Види та класифікація системи опалення

Реферат на тему 

«Види та класифікація системи опалення» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Харків 2010

Актуальність  роботи. Системи теплопостачання  будинків є найбільшими споживачами  енергії. Джерела тепла централізованих  систем теплопостачання споживають до 25-30% органічного палива, а з урахуванням місцевих опалювальних установок споживання зростає ще більше. Застосування децентралізованих систем теплопостачання дозволяє знизити зростання споживання енергії за рахунок використання різних енергозберігаючих заходів. Підвищення ефективності опалювально-вентиляційних систем можливе завдяки впровадженню нетрадиційних джерел енергії. Інженерні й архітектурно-планувальні рішення повинні сприяти підвищенню якості мікроклімату будинків. Одним з ефективних напрямків економії палива й одночасного захисту навколишнього середовища є використання низькопотенційних джерел теплоти за допомогою комбінованих сонячних установок. Однак висока вартість стримує їхнє широке застосування. Іншим напрямком є використання пасивних сонячних систем за допомогою архітектурно-планувальних рішень. Однак зараз нема досить чітко сформульованих інженерних і архітектурних принципів з проектування опалювально-вентиляційних систем енергоефективних будинків. Практично відсутні критерії оцінки застосування енергозберігаючих заходів. Актуальність цієї проблеми обумовила тему роботи, визначила мету і задачі дослідження.

Мета  і задачі дослідження:

       Обґрунтувати і розробити архітектурні та інженерні принципи, заходи щодо підвищення ефективності опалювально-вентиляційних систем будинків:

виконати  експериментальні дослідження теплової ефективності сонячного колектора  з склопакетом типу "теплове  дзеркало";

виконати  моделювання полів температури  і швидкості повітря в пасивній системі сонячного опалення з склопакетом типу "теплове дзеркало";

виконати  обчислювальний експеримент пасивної системи сонячного опалення з  урахуванням архітектурно-планувальних рішень;

розробити практичні рекомендації з розрахунку пасивних систем сонячного опалення зі штучною вентиляцією;

      Об'єкт дослідження - пасивні системи сонячного опалення будинків.

Предмет дослідження - процеси теплопереносу  й аеродинаміки в складних огороджуючих конструкціях будинків з урахуванням  різних архітектурних рішень.

Систе́ми  опа́лення являють собою комплекс елементів призначений для отримання, переносу та передачі необхідної кількості теплоти в опалюване приміщення, та включає в себе три основні елементи:

теплогенератор, призначений для отримання теплоти  та передачі теплоносію;

теплопровід, для транспортування теплоносія;

опалювальні прилади, передають тепло в приміщення.

       Теплоносієм для систем опалення може бути будь-яке середовище, яке має здатність акумулювати теплову енергію — рухоме, дешеве, задовольняє санітарні норми та дає змогу контролювати відпуск теплоти. Найпоширеніші — вода, пара та повітря.

       В усьому світі поширені, головним чином, дві системи опалення: електрична та водяна (традиційна для України). Зокрема в Європі, за неофіційними даними, найменший показник впровадження електричного опалення складає 30 відсотків. Лідером у застосуванні електричного опалення є Норвегія (показник застосування приблизно сягає 80%), яка, до речі, сама видобуває газ та нафту. Однак для опалення використовує куплену в Європі дорогу електроенергію. Пояснюється цей факт бажанням норвежців мати у своїй країні чисту екологію. Значне місце у Європі посідають у впровадженні згаданої системи Франція та Іспанія. Там показник її застосування досягає 30-40%. В Україні, яка має власну атомну енергетику, за цією технологією опалюються лічені об'єкти. За радянських часів у застосуванні електричного опалення не було потреби. В той час використовувалось досить дешеве для нас паливо (вугілля, нафта, газ), тому й водяна система у фінансовому плані була вигідніша. Про комфорт, естетичність, безаварійність, екологію тоді ніхто не думав. Найголовніше " забезпечити населення дешевим та економічно вигідним теплом. Після відокремлення дешеве паливо в Україні зникло, почали суттєво підніматися ціни на енергоносії. Тому і постало питання пошуку альтернативних та економічно доступних джерел. Ось так і з'явилося перше вітчизняне підприємство, яке зацікавилось впровадженням в Україні електричної системи опалення. Пізніше датська, фінська та російська фірми створили у нас свою дилерську мережу.

