2. Теплопотребление

Виды теплопотребления.

Использование теплоты на отопление, вентиляцию, кондициониро­вание воздуха, горячее водснабжение и технологические нужды назы­вается теплопотреблением.

Тепловые нагрузки можно подразделять на сезонные и круглого­дичные. К первым относят нагрузки на отопление, вентиляцию и кон­диционирование воздуха, ко вторым - горячее водоснабжение и техно­логические нагрузки. Системы кондиционирования воздуха в теплый пе­риод года потребляют значительное количество холода.

Величина тепловой нагрузки на отопление зависит от теплофизи­ческих свойств ограждающих конструкций и климатических условий рай­она строительства (наружной температуры, скорости ветра, соляции, в меньшей степени от относительной влажности воздуха). Вентиляци­онная тепловая нагрузка определяется практически только температу­рой наружного воздуха. То же можно сказать и о кондиционировании.

Время работы отопительных систем в течение года называется ото­пительным периодом. Продолжительность отопительного периода для то­го или иного района определяется нормами по числу дней (часов) с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха 8 °С и ни­же. Зто относится к жилым и общественным зданиям. В промышленных зданиях отопительный период имеет, как правило, меньшую продолжи­тельность, так как здесь в расчет принимаются внутренние тепловы­деления (выделение теплоты от работающего оборудования, от нагре­тых поверхностей, электроосветительных приборов). Начало и конец отопительного сезона в промышленных зданиях определяют по наружной температуре, при которой внутренние тепловыделения становятся рав­ными потерям теплоты через ограждающие конструкции.

Подсчет тепловыделений - задача непростая. Её грамотное решение во многом определяет качество принимаемых решений по созданию в по­мещениях промышленных зданий требуемого воздушно теплового режима. Внутренние тепловыделения могут быть весьма значительными. Так, на­пример, 10 м горизонтального трубопровода, по которому транспорти­руется пар, диаметром 200 мм выделяет в помещение около 60 000 Вт те­плоты.

Приведем некоторые данные о продолжительности отопительного пе­риода в различных районах России в днях:

- Сибирь, Урал, Север европейской части ……..230 ;

- Средняя полоса европейской части, северная часть Средней Азии. ..210;

- Юг европейской части ……………………………………………….180 ;

- Крым, Кавказ и юг Средней Азии ….…120 .

Выбор теплоносителя, его гигиеническая и технико-экономическая оценка.

Каждая отопительная система состоит :

-из генератора теплоты;

- из теплопроводов;

-из нагревательных приборов, служащих для передачи теплоты от тепло­носителя отапливаемому помещению.

Тепловая энергия получается в генераторе за счет сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива. Для получения тепло­ты в последнее время все шире используют ядерную энергию и так на­зываемые возобновляемые источники (геотермальные воды, энергию Солн­ца).

В качестве теплоносителей применяют пар, воду, воздух и дымо­вые газы.

Системы отопления могут быть местными и центральными. Местны­ми отопительными системами принято называть такие, в которых все элементы объединены и находятся в обслуживаемом помещении (печное отопление, отопление газовыми и электрическими приборами). В цент­ральных системах генератор теплоты вынесен за пределы отапливаемо­го помещения, а чаще и здания.

Центральные системы могут быть паровыми, водяными, воздушны­ми. Системы парового отопления в зависимости от давления пара де­лят на системы высокого (более 0,7 ати), низкого (до 0,7 ати) дав­ления и вакуум-паровые (давление ниже атмосферного).

Системы водяного отопления подразделяются на две разновид­ности:

• с нагревом воды до 100 °С;

• с нагревом воды более 100 °С (перегретая вода).

Вода, пар и воздух, применяемые в качестве теплоносителей, об­ладают различными технико-экономическими и гигиеническими показа­телями. Правильный выбор теплоносителя кроме оптимизации самой ото­пительной системы должен обеспечивать также удовлетворительную увязку отопительного оборудования со строительными конструкциями здания и архитектурным оформлением отапливаемых помещений.

Количество теплоты, перемещаемой в единицу времени по каналам и трубам, должно всегда компенсировать теплопотери. Что же касает­ся объемов теплоносителей, то они всегда неодинаковы, так как нео­динаковыми являются их теплоёмкости. Поэтому для восполнения одно­го и того же количества теплоты объем перемещаемой воды будет в 77 раз меньше объема пара и в 3000 раз меньше объема воздуха. Если принять, что соотношение скоростей движения воды, пара и воздуха 1:70:20, то оказывается, что габариты элементов систем парового и водяного отопления соизмеримы. Воздушные системы имеют габариты на порядок больше. Можно принять первоначальную стоимость систем при­мерно пропорциональной габаритам. Но при оценке экономической целесообразности того или иного теплоносителя надо учесть еще и рас­ходы, связанные с перемещением теплоносителей от генератора к на­гревательному прибору. В паровых системах эти расходы минимальны, так как пар перемещается за счет давления, получаемого в генерато­ре. Для транспортировки воды и воздуха требуются значительные за­траты энергии.

В результате получается, что наиболее экономичными являются паровые системы отопления, наименее - воздушные.

Однако пар как теплоноситель обладает весьма серьезными гиги­еническими недостатками. Высокая температура поверхности нагрева­тельных приборов (больше 100 °С), во-первых, может приводить к ожо­гам, во-вторых, вызывает интенсивное загрязнение воздуха помещений продуктами сухой возгонки органической пыли. Кроме того регу­лирование теплоотдачи нагревательных приборов в паровых системах возможно осуществлять только "пропусками", то есть выключением на время системы. Срок службы паровых систем меньше, чем водяных или воздушных, из-за интенсивной коррозии конденсатопроводов.

Не случайно поэтому наибольшее распространение в жилых и об­щественных зданиях получили системы водяного отопления.

Расчетные и годовые расходы теплоты на различные нужды.

Расчетные расходы теплоты это такие расходы, которые опреде­ляют тепловую мощность отопительных систем.

Годовые расходы позволяют оценивать среднее потребление теп­лоты зданием, населенным пунктом, промышленным предприятием за год и необходимы для оценки потребности в топливе, определения техни­ко-экономических показателей систем и т. д.

Для определения расчетных и годовых расходов теплоты часто пользуются так называемыми удельными отопительными    и вентиля­ционными  q в характеристиками знаний. Они представляют собой расход теплоты на 1 строительного объема здания при 1°С расчетной разности температуры. размерность этого показателя .

Тогда расчетный расход теплоты на отопление составит

, (1) где - объем здания по наружному обмеру (без подвала);

- температура воздуха в помещении;

- расчетная наружная температура для проектирования отопления. В качестве принимается средняя температура наиболее холодных восьми пятидневок за пятидесятилетний период. Для Москвы и Санкт-Петербурга = 25 °С. Приведем некоторые данные по ,

Жилые и общественные здания:

- одноэтажные ………………………………………………………....….0,7-0,83

- 2–3- этажные……………………………………………………………..0,47-0,58

- 4–5- этажные…………………………………………………………..…0,43-0,47

- 6 и более этажей ……… ……………………………………………..…0,35-0,47

Производственные здания:

- сталелитейные цехи ………………………………………………….….0,2-0,3

- механосборочные цехи ………………………………………………....0,4-0,6

- складские здания……………………………………………………….….0,7-0,9

Расходы теплоты на отопление при любой наружной температуре можно найти по формуле (2)

, (2)

где : - текущая наружная температура.

При этом имеется в виду линейная зависимость = .

Используя такое представление, нетрудно найти годовое потребление теплоты на отопление по формуле (3)

, (3)

где: - средний за отопительный период расход теплоты, соответствующий средний за этот период температуре наружного воздуха;

- число суток отопительного периода.

При определении расхода теплоты на вентиляцию (расчетного и годового) необходимо иметь в виду, что для жилых зданий такой расход вообще не учитывается, а в промышленных и общественных зданиях вентиляция не работает круглые сутки, т. е. ‹ 24.

В вентиляционных системах теплота затрачивается на подогрев наружного воздуха. Поэтому здесь расчетный часовой расход по формуле ( 4)

, (4)

где - часовой расход наружного воздуха, /ч;

Ср- теплоемкость воздуха, ;

- плотность воздуха, кг/ .

Годовой расход теплоты и вентиляцию составит:

, (5)

где - число суток работы в году установок для подогрева наружного во -здуха;

- средняя за отопительный период тепловая нагрузка на вентиляциные системы (по аналогии с отоплением).

Для определения теплопотребления жилых районов иногда используют показатель – теплоплотность. Под теплоплотностью понимают величину тепловой нагрузки, приходящейся на единицу площади застраиваемой территории (МВт) га, МВт ( ).

Величины теплоплотности МВт/га:

- Сибирь, Урал, Север европейской части……………………………..0,81

-Средняя полоса европейской части ………………………….……… 0,75

-Юг европейской части .………. 0,67

-Крым, Кавказ, юг Средней Азии . ………...0,58

Величины теплоплотности позволяют решать вопросы выбора сис­тем теплоснабжения, теплового районирования, распределения источ­ников теплоты и др.

В градостроительной практике используют данные по расходу теп­лоты на одного жителя. Такие данные нетрудно найти в справочной ли­тературе.

2.1 ТЕПЛОПОТЕРИ ОТАПЛИВАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ

Общие сведения.

Потеря теплоты зданиями имеет место в основном из-за разности температуры между воздухом помещения и наружным воздухом (∆t= ) . При этом поддерживается системой отопления на постоянном уровне (нормативном по СНиП 2.04.05-84) в пределах 18 - 23 °С, а существенно переменна.

Кроме того потери теплоты зданиями зависят от ветровой нагруз­ки (скорости ветра), которая связана с инфильтрацией холодного на­ружного воздуха.

Теплота, вносимая в здание путем инсоляции, в расчетах не учи­тывается и идет в запас.

При определении теплопотерь приходится сталкиваться с тремя ви­дами передачи теплоты: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность (кондукция) - переход теплоты внутри тела или от одного тела к другому посредством соприкосновения материальных частиц . При этом по формуле (6):

F,

(6)

где - коэффициент теплопроводности (количество теплоты, переносимой через 1 изотермической поверхности в еди­ницу времени при разности температуры, равной единице);

- температура внутренней и наружной поверхностей;

- толщина конструкции;

F - площадь, через которую осуществляется перенос теплоты теплопроводностью.

Размерность коэффициента теплопроводности - Вт/ м К, ккал/м ч °С, 1 ккал/ м ч °С = 1,163 Вт/ м К. Для строительных и теплоизоляцион­ных материалов значения коэффициентов теплопроводности колеблются от 0,02 до 3 Вт/ м К и приводятся в СНИП 11-3-79 и справочниках .

Конвекция - перенос теплоты в жидкостях и газообразных средах вместе с материальными частицами. Для передачи теплоты конвекцией у поверхности твердого тела:

£ , (7)

г д е £ - коэффициент теплоотдачи конвекцией (количество теплоты, переносимое у поверхности через 1м² при разности темпе­ратуры между поверхностью и газом (воздухом)1 °С)

Для внутренних поверхностей ограждений £ = 5-8 Вт/ м² К, для наружных поверхностей - 11-23 Вт/ м² К.

Излучение - теплообмен между поверхностями через лучепрозрачную среду.

£ , (8)

г д е £ - коэффициент излучения (по содержанию аналогичен £ ).

Определяется £ по формуле Стефана-Больцмана:

£ = пр,

где С пр - приведенный коэффициент излучения;

- температура теплообменивающихся поверхностей, °С;

- то же, но в К.

Размерность С пр – Вт/

С пр =

где - коэффициент излучения абсолютно черного тела,

- коэффициент излучения теплообменивающихся тел.

Теплопередача через плоскую стенку.

Запишем уравнения для тепло- вых потоков через стенку

£ ;

;

£ ;

Заметим, что

.

Тогда

;

;

.

Рис. 1

Суммируем правые и левые части

.

Далее .

Выражение

представляет собой коэффициент теплопередачи. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, – термическое сопротивление стенки.

Как видим, термическое сопротивление является суммой сопротивлений материал стенки и сопротивлений теплопереходу у поверхностей.

Последние связаны с тем, что непосредственно у поверхностей стенки имеет место так называемый пограничный слой, обладающий подобно материалу стенки своим термическим сопротивлением.

Итак,

и .

Окончательно формула

. (9)

Для многослойных ограждений

.

Полученные зависимости позволяют определить распределение температуры по толщине стены. Нетрудно видеть, что для стационарного режима

.

Если ограждение двухслойное и > , то

.

И > ,если (рис. 2).

Воздухопроницаемость и влажност­ный режим ограждений рассмотрены в курсе строительной теплотехники. За­метим только, что в зимний период вла­га мигрирует из помещения в атмосферу, так как парциальное давление водяного пара в помещении больше, чем в атмосфере. А это значит, что внутренние слои ограждений

Рис. 2

находятся в более влаж­ном режиме. Следовательно, теплоизо­ляцию надо располагать с наружной сто­роны ограждения.

Требуемое термическое сопротивление ограждений.

