Теплоносители в системе отопления

1.3.2 Водяное отопление

В 1777 году французский инженер М. Боннеман изобрёл и применил для обогрева инкубаторовпервую водную систему отопления с естественной циркуляцией, основные принципы и инженерные решения которой нашли применение в отоплении жилищ тогда и применяются до сих пор.

В 1834 первой в России системой водяного отопления с естественной циркуляцией стала система горного инженера, профессора П. Г. Соболевского. В 1875 году появилась первая не только в России, но и в Западной Европе квартира с отдельной системой водяного отопления с использованием плоских отопительных приборов, сделанных в виде пилястр. Подогрев воды происходил в небольшом нагревателе, установленном в кухонном очаге.

 

1.3.3 Паровое отопление

Отопление радием: камин 21 века. Французская карточка 1910 года

Грядущий XIX век дал широкое распространение водяным и паровым системам отопления. Собственно, толчок паровым системам отопления дало повсеместные применение паровых машин. Промышленные помещения были велики, и отапливать их было сложно, так что отработанный пар пришёлся кстати.

В 1802 году в Российской империи впервые появились статьи о возможности отопления паром, а в 1816 г. в Петербурге уже существовала теплица, отапливаемая таким способом.

XX век дал начало системам отопления с принудительной циркуляцией, осуществляемой с помощью насосов. Это осуществилось с промышленным выпуском электродвигателей.

 

 

 

 

 

1.4. Современные типы отопления.

В нынешнее время, квартиры чаще всего отапливаются следующими способами:    

• водяным
• воздушным
• электрическим

Коротко об этих видах отопления.

 

1.4.1 Водяное отопление.

Водяное отопление квартиры применяется в большинстве квартир многоэтажных зданий. Суть этого способа отопления квартиры состоит в том, что вода, нагретая источником тепла до определенной температуры, по системе трубопроводов поступает к отопительным приборам в помещении. Система водяного отопления состоит из:     

·      водонагревателя      

·      отопительных приборов     

·      трубопроводов      

·      расширительного сосуда для воды     

·      запорно-регулирующей арматуры на трубопроводе     

В качестве водонагревателя могут быть котлы (подогрев за счет сжигаемого топлива), электрокотлы, теплообменные аппараты (подогрев за счет пара или более горячей воды).     

Отопительные  приборы - это радиаторы, конвекторы, панели, ребристые и гладкие трубы  и т.п.Выбор отопительных приборов осуществляется еще на стадии проектирования здания. Выбор отопительного прибора зависит от того, какую мощность прибора нужно задействовать для отопления квартиры, а также от некоторых технических характеристик: гидравлического сопротивления, рабочего давления, требований к составу и качеству воды и т.д. У отопительных приборов следует устанавливать запорно-регулирующую арматуру.     

По  трубопроводам горячая вода от водонагревателя  поступает в отопительные приборы  и после остывания в них возвращается обратно в водонагреватель. Существуют различные конструкции системы отопления квартир, в зависимости от проекта здания. Однако можно выделить однотрубные и двухтрубные системы. В однотрубных системах отопительные приборы к подающему стояку присоединяются последовательно, в двухтрубных - каждый отопительный прибор присоединяется как к подающему, так и к обратному стояку.      

 

Однотрубная система отопления квартиры

Двухтрубная  система отопления  квартиры.

Среди преимуществ водяного отопления  квартиры: 

• малые затраты материала
• большая теплоемкость теплоносителя
• комфортный температурный режим.

 

 Благодаря этим преимуществам водяное отопление  квартир активно используется в мире и является безусловным лидером в этой сфере.

Воздушное отопление квартиры.

 

    1.4.2 Воздушное отопление. 

Воздушное отопление появилось сравнительно недавно. Отопление квартиры происходит за счет комплекта вентиляторов, подающих в квартиру теплый воздух. Преимуществом такого отопления квартиры служит то, что не приходится дополнительно прокладывать трубы, устанавливать отопительные приборы.

1.4.3 Электрическое отопление

Электрическое отопление квартиры требует значительных капиталовложений. Однако преимущества также очевидны: легкость и удобство в эксплуатации, отопительные приборы занимают меньше места, работают тихо, подача тепла регулируется просто. Отопление квартиры в этом случае осуществляется без теплоносителя, ведь электроэнергия преобразуется в тепло непосредственно.

