Система теплоснабжения что. Открытая и закрытая система теплоснабжения - преимущества и недостатки в сравнении. Закрытая и открытая система теплоснабжения: особенности, недостатки и преимущества. Автономные системы отопления
ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОТЫ
§ 1.1. Классификация систем теплоснабжения
В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на два вида:
1) централизованные;
2) децентрализованные.
1) Процесс централизованного теплоснабжения состоит из трех операций: подготовки, транспорта и использования теплоносителя.
Подготовка теплоносителя производится в специальных теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (квартальных) или промышленных котельных. Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям, а используется в теплоприемниках потребителей.
В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому передача теплоты от источника до потребителей производится по тепловым сетям.
В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:
– групповые – теплоснабжение группы зданий;
– районные – теплоснабжение нескольких групп зданий (района);
– городские – теплоснабжение нескольких районов;
– межгородские – теплоснабжение нескольких городов.
По виду теплоносителя системы централизованного теплоснабжения разделяют на водяные и паровые. Вода используется для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения (ГВС); пар – для промышленной технологической нагрузки.
2) В децентрализованных системах теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей совмещены в одном агрегате или размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может производиться без промежуточного звена – тепловой сети.
Системы децентрализованного теплоснабжения разделяются на индивидуальные и местные. В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения (уча сток цеха, комната, квартира) обеспечивается от отдельного источника. К таким системам относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной котельной.
2. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Характеристика.
Глава 1. Характеристики возобновляемых источников энергии и основные аспекты их использования в России1.1 Возобновляемые источники энергии
Это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относится энергия солнца, ветра, воды (в том числе сточных вод), исключая применения данной энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях. Энергия приливов, волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов. Геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей. Низкопотенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с применением особых теплоносителей. Биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива. А также биогаз; газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов; газ, образующийся на угольных разработках.
Теоретически возможна и энергетика, основанная на использовании энергии волн, морских течений, теплового градиента океанов (ГЭС установленной мощностью более 25 МВт). Но пока она не получила распространения.
Способность источников энергии возобновляться не означает, что изобретен вечный двигатель. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) используют энергию солнца, тепла, земных недр, вращения Земли. Если солнце погаснет, то Земля остынет, и ВИЭ не будут функционировать.
1.2 Преимущества возобновляемых источников энергии в сравнении с традиционными
Традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него, конъюнктуры рынка.
Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию.
Независимость ВИЭ от топлива обеспечивает энергетическую безопасность страны и стабильность цен на электроэнергию
ВИЭ экологично чисты: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.
В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.
В технологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т. д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования.
1.3 Наиболее распространенные возобновляемые источники энергии
И в России, и в мире - это гидроэнергетика. Около 20% мировой выработки электроэнергии приходится на ГЭС.
Активно развивается мировая ветроэнергетика: суммарные мощности ветрогенераторов удваиваются каждые четыре года, составляя более 150 000 МВт. Во многих странах ветроэнергетика занимает прочные позиции. Так, в Дании более 20% электроэнергии вырабатывается энергией ветра.
Доля солнечной энергетики относительно небольшая (около 0,1% мирового производства электроэнергии), но имеет положительную динамику роста.
Геотермальная энергетика имеет важное местное значение. В частности, в Исландии такие электростанции вырабатывают около 25% электроэнергии.
Приливная энергетика пока не получила значительного развития и представлена несколькими пилотными проектами.
1.4 Состояние возобновляемой энергетики в России
Этот вид энергетики представлен в России главным образом крупными гидроэлектростанциями, обеспечивающими около 19% производства электроэнергии в стране. Другие виды ВИЭ в России пока заметны слабо, хотя в некоторых регионах, например на Камчатке и Курильских островах, они имеют существенное значение в местных энергосистемах. Суммарная мощность малых гидроэлектростанций порядка 250 МВт, геотермальных электростанций - около 80 МВт. Ветроэнергетика позиционируется несколькими пилотными проектами общей мощностью менее 13 МВт.
Билет №5
1. Характеристика паровых систем. Достоинства и недостатки.
Паровая система – система с паровым отоплением зданий, где в качестве теплоносителя используется водяной пар. Особенностью является комбинированная отдача тепла рабочим телом (паром), которое не только снижает свою температуру, но и конденсируется на внутренних стенках отопительных приборов.
Источником тепла в системе парового отопления может служить отопительный паровой котел. Отопительными приборами являются радиаторы отопления, конвекторы, оребренные или гладкие трубы. Образовавшийся в отопительных приборах конденсат возвращается к источнику тепла самотеком (в замкнутых системах) или подается насосом (в разомкнутых системах). Давление пара в системе может быть ниже атмосферного (вакуум-паровые системы) или выше атмосферного (до 6 атм.). Температура пара не должна превышать 130 °С. Изменение температуры в помещениях производится регулированием расхода пара, а если это не возможно - периодическим прекращением подачи пара. В настоящее время паровое отопление может применяться как при централизованном, так и при автономном теплоснабжении в производственных помещениях, в лестничных клетках и вестибюлях, в тепловых пунктах и пешеходных переходах. Целесообразно использовать такие системы на предприятиях, где пар так или иначе применяется для производственных нужд.
Паровые системы подразделяются на :
· Вакуум-паровые (абсолютное давление <0,1МПа (менее 1 кгс/см²));
· Низкого давления (избыточное давление >0,07МПа (более 0,7 кгс/см²)):
Открытые (сообщающиеся с атмосферой);
Закрытые (не сообщающиеся с атмосферой);
· По способу возврата конденсата в котел системы:
Замкнутые (с непосредственным возвратом конденсата в котел);
Разомкнутые (с возвратом конденсата в конденсаторный бак и с последующей перекачкой его из бака в котел);
· По схеме соединения труб с приборами системы:
Однотрубные;
Однотрубные.
Достоинства:
· Небольшие размеры и меньшая стоимость отопительных приборов;
· Малая инерционность и быстрый прогрев системы;
· Отсутствие потерь тепла в теплообменниках.
Недостатки:
· Высокая температура на поверхности отопительных приборов;
· Невозможность плавного регулирования температуры помещений;
· Шум при заполнении системы паром;
· Сложности монтажа отводов в работающей системе.
2. Арматура тепловых сетей. Классификация. Особенности использования.
По функциональному назначению арматуру подразделяют: на запорную, регулировочную, предохранительную, дросселирующую и контрольно-измерительную.
Трубопроводную арматуру устанавливают на трубопроводах ИТП, ЦТП, магистральных трубопроводах, стояках и подводкам к нагревательным приборам, обвязке трубопроводами центробежных насосов и подогревателей
Арматура характеризуется тремя основными параметрами: условным проходом Dy, рабочим давлением и температурой транспортируемой среды.
Запорная арматура предназначена для перекрытия потока теплоносителя. К ней относятся задвижки, краны, вентили, клапаны, поворотные, затворы.
Запорную арматуру в тепловых сетях устанавливают:
На всех трубопроводных выводах тепловых сетей от источников теплоты;
Для секционирования магистралей;
На трубопроводах ответвлений;
Для спуска воды и выпуска воздуха и т.д.
В жилищно-коммунальном хозяйстве нашли наибольшее применение чугунные задвижки типа 30ч6бк для давления Py = 1 МПа (10 кгс/см²) и температуры среды до 90 °С, а также задвижки типа 30ч6бк для давления Py = 1 МПа и температуры среды до 225 °С. Эти задвижки выпускаются диаметрами: 50, 80, 100, 125, 200, 250, 300, 350 и 400 мм.
Регулирующая арматура служит для регулирования параметров теплоносителя: расхода, давления, температуры. В состав регулировочной арматуры входят регулирующие клапаны, регуляторы давления, регуляторы температуры, регулирующие вентили.
Предохранительная арматура предназначена для предохранения теплопроводов и оборудования от недопустимого повышения давления путем автоматического выпуска избыточного количества теплоносителя.
Билет 6
1.Водяные системы теплоснабжения. Преимущества и недостатки систем теплоснабжения.
Водяные отопительные системы классифицируются по различным признакам.
По расположению базовых элементов системы делятся на центральные и местные. Местные основаны на работе автономных котельных. Центральные используют единый тепловой центр (ТЭЦ, котельная) для отопления многих зданий.
В качестве теплоносителя в водяных системах может использоваться не только вода, но и незамерзающие жидкости (антифризы – смеси пропиленгликоля, этиленгликоля или глицерина с водой). По температуре теплоносителя все системы можно разделить на низкотемпературные (вода нагревается до 70°C, не более), среднетемпературные (70-100°C) и высокотемпературные (более 100°C). Максимальная температура носителя составляет 150°C.
По характеру движения теплоносителя системы отопления делятся на гравитационные и насосные. Естественная (или гравитационная) циркуляция применяется достаточно редко - в первую очередь в зданиях, где недопустимы шум и вибрация. Монтаж такой системы предполагает обязательную установку расширительного бака, который располагается в верхней части здания. Использование конструкций с естественной циркуляцией в значительной степени ограничивает планировочные возможности.
Централизованные насосные (с принудительной регуляцией) системы – на сегодняшний день самая популярная форма водяного отопления. Теплоноситель перемещается не за счет циркуляционного давления, а за счет движения, создаваемого насосами. При этом насос не обязательно находится в самом здании, он может быть расположен в пункте централизованного теплоснабжения.
По способу подключения к наружным сетям системы делятся на три вида:
Независимые (закрытые). Котлы заменены на водяные теплообменники, в системах используется высокое давление или особый циркуляционный насос. Подобные системы позволяют на некоторое время сохранять циркуляцию в случае внешних аварий.
Зависимые (открытые). В них используется смешивание воды из подающей и отводящей линий. Для этого используется насос или водостуйный элеватор. В первом случае также возможно сохранение циркуляции теплоносителя во время аварий.