С увеличением термического сопротивления ограждений уменьшают­ся теплопотери, но растет стоимость ограждений. Рис.3 хорошо иллюстрирует тот факт, что с ростом в то же время уменьшаются как следствие снижения теплопотерь и эксплуата­ционные затраты. Следовательно, можно определить такое значение , при котором приведенные затраты минимальны.

Рис. 3

П - приведенные затраты; К - капитальные затраты;

Э – эксплуатационные затраты

П= К+Е н + Э.

Однако во всех случаях общее термическое сопротивление ограждения должно быть таким, чтобы была исключена возможность недопустимо больших колебаний температуры на внутренних поверхностях.

Зависимость температуры внутренней поверхности от при установившемся режиме можно найти так:

;

;

Или .

Разность не должна превышать нормируемой величины: для наружных стен - 4– 6 °С. потолков - 4 °С, пола - 2 °С

Рис. 4

Отсюда ≥ ,

где - расчетная наружная температура, которая определяется кроме всего прочего массивностью ограждения;

п – коэффициент, зависящий от степени контакта наружной поверхности ограждения с наружным воздухом.

Степень массивности ограждений определяется безразмерной характеристикой тепловой инерции ограждения D, которая определяется по формуле:

, (10)

где S – коэффициент теплоусвоения материала, .

Согласно теории О. Е. Власова формула:

, (11)

где С – теплоемкость материала;

λ - коэффициент теплопроводности;

υ – объемный вес;

z –период изменения температуры (при расчетах теплопотерь принимается равным 24 часам).

Если D менее 1,5, ограждение считается безынерционным и в качестве расчетной при определении принимается абсолютная минимальная температура наружного воздуха. При D от 1,5 до 4 ограждение обладает малой инерционностью, а расчетной является средняя температура наиболее холодных суток. Когда D находится в пределах от 4 до 7 (средняя инерционность), расчетная температура равна средней температуре тех наиболее холодных суток. При D более 7 имеет место большая инерционность, а расчетной является средняя температура наиболее холодной пятидневки.

Теплопотери помещений

Рис. 5. Обмер наружных ограждений

НС – наружная стена; 0 – окно; ПЛ – пол; ПТ – потолок; Д – дверь

Для определения теплопотерь помещений используют формулу

, (12)

где F- расчетная теплопередающая поверхность.

П оверхность нетрудно определить, если руководствоваться правилами обмера наружных ограждений, иллюстрируемыми (рис. 5).

Расчет теплопотерь через полы на грунте, лагах и через подземные части зданий определяют с помощью разбиения последних на двухметровые зоны так, как это показано на (рис. 6).

Рис. 6 Для не утепленных полов коэффициенты термического  сопротивления условно принимают следующими для зон

( °С) Вт: .

Для утепленных полов эти коэффициенты можно определять по формуле:

, (13)

где - толщина утеплителя;

- коэффициент теплопроводимости теплителя.

Для полов на лагах .

Подземные части зданий при расчете теплопотерь идентифицируют с полами на грунте.

Набавки к теплопотерям:

1. На ориентацию по странам света:

- северо-западная ориентация - 10 %;

- восточная ориентация - 10 %;

• юго-восточная ориентация - 5 %;

• северная ориентация -10 %;

• западная ориентация -5 %.

2. На обдувание здания ветром:

• для наружных ограждений, защищенных от ветра – 5 %;

• для ограждений при скорости ветра до 5 м/с – 10 %.

Если скоростьветра превышает 5 м/с, то надбавка увеличивается в два раза. При скорости ветра более 10 м/с надбавка увеличивается в три раза. При этом в расчет принимается скорость ветра - средняя для отопительного периода по СНиП 2.01.01-82 (Строительная климато­логия и геофизика). Еще большие надбавки принимаются для некоторых районов Крайнего Севера и Дальнего Востока.

2. На входные двери надбавка принимается в зависимости от конструк­ции входа и числа этажей n, в %:

• при двойных дверях без тамбура - 100 n ;

• при двойных дверях с тамбуром - 80 n. ;

• при одинарных дверях - 65 n ;

2. Для общественных зданий при высоте этажа более 4 м – 2 % на каж­дый метр сверх четырех, но не более 15 %.

3. При наличии в помещении двух и более наружных стен – 5 %.

Теплотехнические соображения по выбору рациональных архитектур­но-планировочных решений.

Сами по себе отопительные системы, если не учитывать так назы­ваемых замыкающих затрат, то есть затрат, связанных с выработкой энергии для отопления зданий, имеют весьма небольшой удельный вес в стоимости здания. Однако функционирование систем связано с сущест­венными расходами людских, материальных и топливно-энергетических ресурсов. Все это приводит, например, к тому, что срок окупаемости отопительных систем продолжительнее, чем у строительных конструкций. Последнее связано также с увеличением стоимости производства энергии. Серьезное беспокойство у специалистов-энергетиков вызывает перерасход энергии при ее нерациональном использовании. Это определяется в известной степени тем, что при проектировании зданий и соо­ружений теплотехнические качества последних во многом формируются до расчета систем, определяющих микроклимат. Значительное влияние на теплотехнические характеристики зда­ний и сооружений оказывает степень остекления наружных теплопере­дающих поверхностей. Достаточно указать, что увлечение остеклением в 50 – 60-х годах XX века привело к росту теплопотерь зданиями в 1,3 – 1,5 ра­за. Заметим также, что развитие остекления приводит не только к увеличению потерь теплоты, но и к росту холодильной нагрузки ле­том. В отличие от массивных ограждающих поверхностей остекление является безынерционным, то есть пропускает в помещение теплоту, в том числе и теплоту инсоляции, без запаздывания во времени. А это значит, что в самое жаркое или холодное время суток в помеще­нии будут наблюдаться наиболее неблагоприятные условия воздушной среды. Кроме того массивные ограждения позволяют не только снижать мгновенную температуру в помещении, но и приводят к сглаживанию нежелательной временной температурной неравномерности. Сильно разви­тые поверхности остекления вызывают дискомфорт за счет радиацион­ного переохлаждения зимой и перегрева летом.

Для гражданских зданий зависимость удельной тепловой характе­ристики от степени остекления может быть определена по формуле:

, (14)

где с/ - доля остекления стен;

F- площадь наружных стен, ;

S- площадь здания в плане, м²;

- объем здания, м³.

Сравнение тепловой характеристики конкретного здания с типо­вой может быть полезным при выборе степени остекления.

Величина удельной тепловой характеристики, а следовательно, и расход теплоты на отопление зависит отформы и объема здания. Здания малого объема обладают повышенными потерями теплоты точно так же, как здания узкие, сложные по конфигурации с увеличенным периметром. Уменьшенные теплопотери имеют здания, форма которых приближается к кубу. Еще меньшие теплопотери имеют шарообразные сооружения, так как в них наблюдается минимальное отношение поверх­ности к объему.

2.2 ЦЕНТРАЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Разновидности систем центрального отопления.

Системы центрального отопления предполагают централизованное получение теплоты в котельных или как побочный продукт на ТЭЦ. Последние предпочтительнее, так как позволяют вырабатывать тепло­ту с высоким значением теплового коэффициента полезного действия. Кроме того централизация теплоснабжения обеспечивает возможность сжигать с достаточной полнотой низкосортное топливо, широко внед­рять прогрессивные виды топлива, в том числе ядерное, оздоровлять воздушный бассейн городов. Правда, при этом растет протяженность тепловых сетей.

Системы центрального отопления принято прежде всего классифи­цировать по виду теплоносителя. По этому признаку различают водяные, паровые и воздушные системы отопления.

Водяные системы в последнее время находят преимущественное рас­пространение, так как обладают рядом достоинств: гигиеничностью, возможностью регулирования в широких пределах, относительной долговечностью, хорошей увязкой с режимами работы тепловых сетей.

_{­­­­­­­­­­­­­} Системы водяного отопления подраз­деляют:

1. По способу циркуляции теплоносителя – на гравитационные (с естественным побу­ждением) и насосные. Принципиальная схема гравитацион­ных систем приведена на рис. 7. Распо­лагаемый напор в гравитационных систе­мах составляет: , где h - плотность вода соот­ветственно в обратном и пода­ющем трубопроводах; q - ускорение силы тя­жести.

Этот напор принято определять для расчетных значений температуры воды в системе: температура горячей воды 95 °С и температура обратной воды 70 °С.

Системы с естественной циркуляцией применяют для небольших зданий, так как они имеют ограниченный радиус действия 30 – 50 м. Скорость движения воды в трубопроводах этих систем невелика (до 0,2 м/с). Поэтому уклон магистралей здесь от расширительного бака. В насосных системах (рис. 8) обеспечивается принудительная цир­куляция. При этом скорости движения воды увеличиваются до 1–1,5 м/с (в промышленных зданиях - до 3 м/с)

Рис. 7. Гравитационная система отопления: Рис. 8. Насосная система отопления

1 - котел, 2 - расширительный бак, 1- котел, 2 - насос,

3 - нагревательный прибор 3 - нагревательный прибор,

4 -воздухосборник,

5 - расширительный бак

Уклоны в этих системах предусматри­ваются против движения воды, в верх­них точках систем устанавливаются воздухосборники /вантузы/. Расшири­тельный сосуд присоединяется к об­ратной магистрали у всасывающего патрубка насоса с тем, чтобы исклю­чить в трубопроводах возникновение давления ниже атмосферного. 2. По расположению подающих магист­ральных трубопроводов - но. системы с верхней и нижней разводкой. Примером системы с верхней раз­водкой может служить схема, изобра­женная на рис. 2. Система отопления с нижней разводкой иллюстрируется на рис. 9. 3. По способу подачи и отвода воды от нагревательных приборов – на двухтрубные и однотрубные (рис. 10). Вариантов присоединения приборов к стоякам, как в однотрубных, так и в двухтрубных системах может быть много. Рис. 9. Система отопления с нижней Рис. 10. Способы присоединения разводкой магистралей: 1- котел; нагревательных приборов к стоякам 2 - насос;3 - нагревательный прибор; 4 - кран ля выпуска воздуха; 5 - расширительный бак

Рис. 11. Тупиковая система водяного отопления: I, II, III – кольца циркуляции

Рис. 12. Система водяного отопления с попутным движением воды:

I, II, III – кольца циркуляции

3. По направлению движения воды в кольцах циркуляции – на тупиковые (рис. 11) и с попутным движением воды (рис. 12). В первых путь проходимый циркулирующей в системе водой, неодинаков. Во вторых длина всех колец циркуляции одна и та же.

Кроме того водяные системы отопления могут быть высокотемпературными (t > 100 °С) и обычными.

Паровые системы центрального отопления подразделяют по следующим признакам:

1. По величине давления пара – на системы высокого ( p > 0,7 ати), низкого ( p ≤ 0,7 ати), и вакуум-паровые системы.

2. По способу возврата конденсата – на системы с самотечным возвратом (замкнутые) и системы с насосной перекачкой конденсата (разомкнутые). Принципиальные схемы обеих систем изображены соответственно на рис. 13.

Рис. 13. Систама парового отопления с самотечным возвратом конденсата:

1 - котел; 2 – нагревательный прибор; 3 – конденсатоотводчик

Рис. 14. Система парового отопления с насосной перекачкой конденсата.

1 - котел; 2 - нагревательный прибор; 3 – конденсатоотводчик; 4 - конденсационный бак;

5 – насос

Рис. 15. Рециркуляционная система воздушного Рис. 16. Система воздушного отопления: совмещенного с вентиляцией

1 – вентилятор; 2 – воздухонагреватель; 1 – вентилятор; 2 –воздухонагреватель;

3 – воздуховод; 4 - помещение 3 – воздуховод; 4 - помещение

Рис. 17. Децентрализованная система воздушного отопления:

1 – воздушный отопительный агрегат; 2 – помещение

В вакуум-паровых системах давление пара расходуется только на преодоление сопротивления трубопроводов до нагревательных приборов.

Движение пара конденсата после приборов осуществляется за счет работы вакуум-насоса.

Системы воздушного отопления подразделяются на рециркуляционные (рис. 15)совмещенные с вентиляцией (рис. 16) и системы с децентрализацией воздухонагревателей (рис. 17)

Конструктивные элементы систем отопления.

Нагревательные приборы.

Нагревательные приборы, как правило, устанавливаются в отапливаемом помещении и служат для передачи теплоты от теплоносителя в помещение.

К нагревательные приборам предъявляются теплотехнические, гигиенические, экономические и эстетические требования.

Теплотехнические требования сводятся к тому, чтобы с каждого квадратного метра поверхности нагревательного прибора получить по возможности большее количество теплоты, то есть иметь максимально возможный коэффициент теплопередачи.

Экономические требования чаще всего связывают с удельным рас­ходом металла, который принято оценивать показателем теплового на­пряжения металла по формуле:

, (15)

где Q - тепловая нагрузка прибора;

- расход металла;

- расчетная разность температуры.

Этот показатель у чугунных радиаторов, например, составляет в среднем - 0,36, а у бетонных отопительных панелей - 1,32, отку­да видно, что последние являются менее металлоемкими, а следовательно, и более экономичными.

