Хід роботи:

1. Ознайомитись з теоретичною частиною.

2. Дати відповіді на запитання:

1. Як класифікують системи опалення?

1. Якими бувають системи опалення за конструктивними схемами?

2. Вкажіть переваги і недоліки водяної системи опалення?

3. Вкажіть переваги і недоліки парової системи опалення?

4. Вкажіть переваги і недоліки повітряної системи опалення?

5. Вкажіть переваги і недоліки панельної системи опалення?

Теоретичний матеріал Класифікація систем опалення

Системи опалення призначені для заповнення теплових втрат будівлі в холодний період року.

Опалювальні системи залежно від радіусу їх дії підрозділяють на місцевих і центральних.

Кожна опалювальна система включає три основні частини: генератор тепла, теплопроводи, що гріють поверхні.

До місцевих систем відносять різні пристрої, в яких всі три частини об'єднано і розташовано в опалювальному приміщенні (цегляні, чавунні печі, газові і електричні нагрівачі, електромасляні радіатори і т.п.). місцеві системи можуть бути розміщені так, щоб можна було опалювати одночасно два або три суміжні приміщення.

У центральних системах всі три частини розділено. Від генератора тепла — казана, розташованого в котельні підприємства, по теплопроводах за допомогою того або іншого теплоносія тепло транспортується у всі будівлі і приміщення цього підприємства і поступає в розташованих в них нагріваючі прилади, гріючі поверхні яких віддають тепло повітрю приміщень. За наявності станції ТЕЦ підприємство може користуватися централізованим тепло забезпеченням.

В якості теплоносія в центральних системах можуть служити вода, пара, повітря і електричний струм (умовно). Вид теплоносія визначає назва опалювальних систем — водні, парові, повітряні. Крім того, бувають панельні системи опалювання.

Конструктивні схеми систем опалювання

Водяні системи опалювання. Теплоносій (вода), вживаний в цих системах, нешкідливий і дозволяє легко регулювати температуру повітря в опалювальних приміщеннях. Температуру води, циркулюючу в системі, змінюють в залежності від температури зовнішнього повітря (чим вище температура зовнішнього повітря, тим нижче температура циркулюючої в системі води).

Системи розрізняють за типом циркуляції води в них (гравітаційні і насосні), по схемі розташування розвідних трубопроводів (з нижньою і верхньою розводкою), по способу приєднання нагрівальних приладів (двотрубні і однотрубні).

Гравітаційні системи (з природною циркуляцією води в системі) використовують тільки для опалювання невеликих будівель з довжиною трубопроводів не більше 200 м. Пояснюється це наявністю незначного натиску для подолання гідравлічних опорів в трубопроводах. При більшій довжині трубопроводів застосовують насосні системи (з технічною циркуляцією), радіус дії яких не обмежений.

Принципова схема двотрубної системи з природним імпульсом показана на мал. 1, а.

Нагріта в казані або бойлері вода поступає в головний стояк, потім у верхню розвідну магістраль, в приєднані до неї гарячі стояки, звідки по гарячому підведенню підступає в опалювальні прилади. Тут вода охолоджується, віддаючи своє тепло через стінки приладів повітрю приміщення, і далі по зворотній підводці, зворотному стояку і зворотній магістралі повертається в казан або бойлер.

Циркуляційний тиск р_ц (у Па) в системі передбачено різницею між питомою вагою в приборі води, що заповнює зворотні трубопроводи, і гарячої води в казані і в головному стояку:

р_ц = h₁ (γ₀ –γ_r) (1)

де h₁– відстань по вертикалі від осі казана до осі нагрівального приладу, м;

γ₀ –питома вага охолодженої води (після опалювального приладу), H/m³;

γ_r –питома вага гарячої води, що поступає в головний стояк із казана, Н/м³

З формули (1) видно, що із збільшенням відстані між осями казана і нагрівального приладу збільшується природний циркуляційний натиск, тому доцільно розміщувати казан в підвальному приміщенні. Якщо така система опалювання буде приєднана до централізованого теплопостачання через водо-водяний або паро-водяний бойлер, то вираження про заглиблення казана буде справедливо і для бойлера.

