Системы отопления 2 страница

В замкнутых системах парового отопления конденсат непрерывно поступает в парогенератор самотеком под действием разности давлений между давлением создаваемым столбом конденсата и давлением пара в паросборнике (Рис. 3.11). Замкнутые системы, как правило, используются при низком давлении пара, когда давление во всех отопительных приборах близко к атмосферному.

Рис. 3.11. Схема замкнутой системы парового отопления низкого давления со средней разводкой: 1 – парогенератор; 2 – паросборник; 3 – предохранительное устройство; 4 – конденсатопровод; 5 – паропровод; 6 – воздушная труба; 7 – паровой вентиль; 8 – тройник с пробкой; 9 – отопительный прибор

Система проста по конструкции и удобна в эксплуатации. Для защиты системы от повышения давления пара сверх расчетного используется простое, но надежное автоматически действующее предохранительное устройство – гидравлический затвор, дополненный бачком для сброса выбрасываемой паром воды и выпуска лишнего пара в атмосферу.

Пар из парогенератора поступает по паропроводам в отопительные приборы, давление пара в которых близко к атмосферному. Распределение пара по отопительным приборам регулируется установленными перед ними вентилями. Полнота его конденсации в отопительных приборах контролируется специальными тройниками, установленными после них (Рис. 3.11). При движении по паропроводу часть пара конденсируется. В паропроводе появляется попутный конденсат. При средней разводке попутный конденсат из горизонтального паропровода стекает в нижние отопительные приборы. Попутный конденсат в стояках для верхних отопительных приборов увлекается поднимающимся паром, при этом возникают щелчки, треск и даже гидравлические удары. Для ограничения этого явления системы со средней или нижней разводкой проектируют таким образом, чтобы пар поднимался на высоту не более двух этажей. При нижней разводке предусматривают отведение попутного конденсата через гидравлический затвор в конце паропровода.

Малошумная работа системы парового отопления обеспечивается при верхней разводке, так как попутно образующийся конденсат перемещается по уклону в направлении движения пара.

В разомкнутых системах парового отопления пар после сепарации в водоотделителе попутного конденсата, образовавшегося в наружном паропроводе, проходит через редукционный клапан в распределительный коллектор (Рис. 3.12). В редукционном клапане давление пара понижается и поддерживается на заданном уровне. Паровой коллектор снабжен манометром и предохранительным клапаном.

Рис. 3.12. Схема разомкнутой системы парового отопления высокого давления с верхней разводкой: 1 – внешний паропровод; 2 – отопительный прибор; 3 – внутренний паропровод; 4 – стояк; 5 – регулирующий клапан; 6 – редукционный клапан; 7 – конденсатоотводчик; 8 – конденсатопровод; 9 – конденсатосборник; 10 – насос; 11 – напорный конденсатопровод; 12 – паровой коллектор; 13 – предохранительный клапан

По внутреннему паропроводу и стоякам пар поступает к отопительным приборам, где конденсируются, отдавая теплоту фазового перехода. Для регулирования полноты конденсации пара используются конденсатоотводчики. Далее конденсат поступает в конденсатосборник, откуда насосами подается по напорному конденсатопроводу в парогенератор.

Системы парового отопления, как и все другие системы отопления имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

· меньшие капитальные затраты и расход металла вследствие уменьшения размеров отопительных приборов и конденсатопроводов;

· помещения нагреваются быстрее при подаче пара в отопительные приборы;

· гидравлические сопротивления существенно меньше;

· возможность отопления зданий любой этажности, так как столб пара не создает повышенного гидростатического давления в нижней части системы.

Недостатки:

· невозможность центрального качественного регулирования;

· постоянно высокие температуры поверхности отопительных приборов, что вызывает разложение оседающей органической пыли;

· высокая коррозия труб, особенно конденсатопроводов;

· повышенные тепловые потери;

· шум и гидравлические удары в паро-конденсатопроводах;

· нарушение плотности вследствие температурных деформаций.

Указанные недостатки систем парового отопления не допускают их использования в жилых, общественных, и административных зданиях.

