Теплоносители

Камины или печи (в которых сжигаются дрова, уголь, нефть или газ), обогревавшие комнаты в старые времена, и многие современные электрические приборы и методы отопления основаны на древнем принципе — непосредственном нагреве открытой поверхности. При ином способе нагрева должен присутствовать теплоноситель, посредством которого тепло перемещается от источника теплообразования к месту, где оно необходимо.
 
Обычный теплоноситель в зданиях — пар, вода или воздух. Подходящий теплоноситель выбирают на основе сравнения различных свойств и недостатков каждого из них применительно к объекту отопления. Это не означает, что проектировщик должен всякий раз, принимая какой-либо теплоноситель, анализировать все возможные теплоносители. Различные задачи не обязательно требуют различных решений, но внимательное изучение вопроса будет, по крайней мере, способствовать принятию логичного решения.
 
Нам представляется, что шум от системы с паром, водой или воздухом в качестве теплоносителя не следует рассматривать как один из влияющих на выбор факторов. Правильно запроектированная и осуществленная система с любым из трех теплоносителей будет бесшумной. Неверно задуманная и выполненная система трубопроводов может быть шумной при любом теплоносителе.
 
Эффективность использования топлива мало зависит от теплоносителя. По стоимости оборудования чаще всего оказывается предпочтительным воздух, применение пара будет дороже, и вода зачастую требует наиболее дорогостоящего оборудования. Изменяющиеся условия, однако, могут нарушить этот порядок, и это заставляет нас продолжить начатое нами изучение свойств всех трех теплоносителей.
 
ПАР обладает теплоемкостью около 530 ккал/кг, вода — от 5 до 28 ккал/кг и воздух — от 3 до 8 ккал/кг. Эти цифры свидетельствуют об одном из двух выдающихся достоинств пара как теплоносителя: его способность быстро нагревать и доводить до комфортного температурного режима холодную комнату. Это его достоинство на самом деле не столь впечатляюще, как это может показаться из сравнения приведенных выше цифр, поскольку имеются факторы, ограничивающие способность отопительного прибора отдавать полностью так быстро приобретенное им тепло.
 
Второе характерное свойство пара — его быстрое распределение без расхода механической энергии. Если потратить несколько большее количество топлива, чем необходимо для образования в котле пара, то давление повысится до такого уровня, при котором обеспечивается перемещение пара в кратчайшее время даже в самые отдаленные участки системы с соответствующим распределением его таким образом, что каждая часть здания получит свою долю. Для нагнетания конденсированного пара назад в котел или для ускорения его циркуляции в системе очень большого здания могут быть применены насосы, однако сам пар может перемещаться под воздействием своего собственного давления.
 
Вместе с тем пар обладает двумя недостатками. Первый (и наиболее серьезный) связан с его малым температурным диапазоном. В небольшой простой системе парового отопления температура теплоносителя всегда колеблется на 0,5—1°С около 102° С. Независимо от того, какова наружная температура воздуха (10° С, когда требуется лишь легкий подогрев воздуха в помещениях, или около—10° С, когда требуется включить отопление в полную мощность), температура теплоносителя одна и та же. Это не слишком хороший эксплуатационный показатель. В наиболее совершенных системах температура пара может колебаться от 90 до 102° С, но это тоже не соответствует всему диапазону требуемого температурного режима.
 
Другое возражение против использования пара связано с вызываемой им повышенной коррозией трубопроводов и другого оборудования, через которые он проходит, и относительной сложностью дополнительных приборов системы, таких, как конденсационные горшки и термостатические вентили, назначение которых нет необходимости обсуждать в этой книге.
 
ВОДА обладает огромными преимуществами большого температурного диапазона. При наружной температуре 10° С температура воды в системе отопления может достигать лишь 27° С, что вполне достаточно для легкого обогрева помещения. Эта температура может быть быстро доведена до 104° С при минусовых наружных температурах.
 
Принципиально «слабое место» использования воды в качестве теплоносителя — ее поведение в системе с принудительной циркуляцией. Большинство водяных систем — это насосные системы или, как их называют, системы с принудительной циркуляцией, хотя имеется довольно много успешно работающих, хорошо сбалансированных установок с естественной (гравитационной) циркуляцией в одноквартирных или двухквартирных домах. Для систем более значительных размеров необходимы насосы, т. е. необходима циркуляция. И вот уже много лет в качестве аргумента против использования систем с естественной циркуляцией даже в небольших зданиях указывается на необходимость применять трубы большого диаметра для создания удовлетворительного гравитационного потока в системе.
 
Эксплуатация систем водяного отопления с принудительной циркуляцией независимо от того, насколько тщательно они запроектированы, осложняется тем, что их трудно правильно регулировать, чтобы обеспечить каждое помещение необходимым количеством тепла. Другая исключительной важности проблема — освобождение трубопроводов от воздуха. Относительно небольшое скопление его может замедлить или прекратить циркуляцию в небольшой или значительной части здания, что приведет к нарушению отопления.
 
