Виды систем центрального отопления и принципы их действия

ВВЕДЕНИЕ

Проживая в умеренных широтах, где основная часть года холодная, необходимо обеспечить теплоснабжение зданий: жилых домов, офисов и других помещений. Теплоснабжение обеспечивает комфортное проживание, если это квартира или дом, продуктивную работу, если это офис или склад.

Сначала разберёмся, что же понимают под термином «Теплоснабжение». Теплоснабжение — это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном – снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение – снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.

Системы теплоснабжения отличаются различными температурами и давлением воды. Это зависит от требований потребителей и экономических соображений. При увеличении расстояния, на которое необходимо «передать» тепло, увеличиваются экономические затраты. В настоящее время расстояние передачи тепла измеряется десятками километров. Системы теплоснабжения делятся по объёму тепловых нагрузок. Системы отопления относят к сезонным, а системы горячего водоснабжения – к постоянным.

Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России

Отопительные приборы являются элементом системы отопления, предназначенным для передачи теплоты от теплоносителя воздуху ограждающим конструкциям обслуживаемого помещения.

К отопительным приборам обычно выдвигается ряд требований, на основании которых можно судить о степени их совершенства и производить сравнения.

· Санитарно-гигиенические. Отопительные приборы по возможности должны обладать более низкой температурой корпуса, иметь наименьшую площадь горизонтальной поверхности для уменьшения отложений пыли, позволять беспрепятственно удалять пыль с корпуса и ограждающих поверхностей помещения вокруг них.

· Экономические. Отопительные приборы должны иметь наименьшие приведённые затраты на их изготовление, монтаж, эксплуатацию, а также обладать наименьшим расходом металла.

· Архитектурно-строительные. Внешний вид отопительного прибора должен соответствовать интерьеру помещения, а занимаемый ими объём должен быть наименьшим, т.е. их объём, приходящийся на единицу теплового потока, должен быть наименьшим.

· Производственно-монтажные. Должна обеспечиваться максимальная механизация работ при производстве и монтаже отопительных приборов. Отопительных приборов. Отопительные приборы должны обладать достаточной механической прочностью.

· Эксплуатационные. Отопительные приборы должны обеспечить управляемость их теплоотдачей и обеспечивать теплоустойчивость и водонепроницаемость при предельно допустимом в рабочих условиях гидростатическом давлении внутри прибора.

· Теплотехнические. Отопительные приборы должны обеспечивать наибольшую плотность удельного теплового потока, приходящегося на единицу площади (Вт/м).

Системы водяного отопления

Самое распространенное в России отопление – водяное. В этом случае тепло передается в помещения горячей водой, содержащейся в приборах отопления. Наиболее привычный способ - водяное отопление с естественной циркуляцией воды. Принцип прост: вода перемещается из-за разницы температур и плотности. Более легкая горячая вода поднимается от отопительного котла вверх. Постепенно остывая в трубопроводе и отопительных приборах, тяжелеет и стремится вниз, обратно к котлу. Основное преимущество такой системы – независимость от электроснабжения и достаточно простой монтаж. Многие российские умельцы справляются с ее установкой самостоятельно. Кроме того, небольшое циркуляционное давление делает ее безопасной. Но для работы системы требуются трубы увеличенного диаметра. При этом пониженная теплоотдача, ограниченный радиус действия и большое количество времени, требуемое на запуск, делает ее несовершенной и подходящей только для небольших домов.

Более современны и надежны схемы отопления с принудительной циркуляцией. Здесь вода приводится в движение за счет работы циркуляционного насоса. Он устанавливается на трубопроводе, подводящем воду к теплогенератору, и задает скорость потоку.

Быстрый запуск системы и, как следствие, быстрый прогрев помещений - достоинство насосной системы. К недостаткам относится то, что при отключении электропитания она не работает. А это может привести к замораживанию и разгерметизации системы. Сердце системы водяного отопления - источник теплоснабжения, теплогенератор. Именно он создает энергию, обеспечивающую тепло. Такое сердце - котлы на разных видах топлива. Наиболее популярны газовые котлы. Другой вариант - котел на дизельном топливе. Электрические котлы выгодно отличаются отсутствием открытого пламени и продуктов горения. Твердотопливные котлы не удобны в эксплуатации из-за необходимости частой топки. Для этого надо иметь десятки кубометров топлива, площади для его хранения. А добавьте сюда трудозатраты на загрузку и заготовку! Кроме того, режим теплоотдачи твердотопливного котла цикличен, и температура воздуха в отапливаемых помещениях заметно колеблется в течение суток. Место для хранения запасов топлива также необходимо и для котлов на жидком топливе.