Паровое отопление может устраиваться в производственных помещениях без выделения пыли и аэрозолей, со значительными влаговыделениями, а также для обогревания лестничных клеток, пешеходных переходов, вестибюлей зданий.

3.5. СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ

В системах воздушного отопления в качестве теплоносителя используется атмосферный воздух. Воздушное отопление имеет много общего с другими видами централизованного отопления. В центральной системе воздушного отопления, как и в системах водяного и парового отопления, имеется центральная установка для нагревания воздуха – теплогенератор (воздухонагреватель, калорифер) и теплопроводы (каналы или воздуховоды для перемещения теплоносителя). Воздух для отопления обычно является вторичным теплоносителем, так как нагревается в калориферах другим первичным теплоносителем – горячей водой или паром. В таком случае система воздушного отопления становится комбинированной – водовоздушной или паровоздушной. Для нагревания воздуха используются также другие воздухонагреватели и теплоисточники, в качестве которых могут быть продукты сгорания природного газа, отходящие горячие газы технологических процессов и т.д.

Нагретый воздух до заданной температуры t_в.^пр. подается в отапливаемое помещение. Подаваемый воздух с температурой t_в.^пр., превышающей температуру воздуха в помещении t_в.п., отдает теплоту, необходимую для компенсации разницы между тепловыми потерями и тепловыделениями.

Системы воздушного отопления классифицируются по нескольким признакам.

По движущей силе, перемещающей воздух, воздушное отопление может быть с естественной циркуляцией и механическим побуждением за счет вентилятора.

По месту приготовления воздуха системы делятся на местные и центральные, обслуживающие более одного помещения.

Местной системой воздушного отопления является система, в которой нагревание и подача воздуха производится непосредственно в отапливаемом помещении (Рис. 3.13). Эти системы используются в том случае, если в помещении отсутствует центральная система вентиляции, а также при незначительном объеме приточного воздуха подаваемого в течение часа (менее половины объема помещения). Кроме того, местное воздушное отопление целесообразно применять и в том случае, если в помещении с отсутствием людей или их кратковременным пребыванием и вне рабочее время для отопления нецелесообразно использовать систему вентиляции или систему кондиционирования, применяемые в рабочее время. Местная система воздушного отопления, как и центральная (Рис. 3.14), может быть полностью или частично рециркуляционной, а также прямоточной при совмещении с системой вентиляции.

Рис. 3.13. Схема местной системы воздушного отопления с полной рециркуляцией: 1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – воздухораспределительное устройство

В центральной системе воздушного отопления воздух подогревается в тепловом центре, расположенным за пределами отапливаемых помещений. На рис. 3.14 представлены принципиальные схемы центрального воздушного отопления. Подогретый воздух по воздуховодам и далее через воздухораспределительные устройства подается в отапливаемой помещение с температурой t_в.^пр., превышающую температуру воздуха в помещении t_в.п..

Система воздушного отопления с полной рециркуляцией воздуха (Рис. 3.14а) отличается меньшими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами. Система применяется, если в помещении допускается рециркуляция воздуха по санитарно-гигиеническим требованиям, а температура поверхности нагревательных элементов соответствует требованиям пожаро- и взрывобезопасности этого помещения.

Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией воздуха является наиболее гибкой (Рис.3.14в). Она может работать в различных режимах. В помещениях, помимо частичной рециркуляции, может осуществляться полная замена воздуха (прямоточный режим) или полная рециркуляция воздуха. При этих режимах система работает как отопительно-вентиляционная, чисто вентиляционная и чисто отопительная.

Рис. 3.14. Схемы центральной системы воздушного отопления: а – полностью рециркуляционная; б – прямоточная; в – с частичной рециркуляцией; г – прямоточная с регенерацией теплоты; L_пр., L_ух, L_р., L_н – расход воздуха, соответственно: приточного, уходящего, рециркуляционного, наружного, м³/ч; 1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – воздуховод; 4 – воздухораспределительное устройство; 5, 6 – воздуховоды вытяжной вентиляции; 7 – воздухо-воздушный теплообменник

Определение температуры и расхода воздуха для отопления. Приточный воздух для отопления подается в помещение нагретым до такой температуры t_в.^пр., чтобы в результате его смешения с внутренним воздухом и теплообмена с поверхностью ограждений поддерживалась заданная температура помещения t_п.. Следовательно, количество теплоты, поступающей с воздухом, должно быть равно максимальной теплопотребности Q_п, кДж/с, для поддержания в помещении заданной температуры.

