Рекомендации по выбору систем отопления. 1 страница

При проектировании системы отопления зданий необходимо принимать решения, обеспечивающие равномерное нагревание воздуха помещений, гидравлическую и тепловую устойчивость системы, ее взрывопожарную безопасность и доступность для очистки и ремонта.

При расчетном расходе теплоты зданием 50 кВт и более систему теплоснабжения следует проектировать с автоматическим регулированием теплового потока.

В производственных помещениях, в которых на одного работающего приходится более 50 м² пола, отопление должно обеспечивать расчетную температуру воздуха на постоянных рабочих местах и более низкую температуру (не ниже 10˚С) на непостоянных рабочих местах.

В районах с расчетной температурой наружного воздуха в теплый период года 25˚С и выше (параметры А) можно использовать системы отопления зданий для охлаждения помещений. При этом не допускается переохлаждать воздух у пола помещений (на расстоянии 1м от прибора) более чем на 2 ˚С от нормируемой температуры.

На поверхности приборов, используемых для охлаждения помещений, температура должна быть не менее чем на 1˚С выше температуры точки росы воздуха помещений.

Рекомендации по выбору систем отопления приведены в табл. 3.11.

Здания и помещения	Рекомендуемая система отопления
Жилые, общественные и административно-бытовые	Водяное с радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя для двухтрубных систем 95˚С, для однотрубных - 105˚С. водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами. Воздушное. Местное (квартирное) водяное с радиаторами или конвекторами при температуре теплоносителя 95˚С.
Производственные категорий: А,Б без выделений пыли и аэрозолей А, Б и В с выделением пыли и аэрозолей Г и Д без выделений пыли и аэрозолей Г и Д с повышенными требованиями к чистоте воздуха Г и Д с выделением негорючих пыли и аэрозолей Г и Д с выделением горючих пыли и аэрозолей Г и Д со значительными влаговыделениями	Воздушное, водяное или паровое при температуре теплоносителя: воды 150˚С; пара 130˚С. Воздушное, водяное или паровое при температуре теплоносителя: 110˚С.; в помещениях категорий А и Б; 130˚С. в помещениях категории В. Воздушное. Водяное или паровое с ребристыми трубами, радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя: воды 150˚С; пара 130˚С.Водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами и стояками. Воздушное. Водяное с радиаторами (без оребрения) панелями и гладкими трубами при температуре теплоносителя 150˚С. Водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами. Воздушное. Водяное или паровое с радиаторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя: воды 150˚С; пара 130˚С Водяное со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами. Воздушное. Водяное или паровое с радиаторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя: воды 130˚С; пара 110˚С Водяное со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами. Воздушное. Водяное или паровое с радиаторами и ребристыми трубами при температуре теплоносителя: воды 150˚С; пара 130˚С.

В производственных сооружениях, зданиях и помещениях любого назначения с постоянным или длительным пребыванием (более 2ч) людей,в помещениях во время проведения ремонтно-восстановительных работ, а также в помещениях, в которых постоянная температура необходима по технологическим условиям, следует предусматривать соответствующую систему отопления для поддержания требуемых температур внутреннего воздуха в холодный период года.

При выборе системы отопления, вида и параметров теплоносителя, а также типов нагревательных приборов необходимо учитывать тепловую инерцию ограждающих конструкций, а также характер и назначение зданий и сооружений (СНиП 2.04.05-91)

Системы отопления являются неотъемлемой частью здания поэтому они должны удовлетворять санитарно-гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным и монтажно-эксплуатационным требованиям.

Санитарно-гигиенические требования предусматривают обеспечение заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях, а также поддержание температуры поверхности отопительных приборов, исключающей возможность ожогов и пригорания пыли.

Технико-экономические требования заключаются в том, чтобы расходы на сооружение и эксплуатацию отопительной системы были минимальными.

Архитектурно-строительные требования предусматривают взаимную увязку всех элементов отопительной системы (отопительных приборов, трубопроводов и другого оборудования) со строительными архитектурно-планировочными решениями помещений, обеспечение сохранности строительных конструкций на протяжении всего срока эксплуатации здания.

