Выбор систем отопления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор систем отопления

1. ОБЩЕЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Результаты расчетов теплового режима используют при выборе способа обогревания помещений и принимают за основу при .проектировании системы отопления.

Тепловой комфорт в помещениях обеспечивается при равномерном нагревании ограждений, при котором устраняются усиленные, вредные для здоровья людей радиационное охлаждение и движение охлажденного воздуха у пола. Однако при обычном водяном и воздушном отоплении достичь равномерного нагревания ограждений затруднительно.

Сравнительный отопительный эффект прибора устанавливают по отношению их полной теплопередачи к расчетным теплопотерям при обеспечении теплового комфорта в помещении. Высокий отопительный эффект (0,90 -- 0,95) отличает потолочную панель лучистого отопления; теплопередача потолочной панели в помещении в условиях теплового комфорта может быть на 5 -- 10% ниже расчетных теплопотерь этого же помещения. Отопительный эффект напольной панели близок к единице. Пониженный отопительный эффект характерен для вертикальных отопительных приборов, размещаемых у наружных ограждений помещений: для приборов у наружной стены 1,02 -- 1,04, у светового проема 1,05 -- 1,10. При использовании, например, подоконной бетонной панели, встроенной в наружную стену, ее полная теплопередача должна быть больше расчетных теплопотерь помещения на10%.

Вместе с тем нагретая поверхность вертикальных отопительных приборов, расположенных вдоль световых проемов (например, в виде рамы по периметру окна), ослабляет и даже предупреждает радиационное переохлаждение людей, а струи теплового воздуха над ними отклоняют ниспадающие холодные потоки воздуха от нижней зоны помещений.

Тепловой комфорт в помещениях должен поддерживаться в течение длительного периода эксплуатации здания, и степень выполнения этого требования определяет качество системы водяного и воздушного отопления. Качество системы отопления оценивают такими обобщениями показателями, как санитарно-гигиеническая характеристика и надежность. Принимают во внимание также экономические показатели системы.

Технические показатели эксплуатации центральных систем отопления определяются надежностью, т. е. свойством поддерживать задачную теплоподачу в помещения в течение требуемого периода времени. Такое длительное работоспособное состояние систем отопления обеспечивается при проектировании путем придания им гидравлической и тепловой устойчивости для пропорционального изменения теплополачи в помещения при изменении общего расхода и температуры теплоносителя.

Большей надежностью облагает система водяного отопления. Близка к ней система местного воздушного отопления при водяном теплоснабжении, действие которой легко автоматизируется, хотя надежность ее действия и понижается по мере увеличения числа побудителей циркуляции воздуха -- вентиляторов. Тепловая устойчивость системы центрально-воздушного отопления понижена из-за усложнения и возможного нарушения заданного распределения воздуха по помещениям. Все же решающими факторами в последнем случае могут оказаться попутное обеспечение вентиляции и устранение отопительных приборов из помещений.

Система водяного отопления обладает значительной тепловой инерцией, особенно при массивных (бетонные приборы) и водоемких (чугунные секционные радиаторы) отопительных приборах; система воздушного отопления -- малой инерцией. Это качество может оказаться важным и даже предопределяющим выбор системы. Возможно, правда, применение воздушных клапанов для регулирования теплоотдачи .массивных приборов с конвективным каналом, когда тепловая инерция системы проявляется незначительно.

При сравнении и выборе систем отопления принимают во внимание также дополнительные факторы: соответствие системы архитектурно-планировочному решению помещений, размещение отопительных элементов в увязке со строительными конструкциями, обеспечение отделочных работ, бесшумность и безопасность действия и т. п.

Приведенные показатели и свойства определяют основные области применения систем водяного и воздушного отопления. В гражданских и производственных зданиях получили широкое распространение в условиях теплофикации системы водяного отопления. В производственных зданиях с механической приточной вентиляцией преобладает воздушное отопление. Воздушное отопление используют также для периодического или дежурного отопления общественных и производственных зданий.

2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Назначение, конструкция и условия эксплуатации зданий определяют особенности теплового режима помещений и, следовательно, конструкцию, параметры и режим действия систем отопления.

Как уже отмечено, тепловой режим помещений одних зданий поддерживают неизменным в течение всего отопительного сезона, других зданий -- изменяют для экономии тепловой энергии с суточной и недельной периодичностью, в праздничные дни, на время каникул, проведения наладочных, ремонтных и других работ.

