Характеристика систем отопления

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

1. ЗАДАЧИ ВОДЯНОГО И ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Системы отоплений, создаваемые в процессе проектирования и возведения зданий, являются, их органической частью. Все элементы систем -- оборудование, теплопроводы, приборы, арматура -- связаны со строительными конструкциями и интерьером помещений, поэтому развитие строительной техники отражается на состоянии техники отопления. Повышение степени механизации и индустриализации общестроительных работ вызывает унификацию и укрупнение монтажных элементов, в том числе и элементов систем отопления, что обеспечивает снижение трудовых затрат и сокращение сроков монтажных работ.

При проектировании отопления решают задачи создания надежных и экономичных систем, органически связанных c конструкциями и планировкой зданий, способствующих внедрению индустриальных способов производства заготовительно-монтажных работ.

В настоящее время при централизованном теплоснабжении высокотемпературной водой считается оправданным стремление повышать расчетную температуру и скорость движения теплоносителя в системах отопления. Это делают для уменьшения площади поперечного сечения теплопроводов и нагревательной поверхности приборов и калориферов. Однако повышению температуры теплоносителя в большинстве случаев препятствуют санитарно-гигиенические требования, предусматривающие нормативное ограничение высшего значения температуры теплоносителя в системе отопления того или иного здания.

Увеличение скорости движения теплоносителя открывает возможности создания систем отопления с управляемым аэродинамическим или гидравлическим режимом для повышения их тепловой устойчивости.

Между тем известно, что после экспериментальных работ, проведенных в институтах, имеется возможность повышать скорость движения воды в системах отопления гражданских зданий до 1--1,5 м/с и производственных зданий до 2--3 м/с.

Эти значения скорости движения воды внесены в СНиП как предельно допустимые. Приближение к такой скорости позволит не только значительно, {до 30%) сократить расход металла, но и получить надежные режимы в действии системы отопления.

Создание работоспособных систем отопления, устойчиво распределяющих теплоту по всем помещениям, еще не означает достижения основной цели отопления -- обеспечения благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей в холодный период года путем поддержания комфортных температурных условий в помещениях. Для достижения этой цели в конкретном здании требуется увеличивать или уменьшать теплоотдачу в помещения в связи с отклонением от тех изменений погоды и теплопоступлений, которые были учтены при проектировании системы отопления. На систему отопления возлагается дополнительная эксплуатационная задача -- устранять дебаланс теплоты, возникающий из-за случайных внешних и внутренних воздействий на тепловой режим помещений, с тем чтобы изменение температуры воздуха в помещениях не превышало ± 2° С.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Однотрубные системы водяного отопления применялись с вертикальными стояками и горизонтальными ветвями.

Вертикальные однотрубные системы с верхним расположением подающих магистралей -- с верхней, разводкой (рис.1.1) -- получили широкое распространение в начале 50-х годов. Они выполнялись сначала с двусторонним (стояки I, II IV), а потом и с односторонним присоединением отопительных приборов к стоякам (стояки III и V). «Обвязки» трубами приборов -- приборные узлы -- использовались как проточного (нерегулируемого) типа (стояк I), так и c замыкающими (стояки II и III) и обходными (стояки IV и V) участками [1, 23].

Рис. 1.1 Схемы однотрубных стояков насосных систем водяного отопления с верхним расположением подающих магистралей

где: I -- проточный стояк; II и III -- стояки соответственно с осевыми и смещенными замыкающими участками; IV и V -- проточно-регулируемые стояки; 1 -- обратная магистраль; 2 -- отопительные приборы; 3 -- краны регулирующие проходные; 4 -- осевой замыкающий участок; 5 -- подающая магистраль; 6 -- главный стояк; 7 -- расширительный бак; 8 -- смещенный замыкающий участок; 9 -- проточный воздухосборник; 10 -- обходной участок; 11 -- трехходовые регулирующие краны; 12 -- циркуляционный насос; 13 -- теплообменник

Рис. 1.2 Схемы однотрубных стояков насосных систем водяного отопления с нижним расположением обеих магистралей и П - образными стояками

где: I -- проточный стояк; II и III -- стояки со смещенными замыкающими участками; IV а V -- проточно-регулируемые стояки (обозначения 1--13 см. на рис. 1.1.)