Прямоточные – самые простые системы, используемые при отоплении нескольких соседних зданий одной небольшой котельной. Недостатком таких решений является невозможность качественного местного регулирования и прямая зависимость режима отопления от температуры носителя в подающем канале.
По способу доставки теплоносителя к радиаторам отопления системы делятся на одно- и двухтрубные. Однотрубная схема – это последовательное прохождение воды по всей сети. Следствием является потеря тепла по мере удаления от источника и невозможность создания равномерной температуры во всех комнатах и квартирах.
Однотрубные системы отопления дешевле и устойчивее гидравлически (при низких температурах). Их недостаток – невозможность индивидуального регулирования теплоотдачи. Однотрубные системы стали использоваться в строительстве уже с 1940-х годов, по этой причине ими оборудовано большинство зданий в нашей стране. Даже сегодня такие системы могут применяться в тех общественных зданиях, где не требуется раздельного учета и регулирования теплоснабжения.
Двухтрубная система предполагает создание единой магистрали, подающей тепло к каждому отдельному помещению. Как правило, подающий и обратный стояки устанавливаются в лестничных клетках домов. Для учета теплоснабжения могут применяться или поквартирные счетчики, или поквартирно-домовая система (общий счетчик на дом и локальные водомеры горячей воды). В многоэтажных домах с двухтрубной поквартирной схемой отопления можно регулировать тепловой режим в каждой квартире, не нанося «ущерба» соседям. Следует отметить, что за счет того, что в двухтрубных системах используются малые рабочие давления, для отопления можно использовать недорогие тонкостенные радиаторы.
Выбор способа, которым будет осуществляться теплоснабжение зданий, зависит от технических характеристик (возможность подключения к централизованной система теплоснабжения) и от личного предпочтения владельца. Каждая система имеет свои достоинства и недостатки.
Например, централизованные теплосети имеют большое распространение, и за счет широкого применения, системы монтажа и прокладки магистралей хорошо проработаны. Также стоит заметить конкурентоспособность таких сетей за счет низкой себестоимости тепловой энергии.
Но централизованные теплосети также имеют такие недостатки как высокая вероятность неполадок и аварий в системе, а также довольно значительное время, которое уходит на их ликвидацию. К этому можно добавить остывание теплоносителя, который доставляется удаленным потребителям.
Автономные теплосети могут функционировать от различных источников питания. Поэтому при отключении одного из них, качество теплоснабжения остается на том же уровне. Такие системы обеспечивают снабжение теплом здания даже при аварийных обстоятельствах, когда проводится отключение помещений от электросетей и прекращается подача воды. Недостатком автономной теплосети можно считать необходимость хранения запасов топлива, что не всегда удобно, особенно в условиях города, а также зависимость от источников энергии.
Помимо обеспечения здания теплом, холодоснабжение тоже играет важную роль в функционировании зданий. В помещениях коммерческого типа, (склады, магазины и тд.) холодоснабжение является обязательным условием нормального функционирования. В частных зданиях, кондиционирование и холодоснабжение, актуально в летнее время. Поэтому при составлении проектной документации строительства, к проектированию систем теплообеспечения и холодоснабжения нужно подходить с должным вниманием и профессионализмом.
2. Защита систем горячего водоснабжения от коррозии
Вода, поступающая на горячее водоснабжение, должна отвечать требованиям ГОСТ. Вода не должна иметь цвета, запаха и привкуса. Антикоррозионная защита на абонентских вводах применяется лишь для установок горячего водоснабжения. В открытых системах теплоснабжения на горячее водоснабжение используется сетевая вода, прошедшая деаэрацию и химводоочистку. Эта вода не нуждается в дополнительной обработке на тепловых пунктах. В закрытых системах теплоснабжения установки горячего водоснабжения заполняют водопроводной водой. Применение этой воды без дегазации и умягчения недопустимо, так как при нагреве до 60°С активизируются электрохимические коррозионные процессы, а при температуре горячего водоразбора начинается разложение солей временной жесткости на карбонаты, выпадающие в осадок, и на свободную углекислоту. Скопление шлама в застойных участках трубопроводов вызывает язвенную коррозию. Известны случаи, когда язвенная коррозия за 2-3 года совершенно выводила из строя систему горячего водоснабжения.
Способ обработки зависит от содержания растворенного кислорода и карбонатной жесткости водопроводной воды, поэтому различают противокоррозионную и противонакипную обработку воды. Мягкая водопроводная вода с карбонатной жесткостью 2 мг-экв/л накипи и шлама не дает. При использовании мягкой воды отпадает необходимость защиты системы горячего водоснабжения от зашламления. Но для мягких вод характерно высокое содержание растворенных газов и низкая концентрация водородных ионов, поэтому мягкая вода наиболее опасна в коррозионном отношении. Водопроводная вода средней жесткости при нагревании образует на внутренней поверхности труб тонкий слой накипи, что несколько увеличивает термическое сопротивление подогревателей, но вполне удовлетворительно защищает металл от коррозии. Вода с повышенной жесткостью 4-6 мг-экв/л дает толстый налет шлама, который полностью устраняет коррозию. Установки горячего водоснабжения, питаемые такой водой, должны иметь защиту от зашламления. Вода с высокой жесткостью (более 6 мг-экв/л) из-за слабого «омыления» по нормам качества не рекомендуется к употреблению. Таким образом, в закрытых системах теплоснабжения установки горячего водоснабжения при использовании мягких вод нуждаются в защите от коррозии, а при повышенной жесткости - от зашламления. Но поскольку при горячем водоснабжении невысокий нагрев воды не вызывает разложения солей постоянной жесткости, то для ее обработки применимы более простые методы, чем для подпиточной воды на ТЭЦ или в котельных. Защита систем горячего водоснабжения от коррозии осуществляется использованием на ЦТП антикоррозионных установок или повышением антикоррозионной стойкости систем горячего водоснабжения.
Билет №8
1. Назначение и общая характеристика процесса деаэрации
Процесс удаления растворенных в воде коррозионно-активных газов (кислород, свободный диоксид углерода, аммиак, азот и другие), которые, выделяясь в парогенераторе и трубопроводах тепловой сети, вызывают коррозию металла, что снижает надежность их работы. Продукты коррозии способствуют нарушению циркуляции, что приводит к пережогу труб котлоагрегата. Скорость коррозии пропорциональна концентрации газов в воде. Наиболее распространена термическая деаэрация воды, основанная на использовании закона Генри - закона растворимости газов в жидкости, согласно которому массовое количество газа, растворенного в единице объема воды, прямо пропорционально парциальному давлению в изотермических условиях. Растворимость газов с повышением температуры снижается и для любого давления при температуре кипения равна нулю. При термической деаэрации процессы выделения свободной углекислоты и разложения бикарбоната натрия взаимосвязаны. Процесс разложения бикарбоната натрия наиболее интенсивен при повышении температуры, большей продолжительности пребывания воды в деаэраторе, и удалении из воды свободной углекислоты. Для эффективности процесса необходимо обеспечить непрерывный отвод из деаэрированной воды в паровое пространство свободной углекислоты и подачу пара, свободного от растворенного СО2, а также интенсифицировать удаление из деаэратора выделившихся газов, в том числе углекислоты. 2. Подбор насоса
Основными параметрами циркуляционного насоса являются напор (Н), измеряющийся в метрах водяного столба, и подача (Q), или производительность, измеряемая в м3/ч. Максимальный напор - это наибольшее гидравлическое сопротивление системы, которое способен преодолеть насос. При этом его подача равняется нулю. Максимальной подачей называется наибольшее количество теплоносителя, которое может перекачать за 1 ч насос при гидравлическом сопротивлении системы, стремящемся к нулю. Зависимость напора от производительности системы именуют характеристикой насоса. У односкоростных насосов одна характеристика, у двух- и трехскоростных - соответственно две и три. У насосов с плавно изменяющейся частотой вращения ротора существует множество характеристик.
Подбор насоса осуществляют, учитывая прежде всего необходимый объем теплоносителя, который будет перекачиваться с преодолением гидравлического сопротивления системы. Расход теплоносителя в системе подсчитывают, исходя из теплопотерь отопительного контура и необходимой разницы температур между прямой и обратной линиями. Теплопотери, в свою очередь, зависят от многих факторов (теплопроводности материалов ограждающих конструкций, температуры окружающей среды, ориентации здания относительно сторон света и др.) и определяются расчетом. Зная теплопотери, вычисляют необходимый расход теплоносителя по формуле Q = 0,86 Pн/(tпр.т - tобр.т), где Q - расход теплоносителя, м3/ч; Pн - необходимая для покрытия теплопотерь мощность отопительного контура, кВт; tпр.т - температура подающего (прямого) трубопровода; tобр.т - температура обратного трубопровода. Для систем отопления разница температур (tпр.т - tобр.т) обычно составляет 15-20°С, для системы теплого пола - 8-10°С.
После выяснения необходимого расхода теплоносителя определяют гидравлическое сопротивление отопительного контура. Гидравлическое сопротивление элементов системы (котла, трубопроводов, запорной и термостатической арматуры) обычно берут из соответствующих таблиц.
Рассчитав массовый расход теплоносителя и гидравлическое сопротивление системы, получают параметры так называемой рабочей точки. После этого, используя каталоги производителей, находят насос, рабочая кривая которого лежит не ниже рабочей точки системы. Для трехскоростных насосов подбор ведут, ориентируясь на кривую второй скорости, чтобы при эксплуатации был запас. Для получения максимального КПД устройства необходимо, чтобы рабочая точка находилась в средней части характеристики насоса. Следует учесть, что во избежание возникновения гидравлического шума в трубопроводах скорость потока теплоносителя не должна превышать 2 м/с. При использовании в качестве теплоносителя антифриза, имеющего меньшую вязкость, приобретают насос с запасом мощности в 20 %.
