10.Тепловая защита зданий. Теплоснабжение и горячее водоснабжение.

Тепловая защита зданий - это теплозащитные свойства совокупности наружных и внутренних ограждающих конструкций здания, обеспечивающие заданный уровень расхода тепловой энергии (теплопоступлений) здания с учетом воздухообмена помещений не выше допустимых пределов, а также их воздухопроницаемость и защиту от переувлажнения при оптимальных параметрах микроклимата его помещений

СНиП 23-02-2003 «СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА ОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ» выставляет жёсткие требования к ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЕ ЗДАНИЙ.

«Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей "а" и "б" либо "б" и "в". В зданиях производственного назначения необходимо соблюдать требования показателей "а" и "б".

С целью контроля соответствия нормируемых данными нормами показателей на разных стадиях создания и эксплуатации здания следует заполнять согласно указаниям раздела 12 энергетический паспорт здания. При этом допускается превышение нормируемого удельного расхода энергии на отопление при соблюдении требований 5.3.

Сопротивление теплопередаче элементов ограждающих конструкций.

3. Приведенное сопротивление теплопередаче , м ·°С/Вт, ограждающих конструкций, а также окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) следует принимать не менее нормируемых значений , м ·°С/Вт, определяемых по таблице 4 в зависимости от градусо-суток района строительства , °С·сут.

Таблица 4 - Нормируемые значения сопротивления теплопередачи через ограждающих конструкций.

Значения для величин , отличающихся от табличных, следует определять по формуле:

,                                                            (10.1)

где - градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

, - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: , ; для интервала 6000-8000 °С·сут: , ; для интервала 8000 °С·сут и более: , .

Градусо-сутки отопительного периода , °С·сут, определяют по формуле

,                                                                    (10.2)

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С), для группы зданий по поз.2 таблицы 4 - согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16-21 °С), зданий по поз.3 таблицы 4 - по нормам проектирования соответствующих зданий;

, -  средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут. отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С - при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С - в остальных случаях.»

Действительное термическое сопротивление стенки (обычно многослойной) определяется по известной формуле:

R₀ = 1/ α₁+Σ(δ_i/ λ_i) +1/ α₂ Вт/м²·ºС (10.3)

В соответствии с требованиями изменения N3 и N4, введенного в действие Госстроем РФ с 1 марта 1998 г. «Строительная теплотехника», сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно составлять не менее R_о = 3,15 м²°C/Вт. Это соответствует 212см кладки из глиняного кирпича, а до этого было в три раза меньше, 64см. Понятно, что без утеплителей таких параметров теплоизоляции стен не достичь.

В таблице 10.1 приведены характеристики материалов, применяемых при строительстве зданий. В столбце 2 приведены толщины, при которых удовлетворялись требования уже упразднённого стандарта. Для удовлетворения современных требований эти толщины должны быть увеличены в 3,3 раза.

Таблице 10.1

	Толщина по СНиПII-3-79* см.	Цена м.кв. рублей	Срок эксплуатации лет	Морозостойкость циклов	Плотность кг/м.куб.	Теплопроводность Вт/(м.К.)	Горючесть	Прочность на сжатие кг/см.кв.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Несущие стены и теплоизоляция
Кирпич полнотелый М150	210	9200	50-80	25-50	1800	0,62	не горючий	150
Кирпич пустотелый М100	150	6500	50-80	25-50	1300	0,44	не горючий	100
Керамзитобетон 800	80	2800	50-80	35-50	800	0,22	не горючий	75
Пенобетон 400	40	1400	15-30	15-25	400	0,12	не горючий	10
Полистиролбетон D400	35	1400	50-80	50-75	400	0,10	трудногорючий	15
Дерево сосна	35	2000	30-50	-	700	0,10	горючий	150
Только теплоизоляция
Керамзит 400	40	400	30-50	25-35	400	0,12	не горючий	20
Стекловата	18	200	20-30	-	125	0,05	не горючий	0,2
Базальтовое волокно	15	300	50-70	-	45	0,04	не горючий	0,2
Вспененный полиэтилен	15	800	30-50	-	35	0,04	горючий	0,1
Пеопласт ПСБ-С 25Ф	12	200	15-35	100	17	0,04	трудногорючий	1
Экструд. пенополистирол 35	10	350	50-70	500	35	0,03	трудногорючий	3
Пенополиуретан 40	10	1300	60-80	200	40	0,03	трудногорючий	2

Тепловлажностный и воздушный режим зданий. Нормативные требования к микроклимату помещений. Классификация зданий и сооружений.

