Основы строительного дела

Раздел: Строительство

В холодное время года всякое помещение охлаждается через наружные стены, покрытия, окна, фонари, двери, чердачные перекрытия и пр. Возмещение теплопотерь производится при помощи отопительных установок.

Теплопотери помещений зависят от разности температур наружного и внутреннего воздуха, от величины площади ограждения, а также от термического сопротивления ограждения и ориентации его по отношению к странам света.

Расчетная наружная трм.прратура, .принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки, зависит от кли- матических, условий местности и приводится в соответствующих справочниках на основании данных метеорологических станций. Так, согласно ОСТ 90008-39 расчетная внешняя температура для Москвы принимается —30°, для Харькова —25° и т. д.

Расчетные температуры воздуха в рабочей зоне устанавливаются с учетом назначения помещений. Так, в производственных помещениях расчетная температура воздуха принимается в пределах от 12 до 15° при тяжелой работе и от 16 до 18° при легкой работе, в душевых 25° и т. п. При выделении производственными агрегатами лучистого тепла и наличия влаговыделе- ний расчетная внутренняя температура соответственно изменяется.

Для поддержания в помещениях в зимнее время соответствующей температуры устраиваются системы центрального отопления и лишь в небольших, отдельно расположенных зданиях устанавливаются приборы местного отопления — печи.

Системы центрального отопления, особенно в сочетании с вентиляционными установками, обеспечивают отвечающие санитарно-гигиеническим требованиям условия труда и быта трудящихся. Естественно, что при проектировании систем отопления и вентиляции должны быть строго учтены специфические особенности технологических процессов. Однако выбор системы отопления и вентиляции для ряда цехов представляет весьма сложную задачу вследствие изменчивости воздушной среды, вызываемой особенностями производства. Так, в горячих цехах имеется оборудование, интенсивно выделяющее тепло (печи, паровые молоты и пр.), что вызывает сильные воздушные" течения. В цехах металлургической промышленности ворота часто открываются для пропуска автотранспорта и подвижного железнодорожного состава, доставляющих сырье и вывозящих продукцию, и т. д.

Однако большой опыт, накопленный в нашей стране, дает возможность в значительной мере учесть при проектировании систем теплоснабжения и вентиляции все особенности того или другого технологического процесса.

Центральное отопление по сравнению с местным (печами) имеет следующие преимущества:

а)         значительно облегчается обслуживание отопительных установок, так как сжигание топлива производится централизованно;

б)        легче достигается регулировка интенсивности обогрева отдельных помещений в зависимости от технологических требований;

в)         облегчается сжигание низкосоотного топлива;

г)         воздух населенных пунктов загрязняется меньше, так как при значительной высоте дымовых труб продукты горения выпускаются в более высокие слои атмосферы, а кроме того, при центральных установках возможна организация газоочистки;

д)        помещения не загрязняются топливом и золой;

е)         центральные отопительные установки имеют более высокий коэффициент полезного действия (0,60—0,65), чем местные печи, эксплуатационный к. п. д. которых принимается 0,40— 0,50;

ж)        нагревательные приборы занимают меньше места, а размещение' их у наружных стен под окнами, у дверей и ворот, а также под остеклением световых фонарей в значительной мере парализует действие холодных токов -воздуха;

з)         уменьшается пожарная опасность, так как котельные обычно располагаются в отдельно стоящих каменных зданиях с огнестойкими перекрытиями, кроме того, уменьшается количество возможных очагов возникновения пожара.

В качестве теплогенераторов (источников тепла) при центральном отоплении используются стальные или чугунные котлы различных систем. Получающаяся при сжигании топлива горячая вода или водяной пар (теплоноситель) по стальным трубам поступает к нагревательным приборам, установленным в помещениях.

Теплоносителем при центральном отоплении могут служить не только вода или пар, но и воздух. В зависимости от вида теплоносителя системы отопления разделяются на водяные, паровые и воздушные.

Кроме специально оборудованных установок для выработки тепла с целью удовлетворения отопительно-вентиляционных нужд, применяются установки, использующие отработанное тепло от различных машин и тепловых агрегатов — турбогенераторов, двигателей внутреннего сгорания, паровых молотов и прессов, промышленных печей и пр. Такие утилизационные системы лают большую экономию топлива.