       Широкому розповсюдженню технологіі кабельного опалення не дуже сприяв той факт, що в ідеальних умовах (коли дешеві енергоносії) традиційна система опалення дешевша від електричної на 20-30 відсотків. Але при нинішніх цінах на паливо ця різниця суттєво скоротилася, хоча електрична кабельна система опалення на початковій стадії у економічному плані поки що програє. До того ж у супротивників цієї системи проти неї є деякі аргументи. Зокрема дехто висловлюється, що нині існують пристрої-клапани, які можна встановлювати і на батареї водяного опалення. І таким чином регулювати тепло у кожній квартирі. Але на перевірку, для забезпечення нормального функціонування цього пристрою потрібно подавати воду певної якості, що конструктивно в наших умовах забезпечити досить важко. Інакше через деякий час клапан може вийти з ладу. Електричне опалення в цьому плані безвідмовне і безаварійне: термін експлуатації кабельних систем опалення, зокрема датських, складає понад 50 років. Це цілком відповідає експлуатаційному віку більшості кабельних інженерних мереж будинку.                    Вмонтовані під покриття спеціальні кабелі захищені від пошкоджень, безпечні, непомітні, безшумні та ефективні. Сучасні кабельні системі потребують мінімальної товщини стяжки " лише 3 мм. Насамперед, завдяки цьму вони мають змогу застосовуватися на вже існуючій підлозі " бетоні чи кафелю, піднімаючи її рівень лише на товщину нового покриття. Це дає можливість в багатьох випадках не зменшувати штучно висоту дверей, піднімати плінтуса та пороги. Головною метою таких систем є підтримка комфортної температури на поверхні підлоги близько 27-29"С. Застосовуються вони, головним чином, як додаткові, в поєднанні з основними опалювальними системами.

    Опалення теплим повітрям

Система опалення будівлі може бути на основі застосування радіаторів, конвекторів, опалення підлоги, опалення теплим повітрям або поєднання цих типів опалення. Системи опалення теплим повітрям нагрівають приміщення будівлі значно швидше, але коштують дорожче.

      У системах опалення теплим повітрям, нагрівальна поверхня в Центральному повітряному кондиціонері підігріває повітря на впуску системи вентиляції до початку циркуляції в приміщеннях будівлі. У випадку необхідності вибіркового підігрівання приміщень будівлі, можна відрегулювати впускну температуру підігрівальної поверхні для кожної окремої зони.

        Перевагою системи опалення теплим повітрям єшвидке реагування на зміни вимог. Температуру на впуску можна швидко відрегулювати, щоб відповідати вимогам теплового навантаження, на відміну від системи опалення на основі водних радіаторів та/абоопалення підлоги.

         Незважаючи на це, система опалення теплим повітрям коштує значно дорожче, ніж системи опалення водою як з точки зору  конструкції, так й з точки зору функціонування. Питоматеплоємність повітря складає приблизно 1000 Дж/кгK, що значно нижче ніж питома теплоємність води (4200 Дж/кгK). Це означає, що для досягнення ефекту нагрівання 1 кг води необхідно в 4,2 рази більше повітря. Крім того, вентиляційні трубопроводи вимагають більше простору, ніж системи водяного опаленням із застосуванням радіаторів, конвекторівта опалення підлоги.

        Одним зі способів зменшення витрат є встановлення фанкойлів, які підігріваються за допомогою системи водяного опалення. Завдяки цьому зменшуються витрати на перекачування повітря, але з’являється шум при використанні фанкойлів з вмонтованими  вентиляторами.