Билет №9
1. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ И ИХ ПАРАМЕТРЫ. РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ
4.1. В системах централизованного теплоснабжения для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий в качестве теплоносителя следует, как правило, принимать воду. Следует также проверять возможность применения воды как теплоносителя для технологических процессов.
Применение для предприятий в качестве единого теплоносителя пара для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения допускается при технико-экономическом обосновании.
Пункт 4.2 исключить.
4.3. Температура воды в системах горячего водоснабжения должна приниматься в соответствии со СНиП 2.04.01-85.
Пункт 4.4 исключить.
4.5. Регулирование отпуска теплоты предусматривается: центральное - на источнике теплоты, групповое - в узлах регулирования или в ЦТП, индивидуальное в ИТП.
Для водяных тепловых сетей следует принимать, как правило, качественное регулирование отпуска теплоты по нагрузке отопления или по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения согласно графику изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха.
При обосновании допускается регулирование отпуска теплоты - количественное, а также качественно-
количественное.
4.6. При центральном качественном регулировании в системах теплоснабжения с преобладающей (более 65%)
жилищно-коммунальной нагрузкой следует принимать регулирование по совмещенной нагрузке отопления и
горячего водоснабжения, а при тепловой нагрузке жилищно-коммунального сектора менее 65% от суммарной
тепловой нагрузки и доле средней нагрузки горячего водоснабжения менее 15% от расчетной нагрузки отопления - регулирование по нагрузке отопления.
В обоих случаях центральное качественное регулирование отпуска теплоты ограничивается наименьшими температурами воды в подающем трубопроводе, необходимыми для подогрева воды, поступающей в системы горячего теплоснабжения потребителей:
для закрытых систем теплоснабжения - не менее 70 °С;
для открытых систем теплоснабжения - не менее 60 °С.
Примечание. При центральном качественном регулировании по совмещенной
нагрузке отопления и горячего водоснабжения точка излома графика температур
воды в подающем и обратном трубопроводах должна приниматься при температуре
наружного воздуха, соответствующей точке излома графика регулирования по
нагрузке отопления.
4.7. Для раздельных водяных тепловых сетей от одного источника теплоты к предприятиям и жилым районам
допускается предусматривать разные графики температур воды:
для предприятий - по нагрузке отопления;
для жилых районов - по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.
4.8. При расчете графиков температур принимаются: начало и конец отопительного периода при температуре
наружного воздуха 8 °C; усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий для жилых районов 18 °С, для зданий предприятий - 16 °С.
4.9. В зданиях общественного и производственного назначения, для которых предусматривается снижение
температуры воздуха в ночное и нерабочее время, следует обеспечивать регулирование температуры или расхода теплоносителя в тепловых пунктах. 2 Назначение и конструкция расширительного бака
По своим физикохимическим характеристикам вода (теплоноситель) является практически несжимаемой жидкостью. Из этого следует, что при попытке сжать воду (сократить ее объем) ведет к резкому увеличению давления.
Так же известно, что в требуемом диапазоне температур от 200 до 900С вода при нагреве расширяется. В савокупности два вышеописанных свойства воды ведут к тому, что в системе отопления вода необходимо обеспечить возможность изменения (увеличения) своего объема.
Существуют два способа обеспечения этой возможности: применить "открытую" систему отопления с открытым расширительным баком в самой верхней точке системы отопления или в “закрытой” системе использовать расширительный бак мембранного типа.
В открытой системе отопления функцию уравновешивания расширения воды при нагревании “пружины”, выполняет столб воды до расширительного бака, который устанавливается в верхней точке системы отопления. В системе отопления закрытого типа роль такой же "пружины" в мембранном расширительном баке выполняет баллон с сжатым воздухом.
Увеличение объема воды в системе при нагревании ведет к притоку воды из системы отопления в расширительный бак и сопровождается сжатием баллона с сжатым воздухом в расширительном баке мембранного типа и возрастанием давления в нем. В результате чего, вода имеет возможность расширяться как и в случае с открытой системой отопления, но в одном случае напрямую не контактирует с воздухом.
Существует ряд причин, по которым применение мембранного расширительного бака предпочтительнее открытого:
1. Мембранный бак может размещаться в помещении котельной и нет необходимости вести монтаж трубы до верхней точки, где к тому же существует риск заморозить бак в зимнее время.
2. В закрытой системе отопления контакт воды и воздуха отсутствует, что исключает возможность растворения в воде кислорода (что обеспечивает котлу и радиаторам в системе отопления дополнительный срок эксплуатации).
3. Существует возможность обеспечить дополнительное (избыточное) давление даже в верхней части системы отопления, вследствие чего сокращается риск образования пузырей воздуха в радиаторах расположенных в верхних точках.
4. В последние годы чердачные помещения все более популярны: они зачастую используются как жилые помещения и расширительный бак открытого типа просто негде разместить.
5. Такой вариант просто значительно дешевле, если учесть материалы, отделку и работу.
Билет №11
Конструкции теплопроводов
Рациональные конструкции теплопроводов, во-первых, должны допускать сооружение тепловых сетей индустриальными методами и быть экономичными как по расходу строительных материалов, так и по затрате средств; во-вторых, они должны обладать значительной долговечностью, обеспечивать минимальные тепловые потери в сетях, не требовать больших материальных затрат и затрат труда на обслуживание при эксплуатации.
Имеющиеся конструкции теплопроводов в значительной мере отвечают указанным выше требованиям. Однако каждая из этих конструкций теплопроводов имеет свои специфические особенности, которые определяют область ее применения. Поэтому важное значение имеет правильный выбор той или иной конструкции при проектировании тепловых сетей в зависимости от местных условий.
Наиболее удачными конструкциями следует считать подземную прокладку теплопроводов:
а) в общих коллекторах из сборных железобетонных блоков совместно с другими подземными сетями;
б) в сборных железобетонных каналах (непроходных и полупроходных) ;
в) в армопенобетонных оболочках;
г) в железобетонных оболочках из центрифугированных труб или полуцилиндров с теплоизоляцией из минеральной ваты;
д) в асбестоцементных оболочках.
Эти конструкции применяются при строительстве городских тепловых сетей и успешно эксплуатируются.
При выборе конструкций прокладки теплопроводов необходимо учитывать:
а) гидрогеологические условия трассы;
б) условия расположения трассы на городской территории;
в) условия строительства;
г) эксплуатационные условия.
Гидрогеологические условия трассы имеют наиболее существенное значение для выбора конструкции теплопроводов, а поэтому они должны быть тщательно изучены.
При наличии достаточно плотных сухих грунтов имеется возможность для большого выбора конструкций теплопроводов. В этом случае окончательный выбор зависит от условий расположения трассы на территории города, а также от условий строительства и эксплуатации.
Неблагоприятные гидрогеологические условия (наличие высокого уровня грунтовых вод, грунтов со слабой несущей способностью и пр.) сильно ограничивают выбор конструкций тепловых сетей. При высоком уровне грунтовых вод наиболее приемлемым решением подземной конструкции теплопроводов является укладка последних в каналах с попутным дренажем при подвесной тепловой изоляции труб. Применение каналов с гидроизоляцией оказывается эффективным только для проходных каналов, в которых гидроизоляция может быть выполнена достаточно качественно.
В проходных каналах дополнительно может быть организован водоотлив, что гарантирует теплопроводы от затопления грунтовыми водами. При проектировании попутного дренажа необходимо обеспечивать надежный выпуск дренажных вод в городские водостоки или водоемы.
При проектировании тепловых сетей в условиях временного подтопления грунтовыми водами (паводковыми водами) может быть принят тип прокладки теплопроводов в полупроходных каналах без устройства дренажа и гидроизоляции. В этом случае должны быть предусмотрены мероприятия по защите от увлажнения тепловой изоляции и труб: покрытие труб борулином, устройство водонепроницаемой асбестоцеметной корки поверх теплоизоляции и др.
При проектировании тепловой сети в мокрых грунтах на территории промышленных предприятий лучшим решением является надземная прокладка теплопроводов.
Расположение трассы на городской территории в значительной мере влияет на выбор типа прокладки теплопроводов.
При расположении трассы под магистральными городскими проездами неприемлема прокладка теплопроводов в оболочках и непроходных каналах, поскольку при ремонте тепловой сети необходимо вскрывать дорожную одежду на значительной длине трассы. Поэтому под магистральными проездами теплопроводы должны укладываться в полупроходных и проходных каналах, допускающих осмотр и ремонт тепловой сети без вскрытия.
Наиболее целесообразно при проектировании тепловых сетей совмещать их с другими подземными коммуникациями в общем городском коллекторе.
ВИДЫ ПРОКЛАДОК ТРУБОПРОВОДОВ.
Пересечение теплопроводами рек, железнодорожных путей и дорожных магистралей. Наиболее простой метод пересечения речных преград - прокладка теплопроводов по строительной конструкции железнодорожных или автодорожных мостов. Однако мосты через реки в районе прокладки теплопроводов нередко отсутствуют, а сооружение специальных мостов для теплопроводов при большой длине пролета стоит дорого. Возможными вариантами решения этой задачи является сооружение подвесных переходов или сооружение подводного дюкера.
Теплопроводы, передающие тепловую энергию от источника тепла к потребителям, IB зависимости от местных условий прокладываются различными способами. (Различают.подземные и воздушные способы прокладок трубопроводов. В городах обычно применяется подземная [прокладка. При любом способе прокладки теплопроводов основной задачей является обеспечение надежной и долговечной работы сооружения при минимальной затрате материалов и средств.
