8. Отопление производственных зданий и сооружений

Для создания комфортных метеорологических условий в производственных помещениях, отвечающих требованиям гигиены труда, устраивают отопление.

Цель отопления помещений – создание условий, при которых устанавливается нормальный теплообмен между организмом человека и окружающей средой.

Таким образом, система отопления должна компенсировать потери тепла через строительные конструкции, обеспечивать нагрев поступающего в помещение холодного воздуха, материалов, транспорта и т.д.

Количество тепла, необходимое для компенсации потерь через строительные конструкции, составляет 60–75%, количество тепла, идущего на нагрев холодного воздуха, - 20–30%, на нагрев поступающих извне материалов, транспорта и другие теплопотери - 5–10%.

С точки зрения охраны труда, системы отопления зданий и сооружений должны обеспечивать: равномерное нагревание воздуха помещений в течение всего отопительного сезона, безопасность в отношении пожара и взрыва, возможность регулирования теплоты, увязку с системами вентиляции, наименьшее загрязнение воздуха помещений вредными выделениями и неприятными запахами, удобство в эксплуатации и при ремонте.

Отоплению подлежат здания, сооружения и помещения любого назначения с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей в них во время проведения основных и ремонтно-восстановительных работ, а также помещения, в которых поддержание положительной температуры необходимо по технологическим условиям.

В нерабочее время в таких помещениях необходимо предусматривать температуру воздуха 5°С, если это допустимо по условиям технологии и эксплуатации и если восстановление нормальной температуры воздуха в помещениях к началу рабочего времени может быть обеспечено проектной мощностью отопительной системы.

Если в производственном помещении на одного работающего приходится более 50 м² площади пола, то отопление должно обеспечивать требуемую температуру воздуха на постоянных рабочих местах и более низкую температуру вне рабочих мест.

На рабочих местах, где производятся операции, связанные с постоянным соприкосновением рук с мокрыми и холодными предметами, следует предусматривать устройства для обогревания рук.

В зависимости от теплоносителя системы отопления бывают водяные, паровые, воздушные и комбинированные. В некоторых случаях могут применяться системы отопления с инфракрасными и высокотемпературными газовыми или электрическими излучателями при условии одновременного осуществления противопожарных и противовзрывных мероприятий.

Системы водяного и воздушного отопления наиболее приемлемы в санитарно-гигиеническом и техническом отношении. В системе водяного отопления в качестве теплоносителя используется вода, нагретая до 100°С.

Системы парового отопления бывают низкого давления – до 7 МПа и высокого давления – более 7 МПа. Они применяются в основном в тех помещениях, где пар используется в технологических целях. Паровое отопление высокого давления разрешается устраивать в производственных помещениях, где не происходит выделения пожароопасных и взрывоопасных пылей.

Преимущества водяного отопления: гигиеничность (при условии, что температура нагревательных приборов не выше 80-85°С); возможность четкого регулирования теплонагревательных приборов (температура нагревания приборов применяется в зависимости от температуры наружного воздуха); долговечность (срок службы 20-25 лет при обязательном условии, что система постоянно, даже в летнее время, заполнена водой).

Недостатки водяного отопления: сравнительно высокая стоимость и возможность замерзания воды в холодный период года в случае прекращения подачи теплоносителя – горячей воды.

Сравнивая водяную и паровую системы отопления, следует отметить, что водяные системы отопления наиболее гигиеничны и безопасны в пожарном отношении, так как температура нагревания труб и батарей водяных систем 70...80°С, а паровых – 120...150°С.

В качестве нагревательных приборов водяного или парового отопления применяют радиаторы, ребристые трубы, змеевики, конвекторы, а также бетонные отопительные панели.

Чугунные радиаторы – наиболее распространенный вид нагревательных приборов. Их отливают из серого чугуна отдельными секциями или блоками, состоящими из нескольких секций. Из этих секций или блоков собирают приборы с нужной площадью поверхности нагрева. Чугунные радиаторы рассчитаны на рабочее давление 6 МПа, поэтому их испытывают на заводах- изготовителях на гидравлическое давление 9 МПа.

