1.3.3 Системи повітряного опалення

Повітря є легкорухливим середовищем з порівняно малими в'язкістю, густиною і теплоємністю, що визначає необхідність подачі дуже великої кількості повітря для опалення приміщень та є причиною відносно невисокої ефективності теплообміну поверхонь в теплообмінній апаратурі, особливо при природній конвекції.

Повітряні системи опалення лише іноді знаходять застосування, тому використовується переважно при поєднанні з системою вентиляції та кондиціонуванням повітря. В таких системах відсутні нагрівальні прилади, а попередньо нагріте повітря спеціальними повітроводами подається до приміщення, яке обігрівається, по каналах за допомогою вентилятора.

Нагріте повітря подається в приміщення і, змішуючись з внутрішнім повітрям, віддає йому ту кількість теплоти, яка необхідна для покриття тепловтрат приміщення. Для компенсації теплових втрат приміщення температура повітря, що виходить з опалювальної установки, має бути вище за температуру повітря в приміщенні. При повітряному опаленні повітря може нагріватися не вище 70 °С, якщо воно подається в приміщення на висоту не більше 4 м. При подачі його на висоту 2..4 м температура не повинна перевищувати 45 °С, а при безпосередній тривалій дії на певне місце в приміщенні 25...28 °С.

Системи повітряного опалення розділяються за наступними характерними ознаками.

По місцю нагрівання повітря:

- місцеві системи повітряного опалення (нагрів повітря місцевим опалювальним агрегатом, який знаходиться безпосередньо в приміщенні, що обігрівається);

- центральні (нагрів повітря в єдиному центральному агрегаті з наступним розподілом по опалювальним приміщенням).

У місцевій системі повітряного опалення використовують примусове дуття повітря через нагрівачі (спіралі, ТЕНи) за допомогою вентилятора. За вказаним принципом працюють електроконвектори, електронагрівачі, тепловентилятори (рис. 1.20 та 1.21). Недоліком багатьох з них є необхідність строгого дотримання правил техніки безпеки при використанні. У готель знайшли застосування повітряно-теплові завіси і кондиціонери.

а)	б)

Рисунок 1.20 - Прилади повітряного опалення : а - електроконвектор; б – електронагрівач

Рисунок 1.21 - Тепловентилятор

З метою локалізації проникнення холодного повітря при відкриванні зовнішніх дверей і воріт застосовують спеціальні пристрої – повітряно-теплові завіси (рис. 1.22), які в решту часу можуть використовуватися як рециркуляційні установки.

Рисунок 1.22 - Повітряно-теплова завіса

Вони призначені для створення спрямованого повітряного потоку, що є бар'єром для проникнення в приміщення холодного зовнішнього повітря в зоні проходу. Повітряно-теплові завіси дозволяють уникати протягів, підтримують у вестибюлі готелю комфортні кліматичні умови, перегороджують попадання всередину пилу, неприємних запахів, комах.

Кондиціонери дуже широко використовуються для підтримки необхідної температури повітря в приміщеннях готелів.

Останніми роками в Україні найбільшого поширення набув такий вид кондиціонерів, як спліт-системи. Характерною їх особливістю є те, що вони складаються із зовнішньої і внутрішньої частин, зображених на рис. 1.23. Шумний зовнішній блок винесений за межі приміщення і може бути встановлений на фасаді будівлі, горищі, балконі. Маленький і безшумний внутрішній блок підвішується на стіні приміщення і практично непомітний. Такі кондиціонери зручні в управлінні, можуть працювати в автоматичному режимі. Простим натисненням кнопки на пульті дистанційного керування можна по своєму бажанню зменшити або збільшити температуру повітря в номері, а завдяки використанню таймера можна задавати програму роботи системи на період від 12 ч до декількох діб.

Рисунок 1.23 - Спліт-система

Режим обігріву є одним з основних режимів роботи кондиціонера разом з охолодженням, вентиляцією і регулюванням вологості повітря.

У центральній системі повітряного опалення повітря очищається від пилу, нагрівається в припливній вентиляційній камері, а потім подається в приміщення. В готелях така система може бути використана у ряді громадських і службових приміщень на додаток до системи водяного опалення.

