Назначение и классификация систем отопления зданий

В помещениях с постоянным или длительным пребыванием людей и в помещениях, где по условиям производства требуется поддержание положительных температур в холодный период года, устраивается система отопления.

Отоплением называется искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь для поддержания в них температуры на заданном уровне, определяемом условиями теплового комфорта для находящихся в них людей и требованиями протекающего технологического процесса. Известно три вида отопления: водяное, паровое и воздушное.

Системы отопления включают три основных элемента: источник теплоты (генератор тепла), теплопроводы (каналы или трубопроводы) и отопительные (нагревательные) приборы.

В генераторе тепла происходит сжатие тепла, а выделяемое при этом тепло передается теплоносителю, т.е. среде, переносящей тепло от генератора к нагревательным приборам. Нагревательные приборы передают полученное от генератора тепло воздуху помещений. По теплопроводам теплоноситель перемещается от генератора тепла к нагревательным приборам.

Система отопления является одной из строительно-технологических установок здания, которая должна отвечать следующим основным требованиям:

1) санитарно-гигиеническим – обеспечивать необходимые внутренние температуры, регламентируемые соответствующими СНиП, без ухудшения состояния воздушной среды;

2) экономическим – обеспечивать наименьшие приведенные затраты при уменьшении расхода металла;

3) строительным – предусматривать размещение отопительных элементов в уровне с архитектурно-планировочным и конструктивным решениями здания без нарушения прочности основных конструкций при монтаже и ремонте систем отопления.

4) монтажным – предусматривать возможность монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров и ограничением применения узлов и деталей индивидуального изготовления;

5) эксплуатационным – характеризоваться простотой и удобством управления и ремонта, бесшумностью и безопасностью действия;

6) эстетическим – хорошо гармонировать с внутренней отделкой помещения и не занимать излишних площадей.

В практике строительства нашли применение разнообразные системы отопления, в основе выбора которых лежит использование тех или иных особенностей систем.

Системы отопления классифицируют по следующим основным признакам (рисунок 5): по виду использованного теплоносителя; по способу перемещения теплоносителя; по месту расположения источника теплоты.

По виду использованного теплоносителя системы отопления делятся на водяные, паровые, воздушные, огневоздушные.

По способу перемещения теплоносителя системы отопления делятся на системы с естественным (гравитационным) побуждением движения теплоносителя и системы с принудительным побуждением.

По месту расположения источника теплоты системы отопления разделяют на центральные и местные.

Водяные системы отопления	С принудительным побуждением	Центральные Местные	Двухтрубные Однотрубные
С естественным побуждением	Местные
Паровые системы отопления	Низкого давления Высокого давления	С самотечным возвратом конденсата С конденсационным баком и питательным насосом
Печное отопление	С нетеплоемкими печами С теплоемкими печами
Воздушное отопление	Совмещенное с вентиляцией (прямоточное) Рециркуляционное
Электрическое отопление	С промежуточными теплоносителями (вода, пар, воздух) С непосредственным обогревом помещения

Рисунок - 5 Классификация систем отопления

В местной системе отопления генератор тепла, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве. Примером местного отопления может служить комнатная печь. В ней генератором тепла является топливник, в котором происходит сгорание топлива, теплопроводом служат дымообороты, прогревающие стенки печи и отводящие продукты сгорания из топки, а воздух помещений нагревается при его непосредственном соприкосновении с горячими поверхностями стенок печи. К местным системам отопления относятся также газовое отопление (при сжигании газа в нагревательных приборах, находящихся в отапливаемом помещении) и электрическое, если электрическая энергия переходит в тепловую непосредственно в самих нагревательных приборах. Радиус действия местных систем отопления невелик и ограничивается одной или двумя-тремя смежными комнатами.

Центральными системами отопления называются системы, в которых генератор тепла (например, котел) находится вне отапливаемых помещений, а теплоноситель к местам потребления подается по трубопроводам.

В центральных системах отопления одним генератором тепла, состоящим из одного котла или группы котлов, могут отапливаться не только отдельное здание, но и группы зданий. Система отопления, которая обслуживает целую группу зданий от одной котельной, называется районной.

В зависимости от вида теплоносителя центральные системы отопления подразделяются на системы водяного, парового, воздушного и комбинированного отопления.

Если в системе водяного отопления циркуляция воды в трубопроводах и нагревательных приборах происходит под действием разности объемных весов охлажденной и нагретой воды, то она называется системой с естественной циркуляцией.

