Классификация систем отопления [1, с.123-128]

1. По взаимному расположению основных элементов СО.

- центральные – предназначены 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 передаётся воздуху отапливаемых помещений, а теплоноситель возвращается в тепловой пункт.

Центральными могут быть системы водяного, парового и воздушного отопления. Примером центральной СО может служить система водяного отопления здания с собственной (местной) котельной.

- местные – такие СО, в которых все три основных элемента конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении.

Примером местной СО может служить отопительная печь (теплогенератор – топливник; теплопроводы – газоходы печи; отопительные приборы – стенки печи). Кроме того, к местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, а также воздушно-отопительными агрегатами.

2. По виду теплоносителя.

- водяные;

- паровые;

- воздушные;

- комбинированные (пороводяные, паровоздушные).

3. По способу циркуляции теплоносителя.

- с естественной циркуляцией – за счёт разности плотностей холодного и горячего теплоносителя;

- с искусственной циркуляцией – за счёт работы насоса.

4. По параметрам теплоносителя.

- водяные низкотемпературные – с водой, нагретой до 100С;

- водяные высокотемпературные – с температурой воды более 100С;

- паровые низкого давления – давление пара р=0,1-0,17 МПа;

- паровые высокого давления - давление пара р=0,17-0,3 МПа;

- вакуум-паровые - давление пара р<0,1 МПа.

В17 устройство и принцип действия водяного отопления

Водяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение. Для уяснения устройства и принципа действия системы водяного отопления рассмотрим схему системы на рис. 6.2.

Вода, нагретая в теплогенераторе (например, котле или другом источнике тепловой энергии) 4 до температуры t_г поступает через теплопровод – главный стояк 5 в подающие магистральные теплопроводы (соединительные трубы между главным стояком и подающими стояками) 6. По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 7 (соединительные трубы между подающими магистралями и подающими подводками к отопительным приборам). Затем по подающим подводкам (соединительным трубам между стояками и отопительными приборами) 8 горячая вода поступает в отопительные приборы 9, через стенки которых теплота передаётся воздуху помещения. Из отопительных приборов охлаждённая вода с температурой t_о по обратным подводкам 10, обратным стоякам 11 и обратным магистральным теплопроводам 12 возвращается в теплогенератор 4, где она снова подогревается до температуры t_г, и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

В системе отопления имеется расширительный бак 1, предназначенный для вмещения прироста объёма воды при её нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу как при заполнении системы водой, так и в период её эксплуатации (в случае открытого расширительного бака). Для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к ним устанавливают регулировочные краны.

Как видно из вышеизложенного, системы водяного отопления включают в себя следующие основные элементы: теплогенератор, главный стояк, магистральные теплопроводы, стояки (ветви), подводки, отопительные приборы, расширительный бак, запорно-регулирующую арматуру.

Системы водяного отопления классифицируют по следующим признакам:

- по способу создания циркуляции – с естественной циркуляцией (гравитационные) и с искусственной циркуляцией (насосные);

- по схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь – двухтрубные (отопительные приборы присоединены по теплоносителю параллельно) и однотрубные (приборы присоединены по теплоносителю последовательно);

- по направлению объединения отопительных приборов – вертикальные (приборы, расположенные на разных этажах последовательно присоединяются к общему вертикальному теплопроводу-стояку) и горизонтальные (к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже);

- по месту расположения подающих и обратных магистралей – с верхним расположением подающих магистралей (верхняя разводка) (подающие - по чердаку или под потолком верхнего этажа, обратные – по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах) и с нижним расположением обеих магистралей (нижняя разводка) (по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах);

- по направлению движения воды в подающих и обратных магистралях – тупиковые (горячая и охлаждённая вода в магистралях движется в противоположных направлениях) и с попутным движением

В18 Требования предъявляемые к нагревательным приборам

1 — санитарно-гигиенические — относительно пони­женная температура поверхности; ограничение площади

Расход теплоносителя — насыщенного пара, при кото­ром теплота в отопительном приборе выделяется при фазо­вом превращении (конденсация пара со свободным отводом конденсата из прибора), определяют по формуле горизонтальной поверхности приборов для уменьшения отложения пыли; доступность и удобство очистки от пыли поверхности приборов и пространства вокруг них;

2 — экономические — Ьтносительно пониженная стои­мость прибора; экономный расход металла на прибор, обеспечивающий повышение теплового напряжения ме­талла. Показатель теплового напряжения металла прибора М, Вт/(кг-°С), определяется по отношению теплового потока Qnp при Д/=1 °С к массе металла прибора GM:

Где Дt — разность температуры теплоносителя и окружающего воздуха.

Очевидно, что чем больше показатель М, тем более эко­номным будет прибор по расходу металла. Увеличение этого показателя связано с уменьшением мгмхбГметй^ла, израсхо­дованного на изготовление прибора, без уменьшения его теплового потока. При оценке расхода металла на прибор учитывают также сравнительные технико-экономические показатели используемого вида металла (чугуна, стали, алюминия и т. д.). Значения показателя М находятся в настоящее время в пределах от 0,2 для чугунных приборов до 1,6 Вт/(кг-°С) для одиночной обетонированной стальной трубы.