Q_п = G_от.∙С_р(t_в.^пр. – t _вп) (3.1)

где: G_от. – расход воздуха для отопления помещения, кг/с; С_р – удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг∙К)

Отсюда расход нагретого приточного воздуха для отопления помещения, кг/с:

G_от. = Q_п. / С_р (t_в.^пр. – t _вп) (3.2)

Объемный расход приточного воздуха для отопления помещения, м³/ч:

L_от. = G_от. ∙3600 / ρ_в (3.3)

где: ρ_в – плотность воздуха, кг/м³, при температуре нагретого приточного воздуха t_в.^пр..

При увеличении температуры приточного воздуха, как следует из уравнения (3.2), его расход уменьшается. В связи с этим, сокращаются размеры воздуховодов и снижается расход электроэнергии при механическом побуждении движения воздуха.

Однако следует учитывать, что санитарно-гигиеническими нормами и правилами устанавливается верхний предел температуры приточного воздуха, который не должен превышать 60⁰С. Это требование связано с тем, чтобы воздух не терял своих физико-химических свойств как среда вдыхаемая людьми. Эта температура принимается как предельная для систем воздушного отопления помещений с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей. Исключения делают для воздушно-тепловых завес. Для завес у внешних ворот и технологических проемов, выходящих наружу, допускается повышение температуры подаваемого воздуха до 70⁰С. Для завес у наружных входных дверей – до 50⁰С.

Конкретные значения температуры воздуха при воздушном отоплении связаны со способами его подачи из воздухораспределителей: вертикально сверху вниз: наклонно в направлении рабочей (обслуживаемой) зоны; горизонтально в верхней зоне помещения.

Если люди подвергаются длительному непосредственному влиянию струи воздуха из воздухораспределительного устройства, его температуру рекомендуется понижать до 25⁰С.

Расход воздуха, подаваемого в помещение с целью его отопления, определяется по формуле (3.2). В случае, когда воздушная система отопления является одновременно и системой вентиляции, количество подаваемого в помещение воздуха определяется следующим образом:

Если G_вент. ≤ G_от. (расход воздуха для отопления равен или превышает расход воздуха, необходимый для вентиляции), то в уравнении (3.1) используется расход и температура отопительного воздуха. В данном случае выбирается система воздушного отопления прямоточная или с частичной рециркуляцией.

Если G_вент. > G_от. (расход вентиляционного воздуха превышает расход воздуха на отопление), в расчетах используется расход воздуха для вентиляции помещения, а температура приточного воздуха из уравнения (3.1) определяется:

t_в.^пр. = t_вп + Q_п. / (С_р∙ G_вент.) (3.4)

При наличии в помещении постоянного тепловыделения от различных установок, оборудования, освещения и т.п. расход приточного воздуха или его температура уменьшаются.

В центральной отопительно-вентиляционной системе температура нагретого приточного воздуха может оказаться различной для каждого помещения. В этом случае, обычно во все помещения подается воздух с одинаковой температурой, принимаемой равной низшей из расчетных для каждого помещения, а расход приточного воздуха для каждого помещения определяется из уравнения (3.2).

После уточнения расхода воздуха в отопительно-вентиляционной системе определяются теплозатраты на его нагревание.

Для системы воздушного отопления с полной рециркуляцией (Рис. 3.14а):

Q = G_пр.∙C_р (t_пр. – t_вп) (3.5)

В уравнении (3.5) G_пр. = G_р.. = G_от, т. е. расходы воздуха приточного, рецуркуляционного и на отопление равны между собой, а G_вент. ≤ G_от.

Для прямоточной отопительно-вентиляционной системы (Рис. 3.14б):

Q = G_пр.∙C_р (t_пр. – t_н) (3.6)

В уравнении (3.6) расход приточного воздуха выбирается наибольшим из рассчитанных расходов воздуха на отопление и вентиляцию.