В системах большой протяженности применять естественную циркуляцию воды экономически нецелесообразно, так как это привело бы к необходимости установки труб слишком больших диаметров. Поэтому в этих случаях устраивают системы водяного отопления с искусственной циркуляцией воды при помощи насосов (или насосные). Эти системы отопления в качестве теплоносителя могут использовать воду с температурой до 100⁰ С или высокотемпературную воду (с температурой более 100⁰ С).

В системах парового отопления пар из котла по трубопроводам поступает в нагревательные приборы, где конденсируется и, выделяя скрытую теплоту парообразования, нагревает эти приборы. Конденсат же возвращается в котел и вновь превращается в пар.

Системы парового отопления различаются по величине первоначального давления и бывают вакуум-паровыми (с давлением пара до 1 кгс/см²), низкого давления (от 1,0 до 1,7 кгс/см²) и высокого давления (более 1,7 кгс/см²). В системах парового отопления пар перемещается под действием разности давлений на выходе из котла и перед нагревательным прибором.

Система воздушного отопления в зависимости от вида первичного теплоносителя подразделяются на водовоздушные, паровоздушные, огневоздушные, электровоздушные и газовоздушные. По способу передвижения воздуха воздушные системы могут быть с естественным и механическим побуждением. Во втором случае используются вентиляторы.

Комбинированной системой отопления называют систему, в которой применены либо два различных теплоносителя, либо один теплоноситель, но с разными параметрами. К ней относятся пароводяные, водоводяные и все воздушные системы отопления.

Системы водяного и парового отопления различаются также по способу разводки магистральных трубопроводов (с верхней, нижней и средней разводкой), по способу присоединения нагревательных приборов к стоякам (двухтрубные и однотрубные), по способу теплоотдачи нагревательных приборов (конвекционные и лучистые) и по типу применяемых нагревательных приборов (радиаторные, конвекторные, панельные, из гладких труб и др.).

Требования, предъявляемые к теплоносителям систем отопления. Основные требования, предъявляемые к теплоносителям, это способность аккумулировать тепло, подвижность и незначительное потребление электроэнергии на их перемещение. Применяемые в качестве теплоносителя горячая вода, пар и воздух наиболее близко соответствует этим требованиям.

К тому же температура теплоносителя (при воздействии ее на нагревательные приборы) не должна ухудшать гигиенические условия воздуха помещения.

Вода, пар и воздух обладают различными физическими свойствами. Вода характеризуется большой теплоемкостью, значительным объемным весом и большой подвижностью, что дает возможность передавать на большие расстояния значительное количество тепла при сравнительно небольшом объеме воды. При использовании в качестве теплоносителя горячей воды температуры поверхности нагревательных приборов (а следовательно, и их теплоотдачу) можно регулировать из одного общего центра (например, котельной), что позволяет экономней расходовать топливо.

Таблица 2 - Свойства водяного пара

Давление в кгс/см2	Темпера тура в С0	Объем 1 кг пара в м3	Вес 1 м3 пара в кг	Теплота испарения 1 кг пара в ккал	Полное теплосодержа ние 1 кг пара в ккал
	99,1	1,722	0,5807	539,7	639,3
1,2	104,2	1,4521	0,6887	539,5	641,3
1,6	112,7	1,1096	0,9013	531,2	644,7
	119,6	0,9006	1,1104	526,8	647,2
	132,8	0,6163	1,6224
	142,8	0,4708	2,1239	511,2	655,4
		0,382	2,6177	505,9	658,1

При паровом отоплении большое количество тепла, выделяющегося при конденсации пара, и малый объемный вес последнего позволяют передавать на большие расстояния значительное количество тепла с минимальными затратами электроэнергии на перемещение теплоносителя. Кроме того, при использовании в качестве теплоносителя пара существенно сокращается количество нагревательных приборов, так как температура последних значительно выше, чем при теплоносителе - горячей воде. К недостаткам пара, как теплоносителя, следует отнести невозможность центрального регулирования теплоотдачи нагревательных приборов, высокую температуру на поверхности последних и возможность пригорания на них органической пыли, что ухудшает санитарно-гигиенические условия отапливаемых помещений. Кроме того, потери тепла паропроводами и конденсатопроводами значительно превышают потери тепла трубопроводами водяных систем отопления.

Воздушное отопление с использованием в качестве теплоносителя нагретого воздуха, имеющего сравнительно небольшие температуру (50⁰-70⁰С), теплоемкость и объемный вес, потребляет много электроэнергии на перемещение больших количеств воздуха. К недостаткам его можно отнести также шум, возникающий при работе вентиляторов.

По экономическим соображениям воздушное отопление предпочтительнее водяного и парового, так как не требует установки нагревательных приборов, стоимость которых составляет около 60% стоимости всей системы отопления.