Метод комплексного очищення та ремонту системи  опалення включає  наступні види робіт:

діагностика стану трубопроводів, приладів опалення, запірної арматури та теплової ізоляції; вирізання зразків трубопроводів з метою з'ясування ступеня забрудненості внутрішньої поверхні трубопроводів;

заміна  пошкоджених корозією ділянок трубопроводів;

ревізія або заміна запірної арматури; гідрохімічне очищення системи опалення з повним

видаленням  відкладень з внутрішньої поверхні трубопроводів 

гідропневматичне  очищення приладів опалення:

технічне  удосконалення системи шляхом встановлення циркуляційних насосів та автоматичних повітряних клапанів (за необхідністю);

гідравлічні випробування системи; вирізання зразків  трубопроводів та контроль якості очищення. 

Схеми систем водяного опалення

 Конструктивно  системи водяного опалювання (як  з природним, так і з штучним спонуканням) підрозділяють:

за місцем прокладки що подає магістралі на системи з верхньої та нижньої  розведенням;

 за  способом приєднання нагрівальних  приладів до подає стояках  на однотрубних і двухтрубные; 

 по  розташуванню стояків на системи  з вертикальними і горизонтальними стояками;

 по  схемі прокладки магістралі на  системи з тупикової схемою  із попутним рухом води в  магістралях.

Рис. 1. Принципова схема квартирної системи  водяного опалення з насосною циркуляцією  теплоносія і бакомаккумулятором теплоти

1 - бакаккумулятор; 2 - корковий кран; 3 - розширювальний  бак; 4 - головний стояк; 5 - теплогенератор; 6 - опалювальний прилад; 7 - циркуляційний  насос типа ЦВЦ; 8 - зворотний клапан; НН - центр нагріву котла; 00 - центр  охлажденія; ММ - центр бакааккумулятора; ТП - трійник з пробкою. 

Опалення  індивідуальних житлових будинків

         До теперішнього часу зложилися два основні типи індивідуальних житлових будинків: садиби для круглогодичного проживання мешканців і будинку (дачі) для проживання тільки в літній період. З технологічної точки зору вимоги до садиб і літнім будинкам помітно різняться. Оскільки в літніх будинках проживають в основному в літній період, різницю температур приміщення й зовнішнього повітря відносно невелика. Тому зовнішні стіни будиночків звичайно мають невеликий термічний опір теплопередачі від повітря внутрішнього приміщення до зовнішнього. Як правило, стіни літніх садових будиночків виготовляють із полегшених конструкцій. І в цих будиночках опалення, як правило, отсутствует.

        Необхідність створення комфортних умов у літньому садовому будиночку і в зимовий час зобов'язує хазяїв використовувати різні варіанти опалення, причому в якості теплогенераторів використовуються в основному печі на твердім паливі. Крім печей і камінів можуть бути рекомендовані також електронагрівники (Тены, рефлектори, електрокаміни і т.д.). У цих випадках не слід використовувати водяні системи опалення, оскільки при негативних температурах потрібно зливати воду із системи, а потім знову заповнювати її водою - заняття, пов'язане з певними незручностями. Уникнути їх можна, якщо використовувати в якості теплоносія незамерзаючу рідину - антифриз. Однак слід уважатися з тим, що антифриз досить дорогий і токсичний.

      Що стосується теплопостачання садибних і дачних будиночків із круглогодичным проживанням мешканців, те їхні обладнання повинні забезпечувати весь комплекс зручностей, надаваних міським жителям: опалення, гаряче водопостачання, можливість готування їжі. У той же час основні теплопотребляющие елементи будинків - системи опалення й гарячого водопостачання мають деякі особливості в порівнянні із системами опалення й гарячого водопостачання - міських житлових будинків

Вони  полягають у наступному:

оскільки  вдома садибного типу мають невеликий  обсяг і відповідно невеликі тепловтрати, їх звичайно приєднують до зовнішніх тепломереж, що обслуговуються груповий або індивідуальної котельні з температурою теплоносія не більш 95° С. Приєднання квартирних систем опалення до тепломережі в цьому випадку можна робити без обладнань, що підмішують, у вигляді елеваторів;

через те, що садибні будинки мають один-два  поверхи, у них, як правило, доцільно застосовувати найбільш просту однотрубну систему опалення;

через відсутності регуляторів для невеликих витрат мережної води для приєднання до тепломережі систем гарячого водопостачання слід використовувати ємнісні водонагрівачі, у яких вода тепломережі нагріває місцеву воду через поверхню розміщеного в ньому змійовика (бойлерні казани).

         Для опалення малоповерхових будинків у цей час застосовують грубне, водяне, електричне й повітряне опалення

        Найбільше зовсім електричне опалення, що характеризується рядом гідностей, у тому числі зручністю регулювання теплового навантаження, відсутністю громіздких опалювальних приладів, високою гігієнічністю. Єдиний, але часто вирішальний недолік електричного опалення - його дорожнеча. Вартість одиниці відпущеного тепла при електричнім опаленні в кілька раз вище, чим при виробленні тепла в печах або казанах

         Найбільше поширення одержали водяні й повітряні системи опалення При оцінці теплотехнічних властивостей теплоносіїв вирішальними показниками є вагарня й об'ємна теплоємність і температура. З погляду кількості тепла, що втримується в одиниці об'єму, вода має величезні переваги. Наприклад, при звичайних для систем опалення температурах води 80° С и повітря 70° С об'ємна теплоємність становить: 

води: 

Сv = рСg= 975x1 = 975 ккал/(м3х°З); 

повітря: 

Cv = ( 1.29 x 273 x 0.24 ) / ( 273 + 70 ) = 0.25 ккал/(м3х°З) 

тобто теплоємність води більше чому теплоємність повітря майже в 4000 раз. Відповідно об'ємна витрата її, необхідний для  опалення того самого приміщення, у  тисячі раз менше витрати повітря, у силу цього потрібно набагато менший розтин сполучних комунікацій, що транспортують розігрітий теплоносія в опалювальне приміщення. Більші обсяги нагрітого повітря утрудняють його транспортування й розподіл по опалювальних приміщеннях. Через значні діаметри розділових воздуховодов вентилятор для передачі нагрітого повітря необхідно розташовувати поблизу опалювального житлового приміщення, що пов'язане із проникненням у приміщення шуму від працюючого вентилятора

         Разом з тим повітря, як теплоносій, має ряд переваг у порівнянні сводой.

По-перше, він передає тепло в приміщення безпосередньо, тобто без установки опалювальних приладів. Проникаюча здатність повітря велика, за рахунок високої конвенційної здатності здійснюється ефективне опалення приміщення

По-друге, не потрібно обладнань каналізації  теплоносія (повітря).

        Гідності повітряного опалення оцінені людиною давно. Відомо, що опалення гарячими газами було першим способом штучного опалення житла

Простий і прадавній спосіб опалення шляхом спалювання палива усередині приміщення сусідив із центральними установками водяного й повітряного опалення. Так, у г. Ефесі, заснованому в X столітті до н.е. на території сучасної Туреччини, для опалення приміщень уже в той час використовувалася система трубок, у які подавалася гаряча вода з казанів, що перебувають у підвалах будинків. У Хакасии й багатьох інших місцях нашої країни застосовувалося напольное опалення з використанням теплоти продуктів згоряння, що централізовано спалюється палива. Система повітряного опалення, створена в Італії, докладно описана ще Витрувием (кінець I століття до н.е.). Зовнішнє повітря нагрівалося в підпільних каналах, попередньо прогрітих гарячими газами, і надходив в опалювальні приміщення. По такому ж принципу опалювалися приміщення замків у Німеччині в середні століття

         На розвиток опалювальної техніки впливав вид застосовуваного палива. У плині багатьох сторіч використовувалося тверде паливо (дрова, вугілля) і опалювальні установки пристосовувалися до його згоряння. Відомі численні конструкції вогнищ і жаровень, камінів і особливо печей, що одержали широке поширення в Росії. Опалювальні печі для спалювання твердого палива часто застосовують і зараз.