Гигиенические качества нагревательных приборов определяются гладкостью поверхности и доступностью всех элементов прибора для уборки.

Внешний вид нагревательных приборов должен соответствовать

Рис. 18. Конвектор ти­па "Комфорт".

интерьеру помещений или во всяком случае не уродовать его.

По типу теплообмена нагревательные приборы относят к конвектив­ным, если доля лучистой теплоты менее 25 %, излучающим и смешанным, когда вклад лучистого и конвективного теплообмена сопоставимы. К конвективным нагревательным приборам относится конвекторы различ­ных конструкций. На рис. 18 изображен конвектор типа "Комфорт”. Радиато­ры выпускаются нашей промышленностью чугунны­ми и стальными. До послед­него времени наиболее распространенными явля­ются чугунные двухколонные радиаторы М-140.

Этот радиатор (рис. 19) собирают из отдельных секций на ниппелях.

Рис. 19. Чугунный радиатор М-140

1 – ниппель; 2 – проходная радиаторная пробка; 3 – глухая радиаторная пробка

Стальные радиаторы изготавливаются путем штамповки с последующей сваркой.

В промышленных зданиях широко используются чугунные ребристые трубы. Этот прибор достаточно дешев, но имеет весьма не­приглядный внешний вид и с большим трудом подвергается очистке от пыли.

Излучающие нагревательные приборы централизованно не выпускаются. Их изготовление, как правило, осуществляется непосредственно на предприятиях строительной индустрии.

Самым лучшим местом для размещения отопительных приборов сле­дует считать подоконное пространство у наружной стены. При отсут­ствии приборов под окнами у их холодной поверхности возникают ни­спадающие потоки охлажденного воздуха, что приводит к формированию неблагоприятно воздействующего на людей вертикального градиента температуры.

Прежде имело место требование размещения нагревательных прибо­ров по центру оконного проема. Стояки отопительных систем распола­гались посередине между окнами. В настоящее время приборы смещают­ся от центра оконного проема так же, как и стояки, с тем, чтобы дли­на подводки от стояка к прибору была унифицирована.

Требуемую теплоотдающую поверхность нагревательных приборов, устанавливаемых в каждом помещении, определяют по формуле:

, (16)

где - расчетные тепловые потери помещения;

К – коэффициент теплопередачи отопительного прибора;

- средняя температура поверхности прибора, принимаемая равной средней температуре теплоносителя;

- температура воздуха в помещении;

n - коэффициент, учитывающий снижение теплоотдачи при­бора.

Расчетную поверхность радиаторов и конвекторов принято опреде­лять по гарантированной заводом-изготовителем поверхности одного элемента (секции). При этом пользуются понятием эквивалентного квадратного метра поверхности (экм). Экм - это такая поверхность, через которую передается 500 Вт (435 ккал/ч/) теплоты при температурном напоре 64,5 °С и расходе теплоносителя 4,8 кг/с. Коэффициент теплопередачи при этом становится равным 7,84 Вт/ °С. Поверхность нагрева в экм расчитывается по формуле:

, (17)

где - коэффициент на количество секций в приборе;

- коэффициент на остывание воды в трубах;

- коэффициент, учитывающий способ установки прибора;

- коэффициент, учитывающий способ присоединения прибора к стояку или магистрали;

- коэффициент, учитывающий расход воды в приборе.

Необходимое число секций в приборе находят по очевидной фор­муле:

, (18)

где - расчетная поверхность одного элемента (секции) экм.

Трубопроводы и арматура.

Трубопроводы отопительных систем диаметром от 15 мм до 50 мм монтируют из водогазопроводных труб. Трубы большего диаметра изго­тавливают бесшовными или электросварными. Величина максимального расчетного давления для трубопроводов отопительных систем прини­мается равной 10 ати (I мПа). Соединения труб осуществляют на свар­ке или на резьбовых соединениях с помощью фасонных частей из ков­кого чугуна. Трубы диаметром более 50 мм соединяются только на сварке. Водогазопроводные трубы часто соединяют с помощью фасон­ных частей, хотя в последнее время широко используют и сварку. Ди­аметры трубопроводов отопительных систем обозначают в так называе­мых условных проходах в мм или дюймах.

На трубопроводах отопительных систем устанавливают различную запорную и регулирующую арматуру. На разводящих магистралях диаметром более 50 мм устанавливают задвиж­ки (рис. 20) с латунными уплотнительны­ми кольцами. На стояках отопительных сис­тем устанавливаются пробковые проходные краны (рис. 21). На трубопроводах отопи­тельных систем используют также муфтовые и фланцевые вентили различных диаметров (рис. 22).

Рис. 20. Задвижка.

1 – корпус; 2 – диски для плотного при­мыкания к латунным кольцам; 3 – ось; 4 – маховик

Рис. 21. Проходной пробковый кран. Рис. 22. Фланцевый запорный вентиль.

1 – корпус; 2 – конусная пробка; 1 – шпиндель; 2 – золотник

3 – натяясная гайка; 4 – шайба

На подводках к отопительным приборам предусматривают установку кранов двойной регулировки, которые после наладки сис­темы (первая регулировка) позволяют про­изводить индивидуальное регулирование теп­лоотдачи прибора в пределах, установлен­ных во время наладки. В последнее время в связи с широким внедрением однотрубных отопительных систем, в которых изменение теплоотдачи одного прибо­ра влияет на количество теплоты, переда­ваемой в помещения другими приборами, и широким внедрением централизованного регулирования, необходи­мость в обязательной ус­тановке кранов двойной регулировки отпадает.

Специальные устройства отопительных систем.

Для создания допол­нительной емкости, необходимой для компенсации расширения воды и удаления воздуха из системы, предус­матривается установка расширительных баков. Устанавливаются расширительные баки в самой высокой точке системы. Их принципиальная схема и общий вид приведены на рис. 23.

Рис. 23. Расширительный бак: а - расположение штуцеров на стенках со­суда; б - пример установки бака; 1 – для расширительной трубы; 2 – для циркуляци­онной трубы; 3 – для контрольной трубы; 4 – для переливной трубы

Рис. 24. Вантуз: 1 – корпус: 2 – штуцер для присоединения к магист­рали; 3 – фланец корпуса; 4 – крышка; 5 – поплавок; 6 – крючок для подвески поплавка; 7 – защитный кол­пак над клапаном; 8 – крыш­ка защитного клапана.

Удаление воздуха в системах с принудительной циркуляцией осуществляют через воздухосборники и вантузы. Ван­тузами воздух удаляется из системы ав­томатически (рис. 24). Если в пространстве между корпусом и поплавком соби­рается воздух, поплавок опускается, сжимает пружину клапана, через кото­рый открывается выход воздуху в атмос­феру. После этого уровень воды подни­мается, поплавок всплывает и отверстие в клапане прикрывается. Выпуск возду­ха из воздухосборников осуществляет­ся вручную.

В паровых системах важно, чтобы пар не попадал в конденсатопроводы. Функцию парозапирающих устройств играют здесь конденсатоотводчики. Они могут быть поплавкового или сильфон­ного типов. Кондесатоотводчик силь­фонного типа изображен на рис. 25.

При контакте с паром сильфон (гоф­рированная коробка), заполненная рас­ширяющейся при нагревании жидкостью, растягивается и прикрепленный к ней конусный золотник закрывает отверстие для прохода пара. Контакт сильфона с конденсатом, имеющим меньшую, чем пар, температуру, приводит к открыванию отверстия и выходу конденсата в тру­бопровод.

В системах отопления с нижней разводкой магистралей в радиаторах верхних этажей в верхней их пробке предусматривается отверстие с возду­ховыпускным шурупом (рис. 26).

Для принудительного перемещения воды в системах отопления используют пропеллерные или центробежные насосы. Первые применяют в системах с небольшим количеством транспортируемой воды. Схема пропеллерного насоса приведена на рис. 27. Центробежный насос показан на рис. 28.

Рис. 25. Конденсатоотводчик. Рис. 26. Радиаторная пробка

1 – сильфон; 2 – отверстие для прохода с воздуховыпускным шурупом

конденсата; 3 – конусный золотник

Рис. 27. Насос типа ЦНИИПС.

1 – пропеллер; 2 – корпус насоса;

3 – электродвигател Рис. 28. Центробежный насос ЦНШ

2.3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАСЧЕТЕ СИСТЕМ.

Водяные системы отопления

В последнее время наиболее широкое распространение получили однотрубные системы отопления. Они экономичны, так как обладают относительно небольшой метал­олоемкостью, просты в монта­же и характеризуются большой гидравлической устойчивостью. В двухтрубных отопительных системах разрегулировка воз­никает в связи с тем, что в них каждый прибор является кольцом циркуляции, и в коль­цах высоких этажей имеет мес­то сильное дополнительное влияние гравитационного дав­ления (рис. 29). С ростом номера этажа и при низких значениях наружной температуры существенно растет , так как > > . Поэтому в двухтрубных системах на верхних этажах приходится устанавливать дополнительные сопротивления (краны, дроссельные шайбы).

Однотрубные (особенно гравитационные) системы способны к само­регулированию: если в отопительных приборах этих систем вода сильнее охлаждается, то интенсифицируется циркуляция.

Рис. 29. Расчетная схема двухтрубной отопительной системы

Оптимальными считают такие режимы работы систем, при которых обеспечивается расчетная теплоотдача приборов в случае расчетных значений наружных температур, а в остальных случаях ей пропорцио­нальная. При этом стремятся к тому, чтобы гидравлическое сопротивление системы было по возможности наименьшим. В целях экономии теплоты используют автоматическое регулирование температуры горячей воды, диспетчеризацию систем, комнатные терморегуляторы, пофасадное регулирование.

Расчет отопительных систем состоит в том, чтобы определить ко­личество воды, проходящей через каждый прибор, и изменение темпе­ратуры по мере прохождения теплоносителя через каждый элемент системы. Первый этап - это гидравлический расчет системы, второй - тепловой.

Перед гидравлическим расчетом определяют тип и расставляют на­гревательные приборы. Возможны два варианта расчета систем: первый – когда во всех отопительных стояках имеет место один и тот же перепад температуры (25 °С), второму варианту соответствуют различные (переменные) перепады температуры воды в стояках.

Для первого варианта характерен такой порядок расчета:

• определение тепловой нагрузки на каждый стояк путем суммирования расчетной теплопроизводительности всех отопительных приборов, присоединяемых к стояку;

- расчет количества воды, проходящей через каждый стояк, по формуле:

, (19)

где К - коэффициент, учитывающий потери теплоты в трубопроводах;

- тепловая нагрузка стояка;

- теплоемкость воды;

- разность температуры воды на входе и выходе из стояка (принимается в данном случае постоянной и равной 25 °С).

- определение диаметров трубопроводов, т.е. гидравлический расчет системы, заключающийся в том, чтобы в каждый стояк подать расчетное количество воды;

- определение площади нагревательных приборов с учетом способа их установки, присоединения к стояку и количества воды, проходящей через каждый прибор.

При гидравлическом расчете тупиковых систем отопления потери давления в каждом кольце циркуляции при расчетном режиме должны быть одинаковыми. На рис. 30 изображена расчетная схема такой системы с двумя кольцами циркуляции. На каждом участке имеет место потеря давления . Требование равенства потерь давления в каждом кольце циркуляции означает, что

Следовательно, ; >

и <

Рис. 30. Расчетная схема тупиковой отопительной системы

Потери давления в трубопроводах систем складываются из линейных потерь на трение и потерь на преодоление местных сопротивлений, т. е

.

Линейные потери вычисляют по известной формуле Дарси:

, (20)

где - коэффициент трения;

d - диаметр трубопровода;

- скорость движения воды в трубопроводах;

- плотность воды;

l - длина участка трубопровода.

Местные сопротивления связаны с потерями при прохождении арматуры, поворотов, со слиянием и разделением потоков. Определяют их по формуле

, (21)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке.

Окончательно

.

Определение площади нагревательных приборов производят по зависимостям, приводившимися ранее.

При расчете систем отопления с переменными перепадами температуры стремятся к тому, чтобы иметь все стояки одного диаметра. Такое стремление объясняется тем. что единый диаметр стояка позволяет унифицировать элементы отопительных систем и тем самым обеспечить их изготовление в заводских условиях применительно к тому или иному типу здания.

В этом случае порядок расчета системы изменяется по сравнению с рассмотренным выше: сначала производится гидравлический расчет системы, в результате которого определяется количество воды, зате­кающей в каждый стояк, затем по известной тепловой нагрузке на сто­як и количеству воды находится температурный перепад. В конце расчета подбирается площадь нагревательных приборов. Такой расчет трудо­емок и требует определенного навыка.

В последнее время для расчета систем отопления все шире исполь зуется вычислительная техника.

Расчетным путем определяется емкость расширительного бака:

. (22)

При 25 °С оказывается, что на каждые 1,16 кВт мощности системы (1000 ккал/ч) объем воды в отдельных элементах системы в литрах равен:

- радиаторы - 12;

- конвекторы - 0,8-1,2;

- ребристые трубы - 6,5;

- чугунные котлы - 3;

- трубопроводы гравитационных систем - 16;

- трубопроводы насосных систем - 8.

