Введение (стр. 1 )

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время почти все предприятия и организации рассматривают вопрос о независимости от центрального теплоснабжения и организации отопления от собственной котельной, либо другого источника тепла.

Поэтому данное методическое пособие предназначено для того, чтобы руководители предприятий, готовых перейти на независимое от тепловых сетей отопление, а также проектировщики рассмотрели один из наиболее перспективных на сегодняшний день видов отопления – системы воздушного отопления с воздуздухонагревателями «Тепловей», работающие на газовом и дизельном топливе.

Производство воздухонагревателей под маркой «Тепловей» было начато в 1998г. фирмой системы». Были проведены исследования запросов рынка теплового оборудования, возможных клиентов и потребителей этого оборудования, финансовых возможностей, а также анализа мирового опыта продвижения воздушного отопления.

Специалистами фирмы были изучены конструкции, особенности работы и эксплуатации воздухонагревателей ведущих мировых фирм. На основании полученных данных была создана первая модель воздухонагревателя «Т-45» мощностью 45 кВт. Практически сразу же после этого был создан «Т-100» мощностью 100 кВт, на сегодняшний день самой популярной моделью является воздухонагреватель «Т-170» мощностью в 170 кВт.

Основными задачами, которые ставились при проектировании воздухонагревателей, были простота, надежность и безопасная эксплуатация, минимальная стоимость, максимальная энергоэффективность, автономность, мобильность, универсальность, долговечность, при использовании компонентов Российского производства.

В результате получились агрегаты, которые не уступают импортным аналогам, работающие в автоматическом режиме, не требующем вмешательства человека. Мобильность обеспечивается малыми габаритными размерами, простотой установки (время монтажа/демонтажа воздухонагревателя составляет около 1 дня), а также тем, что особенностью работы воздухонагревателей является отсутствие промежуточного теплоносителя – воды. Поэтому его можно при необходимости легко отключить или демонтировать без опасности заморозить систему отопления здания. Конструкция воздухонагревателей рекуперативного типа исключает возможность попадания продуктов сгорания в нагреваемый воздух. Поэтому работа воздухонагревателей абсолютно безвредна для людей, находящихся в отапливаемом помещении.

Универсальность воздухонагревателей «Тепловей» подтверждается сразу по нескольким позициям – это и возможность работы на двух видах топлива (газ и дизельное топливо); это и работа как с системой воздуховодов, так и без них; это и работа только на отопление, только на вентиляцию или возможность совмещения систем отопления и вентиляции.

Все перечисленные свойства воздухонагревателей «Тепловей» достигаются при высокой энергоэффективности. Коэффициент полезного действия воздухонагревателей превышает 90%, что равняется КПД водогрейных котлов. Следовательно, воздухонагреватели «Тепловей» при всех перечисленных достоинствах потребляют столько же топлива, сколько и обычные котельные.

В наше время условия и требования рынка постоянно меняются. Это и повышение требований к качеству и надежности оборудования. Это желание заказчика сделать свой выбор из большого ассортимента и большое желание зарубежных производителей проникнуть на перспективный рынок России.

Поэтому конструкторы и специалисты фирмы «Тепловей» не останавливаются на достигнутых результатах, а постоянно совершенствуют модели воздухонагревателей «Тепловей». На сегодняшний день все воздухонагреватели «Тепловей» комплектуются теплообменником из жаростойких сталей ферритного и аустенитного классов, что обеспечивает большую долговечность и надежность их работы. Модели воздухонагревателей выпускаются с двумя видами вентиляторов – осевым и центробежным, что позволяет подбирать воздухонагреватели более конкретно под условия эксплуатации Заказчика. По желанию Заказчика все воздухонагреватели «Тепловей» могут комплектоваться под заказ специальной автоматикой для выполнения различного рода задач, а также импортными вентиляторами и многими другими комплектующими.

Постоянно ведется исследование потребностей рынка. В настоящее время все значительнее проявляется спрос на системы воздушного отопления не только малого и среднего бизнеса, но и крупных предприятий. Поэтому фирмой «Тепловей» разработаны и запущены в производство модели воздухонагревателей «Тепловей» мощностью 170, 250, 350, 450,1000 кВт.

