книги / Отопление и вентиляция Ч. 1 Отопление

Научный редактор инж. Ж у р а в л е в Б. А.

Книга является первой частью учебника «Отопление и вен­ тиляция» для студентов техникумов по специальности «Санитар­ но-технические устройства зданий».

В учебнике освещены основы строительной теплотехники, ме­ тоды определения теплопотерь через строительные ограждения зданий и дополнительных расходов тепла на отопление произ­ водственных помещений, с учетом тепловыделений от оборудова­ ния, освещения и других источников тепла.

Изложены вопросы устройства и проектирования централь­ ных систем отопления в зависимости от вида теплоносителя; при­ ведены расчеты нагревательных приборов и трубопроводов, уст­ ройства для выпуска воздуха из систем отопления и типы запор- но-регулирующей арматуры.

Рассмотрены различные конденсатоотводчики, применяемые в практических условиях в системах парового отопления.

Особое внимание уделено вопросам применения и расчета отопительных панелей для систем панельно-лучистого отопления. Такие системы отопления в последние годы получают все боль­ шее распространение в массовом крупнопанельном жилищном строительстве.

Вспециальной главе освещены вопросы применения элект­ рических нагревательных приборов с указанием преимуществ и недостатков электрического отопления по сравнению с другими отопительными системами.

Вразделе эксплуатации систем центрального отопления при­ ведены указания по гидравлическим испытаниям систем и основ­ ные правила по уходу за системами.

Таблиц 33. Иллюстраций 180. Библиография — 16 названий.

В В Е Д Е Н И Е

Отопительные системы предназначены для создания и под­ держания в помещениях необходимой температуры воздуха в холодное время года. Эта температура должна быть благопри­ ятной для людей, находящихся в помещениях, а в производст­ венных зданиях обеспечивать нормальные условия для техно­ логических процессов.

Отопительные системы оказывают существенное влияние и на сохранность самих зданий. В плохо отапливаемом здании появ­ ляется сырость, в связи с чем отдельные конструкции подверга­ ются гниению, а иногда и промерзают, в результате здания быстро разрушаются.

Выбор систем отопления может зависеть от высоты зданий, их планировки, назначения, архитектурных соображений, конст­ рукций строительных ограждений и методов строительства. На­ ряду с этим техника отопления оказывает большое влияние на выбор конструкций здания, его планировку и отделку помеще­ ний, а в отдельных случаях и на архитектурные решения фа­ садов (например, при устройстве центрального отопления вместо печей).

Отопительные системы улучшают условия труда и быта. Обеспечивая надлежащую температуру воздуха в помещениях производственных зданий, они способствуют повышению произ­ водительности трудй, а следовательно, и увеличению выпуска продукции.

Разность температур внутреннего и наружного воздуха вы­ зывает в отапливаемом помещении потери тепла наружными ограждениями (стенами, окнами, потолками верхних этажей и полами нижних). Такие потери тепла должны возмещаться на­ гревательными приборами, иначе будет понижаться внутренняя температура.

При проектировании отопительной системы здания решают два основных вопроса:

1 ) определяют потери тепла наружными ограждениями по­

мещений; 2 ) рассчитывают нагревательные приборы, трубопроводы или

воздуховоды (при воздушном отоплении) и прочие детали си­ стемы.

Вкниге не освещены вопросы устройства печного и газового отопления, котельных установок и тепловых сетей, так как уча­ щиеся будут изучать эти вопросы по другим, соответствующим дисциплинам.

Вдействующих Строительных нормах и правилах так же, как и в остальной технической литературе, которой пользуются

учащиеся техникумов, приняты техническая система единиц МКГСС (метр, килограмм-сила и секунда) и внесистемные еди­ ницы (об/мин, мм рт. ст., мм вод. ст., ккал и др.). Все приведен­

ные в учебнике расчеты составлены на основе этих единиц. Соотношения указанных единиц с единицами Международ­

ной системы СИ, которая должна применяться как предпочти­ тельная, приведены в приложении.

Г л а в а I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ § 1. Краткий обзор развития отопительной техники

Отопительная техника развивалась в течение многих веков; первоначальный, древнейший способ отопления состоял в раз­ ведении огня на полу жилища, при этом дым выделялся непосред­ ственно в помещение; в дальнейшем стали применять угольные жаровни, в которых сжигался древесный уголь, продукты сгора­ ния по-прежнему поступали в помещение.

