Вопрос 33. Основные принципы и схемы функционирования систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения здания предназначена для обеспечения тепловой энергией (теплотой) его инженерных систем, требующих для своего функционирования подачи нагретого теплоносителя. Помимо традиционных систем (отопление и горячее водоснабжение), в современном гражданском здании могут быть предусмотрены и другие теплопотребляющие системы (вентиляция и кондиционирование воздуха, обогреваемые полы, бассейн).

В качестве теплоносителя в настоящее время, как правило, используется нагретая вода. Водяной пар для целей теплоснабжения в силу его многочисленных недостатков применяется крайне редко, в основном, в производственных зданиях, где пар требуется для технологических нужд.

Теплоисточником для системы местного или децентрализованного водяного теплоснабжения служит водогрейная котельная, размещаемая непосредственно в здании или близ него. При централизованном водяном теплоснабжении высокотемпературная вода поступает в здание из отдалённого теплоисточника: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или районной тепловой станции (РТС).

Независимая схема присоединения систем (см. рис. 1.1, б) близка по своим элементам к схеме при местном (децентрализованном) теплоснабжении. Лишь котлы заменяют теплообменниками и систему заполняют деаэрированной, лишённой растворенного воздуха, водой из наружной (городской) тепловой сети. Воду для заполнения инженерных систем, как правило, забирают из обратного теплопровода наружной сети, используя высокое давление в ней или специальный подпиточный насос, если этого давления недостаточно для заполнения всех инженерных систем. При независимой схеме создаётся местный теплогидравлический режим в системах при пониженной температуре греющей воды (tг< t1). Независимую схему присоединения применяют, когда в инженерных системах не допускается повышение гидростатического давления (по условию прочности элементов систем) до давления, под которым находится вода в наружном теплопроводе. Преимуществом независимой схемы, кроме обеспечения устойчивого теплогидравлического режима, индивидуального для каждого здания, является её высокая надёжность, в частности, возможность сохранения циркуляции с использованием теплосодержания воды в течение некоторого времени, обычно достаточного для устранения возможного аварийного повреждения наружных теплопроводов.

Зависимая схема присоединения со смешением воды (см. рис. 1.1, в) проще по конструкции и в обслуживании. Стоимость её значительно ниже стоимости независимой схемы, благодаря исключению многих конструктивных элементов. Циркуляция теплоносителя в зависимой схеме осуществляется за счёт разности давления воды в точках её присоединения к наружной тепловой сети. Эту схему выбирают, когда в теплопотребляющих системах и, прежде всего, в системе отопления (по санитарно-гигиеническим соображениям) требуется температура воды tг < t1 и допускается повышение гидростатического давления до давления, под которым находится вода в наружном обратном теплопроводе.

Зависимая прямоточная схема присоединения инженерных систем к наружным теплопроводам наиболее проста по конструкции и в обслуживании (рис. 1.1, г). Прямоточную схему применяют, когда допускается подача в инженерные системы высокотемпературной воды (tг=t1) и значительное гидростатическое давление, или при прямой подаче низкотемпературной воды. Недостатками зависимой прямоточной схемы являются невозможность местного регулирования температуры горячей воды и зависимость теплового режима здания от температуры воды в наружном подающем теплопроводе. Высота зданий, в которых используют высокотемпературную воду, ограничена, вследствие необходимости сохранить в системе гидростатическое давление, достаточно высокое для предотвращения вскипания воды в системах.

Достаточно часто схема местного теплового пункта здания при централизованном теплоснабжении может быть комбинированной, когда, например, система центрального водяного отопления подключается к наружным тепловым сетям по независимой схеме, а другие системы, например, вентиляции и кондиционирования воздуха - по зависимой схеме.

Принципиальные схемы водяного теплоснабжения зданий а - местное (децентрализованное) теплоснабжение от собственной водогрейной котельной; б - независимая схема при централизованном теплоснабжении; в - зависимая схема со смешением воды при централизованном теплоснабжении; г - зависимая прямоточная схема при централизованном теплоснабжении.

Вопрос 34. К Элементы регулирования теплоснабжения. Методы регулирования. Качественное регулирование, качественно-количественное регулирование, количественное регулирование. Применение того или иного метода регулирования.

Вопрос 35. Гидравлический режим тепловых сетей. Гидравлическая характеристика системы. Совместная работа насосов на сеть. Построение суммарной характеристики. Последовательное и параллельное соединение участков тепловой сети. Построение гидравлической характеристики системы с насосными установками, включенными в разных узлах.