Мал. 1. Принципові схеми систем водяного опалення:

а — двотрубна система з природним імпульсом і верхньому розводкою: б — однотрубна система з механічною спонукою і нижньою розводкою при розташовано стояків у віконних отворів і односторннім приєднанням нагрівальних приладів; в — однотрубна система з насосною спонукою і верхньою розводкою; 1 — водогрійний казан або бойлер; 2 — контрольна трубка; 3— переливна трубка; 4 — головний стояк: 5 — розширювальний бак; 6 — верхня подаюча магістраль; 7 — нижня подаюча магістраль; 8 — распределительный стояк; 9 — регулюючий кран; 10 — триходовий кран; 11 — нагріваючий прилад; 12 — зворотна магістраль; 13— насоса; 14 — спусковий кран: 15 — водопровід; 16 — каналізація.

Щоб уникнути утворення повітряних «пробок» в окремих ділянках системи, гарячу магістраль прокладають з ухилом у бік розширювальної судини. Підведення до нагрівальних приладів в цьому випадку здійснюють у бік подаючих стояків. Це сприяє виходу повітря з системи (при первинному заповненні її водою і в процесі експлуатації) в розширювальну судину, а звідти в атмосферу. Ухили дозволяють повністю спорожнити систему при ремонті і промити її перед початком опалювального сезону.

Розширювальною судиною є металевий бак, що сполучається з атмосферним повітрям і з магістраллю системи. Його встановлюють в найвищій точці системи для виходу повітря, компенсації теплового розширення води (збільшення об'єму при нагріванні), а також для часткового усунення витоків води і розподілу тиску в системі.

Перевагами системи водяного опалювання з природньою циркуляцією перед системою з механічною циркуляцією – являються безшумність її роботи унаслідок малої швидкості руху води в системі (0,1—0,3 м/с) і відсутність насоса; недоліками — застосування труб великого діаметру і заглиблення казана або бойлера. Двотрубні системи опалювання застосовують в одно- і двохстінних будівлях.

Водяні системи опалювання з механічною циркуляцією показані на мал. 1 б, в. Їх виконують по однотрубній схемі з верхньою розводкою.

Між прямими і зворотними підведеннями до приладів знаходяться зміщені від стояків замикаючі ділянки, по яких вода може проходити, минувши прилади. Надходження води в прилади і в замикаючі ділянки регулюється триходовими екранами.

При однотрубній схемі зворотні стояки відсутні, вода із гарячого стояка поступає в опалювальний прилад, охолоджується в нім і після виходу знову поступає в той же стояк. Через це в опалювальні прилади розташовані нижче за поверхні вода поступатиме з нижчою температурою. Щоб компенсувати її охолоджування, прилади на нижніх поверхнях повинні мати велику поверхню, чим на верхніх.

Для пристрою системи по однотрубній схемі потрібна менша кількість труб, чим для двотрубної, а отже, однотрубні системи встановлюють в багатоповерхових приміщеннях.

Принцип дії насосної системи такий же, що і гравітаційної, додається тільки додатковий спонукач у вигляді насосу. Циркуляційний насос ставлять на зворотній магістралі між казаном або бойлером і місцем приєднання. До неї розширювальної судини. Насос призначений для подолання гідравлічних опорів в системі, тому що тиск, що розвивається ним порівняно невеликий (10—30 кПа), він визначається наступним розрахунком.

Знаходять розрахункову кількість води g, яка повинна поступати в кожен опалювальний прилад відповідно до його тепловіддачі:

g = Q_np (t_r - t_o),

де Qnp — теплоотдача приладу. Вт;

t_r — температура горячої води, що поступає в прилад °С; .

t_o — температура охолодженої води, що виходить з приладу °С.

Потім визначають кількість води, що проходить через кожну ділянку системи, і підбирають діаметри для найбільш несприятливого кільця схеми, виходячи з допустимих швидкостей рухи води по умові утворення шуму.