Алюминиевые, биметаллические и стальные радиаторы

Прежде чем выбрать какой-либо отопительный прибор, необходимо обратить внимание на те показатели, которым данным прибор должен соответствовать: высокая теплоотдача, небольшой вес, современный дизайн, малая емкость, небольшой вес. Самая главная характеристика отопительного прибора - теплоотдача, то есть то количество тепла, которое должно быть в 1 час на 1 кв.метр поверхности нагрева. Лучшим считается прибор, у которого выше данный показатель. Теплоотдача зависит от многих факторов: теплопередающей среды, конструкции прибора отопления, способа установки, цвета окраски, скорости движения воды, скорости омывания прибора воздухом. Все приборы системы водяного отопления по конструкции подразделяются на панельные, секционные, конвекторы и колончатые алюминиевые радиаторы или стальные.

Панельные приборы отопления

Производятся из холоднокатаной высокачественной стали. Они состоят из одной, двух или трех плоских панелей, внутри которых находится теплоноситель, также у них есть ребристые поверхности, которые нагреваются от панелей. Нагрев помещения происходит быстрее, чем при использовании секционных радиаторов. Вышеуказанные панельные радиаторы водяного отопления бывают с боковым или нижним подключением. Боковое подключение применяется в случаи замены старого радиатора с боковым подключением или в случае, если немного неэстетичный вид радиатора не мешает интерьеру помещения.

Секционные приборы водяного отопления

Изготавливаются из стали, чугуна или алюминия. Они используют конвективный метод обогрева помещения, то есть они отдают тепло за счет циркуляции воздуха через них. Воздух проходит сквозь конвектор сверху вниз и нагревается от большого количества теплых поверхностей.

Конвекторы

Обеспечивают циркуляционное движение воздуха в помещении, когда теплый воздух поднимается вверх, а холодный воздух наоборот опускается вниз и, проходя сквозь конвектор, обратно нагревается.

Стальной радиатор водяного отопления может быть и секционного, и панельного типа. Сталь чаще всего подвергается коррозии и поэтому данные радиаторы наиболее подходят для закрытых помещений. Производят два типа радиаторов: с горизонтальными каналами и с вертикальными каналами.

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые радиаторы водяного отопления отличаются небольшим весом и обладают хорошей теплоотдачей, эстетичны, но дорого стоят. Часто не выдерживают высокого давления в системе. Их достоинство – они нагревают помещение намного быстрее, чем это делают чугунные радиаторы.

Биметаллические радиаторы

Биметаллические радиаторы водяного отопления состоят из алюминиевого корпуса и стальных труб, по которым движется теплоноситель. Их главное преимущество перед другими радиаторами - прочность. Их рабочее давление достигает до 40 атм., в то время как алюминиевые радиаторы водяного отопления работают при давлении в 16 атм. К сожалению, на данный момент на европейском рынке очень редко можно встретить в продаже данные биметаллические радиаторы водяного отопления.

Чугунные радиаторы колончатого типа – это практически самый распространенный вид радиаторов. Они долговечны и практичны в использовании. Чугунные радиаторы выпускают двухколонными секциями. Данные отопительные приборы могут эксплуатироваться при самом большом рабочем давлении. Их недостаток – это большой вес и несоответствие дизайну помещения. Вышеуказанные радиаторы применяются в системах с плохой подготовкой теплоносителя. Они достаточно недороги по цене.

Газовое отопление

Следующий по частоте применения в России вид отопления загородного дома - газовый. Приспособленные для сжигания газа отопительные приборы в этом случае устанавливаются непосредственно в обогреваемых помещениях.

Газовые печи экономичны и имеют высокие теплотехнические показатели. Отличительная особенность таких печей - равномерность нагрева внешней поверхности. Как дополнительные источники тепла используют газовые камины, которые также придают особый комфорт интерьеру.

Достоинство газового отопления заключается, прежде всего, в относительно низкой стоимости природного газа. Его использование позволяет автоматизировать процесс горения топлива, значительно повышает эффективность отопительного оборудования, снижает затраты на эксплуатацию. Но оно взрывоопасно и недопустимо для самостоятельного изготовления и монтажа.