Поддержания оптимального микроклимата в помещении это не только регулирование температуры воздуха в нём, но и поддержание оптимальных показателей относительной влажности воздуха.

ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» (см. приложение 7) регламентирует микроклимат в помещениях и классифицирует по категориям сами помещения.

По-настоящему комфортным для человека считается то помещение, в котором температура воздуха не опускается ниже 20°С, а относительная влажность воздуха - не ниже 45-50%. Колебание относительной влажности воздуха в сторону уменьшения или увеличения негативно влияет на здоровье и самочувствие находящихся в нём людей, провоцируя головные и физические боли, недомогание, чувство неуюта, усталости, упадок сил, нежелание работать.

Чтобы предотвратить возможные последствия для человека изменений относительной влажности воздуха, современные технологии разработали такое оборудование, которое может поддерживать относительную влажность воздуха на уровне, который считается самым оптимальным. Таким оборудованием являются осушители воздуха и увлажнители воздуха.

Цель функционирования данных приборов одинакова - это оптимизация влажности воздуха в помещении, хотя достигают они этой цели совершенно противоположными действиями.

Осушители воздуха.

ля регулирования микроклимата в помещениях с очень высокой влажностью воздуха используются осушители воздуха. Напрашивается вопрос, чем может навредить повышенная влажность воздуха и с какой целью осуществляется осушение воздуха? Попробуем ответить.

Чрезмерная влажность воздуха причиняет вред не только человеческому здоровью, пары, образующиеся при испарении влаги, и возникающая конденсация вредят металлическим конструкциям зданий, разрушая их основные элементы, а также благотворно влияют на развитие плесени и болезнетворных грибков на стенах. Конечно, для регулирования уровня влажности в помещении можно установить вентиляцию, установку для регулирования тепловых потоков, значительно укрепить теплоизоляцию помещения. Однако, эти средства не столь эффективны, поэтому часто возникает потребность в более совершенном оборудовании, таком, как осушители воздуха. Осушители воздуха действуют по одному из принципов: конденсация, ассимиляция, абсорбция.

Абсорбционные осушители воздуха являются самым эффективным средством очистки воздуха, поскольку могут работать при очень низкой температуре воздуха в помещении (от -20°С) и относительной влажности, варьирующей от 2 до 100%, а также имеют самый высокий коэффициент полезного действия (КПД).

Принцип конденсации заключается в преобразовании водяных паров, находящихся в воздухе, из газообразного состояния в жидкое. Такие осушители воздуха более эффективны, чем их аналоги, и имеют более высокий КПД. Недостатком является то, что при резком снижении температуры воздуха, эффективность работы данного осушителя, соответственно, уменьшается. Из этого можно сделать вывод, что осушители воздуха подобного типа не рационально использовать в помещениях с минусовой температурой воздуха.

Конденсационные осушители воздуха наиболее эффективны при работе в помещениях с очень высокой относительной влажностью воздуха. Принцип абсорбции заключается во всасывании жидким или твёрдым абсорбентом (поглотителем) из воздуха излишних паров и газов.

Принцип ассимиляции заключается в таком способе осушения воздуха, когда холодный воздух всасывает в себя меньше водяных паров, чем тёплый. Ассимиляционные осушители воздуха напрямую зависят от параметров окружающей среды. Если сравнивать с другими аппаратами для осушения воздуха, то данные осушители имеют более низкий коэффициент полезного действия (КПД) и не дают эффективного результата при работе в помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха.

Увлажнители воздуха.

Увлажнители воздуха, несмотря на единство конечного результата, выполняют совершенно противоположные функции. Во многих случаях, чтобы обеспечить нормальный микроклимат в помещении требуется не осушение воздуха, а увлажнение воздуха. Увлажнители воздуха бывают трех типов: бытовые, промышленные и полупромышленные.

Назначением бытовых увлажнителей воздуха является создание благоприятного микроклимата для существования в нём людей, а промышленных увлажнителей - создание нормальных производственных условий для осуществления технологических процессов в различных промышленных отраслях, в которых недостаточная влажность воздуха негативно отразиться на качестве сырья и, естественно, на качестве готовой продукции.

