Системи водяного опалення

Вступ

Даний конспект лекцій являє собою опорний конспект, в якому фрагментарно викладений тільки теоретичний матеріал у вигляді основних понять і положень. Детальний розгляд поданого матеріалу здійснюється на лекційних заняттях, де безпосередньо наводяться пояснювальні ілюстрації, приклади, коментарі, розрахункові формули і т.д.

Курс лекцій призначений для спеціальності “Енергетичний менеджмент”, а також може бути використаний і для інших інженерних спеціальностей, що вивчають питання виробництва і розподілу основних видів енергії в промислових чи комунально- побутових господарствах. Предмет головним чином спрямований на одержання знань про загальну структуру тих чи інших енергетичних систем з описом їх основних схем (вузлів), устаткування, галузей застосування і т.д. Матеріал викладається в контексті питань, що торкаються проблеми раціонального використання енергоносіїв, як у загальній структурі енергетичних систем, так і на рівні застосовуваного в них устаткування, тобто паралельно вивчаються задачі визначення методів підвищення енергоефективності їх експлуатації.

Виклад лекційного матеріалу припускає, що студенти мають базові знання з фізики, теорії гідравліки і газу, хімії, економіки, що полегшує завдання в повноцінному сприйнятті, розумінні і запам'ятовуванні всього курсу даного предмета.

1 Системи виробництва і розподілу теплової енергії

1.1 Види передачі теплоти. Теплообмінні апарати

Розрізняють два види використання теплоти - енергетичне і технологічне. Енергетичне використання теплоти ґрунтується на процесах, що перетворять теплоту в механічну роботу.

Технологічне використання теплоти ґрунтується на реалізації

теплоти для цілеспрямованої зміни фізико-хімічних властивостей при здійсненні різних технологічних процесів.

Розрізняють три елементарних принципово відмінних один від

одного процеси теплообміну - теплопровідність, конвекцію і теплове випромінювання.

Якщо переміщення часток рідини чи газу обумовлюється

різницею їх густини, то таке переміщення називають природною конвекцією.

Якщо рідина чи газ переміщається за допомогою насоса, вентилятора, ежектора й інших пристроїв, то таке переміщення називають змушеною конвекцією.

Теплообмінними апаратами (теплообмінниками) називаються пристрої, призначені для передачі теплоти від одного теплоносія до іншого. За принципом дії і конструктивним оформленням теплообмінники поділяються на рекуперативні, регенеративні і змішувальні.

Залежно від взаємного напрямку руху теплоносіїв теплообмінники цього типу підрозділяються на протиструминні, прямоструминні і перехресні.

Рекуперативні і регенеративні теплообмінники називають

поверхневими, а змішувальні - контактними.

1.2 Системи опалення. Загальні відомості про опалення

1.2.1 Класифікація систем опалення. Теплоносії

Під тепловим споживанням розуміють використання теплової енергії для різноманітних комунально-побутових і виробничих цілей: опалення, вентиляція, кондиціонування повітря, гаряче водопостачання, технологічні процеси.

Споживачі теплоти за характером їх завантаження в часі діляться на сезонні і цілорічні.

Вимоги до систем опалення:

- санітарно-гігієнічні - забезпечення відповідними будівельними нормами і правилами температур у всіх точках на визначеному рівні;

- економічні - забезпечення мінімуму приведених витрат щодо спорудження й експлуатації, обумовленого техніко-економічним порівнянням варіантів різних систем;

- будівельні -забезпечення ув'язування розміщення

опалювальних елементів з будівельними конструкціями;

- монтажні - забезпечення монтажу індустріальними методами з максимальним використанням уніфікованих вузлів заводського виготовлення при мінімальній кількості типорозмірів;

- експлуатаційні -простота і зручність обслуговування,

керування і ремонту, надійність, безпека і безшумність дії;

- естетичні - гарна сполучуваність із внутрішньою архітектурою окремого приміщення, мінімальна площа, зайнята системою опалення.

Система опалення являє собою комплекс елементів, призначених

для одержання, перенесення і передачі необхідної кількості теплоти в приміщення, що обігріваються. Кожна система опалення містить у собі три основних елементи: теплогенератор, системи теплопроводів і опалювальні прилади.