Замыкающие постоянно проточные участки делались осевыми (стояк II) и смещенными (стояк III) со «сжимами», т.е. с уменьшением площади поперечного сечения против площади сечения основного участка стояка, и без «сжимов». На подводках к приборам устанавливали регулирующие краны пониженного сопротивления (краны 3 на рис. I.1). В качестве замыкающего участка иногда использовалась ближайшая к подводкам секция чугунного. В большей степени увеличивается расход воды в приборах при использовании смещенных замыкающих участков (участки 8). При этом также обеспечивается компенсация удлинения труб при нагревании межприборных участков; стояков.

Обходные участки (участки 10), предназначенные для периодического использования при эксплуатационном регулировании теплоотдачи приборов, устраивали также осевыми и смещенными и снабжали трехходовыми (краны 11), а иногда и четырехходовыми регулирующими кранами (если применялись осевые обходные участки в стояках по типу стояка IV). Приборные узлы получались проточно-регулируемыми.

Вертикальные однотрубные системы с нижним расположением обеих магистралей - с нижней разводкой (рис. I.2) - стали распространяться в начала 60-х годов в связи с массовым строительством бесчердачных зданий. B тaк называемых П-образных стояках (состоящих из восходящей и нисходящей частей) этих систем применялись приборные узлы всех трех перечисленных выше типов (стояки I, II, IV). При непарных отопительных приборах «холостой» делали восходящую часть стояков (стояки III и V). В пробках верхних радиаторов или в верхних точках стояков с конвекторами устанавливали воздушные краны.

В стояках по типу стояка II: (см. рис. 1.2) при движении воды снизу вверх уменьшается затекание воды в приборы, особенно при увеличенном их сопротивлении. Поэтому предпочтение отдавалось проточно-регулируемым приборным узлам с трехходовыми кранами, односторонним присоединением приборов к трубам и смещенными обходными участками (стояк IV).

Вертикальные однотрубные системы с нижним расположением подающей и верхней прокладкой обратной магистрали так называемые системы с «опрокинутой» циркуляцией воды (рис. 1.3), стали применять с середины 60-х годов в зданиях повышенной этажности (10 этажей и более). Стояки таких систем делают проточными (стояки I и III) или со смещенными замыкающими (стояк IV) и обходными (стояки II и V) участками. Встречается двустороннее присоединение приборов к стоякам, например при установке конвекторов КН (типа «Комфорт-20») с двумя горизонтально расположенными греющими трубами (стояк I). Гидравлическое сопротивление стояков специально увеличивают для обеспечения устойчивого гидравлического режима. В этих системах иногда применяют проточные расширительные баки (см. рис. 1.3).

Рис. 1.3 Схемы однотрубных стояков насосных систем водяного отопления с нижним расположением подающих магистралей, верхней прокладкой обратных и проточным расширительным баком

где: I -- проточный стояк с конвекторами КН; II и V -- проточно-регулируемые стояки с конвекторами КА (II) и радиаторами (V); III -- проточный стояк с радиаторами; IV -- стояк со смещенными замыкающими участками (обозначения 1--13 см. на. рис. 1.1)

Рис. 1.4 Схемы однотрубных ветвей насосных систем водяного отопления

где: I--проточная ветвь для радиаторов на разных этажах; II -- проточная бифилярная ветвь; III -- ветвь с замыкающими участками; 1 -- радиаторы; 2 - воздушная труба; 3 -- воздушные краны; 4 -- подающий стояк; 5 -- обратный стояк; 6 -- вентили; 7 -- расширительный бак; 8 --конвекторы двухтрубные; 9 -- краны регулирующие проходные; 10 -- замыкающий участок; 11 -- обратная магистраль; 12 -- циркуляционный насос; 13 -- теплообменник.

Горизонтальные однотрубные системы, встречавшиеся ранее в основном в одноэтажных зданиях временного типа, в последнее время - стали применять для отопления многоэтажных зданий (рис. I.4).

Рис. 1.5 Схемы двухтрубных стояков насосных систем водяного отопления с верхней (а) и с нижней разводкой (б)

где: 1 и 2-- подающие и обратные магистрали; 3 и 4 -- подающие и обратные стояки; 5 -- отопительные приборы; 6 -- краны двойной регулировки; 7 -- главный стояк; 8 -- расширительный. бак; 9 -- воздушная линия; 10 -- воздушные краны;.// -- соединительная труба расширительного бака: 12 -- циркуляционный насос; 13 -- теплообменник

Распространение горизонтальных систем обусловливалось увеличением длины зданий, внедрением сборных каркасно-панельных конструкций с широким шагом колонн и удлиненными световыми проемами. Соединяя последовательно отопительные приборы увеличенной длины короткими трубными вставками, получали горизонтальные однотрубные ветви (ветвь II).