Воздушное отопление

Системы воздушного отопления различают в зависимости от способа создания циркуляции воздуха: гравитационные и вентиляторные. Гравитационная воздушная система отопления основана на разности плотности воздуха при различных температурах. В процессе прогрева возникает естественная циркуляция воздуха в системе. В вентиляторной системе используется электрический вентилятор, который повышает давление воздуха и распределяет его по воздуховодам и помещениям (принудительная механическая циркуляция).

Воздух нагревается в калориферах, подогревающихся изнутри водой, паром, электричеством или горячими газами. Калорифер размещается либо в отдельной вентиляторной камере (центральная система отопления), либо непосредственно в помещении, которое отапливается (местная система).

Отсутствие замерзающего теплоносителя делает удачным этот вид отопления для домов с непостоянным использованием. Воздушное отопление быстро прогреет дом, а автоматические регуляторы будут поддерживать заданную вами температуру. К недостаткам такого отопления можно отнести разве что опасность распространения движущимся воздухом вредных веществ.

Электрическое отопление

Системы прямого стационарного электроотопления весьма надежны, экологически чисты и безопасны. Электричеством обогревается до 70% малоэтажных домов в странах Скандинавии и Финляндии. Оборудование для электроотопления можно разделить на 4 группы: - настенные электроконвекторы; - потолочные обогреватели; - кабельные и пленочные системы для подогрева пола и потолка; - регулирующие термостаты и программируемые устройства.

Благодаря такому разнообразию легко выбрать подходящий вариант для каждого конкретного помещения. Затраты на оборудование и эксплуатацию электросистем очень низкие. Системы могут автоматически включаться и выключаться для поддержания температуры на заданном уровне. Скажем, понижать ее до минимума на время вашего отсутствия. Эта функция существенно экономит затраты на электроэнергию. Рост цен на различные виды топлива делают электроотопление весьма привлекательным для владельцев частных домов. Минусом систем электроотопления является то, что придется устанавливать дополнительное оборудование для обеспечения дома горячей водой. Кроме того, у нас все еще случаются длительные отключения электроэнергии, и владельцам такой системы следует продумать дополнительный источник отопления - на всякий случай.

Трубопроводы

Трубопроводы для подводки теплоносителя к отопительным приборам могут быть изготовлены из стальных водогазопроводных труб, из медных труб и из полимерных материалов (металлопластиковые трубы, полипропиленовые трубы и трубы из поперечно шитого полипропилена). Магистрали из стальных труб не подходят для скрытой подводки к радиаторам. Все остальные трубы можно «прятать» под отделочными материалами с соблюдением определенных технологий монтажа системы. Еще необходимо отметить, что не допускается монтаж системы отопления из медных труб, если в качестве отопительных приборов выбраны алюминиевые секционные радиаторы.

Котельное оборудование

Как правило, отопление городского жилья обеспечивается от централизованных котельных и городских теплосетей, в то время как отопление загородных домов в основном осуществляется от собственных (автономных) источников тепла и лишь изредка от котельной, работающей на группу зданий.

Рынок котельного оборудования в России достаточно насыщен. Практически все ведущие западные фирмы, производящие котельное оборудование, имеют у нас свои представительства. Российские котлы хотя и широко представлены на рынке, но конкуренции с импортными образцами по потребительским качествам пока не выдерживают. В тоже время практически все западные производители разрабатывают и поставляют на российский рынок котлы, адаптированные к нашим условиям:

· многотопливные котлы;

· газовые котлы, работающие без электричества.

Многотопливные котлы

Практически все фирмы выпускают котлы, работающие на жидком топливе и газе, а некоторые фирмы добавляют опцию твердого топлива. Необходимо заметить, что многотопливные котлы, в силу конструкции горелки достаточно шумные.

ВВЕДЕНИЕ

Виды систем центрального отопления и принципы их действия

Централизованное теплоснабжение состоит из трех взаимосвязанных и последовательно протекающих стадий: подготовки, транспортировки и использования теплоносителя. В соответствии с этими стадиями каждая система состоит из трех основных звеньев: источника теплоты (например, теплоэлектроцентрали или котельной), тепловых сетей(теплопроводов) и потребителей теплоты.

В децентрализованных системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты.

Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух; соответствующие системы называют системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. теплоснабжение центральный отопление

Достоинствами системы парового отопления являются значительно меньшие ее стоимость и расход металла по сравнению с другими системами: при конденсации 1 кг пара освобождается примерно 535 ккал, что в 15—20 раз больше количества тепла, выделяющегося при остывании 1 кг воды в нагревательных приборах, и поэтому паропроводы имеют значительно меньший диаметр, чем трубопроводы системы водяного отопления. В системах парового отопления меньше и поверхность нагревательных приборов. В помещениях, где люди пребывают периодически (производственные и общественные здания), система парового отопления даст возможность производить отопление с перерывами и при этом не возникает опасность замерзания теплоносителя с последующим разрывом трубопроводов.