Тогда

.

Циркуляционные насосы систем водяного отопления подбирают по характеристикам, которые приводятся в справочной литературе по данным заводов-изготовителей. Характеристикой насоса называют гра­фическую зависимость давления, развиваемого насосом, от его про­изводительности. В этих же координатах строится и характеристика сети. Ее построение производят по данным гидравлического расчета. Если характеристика насоса представляет собой пологопадающую кри­вую, то характеристика сети имеет вид параболы второго порядка, проходящей через начало координат (рис. 31). Режим работы насоса оценивают наложением ха­рактеристик сети и на­соса друг на друга. Из рис. 31 хорошо видно, что этот режим в силь­ной степени определя­ется числом оборотов рабочего колеса насоса.

Рис. 31. Характеристики отопительной сети и циркуляционного насоса

Электродвигатель к насосу выбирают в за­висимости от требуемой мощности, которую находят по формуле:

, (23)

где - количество воды, циркулирующей в системе;

- давление, создаваемое насосом;

- коэффициент запаса;

- коэффициенты полезного действия насоса и передачи.

Остальные элементы отопительных систем принимаются конструк­тивно .

Паровые системы отопления.

При использовании пара в качестве теплоносителя приходится иметь дело:

- с влажным насыщенным паром, который получается при наличии кон­такта с зеркалом воды;

- с сухим насыщенным паром;

- с перегретым паром.

В небольших системах используется только насыщенный пар (су­хой или влажный). Перегретый пар используют только в крупных системах для наружных паропроводов с целью исключить появление так на­зываемого попутного конденсата.

Насыщенный пар имеет ту же температуру и давление, что и вода, из которой он получен.

Количество теплоты, которая передается паром нагревательному прибору, может быть определено по формуле

, (24)

где - скрытая теплота парообразования (около 530 ккал)кг

или 2300 кДж/кг/;

- теплоемкость воды;

- соответственно температура насыщенного пара и конденсата;

- количество пара, подаваемого в прибор.

Для расчета поверхности нагревательных приборов и их подбора используются те же формулы, что и для систем водяного отопления, но средняя температура прибора здесь намного выше и принимается:

- при < 0,2 ати = 100 °С

- при > 0,2 ати (по таблицам).

В жилых зданиях системы парового отопления не предусматривают­ся. Их проектируют в административных зданиях, бытовых помещениях, зрелищных сооружениях, коммунальных зданиях - при ≤ 0,7 ати (сис­темы низкого давления); в производственных зданиях - при > 0,7 ати (системы высокого давления).

Системы парового отопления делят на замкнутые и разомкнутые.

При этом замкнутые системы могут быть с так называемыми сухим и мок­рым конденсатопроводами.  На рис. 32 изображена система с сухим конденсатопроводом. В ней конденсатопровод 6 работает неполным сечени­ем. Для этого точка n должна быть поднята над уровнем II-II на, как минимум, 200 мм. Это дает возможность удалять воздух из системы.

Рис. 32. Замкнутая система парового отопления:

1 – котел; 2 – предохранительное гидравлическое устройство; 3 – паропровод; 4 – нагревательный прибор; 5 – стояк; 6 – конденсатопровод

Рис. 33. Разомкнутая система парового отопления:

1– котел; 2 – гидравлический затвор; 3 – паропровод; 4 – нагревательный прибор; 5– конденсатопровод; 6 – кондесационный бак; 7 – насос; 8 – напорный конденсатопровод

Уровень 11-11 определяют по давлению пара в котле.

Уклоны паро- и конденсатопроводов должны быть не менее 0,005 в сторону движения пара и конденсата.

Схема разомкнутой системы изображена на рис. 33. Здесь нет не­обходимости прокладывать конденсатопровод выше уровня давления па­ра в котле, так как он поступает в котел принудительно.

Расчет паровых систем начинается с выбора даления пара в кот­ле. Оно зависит от радиуса, действия системы и может быть принято по таблице 1.

Т а б л и ц а 1

R	50 м	100 м	200 м	300 м	500 м
P, ати	0,05	0,1	0,15-0,2	0,2-0,3	0,5

Методика гидравлического расчета паровых систем аналогична методке расчета систем водяного отопления с той лишь разницей, что в данном случае жестко фиксируется доля местных сопротивлений в об­щей величине давления. Принято считать, что 35 % давления пара рас­ходуется на их преодоление.

Конденсатопроводы рассчитывают точно так же, как и трубопрово­ды водяных систем отопления. Сам расчет проще, так как в этом слу­чае не надо увязывать кольца циркуляции.

Объем конденсационного бака в разомкнутых системах рассчитыва­ют на сбор конденсата в течение 1-2 часов. Отсюда

. (25)

Производительность насоса для перекачки конденсата определяют по формуле:

. (26)

Расчетное давление насоса составляет:

,

где - расстояние от дна бака до уровня воды в котле

Для предотвращения вскипания конденсата насосы устанавливают "под залив", то есть ниже уровня воды в баке.

Системы парового отопления высокого давления устраивают толь­ко разомкнутыми. Перед подачей пара к нагревательным приборам он редуцируется в специальных устройствах - редукторах. Под редуциро­ванием понимается понижение давления пара.

2.4. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ

Отопление зданий повышенной этажности.

В зданиях повышенной этажности уже при определении теплопотерь необходимо очень тщательно учитывать количество инфильтрующего воз­духа. В них, как правило, нижние этажи находятся в худшем положении, так как холодный воздух с улицы поступает в нижнюю часть здания, - что приводит к её переохлаждению. В верхних этажах в формировании теплового режима помещений более существенную.роль, чем обычно, играет ветровой напор.

К мерам по уменьшению количества инфильрующего воздуха можно отнести следующие:

– герметизацию оконных и дверных проемов;

– уменьшение воздухопроницаемости ограждений;

– устройство тамбуров на входе и этажах;

– герметизацию мест прохода инженерных коммуникаций через между­этажные перекрытия.

Для зданий большой высоты из-за увеличения гидростатического давления устройство единой отопительной системы становится невоз­можным. Поэтому высотные здания зонируются - делятся на части - зо­ны определенной высоты, между которыми помещаются технические эта­жи. естественно, что технические этажи вносят известную специфику во внешний облик здания.

В системах отопления высота зоны определяется до­пустимым давлением в наибо­лее низко расположенных при­борах и возможностью разме­щения оборудования и комму­никаций на технических эта­жах. В зависимости от рабо­чего давления, допустимого для отдельных видов отопи­тельных приборов и арматуры, высота зоны (с известным за­пасом) не должна превышать 55 м при использовании чу­гунных и стальных приборов и 90 м для приборов со сталь­ными греющими трубами. В пер­вом случае такая высота соот­ветствует 14-15 этажам, во втором - примерно 30.

В каждой зоне устраи­вается самостоятельная сис­тема отопления. Схема присо­единения отопительной зоны к тепловым сетям чаще всего в таких случаях выбирается независимой (закрытой), то есть через водоподогреватель. В технических этажах размещаются расширительные баки, воздухосборники и магистральные трубопроводы. В подвале здания устанавливаются насосы, водоподогреватели, коллекторы теплосети и систем, средства контроля и управления.

Рис. 34. Схема водоводяного отопле­ния высотного здания.

1 – общий теплообменник; 2 – циркуляци- онный насос; 3 – зональные насосы для повышения давления; 4 – расширитель­ный бак (общий); 5 – регуляторы дав­ления; 6 – обратный клапан

Число зон по высоте зда­ния определяется допустимым гидростатическим давлением для оборудования в тепловом пункте, находящимся, как пра­вило, в подвальном этаже.

Водо-водяные теплообмен­ники и насосы, изготовленные по специальному заказу, рас­считываются на рабочее давле­ние 1,6 МПа (16 кг/см). Это значит, что высота здания при водо-водяном отоплении имеет предел, равный 150 – 160 м. В таком здании можно устраивать две зоны по 75-80 м или три зоны по 50 – 55 м (рис. 34).В зданиях высотой от 160 до 250 м прибегают к устройству

комбинированного отопления (рис. 35): помимо водо­-водяного отопления (в нижних 160 м) в зоне выше 160 м предусматривают паро-водяное отопление. Теплоноситель - пар, отличающийся незначительным гидростатическим давлением, подается на технический этаж над верхней зоной водо-во­дяного отопления, где оборудуется-соответственно тепловой пункт. В нем устанавливают пароводяной теплообменники циркуляционный насос. Такой комплекс комбинированного отопления действует довольно успеш­но в центральной части главного корпуса МГУ.

Рис. 35. Схема пароводяного отоп­ления высотного здания:

1, 11 – зоны с водоводяным отоплени­ем; 111 – зона с пароводяным отоп­лением.

1 – водо-водяные теплообменники; 2 – пароводяной теплообменник; 3 – циркуляционные насосы; 4 – расширительные баки

В зданиях высотой более 250 м предусматривают новые зоны паро­водяного отопления. Можно также применять электроводяное отопление с установкой электрических котлов в каждой зоне. Возможны и другие варианты отопительных систем, но каждый из возможных вариантов тре­бует устройства технических этажей на расстояниях, которые указаны выше.

Системы лучистого и панельного отопления.

В системах лучистого и панельного отопления гладкие трубы за­делывают в перекрытия, стены, перегородки, которые становятся на­гревательными приборами, (рис. 36).

Рис. 36, Размещение нагревателей лучисто­панельного отпления.

1—в полу; 2 – в наружной стене; 3 – в перегородке; 4 – в перекрытии

Если трубы расположены в перекрытиях, то в зависимости от то­го, какая сторона перекрытия является греющей, различают лучистые потолочные и напольные системы. Если трубы вмонтированы в вертикаль­ную поверхность, то говорят о панельном отоплении, так как здесь из­вестную роль играет конвективный перенос теплоты у нагретой поверх­ности. Различают панельное отопление с подоконными панелями и па­нелями в перегородках. Схемы расположения зме­евиков в панелях и са­ми конструкции панелей могут быть различными. Примеры подоконных па­нелей приведены на рис. 37.

Рис.37. Конструкции и размещение подоконных панелей

Системы панельного и лучистого отопления гигиеничны: у них невы­сокая температура греющей поверхности, они поз­воляют снижать температуру воздуха в помещении, что при водит к интенсификации про­цесса конвективного теплопереноса, а следовательно, к улучшению самочувствия людей, так как именно к этому про­цессу механизм их терморегу­ляции приспособлен в наилуч­шей степени.

напольном лучистом отоплении – 29 °С (в общест­венных зданиях

– 34 °С);

настенном панельном отоплении – 60 °С.

Иногда устраивают воздушные лучистые системы, но это выгодно только тогда, когда имеется в на­личии дешевое вторичное тепло.

Одной из разновидностей панельного отопления являются так называемые бифилярные отопительные системы с подоконными панелями

(рис. 38.) Достоин­ством этих систем считают постоянство средней тем­пературы нагревательных приборов на любом этаже. Это приводит к улучшению гидравлической устойчи­вости систем.

Рис. 38. Стояк бифилярной отопительной системы:

1 – нагревательный элемент, 2 – стык, 3, 4, 5 – арматура, 6 – дроссельная шайба

Газовое отопление

В некоторых случаях возможно сжига­ние газа в специальных отопительных приборах для отопления отдельных помещений.

Газовые отопительные приборы могут работать как с каналами для отвода продуктов сгорания в атмосферу, так и без них. Последние, как правило, обладают небольшой производительностью (до 2000 Вт).

Газовым отоплением оборудуются небольшие общественные помещения или производственные помещения любых размеров. В первых используются газовые приборы конвективного типа (газовый воздухонагреватель «Огонек», газиатор Моспроекта, конвектор ГК-1М, газовый камин «Луч» и др.). Инфракрасные излучатели получили широкое распространение в производственных помещениях. В них образующаяся в закрытой камере газовоздушная смесь поступает в распределительную коробку, проходит через дырчатую насадку и сгорает у наружной поверхности, которая раскаляется до 900 – 1000 °С и становится источником интенсивного инфракрасного излучения (рис. 39).

Рис. 39. Схема газовой инжекционной излучающей горелки:

1 – рефлектор; 2 – керамическая плитка; 3 – смеситель; 4 – сопло; 5 – корпус; 6 – сборная камера

Для квартирного отопления применяются емкостные газовые водонагреватели АГф, оборудованные автоматикой безопасности. Могут использоваться также такие котлы ВНИИСТО, оснащенные горелками для сжигания газового топлива.

Особое внимание при применении газовых приборов обращается:

- на правильную организацию процессов горения;

- на отвод продуктов сгорания;

- на вентиляцию отапливаемых помещений.

Квартирное отопление и отопление малоэтажных зданий.

В малоэтажных зданиях источником теплоты часто является котел, устанавливаемый в подвале здания, а если нет подвала, то даже на одном уровне с отопительными приборами первого этажа. Котлы, применяемые в таких случаях, имеют небольшую производительность. Используются, как правило, водонагревательные котлы, собираемые из секций.