Вопрос 36. К Гидравлический режим закрытых систем. Гидравлическая устойчивость. http://www.tehn.oglib.ru/bgl/7858/553.html

Вопрос 37. Основные теплоносители для систем отопления. Основные виды систем отопления. Выбор системы отопления. Отопительные приборы.

ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ - движущая жидкая или газообразная среда, используемая для осуществления теплообмена. Наиболее распространенными видами теплоносителей в системах отопления являются: вода и водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля с модифицирующими присадками.

Вода - занимает примерно 68 % от всего объема используемых теплоносителей. Антифризы (низкозамерзающие жидкости) занимают оставшиеся примерно 30 % объема теплоносителей. В свою очередь антифризы производятся на основе:  этиленгликоля - около 25 % от всего объема теплоносителей;  пропиленгликоля - около 5 % от всего объема используемых теплоносителей. Как правило, оставшиеся 2% антифризов приходится на специальные безводные охлаждающие жидкости.

Антифриз представляет собой смесь воды, основного компонента (как правило, этиленгликоля или пропиленгликоля) и целевых добавок.  Для снижения коррозионной активности антифризов используются ингибиторы коррозии. Также в состав теплоносителя вводят ингибиторы накипеобразования, набухания и растворения резиновых уплотнителей систем отопления, пенооборазования и мн. др.

Ингибиторы - (от лат. Inhibeo – задерживаю) в химии – вещества, тормозящие химические процессы, например коррозию, полимеризацию, окисление. Относительная масса ингибиторов, добавляемых в реакционную среду, может меняться от долей процента (ингибиторы полимеризации) до нескольких процентов (присадки к смазочным маслам). Необходимо также отметить, что в настоящее время на рынке антифризов появились новые экономичные антифризы на основе органических солей марки ТЭЖ (ацетата и формиата калия) с температурным диапазоном эксплуатации от +102°C до -5°C. 

В настоящее время в России применяют центральные системы в основном водяного и, значительно реже, парового отопления, местные и центральные системы воздушного ото­пления, а также печное отопление в сельской местности. 

При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается к теплоисточнику для последующего нагревания.

Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на сис­темы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением цир­куляции воды при помощи насоса (насосные). В гравитационной (лат. gravitas - тяжесть) системе используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры. В замкнутой вертикальной системе с неравномерным распределением плот­ности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды. В насосной системе используется насос с электрическим приводом для создания разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды.

По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонта­ли, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные.

При паровом отоплении в приборах выделяется теплота фазового превращения в резуль­тате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровой котел.

Системы парового отопления по способу возвращения конденсата в котел разделяются на замкнутые (рис.2 а) с самотечным возвращением конденсата и разомкнутые (рис.2 б) с перекачкой конденсата насосом.

 Рис. 2 Схемы системы парового отопления: а - замкнутая схема; б - разомкнутая схема;

1 - паровой котел с паросборником; 2 - паропровод (Т7); 3 - отопительный прибор; 4 и 5 -

самотечный и напорный конденсатопроводы (Т8); б - воздуховыпускная труба; 7 - конден-

сатный бак; 5 - конденсатный насос; 9 - парораспределительный коллектор

В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел под действием разности давления, выраженного столбом конденсата высотой h (см. рис.2 а) и давления пара р_п в паросборнике котла. В связи с этим отопительные приборы должны находиться доста­точно высоко над паросборником (в зависимости от давления пара в нем).

В разомкнутой системе парового отопления конденсат из отопительных приборов самоте­ком непрерывно поступает в конденсатный бак и по мере накопления периодически пере­качивается конденсатным насосом в котел. В такой системе расположение бака должно обеспечивать стекание конденсата из нижнего отопительного прибора в бак, а давление пара в котле преодолевается давлением насоса.

В зависимости от давления пара системы парового отопления подразделяются на субат­мосферные, вакуум-паровые, низкого и высокого давления 

Теплопроводы систем парового отопления делятся на паропроводы, по которым переме­щается пар, и конденсатопроводы для отвода конденсата.

По паропроводам пар перемещается под давлением р_п в паросборнике котла (см. рис.2 а) или в парораспределительном коллекторе (см. 2 рис. б) к отопительным приборам.

Конденсатопроводы (см. рис.2) могут быть самотечными и напорными. Самотечные трубы прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения кон­денсата. В напорных трубах конденсат перемещается под действием разности давления, создаваемой насосом или остаточным давлением пара в приборах.