Следующей разновидностью непроходных каналов являются прокладки, IB которых нет воздушного зазора между наружной поверхностью тепловой изоляции и стенкой канала. Такие прокладки выполнялись из железобетонных полуцилиндров, "образующих жесткую оболочку, IB которую заключалась труба, обернутая слоем минеральной ваты. Данный тип прокладки теплопроводов применялся для;рзаводящих сетей, но ввиду несовершенства конструкции (iMHOroHiOBHocTb) минеральная вата увлажнялась и трубы из-за плохой антикоррозийной защиты вследствие наружной коррозии быстро выходили из строя.
2. Характеристика кожухотрубных теплообменников. Принцип выбора. Кожухотрубные теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.
Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века в связи с потребностями тепловых станций в теплообменниках с большой поверхностью, таких, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно высоком давлении. Кожухотрубные теплообменники применяются в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей. В настоящее время их конструкция в результате специальных разработок с учетом опыта эксплуатации стала намного более совершенной. В те же годы началось широкое промышленное применение кожухотрубных теплообменников в нефтяной промышленности. Для эксплуатации в тяжелых условиях потребовались нагреватели и охладители массы, испарители и конденсаторы для различных фракций сырой нефти и сопутствующих органических жидкостей. Теплообменникам часто приходилось работать с загрязненными жидкостями при высоких температурах и давлениях, и поэтому их необходимо было конструировать так, чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.
Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но принимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.
Билет №12
1.ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДОВ
Опоры трубопровода являются неотъемлемой частью трубопроводов различного назначения: технологических трубопроводов промышленных предприятий, ТЭС и АЭС, нефтепроводов и газопроводов, трубопроводов инженерных сетей жилищно-коммунального хозяйства, для комплектации трубопроводных систем в судостроении. Опора – это деталь трубопровода, предназначенная для его установки или крепления. Кроме установки и крепления трубопроводов, опоры используют для снятия различных нагрузок на трубопровод (осевых, поперечных и т.д.). Устанавливаются, как правило, как можно ближе к нагрузкам: запорной арматуре, деталям трубопровода. Опоры трубопроводов охватывают весь спектр диаметров от 25 до 1400 в зависимости от диаметра трубопровода. Также стоит отметить, что материал опор трубопровода должен соответствовать материалу трубы, т.е. если труба из ст.20, то и опора трубопровода должна быть из ст.20. Основной материал, указанный в рабочих чертежах – углеродистая сталь – используется для изготовления опор, применяемых в районах с расчетной температурой наружного воздуха до минус 30˚С. В случае применения неподвижных опор в районах с температурой наружного воздуха до минус 40˚С, для изготовления используется материал – сталь низколегированной марки: 17ГС-12, 17Г1С-12, 14Г2-12 по ГОСТ 19281-89, размеры опор и их деталей остаются неизменными. Для районов с расчетной температурой наружного воздуха до минус 60˚С используется сталь 09Г2С-14 по ГОСТ 19281-89. Опоры под трубопроводы – необходимая часть теплопроводной системы. Она служит для распределения нагрузки от трубопровода на грунт. Опоры под трубопроводы делятся на:
1. Подвижные (скользящие, катковые, шариковые, пружинные, лобовые направляющие) и неподвижные (приварные, хомутовые, упорные).
Скользящая (подвижная) опора принимает на себя вес трубопроводной системы, обеспечивая беспрепятственные колебания трубопровода при изменении температурных условий.
2. Неподвижная опора закрепляется в определенных местах трубопровода, воспринимая нагрузки, которые возникают в этих точках при изменении температурных условий.
Производство опор трубопроводов в настоящем нормализовано и унифицировано нормалями машиностроения. Их использование необходимо для всех проектных, монтажных и строительных организаций. В ОСТах прописаны все размеры деталей опор под трубопроводы, допустимые нагрузки на металлические опоры, в том числе от силы трения опор скользящих. Опоры должны выдерживать нагрузки, заложенные в государственные стандарты и нормативную документацию. После снятия нагрузок с деталей на них не должны появляться надрывы.
2. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Пластинчатый теплообменник - аппарат, поверхность теплообмена которого образована из тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью. Рабочие среды движутся в щелевых каналах между соседними пластинами. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой. Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред и повышает коэффициент теплопередачи. Каждая пластина на лицевой стороне имеет резиновую контурную прокладку, ограничивающую канал для потока рабочей среды и охватывающую два угловых отверстия, через которые проходит поток рабочей среды в межпластинный канал и выходит из него, а через два других отверстия встречный теплоноситель проходит транзитом. Уплотнительные прокладки разборного пластинчатого теплообменника крепятся на пластине таким образом, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы герметичных межпластинных каналов, изолированных друг от друга. Обе системы межпластинных каналов соединены со своими коллекторами и далее со штуцерами для входа и выхода рабочих сред, расположенными на нажимных плитах. Пластины собираются в пакет таким образом, что каждая последующая пластина повернута на 180о относительно смежных, что создаёт сетку пересечения вершин гофр и поддерживает пластины при действии разного давления в средах. Пластинчатые теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми. В многоходовых аппаратах два из четырех штуцеров расположены на подвижной нажимной плите, а в пакете пластин имеются специальные поворотные пластины с непробитыми угловыми отверстиями для направления потоков по ходам. Пластины собраны в пакет на раме, которая представляет собой две плиты (неподвижная и подвижная), соединенные стержнями. Материал плит - сталь 09Г2С. Материал пластин - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Материал прокладок - терморезина различных марок (в зависимости от свойств теплоносителя и параметров работы). При выборе пластинчатого теплообменника на первом этапе необходимо правильно сформулировать задачу по теплообмену, которая решается с помощью пластинчатого теплообменника. При выборе теплообменника желательно рассмотреть все возможные случаи нагрузки на теплообменник (например: с учетом сезонных колебании) и произвести выбор теплообменника по наиболее нагруженным режимам. При большом расходе теплоносителей возможна установка нескольких пластинчатых теплообменников по параллельной схеме, что улучшает ремонтопригодность теплового узла. Типоразмер теплообменника, количество пластин и схему компоновки пластин можно подобрать следующими способами:
1. Заполнить опросный лист установленной формы и выслать специалистам завода-изготовителя или дилерам.
2. Выбрать теплообменник с помощью упрощенных таблиц подбора теплообменников по мощности и назначению (для отопления или ГВС).
3. С помощью компьютерной программы подбора теплообменников, которую можно получить у специалистов завода-изготовителя или дилеров.
При выборе теплообменника необходимо заранее предусмотреть возможность наращивания мощности аппарата (увеличения количества пластин) и сообщить об этом изготовителю. Потери давления в ТПР могут быть как больше, так и меньше сопротивлений в кожухотрубчатом теплообменнике. Сопротивление ТПР зависит от количества пластин, от количества ходов, от расходов теплоносителей. При заполнении опросного листа можно указать необходимый диапазон сопротивлений. Распространенное мнение, что сопротивление ТПР всегда больше, чем сопротивление кожухотрубчатого теплообменника, является неверным - все зависит от конкретных условий.
Билет №13
1.Тепловая изоляция. Классификация и область применения
Сегодня на рынке строительных материалов техническая теплоизоляция занимает одно из ключевых мест. От того насколько надежной будет теплоизоляция помещения зависит не только уровень теплопотерь, но и энергоэффективность, звукозащищенность, а также степень гидроизоляции и пароизоляции объекта. Существует большое количество теплоизоляционных материалов, которые отличаются друг от друга по назначению, структуре и характеристикам. Для того чтобы понять какой материал оптимален в том или ином случае, рассмотрим их классификацию.
Теплоизоляция по способу действия
· предотвращающая теплоизоляция - теплоизоляция, уменьшающая потери тепла в результате пониженной теплопроводности
· отражающая теплоизоляция – теплоизоляция, понижающая теплопотери за счёт уменьшения инфракрасного излучения
Теплоизоляция по назначению
1. Техническая изоляция используется для изоляции инженерных коммуникаций
· «холодное» применение - температура носителя в системе меньше температуры окружающего воздуха
· «горячее» применение - температура носителя в системе выше температуры окружающего воздуха
2. Строительная теплоизоляция применяется для изоляции ограждающих конструкции зданий.
Теплоизоляционные материалы по природе исходного материала
1. Органические теплоизоляционные материалы
Теплоизоляционные материалы этой группы получают из материалов органического происхождения: торф, древесина, сельскохозяйственных отходов и т.д. Практически все органические теплоизоляционные материалы обладают малой влагостойкостью и склонны к биологическому разложению, за исключением газонаполненных пластмасс: пенопласта, экструдированного пенополистирола, сотопласта, поропласта и других.
2. Неорганические теплоизоляционные материалы
К теплоизоляционным материалам этого типа изготавливают путём переработки расплавов металлургических шлаков или расплавов горных пород. К неорганическим утеплителям относятся минеральная вата, пеностекло, вспученный перлит ячеистые и лёгкие бетоны, стекловолокно и так далее.
3. Смешанные теплоизоляционные материалы
Группа утеплителей на основе смесей асбеста, асбеста, а также минеральных вяжущих соединений и перлита, вермикулита, предназначенная для монтажа.
Общая классификация теплоизоляционных материалов
Теплоизоляция по внешнему виду и форме делится на
· рулонные и шнуровые - жгуты, маты, шнуры
· штучные – блоки, кирпичи, сегменты, плиты, цилиндры
· сыпучие, рыхлые – перлитовый песок, вата
Теплоизоляционные материалы по виду исходного сырья
· органические
· неорганические
· смешанные
Теплоизоляционные материалы по структуре бывают
· ячеистые - пенопласты, пеностекло
· зернистые – вермикулитовые, перлитовые;
· волокнистые – стекловолокнистые, минераловатные
Теплоизоляционные материалы по жёсткости различают мягкие, полужёсткие, жёсткие, повышенной жёсткости, твёрдые.
