Системы отопления

 
Системы отопления производственных зданий во многих случаях зависят от устройства и режимов принятых систем вентиляции и кондиционирования воздуха. 
Работа и режимы этих систем взаимосвязаны, так как их общим назначением является создание наиболее благоприятных условий для труда и прохождения технологических процессов, характеризуемых состоянием воздушной среды (температурой, влажностью, чистотой и подвижностью воздуха). 
В современных производственных зданиях применяются централизованные системы отопления, т. е. получающие тепло от централизованных (общих для многих зданий) источников тепла. Такими источниками тепла являются ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) или центральные котельные. 
В зависимости от теплоносителя отопительные системы подразделяют на водяные, паровые или воздушные. 
Водяные системы отопления применяются чаще в бытовых помещениях; паровые системы ввиду недостаточной экономичности и неудобства их регулирования применяются редко; наибольшее применение находят воздушные системы отопления. Кроме того, в ряде случаев могут быть применены системы отопления с газовыми нагревательными приборами, с воздухонагревателями и инфракрасными газовыми излучателями, системы электрического отопления и ряд других. 
Воздушные системы отопления, по существу, являются системами комбинированными, так как в них используются два теплоносителя: первичный (греющий) —вода или пар — и вторичный (нагреваемый)—воздух. Воду или пар подают от ТЭЦ или центральной котельной по тепловым сетям, а нагреваемый воздух забирают или из помещения, или подают снаружи. 
Любая система отопления состоит из теплового ввода, теплопроводов и нагревательных приборов. 
Тепловые вводы представляют собой довольно сложные теплотехнические узлы, снабженные контрольно-измерительной аппаратурой, авторегуляторами, грязесборниками, насосными установками и другим оборудованием. Теплоноситель, поступающий из коллектора тепловой сети, распределяется по ответвлениям теплопроводов, идущих к отдельным звеньям отопительной системы здания. 
Тепловые вводы размещаются в огороженных помещениях внутри цехов, непосредственно примыкающих к наружной стене здания в местах подхода ответвлений от тепловой сети. Площадь помещения теплового ввода должна быть достаточной для размещения всего оборудования и обычно составляет 15—20 м2 при высоте не менее 3 м. 
Теплопроводы состоят из труб, подводящих воду (или пар) к нагревательным приборам, и труб, отводящих охлажденную воду (или конденсат) от нагревательных приборов. Прокладывать теплопроводы можно в любой части промышленного здания при соблюдении основного правила — не мешать технологическому оборудованию. Их можно укреплять на стенах, колоннах, на нижнлх поясах перекрывающих конструкций, прокладывать на технических чердаках и в подпольных каналах (или подвалах). 
Нагревательные приборы служат для передачи тепла от теплоносителя к воздуху помещений (в водяных и паровых системах) и к воздуху, взятому из помещения, или наружному воздуху в системах воздушного отопления и вентиляции. 
Нагревательные приборы водяного и парового отопления мало отличаются один от другого. В промышленных зданиях применяются чугунные радиаторы, чугунные ребристые трубы, регистры из гладких труб, конвекторы. Все указанные приборы, как правило, устанавливаются под окнами или вдоль наружных стен. 
Для воздушного отопления применяют калориферы, которые блокируют по несколько штук (от 2 до 20 в блоке) в калориферные установки (по ходу воды — последовательно, пара — параллельно). В калориферные установки воздух подается вентиляторами, приводимыми в движение электродвигателями. 
Системы воздушного отопления могут быть децентрализованными и централизованными, т. е. совмещенными с вентиляцией. В системах децентрализованного воздушного отопления воздух, взятый из помещения, подогревается в отопительных рециркуляционных агрегатах, состоящих из одного или нескольких калориферов, вентилятора и электродвигателя. 
Промышленностью выпускаются отопительные агрегаты нескольких типов, отличающихся разной тепловой производительностью, которая изменяется (для теплоносителя воды) от 10000 до 300000 ккал/ч. Агрегаты малой теплопроизводительности (АПВ) укрепляют на высоте 2,5—4,5 м от пола на стенах или колоннах, а большей производительности устанавливают на полу цехов. 
Системы воздушного отопления с укрупненными отопительными агрегатами применяются для обогрева больших помещений. Для этих систем, характерна сосредоточенная подача подогретого воздуха в помещение непосредственно из агрегатов без воздуховодов. Отопительные агрегаты равномерно располагаются по площади здания, число их и мощность определяются расчетом. Температура воздуха, подаваемого в отапливаемые помещения, может изменяться от 45 до 70°С (при подаче воздуха на высоте более 3,5 м от пола). Скорость движения воздуха в рабочей зоне (на высоте 3 м от пола) не должна превышать 0,5 м/сек. Централизованные системы воздушного отопления применяются в производственных помещениях, в которых по условиям технологии и для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда необходима приточная вентиляция. В этом случае воздушное отопление совмещают с приточной вентиляцией или кондиционированием воздуха. Воздух нагревается в вентиляционных приточных камерах или кондиционерах путем пропуска его через калориферную установку, куда он подается в количестве, предопределяемом требованиями вентиляции. Воздух может состоять из смеси наружного воздуха и взятого из цеха (рециркуляционного) или только из наружного воздуха. 