Угольные жаровни и костры на полу помещения выделяли тепло только во время сжигания топлива. Желание сохранить тепло в помещениях после прекращения горения топлива приве­ ло к созданию печей-каменок. В такой печи над топкой выкла­ дывали валуны и булыжники, которые нагревались продуктами горения и после окончания топки печи долго выделяли тепло. Археологические раскопки показывают, что печи-каменки при­ менялись уже в IX в.

В те же времена наряду с каменками устраивали так назы­ ваемые курные печи. Такая печь представляла собой вырытую в грунте яму, перекрытую глинобитным сводом; в своде остав­ ляли отверстия для выхода дыма.

Каменку и курную печь топили «по-черному», с отводом

ни ц ы » ).

ВЗападной Европе печи с дымоотводящими трубами начали распространяться в XV в. В это же время в России появились огневоздушные подпольные системы отопления в отдельных крупных зданиях, например в некоторых палатах Московского Кремля. Изобретение в XVIII в. паровой машины вызвало быст­

рое развитие промышленности и необходимость строительства больших производственных помещений, отапливать которые пе­ чами было затруднительно. В это время в наиболее развитых странах появились паровые системы отопления, в которых мож­ но было использовать отработавший в машинах пар.

В1777 г. французский инженер Бониемаи изобрел и приме­ нил для обогрева инкубаторов систему водяного отопления с ес­ тественной циркуляцией; система была настолько хорошо про­ думана автором, что все ее основные элементы применяются и в настоящее время.

ВXIX в. системы парового и водяного отопления получили широкое распространение.

В1802 г. в России впервые были опубликованы статьи о воз­ можности применения паровых систем отопления, а в 1816 г. в Петербурге уже существовала теплица, отапливаемая паром.

Первые системы водяного отопления с естественной циркуля­ цией были выполнены в России в 1834 г. горным инженером проф. П. Г Соболевским.

Во второй половине XIX в. крупные производственные здания, как правило, отапливались паровыми системами', наряду с ко­ торыми начало применяться пароводяное отопление, весьма целесообразное по гигиеническим соображениям. При парово­ дяном отоплении в нагревательные приборы здания поступала горячая вода, нагреваемая паром, получаемым из центральной котельной; температура воды в нагревател.ьных приборах была значительно ниже температуры пара, чем исключалась возмож­ ность пригорания пыли на приборах и связанного с этим вред­ ного влияния ее на организм человека.

Насосные водяные системы отопления получили значитель­ ное распространение в начале XX в., когда промышленность осво­ ила серийное производство электродвигателей.

нальную систему пароводяного отопления с побуждением дви­ жения воды посредством пароструйного -элеватора.

В1909 г. в России инж. Н. П. Мельников впервые осуществил систему водяного отопления с насосной циркуляцией.

Вконце XIX и в первой четверти XX в. начали широко рас­ пространяться районные системы теплоснабжения; теплоносите­ лем в наружных сетях таких систем первоначально был пар. Первые системы теплоснабжения в России были осуществле­ ны в Петербурге в 1903 г.; одна из них, выполненная по проекту

проф. А. К. Павловского, обслуживала 13 корпусов Петербург­ ской детской городской больницы; здания этой больницы были оборудованы системами водяного отопления с пароводонагревателями.

В начале XX в. появляются также системы теплоснабжения, подающие к потребителям не пар, а горячую воду, для нагрева которой используют отработавший пар паровых машин и тур­ бин электростанций.

Русские инженеры и ученые внесли значительный вклад в де­ ло развития отопительной техники, положили начало правиль­ ному расчету систем и предложили оригинальные конструктив­

ные решения. Проф. В. М. Чаплин, создавший отечественную школу отопительно-вентиляционной техники, изобрел водоводя­ ную систему теплоснабжения, получившую в настоящее время исключительно широкое распространение; им же была предло­ жена насосная система водяного отопления с попутным движе­ нием воды в трубопроводах. Разработанные русскими специали­ стами конструкции отопительных печей еще в XVIII в. пользо­ вались в других странах заслуженной известностью. В XIX в. за границей были широко распространены предложенные в Рос­ сии системы воздушного отопления. В 1905 г. инж. В. А. Яхимовичем была изобретена система лучистого отопления, в которой нагревательные приборы состояли из труб, заделываемых в бе­ тонные панели, расположенные в наружных стенах и в перего­ родках.

Несмотря на достижения русских ученых в области отопле­ ния, большинство зданий даже значительного объема в дорево­ люционной России строилось с печами, а необходимое оборудо­ вание для устройства центральных систем отопления в основном ввозилось из других стран.

