Учебное пособие

Слесарь - сантехник

§ 16. Искусственный обогрев помещений

Отопление — это искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры, определяемой условиями теплового комфорта.

Температурные условия в помещениях зависят от поступления и потерь теплоты, а также от теплозащитных свойств наружных ограждений, расположения отопительных и нагревательных приборов, размеров помещения. Теплота в помещение поступает от людей, животных, бытового и технологического оборудования, источников искусственного освещения, за счет приточного вентиляционного воздуха и солнечной радиации, при технологических процессах, связанных с выделением теплоты, если это помещение производственное.

Потери теплоты вызваны теплопередачей через наружные ограждения зданий (стены, окна, двери, полы нижнего этажа или подвала и перекрытия верхнего этажа), нагреванием холодного воздуха, поступающего через неплотности в ограждениях, и т. д.

Разность расчетных температур внутреннего и наружного воздуха, размеры и ориентация наружных ограждений, их теплотехнические качества, бытовые и технологические тепловыделения, а также метеорологические условия (например, скорость ветра и влажность наружного воздуха) определяют расчетные максимальные теплопоте-ри, выражаемые в ваттах (Вт). Теплота, поступающая в помещения от источника тепловой энергии, должна быть равна теплопотерям. Однако как наружные, так и внутренние условия постоянно изменяются, и подачу теплоты следует регулировать.

Потребность в теплоте для отопления зданий превышает расчетные значения теплопотерь в связи с бесполезными теплопотерями, которые связаны с теплопередачей теплопроводов, проложенных в неотапливаемых помещениях (чердаках, подвалах), повышенными теплопотерями через наружные ограждения, у которых размещены теплопроводы и отопительные приборы, и другими причинами. Бесполезные потери не должны превышать 10% от расчетных потерь для жилых и 15% для общественных зданий.

Теплота, необходимая для отопления, образуется обычно при сжигании топлива в котельных, на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ), атомных станциях теплоснабжения (ACT) и в отопительных печах. В последнее время используется также солнечная, геотермальная и электрическая энергия.

Более рациональное сжигание топлива обеспечивается в больших котельных, имеющих максимальные значения коэффициента полезного действия (КПД), возможностью использования низкосортного топлива и более высоким уровнем эксплуатации систем. В качестве топлива используют различные виды угля, мазут, торф, газ, дрова, древесные отходы производства, биомассу, биогаз, горючие сланцы, а также мусор на мусоросжигательных заводах.

Потребность топлива зависит от КПД сжигающих устройств, эффективности теплоизоляции и протяженности теплопроводов от источников до потребителей, а также от теплоты сгорания топлива. Теплота сгорания топлива характеризует количество теплоты в джоулях, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях и выражается соответственно в МДж/кг или МДж/нм³.

Различают низшую и высшую теплоту сгорания. Низшая меньше большей на количество теплоты, которая затрачивается на испарение воды, содержащейся в топливе или образующейся при его сгорании. Низшая теплота сгорания для каменных углей равна 17—34 МДж/кг, мазута — около 38,5 МДж/кг, природных газов — 31—38 МДж/нм³, искусственных газов 4—15 МДж/нм³. Поскольку этот показатель у разных видов топлива имеет широкие пределы, принято понятие условного топлива.

Условным считается топливо, низшая теплота сгорания которого по рабочей массе (масса топлива в том виде, в котором оно поступает к потребителю, т. е. с балластом — золой и влагой, равна 29,3 МДж/кг для твердого и жидкого или 29,3 МДж/нм³ для газообразного топлива.

Теплоснабжение — снабжение теплоэнергией систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения зданий различного назначения и технологических потребителей. Централизованное теплоснабжение обеспечивает подачу теплоэнергии многим потребителям, расположенным вне места его выработки.

В систему централизованного теплоснабжения входят источник тепловой энергии, тепловые сети, центральный тепловой пункт (ЦТП). Генератором теплоты в таких системах могут быть котлы местных, квартальных, районных котельных или ТЭЦ и АТЭЦ, от которых теплота с помощью высокотемпературного теплоносителя по тепловым сетям подается в теплообменные устройства (бойлеры, элеваторные узлы) центральных тепловых пунктов и затем по теплопроводам с меньшей температурой теплоносителя поступает к отопительным приборам системы отопления здания.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения подразделяют на водяные и паровые, по способу присоединения систем горячего водоснабжения зданий к тепловым сетям — на закрытые и открытые. Закрытые системы теплоснабжения присоединяются к тепловым сетям через водонагреватели, и вся сетевая вода из системы возвращается к источнику теплоснабжения. В открытых системах производится непосредственный отбор горячей воды из тепловой сети.

По количеству теплопроводов различают одно- и многотрубные (чаще двухтрубные) системы теплоснабжения, а по способу обеспечения потребителей тепловой энергией — одно- и многоступенчатые системы теплоснабжения.

В одноступенчатых системах потребители теплоты присоединяются непосредственно к тепловым сетям. В узлах присоединения потребителей теплоты к тепловым сетям, называемых абонентскими вводами, устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, запорно-регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы для обслуживания местных отопительных и водоразборных приборов. Если абонентский ввод сооружается для какого-либо индивидуального здания или объекта, то его называют индивидуальным тепловым пунктом (ИТП).

В многоступенчатых системах между источником тепловой энергии и потребителями размещают центральные тепловые пункты (ЦТП), в которых параметры теплоносителя могут изменяться в зависимости от требований потребителей.

Для увеличения радиуса действия системы теплоснабжения и уменьшения количества транспортируемого теплоносителя и затрат электроэнергии на его перекачку, диаметров теплопроводов используют высокотемпературную (до 180°С и более) воду. Циркуляцию теплоносителя по теплопроводам диаметром до 1400 мм, которые прокладывают под землей в непроходных и полупроходных каналах, в проходных коллекторах и без каналов, а также над землей на опорах, обеспечивает насосная станция источника тепловой энергии. К высокотемпературной воде из тепловых сетей с помощью насоса или водоструйного элеватора подмешивается охлажденная вода из обратного теплопровода местной системы отопления. Такая схема подключения к тепловым сетям называется зависимой. При использовании для нагрева теплоносителя водонагревателей схема подключения называется независимой.

Независимую схему применяют, когда давление в обратном теплопроводе тепловой сети превосходит допустимое для отопительных приборов местных систем отопления или перепад давления недостаточен для работы по зависимой схеме.

При использовании элеваторов не всегда можно обеспечить надежное количественное регулирование подачи теплоты в системах отопления. Поэтому в последнее время стали шире применять независимые схемы с подогревом воды для системы отопления и вентиляции в водо- или пароводяных теплообменниках (бойлерах). Циркуляцию воды в системах отопления обеспечивают с помощью насосных установок, монтируемых на фундаменте, или бесфундаментных, устанавливаемых непосредственно на обратном теплопроводе.

При подключении систем отопления к тепловым сетям необходимо, чтобы давление в обратном теплопроводе сети было больше гидростатического в системе отопления. В этом случае в систему не будет подсасываться воздух.