Класифікацію систем опалення проводять за рядом ознак:

- за взаємним розміщенням основних елементів системи

опалення підрозділяються на центральні і місцеві;

- за видом теплоносія центральні системи опалення підрозділяються на водяні, парові, повітряні і комбіновані;

- за способом циркуляції теплоносія центральні і місцеві системи

водяного і повітряного опалення підрозділяються на системи з природною циркуляцією і системи зі штучною циркуляцією;

- за параметрами теплоносія центральні водяні і парові системи

підрозділяються на водяні низькотемпературні (до 100°С) і

високотемпературні (більше 100°С);

- за тиском, що розвивається, поділяються на: парові системи низького (p=0,1-0,17МПа), високого (p=0,17-0,3МПа) тиску і вакуум-парові з тиском р < 0,1 МПа.

Найбільш широко в системах опалення використовують воду,

водяний пар і повітря.

Властивості води: висока теплоємність і велика густина,

нестисливість, розширення при нагріванні зі зменшенням густини,

підвищення температури кипіння при збільшенні тиску, виділення абсорбованих газів при підвищенні температури і зниженні тиску.

Властивості пари: мала щільність, висока рухомість, висока ентальпія за рахунок прихованої теплоти фазового перетворення, підвищення температури і щільності зі зростанням тиску.

Властивості повітря: низька теплоємність і густина, висока рухомість, зменшення густини при нагріванні.

1.2.2 Техніко-економічне порівняння основних систем опалення

Одним із найважливіших техніко-економічних показників систем опалення є маса металу, що витрачається на виготовлення основних елементів за наявністю того чи іншого теплоносія.

У водяних системах середня температура поверхні опалювальних приладів не перевищує 80 0С. Системи водяного опалення завдяки високим санітарно-гігієнічним якостям, надійності і довговічності набули найбільш широкого застосування. Радіус дії водяних систем по вертикалі обмежений величиною припустимого гідростатичного тиску (0,6-1 МПа).

Парове опалення рекомендується для періодичного і чергового

опалення. Малий гідростатичний тиск у парових системах робить доцільним застосування їх для високих будинків. Галузь застосування парових систем опалення обмежується насамперед невідповідністю їх санітарно-гігієнічним вимогам, зниженими акустичними показниками і недовговічністю.

Повітряне опалення більшою мірою, ніж парове, задовольняє санітарно-гігієнічні вимоги; можливість сполучення опалення і вентиляції; використання повітряного опалення як чергового і періодичного опалення чи для опалення приміщень великого об’єму виробничого призначення. До обмежень у застосуванні повітряного опалення відносять невисоку надійність через можливе порушення розподілу повітря по приміщеннях, а також невеликий радіус дії.

1.3.1 Улаштування і класифікація систем водяного опалення

Водяне опалення завдяки ряду переваг перед іншими системами дістало в даний час найбільш широке поширення. Система водяного

опалення гідравлічно замкнута і має визначену місткість опалювальних приладів, теплопроводів, арматури, тобто постійний об’єм води, що її заповнює.

Системи водяного опалення містять у собі такі основні

елементи: теплогенератор, головний стояк, магістральні теплопроводи, стояки, підводки, опалювальні прилади, розширювальний бак, запірно-регулюючу арматуру.

Класифікація систем водяного опалення проводиться за такими

основними ознаками:

- за способом створення циркуляції водяні системи підрозділяють на системи з природною циркуляцією (гравітаційні) і зі штучною циркуляцією (насосні);

- за схемою включення опалювальних приладів у стояк системи водяного опалення підрозділяють на двотрубні й однотрубні;

- за напрямком з’єднання опалювальних приладів системи опалення можуть бути вертикальні і горизонтальні;

- за місцем розміщення магістралей, що подають воду, і зворотних магістралей системи водяного опалення підрозділяють на

системи з верхнім розміщенням магістралей, що подають воду, і з нижнім розміщенням обох магістралей;

- за напрямком руху води в магістралях, що подають воду, і

зворотних магістралях системи водяного опалення підрозділяють на

тупикові і з попутним рухом.