Для сравнения теплотехнических качеств конструкций нагревательных приборов вводят понятие «эквивалентный квадратный метр» (ЭКМ). Под ЭКМ понимают площадь условной поверхности нагревательного прибора, отдающей 500 Вт тепла при разности средней температуры теплоносителя и воздуха помещения 64,5°С и пропуске через 1 ЭКМ прибора 17,4 кг/ч воды. Разность температур отвечает наиболее общим условиям системы водяного отопления с параметрами теплоносителя t₁ = 95°С и t₀ = 70°С при температуре воздуха в помещении t_в = 18°С, т.е. при t = (95 + 70) / 2 – 18 = 64,5°С.

Стальные штампованные радиаторы изготовливают из листовой стали ребристыми или в виде панелей. Стальные радиаторы панельного типа изготовливают из листовой холоднокатаной стали толщиной 1,5 мм с провариванием швов в местах их соединения. В отличие от нагревательных приборов, собираемых из отдельных секций, на радиаторах этого типа нельзя изменять площадь поверхности нагрева. Существенным недостатком любого стального нагревательного прибора является подверженность его коррозии под действием находящегося в воде воздуха.

Чугунные ребристые трубы отливают из серого чугуна с круглыми или прямоугольными ребрами и фланцами для присоединения к трубопроводам системы отопления. Наличие ребер на трубе увеличивает поверхность ее нагрева, но в то же время снижает температуру поверхности, отдающей тепло.

Теплоотдача ребристых труб происходит в основном конвекцией и в значительной степени (до 5%) излучением.

Чугунные ребристые трубы рассчитаны на рабочее давление 0,6 МПа.

К недостаткам чугунным ребристых труб следует отнести трудоемкость очистки от пыли междуреберного пространства прибора и хрупкость ребер.

Из гладких стальных труб изготовляют нагревательные приборы в виде регистров их одного или нескольких рядов труб. Гладкие стальные трубы имеют высокую теплоотдачу. Коэффициент их теплопередачи выше, чем у радиаторов. Удобство очистки от пыли позволяет устанавливать их в нижней зоне сильно запыляемых помещений.

При выборе того или иного нагревательного прибора следует учитывать допускаемое в них давление и назначение помещений, в которых эти приборы должны быть установлены.

В производственных помещениях с выделением пыли нагревательные приборы должны иметь доступ для очистки.

Нагревательные приборы следует располагать, как правило, под световыми проемами так, чтобы оси окна и прибора совпадали. Если у окна расположено рабочее место, то оно должно быть защищено от ниспадающих потоков холодного воздуха.

Площадь поверхности нагревательных приборов, определяется по формуле:

где

– количество тепла, которое должен отдать нагревательный прибор, Вт;

– коэффициент теплоотдачи, Вт/(ч °С);

– разность температур, °С.

Если в качестве теплоносителя используется вода, то

где

– температура подогреваемой воды ( = 90…95°C);

– температура обратной воды ( = 70°C);

– температура помещения, °C.

Если теплоносителем является пар, то

Для чугунных радиаторов = 7,6...9,4, для ребристых чугунных труб = 4,4...5,5, для гладких труб = 8,8...11.

Воздушная система отопления характерна тем, что подаваемый через систему приточной вентиляции в помещение воздух предварительно нагревается в калориферах с помощью воды, пара или электричества до требуемой температуры.

Системы отопления по своей организации могут быть центральными и местными.

В производственных, вспомогательных и общественных помещениях в основном устраивают центральное отопление.

К центральной системе отопления относится отопление, обслуживающее одно или несколько зданий путем передачи тепла по трубопроводам с помощью теплоносителя от одного центра образования тепловой энергии - генератора (котла).