По теплопроводности теплоизоляционные материалы делятся на:
· класс А – малая теплопроводность
· класс Б – средняя теплопроводность
· класс В – повышенная теплопроводность
Теплоизоляция имеет классификацию и по степени возгораемости, здесь в свою очередь материалы делятся на сгораемые, несгораемые, трудновоспламеняющиеся, трудносгораемые.
Основные параметры теплоизоляционных материалов
1. Теплопроводность утеплителя
Теплопроводность – способность материала проводить тепло, является главной технической характеристикой всех видов теплоизоляции. На величину теплопроводности утеплителей влияют габариты, тип, общая плотность материала и расположение пустот. Непосредственное влияние на теплопроводность оказывают влажность и температура материала. От теплопроводности напрямую зависит термическое сопротивление ограждающих конструкций.
2. Паропроницаемость теплоизоляционного материала
Паропроницаемость – способность к диффузии водяного пара, является одним из наиболее существенных факторов, которые влияют на сопротивление ограждающей конструкции. Для избегания накопления излишней влаги в слоях ограждающей конструкции, необходимо чтобы паропроницаемость увеличивалась от тёплой стенки к холодной.
3. Огнестойкость
Теплоизоляционные материалы должны выдерживать высокие температуры без нарушения структуры, воспламенения и т.д.
4. Воздухопроницаемость
Чем ниже воздухопроницаемость характеристика, тем выше термоизолирующие свойства материала.
5. Водопглощение
Водопоглощение – способность теплоизоляционных материалов при непосредственном контакте с водой впитывать влагу и удерживать её в ячейках.
6. Прочность на сжатие теплоизоляционного материала
Прочность на сжатие – это вызывающая изменение толщины изделия на 10 % величина нагрузки (КПа).
7. Плотность материала
Плотность – отношение объёма к массе сухого материала, которая определяется при определённой нагрузке.
8. Сжимаемость материала
Сжимаемость – изменение толщины изделия под давлением
2. Принципиальная схема и принцип работы водогрейной котельной
Работа отопительной котельной, использующей водогрейные котлы, осуществляется следующим образом. Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором поступает на всас сетевого насоса. Туда же подводится вода от подпиточного насоса, компенсирующая утечки воды в тепловых сетях. На всас насоса подается и горячая вода, тепло которой частично использовано в теплообменниках и для подогрева, соответственно, химически очищенной и сырой воды.
Для обеспечения заданной из условий предупреждения коррозии температуры воды перед котлом в трубопровод за сетевым насосом подают при помощи рециркуляционного насоса необходимое количество горячей воды, вышедшей из водогрейного котла. Линию, по которой подают горячую воду, называют рециркуляционной. При всех режимах работы тепловой сети, кроме максимально-зимнего, часть воды из обратной линии после сетевого насоса, минуя котел, подают по перепускной линии в подающую магистраль, где она, смешавшись с горячей водой из котла, обеспечивает заданную расчетную температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Вода, предназначенная для восполнения утечек в тепловых сетях, предварительно подается насосом сырой воды в подогреватель сырой воды, где она подогревается до температуры 18–20 ºC и затем направляется на химводоочистку. Химически очищенная вода подогревается в теплообменниках и деаэрируется в деаэраторе. Воду для подпитки тепловых сетей из бака деаэрированной воды забирает подпиточный насос и подает в обратную линию. В котельных , использующих в работе водогрейные котлы, часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Но они требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.
Билет №14
1. Назначение и общая характеристика поверочного и гидравлического расчетов тепловых сетей.
1.Поверочный гидравлический расчет тепловых сетей для неотопительного
периода производится в целях определения потерь напора в трубопроводах от
источника теплоснабжения до каждого из потребителей тепловой энергии при
расходе теплоносителя в неотопительном периоде функционирования, сниженном
по сравнению с расходом теплоносителя в отопительном периоде. По результатам
поверочного гидравлического расчета разрабатывается оптимальный
эксплуатационный режим функционирования тепловых сетей и производится
выбор оборудования, установленного на источнике теплоснабжения, для
эксплуатации в неотопительный период.
2. В качестве исходной информации для поверочного гидравлического расчета тепловой сети на неотопительный период используются следующие данные:
Расчетные значения расхода теплоносителя для каждой из систем
теплопотребления (горячего водоснабжения), подключенных к тепловой сети;
Расчетная схема тепловой сети с указанием гидравлических характеристик
трубопроводов (длины расчетных участков, диаметр трубопроводов на каждом
расчетном участке, характеристики местных сопротивлений).
4.3. Расчетная схема тепловой сети, как правило, составленная для
отопительного периода и содержащая все расчетные характеристики
трубопроводов, должна быть откорректирована при использовании для
поверочного гидравлического расчета на неотопительный период в части перечня
зданий, обеспечиваемых горячим водоснабжением.
2. Принцип работы паровой котельной с описанием схемы.
На рис. 1.1 представлена схема котельной установки с паровыми котлами. Установка состоит из парового котла 4, который имеет два барабана - верхний и нижний. Барабаны соединены между собой тремя пучками труб, образующих поверхность нагрева котла. При работе котла нижний барабан заполнен водой, верхний - в нижней части водой, а в верхней - насыщенным водяным паром. В нижней части котла расположена топка 2 с механической колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива. При сжигании жидкого или газообразного топлива вместо решетки устанавливают форсунки или горелки, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой.
Рис. 1.1. Схема паровой котельной установки
Рабочий процесс в котельной протекает следующим образом. Топливо из топливного склада подается транспортером в бункер, откуда оно поступает на колосниковую решетку топки, где сгорает. В результате горения топлива образуются дымовые газы – горячие продукты сгорания. Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 3, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи тепла воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 5 удаляются через дымовую трубу 7 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой. Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 1 в водяной экономайзер, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. Из верхнего барабана котла вода по трубам опускается в нижний барабан, откуда по левому пучку труб она снова поднимается в верхний барабан. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана. Затем пар поступает в пароперегреватель 3, где за счет тепла дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается. Из пароперегревателя пар поступает в главный паропровод и оттуда к потребителю, а по сле использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную. Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке. Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 9 в воздухоподогреватель, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.
Строительство частного дома, а особенно если оно проводится самостоятельно – это длинная череда решений самых разнообразных проблем. И одна из наиважнейших – это обеспечение в будущем здании самых оптимальных условий проживания в любое время года (если, конечно, дом не планируется только в качестве летней дачки).
А уже в этой сфере создания нужного микроклимата в помещениях наиболее сложной станет задача правильного расчета и монтажа надежной системы отопления. Несмотря на появление современных систем электрического обогрева дома, лидером по по пулярности и востребованности остается водяное отопление – оно более привычно, проверено временем, технологии его монтажа и отладки отработаны до мелочей. Хозяину дома, который выбрал именно водяное отопление, остается определиться с конкретной разновидностью – закрывая или открытая система теплоснабжения, с ее «аппаратным наполнением» и с системой разводки труб по дому.Затем идут этапы тщательного проектирования и монтажа.
Среди многочисленных публикаций по этому вопросу, размещенных в интернете, можно встретить немало таких, в которых утверждается, что открытая система теплоснабжения – чрезвычайно проста в устройстве и ее можно смонтировать буквально за один день. Если читателю попадается такие «художества» – можно безо всякого сожаления чтение прерывать и закрывать страницу – автор явно не имеет ни малейшего представления, ни об отоплении вообще , ни об открытой системе – в частности. Любая система должна быть правильно спроектирована с учето м м ногочисленных нюансов, хорошо сбалансирована, надежно смонтирована – и эти задачи никак абсолютно простыми и скорыми в исполнении не назовешь .
Что представляет собой открытая система теплоснабжения
Прежде всего, необходимо сразу сделать одно важное замечание. Очень часто, описывая открытую систему отопления, авторы все факты «мешают в кучу», преподнося ее обязательно как отопление с естественной циркуляцией теплоносителя. Ничего подобного! Открытая система может быть и с естественной, и с принудительной циркуляцией жидкости, причем при грамотном исполнении у хозяе в в сегда есть возможность легко и быстро переключаться с одного режима на другой.
Главная же особенность открытой системы – отсутствие в ее контуре какого бы то ни было искусственно созданного избыточного давления, так как она напрямую связана с атмосферой. В системе в обязательном порядке смонтирован расширительный бак, свободный объём которого предназначен для компенсации расширений жидкого теплоносителя при повышении температуры. Такой бак всегда располагают в самой высшей точки всей трубной разводки контура отопления. Таким образом, на него еще ложится функция воздухоотводчика – все скопления газов в трубах должны выйти наружу именно здесь. Служит он и своеобразным водяным затвором – слой жидкого теплоносителя, который обязательно всегда должен быть в расширительном баке, предотвращает попадание воздуха в систему извне.
Стоит рассмотреть подобную систему подробнее:
1 – источник тепловой энергии, котел , работающий на определенном виде топлива (твердом , жидком, газообразном) или использующий для нагрева электрическую энергию.
2 – восходящий от котла стояк, который поднимается до высшей точки системы и очень часто именно в этом месте заканчивается расширительным баком. Могут, правда, быть и иные варианты расположения – об этом будет сказано позже. Главное – для этого стояка всегда используется труба самого большого в системе диаметра – это помогает обеспечивать нужную разницу давления в подающей обратной трубах.
3 – расширительный бак открытого (атмосферного) типа. В этой позиции может использоваться как выпускаемый промышленными предприятиями специальный резервуар, так и, а принципе, любая подходящая по объему емкость .Так, нередко используют переделанные металлические бочки, молочные бидоны , газовые баллоны и т.п .
4 — чтобы в расширительном баке не случилось перелива, в нем всегда делают на определенном уровне сливное отверстие выходом на трубу, которая отведет избыток воды в канализацию или попросту наружу, на грунт. В принципе, в хорошо «настроенном» контуре отопления такие переливы – большая редкость. и чаще этот выпускной патрубок будет задействован для контроля наполнения всей системы, и для первичного сброса.