В квартирных системах часто применяют водонагреватели, заделываемые в кухонный очаг. Циркуляция воды в таких системах происходит за счет давления, связанного с остыванием воды в трубопроводах. Поэтому их радиус действия не превышает 10 – 15 м.

Различают следующие варианты отопительных систем малоэтажных зданий:

- горизонтальная однотрубная система с последовательным обогревом верхнего нижнего этажей (рис. 40, а);

- горизонтальная, но двухтрубная система (рис. 40, б).

Принципиальные схемы этих систем приведены на рис. 40 (а, б). Квартирные системы выполняются по тем же схемам.

а б

Рис. 40. Схемы отопительных систем малоэтажных зданий

В приведенных схемах последовательное прохождение верхнего, а затем нижнего этажей приводит к увеличению располагаемого напора.

Кроме того в таких системах всегда стремятся иметь подающий трубопровод в верхней части помещения. Расчетный гравитационный напор в системах отопления, выполненных по указанным выше схемам, опреде­ляют ориентировочно по следующей формуле:

, (27)

где - средняя высота над центром котла подающего трубопровода;

- коэффициент, учитывающий изоляцию трубопроводов /при изоляции только главного стояка - 0,4; при изоляции главного стояка и обратных трубопроводов - 0,34; при изоляции всех трубопроводов - 0,16/;

l - протяженность подающего трубопровода;

- высота центра нагревательного прибора над центром кот­ла.

После того, как определено располагаемое давление, производит­ся подбор диаметров трубопроводов таким образом, чтобы при расчет­ном перепаде температуре воды для системы (или кольца циркуляции) проходило требуемое количество воды (теплоносителя).

Расчет и подбор нагревательных приборов осуществляется по обыч­ной методике.

Электрическое отопление.

Электрическое отопление основано на принципе перехода электри­ческой энергии в тепловую при проходе по проводнику, (кВт-ч экви­валентен 3600 кДж или 860 ккал).

Электрическое отопление в принципе может быть выполнено лучис­тым, или конвективным.

Типы электрических нагревательных приборов:

- электрорадиаторы (металлические с масляным заполнением или кера­мические с заполнением водой). Маслонаполненные радиаторы выпус­каются промышленностью мощностью 0,5 и 1,0 кВт;

- рефлекторы (керамический конус с желобами для проводника, распо­ложенный в так называемом оптическом зеркале);

- электрокалориферы для нагревания воздуха, где трубчатые электро­нагреватели (ТЭН’ы) омываются воздухом. Промышленностью выпуска­ются электрокалориферы различной производительности, в том числе портативные (до I кВт), снабженные вентиляторами;

-электроконвекторы;

-греющие кабели, закладываемые в керамические вставки, размещае­мые в конструкциях стен и потолка. Перспективными являются электротеплонасосные установки с исполь зованием полупроводниковых элементов, использование токопроводящей резины и др.

Весьма рациональным является применение электроаккумуляционного отопления с потреблением энергии в часы ночных "пpoвaлoв^". Теп­лоноситель здесь - вода.

Достоинства электроотопления: малая металлоемкость, простота регулирования, гигиеничность.

Недостатки электроотопления: высокая пожароопасность, высокая стоимость электроэнергии, низкий по сравнению с теплофикацией коэф­фициент полезного действия использования топлива.

2.5 ПЕЧНОЕ ОТОПЛЕНИЕ.

Общая характеристика печного отопления

Печное отопление допускается в настоящее время в зданиях не выше двух этажей (назначение зданий при этом может быть различным), к которым нет централизованной подачи теплоносителя.

Отопительные печи довольно просты по конструкции, позволяют сжигать многие виды топлива, при горении которого воздух забирается из помещения. В помещении таким образом организуется смена воздуха,что с гигиенической точки зрения является достоинством. Тепловой ко­эффициент полезного действия современных отопительных печей может до­стигать 80 – 85%.

Недостатками печного отопления можно считать:

- большую неравномерность температурного режима в помещениях, обслу­живаемых печным отоплением, в течение суток.

Однако этот недостаток в известной степени (для здоровых лю­дей) в настоящее время начинают считать достоинством, так как "динамический"характер температуры приводит к тренировке механизма терморегуляции человека;

- необходимость периодической чистки печей и дымоходов;

- потребность в значительной полезной площади для установки печей;

- пожароопасность;

- известную опасность отравления продуктами неполного сгорания топ­лива (в первую очередь угарным газом).

При топке печей температура их поверхности далеко неодинакова. Кроме того уже при температуре 70 °С на поверхности печей происходит сухая возгонка пыли, отрицательно сказывающаяся на самочувствие людей. Для изразцовых печей эта температура может быть принята равной 90 °С.

Рис. 41. Схемы движения газов в отопительных печах.

1 – однооборотная; 2 – двухоборотная; 3 – многооборотная; 4 – с параллейным движением газа; 5 – колпаковая; 6 – с нижним прогревом

Допускаемая температура поверхностей печей составляет 120 °С. В детских и лечебных учреждениях максимальная температура поверхностей печей не должна быть выше 90 °С.Температу­ра более 120 °С допускается в помещениях с временным пребыванием людей при установке экранов, предохраняющих от ожогов и переоблучения. Печи классифицируют: по теплоемкости - на теплоемкие с объемом нагреваемого массива не менее 0,2 м³ и толщиной стен топливника не менее 6 см и нетепло­емкие, требующие непрерывной топки;

- по схеме движения газа (рис. 41);

- по виду топливника - на глухие и с колосниковыми решетками;

- по форме в плане - на круглые, прямоугольные, угловые и др.;

- по способу и материалу изготовления.

Конструкции печей и их установка

На рис. 42 показана сравнительно простая умеренного прогрева (на поверхностях до 90 °С) двухоборотная печь. Теплоотдача ее составляет 2700 ккал/ч при двухразовой топке. Печь работает на дровах, торфе, каменном угле. Неравномерность температуры поверхности печи сравнительно велика. Она может быть облицована металлическими листами или плиточными материалами.

Рис. 42. Двухоборотная печь умеренного прогрева

Имеются достаточно совершенные конструкции печей затяжного (непрерывного) действия. Такая печь изображена на рис. 43.

Есть и другие конструкции печей, в том числе и с использованием газового топлива. В последних предусматриваются предохранительные клапаны для предотвращения опрокидывания цирку­ляции через топливник. Такие устрой­ства позволяют сделать эксплуатацию печей на газовом топливе безопасной.

На практике применяются комбинированные печи для одновременного отопления и хозяйственно-бытовых нужд: кухонные плиты с обогреваемы­ми щитками, духовыми шкафами, водо­грейными бачками и прочее, универсаль­ные "русские" печи, банные печи-"каменки", камины и др.

Рис. 43. Печь непрерывного действия

Кладка печей ведется вымощен­ным красным кирпичом на глино-песчаном растворе. Толщина шва не должна превышать 5 мм. Внутренние стены топливников выкладываются из огнеупорного кирпича на огнеупорной глине. Толщина шва - не более 3 мм. Красный и огнеупорный кирпич между собою не перевязываются. В состав штукатурки печи обя­зательно входит асбест.

Сечения дымовых каналов принимают исходя из следующих сообра­жений:

1/2 х 1/2 кирпича - при печах с теплоотдачей до 3 400 Вт (3000 ккал/ч); 1/2 х З/4 кирпича - при печах с теплоотдачей от 3 400 до 5 100 Вт;

1/2 x 1 кирпича - при печах с теплоотдачей от 5 100 до 6 800 Вт.

Устройство печей связано с выполнением противопожарных требова­ний. В частности, металлические трубы должны быть отнесены на 700 мм от сгораемых конструкций и на 500 мм от трудно сгораемых. Минимальное расстояние кирпичных печей от сгораемых и несгораемых конструкций должно составлять соответственно 380 и 250 мм. При проходе труб через перекрытия устанавливают «разделки». Пример «разделки» приведен на рис. 44.

Рис. 44. Разделка кирпичной трубы, проходящей через перекрытие

Подбор отопительных печей.

В качестве расчетной наружной температуры для подбора отопительных печей принимают для проектирования отопления. При этой температуре определяют теплопотери помещений.

Печи удобно подбирать по альбомам, в которых имеются их характеристики, получаемые в результате проведения лабораторных испытаний. Если характеристики той или иной печи отсутствуют, то среднечасовая её теплоотдача может быть принята по формуле:

, (28)

где -средняя теплоотдача открыто расположенных поверхностей и поверхностей, обращенных в отступки и в камеру (камера - внутреннее пространство печи, не сообщающееся с дымовыми газами).

Величина колеблется в пределах:

- печи отштукатуренные в металлическом футляре с массой до 1000 кг - 500 – 350 ккал/ч (570 – 400 Вт/ ) (большее значение для двухразовой топки);

- изразцовые печи и остальные печи с массой более 1000 кг – 550 – 400 ккал/ч ( 630 – 440 Вт/ ).

Для и принимают коэффициент к в пределах 0,5-0,75.

Чтобы амплитуда колебания температуры воздуха в помещении не превышала допустимого значения, коэффициент неравномерности печи следует проверять по условию: < ,

где - среднее теплопоглащение всеми внутренними поверхнос­тями помещения, приходящееся на один квадратный метр площади пола Fn.

При Fn<11 = 50 ккал/ч , при Fn>25 = 65-85 ккал/ч .

а – коэффициент: при одноразовой топке он равен 1, при двухразовой – 0,7.

Поверхность нетеплоемких печей подбирают по формуле:

, (29)

где q – удельная теплоотдача.

В заключение приведем некоторые данные для ориентировочного подбора печей при топке один раз в сутки:

- толстостенные печи ½ кирпича и более:

не покрытые изразцами – 280-400 ккал/ч ;

изразцовые – 350-430 ккал/ч ;

- тонкостенные с массой более 1000 кг – 350-400 ккал/ч ;

- то же, но с массой до 1000 кг – 320-390 ккал/ч .

При топке два раза в сутки эти данные рекомендуется увеличивать в 1,4 раза.

2.6 ОТОПИТЕЛЬНЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

По типу приготаливаемого теплоносителя различают водогрейные и паровые котельные. По назначению котельные могут быть:

- отопительными;

- производственными;

- производственно-отопительными;

- пиковыми;

- энергетическими.

В свою очередь отопительные котельные разделяются по сфере обслуживания :

- на индивидуальные;

- на домовые;

- на квартальные;

- на районные.

Домовые и групповые котельные включают в свой состав котлы (не менее двух), питательные и тяго-дутьевые устройства. Котельные большой производительности имеют кроме того экономайзеры, служащие для утилизации теплоты уходящих дымовых газов, водоподготовительные, топливоснабжающие, золоудаляющие и другие устройства.

В котельных теплоснабжения нагревается вода до 95 – 200 °С или производится пар с давлением до 20 ати. Энергетические котлы высокого давления позволяют получать водяной пар с давлением до 250 ати и более.

В домовых котельных устанавливают небольшие котлы, служащие как для отопительно-вентиляционных целей, так и иногда для целей горячего водоснабжения. В связи с тем, что в системах горячего водоснабжения горячая вода теряется безвозратно и необходима постоянная подпитка котла холодной водой с соответствующей ее обработкой для избежания образования накипи и шлама, котлы горячего водоснабжения стремятся не совмещать с котлами для приготовления воды в системе отопления. На рис. 45 приведена принципиальная схема небольшой отопительной котельной. Здесь насос 2 из обратной трубы 6 направляет воду в котел 1, откуда, нагревшись до требуемой температуры, она подается в отопительную магистраль 7.

Рис. 45. Принципиальная схема отопительной котельной небольшой производительности

Возможные утечки воды восполняются в баке-аккумуляторе через точку m. Водопроводная вода 4 поступает в котел горячего водоснабжения 3, где нагревается примерно до температуры 70 °С и затем направляется в бак-аккумулятор и уже из него в магистраль горячего водоснабжения 8. Бак-аккумулятор размещают в самой высокой точке здания. Он кроме создания требуемого гидростатического давления способствует удалению из воды кислорода и других разов и тем самым снижает коррозионную опасность.

Схема крупной отопительной котельной приведена на рис. 46. На этой схеме обратная вода из теплосети 10, пройдя грязевик 3, поступает к сетевому насосу 2 и затем направляется в котел 1. В котле она приобретает требуемую температуру и направляется в подающую магистраль тепловой сети 9. Вода для системы горячего водоснабжения и компенсации утечек подается из водопровода 11 через водоподогреватель 5 и фильтр 6. В группе фильтров вода также умягчается. После умягчения она направляется в деаэратор 8 с вторичным подогревов в водонагревателе 7. после деаэратора подпиточная вода насосом 4 подается в обратную магистраль тепловой сети. Фильтрование, умягчение и деаэрация воды позволяют удалить из нее взвешенные частицы, соли жесткости и растворенные газы: азот, инертные, но особенно кислород и углекислый газ.