Для частично рециркуляционной отопительно-вентиляционной системы (Рис.3.14в):

Q = G_пр.∙C_р (t_пр. – t_вп) + G_н.∙C_р (t_вп – t_н) (3.7)

где: G_пр. = G_н + G_р.

В системах воздушного отопления с регенерацией теплоты (Рис. 3.14г):

Q = G_пр.∙C_р (t_пр. – t₃) (3.8)

где: t₃ – температура предварительно нагретого наружного воздуха в теплообменнике 7.

Пример 3.1. Определить расход воздуха для отопления помещения, теплопотери которого составляют 3 кВт. Температура в помещении поддерживается 20⁰С, а температура приточного воздуха равна 50⁰С.

Расход воздуха для отопления помещения определяется из уравнения (3.2):

G_от. = G_пр. = 3000/[1005(50 – 20)] = 0,1 кг/с.

Объем подаваемого воздуха по формуле (3.3), где удельная плотность воздуха определяется при t_пр. = 50⁰С:

L_пр. = 0,1∙3600/1,11 = 324 м³/ч.

Воздухообмен в помещении по формуле (3.3), где удельная плотность воздуха определяется при t_вп. = 20⁰С:

L_п. = 0,1∙3600/1,205 = 299 м³/ч.

Пример 3.2. Определить теплозатраты на нагревание воздуха по условиям примера 3.1, если расход рециркуляционного воздуха составляет 130 м³/ч. Расчетная температура наружного воздуха t_н = -30⁰С.

Теплозатраты в частично рециркуляционной системе воздушного отопления определяются по формуле (3.7):

Q = 0,1∙1005(50 – 20) + (0.1 – 130∙1,205/3600) ∙1005 (20 – (-30)) = 5853 Вт.

Воздух от отопительных агрегатов местных систем воздушного отопления поступает в помещение без каналов – сосредоточенно. В центральных системах подача воздуха может осуществляться как сосредоточенно, так и распределяться по помещению с помощью воздуховодов и воздухораспределительных устройств.

Отопление с сосредоточенной подачей получило широкое применение в производственных помещениях (Рис. 3.15). Отсутствие каналов для раздачи воздуха по помещению делает систему более экономически выгодной.

а)

В В_п

L L

б)

L_п

В

В_п

Рис. 3.15. Схема размещения воздухораспределительных устройств при сосредоточенной подаче воздуха: а – по высоте; б – в плане

Выпуск воздуха в помещение при сосредоточенной подаче осуществляется компактными или веерными струями через регулирующие решетки, устанавливаемые на высоте h_п от пола (Рис. 3.15). При высоте помещения H_п менее 8 м h_п принимается равной 0,85 H_п. Если H_п больше 8 м отопительные агрегаты устанавливаются на высоте h_п = (0,35÷0,65)∙ H_п. Скорость выходящего воздуха из воздухораспределительных устройств V₀, м/с, определяется расчетом с таким условием, чтобы в рабочей зоне устанавливалась его скорость в пределах допустимой (Табл. 1.2).

Число струй при сосредоточенной подаче или число отопительных агрегатов определяется размерами помещения и допускаемым расстоянием В между струями в плане. Величина В не должна превышать трех высот помещения (В ≤ 3H_п). Длина участка L, м, обслуживаемая струей, зависит от дальнобойности струи и принимается:

L ≤ m∙√A_п (3.9)

где: m – скоростной коэффициент воздухораспределительного устройства [13]; А_п – площадь поперечного сечения помещения, приходящегося на одну струю, м².

Местное воздушное отопление используется в зданиях в следующих случаях: в рабочее время при отсутствии центральной системы приточной вентиляции, причем система отопления может быть чисто отопительной или совмещенной с местной приточной вентиляцией; в нерабочее время при отсутствии или экономической нецелесообразности использования для отопления центральной системы приточной вентиляции. В местных системах отопления используют: рециркуляционные отопительные агрегаты с механическим побуждением движения воздуха; отопительно-вентиляционные агрегаты с частичной рециркуляцией воздуха и прямоточные, также с механическим побуждением движения воздуха; рециркуляционные воздухонагреватели с естественным движением воздуха.