Здания с постоянными и переменными тепловыми режимами можно разделить в зависимости от назначения и условий эксплуатации на отдельные группы.

Гражданские и производственные здания с постоянным тепловым режимом разделим на четыре группы:

здания больниц, родильных домов и лечебно-профилактических учреждений круглосуточного использования, к помещениям которых предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования;

здания жилые, общежитий, гостиниц, домов отдыха, санаториев, пансионатов, пионерских лагерей, поликлиник, амбулаторий, аптек, здравпунктов, психиатрических больниц и других лечебно-профилактических учреждений, детских яслей и садов, музеев, выставок, картинных галерей, книгохранилищ, архивов, библиотек;

здания плавательных бассейнов, вокзалов, аэропортов;

производственные здания с непрерывным технологический процессом и бытовые помещения таких предприятий.

В зданиях первой группы применяют водяное отопление с радиаторами и бетонными панелями, со встроенными в перекрытия и наружные строительные конструкции нагревательными элементами. Предельную температуру теплоносителя -- воды принимают 85 °С (металлические приборы) и 95 °С (бетонные приборы) с тем, чтобы температура поверхности отопительных приборов не превышала 75° С. В основных помещениях лечебно-профилактических учреждений устраивают также центральное воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

В зданиях второй группы предусматривают водяное отопление с радиаторами и конвекторами, со встроенными в наружные строительные конструкции нагревательными элементами и стояками.

Предельную температуру теплоносителя -- воды принимают 95 °С (при однотрубных системах 105 °С). Для отопления лестничных клеток возможно повышение расчетной температуры воды до 150 °С с использованием высоких конвекторов и рециркуляционных воздухонагревателей.

В зданиях с круглосуточно действующей приточной вентиляцией, в первую очередь в зданиях музеев, картинных галерей, книгохранилищ, архивов, устраивают центральное воздушное отопление.

В зданиях третьей группы применяют водяное отопление с радиаторами, конвекторами и другими приборами во вспомогательных помещениях и воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией, в основных залах, дополняемое в случае необходимости водяным отоплением с приборами, размещаемыми под световыми проемами. Предельную температуру теплоносителя -- воды принимают 150 °С (в бассейнах-- 115 °С). В вестибюлях и проходах вокзалов и аэропортов, вокруг ванн плавательных бассейнов устраивают водяное отопление с напольными панелями. Средняя температура обогреваемой поверхности пола вестибюлей и проходов не должна превышать 30 °С, обходных дорожек и скамей в бассейнах -- 31 °С, причем температура по осп нагревательных элементов в бассейнах не должна превышать 35 ° С.

В зданиях четвертой группы с непрерывно действующей приточной вентиляцией предусматривают центральное воздушное отопление; без приточной вентиляции -- местное воздушное отопление. Водяное отопление с приборами под световыми проемами применяют при расположении рабочих мест близ этих проемов, а также в бытовых помещениях этих зданий.

Гражданские и производственные здания с переменным тепловым режимом можно разделить также на четыре группы:

1) здания школ и других учебных учреждений, управлений, научных и проектных учреждений, конструкторских бюро, контор и читальных залов, предприятий связи, бань, предприятий промышленных и обслуживания населения, в которых работают сидя близ световых проемов, вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий (объемом более 1500 м³);

здания зрелищных предприятий и спортивные сооружения;

здания прачечных, душевых павильонов, предприятий торговли и общественного питания, промышленных предприятий, в которых работают стоя; вспомогательные здания и помещения объемом 1500 м³ и менее, бытовые помещения промышленных предприятий;

4) производственные неутепленные здания и помещения.

В зданиях первой группы применяют водяное отопление с радиаторами и конвекторами (в школах и банях конвекторы допустимы только во вспомогательных помещениях), используемое как дежурное или с различной интенсивностью в рабочее и нерабочее время. Предельную 'температуру теплоносителя -- воды принимают 95 °С (при однотрубных системах 105°С). Для отопления лестничных клеток возможно повышение расчетной температуры воды до 150°С. В рабочее время осуществляют также центральное воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией, используемое, если возможно, для дежурного отопления с полной рециркуляцией воздуха. Предельную температуру теплоносителя -- воздуха принимают 70 °С.