Монтажно-эксплуатационные требования к системам отопления заключаются в том, что системы отопления должны соответствовать современному уровню механизации и индустриализации заготовительных и монтажных работ, обеспечивать надежность работы в течение всего срока эксплуатаци, быть достаточно простыми в обслуживании.

Системы отопления включают в себя три основных элемента: источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.

Наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении системы водяного и парового отопления, в которых в качестве теплоносителя используют соответственно горячую воду и водяной пар. Однако и эти системы применяют с ограничениями. Их установка не допускается в помещениях, в которых хранятся или применяются карбид кальция, калий, натрий, литий и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных веществ, а также в помещениях, в которых возможно выделение в воздух или осаждение на поверхности строительных конструкций и оборудования веществ, способных к самовоспламенению при соприкосновении с горячими поверхностями нагревательных приборов и трубопроводов (например, паров

сероуглерода). Во всех случаях поверхности нагревательных приборов не должны иметь температуру выше 150ºС. При наличии в помещенияхневзрывоопасной, органической, возгоняемой или неядовитой пыли эта температура не должна превышать 110ºС. Известно, что уже при температуре 80ºС могут происходить возгонка, разложение и пригорание органической пыли, сопровождаемое неприятным запахом гари. Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для систематической очистки. Нагретые поверхности отопительных приборов представляют опасность при наличии в пыли органических веществ, например целлулоида, диэтилового эфира и других легковоспламеняющихся и разделяющихся веществ.

Наиболее безопасным является воздушное отопление, при котором нагревание воздуха производится в калориферах. В таких системах в качестве теплоносителя обычно используют горячую воду или пар. Однако в отдельных случаях для подогрева воздуха допускается применение газа (при условии удаления продуктов горения непосредственно наружу) и электрической энергии.

Для обогрева коттеджей, офисов, мастерских, торговых павильонов, складов, ванных комнат и ряда других помещений в настоящее время стали применять электрокамины, электрокалориферы, подогреваемые полы и другие электрифицированные отопительные приборы отечественного и зарубежного производства.

По виду теплоносителя	По способу перемещения теплоноситетеля	По месту расположения источника теплоты	Примечание

Водяные	С принудительным побуждением	Центральные, местные	Двух- и однотрубные
С естественным побуждением	Местные


Паровые	Низкого давления	-	С самотечным возвратом конденсата
Высокого давления	-	С конденсатным баком и насосом
Воздушные	Совместные с вентиляцией	-	Прямоточные
Рециркуляционные	-	-
Печные (огневоздушные)	С естественным побуждением	Местные печи умеренного прогрева, повышенного прогрева, непрерывного горения, отопительно-варочные	Топливо- торф, дрова
Нетеплоемкие и теплоемкие	Топливо – уголь, газ
Радиационные	То же	Местные лучистые отопители	Топливо - газ
Электрические	С промежуточным теплоносителем (вода, специальная жидкость, воздух)	Местные	-
С непосредственным обогревом помещения	То же	-

Системы воздушного отопления следует предусматривать для помещений, указанных в табл. 3.11.

Воздушное отопление, воздушное душирование (создание требуемых параметров микроклимата в ограниченном объеме, о чем подробно рассмотрено в разделе “вентиляция”) и воздушно-тепловые завесы проектируют для обеспечения допустимых параметров воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах).

В качестве теплоносителя для обогрева помещений используют наружный воздух. Это позволяет в одной системе объединить функции отопления и вентиляции, что приводит к существенной экономии топливно-энергетических ресурсов. Системы воздушного отопления при возможности конструируют с рециркуляцией, когда воздух частично или полностью забирается не снаружи, а из отапливаемого помещения.

Системы воздушного отопления классифицируют по следующим признакам:

по роду теплоносителя – системы с водяными, паровыми, электрическими, газовыми калориферами;

характеру перемещения нагреваемого воздуха – с естественным и механическим побуждением, создаваемым вентилятором;

схеме вентилирования отапливаемых помещений – прямоточные (рис.3.21, а), с частичной (рис.3.21, б) и полной (рис.3.21, в) рециркуляцией;

месту нагревания воздуха – местные (нагревание воздуха местными отопительными агрегатами) и центральные (нагревание воздуха в общем центральном агрегате с последующей транспортировкой его по отапливаемым помещениям).