В системах парового отопления преимущественно используются двухтрубные стояки, но могут применяться и однотрубные.

При воздушном отоплении циркулирующий нагретый воздух охлаждается, передавая теплоту при смешении с воздухом обогреваемых помещений и иногда через их внутрен­ние ограждения. Охлажденный воздух возвращается к нагревателю.

Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждени­ем движения воздуха с помощью вентилятора.

В гравитационной системе используется различие в плотности нагретого и окружающего отопительную установку воздуха. Как и в водяной вертикальной гравитационной системе, при различной плотности воздуха в вертикальных частях возникает естественное движение воздуха в системе. При применении вентилятора в системе создается вынужденное движение воздуха.

Воздух, используемый в системах отопления, нагревается до температуры, обычно не превышающей 60 °С, в специальных теплообменниках - калориферах. Калориферы могут обогреваться водой, паром, электричеством или горячими газами. Система воздушного отопления при этом соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, элек­тровоздушной или газовоздушной.

Воздушное отопление может быть местным (рис. 3, а) или центральным (рис. 3, б).

а)                                                                                             б)

 

Р ис. 3. Схемы системы воздушного отопления: а - местная система; б - центральная сис­тема; 1-отопительный агрегат; 2 - обогреваемое помещение (помещения на рис. б); 3 -рабочая (обслуживаемая) зона помещения; 4 - обратный воздуховод; 5 - вентилятор; 6 -теплообменник (калорифер); 7 - подающий воздуховод

В местной системе воздух нагревается в отопительной установке с теплообменником (ка­лорифером или другим отопительным прибором), находящимся в обогреваемом помеще­нии.

В центральной системе теплообменник (калорифер) размещается в отдельном помещении (камере). Воздух при температуре te подводится к калориферу по обратному (рециркуля­ционному) воздуховоду. Горячий воздух при температуре t_r перемещается вентилятором в обогреваемые помещения по подающим воздуховодам.

При выборе оптимального вида топлива и отопительной системы нужно учитывать затраты в течение продолжительного срока, т. е. возможный ремонт, частоту замены деталей и т. д.

Твердые топлива всегда дешевле, если не учитывать затраты собственного труда, загрязнение помещения и нестандартность монтажа отопительной системы.

Уголь вне конкуренции в тех случаях, когда затраты времени не имеют значения. Кокс удобней обычного угля для печей непрерывного горения. Нефть и нефтепродукты—' более дорогое топливо. По степени легкости и удобства пользования нефтепродукты находятся между углем и газом. Недостатком жидкого топлива, впрочем, как и угля, является необходимость иметь хранилище, способное вместить все требуемое на зиму количество топлива. Если разместить резервуар для топлива в подвале, то последний нельзя использовать для других целей (из этих соображений удобней газ). Резервуар можно разместить и во дворе, закопав его в землю. И опять удобней газ, потому что для него не нужно никаких резервуаров.

На выбор системы влияют также местные условия и финансовые возможности. Если в данной местности  есть сеть бытового   или   природного   газа,   то нужно использовать газовое отопление.    В    случае    если    планируется постройка . газопровода,   т.о   нужно установить такой  отопительный  котел, который можно временно обогревать    жидким   топливом,    а    потом перейти без большой реконструкции на   газ.  Если  нет  и  не  будет  газа, можно остановиться на жидком топливе или комбинации жидкого и твердого топлива, т. е. преимущественно жидкотопливном отоплении, но с применением- и твердого топлива в особенно холодные периоды.  Если все члены семьи большую часть дня проводят вне дома, то нужно применять такую   систему   отопления,   которая позволяла бы быстро нагреть помещение. Для этого  нужно использовать    высококалорийное топливо (нефть, газ)  с принудительной циркуляцией в теплораспределительной сети, при которой естественная циркуляция воды усиливается насосом, установленным    у    нагревательного котла.

Кроме того, принудительная циркуляция позволяет устанавливать трубы меньшего сечения, не обязателен уклон труб, а при правильном выборе электронасоса расходы на электричество будут небольшими. Универсальные котлы позволяют применять комбинированное отопление и переход от одного вида топлива к другому. В переходные, весенний и осенний периоды можно топить жидким топливом, а зимой - твердым. Если отопление газовое, то такое комбинирование излишне. Недостаток универсальных котлов — большой расход топлива.

