Конспект лекций по отоплению. Классификация систем отопления и требования, предъявляемые к основным видам систем отопления
 Скачать 391.26 Kb.
|
|
Читайте также: Газовая колонка как котел для отопления частного дома 28 гаемого циркуляционного давления, то есть должно соблюдаться условие (5.8). При этом желательно не отступать от величины 10% ни в большую, ни в меньшую стороны. р = руч 0, 9 р р (5.8) Если по произведенному расчету с учетом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше располагаемого давления, то на отдельных участках кольца следует изменить диаметры труб. Невязка в расходуемом давлении между отдельными циркуляционными кольцами допускается в однотрубных системах и двухтрубных системах с попутным движением воды до 15%, а в двухтрубных с тупиковой разводкой до 25% [16] Системы пароводяного отопления. Понятие о системах отопления зданий повышенной этажности Системы пароводяного отопления выполняют по любой схеме водяного отопления, но нагрев циркулирующей в них воды осуществляется паром в теплообменных аппаратах. Такие системы целесообразно применять, когда система централизованного теплоснабжения паровая. Чаще всего применение пароводяных систем характерно для промышленных предприятий. Для жилых зданий пароводяные системы отопления применяются в верхней части высотных зданий. Многоэтажные здания для уменьшения гидростатического давления на приборы нижних этажей здание разделяют по высоте на несколько зон и в каждой зоне устраивают отдельную систему отопления (рис. 5.8). Число зон по высоте здания и высота каждой зоны определяются допустимым гидростатическим давлением отопительных приборов и оборудования теплового пункта. Система каждой зоны гидравлически независима от других зон, а также от давления наружных тепловых сетей. При теплоснабжении от ТЭЦ зональные системы отопления присоединяют по независимой схеме к водоводяным теплообменникам, размещаемым в подвале здания. В зданиях высотой более 160 м в верхней зоне устраивают пароводяное отопление. Теплоноситель пар, отличающийся незначительным гидростатическим давлением, подается на технический этаж верхней зоны в тепловой пункт с пароводяным подогревателем. В нижней зоне таких зданий устраиваются водо-водяные системы отопления. 29 1 водо-водяной теплообменный аппарат; 2 циркуляционный насос; 3 пароводяной теплообменный аппарат; 4 расширительный бак; Т1, Т2 подающая и обратная магистрали водяной системы теплоснабжения; Т7, Т8 подающая и обратная магистрали паровой системы теплоснабжения; Т11, Т12 подающая и обратная магистрали системы отопления зоны А; Т21, Т22 подающая и обратная магистрали системы отопления зоны Б; Т31, Т32 подающая и обратная магистрали системы отопления зоны В. Рисунок.5.8. Принципиальная схема комбинированного отопления многоэтажного здания. В зданиях высотой более 250 м пароводяные системы могут быть в двух верхних зонах и более [12] Системы парового отопления В системах парового отопления используется свойство пара при конденсации выделять скрытую теплоту фазового превращения. При конденсации в нагревательном приборе 1 кг пара помещение получает около 2260 кдж теплоты. По сравнению с системами водяного отопления системы парового отопления имеют следующие преимущества: 1) благодаря малой плотности пара он перемещается с большими скоростями, вследствие чего требуются меньшие диаметры теплопроводов, чем при водяном отоплении, поэтому стоимость теплопроводов в системах парового отопления ниже, чем в системах водяного отопления; 2) больший коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам отопительного прибора (за счет высокой величины скрытой теплоты фазового пре- 30 вращения), благодаря этому и высокой температуре пара площадь поверхности отопительных приборов в системах парового отопления приблизительно на 25-30% меньше, чем и системах водяного отопления; 3) быстрый прогрев помещений и выключение системы из работы; 4) возможность использования систем отопления в зданиях повышенной этажности вследствие малой плотности пара. Однако наряду со всеми перечисленными положительными свойствами, пар имеет ряд существенных недостатков: 1) невозможность регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры теплоносителя, то есть невозможность качественного регулирования; 2) постоянно высокая температура (100 С и более)поверхности теплопроводов и отопительных приборов, что вызывает разложение оседающей органической пыли, а также вынуждает устраивать перерывы в подаче пара; перерывы в подаче пара приводят к колебанию температуры воздуха в помещениях, то есть к понижению уровня теплового комфорта; 3) увеличение бесполезных теплопотерь паропроводами, когда они проложены в необогреваемых помещениях; 4) шум при действии систем, особенно при возобновлении работы после перерыва; 5) сокращение срока службы теплопроводов; при перерывах в подаче пара теплопроводы заполняются воздухом, что усиливает коррозию их внутренней поверхности. Вследствие этих недостатков система парового отопления не допускается к применению в жилых, общественных и административнобытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление может устраиваться в производственных помещениях без выделения пыли и аэрозолей или о выделением негорючей и неядовитой пыли, негорючих и не поддерживающих горение газов и паров, со значительными влаговыделениями, а также для обогрева лестничных клеток, пешеходных переходов, вестибюлей зданий. Классификация систем парового отопления выполняется по нескольким признакам. По величине начального давления пара, подаваемого в систему отопления, различают системы отопления высокого ( р изб > 0,07 МПа), низкого ( р изб 31 По способу возврата конденсата системы парового отопления подразделяют на замкнутые (конденсат благодаря наклону трубопроводов самотеком возвращается из отопительных приборов в котел или в тепловую сеть) и разомкнутые (конденсат поступает сначала в конденсаторный бак, а затем перекачивается насосом в котел или в тепловую сеть). По месту расположения паропроводов и схеме стояков системы парового отопления могут выполняться с верхним, нижним и промежуточным распределением пара при однотрубной и двухтрубной схемах обслуживания отопительных приборов. На рис показана схема замкнутой системы парового отопления низкого давления с промежуточным распределением пара. Пар из котла по главному стояку 1, вследствие разностей давлений в котле и отопительных приборах, поднимается в магистральный паропровод 2 и далее по паровым стоякам 5 подается в отопительный прибор. Здесь пар конденсируется, отдавая в отапливаемое помещение скрытую теплоту парообразования. Образующийся при этом конденсат по конденсатным стоякам 3 и сборному конденсатопроводу 6, прокладываемому с уклоном не менее 0,005 в направлении его движения, самотеком возвращается в котел. Для нормального удаления воздуха из системы диаметр конденсатопровода в рассматриваемой схеме должен быть таким, чтобы стекающий конденсат заполнял не больше половины диаметра трубы. Соблюдение этого условия позволяет воздушному пространству конденсатопровода сообщаться с атмосферой с помощью воздушной трубки 8. Место присоединения воздушной трубки к конденсатопроводу должно быть выше уровня воды в трубе 7, питающей котел конденсатом. При этом условии магистральный конденсатопровод никогда не будет заполняться полностью водой, то есть будет так называемым «сухим» конденсатопроводом. Такой конденсатопровод прокладывают либо под потолком подвала, либо под полом первого этажа. При большой протяженности паропровода в замкнутых системах для уменьшения заглубления котельных конденсатопровод прокладывается ниже уровня воды в котле. Такой конденсатопровод называется «мокрым», так как он полностью заполняется конденсатом. На подводках к отопительному прибору устанавливается тройник с пробкой 4 для проверки наличия пара в конденсационной подводке, которого там быть не должно. 32 Рисунок 5.9. Система парового отопления низкого давления с промежуточным распределением пара Система парового отопления низкого давления с нижним распределением пара отличается от систем с верхним и промежуточным распределением главным образом расположением магистрального паропровода, при котором устраивают специальный гидравлический затвор или устанавливают водоотводчик у дальнего стояка для отвода конденсата из стояков и магистрального паропровода (рис.5.10.) 1 паропровод; 2 гидравлический затвор; 3 конденсатопровод. Рисунок Схема системы осушки пара при нижней разводке паропроводов Рассмотрим узел управления и схему парового отопления высокого давления с верхним распределением пара (рис.5.11.). Пар из котельной по паропроводу 1 поступает в узел управления с давлением р изб = 0,6 МПа. Для системы отопления здания пар может быть использован с давлением не выше 0,3 МПа, поэтому для понижения давления устанавливается редукционный клапан 2 с обводной линией 3. После этого устанавливают предохранительный клапан 4, отрегулированный на давление р изб = 0,3 МПа. Затем пар поступает по паропроводу 5 и отопительным 33 стоякам 6 в нагревательные приборы, после которых по конденсационным стоякам 7 и конденсатопроводу 8 конденсат поступает обратно в котельную. Для предотвращения прорыва пара в конденсатопровод и отвода попутного конденсата устанавливаются конденсатоотводчики 9. Рисунок Система парового отопления высокого давления с верхним распределением пара В отличие от систем водяного отопления гидравлический расчет систем парового отопления предусматривает отдельные расчеты паропроводов и конденсатопроводов, а не расчет общего кольца, как в системах водяного отопления. Однако методы расчета обеих систем аналогичны. Располагаемым давлением на преодоление сопротивлений трения и местных сопротивлений в паропроводе системы отопления является разность давлений пара в котле (или в тепловом пункте после редуктора) и перед вентилем наиболее удаленного от котла (от теплового пункта) прибора. Давление пара в котле р изб для систем парового отопления низкого давления принимают в зависимости от протяженности паропровода, соединяющего котел с наиболее удаленным отопительным прибором Системы воздушного