Водяное отопление возможно с естественной и принудительной циркуляцией. Принцип действия системы водяного отопления с естественной циркуляцией ( 146,а) состоит в том, что вода, нагреваясь в котле и становясь при этом более легкой, поднимается по главному подающему стояку и поступает в распределительную магистраль (верхняя разводка). Из магистрали горячая вода идет по стоякам в нагревательные приборы, отдает тепло через иа стенки отапливаемым помещениям, охлаждается - и как более тяжелая опускается через обратные стояки в сборную (обратную) магистраль. Поступая в котел в значительной степени охлажденной, вода вследствие разности давлений холодного и горячего столбов циркулирует в системе. Так создается непрерывный процесс движения

воды. Чем больше разность температур между горячей и холодной водой и чем выше расположены нагревательные приборы над котлом, тем больше напор.

Вода, заполняющая систему отопления, при нагревании увеличивается в объеме; поэтому, а также для выпуска из системы воздуха устанавливают расширительный сосуд (бак), располагаемый в самой высокой точке системы. Для облегчения движения воздуха к расширительному сосуду трубы отопления укладывают с уклоном до 1 : 200.

Описанная выше схема водяного отопления с верхней разводкой не всегда может найти применение. В бесчерда'ч- ных зданиях (прокладка распределительной магистрали непосредственно под покрытием неудобна и с конструктивной, и с архитектурной точки зрения. Кроме того, в системах с верхней разводкой, несмотря на обязательную тепловую изоляцию разводящей магистрали на чердаке, непроизводительно расходуется тепло вследствие потерь в окружающую среду.

Система отопления с нижней разводкой ( 146,6) отличается от рассмотренной выше системы водяного отопления с верхней разводкой тем, что распределительная подающая магистраль располагается внизу — в подвале, под полом перво,- го этажа или в подпольных каналах первого этажа. Кроме того, для удаления воздуха из системы необходимо прокладывать специальную линию от верхней части сети к расширительному сосуду или устраивать на приборах специальные краны для выпуска воздуха.

Если нагревательные приборы расположить на одном уровне с котлом или ниже его, то система при значительной протяженности труб работать не будет из-за отсутствия циркуляции.

По сравнению'с указанными выше двухтрубными системами существенными преимуществами обладают однотрубные системы водяного отопления. В однотрубных системах вода поднимается из котла по главному стояку в разводящую магистраль, откуда распределяется по отдельным стоякам ( 146,в). В местах присоединения приборов к стояку поток воды разветвляется: часть воды поступает в нагревательные приборы верхнего этажа, а другая — проходит по стояку вниз. Вода, прошедшая через отопительный прибор и частично охладившаяся в нем, присоединяется в точке а к потоку горячей воды, идущему по-стояку, смешиваясь с ней. Затем вода поступает к прибору следующего этажа и т. д. Охлажденная вода поступает из стояков в обратную магистраль и затем в котел. Регулируя теплоотдачу нагревательных приборов поэтажно (установкой разного количества секций), получают в теплотехническом отношении систему, равноценную двухтрубной, но более экономичную: трубопроводов в этой системе расходуется меньше, упрощается монтаж системы, улучшается внешний вид установки.

Для систем водяного отопления с естественной циркуляцией необходимо несколько заглубить котельную. При высоком уровне грунтовых вод это связано с определенными трудностями. Напоры, создаваемые в таких системах, обычно недостаточны для зданий большой площади, так как значительная горизонтальная протяженность линий вызывает большие потери напора в трубах и т. д. С целью уменьшения сопротивлений в системе приходится увеличивать диаметр труб, что экономически невыгодно..

Системы водяного отопления с принудительной циркуляцией вследствие значительных преимуществ получили в настоящее время наибольшее распространение. Циркуляция воды в этих системах большей частью осуществляется при помощи центробежного насоса, устанавливаемого на обратной магистрали ( 146,2). Этот насос нагнетает воду в котел, откуда она, нагревшись, поступает в распределительную магистраль, стояки и нагревательные приборы. Для выпуска воздуха из- системы устанавливается воздухосборник, из которого воздух выпускается через автоматически открывающееся отверстие. Расширительный сосуд в системе отопления с принудительной циркуляцией присоединяют К ^обратной мягистряли СО СТОРОНЫ всасывающего патрубка насоса, чтобы обеспечить наиболее благоприятное распределение давления в сети.

Системы отопления с принудительной циркуляцией используются для обогревания больших зданий или нескольких зданий, обслуживаемых центральной котельной. Разводящая магистраль, так же как и в системах с естественной циркуляцией, может быть расположена как в верхней части здания — на чердаке или под покрытием (верхняя разводка), так и внизу — в^ подвале или в подпольных каналах первого этажа (нижняя разводка) .

Системы водяного отопления с принудительной циркуляцией- обладают следующими преимуществами: а) горизонтальная про- тяженность системы может быть более значительной; б) нет на- добности располагать котль^иже приборов отопления; в) трубопроводы имеют меньший диаметр^ чем в системах отопления с естественной циркуляциеи, так как скорость движения воды в- них больше.