Расход воздуха Lв, м³/ч, для воздушного отопления, не совмещенного с вентиляцией, определяют по формуле:

где Qпр - тепловой поток для отопления помещения, Вт;

с - теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/(м³ºС);

tпр. - температура приточного воздуха, подаваемого в помещение, ºС;

Температуру приточного воздуха, подаваемого в помещение аппара-

тами воздушного отопления и предварительно нагреваемого в воздухонагревателе, определяют по формуле:

∆ t - изменение температуры воздуха в воздухонагревателе, ºС;

ρ - полное давление воздуха после вентилятора. Па.

При проектировании воздушного отопления для надежности его рабо-

ты нужно предусматривать резервный вентилятор или устанавливать не менее двух отопительных агрегатов

При выходе из строя вентилятора допускается снижение температуры воздуха в помещении ниже нормируемой, но не более чем на 5ºС при обеспечении подачи наружного воздуха.

При нагревании воздуха в приточных и рециркуляционных установках следует принимать температуру теплоносителя не выше 150ºС.

Для нагревания воздуха в системах воздушного отопления применяют калориферы различных конструкций, ими также комплектуют отопительные агрегаты и приточные вентиляционные камеры. В калориферах воздух нагревается за счет энергии теплоносителя (горячая вода, пар, дымовые газы) или электроэнергии.

Отопительные агрегаты используют для нагревания рециркуляционного воздуха. Они состоят их калорифера, вентилятора с электродвигателем и направляющего аппарата, который формирует струю горячего воздуха, подаваемого в отапливаемое помещение. Отопительные агрегаты применяют для воздушного отопления крупных производственных помещений (например, вагоносборочных цехов и т.п.), в которых по санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям в рабочее время допускается рециркуляция воздуха, а также в качестве дежурного отопления в нерабочее время.

Для уменьшения объема проникающего в помещение холодного воздуха при открывании наружных дверей и ворот в холодное время года применяют специальные устройства – воздушные тепловые завесы, которые в остальное время могут использоваться как рециркуляционные установки.

Воздушные тепловые завесы целесообразно применять:

у постоянно открытых проемов в наружных стенах помещений, а также у ворот и проемовв наружных стенах, не имеющих тамбуров и открывающихся более пяти раз или не менее чем на 40 мин в смену в районах с расчетной температурой наружного воздуха -15ºС и ниже;

наружных дверей вестибюлей общественных и административно-бытовых зданий;

наружных дверей, ворот и проемов помещений с мокрым режимом;

наружных дверей зданий, если к вестибюлю примыкают помещения без тамбура, оборудованные системами кондиционирования;

проемов во внутренних стенах и перегородках производственных помещений для предотвращения перетекания воздуха из одного помещения в другое;

ворот, дверей и проемов помещений с кондиционированием воздуха или по специальным технологическим требованиям.

В воздушном и тепловом балансах здания теплоту, подаваемую воздушными завесами периодического действия, не учитывают.

Температуру воздуха, подаваемого воздушными тепловыми завесами, принимают не выше 50ºС у наружных дверей и не выше 70ºС у наружных ворот и проемов

Воздушные тепловые завесы расчитывают с учетом ветрового давления. Расход воздуха определяют, принимая температуру наружного воздуха и скорость ветра при параметрах Б (но скорость не более 5 м/с)

Если скорость ветра при параметрах Б меньше, чем при параметрах А, то воздухонагреватели следует проверять при параметрах А

При расчете систем воздушного отопления за расчетные параметры наружного воздуха принимают параметры Б. Одна из систем в нерабочее время может функционировать как дежурная.

Скорость выпуска воздуха из щелей или отверстий воздушных тепловых завес принимают не более 8м/с у наружных дверей и 25м/с у ворот и технологических проемов.

К достоинствам систем воздушного отопления можно отнести:

снижение первоначальных затрат за счет сокращения расходов на отопительные приборы и трубопроводы;

обеспечение высоких санитарно-гигиенических условий воздушной среды в помещениях благодаря более равномерному распределению температуры воздуха в объеме помещения, предварительному обеспыливанию и увлажнению воздуха.