В отличие от пара или воздуха вода практически несжимаема. Поскольку она, как и большинство материалов, при нагревании увеличивается в объеме, в систему включается расширительный бак, который позволяет воде увеличиться в объеме за счет сжатия находящегося в нем воздуха. Расширительные баки размещают обычно под потолком или в других свободных пространствах. В небольших зданиях и небольших системах этот бак в основном располагают под потолком котельной. В многоэтажных зданиях существуют определенные преимущества размещения расширительного бака в верхней части системы, так как при этом для выполнения одинаковых функций требуется бак значительно меньших размеров, чем при его расположении внизу. Поэтому в многоэтажных жилых домах расширительный бак часто монтируют в надстройке на крыше, где размещается машинное отделение лифта, или в каких-либо незаметных местах в этой части здания.
 
ВОЗДУХ также обладает достоинством большого температурного диапазона: его температура может изменяться от 24 до 54° С в системах с принудительной циркуляцией и до 80° С в системах с естественной циркуляцией. Он обладает также вентилирующим эффектом: в помещении создается относительно освеженная атмосфера, хотя следует признать, что система воздушного отопления может распространять неприятные запахи от приготовления пищи в комнаты, удаленные от кухни. Еще одно свойство этого теплоносителя, которое следует отметить,— простота, с какой он используется для повышения влажности: влага захватывается непосредственно у нагревательного оборудования и доставляется именно туда, где она необходима. Кроме того, утечки теплоносителя в системе не причиняют никаких неприятностей; этим достоинством не обладают ни пар, ни вода.
 
И, наконец, последнее существенное преимущество — та легкость, с которой система воздушного отопления может быть дополнена оборудованием для использования ее в целях охлаждения и понижения влажности в летнее время. В то же время при паровом или водяном отоплении может потребоваться устройство полностью самостоятельной системы охлаждения. Здесь следует отметить, что в крупных системах, совмещающих централизованную подачу воды как теплоносителя и местную циркуляцию воздуха, также могут совмещаться функции отопления и охлаждения в единой системе, зачастую без необходимости устройства каких-либо распределяющих воздуховодов.
 
Выше уже указывалось, что применение систем воздушного отопления с естественной (гравитационной) циркуляцией, которые относятся к той же категории, что и системы водяного отопления с естественной циркуляцией, ограничено малыми установками и имеет тенденцию к резкому сокращению.
 
Недостаток использования воздуха в качестве теплоносителя — необходимость в значительных пространствах для устройства системы.
 
Воздуховоды имеют значительно большие размеры, чем трубопроводы, по которым подается вода или пар, и для их размещения в конструкциях должны быть предусмотрены соответствующие места. Для размещения воздухонагревательного оборудования также, хотя и в несколько меньшей степени, требуется большее пространство, чем для водяных или паровых котлов сопоставимой производительности.
 
Как правило, системы воздушного отопления или совмещенные системы воздушного отопления и охлаждения практически предназначены только для одной квартиры. Многоквартирные дома могут обслуживаться составными системами воздушного отопления, но если в одном доме более шести квартир, то для центрального размещения системы воздушного отопления вне жилых зон требуется слишком много места. С другой стороны, если в каждой квартире размещена своя система, количество таких систем во всем здании не лимитировано. Однако в этом случае вступают в силу другие соображения. Если для нагревания используется топливо, возникают осложнения с дымоудалением, и требуется определенное пространство для размещения каждой нагревательной установки, которое должно быть выделено за счет уменьшения сдаваемых в аренду или подлежащих продаже площадей.
 
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО не является теплоносителем, скорее это топливоподобный источник тепла. Однако возможность его непосредственного использования исключает необходимость применения какого-либо другого теплоносителя, и, таким образом, с этой точки зрения оно может быть логически сравнимо с паром, водой и воздухом. Преимущества его использования — минимальная потребность в пространстве для передачи, т. е. устройство электропроводки, которая может также служить для передачи электроэнергии в других целях. Электричество легко управляемо и дает возможность применить покомнатное терморегулирование. Зачастую в электрообогревающих устройствах нет движущихся частей. Эксплуатационные расходы сводятся до минимума.
 
Недостаток электрического отопления, кроме уже упомянутого стоимостного фактора,— жесткость его температурного режима: пока что нет способа уменьшить электрообогрев при мягкой погоде. Определенным образом это достигается разделением крупных нагревательных элементов на несколько управляемых по отдельности секций.
 
Высокая температура электронагревательных элементов, значительно превышающая эксплуатационную температуру пара, воды или воздуха как теплоносителей, заключает в себе некоторую опасность возникновения пожара или ожогов, однако благодаря предохранительным устройствам, предусмотренным в оборудовании, и разумному подбору материалов, находящихся поблизости от электроотопительных приборов, несчастные случаи очень редки.
 

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер