнутой (б) систем парового отопления

1 — паровой котел с паросборником; 2 — паропровод; 3 — отопительный прибор; 4 и 6 — самотечный и напорный кондеисатопроводы; 5 — воздуховыпускная труба;  7 — конденсатный бак;   S — конденсатный  насос;  9 — парораспределительный коллектор 
 

столбом конденсата высотой h (см. рис. 1.6, а) и давления пара р_п в котлах. Поэтому отопительные приборы должны находиться достаточно высоко над паросборниками котлов (в зависимости от давления пара в них).

Е разомкнутой  системе парового отопления конденсат из отопительных приборов непрерывно поступает в конден-сатиый бак и по мере накопления периодически перекачивается конденсатным насосом в котлы на тепловой станции. В такой системе расположение бака должно обеспечивать стекание конденсата из нижнего отопительного прибора в бак, а давление пара в котлах преодолевается давлением насоса.

В зависимости  от давления пара системы парового отопления подразделяются на субатмосферные, вакуум-паровые, низкого и высокого давления (табл. 1.2)