Недостатками систем воздушного отопления являются: значительные размеры воздуховодов;

большие потери теплоты при движении воздуха по протяженным воздуховодам.

Лучистое отопление – это передача теплоты от более нагретых поверхностей к менее нагретым посредством инфракрасного излучения. Это излучение имеет такие же свойства, как и электромагнитное излучение в любом другом диапазоне: распространяется прямолинейно, не поглощается прозрачным воздухом или вакуумом. Лучистая теплота поглощается частицами пыли или двуокисью углерода, содержащимися в воздухе.

Лучистый обогреватель самой простой конструкции представляет собой две трубы длиной около 5м и диаметром 75мм. Одним концом трубы соединены друг с другом. В одной трубе устанавливается газовая горелка, а в другой – вакуумный вентилятор. Над трубами крепится рефлектор из полированной стали или алюминия. Вся конструкция подвешивается высоко под крышей здания.

Во время работы горелка дает пламя, которое распространяется по длине первой трубы, а вакуумный вентилятор создает тягу для продуктов горения, которые, пройдя по всей длине устройства, выбрасываются наружу через специальный вытяжной дымоход. При этом трубы нагреваются до температуры 150…650ºС и испускают лучистую теплоту. С помощью металлического рефлектора инфракрасное излучение направляется вниз, в зоны пребывания людей.

Устройство горения состоит из двух отделений. Первое – это камера сгорания, в которой находится головка горелки и устройство зажигания, а также пламячувствительные электроды. Во втором отделении расположены системы контроля: регулятор давления газа, клапан перекрывания подачи газа, регулятор горелки и включатель вакуумной системы обеспечения тяги. Под системами контроля расположены два индикатора – лампочки, позволяющие визуально следить снизу за правильностью процесса функционирования всего устройства.

При включении обогревателя автоматически выполняется требуемая последовательность операций. Сначала происходит автоматическая проверка системы обеспечения вакуума. Затем включается и разгоняется до рабочей скорости вентилятор, при этом приходит в рабочее состояние включатель системы обеспечения вакуума. В течение определенного времени труба продувается, благодаря чему удаляются остатки продуктов горения. После этого срабатывает свеча зажигания около головки горелки и открывается клапан подачи газа. Обычно зажигание происходит мгновенно и бесшумно, свеча зажигания отключается, и горелка начинает работать под постоянным контролем электронного детектора пламени и включателя системы обеспечения вакуума. Если в какой-то момент пламя погаснет, то горелка тут же отключится, после чего автоматически бедет осуществлена одна попытка зажигания. Если она не удастся, то вся система выключится. Если в какой-то момент времени произойдет уменьшение или потеря тяги, за чем следит система обеспечения вакуума (обеспечения вакуумной тяги), то обогреватель также сразу выключится.

В настоящее время выпускаются обогреватели мощностью 10…44 кВт с трубами прямолинейными и П-образной формы, обогреватели с индивидуальными вентиляторами и системы обогревателей, использующие один общий вытяжной вентилятор.

При проектировании системы лучистого отопления сначала расчитывают теплопотери здания, а затем определяют число и размеры лучистых обогревателей с учетом высоты их крепления пол потолком и площади обогреваемой поверхности пола. Планировать размещение обогревательных установок нужно так, чтобы пол обогревался равномерно или, наоборот, меньше обогревался в местах складирования продуктов и больше – в зонах пребывания людей. В случае лучистого отопления это легко обеспечить, меняя число обогревателей на единицу площади пола. Обогреватели крепят на высоте 3,6…20м и выше от уровня пола. При установке лучистых обогревателей нужно стараться, чтобы на наружные ограждающие конструкции попадал минимум лучистой теплоты. Обогреватели, подвешиваемые горизонтально у потолка, зарекомендовали себя лучше, чем крепящиеся наклонно на стенах.

Необходимо соблюдать минимальные расстояния от обогревателей до горючих материалов. Для обогревателя мощностью 22 кВт это расстояние обычно равно 1,25м.