отопления При воздушном отоплении в качестве теплоносителя используют воздух, нагретый до температуры более высокой, чем воздух в помещении. Нагретый воздух подается в помещение и, смешиваясь с внутренним 34 воздухом, отдает ему то количество теплоты, которое необходимо для возмещения теплопотерь помещения. Классификация систем воздушного отопления: по виду первичного теплоносителя, нагревающего воздух: паровоздушные, водовоздушные, газовоздушные; по способу перемещения нагретого воздуха: естественная (воздух перемещается за счет разности плотностей холодного и нагретого воздуха) и с механическим побуждением (воздух перемещается с помощью вентилятора); по месту приготовления нагретого воздуха: централизованные (подача воздуха в несколько помещений производится из одного центра) и децентрализованные (подача воздуха производится местными отопительными и отопительно-вентиляционными агрегатами); по качеству воздуха, подаваемого в помещение: прямоточные (обрабатывают и подают в помещения только наружный воздух), рециркуляционные (перемещают и обрабатывают один и тот же внутренний воздух) и с частичной рециркуляцией (часть обрабатываемого воздуха забирается снаружи, часть изнутри помещения). Теплоотдачу систем воздушного отопления регулируют с учетом теплопотерь помещения: при повышении наружной температуры понижают температуру подаваемого в помещение воздуха, и наоборот. Предельная температура подогретого воздуха не должна превышать 70 С, чтобы не вызывать пригорание органической пыли. Расход воздуха для воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, определяется по формуле 3, 6 Q L п пр =, (5.9) ρ с( tпр tв ) Q n тепловой поток на отопление помещения, Вт; c= 1,2 кдж/(м 3 К) теплоемкость воздуха; t пр температура воздуха, подаваемого в помещение, С; в t температура воздуха в рабочей зоне помещения, С. К основным преимуществам воздушного отопления перед другими способами отопления относятся: 1) возможность совмещения отопления с вентиляцией; 35 2) отсутствие тепловой инерции, то есть тепловой эффект при включении системы в действие достигается немедленно; 3) расход металла меньше в 6-8 раз, а капитальные затраты в 1,5-2 раза (при сосредоточенной подаче воздуха). К недостаткам воздушного отопления относятся: 1) возможность перемещения вредных выделений вместе с движущимся воздухом; 2) шум при работе вентиляторных установок; 3) большой расход электроэнергии. На рисунке представлены принципиальные схемы местной системы воздушного отопления. Чисто отопительная система с полной рециркуляцией теплоносителя воздуха может быть бесканальной (рис. 5.12, а) и канальной (рис. 5.12, б). При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру t в, нагревается первичным теплоносителем в калорифере до температуры t пр и перемещается вентилятором. Наличие вертикального канала для горячего воздуха вызывает естественную циркуляцию внутреннего воздуха через помещение и калорифер. Эти две схемы применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной вентиляции. В качестве нагревательного элемента в данных схемах может применяться тепловентилятор. Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его приточно-вытяжной вентиляцией используют две другие схемы, изображенные на рис. 5.12, в, г. По схеме на рис. 5.12, в с частичной рециркуляцией часть воздуха забирается снаружи, другая часть внутреннего воздуха подмешивается к наружному (осуществляется частичная рециркуляция воздуха). Смешанный воздух догревается в калорифере и подается вентилятором в помещение. Помещение обогревается всем поступающим в него воздухом, а вентилируется только той его частью, которая забирается снаружи. Эта часть воздуха удаляется из помещения в атмосферу (по каналу 7 на рис. 5.12, в). Схема на рис. 5.12, г прямоточная: наружный воздух в количестве, необходимом для вентиляции помещения, дополнительно нагревается для отопления, а после охлаждения до температуры помещения удаляется в таком же количестве в атмосферу. Нагрев и подача воздуха при таких схемах организации воздушного отопления осуществляется отопительновентиляционными агрегатами. 36 Рисунок Принципиальные схемы местной системы воздушного отопления а, б полностью рециркуляционные; в частично рециркуляционная; г прямоточная; 1 отопительный агрегат; 2 рабочая зона; 3 канал нагретого воздуха; 4 теплообменник-калорифер; 5 воздухозабор; 6 рециркулирующий воздух; 7 канал вытяжной вентиляции Центральная система воздушного отопления канальная. Воздух нагревается до необходимой температуры в тепловом центре здания и выпускается в помещения через воздухораспределители. Принципиальная схема центральной системы приведена на рис калорифер; 2 вентиляторный агрегат; 3 каналы для подачи подогретого воздуха; 4 каналы для удаления воздуха из помещения; 5 вытяжная шахта Рисунок Прямоточная система централизованного воздушного отопления Отопительным агрегатом называется комплекс стандартных элементов, собираемых воедино на заводе, имеющий определенную воздушную, тепловую и электрическую мощность. Агрегаты изготовляют 37 для установки