Сведения из физики и теплотехники

Все окружающие нас предметы, имеющие вес и объём, называются физическими телами. Тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном движении. Состояние тела определяется силой молекулярного сцепления, молекулярным пространством и подвижностью молекул. В зависимости от этого тело может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. В твердом состоянии тепловое движение молекул состоит из беспорядочного колебания около своих положений равновесия, а в газообразном состоянии частицы движутся в беспорядке с разной скоростью по всему объему (хаотически). Существует механическая (потенциальная и кинетическая), электрическая, химическая, солнечная, атомная; внутренняя энергия тела (тепловая) это энергия движения и взаимодействующих частиц тела. Закон сохранения энергии гласит, что энергия не исчезает и не создается, она только переходит от одного тела к другому, при этом величина её сохраняется.

Виды теплопередач

Излучение или радиация это передача энергии (тепла) от одного тела другому с помощью электромагнитных волн.

Теплопроводность - процесс переноса (перехода) энергии от более нагретого к менее нагретому участку тела в результате температурного движения и взаимодействия частиц. Большую теплопроводность имеют металлы: медь и серебро. Теплопроводность жидкостей невысокая, а у газов она ещё меньше, поэтому шерсть, меха и другие пористые тела, содержащие воздух, являются хорошим теплоизоляционным материалом. Теплопроводность накипи в 40 раз, а сажи в 200 раз ниже теплопроводности стальных сплавов и их наличие ухудшает теплопроводность поверхностей нагрева котлов и увеличивает потерю тепла. Процесс теплопередачи в энергетике осуществляется, в основном, через стенку от факела в топке через металлические трубы к котловой воде. В зависимости от материалов, участвующих в теплопередаче, толщины стенки, количества накипи и сажи величина передаваемого тепла будет различна, поэтому в расчетах применяется понятие коэффициента теплопроводности. Это количество тепла, которое передается в единицу времени от одного вещества другому через единицу площади при разнице температур на 1⁰С.

Конвекция - перемешивание нагреваемой жидкости. При нагревании горячая воды, как более лёгкая, поднимается (всплывает) наверх, а холодная, как более тяжёлая, опускается вниз – происходит естественная циркуляция воды. Перенос тепловой энергии в энергетике, в частности, в теплосиловой установке, осуществляется рабочим теплом - теплоносителем. В котловых установках рабочим телом является горячая вода и водяной пар.

Классификация систем отопления

Система отопления здания состоит из трех основных частей: генератора тепла, где вырабатывается тепловая энергия передаваемая теплоносителю, системы трубопроводов, по которым перемещается теплоноситель, и отопительных приборов, передающих тепло от теплоносителя воздуху отапливаемого помещения.

По различным характерным признакам системы отопления можно разделить: на местные и центральные в зависимости от радиуса иx действия; на водяные, паровые, воздушные и комбинированные, т. е. работающие в различных контурах на разных теплоносителях, - по виду теплоносителя; с естественной или искусственной циркуляцией - в зависимости от способа перемещения теплоносителя в циркуляционных кольцах.

К местным системам отопления относятся такие системы, в которых генератор тепла, теплопроводы и отопительные приборы конструктивно объединены в одном устройстве, находящемся, находящемся отапливаемом помещении. Примером таких систем могут быть отопительные печи, устройства для непосредственного сжигания газа с целью отопления помещения, электрическое отопление.

Центральные системы, отопления конструктивно выполняются так, что генератор тепла размещается вне отапливаемых помещений, а в помещения теплоноситель подается по системе трубопроводов. От одного генератора тепла могут отапливаться помещения одного или нескольких зданий.

В качестве теплоносителей в системах центрального отопления используются вода, пар и воздух. Вода как теплоноситель обладает большой теплоемкостью и плотностью; расширяется при нагревании, уменьшая свою плотность; при повышении давления повышается температура кипения, абсорбция воздуха уменьшается при нагревании и снижении давления; при изменении температуры энтальпия изменяется в широком диапазоне. Свойства пара: высокая подвижность, малая плотность, повышение температуры и плотности при увеличении давления, высокая энтальпия за счет тепла, фазового превращения; процесс теплоотдачи теплоносителя идет за счет конденсации пара без изменения температуры. Воздух как теплоноситель обладает малой теплоемкостью и плотностью, легкой, подвижностью; плотность при нагревании уменьшается.

Теплоносители - вода и воздух, в отличие от пара, позволяют изменять температуру в зависимости от изменения температуры наружного воздуха, что является их положительным качеством.

Выбор способа циркуляции теплоносителя в системе отопления определяется конструкцией системы и архитектурно - планировочным решением объекта.

Естественная циркуляция в системах водяного и воздушного отопления целесообразна лишь в отопительных устройствах предназначенных для поддержания микроклимата в зданиях, при условии, что генератор тепла находится в этом же здании, а горизонтальная протяженность, системы от генератора до отопительного прибора не превышает 30м. Непременное условие работы системы водяного отопления с естественной циркуляцией - заглубление генератора тепла по отношению к нижним нагревательным приборам в двухтрубных системах отопления не менее чем на 3м. В системах с естественной циркуляцией перемещение воды или воздуха осуществляется за счет разности плотностей охлажденного и нагретого тепло­носителя. Системы с естественной циркуляцией применяются сравнительно редко.

В системах с искусственной циркуляцией перемещение воды или воздуха осуществляется за счет механической энергии, передаваемой теплоносителю циркуляционным насосом или вентилятором.