За десять лет эксплуатации воздухонагревателей «Тепловей» на многих предприятиях и фирмах страны зарекомендовали себя как надежные, удобные в эксплуатации тепловые установки. Марка «Тепловей» приобретает известность и за пределами России. Заказы на воздухонагреватели поступают, как на системы отопления, вентиляции, так и для технологических процессов (с рабочими температурами до 300оС).

Глава 1. Что такое воздушное отопление.

Применение воздухонагревателей «Тепловей» в системах воздушного отопления

В данной главе представлены основные принципы работы систем воздушного отопления, их типы и особенности работы.

В настоящее время системы воздушного отопления получают все большее распространение. Данные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными системами водяного отопления. Особенно это касается производственных, складских помещений, гаражей, кинотеатров и т. д. Основными преимуществами являются:

1. Экономичность системы: стоимость 1Гкалл тепла при работе системы воздушного отопления в два раза меньше, чем при центральном теплоснабжении.

2. Гибкость системы: систему воздушного отопления помещений можно совместить с системой вентиляции. Монтируя одну систему, заказчик получает одновременно системы вентиляции и отопления. При этом без значительного увеличения капитальных затрат.

3. Малая инерционность системы: для того, чтобы прогреть систему воздушного отопления требуется гораздо меньшее количество тепловой энергии и времени по сравнению с водяной системой отопления, т. к. передача тепла от воздуха к воздуху происходит практически мгновенно и отапливаемое помещение прогревается очень быстро. В системах водяного отопление первоначально передача тепла происходит от источника тепла к промежуточному теплоносителю воде, а от воды к воздуху. При этом воздушное отопление обладает скоростными и низко инерционными показателями.

4. Простота и скорость монтажа систем: в зависимости от выбранного способа отопления проблему отопления помещений можно решить минимум в течение одного дня (если использовать воздухонагреватели без системы воздуховодов). Но даже с системой воздуховодов стоимость и время монтажа системы воздушного отопления в 2-3 раза меньше в сравнении с водяной системой (данные цифры относятся для производственных, складских, ремонтных мастерских, торговых и т. п. зданий).

5. Возможность отключения отопления на продолжительный период в нерабочее время. Возможность понижения температуры в помещении ниже 00С без опасности заморозить систему отопления. Эти свойства позволяют использовать воздухонагреватели в дежурном режиме (повышение температуры внутреннего воздуха до необходимых параметров в рабочее время и максимально возможное понижение в нерабочее время). Это позволяет экономить от 5% до 25% тепловой энергии, затрачиваемой на отопление.

1.1. Основные принципы работы системы воздушного отопления

В системе воздушного отопления воздух, нагретый до температуры более высокой, чем температура воздуха в помещениях, отдает избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания. Этот процесс может осуществляться двумя способами:

1) нагретый воздух, попадая в обогреваемое помещение, смешивается с окружающим воздухом и нагревая его, тем самым восполняя теплопотери помещения;

2) нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а отдает тепло в окружающие помещение через стенки воздухоканалов.

В настоящее время распространен первый способ. Второй способ после натурной проверки в жилых зданиях в начале второй половины ХХ в. не получил широкого распространения. Эксперименты показали, что в процессе эксплуатации системы нарушается плотность каналов. В стенках и стыках каналов, расширяющихся при нагревании и сжимающихся при охлаждении, появляются трещины, в результате чего искажается необходимое воздухораспределение. Это, в свою очередь, приводит к перегреванию одних и к недогреванию других помещений.

1.2. Основные типы систем воздушного отопления

По принципу работы системы воздушного отопления делятся на три типа: рециркуляционная система

система с частичной рециркуляцией

прямоточная система.

Рециркуляционная система воздушного отопления отличается меньшими первоначальными вложениями и эксплуатационными затратами. Система может применяться, если в помещении допускается рециркуляция воздуха, а температура поверхности воздухонагревателя соответствует требованиям гигиены, пожаро - и взрывобезопасности этого помещения.

Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией устраивается с механическим побуждением движения воздуха и является наиболее гибкой. Она может действовать в различных режимах; в помещениях помимо частичной могут осуществляться полная замена, а также полная рециркуляция воздуха. При этих трех режимах система работает как отопительно-вентиляционная, чисто вентиляционная и чисто отопительная. Все зависит от того, забирается ли и в каком количестве воздух снаружи и до какой температуры нагревается воздух в воздухонагревателе.