Недостатками системы парового отопления являются ее низкие гигиенические качества: находящаяся в воздухе пыль пригорает на нагревательных приборах, нагретых до 100°С и более; регулировать теплоотдачу этих приборов невозможно и большую часть отопительного периода система должна работать с перерывами; наличие последних приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в отапливаемых помещениях. Поэтому системы парового отопления устраивают только в тех зданиях, где люди пребывают периодически — в банях, прачечных, душевых павильонах, вокзалах и в клубах.

На системы воздушного отопления расходуется мало металла, и они могут одновременно с обогревом помещения выполнять его вентиляцию. Однако стоимость системы воздушного отопления жилых зданий выше, чем других систем.

Системы водяного отопления имеют большие стоимость и металлоемкость по сравнению с паровым отоплением, но они обладают высокими санитарно-гигиеническими качествами, обеспечивающими им широкое распространение. Их устраивают во всех жилых зданиях высотой более двух этажей, в общественных и большинстве производственных зданий. Централизованное регулирование теплоотдачи приборов в этой системе достигается путем изменения температуры поступающей в них воды.

Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды и конструктивным решениям.

По способу перемещения воды различают системы с естественным и механическим (насосным) побуждением. Системы водяного отопления с естественным побуждением. Принципиальная схема такой системы состоит из котла (генератора тепла), подающего трубопровода, нагревательных приборов, обратного трубопровода и расширительного сосуда, Нагретая в котле вода поступает в нагревательные приборы, отдает в них часть своего тепла на компенсацию потерь тепла через наружные ограждения отапливаемого здания, затем возвращается в котел и далее циркуляция воды повторяется. Ее движение происходит под действием естественного побуждения, возникающего в системе при нагреве воды в котле.

Циркуляционное давление, создавшееся при работе системы, расходуется на преодоление сопротивления движению воды по трубам (от трения воды о стенки труб) и на местные сопротивления (в отводах, кранах, вентилях, нагревательных приборах, котлах, тройниках, крестовинах и т. д.).

Величина этих сопротивлений тем больше, чем выше скорость движения воды в трубах (если скорость увеличится в два раза, то сопротивление — в четыре раза, т. е. в квадратичной зависимости). В системах с естественным побуждением в зданиях небольшой этажности величина действующего давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах; следовательно, диаметры труб должны быть большими. Система может оказаться экономически невыгодной. Поэтому применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м, а величина к должна быть не менее 3 м.

При нагревании воды в системе объем ее увеличивается. Для вмещения этого дополнительного объема воды в системах отопления предусматривается расширительный сосуд 3; в системах с верхней разводкой и естественным побуждением он одновременно служит для удаления из них воздуха, выделяющегося из воды при ее нагреве в котлах.

Системы водяного отопления с насосным побуждением. Система отопления всегда заполнена водой и задачей насосов является создание давления, необходимого только для преодоления сопротивления движению воды. В таких системах одновременно действуют естественное и насосное побуждения; суммарное давление для двухтрубных систем с верхней разводкой, кгс/м2 (Па)

По экономическим соображениям обычно принимают в размере 5—10 кгс/м2 на 1 м (49—98 Па/м).

Достоинствами систем с насосным побуждением является снижение затрат на трубопроводы (их диаметр меньше, чем в системах с естественным побуждением) и возможность от одной котельной снабжать теплом ряд зданий.

Приборы описанной системы, расположенные на разных этажах здания, работают в разных условиях. Давление р2, обеспечивающее циркуляцию воды через прибор второго этажа, примерно в два раза больше, чем давление р1 для прибора нижнего этажа. В то же время суммарное сопротивление кольца трубопровода, проходящего через котел и прибор второго этажа, примерно равно сопротивлению кольца, проходящего через котел и прибор первого этажа. Поэтому первое кольцо будет работать с избыточным давлением, в прибор на втором этаже поступит больше воды, чем нужно по расчету, и соответственно уменьшится количество воды, проходящее через прибор на первом этаже.