Помимо всего, промышленные увлажнители воздуха уменьшают уровень запыления в помещении, что положительно сказывается на качестве готовой продукции, ведёт к сокращению производственного брака, а также создаёт оптимальный для рабочих микроклимат в производственном помещении.

Промышленные увлажнители воздуха подразделяются на адиабатические и изотермические.

Изотермическое увлажнение воздуха возможно лишь при постоянно неменяющейся температуре воздуха в помещении. Принцип работы данного увлажнителя состоит в следующем. Нагревательные элементы увлажнителя доводят до очень высокой температуры воду, находящуюся в парогенераторе, в результате чего она переходит в парообразное состояние, то есть превращается в пар. Водяной пар выбрасывается в атмосферу и происходит увлажнение воздуха. Нагревательными элементами увлажнителей воздуха могут быть электроды, опущенные в жидкость, природный газ или тэны. При этом газовые увлажнители воздуха считаются более экономичными для потребителей, чем электрические увлажнители, поэтому их выгоднее всего использовать для увлажнения воздуха в больших помещениях.

Адиабатическое увлажнение воздуха происходит только в неизменно тёплой среде, то есть, чем выше относительная влажность воздуха, тем ниже его температура. Принцип действия такого увлажнителя состоит в том, что в воздух выбрасываются мельчайшие водяные капли, больше похожие на пыль, которые и увлажняют воздух и, одновременно с этим, температура данного помещения снижается. Адиабатические промышленные увлажнители воздуха бывают дисковые, ультразвуковые и распылительные.

В основе действия дисковых адиабатических промышленных увлажнителей воздуха лежит принцип действия центробежных сил. В центре увлажнителя установлен диск, который вращается на огромной скорости, одновременно распыляя воду и превращая её в водный аэрозоль. Вентилятор выбрасывает аэрозоль в воздух, который, таким образом, увлажняется. Адиабатические увлажнители являются наиболее эффективными и экономичными в использовании, по сравнению с изотермическими увлажнителями.

Принцип работы ультразвуковых адиабатических промышленных увлажнителей заключается в следующем: на часто вибрирующую диафрагму из накопительного бака увлажнителя поступает вода, которая при контакте с диафрагмой становится водяной пылью с размером капли 2-5 мкм. Через своеобразное водяное облако с помощью вентилятора проходит наружный воздух и, таким образом, воздух в нужном помещении увлажняется.

Принцип работы распылительных адиабатических промышленных увлажнителей заключается в использовании сжатого воздуха, который проталкивает воду через форсунки и обращает её в водяную пыль. Такой вид увлажнителей рациональнее всего использовать в больших помещениях, так как, потребляя небольшое количество энергии, они, всё же, являются наиболее эффективными, по сравнению с другими увлажнителями.

Использование, как увлажнителей, так и осушителей воздуха позволит создать в нужном помещении идеальный микроклимат, позволяющий находящимся в данном помещении людям приятно отдохнуть либо с пользой поработать, в независимости от того, какая на улице погода.

Теплоснабжение и горячее водоснабжение.

При выборе системы отопления здания необходимо учитывать особенности его теплового режима. Это прежде всего действие инфильтрации наружного воздуха под влиянием сил гравитации и ветра, а также солнечной радиации и особенностей технологических тепловыделений.

Зимой вследствие инфильтрации наружного воздуха переохлаждаются нижние этажи, поэтому в многоэтажных зданиях целесообразно применять системы отопления с подачей теплоносителя снизу вверх (с «опрокинутой» циркуляцией). Лестничные клетки, лифтовые шахты и холлы должны отапливаться в основном внизу. Необходимы интенсивный обогрев вестибюлей, устройство теплых тамбуров, нагревание пола.

Охлаждающее действие инфильтрации обусловлено ориентацией ограждений помещения и зависит от направления и скорости ветра. В связи с этим желательно предусматривать пофасадное разделение системы отопления, что позволяет регулировать теплоотдачу приборов в зависимости от скорости и направления ветра, температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации. Такое разделение системы не исключает необходимости индивидуального ручного или автоматического регулирования теплопередачи отопительных приборов в отдельных помещениях в связи с разнообразием режимов бытовых и технологических тепловыделений.