Лучистые обогреватели потребляют очень мало электроэнергии. Системы лучистого отопления позволяют избежать характерного для систем воздушного отопления значительного перепада температур у пола помещения и у его потолка. В случае воздушного отопления, т.е. обогрева помещения подогретым воздухом, при температуре у пола около 22ºС температура у потолка может достигать 30ºС и выше, в зависимости от высоты помещения. При этом значительно возрастают теплопотери здания через ограждающие конструкции, а также за счет вентиляционных выбросов значительно нагретого внутреннего воздуха. Например, при наружной температуре 2ºС разница температур между поступающим и выходящим воздухом составляет около 28ºС. Все это приводит к возрастанию энергопотребления данного здания. В случае же использования систем лучистого отопления теплопотери снижаются, так как температура внутреннего воздуха значительно ниже. Особенно эффективно применение систем лучистого отопления в зданиях с очень высокими потолками и незначительной теплоизоляцией ограждающих конструкций, что обычно имеет место в промышленных зданиях.

Определенные преимущества имеет лучистое отопление и по сравнению с центральным паровым. Прежде всего, лучистое отопление более экономично. При центральном паровом отоплении неизбежны многочисленные тепловые потери, чего не наблюдается у систем лучистого отопления, где топливо сжигается непосредственно в месте его утилизации и отсутствуют теплопотери при передаче теплоты на расстояние. Кроме того, системами лучистого отопления легче управлять (регулировать) в случае снижения потребности тепловой нагрузки: достаточно отключить одну или несколько установок. При центральном отоплении регулировать теплоотдачу значительно сложнее.

Обычно при использовании систем лучистого отопления вместо традиционных экономия достигает 25…60%.

Лучистое отопление от инфракрасных нагревателей

Отечественное предприятие ЗАО “Сибшванк” (г.Тюмень) разработало и производит газовые инфракрасные нагреватели. На рис. 5.7 представлена принципиальная схема газового инфракрасного нагревателя.

По трубопроводу 1 к блоку автоматики 2 подводится природный газ. Сгорание газа в камере 3 обеспечивается эжекцией воздуха (показано стрелками), в количестве, обеспечивающем высокую полноту сгорания газа, что контролируется автоматикой блока 2, теплота сгорания газа распределяется в камере 4 и затрачивается на нагрев пористой керамической плитки 5. Через 40-50сек. После зажигания газа керамическая плитка 5 нагревается до рабочей температуры 800-1000ºС. нагретая до такой высокой температуры раскаленная керамическая плитка становится источником теплового инфракрасного излучения.

На рис. 5.8 показан газовый излучатель инфракрасного типа ГИИ, производимый фирмой “Сибшванк” в пяти типоразмерах, технические характеристики которых представлены в табл. 5.1.

В табл. 5.1 помимо технических характеристик, приведены данные о содержании вредных выбросов при коэффициенте избытка воздуха при сжигании газа, равном 1. Выбрасываемые в верхнюю зону вредности подлежат удалению от работы общеобменной вентиляции. При этом концентрация вредностей в выбросном вытяжном воздухе должна быть не выше предельно допустимой в выбросном воздухе (ПДВ).

Расчет и проектирование систем лучистого отопления с использованием газовых инфракрасных излучателей имеет ряд отличий от расчетов и проектирования водяных и паровых систем отопления. Первое отличие заключается в том, что расчет теплопотерь через наружные стены, окна, фонари и перекрытия при применении потолочных лучистых нагревателей должен проводится с учетом значительного изменения температуры воздуха по высоте цеха.

Второе отличие – размеры по площади потока лучистой теплоты на поверхность пола зависят от размеров лучистого нагревателя и его конструкции. Поэтому фирмы-изготовители предлагают обращаться к ним для выполнения расчета системы отопления с газовыми инфракрасными излучателями.

Конструктивные варианты систем электрического отопления в связи с появлением на отечественном рынке зарубежных поставщиков отопительного оборудования стали весьма разнообразны. Заслуживает внимания опыт применения электроэнергии для нагревания пола в помещении.