При установке однотрубной системы отопления в уже жилом доме расходы на монтаж снижаются тем, что не нужно выбивать борозды для труб в стене, а значит, не надо нарушать, а потом ремонтировать штукатурку. Проходы в стене просверливают буром. По сравнению с двухтрубной системой время на монтаж и трудоемкость его значительно снижается. Трубы имеют небольшой диаметр и поэтому, их можно крепить к плинтусам у пола, а если они не нарушают уюта, то их можно и не изолировать. Нужно провести только поверхностную обработку — покрыть лаком.

Отопительный прибор - это один из основных элементов системы отопления, предназначенный для передачи теплоты от теплоносителя в обогреваемые помещения.

Принцип работы водяной системы отопления (основной): с помощью котла теплоноситель (вода или специальный антифриз) нагревается и движется по трубам при помощью циркуляционного насоса (в системе с принудительной циркуляцией) или без него (при естественной циркуляции). Отопительные приборы же передают доставленное к ним по трубам тепло в помещения, которые требуется обогреть.

Отопительные приборы могут быть изготовлены из различных материалов и способны выдерживать различное давление. Второй параметр особенно важен при установке в многоэтажных городских домах, т.к. в этом случае давление в системе отопления значительно выше, чем в домах с индивидуальным отоплением

К акие бывают отопительные приборы

Радиаторы - по своей конструкции имеют относительно большой объем и постоянно содержат много горячего теплоносителя. За счет этого они отдают тепло преимущественно в виде излучения (каминный эффект).

Конвекторы - отдают тепло в основном за счет циркуляции воздуха через них. По трубе конвектора движется теплоноситель, нагревая поверхности надетой на него гармошки. Воздух проходит сквозь конвектор снизу вверх, нагреваясь от многочисленных теплых поверхностей.

Существуют отопительные приборы, соединяющие в себе свойства радиаторов и конвекторов (это отопительные приборы типа Henrad, Korado, Kermi, DeLonghi), в их плоские накопительные п анели поступает большая масса теплой воды и, в то же время, у них есть ребристые поверхности. В них сочетаются оба варианта теплоотдачи - излучение и конвекция.

Далее все отопительные приборы, независимо от способа теплоотдачи, будем называть радиаторами, так проще.

Радиаторы бывают чугунные, алюминиевые, стальные штампованные и, так называемые, биметаллические.

• Чугунные - хорошо отдают тепло и сопротивляются ржавчине, могут выдерживать довольно высокое давление в системе, но они тяжелые и не всегда соответствуют современным требованиям дизайна.

• Алюминиевые - легкие, обладают высокой теплоотдачей, красивы, но довольно дороги и иногда не выдерживают высокого давления в системе.

• Биметаллические - состоят из стальной трубы, по которой должен двигаться теплоноситель, и алюминиевого корпуса. Стальная труба выдерживает высокое давление, а алюминиевые секции легко отдают тепло. Такие радиаторы появились недавно.

По конструкции

По конструкции все гидравлические отопительные приборы можно разделить на четыре основные типа: секционные, панельные, трубчатые (в частности, полотенцесушители) и конвекторы.

Секционные отопительные приборы, как и следует из их названия, состоят из отдельных нагревательных элементов-секций. Секции обычно соединяются между собой при помощи ниппелей, а между секциями устанавливаются уплотнения.

Несекционные отопительные приборы - это, например, панельные радиаторы, В них нагревательным элементом является прямоугольная панель, нагреваемая циркулирующим внутри неё теплоносителем.

Трубчатые отопительные приборы - это в большинстве случаев конструкции из вертикально расположенных изогнутых стальных трубок, соединяющих верхний и нижний коллекторы. Стоит иметь в виду, что стальные трубчатые радиаторы - это обычно наиболее дорогой тип радиаторов (в пересчете на 1 кВт).

Пластинчатые отопительные приборы или конвекторы. Грубо говоря, конвектор - это одна или несколько труб (по которым движется теплоноситель) с надетыми на них металлическими "ребрами-пластинами". Воздух проходит сквозь конвектор снизу вверх, нагреваясь от многочисленных теплых оребрений. Трубы конвекторов обычно изготавливаются из стали или меди. В некоторых конвекторах величина теплового потока регулируется специальной заслонкой, открывая которую, можно увеличить поток движущегося нагретого воздуха.

Конструкция конвектора может быть совсем открытой или закрытой декоративным кожухом (в настенных и плинтусных вариантах). Конвекторы встраиваемые в пол накрываются декоративной решеткой.