Система отопления может использоваться для охлаждения помещений в теплый период года. В этом случае предпочтительно применять потолочную панельно-лучистую или конвекторную систему с таким расположением оребренной поверхности, которое исключает образование холодных потоков воздуха вдоль пола.

При совмещенных системах, когда наряду с отоплением в здании предусмотрено кондиционирование воздуха, система отопления в основном предназначается не для компенсации теплопотерь, а для локализации охлаждающего влияния наружных ограждений, особенно окон.

Могут быть и другие случаи учета теплового режима при выборе отопления. Например, при строительстве в районах вечной мерзлоты, когда необходимо сохранить мерзлый грунт в основании здания, приходится отказываться от «нижней» (в подполье первого этажа) прокладки магистралей в системе.

Классификация и конструктивные решения систем отопления.

Система отопления — это совокупность конструктивных элементов со связями меж-ми, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания. «Сердцем» отопительной системы является теплоисточник (котел). От него нагретый теплоноситель (не обязательно вода или антифриз) с помощью циркуляционного насоса (если система с принудительной циркуляцией) или без него (естественная циркуляция) движется по теплопроводам (трубам) и отдает тепло дому через отопительные приборы (радиаторы). Кроме вышеназванных основных элементов в систему отопления могут входить еще масса других вещей: теплообменник — при централизованном теплоснабжении, расширительный бак — компенсирующий температурное расширение воды, фитинги — для соединения труб, воздушные клапаны и многое другое.

В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным или лучистым.

К конвективному относят отопление, при котором температура внутреннего воздуха поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная температура помещения — усредненная температура поверхностей, обращенных в помещение. Характерный распространенный пример конвективного отопления — установка под подоконником в помещении вертикальных радиаторов (батарей). При этом теплый воздух, нагреваясь от радиатора, становится легче холодного воздуха и поднимается вверх, уступая «теплое» место холодному воздуху снизу радиатора. Теплый воздух, пройдя путь по верху помещения, в сторону от окна, остывает и опускается вниз, постепенно двигаясь понизу к горячему радиатору, где снова нагревается и поднимается. Таким образом, получается круговорот теплого и холодного воздуха в помещении — воздушный конвекционный поток, что может вызывать ощущение сквозняка на уровне пола.

Лучистым называют отопление, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха в помещении. Лучистое отопление при несколько пониженной температуре воздуха (по сравнению с конвективным отоплением) более благоприятно для самочувствия человека в помещении (например, до 18...20 °С вместо 20...22 °С в помещениях гражданских зданий). Хороший пример лучистого отопления — система «теплый пол», при которой нагревается вся поверхность пола помещения. При этом сильного конвекционного потока не образуется, а происходит постепенное смешивание теплого воздуха, расположенного внизу, с прохладным воздухом расположенном наверху (конвекционного сквозняка не образуется). При расположении отопительных приборов у потолка тоже не образуется конвекционного сквозняка, но мне трудно найти смысл обогрева потолка (пол соседей сверху) в жилых помещениях.

Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной рабочей среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость - антифриз) или газообразная (пар, воздух, продукты сгорания топлива) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

Системы отопления по расположению основных элементов подразделяются на местные и центральные.

В местных системах для отопления, как правило, одного помещения теплоисточник, теплоноситель и теплопроводы конструктивно объединяются в одной установке. Примером местной системы отопления могут служить отопительные печи.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. В тепловом центре (пункте) находятся теплогенераторы (котлы) или теплообменники. Они могут размещаться непосредственно в обогреваемом здании (в ИТП) либо вне здания — в центральном тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящей котельной) или ТЭЦ. Современное автономное отопление квартир (даже если котел находится внутри квартиры) и малоэтажных домов является, хотя и уменьшенной, но центральной системой.

Теплопроводы центральных систем подразделяют на: магистрали подающие (по которым подается теплоноситель) и магистрали обратные (по которым отводится охладившийся теплоноситель); стояки (вертикальные трубы) и ветви (горизонтальные трубы), связывающие магистрали с подводками к отопительным приборам.

В зависимости от вида, используемого в системе отопления теплоносителя, их принято называть системами водяного, парового, воздушного или газового отопления.