Отопительным агрегатом называется комплекс стандартных элементов, собранных воедино в заводских условиях, имеющий определенную воздушную, тепловую и электрическую мощность. Агрегаты предназначены для установки непосредственно в отапливаемых помещениях. Отопительные агрегаты подразделяются на подвесные и напольные. На рис. 3.16 представлена схема подвесного отопительного агрегата. Внутри корпуса находится осевой вентилятор с электродвигателем, рекуперативный воздухонагреватель. На выходе установлены регулирующие лопатки.

Рис. 3.16. Схема подвесного отопительного агрегата: 1 – регулирующие лопатки; 2 – рекуперативный воздухонагреватель; 3 – осевой вентилятор

Воздух, забираемый из помещения вентилятором, проходит через калорифер, нагревается горячей водой и выпускается снова в помещение в нужном направлении через створки регулирующего клапана. Агрегат снабжен кронштейнами для подвески его в помещении.

В напольных отопительных агрегатах используются как осевые, так и радиальные вентиляторы. Мощность напольных отопительных агрегатов может значительно превышать мощность подвесных агрегатов. Воздух может нагреваться не только горячей водой, но и паром, а также продуктами сгорания газообразного или дизельного топлива.

Недостатком отопительных агрегатов является шум при действии вентилятора, что ограничивает их применение в рабочее время.

3.6. СИСТЕМЫ ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

При панельно-лучистом отоплении помещение обогревается, в основном, за счет лучистого теплообмена между отопительными панелями и поверхностью ограждений. Излучение от нагретых панелей, попадая на поверхность ограждений и предметов, частично поглощается, частично отражается. При этом возникает так называемое вторичное излучение, которое также поглощается ограждениями помещения и предметами. Благодаря лучистому теплообмену повышается температура внутренней поверхности ограждений по сравнению с температурой при конвективном отоплении. Температура ограждающих ограждений при лучистом отоплении превышает температуру воздуха в помещении. В зависимости от температуры излучающих поверхностей лучистое отопление подразделяется следующим образом: с низкой (до 70⁰С), средней (от 70 до 250⁰С) и высокой (до 900⁰С) температурой. Системы отопления может быть местной или центральной.

К местной системе относят отопление панелями и отражательными экранами при средней и высокой температуре их поверхности, если энергоносителями являются: электрический ток, горючий газ, твердое топливо (при сжигании его в каминах). В настоящее время нормами предусмотрено применение излучателей при температуре их поверхности не выше 250⁰С.

В центральной системе панельно-лучистого отопления применяются низко- и среднетемпературные панели и отражательные экраны с централизованным теплоснабжением при помощи горячей воды или воздуха. Реже используется пар высокого и низкого давления.

Отопительные приборы размещаются в потолке, в полу или в стене, у потолка или у стен помещения.

В системах панельно-лучистого отопления зданий используются отопительные панели двух типов:

совмещенные, представляющие одно целое с ограждающими конструкциями зданий, когда нагревательные элементы для теплоносителя устраивают в наружных стенах, несущих плитах перекрытий и лестничных площадок, во внутренних панельных стенах при их изготовлении;

подвесные и приставные, изготавливаются отдельно и монтируются в специальных нишах строительных конструкций или под ними.

В зависимости от расположения отопительных приборов, систему панельно-лучистого отопления называют потолочной, напольной, стеновой. Местоположение панелей и отражательных экранов выбирают на основании гигиенических, технологических и технико-экономических показателей. В помещении лучистый теплообмен всегда сопровождается конвективным. Соотношение передаваемой теплоты лучистым и конвективным теплообменом в основном определяется месторасположением отопительных приборов [2].

В потолочной системе отопления у потолка затрудняется конвективный теплоперенос. Теплопередача от отопительной панели излучением составляет 70÷75%.

В напольной системе отопления конвективный теплоперенос увеличивается и на долю теплообмена излучением приходится всего 30÷40%.

В стеновой системе отопления, вертикальная панель в стене в зависимости от высоты передает излучением 30÷60% всей теплоты. С увеличением высоты панели доля теплоты, передаваемая излучением, возрастает.

