1. Цель, назначение и период действия отопления

Под влиянием разности между температурой внутреннего tв и наружного tн воздуха возникают теплопотери через наружные ограждения и для поддержания необходимой tв требуется подача теплоты в помещения , т . е . отопление . Теплозатраты на отопление домов и сооружений очень велики , поэтому для этой цели приходится расходовать до 1/3 добываемого топлива.

Основная цель отопления - создание тепловых условий в помещениях, благоприятных для жизни и деятельности человека. Комфортные условия в холодное время года обеспечиваются , если поддерживать определенную температуру воздуха в помещении .

Отопление начинают при устойчивом в течение 5 сут. понижении температуры наружного воздуха до 8 °С и ниже, когда теплопоступлений в помещение уже недостаточно для поддержания нормальной температуры . Заканчивают отопление при устойчивом повышении температуры наружного воздуха выше 8 °С также в течение 5 сут.

Продолжительность отопления домов в холодное время года называют отопительным сезоном. (На большей территории России, характеризующейся суровой и длительной зимой, отопительный сезон 6-8, а на севере страны 9-11 мес.) Длительность отопительного сезона устанавливают на основании многолетних наблюдений как среднее количество дней в году с устойчивой среднесуточной температурой воздуха 8 °С и ниже. (Так, в Московской обл. продолжительность отопительного сезона 213 сут.)

Суровость или мягкость зимы выражают количеством градусо-суток, т. е. произведением количества суток действия отопления на разность внутренней и наружной температур, средней для этого периода времени. (Если количество градусо - суток для Московской обл. равно 4600, то на севере Красноярского края доходит до 12800.)

Отопление предназначено для подачи в помещения дома тепловой энергии в количестве, равном теплопотерям. Следовательно, при понижении температуры наружного воздуха, а также при усилении ветра подача теплоты в помещения должна увеличиваться, а при повышении наружной температуры - уменьшаться.Кроме внешних метеорологических условий на температуру отапливаемых помещений влияют теплопоступления от бытовых источников, что требует изменения теплоподачи отопительных установок . Поэтому отопительные установки должны регулировать количество теплоты, изменяющееся в соответствии с теплопотерями .

2. Отопительные установки и источники тепловой энергии.

Отопительная установка - одно из основных конструктивных элементов системы отопления, которая представляет собой совокупность отдельных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепловой энергии во все обогреваемые помещения.

Система отопления (рис .1) состоит из отопительной установки 1 (котла или генератора теплоты) для получения тепловой энергии при сжигании топлива или от другого источника, отопительных приборов 3 для теплопередачи в помещения, теплопроводов подающего 2 и обратного 4, сети труб или каналов для теплопереноса от котла к отопительным приборам. Теплоперенос осуществляется теплоносителем жидким (вода, антифриз) или газообразным (пар, воздух). В зависимости от вида теплоносителя системы отопления могут быть водяными, паровыми или воздушными.

Рис.1. Принципиальная схема системы отопления

В системах отопления сельских односемейных жилых домов получение, перенос и передача теплоты происходят непосредственно в отопительной установке. Теплопереносящая среда может нагреваться горячей водой или горячим газом, образующимся при сжигании какого - либо топлива (например: природного газа). В системах отопления с использованием электрической энергии теплоперенос осуществляется жидким или газообразным теплоносителем, либо без него - непосредственно через твердую среду. В сельской местности в основном применяются водяные системы отопления. Системы парового и воздушного отопления менее надежны и применяются крайне редко.

Надежность систем отопления, т. е. свойство обеспечивать заданную теплоотдачу в помещения в течение требуемого периода времени (ряда отопительных сезонов), различна. Наибольшую надежность, которая обусловлена прежде всего безотказностью (непрерывным сохранением работоспособности), а также сравнительную долговечность имеют системы водяного отопления (срок службы 30-35 лет), управляемые и безотказные в эксплуатации. Менее надежны системы парового отопления, более сложные по конструкции и в обслуживании, недолговечные (срок службы паропроводов примерно 10 лет, конденсатопроводов около 4 года). Невысокую надежность имеют также системы воздушного отопления из-за возможности нарушения распределения воздуха по помещениям, поскольку воздуховоды из кровельной и тонколистовой стали недолговечны, а из кирпича, блоков, плит и других материалов недостаточно плотны.

К отопительным установкам предъявляют следующие требования:

• - санитарно-гигиенические (поддержание равномерной температуры помещений, ограничение температуры нагревательной поверхности и возможность ее очистки);

• - архитектурно-строительные (соответствие планировки помещений, компактность, эстетичность);

• - экономические (невысокие капитальные вложения и небольшой расход металла и энергии);

• - эксплуатационные (безотказность и долговечность, простота и удобство управления, бесшумность и безопасность действия).