В горизонтальных однотрубных ветвях применяют проточные нерегулируемые приборные узлы (ветвь I на рис. 1.4) и регулируемые узлы с замыкающими и обходными участками (ветвь III). Трубчатые отопительные приборы (например, конвекторы или ребристые трубы) соединяют последовательно по бифилярной схеме (ветвь II). Аналогично поступают используя бетонные отопительные панели (см. рис. VIII.4).

При использовании в системах отопления зданий высокотемпературной воды применяют удлиненные горизонтальные однотрубные ветви с циркуляцией постепенно охлаждающейся воды снизу вверх через приборы на разных этажах (ветвь I на рис. 1.4).

Двухтрубные системы водяного отопления, как уже отмечено, применяли в последнее время сравнительно редко. Вертикальные двухтрубные системы с верхней разводкой использовали при естественной циркуляции воды, особенно для отопления отдельных жилых- квартир, а также для отопления железнодорожных вагонов. При насосной циркуляции воды их делали преимущественно в: малоэтажных зданиях (два--три этажа) во избежание значительного вертикального разрегулирования.

Известные эксплуатационные преимущества двухтрубных систем -- возможность независимого изменения мощности и регулирования теплоотдачи отопительных приборов, а также их пригодность для охлаждения помещений в летнее время -- вновь привлекают внимание к ним при проектировании многоэтажных зданий для перспективного строительства.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Системы воздушного отопления зданий в последнее время непрерывно развивались. Это относится прежде всего к местному воздушному отоплению, которое применяют при отсутствии центральных систем приточной вентиляции. В производственных зданиях предусматривалось воздушное отопление с использованием крупных калориферно - вентиляторных агрегатов для подачи нагретого воздуха сосредоточенными струями со значительной скоростью движения. В гражданских зданиях внедряли рециркуляционные воздухонагреватели с естественным движением нагретого воздуха для отопления в первую очередь лестничных клеток многоэтажных зданий, а также отдельных крупных помещений, предназначенных для кратковременного пребывания людей.

Центральное воздушное отопление, совмещенное о приточной вентиляцией, утвердившееся в производственных зданиях, проверялось в гражданских зданиях, предназначенных для длительного пребывания людей (жилые дома, гостиницы, пансионаты и другие здания).

Нагретый воздух подавали в помещения струями, настилающимися на поверхности ограждений. Эксперименты в этом направлении в жилых: домах не получили развития вследствие недостатков, допущенных в процессе монтажа и эксплуатации систем.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ -- ВОДЫ И ВОЗДУХА

Физические свойства теплоносителей влияют на конструктивные и функциональные особенности той или иной системы отопления. Системы отопления с использованием теплоносителей воды и воздуха имеют много общего, так как они основаны на передаче Теплоты в помещения вследствие охлаждения теплоносителя и могут действовать под влиянием силы гравитации. Однако каждый теплоноситель обладает специфическими свойствами.

Вода как теплоноситель представляет собой практически несжимаемую вязкую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры и температуру кипения в зависимости от давления, способна абсорбировать и выделять газы при изменении температуры и давления.

Воздух как теплоноситель является легкоподвижной средой со сравнительно малыми плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры.

Указанные свойства теплоносителей относятся к обычным условиям водяного отопления с предельными температурой 150 С и давлением 1 МПа (10 кгс/cм²) и воздушного отопления с предельной температурой 70° С при давлении, близком к атмосферному.

Масса металла, расходуемого в системах отопления на теплообменники, отопительные приборы и теплопроводы, зависит от вида используемого теплоносителя. Для оценки расхода металла на теплопроводы примем, что температура воды при действии отопления понижается от 150 до 70° С, воздуха -- от 70 до 15° С. Результаты расчетов сведены в табл. 1.1.

В табл. 1.1 можно отметить значительные различия в плотности и теплоемкости теплоносителей, вследствие чего площадь поперечного сечения воздуховодов для подачи в отапливаемые помещения равного количества теплоты получается в сотни раз больше площади сечения водоводов.

Использование для отопления воздуха обеспечивает пожарную безопасность и улучшает санитарно-гигиеническое состояние помещений, причем имеется возможность вообще устранить отопительные приборы из помещений и вентилировать их увлажненным наружным воздухом.

Таблица 1.1

Сравнение параметров теплоносителей воды и воздуха в системах центрального отопления

Указанные достоинства и недостатки теплоносителей и особенности систем учитывают при проектировании системы отопления. Совместное использование этих теплоносителей способствует улучшению теплового и воздушного режима при экономии затрачиваемых металла и теплоты на обогревание помещений.