Рис. 46. Принципиальная схема крупной отопительной котельной

Рис. 47. Принципиальная схема производственно-отопительной котельной

Паровые котлы чаще всего применяются в производственно-отопи­тельных котельных. В них пар отпускается на технологические нужды, а горячая вода - для целей отопления и горячего водоснабжения вы­рабатывается в пароводяных водоподогревателях. Принципиальная схема такой котельной приведена на рис. 47. Из парового котла пар поступа­ет к технологическому трубопроводу II, а для целей отопления, вен­тиляции и горячего водоснабжения - к пароводяным водоподогревателям 5, в которых нагревается вода, циркулирующая в тепловых сетях 13 и 14. Конденсат от технологического оборудования 12 и водоподо-гревателей собирается в бак 8 и из него насосом 9 снова направля­ется в котел. Подпитка сетей ‘осуществляется насосом 10 в обратный трубопровод между грязевиком , 7 и сетевым насосом 6. Вода из водо­провода проходит подогреватель 2, фильтры 3 и деаэратор 4. Подогре­ватель 2, охлаждая деаэрированную воду примерно от Ю 0°С до 60 – 70°С, подогревает водопроводную воду соответственно до 30 – 40°С, обеспечи­вая тем самым оптимальные условия работы фильтров 3.

В отопительных котельных используются котлы большой и малой теплоемкости. Последние имеют наибольшее распространение в первую очередь из-за своей компактности. Теплоемкие котлы, как правило, представляют собой стальные (чаще горизонтальные) резервуары, обладающие большим аккумуляционным запасом воды. Используются они чаще всего для целей горячего водоснабжения, особенно на предприятиях ком­мунального обслуживания (бани, прачечные и т. п.).

Различают котлы низкого и высокого давления. К последним, вы­полняемым только из стали (котлы низкого давления могут быть чугун­ными), относят паровые котлы с давлением пара выше 0,7 ати и водо­грейные котлы с температурой получаемой воды более 115 °С. Котель­ные высокого давления располагаются только в отдельно стоящем зда­нии, котлы низкого давления можно устанавливать в подвальных этажах зданий.

В небольших котельных устанавливают чугунные секционные котлы различной производительности: до 50 кВт – ВНИИСТО-Мч (рис. 48), до 200 кВт – «Универсал», до 800 кВт – «Энергия» (рис. 49).

Рис. 48. Отопительный котел ВНИИСТО- Мч

Рис. 49. Чугунный секционный котел «Универсал-6»:

1 – средняя шатровая секция; 2 – крайняя секция; 3 – колосниковая решетка; 4 – нижнее ниппельное отверстие; 5 – то же, верхнее; 6 – боковой газоход; 7 – изоляция

В котельных средней и большой производительности применяются стальные котлы с жаровыми или водонагревательными трубами (ДКВР, ТМЗ и др.).

Поверхность нагрева котлов определяется по очевидному выражению:

, (30)

где Q – расчетная нагрузка,

q – съем теплоты с 1 поверхности нагрева.

Для чугунных котлов q = 7 000 – 13 000 ккал ( ч) 8 – 15 кВт ( ).

В паспортных данных котлов приводится поверхность нагрева каждой секции. По количеству секций можно судить и о габаритах котла в целом.

Любая котельная, в том числе и местная, представляет собой комплекс помещений: котельный зал, внутренний склад топлива, санитарный узел (обязательно с душем), насосная мастерская.

Хотя бы одна из стен котельной должна иметь световые проемы для обеспечения естественного освещения и притока наружного воздуха (на горение и вентиляцию).

Встроенная местная котельная оборудуется собственным выходом с тамбуром во двор и бункерами для загрузки топлива (для котельных на твердом топливе). В мелких котельных насосы и теплообменники размещаются непосредственно в котельном зале.

Котлы в котельном зале устанавливают вдоль единой фронтовой линии. Для экономии площади котлы часто спаривают.

Рис. 50. Планировка местной отопительной котельной:

1 – водогрейный котел; 2 – паровой котел; 3 – мастерская; 4 – бункер; 5 – дымовой и вытяжной каналы; 6 – склад топлива; 7 – котельный зал; 8 – насосная; 9 – вытяжные каналы из санузла и душевой

Удобство обслуживания и ремонт требуют определенной ширины проходов между котлами. Она должна составлять 70 – 100 см. От стен до котлов оставляется проход шириной 1,0 – 1,5 м. Расстояние перед фронтом котлов в зависимости от их типа колеблется от 1,5 до 3,5 м. Высота котельного зала принимается на 1,0 м выше высоты котла, но не менее 3,0 м. Если же котлы обслуживаются сверху, то над ними должно быть пространство не менее 1,9 м. Перекрытия над встроенной котельной проектируют несгораемыми и газонепроницаемыми. Пол котельной также выполняется из несгораемых материалов. На рис. 50 приведена планировка местной встроенной котельной с двумя водогрейными одним паровым котлами. На (рис. 51) изображен план отдельно стоящей котельной. Здесь уже четыре, спаренных по два, водогрейных котла и один паровой.

Рис. 51. Отдельно стоящая котельная:

1 – водогрейный котел; 2 – то же, паровой; 3 – газоходы от котлов; 4 – сборный газоход;

5 – дымовая труба; 6 – неподвижные жалюзи

При каждой котельной организуется склад топлива. Склады рассчитываются из условия хранения месячного запаса. Площадь склада определяют по следующему выражению:

, (31)

где - часовой расход топлива , кг/ч;

- плотность топлива, кг/ ;

- высота штабеля топлива, м (бурый уголь 1 – 5 м, антрацит – 2,5 м, торф – 4 м).

2.7. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Классификация систем теплоснабжения.

Системы теплоснабжения выполняют две функции: приготовление теплоносителя и транспортировку теплоносителя к месту потребителя. В первую очередь системы теплоснабжения классифицируют по радиусу действия на местные, центральные и централизованные. Кроме того они подразделяются по типу источника теплоты, виду теплоносителя, количеству теплопроводов и способу присоединения абонентов.

Источниками теплоты в системах теплоснабжения могут быть котельные, о которых выше уже шла речь, тепловые электрические станции, атомные электростанции, вторичные энергетические ресурсы высокотемпературных технологических процессов и нетрадиционные источники теплоты (термальные воды, гелиоутановки).

Рис. 52. Принципиальная схема паровой теплофикационной системы:

1 – котельная группа, 2 - паровая турбина, 3 – электрический генератор, 4 - конденсатор, 5 – паропровод тепловой сети, 6 - конденсатопровод, 7 – система водоподготовки, 8 – насос, 9 –резервуар для сбора конденсата

Местные и центральные, чаще всего – районные и квартальные, системы теплоснабжения присоединяются к котельным. Централизованные системы теплоснабжения, иначе называемые теплофикационными, характеризуются комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии на тепловых электрических станциях (ТЕЦ или ТЕС). Теплофикационные системы бывают паровыми и водяными. При теплоносителе – паре из котельной ТЭЦ 1 (рис. 52) пар высокого давления подается на паровую турбину 2, которая приводит в действие генератор 3, вырабатывающий электрический ток. При совершении работы пар снижает давление от начального 3-13 МПа до 0,25-0,6 МПа и с таким давлением поступает в паропровод тепловой сети 5.

Далее пар расходуется на технологические нужды, нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

В тепловую сеть, однако, поступает не весь пар. Существенная его часть направляется в конденсатор 4, от которого уже конденсат насосом 8 транспортируется в резервуар 9. Туда же поступает конденсат из теплосети 6 и вода из водопровода через систему водоподготовки 7.

Рис. 53. Принципиальная схема водяной теплофикационной системы:

1 – котельная группа; 2 - турбина; 3 - генератор; 4 - конденсатор; 5 – горячий трубопровод тепловой сети; 6 - обратный трубопровод теплосети; 7 – водоподогреватели; 8 - система водоподготовки; 9 – конденсационные насосы; 10 – подпиточный насос тепловой сети; 11 – сетевые насосы; 12 - грязевик,; 13 – резервуар

При водяной теплофикации (рис. 53) от турбин 2 отбирается пар более низкого давления, чем при паровой – 0,06 – 0,25 МПа (0,6 – 2,5 ати). При этом весь пар остается на ТЭЦ и его не нужно собирать от рассредоточенных потребителей, что приводит к меньшим потерям пара. нагревание воды на ТЭЦ происходит в водоподогревателях 7, через которые циркулирует сетевая вода по трубопроводам 5 и 6. Подпитка котла и сети осуществляется через системы водоподготовки 8. Так же, как и при теплоносителе – паре сбор конденсата производится в резервуар 13 насосами 9 от водоподогревателей 7 и конденсатора 4.

На сети устанавливается сетевой циркуляционный насос 11 и грязевик 12. Водяная теплофикация более экономична, так как пар более глубоко отрабатывает на лопатках турбин. Непосредственно на ТЭЦ обычно получают воду с температурой 110 – 120 °С. Для получения воды более высокой температуры устанавливаются либо пиковые котлы, либо пиковые водоподогреватели, работающие на более высоком, чем 0,25 МПа, давлении.

В большинстве городов у нас приняты расчетные параметры теплоносителя при расчетной наружной температуре 150 – 70 °С. Иногда они составляют 135 – 70 °С.

Схема теплофикации с водяным теплоносителем является наиболее распределенной в СССР и широко распространена в городах и на промышленных площадках.

Кроме ТЭЦ для выработки электроэнергии проектируется также конденсационные станции (КЭС). На них скрытая теплота отработавшего на лопатках турбин пара отдается в конденсаторе не сетевой воде, а специально подводимой к нему, которая в свою очередь поступает в водоемы или охлаждается по оборотному циклу в градирнях, бассейнах и т. п.

Таким образом эта теплота попросту теряется. Коэффициент полезного действия КЭС составляет 30 – 40 %, а ТЭЦ имеют КПД порядка 70 – 80 %.

По количеству теплопроводов системы теплоснабжения могут быть:

- однотрубными (когда нет возврата конденсата или обратной воды к источнику теплоты);

- двухтрубными (пар-конденсат, горячая вода-обратная вода);

- трехтрубными (добавляется трубопровод для горячей воды к трубопроводам, предназначенными для отопления);

- четырехтрубными (имеет место в том случае, когда необходима циркуляция горячей воды в системах горячего водоснабжения с целью предотвратить ее остывание).

Присоединение абонентов к тепловым сетям может осуществляться по открытой или закрытой схеме. В первом случае вода через водоструйный элеватор (рис. 54) из тепловой сети поступает непосредственно в отопительную систему или систему горячего водоснабжения.

Рис. 54. Водоструйный элеватор:

1 – рабочее сопло; 2 – камера всасывания; 3 – смесительный конус; 4 – диффузор

Во втором - сетевая вода нагревает воду систем отопления или горячего водоснабжения а различных по конструкции теплообменниках. По такому же принципу работают и паровые системы, выполненные по закрытой схеме.

Гидравлические режимы работы тепловых сетей.

Разработка гидравлического режима имеет цель определить:

- распределение давления по длине сети;

- распределение теплоносителя по отдельным участкам и потребителям.

Рис. 55. Пьезометрический график тепловой сети

Гидравлический режим учитывает геодезические отметки, высоту зданий, потери давления в трубопроводах, выбранные схемы присоединения абонентов и др.

Для наглядного изображения распределения давления в сети при заданных (проектных) расходах строят так называемые пьезометрические графики. Пример такого графика приведен на рис. 55.

При построении графиков необходимо соблюдать следующие условия:

1. Обеспечение требуемого избыточного давления во всех точках сети: не выше допустимого для абонентских систем (чаще всего 60 м водяного столба) не ниже атмосферного для предотвращения подсоса воздуха.

2. Обеспечение напоров, не допускающих вскипания воды в трубопроводах (ни в одной точке линии и не должны пересекаться).

3. Напор в системе теплоснабжения не должен быть меньше гидростатического напора местных систем. В противном случае возможно опорожнение систем.

4. Минимальное значение сетевого напора перед сетевыми насосами должно быть не менее 5 – 10 м ( ).

5. В точках присоединения потребителей напор должен обеспечивать работу водоструйных элеваторов и другого оборудования.

Когда построен пьезометрический график магистрального трубопровода, производится построение таких же графиков для ответвлений от магистрали: их диаметры подбирают таким образом, чтобы при соблюдении перечисленных условий и при расчетном расходе обеспечивалось сопротивление ответвления, равное располагаемому избыточному давлению ( ).

Тепловые режимы тепловых сетей.

Потребность в теплоте у потребителей в течение времени постоянно меняется. Связано это со многими причинами. Технологические потребители являются достаточно постоянными, но и для них тепловая нагрузка не остается неизменной: она колеблется в зависимости от цикличности технологического процесса, сменности работы предприятий, степени гибкости технологического процесса и др. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение является наиболее постоянной, хотя и она в течение суток и более длительных периодов подвержена регулярным изменениям. Наиболее изменчивой является нагрузка на отопление и вентиляцию. Здесь главным фактором, влияющим на изменение нагрузки, выступает температура наружного воздуха.