В настоящее время Советский Союз занимает первое место по строительству теплоэлектроцентралей. В нашей стране осу­ ществлены и сооружаются крупные системы газоснабжения. Зна­ чительная часть получаемого природного газа расходуется на нужды отопления, в связи с чем облегчается работа обслужива­ ющего персонала котельных, увеличивается теплопроизводительность котлов (благодаря высокой теплотворной способности га­ за) и уменьшается загрязнение окружающего воздуха.

Партия и правительство уделяют большое внимание разви­ тию производства отопительного оборудования. В этой молодой отрасли промышленности, почти вновь созданной в послевоен­ ные годы, с каждым годом увеличиваются темпы роста выпуска изделий. За последние годы введены в действие мощные пред­ приятия санитарно-технической промышленности.

В Советском Союзе созданы крупные научно-исследователь­ ские, проектные и монтажные организации, работающие в об­ ласти санитарной и отопительной техники, которыми разрабо­ таны новые, экономичные отопительные системы, предложены рациональные методы расчета таких систем и выявлена об­ ласть их применения.

§ 2 . Классификация систем отопления

Основные виды систем отопления. Каждая система отопле­ ния состоит в основном из генератора тепла, теплопроводов и нагревательных приборов.

В генераторе сжигают топливо, в результате чего выделяется тепло, которое передается теплоносителю. Теплоносителем назы­ вают среду, которая перемещается по теплопроводам и переда-

ет нагревательным приборам тепло, полученное в генераторе. Нагревательные приборы отдают тепло отапливаемым помеще­ ниям.

Теплоноситель должен быть теплоемким, подвижным и деше­ вым, наряду с этим он не должен ухудшать санитарных условий в отапливаемых помещениях. В качестве теплоносителей в ото­ пительной технике применяют воду, пар, воздух и дымовые газы.

Вода, пар и дымовые газы передают тепло помещениям через стенки нагревательных приборов. Нагретый воздух при соблю­ дении нормативных требований подают непосредственно в отап­ ливаемые помещения.

Системы отопления в зависимости от радиуса действия под­ разделяются на местные и центральные.

Вместной системе отопления генератор тепла, теплопроводы

инагревательные приборы конструктивно объединены в одном устройстве.

Примером местного отопления может служить отопительная печь. Тепловым генератором печи является топливник, где про­ исходит сгорание топлива; теплопроводами служат дымоходы, которые отводят продукты сгорания; для передачи тепла в по­ мещение используются стенки печи. Печью можно отапливать одно помещение или два-три смежных, а в отдельных' случаях — несколько помещений, расположенных одно над другим по вер­ тикали. Таким образом, радиус действия печей ограничен.

Кместному отоплению относятся также газовое при сжига­ нии газа в приборах, находящихся в отапливаемых помещени­ ях, и электрическое, если электрическая энергия переходит в тепловую непосредственно в нагревательных приборах.

Газовое и электрическое отопление считают местным услов­ но, так как в действительности газоснабжение и электроснаб­ жение нагревательных приборов широко централизовано и про­ изводится из центров (станций), расположенных далеко от отап­

ливаемых зданий.

Радиус действия центральных систем отопления значительно больше, чем местных. В центральных системах одним тепловым генератором (котлом или группой котлов) могут отапливаться не только отдельное здание, но и большие группы зданий. Систе­ му, которая отапливает несколько зданий от одной котельной, называют районной.

Системы центрального отопления в зависимости от применяе­ мого в них теплоносителя могут быть водяными, паровыми, воз­ душными и комбинированными.

Если в системе водяного отопления циркуляция воды в тру­ бопроводах и приборах происходит только под действием раз­ ности объемных весов охлажденной и нагретой воды, ее называ­ ют системой с естественной циркуляцией.

В системах большой протяженности применять только есте­ ственную циркуляцию воды экономически нецелесообразно, так

как при такой циркуляции для перемещения нужного количест­ ва воды потребовались бы слишком большие диаметры труб. Поэтому в большинстве случаев циркуляцию воды в системах водяного отопления осуществляют при помощи насосов; такие системы называют насосными.

Насосные системы отопления в зависимости от максимальной температуры нагреваемой в них воды подразделяют на две груп­ пы— с нагревом до 100° С и с нагревом выше 1 0 0 ° С (высоко­

температурная вода).