5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

отопление система водяной воздушный

Под проектированием системы отопления понимают процесс разработки технической документации, определяющей тепловую мощность: и вид теплоносителя, конструкцию системы и теплового пункта, диаметры теплопроводов, размеры и марки приборов и оборудования, расчетные и эксплуатационные показатели. Процесс проектирования в полном объеме включает три стадии последовательных операций по выбору, конструированию и расчету: технико-экономическое обоснование, технический проект, рабочие чертежи.

Исходными данными для проектирования конкретной системы отопления служат: назначение, планировка и строительные конструкции, т. е. архитектурно-строительная часть здания, технологический проект и режим эксплуатации основных помещений; климатология местности и положение здания на участке строительства; источник теплоснабжения.

На стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) определяют ориентировочную тепловую мощность системы отопления, намечают вид и параметры теплоносителя, режим действия, и принципы управления системой, виды оборудования и отопительных приборов, связь с системой вентиляции и другими системами инженерного оборудования и конструктивным решением здания и особые условия строительства (сейсмичность, мерзлота, очередность сооружения и т.п.).

На стадии технического проекта (ТП) устанавливают действительную тепловую мощность, выбирают схему системы отопления с делением на зоны и части и решением принципов управления, размещают тепловой пункт и основные элементы системы, выполняют теплогидравлические расчеты, составляют расчетно-пояснительную записку со спецификацией материалов, приборов и оборудования, т. е. проводят основные расчетно-графические работы.

На стадии рабочих чертежей (РЧ) разрабатывают узлы и детали теплового пункта, магистралей, стояков, ветвей и подводок, приборов и агрегатов. Выполняют, если это необходимо, уточняющие расчеты, составляют технические условия на изготовление нестандартного оборудования, указания по эксплуатации системы. Проектирование системы отопления здания состоит из четырех основных этапов работы, выполняемой с различной глубиной и степенью детализации на отдельных стадиях проектирования: расчет тепловой мощности, выбор, конструирование и теплогидравлический расчет системы.

Расчет тепловой мощности системы отопления начинают с выбора расчетных значений температуры и влажности воздуха в основных, помещениях в различное время суток и недели. На основании теплотехнических расчетов наружных ограждений определяют потери теплоты через наружные ограждения и на нагревание инфильтрующегося воздуха и поступающих снаружи материалов. После расчета поступления теплоты от людей, технологического оборудования, нагретых материалов, электрических приборов и освещения выявляют тепловой дебаланс в основных помещениях, и тепловые нагрузки приборов, ветвей, стояков и системы отопления в течение расчетного часа рабочего и нерабочего времени. В необходимых случаях проверяют выполнение условий теплового комфорта в помещениях.

Выбор системы отопления включает определение вида и параметров теплоносителя, вида и типов арматуры, приборов и оборудования, вида разводки и местоположения теплопроводов, особенностей схемы системы, режима ее действия и принципов управления.

Конструирование системы отопления начинают с размещения теплового пункта, теплопроводов (труб и каналов), отопительных приборов и оборудования в здании. Разделяют систему на зоны и части постоянного и периодического действия с учетом отдельного отключения и регулирования.

При размещении отопительных приборов исходят прежде всего из требования обеспечить тепловой комфорт в помещениях.

Теплогидравлический расчет системы отопления включает тепловой расчет оборудования и приборов (определение температуры и площади нагревательной поверхности) и гидравлический расчет теплообменников, теплопроводов и приборов (определение диаметра, давления и расхода).

Тепловой и гидравлический (или аэродинамический) расчеты взаимно связаны и требуется многократное их повторение для выявления действительно необходимых параметров теплоносителя, размеров теплопроводов и оборудования.

Литература

1. Андреевский А.К. Отопление Минск. Вышейшая школа, 1982.

2. Богословский В.И. Тепловой Режим здания М:Строй издат., 1979.

3. Отопление и вентиляция В.Н. Богословсий, В.П.Щеглов, Н.Н.Разумов. М.1980.

4. Пеклов А.А. Кондиционирование воздуха - Киев. Издат «Будивельник» 1987.

5. Сканави А.Н.Конструирование и расчет систем водяного и воздушног отопления зданий. М.Стройиздат, 1983.

6. Шекин Р.В., Березовский В.А., Потапов В.А. Расчет систем центральго отопления. Киев: Вищ. Школа. 1975.

Размещено на Allbest.ru