В зданиях второй группы устраивают водяное отопление о радиаторами, конвекторами и другими приборами во вспомогательных помещениях и дежурное местное воздушное отопление основных залов, дополняемое в случае необходимости водяным отоплением с приборами, размещаемыми под световыми проемами залов и в чердачном помещении над зрительными залами. Предельную температуру теплоносителя-- воды принимают 115 °С. Для воздушного отопления используют также приточную вентиляцию залов. В вестибюлях предусматривают водяное отопление с напольными панелями.

В зданиях третьей группы осуществляют водяное отопление радиаторами, конвекторами и другими приборами (в прачечных, душевых -- с радиаторами или гладкими трубами) и дежурное местное воздушное отопление основных крупных помещений, дополняемое в случае необходимости водяным отоплением с приборами, размещаемыми под световыми проемами (с ограничениями, перечисленными для четвертой! группы зданий с постоянным тепловым режимом). Предельную температуру теплоносителя принимают 150 °С. В производственных помещениях применяют также центральное воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

В зданиях четвертой группы предусматривают периодически действующее воздушное отопление со струйной подачей нагретого воздуха для обслуживания отдельных участков рабочих зон и площадок.

Дежурное отопление предусматривают вне рабочее время или во время перерывов в использовании помещений, когда по условиям технологии производства и эксплуатации оборудования, приборов и коммуникаций необходимо поддерживать температуру воздуха выше 0 °С. Дежурного отопления не предусматривают при расчетной температуре наружного воздуха для отопления выше -- 5 °С. В сельскохозяйственных зданиях применяют центральное воздушное отопление, местное воздушное отопление и водяное отопление в зависимости от задаваемого теплового режима.

3. ЭКОНОМИЧНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Проектное решение системы отопления должно отвечать главному направлению современной экономической политики страны - дальнейшему повышению эффективности, интенсификации всего общественного производства па основе ускорения научно-технического прогресса. Новые научно-технические исследования позволяют поставить вопрос о пересмотре в сторону повышения принятой температуры теплоносителя. При этом возможно достижение экономии металла, затрачиваемого на устройство систем отопления.

Экономичность системы отопления обусловлена стоимостью материалов и оборудования, изготовления и сборки, а также эксплуатации. К основным показателям экономичности относятся: технологичность конструкции, масса и габариты элементов, затраты труда и объем строительных работ, сроки изготовления и монтажа, затраты на наладку, управление и ремонт.

При экономическом сравнении вариантов системы применяют такие показатели, как капитальные вложения К, эксплуатационные затраты С, продолжительность строительно-монтажных работ и производительность труда. В обычных случаях используют часть этих показателей. Иногда сравнивают системы отопления с различными приборами, но с одним видом теплоносителя и с одной схемой, и это делается только по капитальным вложениям и затратам металла. Чаще всего сопоставляют, системы по капитальным вложениям и эксплуатационным затратам (имея в виду также сроки использования сравниваемых систем). И только в сложных ситуациях, например при распределении капитальных вложений по годам и очередям строительства, учитывают сроки монтажа, производительность труда и наличие трудовых резервов. Не вызывает сомнения экономичность варианта, которому присущи и меньшие капитальные вложения и меньшие эксплуатационные затраты. Чаще сопоставляют варианты, один из которых имеет меньшие капитальные вложения, а другой -- меньшие эксплуатационные затраты. Так, при уменьшении диаметра труб водяной насосной системы отопления капитальные вложения уменьшаются, но увеличивается расход электроэнергии; при автоматизации системы увеличиваются капитальные вложения, но уменьшаются эксплуатационные затраты. Экономически более эффективный вариант выявляют в подобных случаях в зависимости от срока окупаемости дополнительных капитальных вложений, определяемого по формуле

(1)

Если этот срок z z_н т. е. равен или меньше нормативной срока, то целесообразно осуществить вариант с большими капитальными вложениями К₁ и меньшими годовыми эксплуатационными затратами С₁. Если z > z_н , то целесообразен вариант с меньшими капитальными вложениями К₂ и большей стоимостью эксплуатации С₂. Нормативный срок z_н окупаемости вложений в системы отопления установлен равным 8,33 года независимо от вида здания и характера производства.

При экономическом сопоставлении нескольких вариантов систем для каждого из них находят так называемые приведенные затраты:

(2)

и более эффективным считается вариант, имеющий наименьшие приведенные затраты за нормативный срок окупаемости.