3 — архитектурно-строительные — соответствие внеш­него вида приборов интерьеру помещений, сокращение площади помещений, занимаемой приборами. Приборы должны быть достаточно компактными, т. е. их строитель­ные глубина и длина, приходящиеся на единицу теплового потока, должны быть наименьшими;

4 — производственно-монтажные — механизация изго­товления и монтажа приборов для повышения производи­тельности труда; достаточная механическая прочность приборов;

5 — эксплуатационные — управляемость теплоотдачи приборов, зависящая от их тепловой инерции; температуро - устойчивость и водонепроницаемость стенок при предельно допустимом в рабочих условиях (рабочем)гидростатическом давлении внутри приборов.

К отопительным приборам предъявляется также в важ­Ное для нихтеплотехническое требование передачи от Тепло носителя в помещения через единицу площади наи­большего теплового потока при прочих равных условиях (расход и температура теплоносителя, температура возду­ха, место установки и т. д.).

Для выполнения этого требования прибор должен обла­дать повышенным значением коэффициента теплопередачи k Пр (см. § 4.5) по сравнению с каким-то значением /гпр. Значение kap одного из типов секционных радиаторов усло­вились принять за эталон (за эталон принят /гпр ранее выпу­скавшегося чугунного секционного раиатора типа Н-136).

Всем перечисленным требованиям одновременно удов­летворить невозможно и этим объясняется рыночное разно­образие типов отопительных приборов. При этом каждый их тип в наибольшей степени отвечает какой-либо группе требований, уступая другому в отношении прочих требо­ваний. Например, отопительные приборы для лечебных учреждений соответствуют повышенным санитарно-гигие­ническим требованиям за счет ухудшения других показа­телей

В19 виды нагрев приборов и их техник-эконом показатели Радиаторы чугунные. Промышленность выпускает секционные и блочные чугунные радиаторы. Секционные радиаторы собирают из отдельных секций, блочные – из блоков в две-четыре секции. Секции радиаторов, в зависимости от числа вертикальных каналов, подразделяются на одно-, двух- и многоканальные. Наибольшее распространение получили двухканальные секции (лучше отвечают санитарно-гигиеническим требованиям).

Отдельные блоки или секции соединяют между собой посредством ниппелей из ковкого чугуна, имеющих наружную правую и левую резьбу и два выступа внутри для ключа. Ниппели ввёртывают одновременно вверху и внизу в две секции или в два блока

Наиболее распространены чугунные радиаторы МС-140, МС-90, М-90 с двумя колоннами по глубине (рис. 5.2).

По монтажной высоте радиаторы подразделяют на высокие – 1000 мм, средние – 500 мм, низкие – 300 мм. Наиболее широко применяют средние радиаторы. Каждый радиатор имеет четыре чугунные пробки, ввёрнутые в ниппельные отверстия крайних секций; две из них – сквозные, с внутренней резьбой 15-20 мм – служат для присоединения приборов к трубопроводам.

Производство чугунных радиаторов требует большого расхода металла, приводит к загрязнению окружающей среды, они трудоёмки в изготовлении и монтаже. Поэтому, несмотря на их достоинства (коррозионностойкость, отлаженность технологии изготовления и др.) их производство сокращается.

Радиаторы стальные. Промышленностью выпускаются однорядные и двухрядные стальные панельные радиаторы: штампованные колончатые типа РСВ1 и штампованные змеевиковые типа РСГ2.

Стальные радиаторы типа РСВ1 и РСГ2 по сравнению с литыми чугунными имеют примерно вдвое меньшую массу, на 25-30% дешевле, на транспортирование и монтаж требуются меньшие затраты. Благодаря малой строительной глубине их удобно устанавливать открыто под окнами и у стены.

Область применения стальных радиаторов-панелей ограничена системами отопления, использующими обработанную теплофикационную воду, корродирующее действие которой незначительно.

Ребристые трубы. Ребристые трубы изготавливают чугунными длиной 0,5; 0,75; 1; 1,5 и 2 м с круглыми рёбрами и поверхностью нагрева 1; 1,5; 2; 3 и 4 м² (рис. 5.4). На концах трубы предусмотрены фланцы для присоединения их к фланцам трубопроводов системы отопления.

Оребрённость прибора увеличивает теплоотдающую поверхность, но затрудняет очистку его от пыли и понижает коэффициент теплопередачи. Ребристые трубы в помещениях с продолжительным пребыванием людей не устанавливают.

Конвекторы. В последние годы стали широко применяться конвекторы – отопительные приборы, передающие теплоту в основном конвективным путём.

Конвектор «Аккорд» (рис. 5.5) – предназначен для систем отопления жилых, общественных и производственных зданий с температурой теплоносителя до 150С и давлением до 1 МПа. Состоит из двух электросварных труб диаметром 20 мм и П-образных пластин оребрения, изготовляемых из листовой стали толщиной 0,8 мм. Поверхность конвекторов покрывается эмалью ПФ-115.