Газы образуются при сжигании твердого, жидкого или газообразного органического топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускаться непосредственно в помещения или сооружения, но при этом ухудшается состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет конструкцию и понижает КПД отопительной установки. Область использования горячих газов ограничена отопительными печами, газовыми излучателями и другими подобными местными отопительными установками. В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды. Все эти три теплоносителя должны соответствовать по показателям, важным для выполнения, требованиям, предъявляемых к системе отопления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и теплосодержание. При использовании пара достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 °С, движение пара в трубах сопровождается шумом. При наличии пара как теплоносителя для отопления чаще используется комбинированное пароводяное отопление, при котором вместо отопительного котла устанавливается работающий на пару водонагреватель.

Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения — в зависимости от давления. При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатком является большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи отопительных приборов.

Воздух является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в воздуховодах и каналах. В воздушном отоплении практически не нужны водогазонапорные металлические трубы. Недостатками являются малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине. Главным образом воздушное отопление используется в общественных и промышленных зданиях.

Кроме поддержания постоянной комфортной температуры есть еще одно санитарно-гигиеническое требование — ограничение температуры наружной поверхности отопительных приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности, окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65...70 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.

В некоторых случаях, чтобы неслитая система отопления не замерзла во временно неотапливаемом доме, рекомендуется использовать специальный незамерзающий теплоноситель — антифриз (тосол). Любой антифриз является достаточно токсичным веществом, может привести к ускорению коррозионных процессов, снижению теплообмена, изменению гидравлических характеристик, завоздушиванию и др. Применение антифриза в качестве теплоносителя в каждом конкретном случае должно быть достаточно обоснованным.

Так как в России применяют центральные системы в основном водяного отопления, далее в этой главе будут рассматриваться только системы отопления с водным теплоносителем, т. е. водяное отопление.

По температуре теплоносителя различаются водяные системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tr < 70 °С, среднетемпературные при tr 70—100°С и высокотемпературные при tr > 100 °С. Максимальное значение температуры воды ограничено 150 °С.

По способу создания циркуляции воды системы разделяются на системы с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насоса (насосные) и с естественной циркуляцией (гравитационные), в которых используется свойство воды изменять вою плотность при изменении температуры (конвекция). Насосные системы используются практически повсеместно. Область применения гравитационных систем в настоящее время ограничена их использованием для отопления жилых домов в сельской местности.

По положению труб, объединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные, различия и схемы приведены в следующем пункте.

За последнее время достаточно широко стала применяться коллекторная (веерная, лучевая) схема соединения отопительных приборов (пример см. в п. "Поквартирные системы отопления"). В этой схеме каждый из группы приборов присоединяется к общему коллектору.

Элементы систем водяного отопления.

Системы водяного отопления представляют собой сложные многокольцевые гидравлические циркуляционные системы, состоящие из основных элементов: трубопроводов, первичных нагревательных и отопительных приборов, расширительных сосудов-баков, циркуляционных и подпиточных насосов.

Отопительные приборы предназначены для обогрева помещений, причем теплота воздуху и ограждениям помещений передается конвекцией и излучением (радиацией). По преобладающей форме передачи теплоты приборы подразделяют на радиационные, конвективные и конвективно-радиационные. В водяных и паровых системах отопления в основном применяются конвективно-радиационные и конвективные приборы.

Наиболее распространенные типы отопительных приборов: радиаторы отопления (секционные и панельные), конвекторы (с кожухом и без кожуха), ребристые трубы, гладкотрубные регистры, отопительные панели и приборы динамического отопления – вентиляторные конвекторы и децентрализованные нагреватели (доводчики).

В зависимости от использованных при изготовлении отопительных приборов материалов они бывают металлические – из чугуна, стали, алюминия и его сплавов, латуни, меди или комбинации этих металлов, неметаллические – из керамики, фарфора, стекла, бетона и полимерных материалов и комбинированные – например, в виде бетонных панелей с замоноличенными в них трубчатыми регистрами из стали, стекла или полимерных материалов.

По высоте отопительные приборы делят на высокие (высотой более 650 мм), средние (более 400 мм до 650 мм), низкие (более 200 мм до 400 мм) и плинтусные (высотой 200 мм и менее); по глубине в установке (с учетом расстояния от прибора до стены) – малой глубины (до 120 мм включительно), средней глубины (более 120 мм до 200 мм) и большой глубины (более 200 мм).