Применение для нагрева смеси или только наружного воздуха зависит от количества и вида выделяющихся в рабочей зоне помещений производственных вредностей (газовых вредностей, болезнетворных микроорганизмов, ядовитых веществ, паров, жидкостей, пыли). Тепло, получаемое приточным воздухом в калориферных установках и доставляемое им в отапливаемые помещения, должно компенсировать тепловые потери через ограждающие конструкции (стены, окна, ворота, пол, покрытие). Подогретый воздух из приточной камеры (или кондиционера) подается в разные зоны помещения распределительными воздуховодами; прокладка этих воздуховодов может быть осуществлена на высоте около 5 м от пола и совмещена со строительными конструкциями. От распределительных воздуховодов воздух по опускным воздуховодам через приточные насадки подается в рабочую зону. Приточные камеры можно размещать в отапливаемых помещениях на полу или на площадках на высоте 4—5 м от пола или в пристройках к основному зданию цеха. В цехах большой высоты приточные камеры могут размещаться над встроенными вспомогательными помещениями. Приточные установки должны монтироваться около наружных стен, в которых предусматривают воздухозаборные отверстия; при невозможности такой установки монтаж осуществляется на площадках с устройством воздухозабора через покрытие. Площадь этих установок в зависимости от производительности по воздуху и теплу составляет 24—40 м2 при высоте 3—5 м. Воздух в приточных установках перемещается с помощью вентиляторов и электродвигателей, монтируемых на специальных фундаментах или на усиленных перекрытиях при размещении их на площадках или над бытовыми помещениями. 
Частным случаем воздушного отопления являются тепловые воздушные завесы, которые предусматриваются для предотвращения попадания в цех больших масс холодного воздуха при открывании ворот и дверей в зимнее время. Тепловая воздушная завеса представляет собой струю воздуха, направленную под некоторым углом к плоскости ворот при скорости 12—16 м/сек, благодаря чему холодный воздух не попадает в помещение цеха или попадает частично. 
Перспективное применение для отопления промышленных зданий могут найти газовые воздухонагреватели (газовоздушное отопление), работающие на газе, который разводится по газопроводам в помещении цеха. Тепло от сгораемых газов передается воздуху помещения через поверхность нагрева без промежуточного теплоносителя. 
Газовым нагревательным прибором является также инфракрасный излучатель, который состоит из инжектора, коробки сгорания, керамической решетки со сквозными отверстиями, кожуха с отверстиями для отвода продуктов горения и газового крана. Газ низкого давления проходит через форсунку и инжектор и подсасывает воздух, необходимый для горения газа. Газовоздушная смесь горит сначала с наружной стороны керамической решетки коротким факелом и разогревает решетку; через 1—2 мин керамическая решетка нагревается до 700—800°С, приобретает ярко-красный цвет и пламя горения газа исчезает (процесс сжигания газа становится беспламенным). Эти приборы можно ставить на открытом воздухе. 
Применение инфракрасных излучателей в сочетании со снего- и ветрозащитными щитами позволяет обогревать рабочие места на открытом воздухе при расположении технологического оборудования вне зданий. 
Электрическое отопление производственных зданий не имеет широкого применения ввиду его относительной неэкономичности, поскольку этот вид отопления при одинаковой теплоотдаче требует расхода топлива примерно в два раза больше по сравнению с другими видами отопления. 
Коэффициент полезного действия при использовании тепла сжигаемого топлива при производстве электрической энергии на тепловой конденсационной электрической станции (их наибольшее число в стране) составляет 30—40%; к. п. д. производства тепловой энергии в несовершенной отопительной котельной—60—65%, а на ТЭЦ —около 80%. Безусловно, не имеет смысла сначала производить электрическую энергию с к. п. д. 30—40%, затем превращать в тепловую, которая может быть получена с к. п. д. 60—90% затраченной электрической энергии. 
Однако в некоторых районах страны (Сибирь), где добыча топлива проще (открытые разработки угля), а его стоимость меньше, рентабельно частично использовать электрическую энергию для отопления. Сюда же следует отнести районы крупных гидростанций и атомных электрических станций, где стоимость энергии невысока, а также районы страны, в которые затруднен транспорт топлива (северо-восток). 
Отопление производственных зданий электроэнергией осуществляется посредством ленточных излучателей, размещаемых в верхней зоне цеха и представляющих собой металлический рефлектор с установленными под ними электронагревателями. 
Электроэнергию можно также использовать для обогрева массивных междуэтажных перекрытий промышленных зданий, имеющих большую теплоаккумулирующую способность. В этом случае целесообразно использовать ночные перерывы в потреблении электроэнергии, так называемую «бескиловаттную» мощность электростанций (мощность электростанций увеличивать не требуется).