Прямоточная система воздушного отопления отличается самыми высокими эксплуатационными и первоначальными затратами. Ее применяют тогда, когда требуется вентиляция помещений в объеме не меньшем, чем объем воздуха для отопления (например, в помещениях категорий А и Б, где выделяются вещества, взрывоопасные и пожароопасные, а также вредные для здоровья людей, обладающие неприятным запахом).

Для уменьшения теплозатрат в прямоточной системе при сохранении ее основного преимущества – полной вентиляции помещений – используют систему с рекуперацией, где дополнительно применяется воздухо-воздушный теплообменник, позволяющий утилизировать часть теплоты уходящего воздуха для нагревания приточного наружного воздуха.

Все системы воздушного отопления можно разделить на два основных вида: центральная и местная системы.

Центральная система воздушного отопления – канальная. Воздух нагревается до необходимой температуры в тепловом центре здания, подается в помещения по воздуховодам через воздухораспределители.

Известно одно из достоинств применяемой центральной системы воздушного отопления – отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помещениях. Однако, если радиус действия системы воздушного отопления сужается до одного помещения, то воздухонагреватель может устанавливаться непосредственно в этом помещении, и тогда система становится местной. Отличие ее от системы водяного отопления будет в том, что тепловая мощность воздухонагревателя значительно больше мощности одного обычного отопительного прибора, и в помещении создается интенсивная циркуляция воздуха.

Местной делают систему воздушного отопления в том случае, если в помещении отсутствует центральная система приточной вентиляции, а также при незначительном объеме приточного воздуха, подаваемого в течение 1 ч (менее половины объема помещения).

На рис. 1.1 даны принципиальные схемы местной системы воздушного отопления. Чисто отопительная система с полной рециркуляцией теплоносителя воздуха (рис. 1.1, а, б). При этом система может быть бесканальной (рис. 1.1, а) и канальной (рис. 1.1,б). При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру tВ (температура внутреннего воздуха), нагревается в воздухонагревателе или калорифере до температуры tГ (температура горячего воздуха) и перемещается вентилятором. Эти две схемы применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной вентиляции.

На основе экспериментально полученных данных составлена таблица показателей дальности распределения теплых воздушных масс.

Таблица №1

Дальность выброса теплого воздуха
Угол выброса	На две стороны	На три стороны	На четыре стороны
0°	30°	45°	0°	30°	45°	0°	30°	45°
Т-45	44	28	21	36	23	17	31	20	15
Т-100	48	31	23	40	26	19	35	22	16
Т-170	82	53	39	67	44	32	58	38	27
Т-250	106	63	46	82	52	39	68	45	34
Т-350	104	68	56	79	54	45	70	45	37
Т-450	122	80	66	98	64	53	81	53	44
Т-1000	164	116	102	134	95	76	116	74	61
Важно! Не обеспечивать выброс в одном направлении!

Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его приточно-вытяжной вентиляцией используют две другие схемы, изображенные на рис. 1.1, в, г. По схеме на рис. 1.1, в с частичной рециркуляцией часть воздуха забирается снаружи, другая часть внутреннего воздуха подмешивается к наружному (осуществляется частичная рециркуляция воздуха). Смешанный воздух догревается в воздухонагревателе или калорифере и подается вентилятором в помещение. Помещение обогревается всем поступающим в него воздухом, а вентилируется только той его частью, которая забирается снаружи. Эта часть воздуха удаляется из помещения в атмосферу.

Схема на рис. 1.1, г – прямоточная: наружный воздух в объеме, необходимом для вентиляции помещения, дополнительно нагревается для отопления, а после охлаждения до температуры помещения удаляется в том же объеме в атмосферу.

Для воздушного отопления характерно повышение санитарно-гигиенических показателей воздушной среды помещения. Могут быть обеспечены подвижность воздуха, благоприятная для нормального самочувствия людей, равномерность температуры помещения, а также, смена, очистка и увлажнение воздуха. Кроме того, при устройстве местной системы воздушного отопления достигается экономия времени и материалов.

Свойство системы воздушного отопления – быстро изменять температуру в помещении – используется при осуществлении периодического или дежурного отопления.