         З відкриттям нових видів палива (природний газ, нафта) створюються опалювальні установки й теплові станції для їхнього спалювання з нагріванням проміжного середовища, що переносить теплоту впомещения.

         У сучасних системах повітряного опалення малоповерхових будинків повітря нагрівають звичайно в калориферахтеплообменниках, печах, у яких тепло передається повітрю через стінку продуктами згоряння палива або електричними нагрівачами. Нагріта зсередини металева (або цегельна) поверхня калорифера (печі) прохолоджується зовні, віддаючи тепло повітрю. Тепловіддача повітрю тем вище, чим більше поверхня теплообміну, тому штучно збільшують поверхню теплообміну або збільшують швидкість руху повітря, що стикається з поверхнею теплообмінника

       Зазначений недолік калориферів із природньою тягою не є визначальним. Головна причина того, що повітряне опалення ще мале поширене в малоповерхових будинках, полягає в недостатньому випуску дешевих і малопродуктивних вентиляторів, а також у створюваному ними шумі. Крім того, конструкції розроблених до теперішнього часу калориферів передбачені тільки для спалювання мережного газу або рідкого палива. Тому найбільше поширення для опалення малоповерхових будинків одержало грубне й водяне опалення. Причому рух води у водяних системах можна здійснити без застосування насосів, використовуючи природній напір, що виникає внаслідок охолодження води в нагрівальні приладах

Опалювальне встаткування: теплогенератори  й казани

       Вибір типу джерела теплоти залежить від виду палива, його номінальної теплопродуктивності, яка повинна бути більше розрахункових тепловтрат будинку на 15-20%, функціонального призначення конструкції, Що Обгороджують, найбільш сучасних малоповерхових будинків при високому термічному опорі мають досить низьку теплопоглинальну здатність, внаслідок чого вони характеризуються малою теплотривкістю, а тепловий режим у них підданий коливанням при впливі змінних метеорологічних факторів і нестабільній подачі теплоти. Відзначена особливість визначає доцільність застосування квартирних теплогенераторів з топленнями тривалого й затяжного горіння або застосування системи опалення з великий тепловий акумуляцією. Для децентралізованого теплопостачання найбільш перспективні двухфункциональные теплогенератори, що забезпечують одночасне опалення й гаряче водопостачання з топленнями тривалого горіння при роботі на твердім паливі

         При використанні твердого палива для квартирних теплогенераторів доцільно застосовувати сортовані кам'яні вугілля, вугільні брикети, враховуючи, що більшість казанів і апаратів не пристосовані для спалювання низькосортного палива

         Верхня межа розміру фракцій вугілля щоб уникнути кратного горіння не повинен перевищувати 50 мм, а нижній у зв'язку з обмеженістю тяги й відсутністю примусового дуття - 13 мм.

        У якості рідкого палива може застосовуватися паливо грубне побутове (ТПБ) або освітлювальний гас

         У цей час на ринку представлена широка номенклатура квартирних теплогенераторів на твердім, газоподібнім і рідкім паливі. Більша їхня частина має у своїй конструкції водяний контур і призначена для використання у водяній системі опалення

       З урахуванням питомої ваги твердого палива в паливному балансі ( понад 80%) найбільший інтерес для споживача представляють твердопаливні квартирні казани. Відвід газів із квартирних теплогенераторів здійснюється через димар висотою 5-7 м. Тяга, створювана такий трубою, невелика, і щоб дим з топлення не вибивало в приміщення, газовий опір теплогенераторів повинне бути мінімальним.