В последнее  время становится популярной система  отопления квартиры с поквартирной разводкой, когда все трубопроводы системы отопления подключены к  одному вертикальному стояку дома. В таком случае система отопления рассчитывается для отдельной квартиры. В квартире устанавливается теплогенератор, обеспечивающий ее теплом. Среди ее преимуществ:

·      возможность самостоятельно регулировать температуру в квартире

·      сокращение расходов на горячую воду и отопление

·      широкий ассортимент комплектующих

·      доступность и простота ремонтных и других работ

 

2. Определение  теплопотерь в отапливаемых зданиях.

 

2.1. Нормативные  требования к микроклимату помещений. Расчетные параметры наружного воздуха.

 

Для нормальной жизнедеятельности людей в помещении необходимо поддерживать оптимальные тепловой, воздушный и влажностный режимы. Сочетание таких параметров микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции, называют комфортным или оптимальным.

Для человека, находящегося в спокойном состоянии, комфортной является температура воздуха 21–23 оС, при легкой работе – 19–21 оС, при тяжелой работе – 14–16 оС. При определении расчетных метеорологических условий в помещениях учитываются интенсивность труда, характер тепловыделений и выделений загрязняющих атмосферу веществ, период года.

Оптимальные значения относительной влажности воздуха  находятся в диапазоне 40–60 %. Оптимальные  скорости воздуха в помещении  для холодного периода года принимаются 0,2–0,3 м/с, а для теплого 0,2–0,5 м/с. Для помещений жилых домов расчетные параметры, определяющие микроклимат, принимаются по [1] и приведены в прил. 1.

Расчетные параметры  наружного воздуха устанавливаются  на основании данных метеорологических наблюдений в географических пунктах. При проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха жилых и гражданских зданий в качестве расчетной температуры принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки из 8 зим за 50-летний период. В нормах [2] эти условия именуются «параметр Б». Следует иметь в виду, что в любом населенном пункте отмечаются и более низкие температуры, но происходит это не каждый год, в течение короткого периода времени, измеряемого иногда лишь часами. Благодаря теплоаккумулирующей способности строительных конструкций такие кратковременные понижения температуры наружного воздуха не приводят к заметным изменениям параметров внутреннего воздуха помещений. Расчетные температуры и скорости воздуха для холодного периода года по параметрам Б для ряда населенных пунктов Дальнего Востока  приведены в прил. 2.

 

2.2. Определение  термических сопротивлений ограждающих конструкций 

 

Отапливаемые  помещения теряют теплоту через  ограждения вследствие разности температур внутреннего и наружного воздуха. Такими ограждениями являются стены, окна, двери, перекрытия над подвалами, чердачные и бесчердачные перекрытия, полы по грунту. Варианты конструкций некоторых ограждений приведены в прил. 3.

Теплозащитные качества ограждений характеризуются величиной сопротивления теплопередаче R₀, м²·°С / Вт, определяемой по формуле 

 

,                                   (1.1) 

 

где a_в – коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, Вт/ м² · °С; d_i  и l _i – толщина слоя и расчетный коэффициент теплопроводности материала слоев ограждающей конструкции; a_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/ м² · °С; R_в.п. – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки (при наличии ее в конструкции), м² · °С/Вт.

Коэффициенты a_в и a_н принимаются по СНиП и для ряда случаев даны в табл. 1.1; d_i – определяется из строительных чертежей ограждающих конструкций или назначается по прил. 3 в соответствии с заданием;  
l_i – принимается по справочным данным и для некоторых материалов приведено в прил. 4. Термическое сопротивление воздушных прослоек может быть принято по табл. 1.2. 