Возможность совмещения воздушного отопления с приточной вентиляцией в холодный период, с охлаждением помещений в летний период сближает воздушное отопление с вентиляцией и кондиционированием воздуха и предопределяет дополнительное рассмотрение общих вопросов при решении данных проблем.

В настоящее время системы воздушного отопления устраивают в производственных, гражданских и сельскохозяйственных зданиях, применяя рециркуляцию воздуха или совмещая отопление с общеобменной приточной вентиляцией.

1.3. Количество и температура воздуха для отопления

Воздух для отопления подается в помещение нагретым до такой температуры tГ, чтобы в результате его смешения с внутренним воздухом и теплообмена с поверхностью ограждений поддерживалась заданная температура помещения. Следовательно, количество аккумулированной воздухом теплоты должно быть равно QП – максимальной теплопотребности для поддержания в помещении расчетной температуры tв

QП =GOT c(tГ + tВ).

Отсюда расход нагретого воздуха GOT, кг/с, для отопления помещения

GOT = QП/[С(tГ + tВ)], (1.1)

где c– удельная массовая теплоемкость воздуха, равная 1005 Дж/(кг .К).

Для получения расхода воздуха в кг/ч следует выражение (1.1) умножить на 3600 с.

Объем подаваемого воздуха LОТ, м3/ч, при температуре tГ нагретого воздуха

LОТ = GOT/ρГ.(1.2)

Воздухообмен LР , м3/ч, в помещении несколько отличается от LОТ, так как определяется при температуре tВ внутреннего воздуха

LП = GOT/ρВ,(1.3)

где ρГ и ρВ – плотность воздуха, кг/м3, при его температуре tГ и tВ.

Температура воздуха tГ должна быть возможно более высокой для уменьшения, как это видно из уравнения (1.1), количества подаваемого воздуха. В связи с этим соответственно сокращаются размеры каналов, а также снижается расход электроэнергии при механическом побуждении движения воздуха.

Однако правилами гигиены устанавливается определенный верхний предел температуры – воздух не следует нагревать выше 60 0С, чтобы он не терял своих свойств как среда, вдыхаемая людьми.

Эта температура и принимается как предельная для систем воздушного отопления помещений с постоянным или длительном (более 2 ч) пребыванием людей. Отклонения от этого общего правила делают для воздушно-тепловых завес.

Для завес у внешних ворот и технологических проемов, выходящих наружу, допускается повышение температуры подаваемого воздуха до 70 0С; для завес у наружных входных дверей – понижение температуры до 50 0С.

Конкретные значения температуры подаваемого воздуха при воздушном отоплении связаны со способами его подачи из воздухораспределителей, а именно зависят от того, подается ли воздух вертикально сверху вниз, наклонно в направлении рабочей зоны или горизонтально в верхней зоне помещения.

По формуле (1.1) определяют количество воздуха, подаваемого в помещение только с целью его отопления, то систему устраивают рециркуляционной. Когда же воздушная система отопления является одновременно и системой вентиляции, количество вводимого в помещение воздуха устанавливают следующим образом:

если GOT > GВЕНТ (количество воздуха для отопления оказывается равным количеству воздуха, необходимому для вентиляции, или превышает его), то сохраняют количество и температуру отопительного воздуха, а систему выбирают прямоточной или с частичной рециркуляцией;

если GВЕНТ > GOT ( количество вентиляционного воздуха превышает количество воздуха, которое необходимо для отопления), то принимают количество воздуха, потребное для вентиляции, систему делают прямоточной, а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле

tГ = tВ + QП/(с. GВЕНТ) (1.4)

полученной из уравнения (1.1).

Количество воздуха для отопления помещения или его температуру уменьшают, если в помещении имеются постоянные тепловыделения.

При центральной отопительно-вентиляционной системе температура нагретого воздуха, определяемая по формуле (1.4), может оказаться для каждого помещения различной. Подача в отдельные помещения воздуха при различной температуре технически осуществима. Однако проще подавать во все помещения воздух при одинаковой температуре. Для этого общую температуру воздуха принимают равной низшей из расчетных для отдельных помещений, а количество подаваемого воздуха пересчитывают по формуле (1.1).