Выпускается восемь типоразмеров конвекторов (проходных и концевых) в однорядном исполнении с площадью поверхности 0,98-3,26 м² и восемь типоразмеров конвекторов (концевых) в двухрядном по высоте исполнении с площадью поверхности нагрева 1,95-6,50 м². Высота конвекторов 300 мм (однорядного) и 645 мм (двухрядного).

Конвектор «Север» по конструкции аналогичен конвектору «Аккорд», но П-образные пластины штампуются из дюралюминиевой ленты или листа толщиной 1 мм. Выпускается 18 типоразмеров конвекторов «Север» (проходных и концевых).

Отопительные приборы системы центрального отопления размещают у наружных стен (рис. 5.6), преимущественно под окнами, так как в результате уменьшаются холодные токи воздуха вблизи окон. С целью минимального выступа приборов в помещение в стене часто делают ниши глубиной до 130 мм. При такой глубине коэффициент теплопередачи прибора принимают такой же, как и для прибора, установленного без ниши.

Тип отопительного прибора выбирают в соответствии с характером и назначением данного здания и помещения. При повышенных санитарно-гигиенических требованиях рекомендуются приборы с гладкой поверхностью, лучше всего панельные, совмещённые со строительными конструкциями; при нормальных санитарно-гигиенических требованиях можно применять приборы с гладкой и с ребристой поверхностью, причём следует выбирать не более одного-двух типов приборов для всего здания; при пониженных санитарно-гигиенических требованиях в помещениях, предназначенных для кратковременного пребывания людей, используются приборы любого вида, предпочтение следует отдавать приборам с высокими технико-экономическими показателями.

В20 определение необходимой поверхности нагреват-х приборов

Площадь поверхности отопительных приборов измеряют в настоящее время только в. Для расчетапрежде всего необходимо определить величину теп­лового потока отопительного прибора, обусловленного егоповерхностной плотностью, т. е. значением теплового потока , передаваемого от теплоносителя в окружа­ющую среду через 1площади поверхности прибора.

Как следует из основного уравнения теплопередачи (2.55), плотность теплового потока приборов, являясь произведением коэффициента теплопередачи на температурный напор, зависит от тех же факторов, что и ко­эффициент теплопередачи. Поэтому на практике для уп­рощения расчетов определяют с учетом всех факторов сразу плотность теплового потока отопительного при­бора . Для этого используют так называемую номи­нальную плотность теплового потока.

испытаниях).

где температура входящей сверху в прибор воды ; выхо­дящей снизу; температура воздуха в помещении.

Значение номинальной плотности теплового потока, Вт/м², основных типов отопительных приборов см. в табл. 8.1. Как видно из этой таблицы, величины панельных радиаторов в 1,5—2 раза выше, чемконвекторов, что отражает теплотехнические преиму­щества первых.

Располагая величиной , можно определитьрас­четную плотность теплового потока отопительного при­бора , Вт/м², для условий работы, отличных от стандартных, по формулам:

а) для теплоносителя — воды

Где – номинальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях работы, Вт/м2,– температурный напор, равный разности полусуммы температур теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора и температуры воздуха помещения,– действительный расход воды в отопительном приборе, кг/с,; ,p —экспериментальные значения показате­лей степени, приведены в табл. 8.1; — коэффициент, учитывающий схему присоединения отопительного прибора и изменения показате­ля степениp в различных диапазонах расхода теплоносителя (при­нимают по табл. 8.1).

б) для теплоносителя — пара

где – номинальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях работы, Вт/м2;– температурный напор, равный разности температуры насыщенного пара и температуры воз­духа помещения (),.

Если известна поверхностная плотность теплового потока отопительного прибора , Вт/м², то тепловой поток прибора , Вт, пропорциональный площади его нагревательной поверхности, составит:

Отсюда, расчетная площадь , м², отопительного при­бора независимо от вида теплоносителя

При учете дополнительных факторов, влияющих на теп­лоотдачу приборов, формула примет вид:

где — теплоотдача отопительного прибора в отапливаемое поме­щение, определяется по формуле:

В21циркуляциоонное давление в системах водяного отопления

Если давление в системе невысокое, то она не может нормально работать. Гидростатическое давление дает возможность преодолевать помехи, возникающие на пути воды. К таким помехам можно отнести:

• сопротивления, вызываемые трением теплоносителя о стенки труб;

• местные сопротивления в отводах, тройниках, кранах, отопительных приборах и водогрейных котлах.

Величина помехи из-за трения о стенки труб зависит от скорости воды, диаметра и длины труб. Чем длиннее трубопровод, тем большим будет сопротивление.

Величина местного сопротивления в главных узлах отопительной системы напрямую зависит от скорости воды, изменения диаметра труб и количества воды в отводах, тройниках, вентилях и крестовинах, а также от изменения направления движения воды.

По принципу циркуляции теплоносителя водяные отопительные системы можно разделить на 2 группы:

– с естественной циркуляцией;

– с принудительной циркуляцией.

В системах второй группы движение теплоносителя возникает после начала работы циркуляционного насоса.