7. Тепловой баланс помещения

Система отопления, как уже указывалось, предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной и отвечающей требованиям технологического процесса.

Выделяемое человеческим организмом тепло должно быть отдано окружающей среде так, чтобы человек не испытывал при этом ощущений холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких тепло отдается с поверхности тела конвекцией и излучением. Интенсивность отдачи тепла конвекцией в основном определяется температурой окружающего воздуха, а при отдаче лучеиспусканием— температурой поверхностей ограждений, обращенных в помещение,

Температура помещения зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств, теплозащитных свойств наружных ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь тепла. В холодное время года помещение теряет тепло через наружные ограждения. Кроме того, тепло расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений, а также на нагревание материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые охлажденными поступают с улицы в помещение. Системой вентиляции в помещение может подаваться воздух с более низкой температурой по сравнению с воздухом помещения, технологические процессы могут быть связаны с испарением жидкостей и другими процессами, сопровождающимися затратами тепла. При установившемся режиме потери равны поступлениям тепла. Тепло поступает в помещение от технологического оборудования, источников искусственного освещения, нагретых материалов и изделий, в результате прямого попадания через оконные проемы солнечных лучей, от людей. В помещении могут быть технологические процессы, связанные с выделением тепла (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учет всех перечисленных источников поступления и потерь тепла необходим при составлении теплового баланса помещений здания.

8. В зимнее время температура в помещениях отапливаемых зданий должна быть выше температуры наружного воздуха. Согласно второму закону термодинамики при наличии разности температур между внутренним и наружным воздухом теплота переходит от тела с более высокой температурой (внутренний воздух) к телу с более низкой температурой (наружный воздух). Происходит это через наружные ограждения здания- стены, окна, двери, потолки и полы. Если потери тепла не компенсировать притоком его от системы отопления, то температура в помещениях будет понижаться до тех пор, пока не сравняется с температурой наружного воздуха.

Системами отопления называются инженерные сооружения, предназначенные для подачи тепла в помещения для поддержания в них в холодное время года требуемых температур. Системы отопления должны компенсировать не только потери тепла через наружные ограждения, но и расход тепла на нагрев наружного воздуха, поступающего при открывании дверей, а также проникающего через неплотности в ограждениях (инфильтрация). Основной частью расхода тепла в системе отопления являются потери тепла через наружные ограждения.

Температура наружного воздуха в течение холодного периода года (отопительного сезона) непрерывно меняется, в то время как температура внутреннего воздуха должна оставаться постоянной. Следовательно, разность температур внутреннего и наружного воздуха также изменяется, а значит, изменяется и количество тепла, теряемого через наружные ограждения здания. Для поддержания внутри помещений постоянной температуры количество тепла, передаваемого помещениям от системы отопления, должно соответствовать количеству тепла, теряемого ими через наружные ограждения. При нарушении соответствия между потерей и поступлением тепла температура в помещениях будет изменяться (падать либо возрастать). В связи с этим в системе отопления должно быть предусмотрено регулирование подаваемого в помещение тепла в зависимости от изменений наружной температуры воздуха.

Классификация систем отопления. Теплоносители

Гигиенические исследования микроклимата помещений и того, как влияют изменения его отдельных компонентов на организм человека, позволили выработать требования к системам отопления.

Основные из них:

-санитарно-гигиенические — обеспечение требуемых соответствующими строительными нормами и правилами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне;

-экономические — обеспечение минимума приведенных затрат по сооружению и эксплуатации, определяемого технико-экономическим сравнением вариантов различ­ных систем, небольшого расхода металла;

-строительные — обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и инструктивным решениям здания, увязка размещения отопительных элементов со стро­ительными конструкциями;

-монтажные — обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров;

-эксплуатационные — простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надежность, безопасность и бесшумность действия;

-эстетические — хорошая сочетаемость с внутренней архитектурной отделкой помещения, минимальная площадь, занимаемая системой отопления.

В качестве теплогенератора для системы отопления может служить отопительный котельный агрегат, в котором сжигается топливо, а выделяющаяся теплота пере­дается теплоносителю, или любой другой теплообменный аппарат, использующий иной, чем и системе отопления, теплоноситель.

Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков:

1. По взаимному расположению основных элементов системы отопления подразделяются на центральные и местные.

Центральными называют системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор (котельная, ТЭЦ). В таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельные помещения здания. Теплота при этом через отопительные приборы передается воздуху отапливаемых помещений, а теплоноситель возвращается в тепловой пункт. Центральными могут быть системы водяного, парового и воздушного отопления. Примером центральной системы отопления может служить система водяного отопления здания с собственной (местной) котельной.

Местными системами отопления называют такой вид отопления, при котором все три основных элемента конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении. Примером местной системы отопления является отопительная печь, имеющая теплогенератор (топливник), теплопроводы (газоходы внутри печи) и отопительные приборы (стенки печи). Кроме того, к местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, а также воздушно-отопительными агрегатами.

2. По виду теплоносителя, передающего теплоту отопительными приборами в помещения, центральные системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные (например, пароводяные, паровоздушные и др.).

3. По способу циркуляции теплоносителя центральные и местные системы водяного и воздушного отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией

за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя н системы с искусственной циркуляцией за счет работы насоса. Центральные паровые системы имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара.

4. По параметрам теплоносителя центральные водяные и паровые системы подразделяются на водяные низкотемпературные с водой, нагретой до 100°С и высокотемпературные с температурой воды более 100°С; на паровые системы низкого (р=0,1 — 0,17 МПа), высокого (р=0,17—0,3 МПа) давления и вакуум-паровые с дав­лением р<0,1 МПа.

Теплоносителем для системы отопления, в принципе, может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты, в том числе ав­томатически. Кроме того, теплоноситель должен способствовать выполнению требований, предъявляемых к системе отопления.

Как уже было сказано, наиболее широко в системах отопления используют воду, водяной пар и воздух, поскольку эти теплоносители в наибольшей степени отвечают перечисленным требованиям. Рассмотрим основные физические свойства каждого из теплоносителей, которые оказывают влияние на конструкцию и действие системы отопления.

Свойства воды: высокая теплоемкость и большая плотность, несжимаемость, расширение при нагревании с уменьшением плотности, повышение температуры ки­пения при увеличении давления, выделение абсорбированных газов при повышении температуры и понижении давления.

Свойства пара: малая плотность, высокая подвижность, высокая энтальпия за счет скрытой теплоты фазового превращения (табл. 6.1), повышение температуры и плотности с возрастанием давления.

Свойства воздуха: низкая теплоемкость и плотность, высокая подвижность, уменьшение плотности при нагревании.