1.3.2 Розміщення, улаштування і монтаж основних елементів систем водяного опалення

Теплопроводи вертикальних систем опалення підрозділяють на магістралі, стояки і підводки. Теплопроводи горизонтальних систем, крім магістралей, стояків і підводок, мають горизонтальні вітки.

Розміщення стояка виконується, як правило, біля зовнішніх стін.

Розміщення магістралі визначається призначенням і шириною будинку, видом системи опалення. У ряді випадків за технологічними розміркуваннями магістралі розміщають на технічних поверхах і підвальних каналах. Стояки систем за схемами поділяються на піднімальні і опускні.

Теплопроводи систем опалення прокладаються відкрито. У будинках висотою більше семи поверхів для компенсації подовження стояків і довгих прямолінійних ділянок магістралей застосовують П- подібні компенсатори.

Під час прокладки теплопроводів у місцях, де можливе замерзання теплоносія, а також для зниження марних втрат теплоти теплопроводи покривають теплоізоляцією.

Запірно-регулююча арматура служить для пуску системи в

роботу за частинами, а також вимикання окремих віток системи для ремонту на магістральних теплопроводах.

Розширювальний бак встановлюють у найвищій точці системи опалення. У системах водяного опалення з нижнім розміщенням магістралей при природній циркуляції для видалення повітря влаштовують спеціальну повітровідвідну мережу, приєднуючи її до розширювального бака і до повітрозбірника.

У системі водяного опалення зі штучною циркуляцією встановлюють повітрозбірники. Найбільше поширення дістали горизонтальні проточні повітрозбірники. Повітрозбірники на кінцевих ділянках гарячих магістралей постачають автоматичними повітровідвідниками. Для видалення повітря можуть бути використані також повітряні крани, установлені на верхніх опалювальних приладах.

1.3.3 Техніко-економічні показники різних систем водяного опалення

Вертикальні двотрубні системи з верхнім розміщенням магістралі, що подає воду, застосовують в основному при природній циркуляції води в системі опалення в будинках з кількістю поверхів до трьох включно. Ці системи в порівнянні із системами при нижньому розміщенні магістралі, що подає воду, мають більший природний циркуляційний тиск, у них простіше повітровидалення із системи, а також вище тепловіддача опалювальних приладів.

Двотрубна вертикальна система з нижнім розміщенням обох магістралей і природною циркуляцією води перед системою з верхнім розташуванням магістралі, що подає воду, має такі переваги: менше тепловтрати; монтаж і пуск системи можуть робитися послідовно за поверхами в міру зведення будинку; зручніше експлуатація системи; надходження води з найвищою температурою до кожного опалювального приладу. Однак у двотрубній системі, особливо з верхньою прокладкою магістралі, що подає воду, має місце значна витрата труб і фасонних частин, ускладнюється монтаж.

У порівнянні з двотрубними системами опалення вертикальні однотрубні системи із замикальними ланками на стояках і природною

циркуляцією води мають ряд переваг: менша первісна вартість, більш простий монтаж і менша довжина теплопроводів, більш красивий зовнішній вигляд, можливість послідовного за поверхами включення системи і стандартність вузлів. У горизонтальних проточних системах регулювання може бути тільки за поверхом, що є їх істотним недоліком.

Загальними перевагами систем із природною циркуляцією води є відносна простота улаштування і експлуатації; відсутність насоса і потреби в електроприводі; безшумність дії; порівняльна довговічність при правильній експлуатації і забезпечення рівномірної температури повітря в приміщенні.

Системи водяного опалення зі штучною циркуляцією принципово відрізняються від систем водяного опалення з природною циркуляцією тим, що в них тиск створюється відцентровим циркуляційним насосом, що встановлюється на зворотному магістральному теплопроводі біля котла, а для видалення повітря з мережі служать повітряні лінії, повітрозбірники і повітряні крани.

У системах зі штучною циркуляцією, особливо при великій

довжині теплопроводів, доцільно застосовувати попутний рух гарячої й охолодженої води за схемою. За цією схемою довжина всіх циркуляційних кілець майже однакова, унаслідок чого легко отримати однакову втрату тиску в них і рівномірний прогрів усіх приладів. Недоліком цієї системи в порівнянні з тупиковою є велика на 3-5 % первісна вартість системи.

