56. Категории потребителей тепла. Коммунально-бытовая и технологическая нагрузка. Основные виды теплоносителей, количественные показатели температурных параметров.
Потребителей тепла по надежности теплоснабжения следует делить на три категории:
Первая категория - потребители, не допускающие перерывов в подаче расчетного количества тепла и снижения температуры воздуха в помещениях ниже предусмотренных ГОСТ 30494-96 или договором между поставщиком и потребителем тепла.
Например, больницы, родильные дома, детские дошкольные учреждения с круглосуточным пребыванием детей, картинные галереи, химические и специальные производства, шахты, операционные, реанимационные помещения и т.п.
Вторая категория - потребители допускающие временное снижение температуры в отапливаемых помещениях:
а) жилых и общественных зданий - до +12 °С;
б) промышленных зданий - до +8 °С;
Третья категория - остальные потребители. Например, временные здания и сооружения, вспомогательные здания промышленных предприятий, бытовые помещения и т.п.
Различают две основные категории потребления тепла.
1. Для создания комфортных условий труда и быта ( коммунально-бытовая нагрузка ).
Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование.
2. Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).
По уровню температуры тепло подразделяется на:
- низкопотенциальное, с температурой до 150 0С;
- среднепотенциальное, с температурой от 150 0С до 400 0С;
- высокопотенциальное, с температурой выше 400 0С.
Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам.
Виды и характеристики имеющихся на сегодняшний день теплоносителей
Вода – самый известный и широко используемый теплоноситель. И дело не в том, что ее просто раздобыть, а в большей степени в том, что именно вода имеет наибольшую среди всех естественных жидкостей теплоемкость. В среднем она составляет 1 ккал/(кг*град).
Удельная теплоемкость воды равна 1 ккал/кг-град. Таким образом, каждый килограмм воды, нагретой, например, в котле до 95° С и охлажденной в нагревательном приборе до 70° С, т. е. на 25° С, отдаст в отапливаемое помещение 25 ккал тепла. Так как объемный вес воды при средней температуре в системе 80° С равен 972 кг/м3, то 1 м3 воды в системах центрального отопления может отдать 24 300 ккал/м3 тепла (25X972).
Являясь экологически чистой жидкостью, вода, при аварии системы отопления, не создаст никакой опасности для людей. При этом восстановить утерянный объем воды предельно просто – просто нужно добавить необходимое количество в расширительный бак системы. По стоимости у воды также нет конкурентов – это самый дешевый теплоноситель.
Но, поскольку ничего идеального нет, и вода имеет ряд существенных недостатков:
Обычная вода содержит большое количество солей и кислорода, которые вызывают коррозию элементов системы отопления, поэтому для использования в качестве теплоносителя, необходимо заниматься ее очисткой (чаще всего для этого используют химические методы). Идеальным в этом плане является использование дистиллированной воды, но она значительно дороже обычной.
Самым серьезным недостатком воды является то, что она замерзает при температуре 0 градусов Цельсия, при этом расширение льда способно привести в полную негодность систему отопления.
Именно это качество воды вынуждает владельцев нерегулярно эксплуатируемых домов использовать в качестве теплоносителя другие вещества – антифризы, которые не изменяют своего физического состоянии при низких температурах.
Антифриз – в просторечии «незамерзайка». Его использование полностью решает проблему с размораживанием системы отопления. Кроме того, они не вызывают коррозию труб и не способствуют отложению накипи. При низких температурах антифризы превращаются в гелеобразное вещество, не меняющее своего объема, а при отогреве – возвращаются в исходное состояние.
Антифризы содержат в своем составе различные присадки, призванные увеличить срок службы отопительной системы, но универсальных антифризов нет. Поэтому при покупке нужно выяснить, для каких именно материалов он предназначен. В противном случае может возникнуть электрохимическая коррозия, которая быстро выведет из строя отопительную систему.
Не имея основного недостатка воды – расширения при замерзании, антифризы имеют собственные недостатки:
более низкую, чем у воды теплоемкость, что требует использования труб большего диаметра и отопительных приборов большего размера;
вязкость их в 2 раза выше, чем у воды, поэтому нужен гораздо более мощный циркуляционный насос;
высокое объемное расширение при нагреве требует установки большого расширительно бака;
высокая текучесть – разъемные соединения системы отопления придется герметизировать более тщательно и чаще проверять;
антифризы токсичны.