За схемою вентилювання опалювальних приміщень (рис. 1.24):

- прямоточні;

- з частковою рециркуляцією;

- з повною рециркуляцією.

Прямоточні системи повітряного опалення застосовують в тих випадках, коли пред'являють підвищені вимоги до якості повітряного середовища всередині приміщень.

В прямоточних схемах та схемах з частковою рециркуляцією зовнішнє повітря забирається через клапан і по каналах подається в приміщення, яке необхідно опалювати, а по витяжних каналах видаляється з приміщення. Ці система повітряного опалення відрізняється тільки тим, що повітря до калорифера подається не тільки з приміщення, але і ззовні; його кількість диктується вимогами вентиляції.

Рисунок 1.24 - Схеми повітряного опалення: а - прямоточна; б - з частковою рециркуляцією; в – з повною рециркуляцією; 1 - повітрозабірна шахта; 2, 4, 8 - грати; 3 - викидна шахта; 5 - припливний повітровід; 6 - калорифер; 7 - клапан; 9 - вентилятор; 10 - робоча зона

По характеру переміщення повітря, що нагрівається:

- з природним імпульсом;

- з механічним спонуканням, створюваним вентилятором.

По роду енергоносія:

- з водяними калориферами;

- з паровими калориферами;

- з електричними калориферами;

- з газовими калориферами (включаючи вогневі).

Для нагріву рециркуляційного повітря використовують опалювальні агрегати, які складаються з теплообмінників (калориферів), які нагрівають повітря за рахунок енергії теплоносія (пари, гарячої води, димових газів, електроенергії), вентилятора з електродвигуном і направляючого апарату для формування струменя гарячого повітря, що подається в опалювальне приміщення.

Ці агрегати використовують для повітряного опалення великих виробничих приміщень, в яких по санітарно-гігієнічних і технологічним вимогам в робочий час допускається рециркуляція повітря, а також як чергове опалення в неробочий час.

У тих випадках, коли рециркуляція повітря недопустима, застосовують системи повітряного опалення, що працюють тільки з огорожею зовнішнього повітря. При цьому з метою безперебійного опалення приміщень таких систем повинно бути передбачено декілька опалювальних агрегатів - не менше двох.

У неробочий час одна з систем може функціонувати в черговому режимі на рециркуляційному (чи зовнішньому) повітрі.

Повітряне опалення агрегатами доцільно здійснювати по одній з двох схем: шляхом подачі повітря згори похилими струменями у напрямі робочої зони (рис. 1.25, а) або шляхом подачі повітря вище за робочу зону горизонтальними струменями («зосереджена подача»), коли робочі місця знаходяться в зоні зворотного потоку повітря (рис. 1.25, б). Рекомендується застосовувати похилу подачу повітря, при якій ефективніше використовується номінальна теплопродуктивність агрегатів. При цьому повітря слід подавати під кутом 35° до горизонту, що забезпечує максимальну далекобійність струменя і, отже, обумовлює установку мінімального числа агрегатів в опалювальному приміщенні.

Рисунок 1.25 - Схеми подачі повітря похилими (а) і горизонтальними струменями (б)

Зосереджена подача застосовується в тих випадках, коли при похилій подачі не вдається забезпечити нормовані параметри повітря робочої зони або коли номінальна теплопродуктивність агрегатів при похилій подачі використовується менше, ніж при зосередженій.

Переваги системи повітряного опалення:

- відсутність вартості повітря (проте у разі його запилення доводиться влаштовувати спеціальні знепилюючі установки, що здорожує повітряне опалення);

- зниження первинних витрат за рахунок скорочення витрат на опалювальні прилади і трубопроводи;

- можливість забезпечення підвищених санітарно-гігієнічних умов повітряного середовища в приміщенні в результаті більш рівномірного розподілу температури повітря в об'ємі приміщення, а також за рахунок знепилювання і зволоження припливного повітря;

- об'єднання в однієї системі функції опалення і вентиляції, що приносить значні економічні вигоди.

Недоліки системи повітряного опалення:

- значні розміри повітроводів внаслідок малих величин теплоємності і густини повітря;

- відносно великі транзитні втрати теплоти при повітроводах значної протяжності;

- через малу теплоємність повітря системи менш економічні, ніж водяні або парові.