Недостатками этой системы являются затраты электроэнергии для работы насоса и более сложное обслуживание.

Во избежание передачи шума из насосной в отапливаемые помещения следует опоры под насосы и их электромоторы устанавливать на отдельные фундаменты, не связанные с конструкциями здания. Для защиты агрегатов от угольной пыли рационально устанавливать их в отдельных помещениях, примыкающих к котельной.

Системы водяного отопления допускают центральную и местную (кранами) регулировку нагрева помещений и весьма гигиеничны, так как температура нагревательных приборов не

превышает 75—90° и органическая пыль на них не пригорает. Кроме того, водяное отопление обладает значительной теплоемкостью; хотя приборы медленно нагреваются, но и медленно остывают. Система работает бесшумно.

Вследствие указанных выше достоинств водяное отопление нашло широкое применение как в жилых домах и других помещениях постоянного пребывания людей, так и в производственных и культурно-бытовых зданиях.

Как указывалось выше, необходимой частью системы водяного отопления является расширительный сосуд

( 147). Изготовленные из листовой стали и установленные в самой высокой точке системы, расширительные сосуды снабжаются сигнальной, переливной и циркуляционной трубками.

Сигнальная трубка идет от расширительного сосуда к раковине, установленной в котельной, и появление воды из нее указывает истопнику, что вся система заполнена водой; на трубке устанавливается запорный кран. Открытая переливная трубка, расположенная выше .сигнальной, предназначена для слива воды в случае переполнения расширителя. Циркуляционная трубка, ведущая в обратную линию, служит для циркуляции воды в расширительном сосуде, что предохраняет воду в расширителе от замерзания.

Нагревательные приборы, поглощающие тепло теплоносителя и отдающие его воздуху помещений, являются важным элементом всякой отопительной системы. При размещении нагревательных приборов целесообразна установка их под окнами наружных стен и по периметру фонарей верхнего света для защиты от холодных токов воздуха и для предупреждения конденсации водяных паров на остеклении.

В качестве нагревательных приборов в настоящее время чаще всего применяются чугунные радиаторы ( 148,а) различных систем. Лучшим внешним видом и относительно меньшим весом отличаются новейшие радиаторы системы «Москва» и ЛОР-2 (Липецкого завода), предназначенные преимущественно для установки в жилых, общественных и производственно-хозяйственных зданиях. В помещениях промышленных зданий, где технологические процессы не сопровождаются значительными пылевыделениями, допускаются ребристые нагревательные приборы ( 148,6), имеющие вид чугунных труб с

внутренним диаметром от 50 до 100 мм и наружными поперечными тонкими ребрами круглого или квадратного очертания. Частое расположение этих ребер затрудняет очистку таких нагревательных приборов от пыли и грязи, поэтому во многих случаях рациональнее применять сварные нагревательные приборы из гладких стальных труб ( 148, в), обладающие высокими теплотехническими показателями.

Паровые системы отопления бывают низкого и высокого давления. Наиболее распространены системы парового отопления низкого давления. При давлении 0,7 ати (сверх атмосферного) эти системы могут обслуживать приборы, расположенные на расстоянии нескольких сотен метров от котельной.

Схема работы системы парового отопления дана на  149. Пар, образующийся в верхней части котла, направляется по стояку и магистральной трубе в нагревательные приборы, где конденсируется, отдавая прибору скрытую теплоту парообразования, и далее идет по трубам уже в виде конденсата.

Вода в котле находится обычно под давлением 0,1 — 0,2 ати, и поэтому конденсационные трубы будут наполнены водой на высоту, соответствующую давлению пара в котле. Чтобы предохранить нагревательные приборы от заполнения конденсационной водой, паровой котел располагают ниже уровня наиболее низко расположенных приборов. Если по местным условиям это невозможно, то конденсационную воду отводят не в котел, а в специальный бак, откуда ее насосом перекачивают в котел.

Паровое отопление (с температурой нагрева приборов 100° и выше) в санитарно-гигиеническом отношении хуже водяного и вследствие отложения пыли на нагревательных приборах и на

трубах, для жилых и административно-конторских помещений не применяется. Паровое отопление устраивается: в промышленных зданиях, в которых технологические процессы не связаны с большим выделением органической пыли; в случаях, когда допускаются пониженные санитарно-гигиенические требования, а также в зданиях, предназначенных для кратковременного пребывания людей и где требуется быстрое нагревание, но допустимо и быстрое охлаждение, неизбежное вследствие малой теплоемкости систем парового отопления. Основным недостатком пара как теплоносителя являет-ся невозможность изменения его температуры ;прл изменении наружньГх температур, что легко достигается при водяном отоплении. Практически уменьшение теплоотдачи нагревательных приборов достигается в системах парового отопления выключением отдельных приборов, уменьшением количества пара, подаваемого в систему, или подачей пара с перерывами.