По тепловой инерции отопительные приборы подразделяют на малоинерционные, имеющие небольшую массу и вмещающие малое количество воды (например, конвекторы), и инерционные массивные, вмещающие значительное количество воды (например, чугунные радиаторы, бетонные панели).

Важнейшая характеристика отопительных приборов – номинальный тепловой поток в киловаттах (кВт), передаваемый прибором от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения в нормированных условиях работы отопительного прибора , при которых разность средних температур теплоносителя в приборе и воздуха в помещении составляет Ө = 70°С, расход горячей воды через прибор М = 0,1 кг/с (360 кг/ч), барометрическое давление воздуха в помещении 1013,3 Па (760 мм рт. ст.), а движение теплоносителя в приборе осуществляется по схеме «сверху вниз».

До недавнего времени отопительные приборы характеризовались площадью эквивалентной поверхности нагрева в экм. За 1 экм принималась площадь эквивалентной поверхности нагрева, передающей тепловой поток в 506 Вт при Ө = 64,5°С и М = 17,4 кг/(ч•экм) для радиаторов и ребристых труб или 300 кг/ч для конвекторов при движении теплоносителя по схеме «сверху вниз».

Для секционных радиаторов и конвектора без кожуха 1 экм = 0,56 кВт, для конвекторов с кожухом 1 экм = 0,57 кВт.

Секционный радиатор представляет собой конвективно-радиационный прибор, состоящий из отдельных колончатых элементов – секций с каналами, обычно эллипсообразной формы. Такой отопительный прибор передает от теплоносителя в помещение радиацией около 30 %всего количества теплоты, остальное – конвекцией.

Секции радиатора отливают из чугуна, алюминия или его сплавов либо изготовляют из стали, штампуя половинки секций и сваривая их затем между собой. Секции соединяют на ниппелях – чугунных из ковкого чугуна или стальных с прокладками из термостойкой резины (при температуре теплоносителя до 130°С) или паронита (при температуре свыше 130°С). Секции стальных радиаторов соединяют также на сварке.

Ниппеля, имеющие с одной стороны правую резьбу, с другой – левую, одновременно ввинчивают в две смежные секции вверху и внизу и тем самым стягивают секции между собой: в заводских условиях – с помощью механизма ВМС-11IM, на стройке – специальным ключом. В ниппельные отверстия крайних секций вверху и внизу ввинчивают пробки глухие или с отверстиями диаметром 10, 15 или 20 мм (левой и правой резьбой) – для присоединения радиатора к теплопроводам.

Наиболее распространены чугунные секционные радиаторы отопления МС-140 (ГСХГГ8690-75*) с двумя колонками по глубине (рис.2, а, б), Монтажная высота – расстояние между центрами ниппельных отверстий радиаторов отопления – составляет 500 мм, глубина – 140 мм, длина секции – 108 мм. Промышленностью выпускаются также радиаторы МС-90 малой глубины (90 мм). По специальным заказам изготовляют радиаторы с уменьшенной (до 300 мм) монтажной высотой (М-140А-300, Ст-90-300). Их поставляют обычно сгруппированными по 7…8 секций, но не более 12 в приборе.

В СНиП 23-02-2003 в его обязательном ПРИЛОЖЕНИЕ Г представлен «РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ОТОПЛЕНИЕ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ЗА ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД».

Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление зданий за отопительный период , кДж/(м ·°С·сут) или кДж/(м ·°С·сут), следует определять по формуле:

или ,                       (10.4)

 где - расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода, МДж;

- сумма площадей пола квартир или полезной площади помещений здания, за исключением технических этажей и гаражей, м ;

- - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений зданий, м ;

- - то же, что и в формуле (10.1).

Сильное влияние на оборудование котельной с водогрейными агрегатами оказывает система горячего водоснабжения – закрытая или открытая. Открытой называется система, в которой теплоноситель – горячая вода – частично или полностью используется потребителем. В закрытых системах нагрев воды на горячее водоснабжение осуществляется прямой отопительной водой в местных теплообменниках.

При открытой системе горячего водоснабжения количество воды, идущее на подпитку тепловых сетей, заметно возрастает и может достигать 20% расхода воды через тепловые сети. Т.е. количество воды, которое необходимо подготовить на химводоочистке, при открытой системе горячего водоснабжения возрастает в несколько раз по сравнению с закрытой.