Основными источниками централизованного теплоснабжения являются промышленные и коммунальные тепловые станции комбинированного производства тепла и электрической энергии — ТЭЦ, сооружаемые вблизи промышленных центров и городов. Преобладающее число ТЭЦ имеет тепловые сети со средним радиусом действия 10—15 км. В последние годы наметилась тенденция к увеличению протяженности сетей до 30—50 км. Строительство ТЭЦ далеко за чертой города объясняется высокими требованиями санитарных норм к чистоте городов и воздушного бассейна, а также экономическими выгодами приближения тепловых станций к местным топливным базам и водным источникам. Исследования советских специалистов привели к заключению, что допустимая дальность транспорта тепла по тепловым сетям для городов с населением более 1 млн. человек может быть увеличена до 100 км.

В тех районах, где сооружение ТЭЦ по технико-экономическим показателям нецелесообразно ввиду отсутствия необходимой концентрации тепловой и электрической нагрузок, централизованное теплоснабжение городов и рабочих поселков ведется от районных и промышленных котельных с радиусом действия тепловых сетей 2—3 км. Теплоснабжение сельских населенных мест отличается небольшой величиной тепловой нагрузки и рассредоточенной теплоплотностью. Ввиду этого централизованное теплоснабжение в сельской местности экономически целесообразно предусматривать от котельных с чугунными котлами при общей тепловой нагрузке на котельную не более 8—10 МВт. В районных центрах с большими тепловыми нагрузками и имеющими крупные производственные зоны по переработке сельскохозяйственной продукции или выращиванию скота местные котельные оборудуют паровыми котлами. На отдельных предприятиях вместе с промышленными котельными часто используют энергетические установки, утилизирующие тепло вторичных энергоресурсов.

Сооружение атомных станций теплоснабжения (ACT) дает многие преимущества. Опыт Нововоронежской атомной станции показал широкую возможность повторного использования выгружаемых из водоводяных реакторов отработавших тепловыделяющих элементов для дожигания ядерного горючего в ACT. Остаточная концентрация ядерного топлива в выгружаемых на АТЭЦ тепловыделяющих элементах становится недостаточной для выработки пара высоких давлений, но этот остаточный энергетический потенциал вполне пригоден для реализации в ACT для нагрева сетевой воды.

В районах Кавказа, Сибири и Дальнего Востока успешно используют геотермальные воды для теплоснабжения населенных мест и парникового хозяйства. С 1967 г. работает на дешевой энергии подземных источников Камчатки Паужетская геотермальная электростанция. На опытно-промышленных геотермальных электрических станциях (ГеоТЭС) используется вода гейзеров с температурой от 40 до 200°С и выше. Вода преобразуется в пароводяную смесь или пар с перегревом до 200°С.

Другим перспективным естественным источником тепла является лучистая энергия Солнца. Потенциальные мировые энергетические ресурсы солнечного излучения вследствие его постоянной возобновляемости безграничны. По оценке специалистов годовые запасы возобновляемой энергии солнечного излучения составляют около 52% от всех используемых возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Экспериментальные гелиоустановки на юге Средней Азии и в других районах страны показали возможность применения лучистой энергии Солнца для теплоснабжения коммунально-бытовых потребителей и промышленных предприятий. Особенно заметны преимущества гелиоустановок в летний период, когда в различных санаториях, домах отдыха, пионерских и спортивных лагерях на горячее водоснабжение расходуется огромное количество топлива, сжигаемого в мелких временных котельных. Использование для этих и других целей солнечной энергии поможет ослабить напряженность топливно-энергетического баланса страны за счет уменьшения в нем доли органических топлив. Но промышленное освоение солнечной энергии сдерживается рядом эксплуатационных трудностей. Одна из них состоит в сложности обеспечения автоматического изменения углов наклона отражателей, сфокусированных на паровые котлы, или лучевоспринимающих панелей в различные периоды солнцестояния. Большие затруднения вызывает проблема аккумулирования энергии для обеспечения работы электрической станции в ночное время и в пасмурные дни.

В районах страны дорогим привозным топливом, где сооружение котельных нецелесообразно, допускается электрическое теплоснабжение зданий. Электрическое отопление и горячее водоснабжение отвечает основным тенденциям современного технического прогресса, так как позволяет осуществить идею единого энергетического ввода в здание, при котором с наибольшей точностью может быть достигнуто автоматическое регулирование заданных режимов потребления энергии. Однако повсеместное применение электрического обогрева помещений неэкономично ввиду перерасхода топлива на выработку электроэнергии.