Після цього розраховують втрати тиску на тертя R (в Па) по прийнятих діаметрах трубопроводів:

R = λγV²/2gd в місцевих опорах z (у Па) по швидкостях руху води:

z = ∑ξγV²/2g

де А. — коефіцієнт тертя;

γ— питома вага води, Н/м3;

V — швидкість руху води, м/с;

g — прискорення сили тяжіння, М-/с2;

d — діаметр трубопроводу, м;

∑ξ— сума коефіцієнтів місцевих опорів.

При цьому для зменшення шуму при роботі системи розрхована швидкість руху води в трубопроводах, що прокладаються у виробничих будівлях, не повинна перевищувати 3 м/с, а в допоміжних будівлях і приміщеннях підприємств — 2.м/с.

Створюваний насосом тиск р (в Па) повинен бути рівний або на 10—15% більше суми втрат тиску в системі:

р_ц ≥ ∑(Rl+z)

де R — втрати тиску на тертя 1 м труби;

l — довжина ділянок труб, м;

z — потерн тиск в місцевих опорах, Па.

Для підбору насоса, окрім тиску, необхідно знати| продуктивність W, вона прямо пропорційна тепловій потужності опалювальної системи і обернено пропорційнатеплоємності води і різниці її температур до і після нагреІвального приладу:

W = kQот / [c (t_r-t₀)]

де Qот —теплова потужність системи, Вт;

l — питома теплоємність води при середньому значенні її температури в опалювальному приладі, кДж/ (кг-К);

k — коефіцієнт запасу, що враховує зміни температури в системі і погрішності у розрахунку, -прирівнюється 1,1—1,2.

Парові системи опалювання. Вони бувають низького тиску (від 50 до 70 кПа) і високого тиску, з верхньою і нижньою розводкою, одно- і двотрубні, з самопливним поверненням конденсату (замкнута лінія) і з перекачуванням насосом (розімкнена система).

Замкнуту систему застосовують тільки при розміщенні котла нижче за опалювальні прилади. Для полегшення стоку конденсата по конденсаційній лінії її прокладають з ухилом не менше 0,003. Для забезпечення стоку попутного конденсату, що утворюється унаслідок охолоджування паропроводу, розводящий паропровід також прокладають з ухилом убік руху пари.

У розімкненій системі опалювання пар з казана поступає в головний стояк, в магістральний трубопровід, парові стояки і далі по відгалуженнях в нагрівальні прилади, де він охолоджується, віддаючи свою приховану теплоту паротворення; через стінки приладу повітрю приміщення, і конденсується. Конденсат із приладів по конденсаційній лінії через конденсатовідвідник (конденсаційний горщик) відводиться в конденсатозбірний бак, звідки його перекачують насосом в казан..

Частіше застосовують системи низького тиску з верхньою розводкою, двотрубні з насосним перекачуванням конденсату (при обслуговуванні декількох будівель однієї котельної).

Парові системи високого тиску працюють по тому ж принципу, що і системи низького тиску.

Застосування парових систем опалювання обмежене внаслідок багатьох недоліків. Відсутня можливість якісного регулювання параметрів теплоносія. Пил, що осідає на поверхні приладів, пригорає з виділенням окислу вуглецю. Системи схильні до інтенсивної корозії (особливо конденсатопроводу), а в трубопроводах бувають гідравлічні удари і шум.

Перевагами парових систем в порівнянні з водяними являються менші діаметри трубопроводів за рахунок високої теплоємкості пари (1 кг пари при конденсації віддає приблизно 2,26 кДж, а 1 кг води при охолоджуванні з 95 до 70°С —0,105 кДж), простота пристрою і невелика вартість монтажу системи.

Позитивні властивості парових і водяних систем добре співпадають в комбінованих системах опалювання.

Повітряні системи опалювання. Ці системи знайшли широке застосування завдяки можливості суміщати опалювання приміщення з вентиляцією, а також малій металоємності. Невелика теплова інерційність системи дозволяє відключати її в неробочі зміни, а потім на початок робочої зміни швидко отримувати необхідну температуру. У опалювальні приміщення подають повітря температурою 45—70°С (45°С — при випуску повітря в приміщення на висоті близько 3,5 м над рівнем підлоги, 70°С — при подачі на більшій висоті). Повітряні системи можуть працювати в трьох режимах: рециркуляційному, сумісному з припливною вентиляцією і комбінованому.