Так как расходы воды при открытой системе неравномерны, то для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности оборудования водоподготовки устанавливаются баки-аккумуляторы для деаэрированной воды. Из них в часы максимума потребления горячая вода подпиточными насосами подается на всас сетевых насосов.

Качество подготовки воды для подпитки открытой системы теплоснабжения должно быть значительно выше качества воды для подпитки закрытой системы, т.к. к воде горячего водоснабжения предъявляются такие же требования, как к питьевой водопроводной воде.

Перед расчетом тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения, следует выбрать схему присоединения к системе теплоснабжения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения. В настоящее время в основном применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рис. 3.2.

На рис. 10.2 а показана схема параллельного присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления потребителей. На рис. 3.2 б, в показаны двухступенчатая последовательная и смешанная схемы включения местных теплообменников горячего водоснабжения.

Рис. 10.1. Схемы присоединения местных теплообменников: а – параллельное; б – двухступенчатое последовательное; в – смешанная схема включения

Выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление. При Q_г.в/Q_о≤0,06 присоединение местных теплообменников производится по двухступенчатой последовательной схеме; при 0,6< Q_г.в/Q_о≤1,2 – по двухступенчатой смешанной схеме; при Q_г.в/Q_о≥1,2 – по параллельной схеме. При двухступенчатой последовательной схеме присоединения местных теплообменников должно предусматриваться переключение теплообменников на двухступенчатую смешанную схему.

Расчет тепловой схемы водогрейной котельной базируется на решении уравнений теплового и материального баланса, составляемых для каждого элемента схемы. При расчете тепловой схемы водогрейной котельной, когда не происходит фазовых превращений нагреваемой и охлаждаемой сред (воды), уравнение теплового баланса в общем виде можно записать следующим образом

,

((10.5)

где G_ох, G_н – массовый расход, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кг/с; c_ох, c_н –средняя удельная теплоемкость, соответственно, охлаждаемого и нагреваемого теплоносителей, кДж/(кг·°C); – соответственно, начальная и конечная температуры охлаждаемого теплоносителя, °C; – соответственно, начальная и конечная температуры нагреваемого теплоносителя, °C; η – КПД теплообменника.

При расхождении предварительно принятых в расчете величин с полученными в результате расчета более чем на 3% расчет следует повторить, подставив в качестве исходных данных полученные значения.

Отпуск пара технологическим потребителям часто производится от производственных котельных, в которых вырабатывается насыщенный или слабо перегретый пар с давлением до 1,4 или 2,4 МПа. Пар используется технологическими потребителями и в небольшом количестве – на приготовление горячей воды, направляемой в систему теплоснабжения. Приготовление горячей воды производится в сетевых подогревателях, устанавливаемых в котельной.

Принципиальная тепловая схема производственной котельной с отпуском небольшого количества теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в закрытую систему теплоснабжения показана на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Тепловая схема производственной котельной: 1 – паровой котел; 2 – расширитель непрерывной продувки; 3 – насос сырой воды; 4 – барботер; 5 – охладитель непрерывной продувки; 6 – подогреватель сырой воды; 7 – химводоочистка; 8 – питательный насос; 9 – подпиточный насос; 10 – охладитель подпиточной воды; 11 – сетевой насос; 12 – охладитель конденсата; 13 – сетевой подогреватель; 14 – подогреватель химически очищенной воды; 15 – охладитель выпара; 16 – атмосферный деаэратор; 17 – редукционно-охладительная установка

Насос сырой воды подает воду в охладитель продувочной воды, где она нагревается за счет теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20–30 °C в пароводяном подогревателе сырой воды и направляется на химводоочистку. Химически очищенная вода направляется в охладитель деаэрированной воды и подогревается до определенной температуры. Дальнейший подогрев химически очищенной воды осуществляется в подогревателе паром. Перед поступлением в головку деаэратора часть химически очищенной воды проходит через охладитель выпара деаэратора.

Подогрев сетевой воды производится паром в последовательно включенных двух сетевых подогревателях. Конденсат от всех подогревателей направляется в головку деаэратора, в которую также поступает конденсат, возвращаемый внешними потребителями пара.

Подогрев воды в атмосферном деаэраторе производится паром от котлов и паром из расширителя непрерывной продувки, в котором котловая вода частично испаряется вследствие снижения давления. Продувочная вода после использования в охладителе непрерывной продувки сбрасывается в продувочный колодец (барботер).