Подогреваемый пол представляет собой электрическую систему отопления для дома, офиса, мастерской и т.п. Он дает достаточно теплоты при любом типе покрытий, включая плитку, ковер и даже твердую древесину. Системы “теплый пол” можно закладывать, соблюдая требования СНиП 2.04.05-91 на этапе проектирования или устанавливать при ремонте пола. Подогреваемые полы обеспечивают оптимальное распределение температуры по высоте помещения.

Установленная мощность нагревательных секций зависитот обогреваемой площади. Так, при обогреваемой площади 1,5…2,0м2 установленная мощность составляет 0,19кВт; при 4,5…6,0м2 – 0,59кВт; при 8,0…10,0м2 –0,9кВт; при 12,0…16,0м2 – 1,4 кВт; при 18,0…22,0м2 – 2,0кВт; при 28,0…35,0м2 – 3,3кВт.

“Теплый пол” используют в качестве основной системы отопления в отдельно стоящих зданиях, когда нет возможности подключиться к системе центрального отопления, или как дополнительное отопление для получения теплового комфорта в помещениях с холодным покрытием пола (мрамор, кафель и др.).

В индивидуальном жилищном строительстве значительное распространение получили системы отопления с электрическими конвекторами. Конвекторы, устанавливаемые внутри здания под окнами наружных стен помещения, обеспечивают своеобразную завесу теплого воздуха вдоль холодных стен

Расчет количества электрических конвекторов, необходимого для отопления, аналогичен расчету количества конвекторов водяного отопления.

Последним достижением в области систем электрического отопления являются длинноволновые потолочные обогреватели, предназначенные для создания теплового комфорта в любых помещениях. Эти обогреватели на сегодняшний день зарекомендовали себя как наиболее универсальные и экономичные отопительные приборы. Их можно использовать как в качестве основного, так и в качестве дополнительного отопления, причем без больших капитальных затрат, которых требует монтаж традиционных систем отопления. По своим техническим характеристикам длинноволновое отопление не имеет себе равных. Такие обогреватели быстро и эффективно создают и поддерживают микроклимат, затрачивая электроэнергии на 30…60% меньше по сравнению с традиционными системами отопления. Аккумулирование теплоты в здании позволяет системе какое-то время работать на холостом ходу. Применение терморегуляторов обеспечивает максимальную экономию. Функция антизамерзания обеспечивает температуру 5ºС, при этом потребляется минимум энергии. Обогреватели не портят интерьер, они легко крепятся на кронштейнах к потолку, не занимая полезную площадь. Срок их службы – не менее 25 лет.

Для систем отопления и внутреннего теплоснабжения в жилом, гражданском и промышленном строительстве в качестве теплоносителя следует применять, как правило, воду; другие теплоносители допускается использовать при соответствующем технико-экономическом обосновании.

В системах водяного отопления вода последовательно проходит магистральные трубопроводы, подающие стояки, отопительные приборы, обратные стояки и через обратные магистрали возвращается в генераторы (источники) теплоты.

Системы водяного отопления классифицируют:

- по способу циркуляции воды - на системы с естественным и принудительным побуждением;

- по схеме отопительных стояков - на системы двухтрубные (рис.3.3) и однотрубные (рис.3.4);

- по способу прокладки магистральных трубопроводов горячей воды - на системы с верхней разводкой (прокладкой) магистралей (рис.3.5, а, см. также рис.3.4, а) и системы с нижней разводкой (см. рис.3.4, б);

- по конструкции магистральных трубопроводов горячей воды - на тупиковые (см. рис.3.4, а,б) и с попутным движением (см. рис.3.4, в);

- по конструктивному размещению стояков - на системы с вертикальным (см. рис.3.4, а,б ) и горизонтальным (см. рис.3.4, в) расположением стояков;

- по способу присоединения отопительных приборов к стояку - на системы одностороннего (см. рис.3.4, а,б) и двухстороннего присоединения

Системы односторонненго присоединения отопительных приборов к стоякам проще в изготовлении, монтаже и эксплуатации, поэтому им следует отдавать предпочтение.

Однотрубные системы отопления конструктивно могут быть с проточными стояками (см. поз. 15 на рис.3.4, а) и со стояками с замыкающими участками (смешанными 8 или центральными).