Отопительные системы разрешают только одну из задач по созданию искусственного климата в помещениях. Они служат для поддержания в холодное время года заданной температуры воздуха во внутренних помещениях зданий.
Система отопления представляет собой комплекс элементов, необходимых для обогрева помещений. Основными элементами являются источники теплоты, теплопроводы, нагревательные приборы. Передача тепла осуществляется с помощью теплоносителей - нагретой воды пара или воздуха.
При определении тепловой нагрузки систем отопления учитываются особенности теплового режима помещений. В помещениях с постоянным тепловым режимом, к которым относятся промышленные здания, сельскохозяйственные постройки, жилые и общественные здания, тепловая нагрузка определяется из теплового баланса. В помещениях с переменным режимом при определении тепловой нагрузки различат два периода - рабочий и нерабочий. В не рабочее время необходимость в отоплении может отсутствовать. Во всех случаях при расчете мощности систем отопления необходимо учитывать минимальные часовые тепловыделения. Кроме того системы отопления должны обеспечивать нормируемые параметры воздуха к началу рабочего периода. Отопление, рассчитанное только на период не рабочего времени, называется дежурным отоплением.
Санитарно-гигиенические. Системы отопления должны обеспечивать внутри помещения заданную температуру воздуха, равномерную по объёму рабочей зоны помещения. Температуры внутренних поверхностей наружных ограждений и нагревательных приборов должны находится в приделах нормы.
Экономические. Системы отопления должны обеспечивать минимум приведенных затрат по сооружению и эксплуатации. Показателями экономичности являются также расход материала, затраты труда на изготовление и монтаж. Экономичность системы определяется технико-экономическим анализом вариантов различных систем и применяемого оборудования.
Строительные. Системы отопления должны соответствовать архитектурно-планировочному решению помещений. Размещение отопительных элементов должно быть увязано со строительными конструкциями.
Монтажные. Элементы систем отопления должны изготавливаться преимущественно в заводских условиях, детали унифицированы, затраты труда минимальны.
Эксплуатационные. Система отопления должна быть надежной в поддержании заданных температур воздуха. Надежность системы обуславливается её долговечностью, безотказностью, простотой регулировки управления и ремонта. Система должна быть безопасной и бесшумной в работе, Должна обеспечивать наименьшее загрязнение вредными выделениями помещений и атмосферного воздуха.
Различают местные и центральные системы отопления.
К местным системам относятся системы, в которых все элементы объединены в одном устройстве и система предназначена для обогрева одного помещения. К местным системам относятся печное отопление, газовое (при сжигании топлива в местном устройстве) и электрическое.
Центральные системы обогревают ряд помещений из центра (котельная, ТЭЦ), в котором вырабатывается теплота, передаваемая теплоносителем к нагревательным приборам отапливаемых помещений.
По виду теплоносителя системы отопления делятся на системы водяного, газового, парового, воздушного и электрического отопления.
В водяных и паровых системах теплоноситель - вода или пар - нагреваются в генераторе теплоты и передаются по трубопроводам к нагревательным приборам. В воздушных системах нагреты и воздух поступает непосредственно в помещение из
По способу перемещения теплоносителя центральные системы отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией и системы с механическим побуждением (принудительная циркуляция).
Основные характеристики теплоносителей
При выборе теплоносителя необходимо учитывать санитарно-гигиенические, технико-экономические и эксплуатационные показатели.
Газы образуются при сгорании топлива, они имеют высокие температуры и энтальпию. Однако транспортировка газов усложняет систему отопления и приводит к значительным тепловым потерям. С санитарно-гигиенической точки зрения газы малоприемлемы вследствие трудности обеспечения допустимых температур нагревательных приборов, Впуск газов непосредственно в помещение ухудшает состояние воздушной среды.
Вода обладает большой теплоемкостью и плотностью, что позволяет передавать большие количеств теплоты при малом объеме теплоносителя. Это обеспечивает малые размеры трубопроводов и относительно невысокие потери тепла. Допускаемая по санитарно-гигиеническим нормам температура нагревательных приборов легко достигается, однако на перемещение воды требуется затрата энергии.
Пар при конденсации в нагревательных приборах отдает значительное количество теплоты за счет скрытой теплоты парообразования. Вследствие этого масса пара при данной тепловой нагрузке уменьшается по сравнению с другими теплоносителями. Однако пар как теплоноситель в системах отопления уступает воде, так как температура приборов будет выше 100 °С, что приводит к возгонке органической пыли, оседающей на приборах, и к выделению в помещение вредных веществ и неприятных запахов, кроме того следует также учесть, что паровые системы могут быть источниками шума, пар при низких давлениях (применяемых в системах отопления) имеет значительный удельный объём, что ведет к увеличению сечений трубопроводов.
Воздух - легко подвижный теплоноситель - безопасен в пожарном отношении, в воздушных системах возможно простое регулирование постоянства температуры в помещении. Однако вследствие малой теплоемкости воздуха для удовлетворения заданной тепловой нагрузки масса воздуха должна быть значительной, что приводит к наличию каналов с большим сечением для его перемещения и дополнительному расходу энергии. К тому же воздушное отопление в некоторых случаях может спровоцировать развитие вредоносных бактерий, легионел. Поэтому воздушное отопление применяют только на промышленных предприятиях и совмещая его с системами принудительной вентиляции или путем установки в цехах отопительных агрегатов.
Водяное отопление получило в настоящее время наибольшее распространение в силу своих преимуществ перед другими системами отопления. Опыт эксплуатации водяных систем показал их наилучшие гигиенические и эксплуатационные показатели. Системы водяного отопления обладают наибольшей надежностью, бесшумны, просты и удобны в эксплуатации, могут иметь значительный радиус действия по горизонтали. По вертикали радиус действия системы определяется гидростатическим давлением.
В дальнейшем будут рассматриваться только водяные системы отопления.