 

Таблица 1.1 

2.3. Коэффициенты  тепловосприятия и теплоотдачи 

 

Поверхность ограждающей  конструкции	aв, Вт/м2 · 0С	aн, Вт/м2 · 0С
Наружные стены, окна	8,7	23
Бесчердачные  перекрытия	8,7	23
Чердачные перекрытия	8,7	12
Перекрытия  над неотапливаемыми подвалами  без световых проемов	8,7	6
Перекрытия  над неотапливаемыми подвалами  со световыми проемами	8,7	12

 

 

Сопротивление теплопередаче утепленных полов по грунту и стен, расположенных ниже уровня земли, определяют по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам, по формуле 

 

,                                            (1.2) 

 

где R_c – сопротивление теплопередаче неутепленного пола, для 1-й зоны – 2,1 м² · °С/Вт, для 2-й зоны – 4,3 м² · °С/Вт, для 3-й зоны – 8,6 м² · °С/Вт;  
d и l_h – толщина и коэффициент теплопроводности утеплителя.

 

 

 

2.4. Термическое  сопротивление замкнутых воздушных  прослоек 

R_в.п, м² · °С/Вт 

 

Толщина воздушной прослойки, м	Вертикальная и горизонтальная прослойки при потоке тепла  снизу вверх		Горизонтальная  прослойка при потоке тепла сверху вниз
	При температуре  воздуха в прослойке
	положительн.	отрицательн.	положительн.	отрицательн.
0,01	0,13	0,15	0,14	0,15
0,02	0,14	0,15	0,15	0,19
0,03	0,14	0,16	0,16	0,21
0,05	0,14	0,17	0,17	0,22
0,1	0,15	0,18	0,18	0,23
0,15	0,15	0,18	0,19	0,24
0,2–0,3	0,15	0,19	0,19	0,24

 

 

Сопротивление теплопередаче окон и дверей обычно не рассчитывается, а принимается  по справочным данным в зависимости  от используемой конструкции. В прил. 3 даны эти сведения для некоторых  конструкций заполнения стеновых проемов.  

 

2.5. Определение  теплопотерь помещений 

 

Теплопотери помещений  в жилых и гражданских  зданиях складываются из теплопотерь через ограждающие конструкции (стены, окна, полы, перекрытия) и расходов теплоты на нагрев воздуха, инфильтрующегося в помещения через неплотности в ограждающих конструкциях. В промышленных зданиях учитывают и другие расходы теплоты (работа систем вентиляции с механическим побуждением, открывание ворот и др.).

Теплопотери определяют через  все ограждающие конструкции  и для всех отапливаемых помещений. Допускается не учитывать теплопотери через внутренние ограждения, если разность температур в помещениях, которые они разделяют, не превышает 3 °С. До начала расчетов всем помещениям здания, в которых должны быть определены теплопотери, присваивают номера. Потери теплоты, Вт, через ограждающие конструкции рассчитывают по формуле: Схема обмера ограждений: а – на разрезе здания; б – на плане; Нок, Нст, Lст, Lпола – линейные размеры окон, стен и полов Qогр = F (tвн –  ) (1 + Sb)  ,           (1.3)      где F – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2; tвн – расчетная температура воздуха в помещении, °С; tнб – расчетная температура наружного воздуха, °С; b – добавочные теплопотери, в долях от основных потерь; n – коэффициент учета положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху; R0  – сопротивление теплопередаче, м2 · °С/ Вт, определяемое по формуле (1.1). Расчетные площади  ограждений определяют по строительным чертежам в соответствии с правилами  обмера, приведенными на рис выше.

Расчетная температура воздуха в помещении t_вн для жилых зданий может быть принята по прил. 1, а t_н ^Б – по прил. 2 в зависимости от месторасположения объекта строительства. Величины добавочных теплопотерь приведены в табл. 1.3, а коэффициента n – в табл. 1.4. 

 

2.6. Добавочные  теплопотери 

 

Тип ограждения	Условия	Добавочные теплопотери b, доли
Наружные  вертикальные стены, окна и двери	При ориентации на север, восток, северо-восток и северо-запад;         юго-восток и  запад	0,1
		0,05
Наружные двери, необорудованные воздушной завесой при высоте здания Н, м	Тройные двери с двумя тамбурами	0,2 Н
	Двойные двери  с тамбуром между ними	0,27 Н
В угловых помещениях дополнительно для стен, окон и  дверей	Одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток или северо-запад	0,05
	В других случаях	0,1