Пример IV.1. Сравним затраты на монтаж и эксплуатацию двух систем отопления здания: центральной воздушной 1 при K₁ = 21 и С₁ = 6,4 тыс. Сум; водяной 2 при К₂ =28 и С₂ =5,0 тыс. Сум.

По формуле (IV.2) находим

П₁ =0,12 * 21 + 6,4 = 8,92 тыс. Сум

П₂=0,12 · 28 + 5,0 = 8,36 тыс. Сум.

Следовательно, в данном случае система водяного отопления экономически более эффективна, чем центральная система воздушного отопления.

Годовые эксплуатационные затраты состоят из прямых расходов на обслуживание систем отопления С_пр и амортизационных расходов А, т. е.

С = С_пр + А (3)

Прямые эксплуатационные расходы складываются из годовых затрат на получаемую тепловую энергию (топливо), электроэнергию, заработную плату (с начислениями) обслуживающего персонала, управление системой н текущий ремонт.

Годовые затраты на текущий ремонт систем отопления гражданских зданий составляют: водяной панельной -- 2%; воздушной гравитационной -- 2,5%; воздушной местной вентиляторной -- 3%; водяной радиаторной и конверторной -- 4%; воздушной центральной вентиляторной -- 6% стоимости системы . Стоимость текущего ремонта систем отопления производственных зданий принимают в размере 20% суммы амортизационных отчислений.

Амортизационные расходы включают годовые затраты на капитальный ремонт системы и отчисления на полное восстановление капитальных вложении (могут определяться в долях сметной стоимости системы) (табл. 1).

Отчисления на восстановление капитальных вложений связаны с нормативным сроком службы систем, определяемым исходя из сроков физического износа радиаторов (40 лет), труб (30 лет), чугунных кот лов (25 лет), насосных и вентиляторных агрегатов, тепловой изоляции(10 лет). Срок службы определяется не только физическим, но и моральным износом систем отопления, причем моральным износом можно считать потерю способности поддерживать температуру всех обслуживаемых помещений на требуемом уровне.

При сопоставлении различных систем отопления должны соблюдаться равные или хотя бы близкие эксплуатационные требования для всех вариантов: системы должны обеспечивать выполнение санитарно- гигиенических, противопожарных и противовзрывных требований, а также должны обладать равноценной надежностью. Тепловая устойчивость какой-либо системы отопления может быть повышена за счет применения дополнительных автоматических приборов, насосов и арматуры. Это требует дополнительных капитальных вложений

К доп = К₂-- K₁,

но дает возможность сократить перерасход теплоты (С₂ < С₁). Годовой экономический эффект может быть найден по формуле

Э_ф = С - 0,12Кдоп. (4)

где: С = С₁-С₂ -- годовая экономия эксплуатационных затрат по сравниваемым вариантам, Сум/год.

Таблица 1 Нормы амортизационных отчислений по системам отопления зданий

Пример IV.2. Определим годовой экономический эффект применения водяного отопления вместо центрального воздушного по условиям примера IV. I. По формуле (IV.4) находим

Эф =(6,4 -- 5,0)-- 0,12(28-- 21) = 1,40-- 0,84=0,56 тыс. Сум.

Затем по истечении нормативного срока окупаемости ежегодная экономия будет равна 1,4 тыс. Сум.

Различие в тепловом комфорте, создаваемом в помещениях при сравниваемых системах отопления, учитывают изменением срока службы и степени использования площади помещений. Для системы, обеспечивающей более комфортные условия, увеличивают расчетный срок службы на 5-10 лет, а также учитывают более полное использование рабочей площади помещений в холодное время года, добавляя часть затрат на строительные работы по обесцененной площади к сметной стоимости другой системы.

отопление водяной воздушный тепловой

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреевский А.К. Отопление Минск. Вышейшая школа, 1982.

2. Богословский В.И. Тепловой Режим здания М:Строй издат.,1979.

3. Отопление и вентиляция В.Н. Богословсий, В.П. Щеглов, Н.Н. Разумов. М.1980.

4. Пеклов А.А. Кондиционирование воздуха - Киев. Издат «Будивельник» 1987.

5. Сканави А.Н. Конструирование и расчет систем водяного и воздушного отопления зданий. М. Стройиздат, 1983.

6. Шекин Р.В., Березовский В.А., Потапов В.А. Расчет систем центрального отопления. Киев: Вищ. Школа. 1975.

Размещено на Allbest.ru