5 – труба, подающая теплоноситель на отопительные приборы (радиаторы). В системах открытого типа , даже если в них предусмотрена установка насоса, трубы должны иметь определенный уклон для обеспечения естественной циркуляции жидкости. Разводка труб может быть разная – об этом будет сказано ниже.
6 – Обогревательные приборы, расположенные в помещениях дома – радиаторы отопления. Конвекторы или, например, «тёплые полы» при открытой системе обычно не используются. Схема установки радиаторов может быть разной – она увязана с определенной системой разводки труб.
7 – Обратный трубопровод – обеспечивающий отток теплоносителя от радиаторов к котлу для дальнейшей циркуляции.
8 – циркуляционный насос. Система может обойтись и без него, работая по принципу естественной циркуляции, однако насос резко поднимает эффективность отопления, уменьшает расход энергоносителей.
9 – кран (вентиль) для первичного заполнения и периодического пополнения системы отопления из водопроводной сети (10). В обычном положении всегда находится в закрытом состоянии.
11 – кран (вентиль) для слива теплоносителя из системы отопления, например, для выполнения каких-либо ремонтных или профилактических работ.
- Теперь, после устройства открытой системы отопления, несколько подробнее – о принципах ее действия.
Если в системе врезан насос, то особых вопросов и не возникает – он создает принудительную циркуляцию теплоносителя по трубам. Но как происходит теплообмен в контуре, не оснащенным насосом, или же при отсутствии электроэнергии, когда узел переключён на естественную циркуляцию?
Здесь в полную силу вступают в действие законы термодинамики. Вспомните простой пример – почему в водоеме вода всегда теплее у поверхности, и намного холоднее – по мере увеличения глубины? Ответ прост – и с газами, и с жидкостью происходят примерно одинаковые явления – увеличение их температуры (в условиях свободного объема ) приводит к снижению их плотности, а стало быть – и общей массы. Одним словом, нагретые жидкость или газ всегда легче холодных.
Теперь внимание на схему:
А это — принцип действия отопления с естественной циркуляцией
В системе отопления, по большому счету , два вида тепловых приборов, работающих в противовес друг другу. Котел (поз. 1) является первой точной теплообмены — преобразует энергию с внешнего источника в тепловую – нагревает воду. Затем иде т т ранспортировка теплоносителя до второй основной точки теплообмена – радиатора (поз.3).Понятно, что в подающей магистрали (на рисунке – красная область, поз . 2) плотность воды Ргор – существенно ниже, чем на противоположном участке (синяя область, поз . 4). Более высокая плотность жидкости Рохл означает ее «преобладание» с точки зрения гравитационных процессов – она попросту намного плотнее и тяжелее. Если грамотно расположить две основных точки теплообмена относительно друг друга, а конкретно – приборы теплоотдачи разместить выше котла на определенную высоту h , то обязательно создастся естественных циркуляционный ток жидкости. На нижней части схемы это хорошо видно. Область с теплоносителем низкой плотности условно «удалена» (она не может преобладать над более плотной). Получается два сообщающихся сосуда, один из которых выше другого. Вода стремится к равновесию, и постоянно перетекает от радиаторов к котлу.
Итак, чтобы создать естественное движение теплоносителя, котел должен быть расположен ниже самого низкого радиатора в доме. Это значение h может быть различным (чем оно выше, тем активнее будет движение жидкости), но оно не должно превышать 3 метров. Чаще всего, если существует такая возможность, котельную располагают в подвале или в цокольном этаже – это удобнее всего, так как полностью обеспечивается требуемое превышение радиаторов в комнатах первого этажа над котлом.
Если подвала в частном доме нет, то приходится делать котельную в пристройке, несколько заглубляя пол в точке установки котла. Если и такой возможности нет, то за создание системы отопления открытого типа незачем и браться – она не будет работать в режиме естественной циркуляции, и намного логичнее будет использовать сразу схему с аккумулирующим баком-ресивером.
- Можно отметить еще одно важное свойство открытой системы отопления, работающей в режиме естественной циркуляции. речь идет о своеобразной саморегуляции интенсивности потока теплоносителя в трубах. В отличие от от опления с принудительной циркуляцией, скорость протекания жидкости по трубам здесь очень нестабильна.
При запуске котла и прогреве определённого количества жидкости, начинается ее естественный ток по трубам. Характерно, что для того, чтобы такое движение началось , котел необходимо кратковременно запустить на мощность, близкую к максимальной – чтобы преодолеть инертность воды и существующее гидравлическое сопротивление в трубах.
Пока помещения не прогреты, амплитуда температур в котле и на выходе из радиаторов отопления – максимальная. Стало быть, наибольшее значение имеет и разница в плотности теплоносителя, а значит , как мы уже выяснили – и интенсивность движения жидкости по контуру. По мере прогрева эта разность начинает уменьшаться. То есть постепенно падает и скорость перемещения теплоносителя.
В итоге при определенной стабилизации системы ток воды происходит достаточно медленно – но этого хватает для поддержания в помещениях нужной комфортной температуры (обычно – с определенной долей точности выставленной пользователем на элементах управления котла). Однако, при резком снижении температуры в помещении, например, при открытых окнах или же при похолодании на улице, ток жидкости самопроизвольно ускорится – система будет стремиться достичь равновесия.
Достоинства и недостатки системы отопления открытого типа
Система отопления открытого типа , безусловно, не является «самим совершенством», и у нее немало серьезных недостатков. Тем не менее , некоторые хозяева жилья выбирают именно такую схему, мотивируя свое решение ее преимуществами:
- Надежность — наверное, главный плюс такой системы отопления. Схема досконально проверена, прошла все мыслимые испытания в самых разных условиях и полностью доказала свою эффективность. По большому счету , в системе с естественной циркуляцией попросту нечему выходить из строя (если не брать в расчет собственно, котел ). Срок «жизни» такого отопления определяется исключительно эксплуатационными сроками труб и радиаторов – при грамотном подборе комплектующими это будет исчисляться многими десятками лет.
- Схема – достаточно проста в монтаже, в ней нет особо сложных узлов.
- Подобная система не требует какой-либо специфической отладки и настройки. Достаточно заполнить систему водой и включить котел . Принцип п ростой – котел включен – система работает, выключен – ток остановился.
- При работе без насоса – отсутствие каких бы то ни было вибраций и характерных шумов .
- Ничего не мешает дополнить систему циркуляционным насосом – тогда она получит полную универсальность. С насосом, конечно, потери на подогреве будут меньше, но зато в случае отсутствия электроэнергии или при выходе насоса из строя простым переключением кранов отопление переводиться в полностью энергонезависимый режим.
Узел с циркуляционным насосом — переключение режимов работы обеспечивается запорными вентилями
На схеме показано положение кранов при работе в режиме принудительной циркуляции – оба вентили поз. 1 открыты, а стоящий на магистральной трубе (поз. 2) – закрыт. Для переключения режима достаточно просто поменять положение кранов на противоположное.
- Уже упомянутое свойство саморегуляции системы позволяет устойчиво поддерживать в помещении заданный микроклимат без каких-либо сложных дополнительных регулирующих устройств.
Теперь – о недостатках открытой системы отопления:
- Такую систему просто невозможно поставить в очень большом доме.При удаленности порядка 30 метров от котла (по горизонтали) гидравлическое сопротивление в трубах может превысить создаваемый естественным образом напор, и в контуре создастся статическое равновесие – для отопления это недопустимо.
- Система – очень инертна, то есть достаточно долго входит в рабочее состояние. Это объясняется и необходимостью создание естественного тока воды, и весьма большим объемом воды в контуре отопления.
- Есть определенные сложности с приобретением материала – нужны будут т рубы разных диаметров, переходники к ним и т.п . А трубы большого диаметра – это еще и немалые деньги.
- При монтаже системы обязательно должен быть создан уклон на всех участках трубопроводов – от подающего и до обратки , без исключения. Это следует обязательно учитывать при проектировании и составлении монтажных чертежей. Если по каким-либо причинам уклон создать на определённом участке невозможно, отопление может оказаться неработоспособным или чрезмерно «транжирящим» по части расхода энергии – определенная часть ее будет расходоваться на преодоление ненужного гравитационного и гидравлического сопротивления на прямом отрезке системы.
- Необходимость установки расширительного бачка в самой высокой точке чаще всего приводит к тому, что его приходится монтировать в чердачном помещении. Это означает необходимость его самой тщательной термоизоляции, чтобы не допустить замерзания в пиковые зимние холода.
Хозяин дома нашел выход — разместил расширительный бак под потолком
Впрочем, некоторые мастера находят выход, размещая расширительные бачки непосредственно в помещении, закрепляя их близко к потолку или даже вообще — на самом потолке. С точки зрения эстетичности такого решения – вопрос, конечно, чрезвычайно спорный, но проблема термоизоляции решается сразу.
- Открытая система отопления всегда сопровождается постепенным испарением теплоносителя – необходимо постоянно отслеживать его уровень. Иногда этот вопрос автоматизируют (по принципу поплавкового клапана ). Другим вариантом борьбы с испарением является слой масла, толщиной в 10— 15 мм на поверхности воды в расширительном бачке (естественно, его добавляют только тогда, когда достигнуто полное равновесие в системе). Однако, в этом случае не исключена вероятность попадания масла в нижележащие трубы, радиаторы и котел (например, при каком-то аварином падении, уровня воды), а это – крайне нежелательно.
- Контакт т еплоносителя с воздухом означает постоянное его насыщение кислородом. Это ведет к активизации коррозионных процессов в трубах, фитингах, радиаторах, в других металлических узлах контура.