В результате в отапливаемом данным прибором помещении второго этажа наступит перегрев, а в помещении первого этажа — недогрев. Для устранения этого явления применяют специальные методы расчета систем отопления, а также пользуются устанавливаемыми на горячей подводке к приборам кранами двойной регулировки. Если прикрыть эти краны у приборов на втором этаже, можно полностью погасить избыточное давление и тем самым отрегулировать расход воды по всем приборам, находящимся на одном стояке. Однако неравномерность распределения воды в системе, возможна и по отдельным стоякам. Объясняется это тем, что длина колец и, следовательно, суммарные их сопротивления в такой системе для всех стояков неодинаковы: наименьшее сопротивление имеет кольцо, проходящее через стояк (ближайший к главному стояку); наибольшее сопротивление имеет самое длинное кольцо, проходящее через стояк.

Распределить воду по отдельным стоякам, можно путем соответствующей регулировки установленных на каждом стояке пробочных (проходных) кранов. Для циркуляции воды устанавливают два насоса — один рабочий, второй — запасной. Вблизи насосов делают обычно закрытую, обводную линию с задвижкой. В случае прекращения подачи электроэнергии и остановки насоса задвижка открывается, и система отопления работает с естественной циркуляцией.

В системе с насосным побуждением расширительный бак присоединяется к системе перед насосами, и поэтому накапливающийся воздух через него не может удаляться. Для удаления воздуха в смонтированных ранее системах концы подающих стояков были продолжены воздушными трубами, на которых установлены вентили (для отключения стояка на ремонт). Воздушная магистраль в месте присоединения к воздухосборнику выполнена в виде петли, препятствующей циркуляции воды через воздушную магистраль. В настоящее время вместо такого решения применяют воздушные краны, ввинченные в верхние пробки радиаторов, установленных на верхнем этаже здания.

Системы отопления с нижней разводкой в эксплуатации более удобны, чем системы с верхней разводкой. Через подающую магистраль не теряется столько тепла и можно своевременно обнаружить и устранить утечку воды из нее. Чем выше помещен нагревательный прибор в системах с нижней разводкой, тем, следовательно, больше давление, имеющееся в кольце. Чем больше длина кольца, тем больше его суммарное сопротивление; поэтому в системе с нижней разводкой избыточные давления у приборов верхних этажей значительно меньше, чем в системах с верхней разводкой и, следовательно, регулировка их проще. В системах с нижней разводкой величина естественного побуждения снижается из-за ого, что вследствие охлаждения в подающих стояках оды возникает тормозящее ее движение сверху вниз, поэтому суммарное давление, действующее в таких системах,

В настоящее время большое распространение получили однотрубные системы, в которых радиаторы обеими подводками присоединяются к одному стояку; такие системы проще монтируются и обеспечивают более равномерный прогрев всех нагревательных приборов. Наиболее распространена однотрубная система с нижней разводкой и вертикальными стояками.

Стояк такой системы состоит из подъемной и опускной частей. Трехходовые краны могут пропускать расчетное количество или часть воды в приборы в последнем случае остальное ее количество проходит, минуя прибор, через замыкающие участки. Соединение подъемной и опускной частей стояка производится прокладываемой под окнами верхнего этажа соединительной трубой. В верхних пробках приборов, находящихся на верхнем этаже, устанавливают воздушные краны, через которые слесарь удаляет из системы воздух во время пуска системы или обильной подпитки ее водой. В однотрубных системах вода последовательно проходит через все приборы, и поэтому они должны быть тщательно отрегулированы. В случае необходимости регулировку теплоотдачи отдельных приборов осуществляют с помощью трехходовых кранов, а расход воды по отдельным стоякам — проходными (пробочными) кранами или установкой в них дросселирующих шайб. Если стояк будет поступать чрезмерно большое количество воды, то первые по ходу движения воды нагревательные приборы стояка отдадут тепла больше, чем это необходимо по расчету.

Как известно, циркуляция воды в системе, помимо давления, создаваемого насосом и естественным побуждением, получается и от дополнительного давления Ар, возникающего в результате охлаждения воды при движении по трубопроводам системы. Наличие этого давления позволило создать системы квартирного водяного отопления, котел которого не заглублен, а его устанавливают обычно на полу кухни. В таких случаях расстояние, следовательно, система работает только за счет дополнительного давления, возникающего в результате охлаждения воды в трубопроводах. Расчет таких систем отличается от расчетов систем отопления здании.

Системы квартирного водяного отопления в настоящее время широко применяют взамен печного отопления в одно- и двухэтажных зданиях в газифицируемых городах: в таких случаях вместо котлов устанавливают автоматические газовые водонагреватели (ЛГВ), обеспечивающие не только отопление, но и горячее водоснабжение.

12 3 4 Следующая ⇒