Отопительная панель представляет собой конструкцию, в которой имеются нагревательные элементы для протекания теплоносителя змеевиковой или регистровой формы (Рис. 3.17).

Рис. 3. 17. Схемы размещения нагревательных элементов в отопительных панелях: а – змеевиковой формы; б – регистровой формы; 1 – средние трубы; 2 – крайние трубы; 3 – одиночные трубы

При змеевиковой форме (Рис. 3.17 а) обеспечивается последовательное движение теплоносителя по трубчатым элементам, что способствует удалению из них воздуха. Поэтому змеевиковая форма укладки труб, по которым движется теплоноситель, используется преимущественно при горизонтально расположенных панелях.

При регистровой форме нагревательных элементов (Рис. 3.17 б), которая применяется в вертикальных панелях, поток теплоносителя делится на части в зависимости от числа параллельно расположенных греющих труб, присоединенных к соединительным колонкам. Достоинством панелей с нагревательными элементами регистровой формы являются невысокие потери давления при протекании теплоносителя.

Потолочные отопительные панели могут быть совмещенными и подвесными. Совмещенные панели наиболее полно отвечают задачам механизации процесса строительства. Система отопления монтируются одновременно со сборкой здания. Совмещенные потолочные отопительные панели применяют при условии, что температура теплоносителя поддерживается на невысоком уровне (до 60⁰С). Недостатком совмещенных отопительных панелей является большая тепловая инерционность и связанная с ней трудность регулирования теплоотдачи.

Для уменьшения тепловой инерционности потолочного панельно-лучистого отопления греющие трубы располагают в нижнем штукатурном слое или применяют металлические листы, соединенные с трубами для развития теплоотдающей поверхности. На рис. 3.18 представлена одна из таких конструкций. Тонкие перфорированные стальные или алюминиевые листы прикрепляются к греющим трубам. Со стороны перекрытия покрываются звуко- и теплоизоляционным материалом. При такой конструкции подвесных отопительных панелей обеспечивается передача основного теплового потока через потолок, звукоизоляция помещения, появляется возможность автоматизации системы регулирования теплоподачи.

Рис. 3.18. Подвесная потолочная панель: 1 – подвеска; 2 – перекрытие; 3 – тепловая изоляция; 4 – труба для теплоносителя; 5 – перфорированный металлический лист

Пространство над подвесными отопительными панелями может использоваться для прокладки труб и кабелей, размещение светильников и воздуховодов.

В подвесных металлических отопительных панелях элементами змеевиковой формы являются стальные трубы, плотно прижатые к тонкостенному алюминиевому или стальному экрану. Экран может быть плоским или гофрированным. Плоский экран (Рис. 3.19 а) проще в изготовлении, но не исключает взаимного облучения труб, уменьшающую теплоотдачу излучением.

Рис. 3.19. Подвесная металлическая отопительная панель: а – с плоским экраном; б – с экраном волнообразной формы; 1 – греющие трубы; 2 – козырек; 3 – плоский экран; 4 – тепловая изоляция; 5 – волнообразный экран

При экране волнообразной формы (Рис. 3.19 б) коэффициент облученности возрастает до 0,63. В этом случае большая доля теплоотдачи панели излучением передается в рабочую зону, а конвективная теплоотдача в верхнюю зону помещения значительно уменьшается.

Напольные отопительные панели могут быть совмещенными и приставными. В совмещенной напольной панели греющие трубы, как и в полочной совмещенной панели, заделаны в бетон несущей части междуэтажного перекрытия при ее изготовлении. Над трубами со стороны пола помещены теплоизоляционные вкладыши, способствующие равномерному распределению температуры по поверхности пола. Такую конструкцию отопительной панели следует отнести скорее к напольно-потолочной панели, так как часть теплового потока от труб направляется вниз через потолок помещения нижнего этажа. Приставные бетонные панели изготавливают в заводских условиях отдельно от несущей части перекрытия в виде секций ограниченных размеров для удобства транспортировки и монтажа. Эти секции укладываются и соединяются одна с другой в процессе монтажа.

Дата добавления: 2015-07-16