       Квартирні теплогенератори повинні мати також найменший гідравлічний опір, тому що загальний циркуляційний тиск у системі досить незначно. Для збільшення цього тиску доцільно низьке розташування теплогенератора, однак найчастіше таке рішення в умовах одноповерхової будови найчастіше неприйнятно. При звичайнім розміщенні теплогенератора на підлозі для зниження центру нагрівання й збільшення гідравлічного напору бажане, щоб теплогенератор був мінімальної висоти, а поверхні нагрівання розташовувалися можливо нижче.

        Витрати на паливо становлять основну частину експлуатаційних витрат, тому КПД казана, повинен, бути досить високим

      Найпоширеніші чавунні або сталеві водогрійні казани, використовувані самостійно або разом з побутовими плитами для варіння їжі. Чавунні казани мають більші переваги - вони довговічні й дешеві при масовім виробництві. Крім того, їх набирають із окремих секцій, тому зміною числа секцій можна підібрати їх будь-яку продуктивність. Ремонт казанів звичайно зводиться до заміни прогорілої секції на нову. Термін служби чавунних казанів становить близько 20 років, у той час як інших - 10-15 років. Строк експлуатації від капітального ремонту до ремонту не менш 2000 годин, інших конструкцій - не менш 8000 годинника

      Слід помітити, що всі малометражні казани мають невеликі конвективные поверхні теплообміну й внаслідок цього високу температуру газів, що відходять (250400 С), що викликає зниження їх КПД. Якщо казан приєднати до димаря через опалювальний щиток, але можна суттєво знизити температуру газів, що відходять, і збільшити КПД. При розпалюванні казана, коли погіршується тяга, відкривають заслінку прямого ходу й гази направляються в димар

         Так само надходять, коли починають опалювальний сезон. При тязі, що встановився, заслінка прямого ходу закривається й гази направляються в опалювальний щиток

Для найпоширенішого  палива - кам'яного вугілля - найчастіше використовують чавунні казани марок КЧММ, КЧММ-2, КЧМ-1, КЧМ-2, КЧМ-3. Зовні вони обшиті кожухом з листової сталі. Між кожухом і чавунними секціями покладена теплоізоляція з листового азбесту

Казан КЧММ складається із трьох секцій, причому вся необхідна гарнітура розміщена на крайніх секціях. Колосникові ґрати виконані частково охолоджуваної й має шурувальне обладнання. Газовий тракт казана обладнаний газоходом прямого ходу, що дозволяють при розпалюванні направляти гази, крім теплообмінних поверхонь, відразу в димар (табл. 2).

Табл. 2 

Установка теплогенераторів

        Розміщення опалювальних казанів (апаратів), як правило, слід передбачати в спеціальних приміщеннях (топкових), що мають димохід і вентиляційний канал

       Природня вентиляція повинна забезпечувати трикратний повітрообмін протягом однієї години, не вважаючи повітря, необхідного для горіння. Приміщення повинне мати електричне висвітлення твердім паливі в кухні за санітарно-гігієнічними показниками не рекомендується. Установка казана (апарата) на твердім паливі в підвалі будинку дозволяє збільшити циркуляційний напір, тим самим зменшити діаметри труб, поліпшити санітарно-гігієнічний стан усередині будинку

        При установці теплогенератора в приміщенні, побудованому зі спаленних матеріалів, відстань від казана до стін, перекриттів і перегородок повинне бути не менш 0,5 м.       Відстань можна скоротити до 0,25 м за умови обшивки спаленних конструкцій покрівельною сталлю по азбестовому картону товщиною 8 мм. При розміщенні теплогенератора у неспаленної або трудносгораемой стіни відстань між ним і стіною повинне бути не менш 5 див, це ж відстань можна передбачати за умови облицювання спаленних конструкцій будинку цеглою на ребро на висоту 1,5 м.