Для обеспечения соответствия количества вырабатываемой тепло- и параметров теплоносителя потребностям абонентов служат системы регулирования отпуска теплоты и температуры теплоносителя. Различают центральное, индивидуальное и местное регулирование. Центральное регулирование тепловой нагрузки производится непосредственно у источника теплоты на ТЭЦ или в районной котельной. Индивидуальное регулирование подразумевает изменение теплоотдачи нагревательного прибора или другого устройства, являющегося конечным в системе.

Местное регулирование выполняется в тепловых пунктах промышленных предприятий, в групповых или индивидуальных узлах присоединения местных систем к сетям теплоснабжения. По условиях эксплуатации центральное регулирование имеет преимущества по сравнению с местным. Однако одним центральным регулированием удается ограничиваться только при однородной нагрузке. Так, например, в современных тепловых сетях центральное регулирование предусматривается для основной нагрузки, которой является отопительная, для иных нагрузок предусматривается местное регулирование.

Рассмотри основные способы центрального регулирования на примере отопительных систем. Несмотря на значительное конструктивное разнообразие применяемых отопительных приборов, все они, как правило, являются теплообменниками поверхностного типа, теплоотдачу которых при переменных режимах целесообразнее всего определять по формуле:

, (32)

где - минимальный водяной эквивалент одной из двух сред (нагреваемой или греющей), равный произведению количества жидкости на ее теплоемкость, т.е ;

E – тепловая эффективность теплообменника (например, радиатора отопления);

- разность между начальной температурой греющей среды и начальной температурой нагреваемой среды;

- коэффициент для учета возможных перегревов в работе.

В зависимости от того, изменением какой величины осуществляется изменение теплоотдачи, различают следующие виды регулирования;

- качественное, когда изменяют , оставляя постоянным и ;

- количественное, когда изменяют , оставляя постоянными и ;

- качественно- количественное, когда при одновременном изменении и значение остается постоянным;

- прерывистое (регулирование пропусками), когда периодически включают и выключают прибор или отопительную систему, т. е изменяют значение коэффициента , оставляя постоянными и .

В системах теплоснабжения при центральном регулировании наиболее распространенным способом является качественный. В этом случае регулируемым параметром является температура теплоносителя. Зависит она от температуры наружного воздуха. Для определения температуры теплоносителя удобно пользоваться отопительными графиками (рис. 56).

Рис. 56. Отопительный график

В паровых системах теплоснабжения наиболее распространенным способом регулирования является прерывистое, т. е. регулирование пропусками. По этой причине пар, как правило, не используется в качестве теплоносителя в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Схемы тепловых сетей.

Тепловые сети представляют собой теплопроводы, т. е. сооружения, состоящие из стальных труб различного диаметра, соединенных сваркой, тепловой изоляцией, запорной и регулирующей арматурой, компенсаторов теплового удлинения труб, регуляторов расхода и температуры, опор, устройств для спуска воды и выпуска воздуха и др.

Принятая схема тепловых сетей в большой мере определяет надежность теплоснабжения, маневренность системы, удобство ее эксплуатации и экономическую эффективность. Принципы построения крупных систем теплоснабжения, средних и мелких систем существенно отличаются.

Крупные и средние системы имеют иерархическую структуру. Высший уровень - магистральные сети, соединяющие источники теплоты с крупными тепловыми узлами – районными тепловыми пунктами (РТП), которые распределяют теплоноситель по сетям низшего уровня и обеспечивают в них автономные гидравлический и тепловой режимы. Низший уровень составляют распределительные системы, которые транспортируют теплоноситель в групповые или индивидуальные тепловые пункты. В случае присоединения через водо –водяные водоподогреватели гидравлические режимы магистральных и распределительных сетей полностью разобщаются, что делает систему надежной, гибкой и маневренной. В системе теплоснабжения с насосами в РТП отсутствует полная изоляция магистральных и распределительных сетей. Последнее приводит к зависимости режимов работы магистральных сетей от потребителя, усложнению их и меньшей маневренности и надежности.

Различают радиальные и кольцевые тепловые сети. Радиальные сети характеризуются постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от источника теплоснабжения и снижения тепловой нагрузки. Эти сети просты и требуют наименьших капитальных затрат. Распределительные сети, как правило, являются радиальными. Кольцевыми выполняют магистральные сети. Часто осуществляют кольцевание промышленных тепловых сетей, а также сетей для потребителей, не допускающих перерывов в теплоснабжении.

Радиальные сети иногда оснащают перемычками, т. е. через определенное расстояние соединяют трубопроводы горячей и обратной воды. По существу перемычки приводят к частичному кольцеванию сетей, что повышает их надежность. На перемычках устанавливается запорная арматура.

От источника теплоснабжения на территории города тепловые сети отдельно для промышленных предприятий, как правило, не прокладываются, а совмещаются с сетями жилых, общественных и гражданских зданий. Направление террасы теплопроводов выбирают таким образом, чтобы она проходила по районам с наиболее плотной тепловой нагрузкой. Это обеспечивает наименьшие объемы работ по устройству сетей.

Уклон тепловых сетей должен приниматься независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки не менее 0,002. На проводах к отдельным зданиям при подземной прокладке уклон должен выполняться от здания к ближайшей камере или теплофикационному колодцу для предотвращения затопления подвалов.

Конструкции тепловых сетей

Теплопроводы прокладывают подземными или надземными способами

Подземный способ является основным в жилых районах, так как при этом не загромождается территория и не ухудшается архитектурный облик населенного места. Надземный способ применяют обычно на территориях промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов. В жилых районах надземный способ используют только в особо тяжелых условиях: вечномерзлые и проседающие грунты, заболоченные участки, большая густота существующих подземных сооружений и коммуникаций, пересечение естественных и искусственных препятствий.

Подземные теплопроводы прокладывают в проходных, полупроходных и непроходных каналах или бесканальным способом. Кроме того распределительные сети прокладывают иногда в технических подпольях зданий, что удешевляет сети и улучшает условия их эксплуатации. Варианты подземной прокладки теплопроводов изображены на рис. 57.

Рис. 57. Варианты подземной прокладки теплопроводов:

а – сборный железобетонный непроходной канал; б - бесканальная прокладка; в – прозодной канал; 1 – труба; 2 – тепловая изоляция; 3 – внешняя штукатурка; 4 – бетонные прокладки; 5 – плиты и стенки каналов; 6 – гравий; 7 – дренажная труба; 8 – песок; 9 – металлический каркас; 10 – подготовка основания

При использовании подземного способа прокладки теплопроводов в каналах или технических подпольях зданий они защищены от механических воздействий и частично от грунтовых и поверхностных вод. Для восприятия собственного веса трубопроводов в каналах устраивают подвижные опоры, которые при тепловом расширении перемещаются по опорной плите или консоли. При бесканальной прокладке теплопроводы укладываются непосредственно в грунт, и внешние механические нагрузки воспринимаются трубой и теплоизоляционной конструкцией. При этом подвижных опор не предусматривают, а теплопроводы укладывают прямо на слой песка или гравия. Стоимость бесканальной прокладки на 20 – 25 % меньше, чем канальной, однако условия работы теплопроводов существенно ухудшается.

Глубина заложения теплопроводов от верхнего уровня каналов или изоляционной конструкции (при бесканальной прокладке) до поверхности земли должна составлять не менее 0,5 – 0,7 м. При высоком уровне грунтовых вод его понижают путем устройства попутного дренажа из гравия, песка и дренажных труб под каналом или изоляционной конструкцией (рис. 57).

Каналы устраивают из унифицированных сборных железобетонных деталей. Для защиты от грунтовых вод и поверхностных вод наружную поверхность каналов покрывают битумом с оклейкой гидроизоляционными рулонными материалами. Однако, несмотря на гидроизоляцию, влага, как правило, попадает в каналы и испаряется, что приводит к увлажнению тепловой изоляции.

В проходных каналах обеспечиваются наилучшие условия для работы и эксплуатации теплопроводов, хотя по затратам они являются наиболее дорогостоящими. В связи с этим сооружать их целесообразно для наиболее ответственных участков, а также при совместной прокладке теплопровода с другими коммуникациями. Проходные каналы (коллекторы) оборудуют естественной или принудительной вентиляцией, обеспечивающей температуру не выше 40 °С и приемлемую относительную влажность воздуха, электрическим оснащением 30 В и телефонной связью.

Для сбора влаги в проходных каналах в пониженных местах трассы устанавливают приямки, сообщающиеся с водостоками, или оборудованные откачивающими насосами с дистанционным или автоматическим управлением.

Непроходные каналы применяют обычно для трубопроводов до 500 мм.

Бесканальную прокладку используют обычно для трубопроводов небольших диаметров (до 300 мм). Однако в последние годы в связи с повышением качества сварочных и теплоизоляционных работ её начинают использовать и для труб больших диаметров (до 500 мм и более).

Теплопроводы, прокладываемые бесканально, разделяют в зависимости от вида теплоизоляционной конструкции на литые, засыпные и в оболочках.

На подземных теплопроводах оборудование, требующее обслуживания, такое, как задвижки, некоторые типы компенсаторов, дренажные устройства, спутники, вантузы, насосы и другое, размещают в специальных камерах, а П-образные компенсаторы – в нишах (рис. 58).

Рис. 58. Ниша с П-образным компенсатором

Конструктивно камеры выполняют с наземными или подземными павильонами. Наземные павильоны предусматривают на теплопроводах большого диаметра.

Надземные теплопроводы прокладывают на отдельно стоящих опорах, мачтах, эстакадах со сплошными пролетным строением в виде ферм или балок, в виде вантовых конструкций. На промышленных предприятиях применяют иногда прокладку на консолях (кронштейнах) по стенам зданий и на подставках по крышам зданий.

Для тепловых сетей применяют несколько разновидностей стальных труб:

- стальные трубы диаметром от 50 до 400 мм – горячекатаные бесшовные с толщиной стенки от 2,5 до 13 мм, пригодные для давления до 3,6 МПа;

- стальные трубы диаметром от 400 до 700 мм - электросварные с толщиной стенки 5 – 6 мм, пригодные для давления до 1,6 МПа.

На теплопроводах предусматривают задвижки для отключения отдельных участков трубопроводов. Задвижки располагают в теплофикационных камерах или колодцах. По конструкции они такие же, как и те, что устанавливаются на отопительных системах. Открывание и закрывание задвижек большого диаметра осуществляется электродвигателями, управление которыми осуществляется автоматически или дистанционно.

Компенсаторы устанавливают на прямых участках трубопроводов, если их длина превышает 25 – 30 м. Расстояние между компенсаторами зависит от диаметра трубопровода и температуры теплоносителя, колебания которой и приводит к изменению длины труб. Приближенно в зависимости от диаметра это расстояние можно принимать в пределах 30 – 70 м.

Между компенсаторами располагают неподвижные опоры, представляющие собой конструкции для замоноличивания трубопроводов либо в стенки канала, либо в грунт.

Высокое качество работы систем теплоснабжения обеспечивается средствами автоматического управления и контроля, которыми оснащаются как источники теплоты, так и соответствующие сооружения на теплопроводах.

3. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ.

Источники газоснабжения. Некоторые характеристики горючих газов.

Источниками газоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий могут быть месторождения природного газа и газовые заводы, на которых газы получают путем соответствующей термической переработки твердых топлив (в основном каменного угля).

Природные газы в настоящее время получили наиболее распространение. По химическому составу они представляют собой смесь различных углеводородов. Природные газы подразделяют на три типа: получаемые из чисто газовых месторождений, «попутные», выделяющиеся из нефтяных скважин вместе с нефтью, газы конденсатных месторождений (смесь сухого газа и паров тяжелых углеводородов).

Природные газы обладают рядом преимуществ перед другими видами топлива, в том числе и перед искусственными газами. Они дешевы, обладают большой теплотворной способностью (30 000 – 40 000 кДж/ против примерно 15 000 кДж/  у искусственных, характеризуются высокой транспортабельностью, а также большим возможностями автоматизации процесса горения.

Замена газов других видов топлива, кроме того, приводит к уменьшению территорий, занятых под склады угля, дров, шлака, а также к разгрузке городского транспорта от перевозки топлива.

Зарождение использования газа в качестве топлива относятся к концу ХVIII – началу ХIХ в., когда стали использовать газ, получаемый из каменного угля для освещения городов Англии, Франции, Бельгии и других стран. В первой половине ХIХ в. появились крупные установки для выработки газа из каменного угля – газогенераторы. В дореволюционной России небольшое количество газа добывалось на нефтяных промыслах, на мелких заводах из угля производился низкоколорийный газ. Природный газ не использовался и его месторождения не были известны.

К концу 1971 г. добыча газа у нас в стране была доведена до 212 млрд , а получение искусственного газа – до 2 млрд . В 1975 г. было добыто уже 300 млрд . В последние годы именно у нас в стране разработаны и внедрены конструкции высокодебитных скважин диаметром 300 мм. Каждая такая скважина позволяет получать на таких крупных месторождениях, как Уренгойское, Медвежье, Заполярное, примерно 3 млрд газа в сутки. По разведенным запасам газа России занимает первое место в мире (16 триллионов , в том числе Уренгойское – около 4 триллионов ).