непосредственно в отапливаемых помещениях. Они представляют собой компактное, мощное и сравнительно недорогое оборудование. Недостатком агрегатов является шум при действии вентилятора, что ограничивает возможность их применения в рабочее время. Отопительные агрегаты подразделяются на подвесные и напольные. Подвесной отопительный агрегат представлен на рис Корпус, имеющий воздухозаборное отверстие, соединен с воздухонагревателем (калорифером). Внутри корпуса находится вентилятор с электродвигателем. Воздух, забираемый из помещения вентилятором, пропускается через калорифер, нагреваемый высокотемпературной водой, и выпускается снова в помещение в нужном направлении через створки воздухораспределителя вихревого типа. Агрегат снабжен кронштейнами для подвески его в помещении корпус; 2 вентиляторный агрегат; 3 калорифер; 4 воздухораспределитель вихревого типа Рисунок Подвесной воздушнорециркуляционный отопительный агрегат 4 Рециркуляционный воздухонагреватель с естественным движением воздуха это отопительный прибор типа высокого конвектора, обогреваемый теплоносителем водой. По способу отопления помещения, связанному с интенсивной циркуляцией воздуха при сосредоточенном его нагревании, рециркуляционный воздухонагреватель считают прибором местного водовоздушного отопления. Рециркуляционные воздухонагреватели по тепловой мощности занимают промежуточное место между обычными отопительными приборами систем водяного и парового отопления и отопительными агрегатами систем воздушного отопления. Применяют их для отопления отдельных помещений, не имеющих постоянных рабочих мест у наружных ограждений и периодически используемых людьми, в первую очередь для отопления лестничных клеток многоэтажных зданий. В лестничной клетке, отапливаемой рециркуляционным воздухонагревателем, помещенным близ наружной входной двери (рис. 4.15, а), обеспечивается более ровная температура воздуха, чем при водяном отоплении 38 приборами, расположенными на нескольких лестничных площадках. Этому способствует усиленное прогревание наружного воздуха, проникающего через открываемую входную дверь. Рисунок Конструкции рециркуляционных воздухонагревателей а со встроенным каналом, б приставной с каналом из строительных материалов, в приставной металлический, 1 нагреватель, 2 канал горячего воздуха. В общественных и вспомогательных помещениях (в вестибюлях, холлах, торговых залах, складах и т. п.), имеющих значительную площадь при ограниченной высоте и сообщающихся с наружным воздухом, рециркуляционные воздухонагреватели устанавливают при входах (рис. 5.15, б). Они поддерживают равномерную температуру, вовлекая в циркуляцию и нагревая как внутренний, так и холодный наружный воздух, поступающий в помещения. Рециркуляционные воздухонагреватели применяют также для отопления помещений, окруженных по периметру постоянно отапливаемой частью здания и охлаждающихся в основном через покрытия (рис. 5.15, в). К таким помещениям относятся зрительные залы театров, концертные и другие.залы, а также цехи. Достоинствами рециркуляционных воздухонагревателей являются: 1) создание сильного восходящего потока нагретого воздуха, вызывающего интенсивную циркуляцию воздуха с выравниванием температуры по площади и высоте помещения; 2) простота устройства и эксплуатации, надежность действия без специального наблюдения; 39 3) пониженные стоимость (например, для отопления лестничной клетки в 1,5 раза по сравнению с радиаторным отоплением) и расход металла (в том же примере почти в 2 раза) на отопительную установку; 4) количественное саморегулирование, характерное для системы отопления с естественной циркуляцией воды [16]. Еще одним видом воздушно-отопительного агрегата является воздушно-тепловая завеса, которая устраивается для предотвращения попадания холодного наружного воздуха через открытые двери в общественных зданиях и через двери и ворота в промышленных зданиях (рис. 5.16). В воздушно-тепловых завесах воздух подогревается в калориферах и подается в помещение. Воздух забирается из верхней зоны помещения и выходит из щели или отверстия канала, устраиваемого либо вверху дверей или ворот, либо сбоку. В последнем случае завесы бывают одно- или двухсторонние. Скорость выпуска воздуха из щели или отверстия у ворот и технологических проемов не должна превышать 25 м/с, у наружных дверей 8 м/с. а) б) Рисунок Воздушно-тепловая завеса горизонтальная (а) и вертикальная (б) Местное отопление Печное отопление относится к местным системам отопления, при которых получение, перенос и передача теплоты происходят в одном и том же обогреваемом помещении. Теплота генерируется при сгорании топлива в топливнике печи. Горячие дымовые газы нагревают внутреннюю поверхность каналов дымооборотов, теплота через стенки каналов передается в отапливаемое помещение. Охладившиеся дымовые газы удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Топливо сжигается в печи периодически, поэтому теплота поступает в помещение неравномерно, и в нем наблюдается нестационарный тепловой режим. Наибольшая теплоотдача печи приходится на конец топки, |