Переваги однотрубних систем опалення зі штучною циркуляцією полягають у меншому діаметрі труб, завдяки великому тиску, створюваному насосом; більшому радіусі дії; більш простому монтажі; більшій можливості уніфікації деталей теплопроводів, приладових вузлів, а також більш стійкому тепловому і гідравлічному режимі роботи.

1.3.4 Критерії економічного обґрунтування експлуатації систем водяного опалення

Основними техніко-економічними показниками будь-якої опалювальної системи є первісна вартість і експлуатаційні витрати.

Первісна вартість системи водяного опалення зі штучною циркуляцією значно нижче від вартості системи водяного опалення з природною циркуляцією.

Для систем зі штучною циркуляцією води котельні можуть

обслуговувати з одного центра кілька будинків і дозволяють здійснювати центральне регулювання тепловіддачі опалювальних приладів у дуже широких межах. Експлуатація системи зі штучною циркуляцією коштує дорожче водяного від опалення з природною циркуляцією на величину вартості електроенергії, споживаної циркуляційним насосом. Однак витрати на амортизацію систем зі штучною циркуляцією за рахунок їх меншої первісної вартості в порівнянні з гравітаційними системами виявляються меншими.

1.4 Класифікація і монтаж опалювальних приладів.

Приєднання їх до теплопроводів

Опалювальні прилади, які застосовуються в системах центрального опалення, підрозділяються: за переважним способом тепловіддачі - на радіаційні, конвективно-радіаційні і конвективні; за видом матеріалу - на прилади металеві, малометалеві і неметалеві; за характером зовнішньої поверхні - на гладкі, ребристі.

Опалювальні прилади системи центрального опалення

розміщають біля зовнішніх стін, переважно під вікнами, тому що в результаті зменшуються холодні струми повітря поблизу вікон.

При підвищених санітарно-гігієнічних вимогах рекомендуються

прилади з гладкою поверхнею; при нормальних санітарно-гігієнічних вимогах можна застосовувати прилади з гладкою і з ребристою поверхнею; при знижених санітарно-гігієнічних вимогах у приміщеннях використовуються прилади будь-якого виду. Сходові клітки багатоповерхових будинків рекомендується обігрівати рециркуляційними повітронагрівачами (конвекторами), установлюючи їх на першому поверсі і приєднуючи до теплопроводу високотемпературної води.

У приміщеннях великої висоти з другим ярусом встановлюються опалювальні прилади у верхній зоні. Прилади не слід загороджувати, тому що це зменшує їхню тепловіддачу.

Приєднання опалювальних приладів до теплопроводів може здійснюватися за трьома схемами, що коротко називаються: «зверху вниз», «знизу вниз» і «знизу вгору». Найбільш ефективна схема

«зверху вниз», при якій щільність теплового потоку опалювального приладу завжди вище за рахунок найбільш рівномірної і високої температури поверхні приладу, ніж за схемою «знизу вниз» і особливо

«знизу вгору». За схемою приєднання «зверху вниз» площа поверхні приладу буде найменшою, і ця схема має перевагу над іншими.

Постачання приладів сходових кліток рекомендується здійснювати за однотрубною проточною схемою. Приєднання опалювальних приладів на «зчепленні» допускається тільки в межах одного приміщення. Найбільш доцільно різнобічне приєднання до стояка приладів на «зчепленні». Прилади на «зчепленні» у теплотехнічному і гідравлічному розрахунках розглядаються як один прилад.

Різнобічне приєднання теплопроводів до опалювального

приладу за схемою «зверху вниз» застосовується в тих випадках, коли горизонтальна зворотна магістраль системи знаходиться під приладом, над приладом і при внутрішньому установленні великого приладу. Приєднання приладів за схемою «знизу вниз» найчастіше здійснюється у верхньому поверсі вертикальних однотрубних і двотрубних систем з нижньою прокладкою обох магістралей і в горизонтальній однотрубній системі. Приєднання приладів за схемою

«знизу вгору» застосовується в однотрубних і двотрубних системах опалення з нижньою прокладкою обох магістралей.

Дата добавления: 2014-01-07