Глава 14. Системы отопления и вентиляции
Системы отопления
Потери тепловой энергии компенсируются за счет работы систем отопления.
По уровню централизации системы отопления зданий подразделяются на местные и центральные. В системах центрального отопления теплота вырабатывается вне отапливаемых помещений - в котельных или теплоэлектроцентралях - и затем транспортируется по теплопроводам в здания. В качестве теплоносителя в них используются вода, водяной пар, воздух.
К местным системам отопления относят системы, радиус действия которых ограничен одним или несколькими помещениями: печное, газовое, электрическое.
Классификация по используемым теплоносителям и технологиям.В системах, в которых возможно значительное понижение температуры используются незамерзающие жидкости.
В настоящее время могут использоваться различные варианты электроотопления: электрокотлы, конвекторы, инфракрасные обогреватели, тепловые пушки, теплые полы, греющие панели, греющие кабели и др. В последние годы все большее применение находят солнечные системы теплоснабжения и теплонасосные установки.
Паровые системы используются в первую очередь для технологических помещений: производственные цеха, сушильные камеры и т.д. Достоинство – высокий потенциал теплоносителя, относительно низкие капитальные затраты. Недостатки: высокая температура поверхностей нагрева, повышенная опасность теплоносителя, сложность регулирования.
Воздушные системы обладают низкой инерционностью. Используются для нагрева производственных помещений. В общественных зданиях используются в сочетании с приточной вентиляцией. Различают воздушные отопительные агрегаты - тепловентиляторы, в которых воздух для нагрева забирается непосредственно из помещений, и приточные вентиляционные системы, в которых нагревается воздух, поступающий на замену воздуха, удаляемого через вытяжную вентиляцию. Воздух, как теплоносителя обладает низкой плотностью и затраты на транспорт тепловой энергии с помощью такого теплоносителя относительно высокие. Кроме того, при повышенных скоростях воздушных потоков нарушаются требования комфортности.
Инфракрасные обогреватели, греющие панели, теплые полы и т.д. в ряде случаев обеспечивают высокую эффективность в первую очередь, за счет экономичного локального обогрева.
Водяные системы отопления
В системах водяного отопления циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается в тепловой пункт для последующего нагревания.
Системы водяного отопления подразделяют на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды Тг<100°С и высокотемпературные с ТГ>100°С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150 °С.
Вода как теплоноситель обладает рядом преимуществ: высокая теплоемкость и относительно высокая плотность при низкой вязкости обеспечивает высокую эффективность транспорта тепловой энергии. Преимуществом является также низкая стоимость воды, безопасность и экологическая чистота.
Недостатками воды являются: свойство воды расширяться при замерзании, способность растворять кислород, который в свою очередь вызывает коррозию металлов, а также соли жесткости, которые оседают на поверхностях трубопроводов и отопительных приборов.
Благодаря преимуществам и, несмотря на недостатки, водяные системы отопления наиболее распространенные.
Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды - они могут быть с естественным и механическим (насосным) побуждением.
Системы водяного отопления с естественным побуждением устраивают в небольших зданиях, так как циркуляционный напор в них, создаваемый разностью объемных масс охлажденной и нагретой воды в трубопроводе, незначительный. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м, а разность отметок осей котла и отопительных приборов по высоте должна быть не менее 3 м.
Системы водяного отопления с механическим (насосным) побуждением отличаются от системы с естественным побуждением наличием насосной установки, которая создает необходимый для нормальной циркуляции воды напор. Насосы могут быть установлены в здании, где находится система отопления, и обслуживать только эту систему или в центральном тепловом пункте и обслуживать группу систем отопления зданий. Расширительный бак присоединяют к системе отопления с механическим побуждением перед насосами; он служит (как и для систем с естественным побуждением) для восприятия увеличения объема воды при ее нагревании, а также для удаления воздуха из системы. Расширительный бак устанавливают в высшей точке системы отопленияСистемы центрального отопления по конструктивным признакам подразделяют:
- по месту прокладки подающей магистрали - на системы с нижней и верхней разводкой;
- по схеме присоединения отопительных приборов к подводящим трубопроводам - на двухтрубные и однотрубные;
- по расположению трубопроводов объединяющих отопительные приборы - с вертикальными стояками и горизонтальными ветвями;
- по направлению движения теплоносителя в магистралях - на системы с тупиковой схемой и с попутным движением воды;
- по расположению замыкающих участков - на системы со смещенными и осевыми замыкающими участками.
Система центрального отопления здания состоит из разводящих магистралей (подающей и обратной), стояков, подводок, отопительных приборов, регулирующей и запорной арматуры, устройств для выпуска воздуха. Окончательная подготовка теплоносителя и создание требуемого напора теплоносителя осуществляются в ЦТП или ИТП, расположенном непосредственно в здании. Различные схемы теплопроводов вертикальных систем центрального отопления приведены на рис. 14.1.
Рис. 14.1. Теплопроводы вертикальных систем центрального отопления с верхней (а) и нижней (б) разводкой; с «опрокинутой» циркуляцией воды
Схемы теплопроводов горизонтальных систем водяного отопления приведены на рис. 14.2.
а)
Рис. 14.2. Теплопроводы горизонтальных систем водяного отопления с нижней разводкой (а) и верхней (б)
На рис. 14.3 представлены схемы однотрубных стояков насосной системы водяного отопления с верхней разводкой.
