Возникновение и совершенствование систем отопления

Введение.

               Впервые воду и пар для отопления начали применять в19 веке, до этого в Европе существовало воздушное отопление (отопление замков теплым воздухом). В начале 20 века в России появились первые водяные  и паровые СО. В этом большая заслуга русских инженеров Н. А. Львова, - П.Г.Соболевского, Мельникова.

               В 1927 г. появилась первая (В мире!) установка совмещенной выработки теплоты и электрической энергии применительно к отоплению, так называемые «фонарные», бани в Ленинграде. В то время КПД водогрейных котлов был низок, наиболее экономичным оказался теплофикационный цикл, т.е. пар после турбины поступал в теплообменник и тепло конденсации использовалось для отопления. Эта система в России получила приоритетное развитие, СО строились таким образом, чтобы в дальнейшем, с развитием микрорайона ее было возможно подключить к центральной сети теплоснабжения, работающей от ТЭЦ.

 Проф. В.М.Чаплин в 30 годах предложил для смешения и циркуляции воды в СО применить струйный насос – элеватор. С изменением социальной структуры общества, расслоением, появляется потребность в дорогом, комфортном жилье, которое возможно только с СО, обеспечивающими поквартирный регулируемый отпуск тепла. Это может быть только двухтрубная поквартирная разводка с теплосчетчиками.

Развитие СО в России определялось двумя аспектами- научно-1-техническим прогрессом; 2 – Социальным развитием общества. И в какой-то степени отражает это развитие. только В СССР было развито самое дешевое отопление - однотрубная система. В такой системе малый расход труб и обобществленая система пользования теплом – тепло распределяется не поквартирно, а по стоякам, которые обслуживают однотипные помещения. Это делает невозможным учет тепла поквартирно, индивидуальным пользователем.

               С 2000 года в действие вступили новые нормы на термическое сопротивление ограждений, что вносит существенные изменения в СО. Теплопотери снижаются в 2-3 раза, доля потерь через стены уменьшается, а через окна и с вентиляцией – возрастает. В настоящее время СО развиваются двумя путями-

а)- муниципальное жилье, оснащаемое CО на базе отработанной дешевой технологии

б)- индивидуальное и элитное жилье, использующее импортное оборудование и технологии, как более совершенные.

в)- общественные здания, где СО должны сообразовываться со сложной архитектурой и назначением здания.

  Во всех случаях, снижение теплопотерь возможно путем внедрения теплосберегающих технологий:

а) утилизация тепла выбрасываемого воздуха, необходимого для вентиляции помещения;

б) утилизация тепла канализационных стоков теплой воды.

Первое давно широко внедрено на Западе, второе – требует разработки высокоэффективного теплообменного оборудования.

в) утилизация низкопотенциального тепла и перевод его в высокопотенциальное с помощью теплового насоса.

               Совершенствование систем отопления – установка терморегуляторов на каждый НП, разделение СО на фоновую или дежурную и дополнительную малоинерционную пиковую. Это может быть совмещенные водяная и воздушная, или система с фэнкойлами (водяной теплообменник с вентилятором). Пиковая СО может быть совмещена с системой вентиляции, тогда регулируется как температура, так и воздухообмен.

Допустим, в однокомнатной квартире теплопотери составляют Q_ст=3*8(20+24)/2=528 дж; Q_ок=4(20+24)(2-0,5)=264 дж ; Q_вент=120*1,2*1000(20+24)/3600=1760 дж. Если вентиляцию отключать на время отсутствия (1/4) суток, получим экономию:

Q=(1760/4)/(1760+528+264)=17%

Теплоносители ОС выбираются по многим критериям, из которых 2 основных: 1) безопасность и экологичность; 2) удобство эксплуатации.

Сравнивая теплоносители, наиболее предпочтителен воздух, но для его транспортировки необходимы трубы большого сечения. Паровая система не безопасна при аварии, не регулируемая по температуре НП. Поэтому, наибольшее распространение для отопления жилых помещений получили водяные системы .

Условия комфортности.

               Любая система отопления должна не только восполнять потери тепла, но и поддерживать комфортные условия для человека. Дело в том, что ощущение человека тепла или холода определяется с одной стороны состоянием человека (здоровьем, возрастом) но в большей степени от его деятельности допустим, для больницы 22С нормально, а в спортивном зале 16-17С. Эти условия оговариваются категорией помещения. С другой стороны, тепло от человека отводится как конвекцией, так и излучением. Поэтому важную роль играет соотношение между температурой стен t_r и температурой в помещении t_в

Выше указанные моменты относятся и идеальной ОС. Реальная не может обеспечить абсолютно одинаковую температуру во всем помещении. Характерные зоны комфортности и распределение температур показаны на рисунках. Как из них явствует, наиболее комфортной СО  являются теплые стены, теплые полы.

1- 

2-  конвектор

3-  теплый потолок

4-  теплая наружная

             стена