Отопление.

Изложены устройство и принцип действия различных систем отопления зданий. Приведены методы расчета зимнего теплового режима зданий и тепловой мощности системы отопления. Рассмотрены приемы конструирования, методы расчета и способы регулирования систем центрального и местного отопления. Проанализированы и намечены пути совершенствования систем и экономии тепловой энергии при отоплении зданий. Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». «… ПРЕДИСЛОВИЕ Дисциплина «Отопление» является одной из профилирующих при подготовке специалистов по теплоснабжению и вентиляции. Изучение ее предусматривает получение знаний по конструкциям, принципам действия и характерным свойствам различных систем отопления, используемых в современной отопительной технике; освоение научных методов расчета и регулирования; приемов проектирования; знакомство с перспективными путями развития способов отопления зданий. Для овладения теоретическими, научно-техническими и практическими знаниями, относящимися к дисциплине «Отопление», необходимы глубокое понимание и усвоение физических процессов и явлений, происходящих в системах отопления и ах отдельных элементах, в обогреваемых зданиях. К ним относятся движение воды, пара и воздуха по трубам и каналам, явления их нагревания и охлаждения, изменения температуры, плотности, объема, фазовых превращений, а также процессы контроля и регулирования теплового режима зданий. Дисциплина «Отопление» основана на положениях ряда теоретических и прикладных дисциплин, К ним относятся физика, химия, тепломассообмен и термодинамика, гидравлика и аэродинамика, а также электротехника. Способ отопления в большой мере зависит от особенностей конструктивного и архитектурно-планировочного решений зданий, от теплотехнических свойств их ограждений, т. е, вопросов, которые изучаются в общестроительных дисциплинах и в дисциплине «Строительная теплофизика». Дисциплина «Отопление» тесно связана со специальными техническими дисциплинами, составляющими специальность («Тепло-газоснабжение и вентиляция», в первую очередь с дисциплинами «Теплогеиерирующие установки», «Теплоснабжение», «Вентиляция», «Кондиционирование воздуха», «Насосы и вентиляторы», «Газоснабжение». Поэтому в нее входят многие смежные элементы перечисленных дисциплин, рассматриваемые в сокращенном виде. В эту дисциплину включены также отдельные вопросы экономики, использования вычислительной техники при проектировании, производства заготовительно-сборочпых работ при монтаже, автоматизации регулирования отопительных установок, подробно рассматриваемые в соответствующих курсах. Предыдущий учебник «Отопление», разработанный коллективом авторов Московского инженерно-строительного института им. В. В. Куйбышева, вышел в свет в 1975 г. Изменения в технике отопления, в первую очередь водяного, пересмотр нормативных документов в прошедшие годы, перестройка высшего образования, начатая в 1987 г., оказывают влияние на изложение учебного курса и, следовательно, должны найти свое отражение в новом учебнике. Настоящий учебник «Отопление» разработан кафедрой Отопления и вентиляции МИСИ в соответствии с типовой программой. Учебник написан на основе лекций, читаемых проф. А. Н. Сканави в МИСИ с 1958 г. Разделы учебника, относящиеся к тепловому режиму отапливаемых зданий, связаны с дисциплиной «Строительная теплофизика», которая разработана и читается проф. В. Н. Богословским с 1962 г. Учебник дополнен разделами, посвященными совершенствованию и развитию систем отопления, использованию возобновляемых источников энергии, экономии тепловой энергии на отопление зданий и др. Наличие обстоятельной справочной литературы по отоплению, непрерывная модернизация оборудования побудили авторов отказаться от подробного описания оборудования, приложения распространенных справочных данных, расчетных таблиц, графиков и номограмм, за исключением отдельных конкретных сведений, необходимых для примеров и пояснения конструкций и физических явлений. …» «… ВВЕДЕНИЕ Потребление энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает и прежде всего для теплообеспечения зданий и сооружений. Известно, что на теплоснабжение гражданских и производственных зданий расходуется более одной трети всего добываемого органического топлива. Между тем добыча топлива обходится все дороже в связи с освоением глубоких месторождений в новых отдаленных районах. Поэтому при дальнейшем развитии народного хозяйства страны необходима экономия топлива. Для экономии топлива прежде всего предусмотрено, как генеральное направление, дальнейшее развитие централизованного теплоснабжения на базе совместной выработки тепловой и электрической энергии (от ТЭЦ). В отдельных больших городах предусматривается централизованное теплоснабжение от атомных теплостанций (от ACT). Распространено теплоснабжение зданий и сооружений от небольших теплогенерирующих установок (местных котельных, печей), которые иногда работают с перерасходом топлива и вызывают загрязнение окружающей среды. На основе действующей Энергетической программы страны несовершенные установки постепенно заменяются более совершенными, а также крупными тепловыми станциями (ТС), что, в связи с повышением КПД, способствует сокращению дополнительной добычи топлива для мелких теплоисточников. Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение) являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодное время года на большей части территории страны, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения. Приходится для поддержания необходимой температуры внутреннего воздуха оборудовать здания отопительными установками. Следовательно, отоплением называется искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь для поддержания в них температуры на заданном уровне, определяемом условиями теплового комфорта для находящихся людей и требованиями протекающего технологического процесса. Для этого предусматривают отопительную установку. Отопление является отраслью строительной техники. Монтаж стационарной отопительной установки проводится в процессе возведения здания, ее элементы при проектировании увязываются со строительными конструкциями и сочетаются с планировкой и интерьером помещений. Вместе с тем отопление — один из видов технологического оборудования зданий. Функционирование отопления характеризуется определенной периодичностью в течение года и изменчивостью использования мощности установки, зависящей, прежде всего, от метеорологических условий в холодное время года. При понижении температуры наружного воздуха и усилении ветра должна увеличиваться, а при повышении температуры наружного воздуха, воздействии солнечной радиации уменьшаться теплопередача от отопительных установок в помещения, т. е. теплопередача от отопительных установок должна постоянно регулироваться. Изменение внешних воздействий сочетается с неравномерными теплопоступлениями от внутренних производственных и бытовых источников, что также вызывает необходимость регулирования действия отопительных установок. Для создания и поддержания теплового комфорта в помещениях зданий требуются технически совершенные и надежные отопительные установки. И чем суровее климат местности и выше требования к обеспечению благоприятных тепловых условий в здании, тем более мощными и гибкими должны быть эти установки. Климат большей части территории нашей страны отличается суровой зимой, схожей лишь с зимой в северо-западных провинциях Канады и на Аляске. В табл. 1 сравниваются климатические условия в январе в Москве с условиями в крупных городах северного полушария Земли. Средняя температура января в зарубежных городах, приведенная в табл. 1, характерна лишь для самых южных городов Советского Союза, отличающихся мягкой и короткой зимой. Отопление зданий начинают при устойчивом (в течение 3 сут) понижении среднесуточной температуры наружного воздуха до +8 °С и ниже, заканчивают отопление при устойчивом повышении температуры наружного воздуха до +8 °С. Период отопления зданий в течение года называют отопительным сезоном. Длительность отопительного сезона устанавливают па основании многолетних наблюдений как среднее число дней в году с устойчивой среднесуточной температурой воздуха +8°С. Для характеристики изменения температуры наружного воздуха в течение отопительного сезона рассмотрим график (рис, 1) продолжительности стояния одинаковой среднесуточной температуры в Москве, где отопительный сезон длится 7 месяцев (213 сут). Как видно, наибольшая продолжительность стояния температуры в Москве относится к средней температуре отопительного сезона (—3,6 °С). Эта закономерность характерна для большинства районов страны. Продолжительность отопительного сезона невелика лишь на крайнем юге (3—4 мес), а на большей части СССР она составляет 6—8 мес, доходя до 9 (в Архангельской, Мурманской и других областях) и даже до 11—12 мес (в Магаданской обл. и Якутской республике). Суровость или мягкость зимы полнее выражается не длительностью отопления зданий, а значением градусо-суток — произведением числа суток действия отопления на разность внутренней и наружной температуры, средней в течение этого периода времени. В Туркмении это число градусо-суток равно 850, в Москве — 4600, а на севере Красноярского края доходит до 12800. Приведенные данные свидетельствуют о большом разнообразии местных климатических условий на территории Советского Союза. Необходимо также отметить важность отопления для нашей страны, где почти каждое здание должно иметь отопительную установку. Состояние воздушной среды в помещениях в холодное время года определяется действием не только отопления, но и вентиляции. Отопление и вентиляция предназначены для поддержания в помещениях помимо необходимой температуры определенных влажности, подвижности, давления, газового состава и чистоты воздуха. Во многих производственных и гражданских зданиях отопление и вентиляция неотделимы, они совместно создают требуемые санитарно-гигиенические условия, что способствует снижению числа заболеваний людей, улучшению их самочувствия, повышению производительности труда и качества продукции.