Наиболее часто для отопления используют вещества на основе этиленгликоля и пропиленгликоля.
Этиленгликоль почти в 2 раза дешевле, но и более токсичен для человека. При работе с ним нужно защищать глаза, органы дыхания и кожу. Перегрев вызывает разложение этиленгликоля, а получившиеся кислоты вызывают коррозию трубопроводов, поэтому придется постоянно контролировать температуру нагрева отопительного котла.
Пропиленгликоль имеет более высокую теплопередачу, гораздо менее токсичен, чем этиленгликоль, но стоимость его в 2 раза выше.
Использование незамерзаек в системе отопления требует соблюдения следующих условий:
прокладки для разъемных соединений должны быть паронитовыми, тефлоновыми или изготавливаться из химически стойкой резины;
разбавлять антифриз можно только дистиллированной водой;
система перед полной заливкой антифриза должна быть тщательно промыта водой;
нагрев теплоносителя нужно производить постепенно.
Ни в коем случае не следует использовать всем известный «Тосол», поскольку он не предназначен для систем отопления и токсичен. Не стоит надеяться, что можно легко поменять в системе воду на антифриз – она изначально должна быть рассчитана и выполнена с учетом типа и свойств теплоносителя.
Паровое отопление — одна из разновидностей систем отопления зданий. В отличие от водяного или воздушного отопления, теплоносителем является водяной пар. Иногда в быту водяное отопление зданий неправильно называют «паровым», хотя в жилых и общественных зданиях применение парового отопления сейчас запрещено строительными нормами и правилами.
Особенностью парового отопления является комбинированная отдача тепла рабочим телом (паром), которое не только снижает свою температуру, но и конденсируется на внутренних стенках отопительных приборов. Удельная теплота парообразования (конденсации), которая выделяется при этом, составляет около 2300 кДж/кг, тогда как остывание пара на 50 °C дает только 100 кДж/кг.
При применении в качестве теплоносителя пара используется его скрытая теплота парообразования, которая составляет при давлении пара 0,2 кгс/см2 около 540 ккал на 1 кг пара.
Скрытая теплота парообразования — это тепло, которое затрачивается на превращение 1 кг воды в пар. При охлаждении в нагревательных приборах пар конденсируется и отдает помещению тепло, затраченное на испарение воды.
Удельный объем паров низкого давления может быть принят равным 1,73 м3/кг, поэтому каждый кубический метр пара в системе отопления отдает 312 ккал/м3 тепла (540:1,73).
Вторым важным свойством пара, обладающего избыточным давлением, является его стремление расшириться и уменьшить свое давление до атмосферного. Благодаря этому свойству пар используется в отопительной технике.
С санитарно-гигиенической стороны пар является менее желательным теплоносителем, чем вода, так как пыль, оседая на поверхность нагревательных приборов, имеющих температуру около 100°С, пригорает, разлагается и загрязняет воздух продуктами сухой возгонки. Если же по нагревательным приборам проходит вода, то пыль почти не пригорает и воздух не загрязняется.
В системах воздушного отопления воздух, который служит теплоносителем, в помещения вводят с температурой 45—70 °С.
Приняв объемную теплоемкость 1 м3 воздуха равной 0,31 ккал!мъ • град и температуру помещения, до которой должен охладиться воздух-теплоноситель, равной 18° С, получим, что 1 м3 воздуха с температурой 45° С отдает 8,3 ккал/м3 тепла. Отсюда видно, что воздух как теплоноситель обладает наименьшей удельной теплоемкостью.
Достоинство воздуха как теплоносителя заключается в его большой подвижности. Будучи нагретым, он приобретает меньший удельный вес и, расширяясь, легко перемещается вверх по каналам. Отдав часть своего тепла помещению и охладившись, он становится тяжелее и устремляется по обратным каналам вниз.
Если теплоносителем является вода или воздух, то температуру можно регулировать в соответствии с температурой наружного воздуха. Пар дает возможность регулировать теплоотдачу приборов только в сложных вакуум-системах при давлениях ниже атмосферного.
В системах низкого давления температура пара почти не меняется и всегда выше 100 °С.
В связи с указанными недостатками пар можно применять как теплоноситель только для отопления промышленных и коммунальных зданий.