У рециркуляційному режимі повітря після підігріву поступає в приміщення і після охолоджування за рахунок тепловтрат приміщення знову повертається у повітронагрівач (отвір для притоки зовнішнього повітря повністю закритий). Кількість повітря, необхідна для опалювання приміщення Gпов (в кг/год) визначають по формулі:

G_пов=Q_от/ [c (t_пр - t_в)]

де Q_от – тепловая потужність системи, Вт;

с – питома теплоємність повітря, рівна 1 кДж/ (кг·К);

t_пр – температура подаючого повітря, °С;

t_в – температура повітря приміщення, °С.

У режимі, суміщеному з припливною вентиляцією, отвір для надходження зовнішнього повітря повністю відкрито, і через нього в калорифер, а із калорифера в поміщення поступає повітря. Температура припливного повітря t_пр (в °С) рівна:

t_пр= t_в + Q_от/ (с G_вент)

де G_вент — витрата повітря, необхідна по умові вентиляції, кг/год

У комбінованому режимі до зовнішнього, повітря підмішується тепле повітря з приміщення. Витрата підмішуючого повітря G_вент (у кг/год) можна визначити, якщо вести в розрахунок коефіцієнт підмішування α:

α =G_подм/ G_нар, звідки G_подм= α G_нар

Коефіцієнт підмішування можна виразити через розрахунок температури повітря:

α = (t_нв – t_пр) / ( t_пр – t_в)

де t_нв — розрахункова зовнішня температура повітря по вентиляції, °С.

Принципова схема системи повітряного і вентиляційно-опалювального агрегату вказано на мал.2.

Мал. 2. Повітряне опалювання:

а – схема повітро-опалювального агрегату: 1 — рухомі грати для напряму потока повітря; 2 — вихід теплого повітря; 3— входу повітря; 4 — електродвигун; 5— вентилятор; 6—калорифер; б — принципова схема повітряного опалювання з механічним спонуканням: 1— опалювальне приміщення: 2 — повітронагрівач (калорифер); 3—вентилятор; 4 — канал зовнішнього повітря; 5—канал рециркуляційного повітря; 6 — клапани; 7 — витяжна вентиляція; 8 — повітрозабірна шахта.

Панельні системи опалювання. Джерелами тепловипромінювань служать поверхні конструкцій (панелей), що захищають, які закладають сталеві труби діаметром 25 мм. Вони розташовані на відстані близько 20 мм від внутрішніх поверхонь конструкцій. По трубах проходить гаряча вода, що служить теплоносієм. Такі панелі можна розташовувати горизонтально в перекриттях і вертикально у вигляді зовнішніх стінових панелей. Особливо доцільно розташовувати нагрівальні елементи із труб в підвіконній частині панелей. В цьому випадку, окрім променистої передачі тепла, буде створюватися конвективний висхідний потік теплого повітря який нейтралізуватиме спадаючий потік холодного повітря від вікна. У підвіконних панелях за нагрівачем: елементами укладають теплоізоляцію для зменшення передачі від них тепла зовнішньому повітрю.

Достоїнства панельного опалювання полягають в тому, що воно, не захаращує приміщення нагрівальними приладами, так як на вертикальних стінних і горизонтальних стельових панелях осідає мінімальна кількість пилу, і вона легко віддаляється, що виключає її підгоряння; поліпшуються естетичні і санітарно-гігієнічні якості приміщенні, можна підтримувати температуру повітря в приміщенні на меншому звичайного рівні за рахунок променистої дії тепла на людей, що знаходяться в приміщенні; стає дешевшим монтаж системи, він зводиться до з’єднання один з одним кінців труб гріючих елементів і прокладанні магістральних трубопроводів, у жаркий літній час ці системи можна використовувати для радіаційного охолоджування приміщень.

До недоліків слід віднести великі гідравлічні |опори, високу теплову інерцію і складність ремонту