Видео: базовые принципы открытой системы отопления
Элементы системы отопления открытого типа
Выше по тексту уже перечислялись все обязательные конструктивные и технологические \элементы системы отопления открытого типа. Стоит рассмотреть их несколько подробней:
Котел
Прежде всего, необходимо определиться с требуемой мощностью этого источника тепловой энергии. Казалось бы, можно взять котел «с запасом», однако, практика показывает, что излишняя мощность, помимо удорожания самого агрегата, имеет еще несколько негативных моментов:
- Отмечается усиленное образование конденсата в дымоходном канале.
- Не исключены быстрый износ и поломка комплектующих.
- Котел может работать неэффективно — он попросту не рассчитан на эксплуатацию «на малых оборотах».
- Вполне вероятны случаи отказов автоматики – по той же причине.
Итак, котел должен быть необходимой, но отнюдь не избыточной мощности. Определить этот параметр можно по следующей формуле:
М k = Σs × Ms / 10
М k – расчетная мощность требуемого котла;
Σs – суммарная площадь отапливаемых помещений дома;
Ms – удельная мощность, требуемая для обогрева на единицу площади
Показатель удельной мощности – величина дифференцированная, зависящая от региона, в котором строится дом. Примерная величина – указана в таблице.
Пример: рассчитаем мощность котла для дома в Воронежской области, с отапливаемой площадью 180 м².
М k = 180 × 1,2 / 10 = 21,6 кВт
Эту величину округляем в большую сторону, по стандартному значению имеющихся в производстве и продаже тепловых установок. Однако, есть еще три оговорки:
- Эта формула справедлива для помещений высотой до 3 метров. Впрочем, в частном доме мало кто себе позволяет делать потолки выше.
- Расчет справедлив лишь при условии доброкачественного утепления дома – стен, окон, дверей, пола и т.п .
- Подобный расчет касается исключительно отопительного контура. Если есть планы подключить к отоплению, например, бойлер косвенного нагрева, то необходимо будет увеличить расчетную мощность еще на четверть.
При выборе котла можно пойти и другим путем . Многие производители, имеющие свои дилерские представительства в разных регионах, оказывают услуги по точному расчету требуемого оборудования. Нередко такие фирмы имеют собственные сайты, на которых размещены удобные и понятные калькуляторы, позволяющие быстро провести расчеты , вводя по запросу в окна данные по площади комнат, высоте потолков, материалу стен, типу дверей и окон, необходимости в контуре горячего водоснабжения и т.п . В итоге программа выдаст оптимальную мощность котла для установки в конкретном доме.
Калькулятор подсчета требуемой тепловой мощности котла
В несколько упрощенном, но дающем достаточно точные результаты, подобная программа представлена и на нашем портале. Она позволяет рассчитать потребности в тепловой энергии для каждого помещения. Просуммировав полученные значения несложно определить и общую потребную мощность для всего дома.
Для удобства можно составить таблицу, в которую сразу занести параметры всех помещений. Например, такую:
| Помещение | Площадь, м² | Внешние стены, количество, входят на: | Количество, тип и размеры окон | Наружные двери (на улицу или на балкон) | Результат расчетов, кВт |
|---|---|---|---|---|---|
| ИТОГО | 22,4 кВт | ||||
| 1 этаж | |||||
| Кухня | 9 | 1, Юг | 2, двойной стеклопакет, 1,1×0,9 м | 1 | 1.31 |
| Прихожая | 5 | 1, Ю-З | - | 1 | 0.68 |
| Столовая | 18 | 2, С, В | 2, двойной стеклопакет, 1,4 × 1,0 | нет | 2.4 |
| и так далее | |||||
| 2 этаж | |||||
| Детская | … | … | … | … | …. |
| Спальня 1 | … | … | … | … | … |
| Спальня 2 | … | … | … | … | … |
| и так далее |
Имея план дома и представляя особенности помещений, заполнить графы будет совсем не сложно. А потом останется лишь последовательно просчитать тепловую мощность для каждого помещения и найти сумму. Это займет буквально минуты:
Для отопления помещений применяется закрытая и открытая система теплоснабжения. Последний вариант дополнительно обеспечивает потребителя горячей водой. При этом необходимо контролировать постоянное пополнение системы.
Закрытая система применяет воду только как теплоноситель. Она постоянно циркулирует по замкнутому циклу, где потери минимальны.
Любая система состоит из трех главных частей:
- источник тепла: котельная, ТЭЦ и др.;
- тепловые сети, по которым транспортируется теплоноситель;
- потребители тепла: калориферы, радиаторы.
Особенности открытой системы
Достоинством открытой системы является ее экономичность. Из-за большой протяженности трубопроводов качество воды ухудшается: она становится мутной, приобретает цветность, имеет неприятный запах. Попытки очистить ее делают способ применения дорогим.
Трубы теплосети можно увидеть в больших городах. Они имеют большой диаметр и укутаны в теплоизолятор. От них делаются отводы к отдельным домам через тепловую подстанцию. Горячая вода поступает для использования и к радиаторам отопления из общего источника. Ее температура колеблется в пределах 50-75°С.
Подключение теплоснабжения к сети производится зависимым и независимым способами, реализующими закрытую и открытую системы теплоснабжения. Первый заключается в подаче воды напрямую - с помощью насосов и элеваторных узлов, где она доводится до требуемой температуры путем смешивания с холодной водой. Независимый способ заключается в подаче горячей воды через теплообменник. Он более затратный, но качество воды у потребителя выше.
Особенности закрытой системы
Тепловая магистраль выполнена в виде отдельного замкнутого контура. Вода в ней подогревается через теплообменники от магистрали ТЭЦ. Здесь требуются дополнительные насосы. Температурный режим получается более стабильный, а вода - лучше. Она остается в системе и не забирается потребителем. Минимальные потери воды восстанавливаются автоматической подпиткой.
Закрытая автономная система получает энергию от теплоносителя, поступающего на Там вода доводится до необходимых параметров. Для систем отопления и горячего водопровода поддерживаются разные температурные режимы.
Недостатком системы является сложность процесса водоподготовки. Также дорого обходится доставка воды в тепловые пункты, расположенные далеко друг от друга.
Трубы тепловых сетей
В настоящее время отечественные находятся в аварийном состоянии. В связи с большим износом коммуникаций дешевле заменить трубы для теплотрассы на новые, чем заниматься постоянным ремонтом.
Сразу обновить все старые коммуникации в стране невозможно. При строительстве или капитальном ремонте домов устанавливают новые трубы в в несколько раз сокращающие потери тепла. Трубы для теплотрассы изготавливают по специальной технологии, заливая пеной зазор между расположенной внутри стальной трубой и оболочкой.
Температура транспортируемой жидкости может достигать 140°С.
Использование ППУ в качестве теплоизоляции позволяет сохранять тепло значительно лучше традиционных защитных материалов.
Теплоснабжение многоквартирных жилых домов
В отличие от дачи или коттеджа, теплоснабжение многоквартирного дома содержит сложную схему разводки труб и нагревателей. Кроме того, в систему входят средства контроля и обеспечения безопасности.
Для жилых помещений существуют где указываются критические уровни температуры и допустимые погрешности, зависящие от сезона, погоды и времени суток. Если сравнить закрытую и открытую системы теплоснабжения, первая лучше поддерживает необходимые параметры.
Коммунальное теплоснабжение должно обеспечивать поддерживание основных параметров в соответствии с ГОСТ 30494-96.
Наибольшие потери тепла происходят на лестничных клетках жилых домов.
Снабжение теплом большей частью производится по старым технологиям. По существу системы отопления и охлаждения должны объединяться в общий комплекс.
Недостатки централизованного отопления жилых домов приводят к необходимости создания индивидуальных систем. Сделать это сложно из-за проблем на законодательном уровне.
Автономное теплоснабжение жилого дома
В зданиях старого типа по проекту предусмотрена централизованная система. Индивидуальные схемы позволяют выбрать типы систем теплоснабжения в плане снижения расходов на энергоноситель. Здесь имеется возможность их мобильного отключения при отсутствии необходимости.
Проектирование автономных систем производится с учетом нормативов отопления. Без этого дом сдать в эксплуатацию невозможно. Следование нормам гарантирует комфорт для проживания жильцов дома.
Источником нагрева воды обычно служит газовый или электрический котел. Необходимо выбрать способ промывки системы. В централизованных системах применяется гидродинамический способ. Для автономной можно использовать химический. При этом необходимо учитывать безопасность влияния реагентов на радиаторы и трубы.
Правовые основы отношений в области теплоснабжения
Отношения энергетических компаний и потребителей регламентирует ФЗ о теплоснабжении № 190, вступивший в силу с 2010 г.
- В главе 1 излагаются основные понятия и общие положения, определяющие сферу правовых основ экономических отношений в теплоснабжении. В нее также входит обеспечение горячей водой. Утверждаются общие принципы организации поставки тепла, заключающиеся в создании надежных, эффективных и развивающихся систем, что очень важно для проживания в сложном российском климате.
- Главы 2 и 3 отражают обширную область полномочий местных органов власти, которые управляют ценообразованием в сфере теплоснабжения, утверждают правила его организации, учет расхода тепловой энергии и нормативы ее потерь при передаче. Полнота власти в этих вопросах позволяет контролировать организации теплоснабжения, относящиеся к монополистам.
- В главе 4 отражаются отношения между поставщиком тепловой энергии и потребителем на основании договора. Рассматриваются все правовые аспекты подключения к тепловым сетям.
- Глава 5 отражает правила подготовки к сезону отопления и ремонта тепловых сетей и источников. В ней описывается, что делать при неплатежах по договору и несанкционированных подключениях к тепловым сетям.
- В главе 6 определяются условия перехода организации в статус саморегулируемой в области теплоснабжения, организации передачи прав на владение и пользование объектом теплоснабжения.