Рис. 14.3. Схемы однотрубных стояков насосной системы водяного отопления с верхней разводкой:
I - проточный стояк; II и III - стояки с осевыми и смещенными замыкающими участками; IV и V - проточно-регулируемые стояки; 1 - обратная магистраль; 2 - отопительные приборы; 3 - краны регулирующие проходные (КРП); 4 - осевой замыкающий участок; 5 - подающая магистраль; 6- главный стояк; 7 - расширительный бак с соединительной трубой; 8 - смещенные замыкающие участки; 9 - краны регулирующие трехходовые (КРТ); 10 - проточный воздухосборник; 11— обходные участки; 12— циркуляционный насос; 13 — теплообменник
Вертикальная однотрубная система с верхней разводкой применяется в настоящее время со стояками всех трех типов - проточными, с замыкающими участками и проточно-регулируемыми - в многоэтажных зданиях, имеющих четыре - девять этажей и более.
Вертикальная однотрубная система с нижней разводкой (с нижним расположением обеих магистралей) стала распространяться с начала 60-х годов в связи с массовым строительством бесчердачных зданий (рис. 14.4, стояк IV.3). В так называемых П-образных стояках (состоящих из восходящей и нисходящей частей) этой системы применялись и проточные приборные узлы (рис. 14.4, стояк I), и узлы с замыкающими участками (рис. 14.4, стояк II), и проточно-регулируемые узлы (рис. 14.4, стояк IV).При непарных отопительных приборах «холостой» делали восходящую часть стояков (рис. 14.4, стояки III и V). В пробках верхних радиаторов или 
в верхних точках стояков с конвекторами устанавливали воздушные краны. Регулирующие краны КРП и КРТ помещали на подводках, по которым теплоноситель подается в приборы.
В стояках по типу стояка II (рис. 14.4) при движении воды снизу вверх уменьшается затекание ее в приборы, особенно при увеличенном их сопротивлении. Поэтому предпочтение отдавалось проточно-регулируемым приборным узлам с односторонним присоединением приборов к трубам и смещенными обходными участками (рис. 14.4, стояк IV). В таком виде эту систему применяют в настоящее время в бесчердачных многоэтажных (три - семь этажей и более) зданиях, имеющих технические подполья или подвальные помещения.
Систему отопления с П-образными стояками можно включать в действие в процессе монтажа поэтажно (с временными перемычками), и эту особенность системы используют в зимнее время при выполнении внутренних отделочных работ в строящемся многоэтажном здании.
Рис. 14.4. Схемы однотрубных стояков насосной системы водяного отопления с нижней разводкой:
I— проточный стояк; II и III - стояки со смещенными замыкающими участками: IVи V — проточно-регулируемые стояки; 14— воздушный кран
Устройство систем отопления должно соответствовать СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Для монтажа системы отопления используют водогазопроводные (ГОСТ 3262—75) и электросварные трубы (ГОСТ 10704—76).
В системах отопления жилых и общественных зданий применяют следующие отопительные приборы: чугунные радиаторы МС-140, М-140АО, М-140А; настенные конвекторы с кожухом «Комфорт-20» (ГОСТ 20849—75); напольные островные конвекторы с кожухом низкие («Ритм», «Ритм-1500») и высокие KB; стальные настенные конвекторы без кожуха «Аккорд»; конвекторы «Север» без кожуха.
Для автоматического удаления воздуха из системы водяного отопления используют: автоматические воздухоотводчики ВНИИСТО и ВНИИГС; для выпуска воздуха из отопительных приборов используют воздуховыпускной кран конструкции Н.Б. Маевского.
Для централизованного сбора воздушных пузырьков, перемещающихся в среде теплоносителя в системе отопления, применяют горизонтальные и вертикальные воздухосборники, а для компенсации тепловых изменений объема воды, ограничения гидравлического давления в системах водяного отопления и удаления воздуха - расширительные баки.
Монтаж системы центрального отопления здания производят в такой последовательности: монтаж теплового ввода; монтаж разводящих магистралей; монтаж стояков и подводок. Установку отопительных приборов осуществляют до монтажа трубопроводов или одновременно с монтажом трубопроводов.
Магистральные трубопроводы диаметром до 50 мм собирают на сварке или резьбе, а свыше 50 мм — только на сварке и прокладывают в основном открыто. При этом трубопроводы систем водяного отопления прокладывают с уклоном 0,002. Крепления трубопроводов должны обеспечивать их свободное перемещение по горизонтали.
Расстояние от подающих трубопроводов до внутренней поверхности наружных стен при верхней разводке должно быть не менее 1 м, а при параллельной прокладке подающей и обратной магистрали расстояние между ними в свету должно быть не менее 200 мм. От стен канала или подвала трубы следует прокладывать на расстоянии не менее 110 мм для возможности их изоляции. В низших точках магистральных трубопроводов предусматривают водоспускные, а в верхних - воздухоудаляющие устройства.
Магистральные трубопроводы и стояки, проходящие через стены, перекрытия и перегородки, помещают в металлические гильзы. Гильзы, изготовленные из обрезков труб или из кровельной стали, должны быть несколько больше диаметра трубы (минимальный зазор 15 мм), чтобы обеспечить свободное перемещение трубы относительно строительных конструкций при температурных удлинениях. Гильзы на 20—30 мм должны выступать из пола. При температуре теплоносителя свыше 105 °С пространство между трубой и гильзой заполняют асбестом или другим огнеупорным материалом, а трубопроводы располагают на расстоянии не менее 100-мм от сгораемых конструкций зданий.
Магистральные теплопроводы системы отопления так же, как и трубопроводы системы покрывают тепловой изоляцией для снижения теплопотерь.