Важнейшим элементом газоснабжения является системы транспортировки газа. Газ передается от месторождения к потребителям по газопроводам. В России широко внедряются трубы диаметров и повышаются рабочие давления газопроводов до 7,5 Мн/ (75 кг/ ). Строятся газопроводы диаметром 1400 и 2020 мм. Необходимая степень сжатия газа для передачи на большие расстояния обеспечивается компрессорными станциями, расстояния между которыми составляют 100 – 130 км.

Развитие газопроводного транспорта в СССР до 1941 г. характеризовалось сооружением газопроводов из труб малых диаметров (100 – 250 мм) для подачи газа от месторождений со сравнительно небольшими запасами природного и попутного нефтяного газа. В 1946 – 50 гг. у нас сооружаются первые крупные магистральные газопроводы для подачи газа из месторождений Саратовской области в Москву и из месторождений Предкарпатья в Киев. Газопровод Саратов - Москва из труб диаметром 325 мм и длиной 800 км явился первым в СССР магистральным газопроводом. Затем создаются крупные и крупнейшие газопроводы Дашава - Киев - Москва (1300 км), Серпухов-Ленинград (815 км), «Сияние Севера» (2200 км), Бухара-Урал (4500 км), Средняя Азия-Центр (около 5500 км), Уренгой-Ужгород (6000 км) и др. В 1967 г. у нас в стране впервые в мировой практике стали широко применяться трубы диаметром 1220 мм. В последнее время магистральные трубопроводы для транспортировки газа в России сооружаются из труб диметром 1420 мм. Проектируются газопроводы диаметром 2520 мм. Максимальный диаметр труб в США 1067 мм. Средний диаметр магистральных газопроводов в России 674 мм, в США – 410 мм.

Следует отметить, что газ, подаваемый в города, идет в основном на промышленные предприятия и частично подается в квартиры и общественные здания. В СССР 85 % природного газа используется в промышленности в качестве топлива, 6 % всего добываемого газа идет на производство минеральных удобрений, синтетического каучука, спирта, сажи, пластмасс, ацетилена и другой ценной продукции.

Для надежности газоснабжение вблизи крупных промышленных центров создаются хранилища газа, чаще всего подземные. Газ в течении суток и года потребляется неравномерно. Летом, например, потребление газа сокращается до 60 – 70 % от среднегодового, зимой возрастает в среднем до 130 – 140 %. Наземные хранилища - газгольдеры служат для сглаживания суточной неравномерности, подземные-сезонной. Подземные газовые хранилища сооружаются двух типов: в пористых породах и в полостях горных пород. К первому типу относятся хранилища в истощенных нефтяных и газовых месторождениях, ко второму – созданные в заброшенных шахтах, старых тоннелях и в специальных горных выработках. В хранилищах первого типа газ хранится в газообразном состоянии, второго – в сжиженном. В СССР впервые в мире осуществлено в промышленных масштабах вблизи Ленинграда (Гатчинское подземное хранилище) хранение газа в горизонтальных и полого падающих водоносных пластах.

Первое подземное хранилище газа сооружено в Канаде в 1915 г. в истощенной залежки. Наибольшее развитие подземного хранения газа получило в США, где в 1970 г. Насчитывались 330 хранилищ общей емкостью 124 млрд. Первое газовое хранилище под землей было сооружено в Куйбышевской обл. (Башкатовское) в 1958 г. К настоящему времени емкость подземных газовых хранилищ у нас в стране составляет более 51 млрд . Крупнейшим в мире является Щелковское, его емкость около 3 млрд .

Несмотря на большие удобства, которые дает применение газа для приготовления пищи в квартирах, необходимо иметь в виду и недостатки, присущие сжиганию газа в газифицированных кухнях.

Это прежде всего изменение газового состава воздуха и насыщение воздушной среды кухонь и квартир продуктами сгорания. Меняется и температурный режим, увеличивается влагосодержание воздуха. Концентрация кислорода, например, снижается с 21 до 18 %, приращение температуры достигает 9 °С, а относительная влажность воздуха становится равной 70 – 80 %.

Потребление газа в городах подразделяется на следующие группы: а) бытовое (для приготовления пищи и горячего водоснабжения); б) коммунально-бытовое (потребление в зданиях сферы обслуживания и общественных зданиях); в) на отопление и вентиляцию зданий; г) промышленное. По СНиП расход газа на одного человека в год следует принимать: на приготовление пищи – 2680 МДж при наличии централизованного водоснабжения; на приготовление пищи и горячей воды на плите – 3400 МДж; на приготовление пищи и горячей воды в газовом водонагревателе – 5330 МДж. Нормы расхода газа на промышленных предприятиях определяются технологическими процессами.

Количество газа ( /год) определяются давлением годового расхода газа в МДж на теплоту сгорания.

Газовые распределительные сети и газорегуляторные станции (ГРП)

От места добычи до города газ поступает по магистральным трубопроводам. Началом транспортировки газа является головная компрессорная станция, а конечным пунктом - газораспределительная станция (ГРС), расположенная на вводе в город (населенный пункт). Площадь земельного участка для ГРС принимается в пределах от 300 до 10 000 . После компрессорной станции, как уже указывалось, давление газа повышается до 5 – 5, 5/50 – 55 кг / . На вводе магистрального газопровода в город давление газа обычно составляет примерно 1 – 1, 2 МПа.

От ГРС начинаются городские газовые сети. Давление в них снижается до требуемой величины. Для небольших городов и поселков или промышленных объектов предусматривается контрольно-распределительные пункты (КРП).

Городские газопроводы (рис. 59) подразделяются на распределительные газопроводы высокого, среднего низкого давления; абонентские ответвления к отдельным потребителям и их группам; внутридомовые трубопроводы. Для газопроводов высокого давления определенно давление 0,3 – 1,2 МПа, среднего – 0,005 – 0,3 МПа, низкого – до 5 кПа.

Газопроводы высокого давления служат для питания через газорегулярные пункты (ГРП) среднего давления распределительных сетей среднего и низкого давления. По газопроводам среднего давления газ подается к крупным потребителям (промышленным предприятиям, ТЭЦ, отопительным котельным и коммунально-бытовым предприятиям) и к ГРП низкого давления, от которых он поступает в сети низкого давления. Газопроводы низкого давления служат для подачи газа в жилые дома, мелкие коммунально-бытовые предприятия.

Конфигурация газовых сетей чаще всего предусматривается кольцевой, что обеспечивает высокую надежность и равномерное распределение давления в сети. Газопроводы в пределах города прокладывают в грунте. При транспортировке влажного или сжиженного газа во избежание образования наледи на трубах их прокладывают ниже глубины промерзания с уклоном к конденсатосборникам не менее 0,002. Газопроводы осушенного газа размещают в зоне сезонного промерзания. Минимальная глубина заложения газопроводов – 0,8 от верха трубы. Газопроводы низкого давления размещают от стен здания на расстоянии не менее 2 м, среднего давления – 5 м. Газопроводы прокладывают по городским проездам. При этом газопроводы среднего и низкого давления разрешается прокладывать совместно с другими трубопроводами и кабелями освещения и связи в проходных коллекторах или полупроходных каналах. В непроходных каналах совместная прокладка газопроводов запрещена. В таблице 2 приведены минимальные расстояния в метрах по горизонтали между подземным газопроводами и другими инженерными сооружениями.

Рис. 59.

Схема газоснабжения города: 1 – ГРС; 2 – газгольдерные станции; 3 – ГРП среднего давления, ГРП среднего давления, ГРП низкого давления; 5 - газопровод высокого давления; 6 - газопровод среднего давления; 7 - газопроводы низкого давления; 8 – магистральный газопровод

Т а б л и ц а 2. Расстояния между подземным газопроводами и другими сооружениями и коммуникациями

Газопровод	Минимальное расстояние в м от подземного газопровода.
	до зда-ний	до рельса		до кабеля элек. сети и связи	до водопр. трубы	до тепл. канала	до канала трубы	до ствола дерева
		Ж-Д пути	тр. пути
Высокого давления (0,6 – 1,2 МПа) То же (0,3 – 0,6 МПа) Среднего давления (0,005 – 0,3 МПа) Низкого давления (до 5 кПа)	15 9 5 2	10 7 4 3	3 3 2 2	2 1 1 1	1 1 1 1	4 2 2 2	5 2 1,5 1	1,5 1,5 1,5 1,5

При устройстве газопроводов применяют стальные трубы, соединяемые сваркой. На них накладывают слой гидроизоляции.

Постоянства давления в городской газовой сети поддерживается на заданном уровне при помощи автоматически действующих регуляторных станций. Они обеспечивают передачу газа из газопроводов с более высоким давлением в газопроводы с более низким давлением. Часто газорегуляторные станции называют газорегуляторными пунктами (РГП). РГП могут быть сетевыми, падающими газ в распределительные сети среднего и низкого давления, и объектовыми, подающими газ промышленным или коммунально-бытовым потребителям. В зависимости от давления газа на выходе РГП могут быть среднего и низкого давления.

Сетевые РГП размещают в отдельно стоящих зданиях. Для мелких потребителей они могут размещаться в шкафах, устанавливаемых на несгораемых конструкциях зданий снаружи. Отдельно стоящие РГП располагают в садах, парках, внутри жилых кварталов и во дворах. Расстояния от РГП до зданий и сооружений должны быть не менее указанных в таблице 3.

Т а б л и ц а 3. Расстояния между РГП и другими зданиями и сооружениями в метрах

Давление газа на вводе в РГП в атм (МПа)	Расстояния от РГП по горизонтали в свету
	до зданий или сооружений	до Ж – Д трамвайных.путей до ближайшего рейса	до автодороги	до воздушной линии электропередачи
До 6 (0,6) 6 – 12 (0,6 – 1,2)	10 15	10 15	5 8	Не меньше 1,5 высоты опоры То же

Площадь отдельно стоящих – 12 – 15 при высоте не менее трех метров. На рис. 60 приводятся план и разрез такого РГП.

Рис. 60. Газорегуляторный пункт: 1 – отключающая задвижка; 2 – фильтр; 3 – предохранительно-запарный клапан; 4 – регулятор давления; 5 – задвижка в городскую сеть; 6 – обводная линия (байпас); 7 – задвижка на обводной линии; 8 – приборный щит

Газоснабжение зданий.

Газ в жилых зданиях используется в качестве топлива для приготовления пищи и горячей воды. Основными газовыми приборами являются газовые плиты, водонагреватели, пищеварочные котлы и т. п. Газовые приборы в жилых и общественных зданиях должны работать на низком давлении. В жилых зданиях газовые плиты устанавливаю в кухнях объемом не менее 15 - для четырехкомфорочной плиты и 8 - для двухкомфорочной плиты. Высота кухни не должна быть менее 2,2 м. Кухни должны иметь вытяжную вентиляцию. Для других газовых приборов продукты сгорания отводятся в атмосферу по специальным дымоходам. Каждый дымоход конструируется обособленным. Минимальная площадь дымохода 100 – 150 .

Газоснабжение зданий (рис. 61) включает вводы и внутренние газопроводы. Вводы в жилых зданиях проходят через нежилые помещения (лестничные клетки, коридоры). В общественных, коммунально-бытовых, промышленных зданиях, предприятиях общественного питания вводы предусматриваются на лестничных клетках, помещениях, где установлены газовые приборы, или смежных помещениях, которые имеют воздухообмен не менее трехкратного и соединены с основным дверным проемом.

В связи с взрывоопасностью смеси газа с воздухом (сам газ не взрывоопасен) не допускается прокладка вводом в подвалы, лифтовые помещения, вентиляционные камеры и шахты, мусоросборники, электрораспределительные устройства и склады.

При осушенном газе ввод прокладывают снаружи здания, он проходит через стену выше фундамента (рис. 62). При влажном или сниженном газе диаметр ввода увеличивают и прокладывают через отверстие, устанавливаемое в фундаменте. В месте прохода трубы через фундамент на нее одевают футляр диаметром на 100 мм больше диаметра трубы (рис. 63), минимальный диаметр ввода 50 мм.

Рис. 61. Схема внутридомовой газовой сети:

1 – газовая плита; 2 – газовая колонка; 3 – газовый счетчик; 4- краны пробковые; 5- стояк газовый; 6-ввод газовый; 7- вытяжка вентиляции

Внутренние газопроводы состоят из разводящих трубопроводов, стояков и поэтажных разводок. Разводящие трубопроводы служат для подачи газа от ввода к стоякам. Они прокладываются обычно в нижней части здания. Стояки предназначены для распределения газа по этажам здания. Поэтажные разводки служат для передачи газа от стояков к газовым приборам и технологическому оборудованию.

Рис 62. Ввод газопровода в здание выше фундамента

1 – место сварки; 2 – штраба в фундаменте; 3 – уровень земли; 4-съемный лист

Рис. 63. Устройство подземного ввода газопровода через фундамент

В системах газоснабжения имеются соответствующая регулирующая и предохранительная арматура.