Пользователи тепловой энергии должны знать положения ФЗ о теплоснабжении, чтобы отстаивать свои законные права.
Составление схемы теплоснабжения
Схема теплоснабжения представляет собой предпроектный документ, в котором отражены правовые отношения, условия функционирования и развития системы обеспечения теплом городского округа, поселения. По отношению к ней в федеральный закон входят определенные нормы.
- для поселений утверждаются органами исполнительной власти или местного самоуправления, в зависимости от численности населения.
- Для соответствующей территории должна быть единая теплоснабжающая организация.
- В схеме указываются энергетические источники с указанием их основных параметров (загрузка, графики работы и др.) и радиусом действия.
- Указываются мероприятия по развитию системы обеспечения теплом, консервации избыточных мощностей, созданию условий ее бесперебойной работы.
Объекты теплоснабжения размещаются в границах поселения согласно утвержденной схеме.
Цели применения схемы теплоснабжения
- определение единой теплоснабжающей организации;
- определение возможности подключения к тепловым сетям объектов капитального строительства;
- включение мероприятий по развитию систем подачи тепла в инвестиционную программу организации теплоснабжения.
Заключение
Если сравнить закрытую и открытую системы теплоснабжения, в настоящее время перспективной является внедрение первой. позволяет повысить качество подаваемой воды до уровня питьевой.
Несмотря на то что новые технологии являются ресурсосберегающими и сокращают выбросы в атмосферу, они требуют значительных инвестиций. При этом не хватает квалифицированных специалистов в связи с отсутствием специальной кадровой подготовки и низким уровнем заработной платы.
Способы внедрения находятся за счет коммерческого и бюджетного финансирования, конкурсов на инвестиционные проекты и др. мероприятий.
Водяное отопление в индивидуальном жилом доме состоит из котла и радиаторов, соединенных трубами. Вода нагревается в котле, по трубам перемещается в радиаторы, в радиаторах отдает тепло и снова поступает в котел.
Центральное отопление устроено, как и автономное. Разница в том, что центральная котельная или ТЭЦ отапливает много домов.
Термины «закрытая система» и «открытая система» применяются для характеристики автономного отопления и центрального отопления, но отличаются по смыслу:
- В автономных отопительных системах открытыми называют системы, которые через расширительный сосуд, сообщается с атмосферой. Системы, у которых сообщения с атмосферой нет, называют закрытыми.
- В домах, с центральным отоплением, открытой называют систему, где горячая вода к кранам поступает непосредственно из отопительной системы. А закрытой, когда поступившая в дом горячая вода нагревает в теплообменнике водопроводную воду.
Автономные системы отопления
Вода, которой заполнены котел, трубы и радиаторы, при нагревании расширяется. Давление внутри резко повышается. Если не предусмотреть возможность удаления добавочного объема воды, то произойдет разрыв системы. Компенсация изменений объемов воды при изменении температуры происходит в расширительных сосудах. С ростом температуры, избыток воды, перемещается в расширительный сосуд. С уменьшением температуры система дополняется водой из расширительного сосуда.
- Открытая система постоянно соединена с атмосферой через открытый расширительный сосуд. Сосуд выполняется в виде прямоугольного или круглого бака. Форма значения не имеет. Важно чтобы он имел достаточную емкость, чтобы вместить дополнительный объем воды, образующийся от температурного расширения циркуляционной воды. Расширительный сосуд размещается в самой высокой части системы отопления. С системой отопления сосуд соединен трубой, которую называют стояк. Стояк присоединяется в нижней части бака – к днищу или боковой стенке. В верхней части расширительного бака присоединяется сливная труба. Она выводится в канализацию или на улицу за пределы здания. Сливная труба нужна на случай переполнения бака. Она же и обеспечивает постоянное соединение бака и системы отопления с атмосферой. Если система заполняется водой вручную ведрами, бак дополнительно оборудуется крышкой или люком. Если емкость бака выбрана правильно, то уровень воды в баке проверяется перед включением отопления. Давление воды в «открытой системе» равно атмосферному давлению, и не меняется при изменении температуры воды, которая циркулирует в системе. Устройство безопасности от повышения давления не требуется.
- Закрытая система изолирована от атмосферы. Расширительный сосуд герметичный. Форма сосуда выбрана так, чтобы он выдерживал наибольшее давление при минимальной толщине стенок. Внутри сосуда находится резиновая мембрана, которая разделяет его на две части. Одна часть заполнена воздухом, другая часть присоединяется к системе отопления. Расширительный сосуд может быть установлен в любой точке системы. При увеличении температуры воды избыток поступает в расширительный сосуд. Воздух или газ в другой половине мембраны сжимается. При снижении температуры, давление в системе уменьшается, вода из расширительного сосуда под действием сжатого воздуха вытесняется из расширительного сосуда в систему. В закрытой системе давление выше, чем в открытой системе и постоянно меняется в зависимости от температуры циркулирующей воды. Кроме того закрытая система обязательно оборудуется предохранительным клапаном на случай опасного повышения давления и устройством для выпуска воздуха.
Централизованное теплоснабжение
Вода при центральном отоплении нагревается в центральной котельной или ТЭЦ. Здесь же и происходит компенсация расширения воды с изменением температуры. Далее горячая вода нагнетается циркуляционным насосом в тепловую сеть. Дома подключаются к тепловой сети двумя трубопроводами – прямым и обратным. Войдя в дом по прямому трубопроводу, вода разделяется по двум направлениям – на отопление и на горячее водоснабжение.
- Открытая система . Вода идет непосредственно к кранам горячей воды, и сбрасывается в канализацию после использования. «Открытая система» проще закрытой, но в центральных котельных и ТЭЦ приходится выполнять дополнительную обработку воды – очистку и удаление воздуха. Для жильцов эта вода стоит дороже водопроводной, а качество ее ниже.
- Закрытая система. Вода проходит через бойлер, отдавая тепло на нагрев водопроводной воды, соединяется с обратной водой отопления и возвращается в тепловую сеть. Нагретая водопроводная вода поступает в краны горячей воды. Закрытая система из-за применения теплообменников сложнее открытой, но зато водопроводная вода не подвергается дополнительной обработке, а только нагревается.
Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру.
Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.
В открытой системе теплоснабжения обязательно наличие расширительного бака, так как нагретая вода расширяется. Расширительный бак служит для приёма излишков воды при расширении и возврата её в систему при остывании, а также для удаления воды при чрезмерном её объёме. Бак герметичен не полностью, поэтому вода испаряется, вследствие чего необходимо постоянно возобновлять её уровень. В открытой системе отопления не используется насос. Система достаточно проста. Состоит из труб, стального расширительного бачка, радиаторов и котла. Применяются дизельные, газовые котлы и котлы на твёрдом топливе , кроме электрических.
В открытой системе отопления вода циркулирует медленно. Поэтому трубы при эксплуатации должны разогреваться постепенно, чтобы избежать их повреждения и закипания теплоносителя. Это может привести к преждевременному износу оборудования. Если в зимний период отопление не используется, то вода из системы обязательно сливается, во избежание замерзания трубопровода.
Чтобы циркуляция теплоносителя осуществлялась на необходимом уровне, необходимо производить монтаж отопительного котла в более низком месте системы, а в самом высоком устанавливать расширительный бак, например, на чердаке. Зимой расширительный бак необходимо утеплить. При установке трубопровода в открытой системе отопления требуется использовать минимальное количество поворотов, фасонных и соединительных деталей.
В закрытой системе отопления все элементы системы герметичны, отсутствует испарение воды. Циркуляция осуществляется при помощи насоса. Так называемая система с принудительной циркуляцией теплоносителя включает в себя трубы, котёл, радиаторы, расширительный бак, циркуляционный насос .
В закрытой системе отопления при повышении температуры клапан расширительного бака открывается и забирает излишки теплоносителя. При понижении температуры
теплоносителя циркуляционный насос закачивает его обратно в систему. В данной системе отопления поддерживается давление в заранее установленных пределах. Благодаря этому, осуществляется функция деаэрации теплоносителя.
Для стабильной работы системы закрытого отопления также используется расширительный бак из высокопрочного металла. Это закрытый бак, состоящий из двух половин, завальцованных друг к другу.
Внутри располагается мембрана (диафрагма) из высокопрочной жаростойкой резины. Также внутри имеется небольшой объём газа (может быть азот, который закачивается на заводе-производителе, или воздух, накапливающийся в системе по необходимости). Мембрана разделяет бак на части: одна часть - куда поступают излишки воды при нагреве системы отопления, в другой части находится азот или воздух, не вступающие в прямое соприкосновение с водой. Таким образом, теплоноситель при нагреве поступает в расширительный бак и проникает в мембрану. При остывании теплоносителя газ, находящийся за мембраной, начинает выталкивать его обратно в систему.
Отличия открытой и закрытой системы отопления
Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:
- По месту размещения расширительного бака. В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
- Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
- В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы. Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
- В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
- Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.
Преимущества открытой системы отопления
- простое обслуживание системы;
- отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
- равномерный прогрев отапливаемого помещения;
- быстрый пуск и остановка системы;
- независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
- высокая надёжность;
- не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.
Недостатки открытой системы отопления
- возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
- воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
- возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
- медленный нагрев системы после включения;
- необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
- невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
- достаточна громоздка;
- низкий коэффициент полезного действия.
Преимущества закрытой системы отопления
- простой монтаж ;
- нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
- возможность применения антифриза , не боясь размораживания системы отопления;
- путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
- из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
- самостоятельное регулирование давления;
- система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
- возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.
Недостатки закрытой системы отопления
- самый главный недостаток - зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения ;
- при работе насоса требуется электричество;
- для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор ;
- при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
- размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
- бак заполняется жидкостью на 60−30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
- возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.
Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжней для него.
Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.
Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.