Паропроводы необходимо прокладывать с уклоном в направлении движения пара и обязательно избегать образования перегибов или так называемых «мешков», которые могут быть заполнены конденсатом, так как при этом вследствие гидравлических ударов в системе возникают шумы.

Паровое отопление высокого давления устраивается чаще всего в тех случаях, когда пар, необходимый для производственных надобностей, может быть использован и для целей отопления помещений. При повышенном давлении пара (обычно 2—3 ати) уход за системой отопления усложняется вследствие необходимости особо тщательного надзора.

Воздушное отопление широко применяется в производственных зданиях для обогревания помещений большого объема. Например, в цехах холодной обработки металлов, механосборочных и др.

При воздушном отоплении теплоносителем является воздух, нагретый до более высокой температуры (40—50°), чем температура воздуха отапливаемого помещения. Нагретый воздух, смешиваясь с воздухом помещения, нагревает его, что обеспечивает заданную температуру воздуха помещения. Циркуляция воздуха в этой системе может осуществляться как за счет разности удельных весов воздуха различной температуры (тепловое побуждение), так и за счет давления, создаваемого вентилятором (механическое побуждение). Второй способ более эффективен, так как обеспечивает радиус действия системы до 40 м и даже более.

Схема действия системы воздушного отопления следующая: свежий наружный воздух, засасываемый вентиляторами, пропускается между пластинками специальных нагревательных приборов — калориферов, обогреваемых паром или водой, омывая их поверхность, нагревается до температуры 40—50° и направляется по воздуховодам в отапливаемые помещения. В таких «прямоточных» системах наряду с отоплением помещений осуществляется и их вентиляция. В гигиеническом отношении прямоточная система является наилучшей.

В отдельных случаях допускается «рециркуляционная» система воздушного отопления, в которой воздух забирается не с улицы, а из помещения. При этой системе смены воздуха в помещении не происходит, вследствие чего она неприменима при наличии значительных производственных вредностей. В цехах, где технологические процессы сопровождаются выделением газов и пыли, рециркуляционное воздушное отопление допустимо лишь во время перерывов в работе (в целях экономии топлива); в рабочее же время система полностью или частично работает на свежем воздухе.

 Для зданий большого объема при отсутствии в цехах значительных производственных вредностей рационально воздушное отопление с сосредоточенной подачей воздуха. Принцип действия такой системы заключается в том, что большие массы нагретого воздуха со значительной скоростью подаются в помещение в одной или нескольких точках на высоте 3—5 м от пола. Одним агрегатом может быть обслужено помещение длиной до 120 м и шириной до 40 м. Температура в помещении получается достаточно равномерной.

По сравнению с отоплением мелкими агрегатами воздушные системы с сосредоточенной подачей воздуха требуют меньшего расхода металла (на 50%), проще в монтаже и обслуживании, имеют более низкую стоимость.

Основными преимуществами воздушного отопления по сравнению с другими системами являются немедленный тепловой эффект при включении (щст^мы^>жсутствие в помещении нагревательных приборов и меньшая стоимость (по единовременным затратам).

Вопросы эксплуатации систем отопления. Основной и наиболее ответственной задачей обслуживающего персонала является повседневное наблюдение за бесперебойной работой отопительных установок с учетом времени года и местных условий.

Для сохранения постоянной и равномерной температуры в отапливаемых помещениях необходимо соответственно изменять теплоотдачу нагревательных приборов в зависимости от колебания температуры наружного воздуха, а иногда и в связи с изменением относительной его влажности.

В сравнительно редких случаях регулирование систем отопления и вентиляции производится автоматически при помощи специальных приборов. Обычно регулировка нагрева отопительных приборов осуществляется кранами, устанавливаемыми на приборах, или при помощи подвижных жалюзи у решеток воздушного отопления. Центральная регулировка производится изменением параметров или количества подаваемого в систему теплоносителя.

Амплитуда колебаний температуры в помещении обычно допускается в пределах +2° по отношению к нормативной, а относительной влажности 4:5%.

Перед началом отопительного сезона система отопления промывается водой, и проводится пробная топка в целях устранения возможных дефектов. На летний период системы водяного отопления следует оставлять заполненными водой, иначе на внутренней поверхности трубопроводов и нагревательных приборов может образоваться ржавчина.

Нормальный эксплуатационный срок службы системы парового отопления — 25 лет и больше; водяного — 40 лет.