Отопление — обогрев помещений с целью возмещения В НИХ тепловых потерь и поддержания устанавливаемой нормами и другими требованиями температуры воздушной среды.

Температурные условия в помещениях зависят от поступления и потерь теплоты, а также от теплозащитных свойств наружных ограждений, расположения отопительных и нагревательных приборов, размеров помещения. Теплота в помещение поступает от людей, животных, бытового и технологического оборудования, источников искусственного освещения, за счет приточного вентиляционного воздуха и солнечной радиации, при технологических процессах, связанных с выделением теплоты, если это помещение производственное.

Потери теплоты вызваны теплопередачей через наружные ограждения зданий (стены, окна, двери, полы нижнего этажа или подвала и перекрытия верхнего этажа), нагреванием холодного воздуха, поступающего через неплотности в ограждениях, и т. д.

Разность расчетных температур внутреннего и наружного воздуха, размеры и ориентация наружных ограждений, их теплотехнические качества, бытовые и технологические тепловыделения, а также метеорологические условия (например, скорость ветра и влажность наружного воздуха) определяют расчетные максимальные теплопотери, выражаемые в ваттах (Вт). Теплота, поступающая в помещения от источника тепловой энергии, должна быть равна теплопотерям. Однако как наружные, так и внутренние условия постоянно изменяются, и подачу теплоты следует регулировать.

Потребность в теплоте для отопления зданий превышает расчетные значения теплопотерь в связи с бесполезными теплопотерями, которые связаны с теплопередачей теплопроводов, проложенных в неотапливаемых помещениях (чердаках, подвалах), повышенными теплопотерями через наружные ограждения, у которых размещены теплопроводы и отопительные приборы, и другими причинами. Бесполезные потери не должны превышать 10 % от расчетных потерь для жилых зданий и 15 % – для общественных.

Теплота, необходимая для отопления, образуется обычно при сжигании топлива в котельных, на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ), атомных станциях теплоснабжения (ACT) и в отопительных печах. В последнее время используется также электрическая солнечная и геотермальная энергия.

Более рациональное сжигание топлива обеспечивается в больших котельных, имеющих максимальные значения коэффициента полезного действия (КПД), возможностью использования низкосортного топлива и более высоким уровнем эксплуатации систем. В качестве топлива используют различные виды угля, мазут, торф, газ, дрова, древесные отходы производства, биомассу, биогаз, горючие сланцы, а также мусор на мусоросжигательных заводах.

Потребность топлива зависит от КПД сжигающих устройств, эффективности теплоизоляции и протяженности теплопроводов от источников до потребителей, а также от теплоты сгорания топлива. Теплота сгорания топлива характеризует количество теплоты в джоулях, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях и выражается соответственно в МДж/кг или МДж/нм³.

Различают низшую и высшую теплоту сгорания. Низшая меньше большей на количество теплоты, которая затрачивается на испарение воды, содержащейся в топливе или образующейся при его сгорании. Низшая теплота сгорания для каменных углей равна 17–34 МДж/кг, мазута – около 38,5 МДж/кг, природных газов —

31 – 38 МДж/нм³, искусственных газов 4 – 15 МДж/нм³. Поскольку этот показатель у разных видов топлива имеет широкие пределы, принято понятие условного топлива.

Условным считается топливо, низшая теплота сгорания которого по рабочей массе (масса топлива в том виде, в котором оно поступает к потребителю, т. е. с балластом – золой и влагой) равна 29,3 МДж/кг для твердого и жидкого или 29,3 МДж/нм³ для газообразного топлива.

Системы отопления могут быть местными и централизованными. В местных системах тепло вырабатывается непосредственно в отапливаемых помещениях. К местным системам относятся печное отопление, отопительные аппараты, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе, электрические нагреватели и др. В централизованных системах тепло вырабатывается в едином центре и по трубопроводам транспортируется к потребителям. Таким центром могут быть местные, квартальные, районные котельные или ТЭЦ и т. д.

По способу циркуляции воды системы центрального водяного отопления делятся на системы с естественной (рис. 6.1) и насосной (рис. 6.2) циркуляцией воды. В зависимости от схемы присоединения к стоякам нагревательных приборов системы отопления могут быть однотрубные и двухтрубные. По месторасположению разводящих магистралей системы отопления подразделяют на системы с верхней и нижней разводками, с вертикальной и горизонтальной разводками внутри здания.

Системы водяного отопления состоят из следующих основных элементов: генератора теплоты или теплообменника для получения теплоты от другого источника; отопительных приборов для передачи теплоты от теплоносителя воздуху и ограждающим конструкциям помещения; магистралей для перемещения теплоносителя между источником теплоты и отопительными приборами; расширительного сосуда, служащего для поддержания заданного гидростатического давления в системе отопления при разных температурах теплоносителя. В системах с искусственным побуждением устанавливают элеваторные или циркуляционные насосы.

Рис. 6.1. Системы водяного отопления с естественной циркуляцией: а – двухтрубная; б – однотрубная; 1 – котел; 2 – главный стояк; 3 – расширительный бак; 4 – подающая магистраль; 5 – краны двойной регулировки; 6 – отопительные приборы; 7 – трехходовые краны; 8 – стояк со смещенным замыкающим участком; 9 – проточный стояк; 10 – стояк с центральными замыкающими участками; 11 – обратная магистраль

Рис. 6.2. Схема двухтрубной системы отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой:1 – котел; 2 – подающий трубопровод; 3 – расширительный сосуд; 4 – воздухосборник; 5 – горячий подающий стояк; 6 – нагревательные приборы; 7 – обратный трубопровод; 8 – обратная сборная магистраль; 9 – насос

Системы водяного отопления подразделяют на потенциальные с предельной температурой горячей воды до 65 °C (обычно системы гелиоотопления и системы с тепловыми насосами), низкотемпературные с температурой 85 – 105 °C и высокотемпературные – ПО – 150 °C.

В системах водяного и парового отопления при расположении отопительных приборов (радиаторов, конвекторов, приставных отопительных панелей) на высоте не более 1 м от пола предельная температура теплоносителя для жилых и общественных зданий – не более 105 °C, а при использовании конвекторов в кожухе 130 °C; для некоторых производственных помещений и лестничных клеток – до 150 °C.

По расположению труб, соединяющих отопительные приборы, системы водяного и парового отопления бывают вертикальные и горизонтальные. Теплопроводы вертикальных систем подразделяют на магистрали, стояки и подводки; подающие – для горячей воды или пара к приборам и обратные – для отведения охлажденной воды или конденсата.

По размещению магистралей различают системы с верхней и нижней разводкой.

По направлению движения теплоносителя в магистральных трубопроводах водяные системы отопления могут быть тупиковыми и с попутным движением воды. Однотрубные системы водяного отопления, как правило, устраивают с тупиковой разводкой трубопроводов. Системы отопления с попутным движением теплоносителя имеют большую протяженность трубопроводов, чем системы с тупиковой разводкой.