Деаэрированная вода с температурой около 104 °С питательным насосом подается в паровые котлы. Подпиточная вода для системы теплоснабжения забирается из того же деаэратора, охлаждаясь в охладителе подпиточной воды до 70 °С перед поступлением к подпиточному насосу. Использование общего деаэратора для приготовления питательной и подпиточной воды возможно только для закрытых систем теплоснабжения ввиду малого расхода подпиточной воды в них. В открытых системах теплоснабжения расход подпиточной воды значителен, поэтому в котельной следует устанавливать два деаэратора: один для приготовления питательной воды, другой – подпиточной воды. В котельных с паровыми котлами, как правило, устанавливаются деаэраторы атмосферного типа.

Для технологических потребителей, использующих пар более низкого давления по сравнению с вырабатываемым котлоагрегатами, и для подогревателей собственных нужд в тепловых схемах котельных предусматривается редукционная установка для снижения давления пара (РУ) или редукционно-охладительная установка для снижения давления и температуры пара (РОУ).

Задачи.

Общая задача- 1. Произвести теплотехнический расчёт ограждающих конструкций при следующих условиях:

• Климатический район строительства –IIА.

• Температура внутреннего воздуха t_вн=+18ºС.

• Температура воздуха наиболее холодной пятидневки t_н=-27ºС.

• Средняя температура отопительного периода t_от.пер=-3,2ºС.

• Продолжительность отопительного периода Z_от.пер =275сут.

• Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.

• Коэффициенты, входящие в формулу определения сопротивления теплопередаче: а=0,0003 и в=1,2 (из таблицы 4 СНиП 23-02-2003 для данных условий).

• сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно составлять не менее R_о = 3,15 м²°C/Вт.

• Теплопроводность материалов стен и изоляции Вт/(м.К.) из табл. 10.1.

• Толщина наружного и внутреннего слоя штукатурки δ_шт=0,25м.

• Теплопроводность штукатурки λ_шт=0,9Вт/м·ºС.

• Коэффициенте наружного теплообмена считать постоянным и равным α_н =22 Вт/(м²·К) (из таблицы 8 СНиП 23-101-2004 для данных условий);

• Коэффициенте внутреннего теплообмена считать постоянным и равным α_в =7,88Вт/(м²·К) (из таблицы 7 СНиП 23-02-2003 для данных условий).

• Слой изоляции с внутренней стороны под штукатуркой.

После определения сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций сделать вывод: нужна ли дополнительная изоляция стен.

Вариант			1	2	3	4	5	6	7	8
δст , мм		1	200	200	200	200	200	200	300	300
δиз , мм		2	150	130	110	90	60	50	50	50
Материал стен	Кирпич полнотелый М150	3	Х
	Кирпич пустотелый М100	4		Х
	Керамзитобетон 800	5			Х
	Пенобетон 400	6				Х
	Полистиролбетон D400	7					Х
	Дерево сосна	8						Х
Изоляция	Мин. вата	9	Х		Х		Х		Х
	ПСВ-25Ф	10		Х		Х		Х		Х

	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
1	300	300	200	300	400	400	400	400	500	500	500	500
2	150	130	110	90	60	50	50	50	50	50	50	50
3	Х								Х
4		Х								Х
5			Х								Х
6				Х								Х
7					Х	Х
8
9	Х		Х		Х		Х		Х		Х
10		Х		Х		Х		Х		Х		Х

Контрольные вопросы.

1. Какие виды тепловых нагрузок относятся к сезонным, а какие к круглогодичным?

2. Назовите категории помещений, для которых устанавливаются допустимые значения температур воздуха?

3. Каковы особенности требований к тепловлажностному режиму жилых зданий?

4. Перечислите дополнительные требования, предъявляемые к учреждениям школьного образования.

5. Перечислите требования, предъявляемые к параметрам и характеристикам воздуха в жилых и производственных помещениях.

6. Открытые и закрытые системы отопления. Каковы их преимущества и недостатки?

7. Сравните водяные и паровые системы централизованного теплоснабжения. Каковы сферы их применения?

8. Объясните назначение и устройство смесительных устройств в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети.

9. Каково назначение аккумуляторов горячей воды в абонентских установках?