Принцип работы всех центральных систем отопления заключается в передаче теплоносителем своего тепла в процессе остывания воздуха помещения. Этот процесс происходит в нагревательных приборах, устанавливаемых в отапливаемом помещении.

Воздушные системы отопления бывают центральные и местные. Центральные системы воздушного отопления обычно совмещаются с приточными вентиляционными системами. Калориферы таких систем устанавливаются вне отапливаемых помещений. Если требуется отопить определенную зону в помещении, то устанавливают местные отопительные воздушные агрегаты.

В пожароопасных и взрывоопасных помещениях необходимы системы воздушного отопления, работающие на наружном воздухе без рециркуляции.

В цехах, имеющих избыточные тепловыделения (от установок и т.д.), проектируется дежурное отопление, которое рассчитывается только на поддержание необходимой температуры.

В административно-бытовых помещениях находит применение панельное отопление, которое работает вследствие отдачи тепла от строительных конструкций, в которых проложены трубы с циркулирующим в них теплоносителем.

В географических районах РФ со средней температурой наружного воздуха в наиболее холодной пятидневке более 5°С центральное отопление обычно не предусматривается. Требуемая температура в отдельных помещениях поддерживается местным отоплением.

В таблице 7.1 приведены системы отопления и отопительные приборы, рекомендуемые СНиП 2.04.05-91 для производственных зданий и помещений.

Рекомендуемые системы отопления и отопительные приборы

Таблица 7.1

Производственные здания и помещения	Системы отопления, отопительные приборы, теплоноситель и его предельная температура
а) категорий А, Б и В без выделений пыли и аэрозолей или с выделением негорючей пыли	Воздушное. Водяное и паровое при температуре теплоносителя: воды 1500С, пара 13000С. Электрическое и газовое для помещений категории В (кроме складов категории В) при температуре на теплоотдающей поверхности 1300С. Электрическое для помещений категорий А и Б (кроме складов категорий А и Б) во взрывозащищенном исполнении в соответствии с ПУЭ при температуре на теплоотдающей поверхности 1300С.
б) категорий А, Б и В с выделением горючей пыли и аэрозолей	Воздушное. Водяное и паровое при температуре теплоносителя: воды 1100С в помещениях категорий А и Б и 1300С -в помещениях категории В. Электрическое и газовое для помещений категории В (кроме складов категории В) при температуре на теплоотдающей поверхности 1100С. Электрическое для помещений категорий А и Б (кроме складов категорий А и Б) во взрывозащищенном исполнении в соответствии с ПУЭ при температуре на теплоотдающей поверхности 1100С.
в) категорий Г и Д без выделений пыли и аэрозолей	Воздушное. Водяное и паровое с ребристыми трубами, радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя: воды 1500С, пара 1300С. Водяное с нагревательными элементами и стояками, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы. Газовое и электрическое, в том числе с высокотемпературными темными излучателями.
г) категорий Г и Д с повышенными требованиями к чистоте воздуха	Воздушное. Водяное с радиаторами (без оребрения), панелями и гладкими трубами при температуре теплоносителя 1500С. Водяное с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы.
д) категорий Г и Д с выделением негорючих пыли и аэрозолей	Воздушное. Водяное и паровое с радиаторами при температуре теплоносителя: воды 1500С, пара 1300С. Водяное с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы. Электрическое и газовое с температурой на теплоотдающей поверхности 1500С.
е) категорий Г и Д с выделением горючих пыли и аэрозолей	Воздушное. Водяное и паровое с радиаторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя: воды 1300С, пара 1100С. Водяное с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы.
ж) категорий Г и Д со значительным влаговыделением	Воздушное. Водяное и паровое с радиаторами, конвекторами и ребристыми трубами при температуре теплоносителя: воды 1500С, пара 1300С. Газовое с температурой на теплоотдающей поверхности 150 0С.
з) с выделением возгоняемых ядовитых веществ	По специальным нормативным документам