В системах парового отопления пар из котла поступает в на­ гревательные приборы, где конденсируется и отдает скрытую теплоту парообразования. Конденсат возвращается в котел н вновь превращается в пар.

Системы парового отопления бывают вакуум-паровые (дав­ ление пара до 1 ага), низкого давления (от 0,05 до 0,7 ати), вы­ сокого давления (более 0,7 ати).

В системах воздушного отопления в помещения подается на­ гретый воздух, который охлаждается в них и отдает воздуху по­ мещений необходимое количество тепла.

Системы воздушного отопления подразделяются на воздуш­ ные, паровоздушные, водовоздушные, электровоздушные, газо­ воздушные и огневоздушные.

По способу передвижения воздуха воздушные системы мо­ гут быть с естественным и механическим побуждением. Для ме­ ханического побуждения применяют вентиляторы.

Комбинированной системой отопления называют систему, в которой применены два различных теплоносителя или один теп­ лоноситель, но с разными параметрами. К таким системам отно­ сятся пароводяные, водоводяные и все воздушные.

Системы водяного и парового отопления различаются также по следующим признакам:

по способу разводки магистральных трубопроводов системы бывают с верхней, нижней и средней разводкой;

по способу присоединения нагревательных приборов к стоя­ кам системы бывают однотрубные и двухтрубные;

по способу теплоотдачи нагревательных приборов системы подразделяются на конвекционные, лучистые и конвекционно­ лучистые;

по типу применяемых нагревательных приборов системы бы­ вают с металлическими нагревательными приборами (радиато­ ры, ребристые трубы, гладкие трубы и конвекторы), с отопитель­ ными панелями и др.

Сравнительная оценка теплоносителей центральных систем отопления. Вода, пар и воздух, применяемые в качестве тепло­ носителей в системах центрального отопления, обладают раз­ личными физическими свойствами.

Вода характеризуется большой теплоемкостью, значитель­ ным объемным весом и легкой подвижностью, что дает возмож-

ность передавать на большие расстояния значительные коли­ чества тепла при небольшом объеме воды. При теплоносителе воде температуру поверхности нагревательных приборов (а сле­ довательно, их теплоотдачу) можно регулировать из одного центра. Температура воды в магистральных трубопроводах сравнительно невысока, поэтому потери тепла трубопроводами меньше, чем при паровом отоплении. Основной недостаток теп­ лоносителя воды состоит в том, что на ее перекачку по трубам требуются большие затраты электроэнергии.

Пар, конденсируясь в нагревательных приборах, выделяет скрытую теплоту парообразования. Большое количество тепла, выделяющегося при конденсации пара, и его малый объемный вес дают возможность передавать на большие расстояния значи­ тельные количества тепла без существенных затрат энергии на его перемещение. Однако при теплоносителе паре невозможна центральная регулировка теплоотдачи приборов. При давлении пара больше атмосферного температура поверхностей нагрева­ тельных приборов значительно выше, чем при водяном отопле­ нии. В связи с этим уменьшается количество приборов, но ухуд­ шаются санитарные условия, так как на поверхностях с высокой температурой пригорает органическая пыль. Теплопотери паро­ проводами и конденсатопроводами значительно больше потерь тепла трубопроводами водяных систем.

Теплоемкость и объемный вес воздуха невелики, а темпера­ тура его в системах воздушного отопления составляет обычно 45—70° С, поэтому для передачи большого количества тепла тре­ буются значительные объемы воздуха, для передвижения кото­ рых по воздуховодам необходимы большие расходы электро­ энергии. Основное преимущество воздушных систем состоит в том, что при их устройстве не требуется устанавливать в поме­ щениях нагревательных приборов, стоимость которых составляет около 70% стоимости всей системы.

§ 3. Принципиальные схемы систем центрального отопления

Принципиальная схема системы водяного отопления с есте­ ственной циркуляцией приведена на рис. 1.1. Йз схемы видно, что тепловой генератор (водогрейный котел) 1 снабжает теплом ряд нагревательных приборов 2, установленных в различных по­

мещениях на разных этажах здания. Нагретая в котле вода по подающим трубопроводам 3 поступает в нагревательные прибо­

ры, где она охлаждается, передав часть тепла в помещения че­ рез стенки нагревательных приборов. Охладившись в приборах, вода по «обратным» трубопроводам 4 возвращается в котел, где вновь нагревается. Расширительный сосуд 5 предназначен для

вмещения прироста объема воды при ее нагревании и для уда­ ления воздуха из системы. Циркуляция воды в системе объяс-

Ю