В системах горячего водоснабжения широко применяют повысительные установки, подающие воду в распределительную систему на водоразбор и циркуляционные установки, обеспечивающие движение воды по циркуляционному контуру. Повысительные насосные установки, как правило, подают воду одновременно в холодный и горячий водопроводы. В крупных системах горячего водоснабжения со скоростными водонагревателями, в которых при эксплуатации потери давления достигают от 0,1 до 0,3 MПа, могут применяться насосы только для горячего водопровода. Циркуляционные насосы в ряде случаев устанавливают на подающей линии, превращая их в циркуляционно-подающие.

1.7.2. Местные системы горячего водоснабжения

При наличии в доме централизованного отопления приготовление горячей воды в газорегулируемых зданиях происходит в скоростных и ёмких газовых водонагревателях, при отсутствии газоснабжения - в полых водогрейных котлах в сочетании с баком-аккумулятором или в дровяных колонках.

Водогрейные колонки для ванн устанавливают непосредственно на пол (бетонный или из керамической плитки). Колонки устанавливают не ближе 5 см от несгораемой стены и на расстоянии не менее 30 см от полусгораемой.

Газовые проточные водонагреватели снабжаются устройствами для зажигания и автоматическими устройствами безопасности и регулирования расхода воды, газа. Приточные газовые водонагреватели устанавливают в кухнях или ванных комнатах объёмом не менее 7,5 м³, оснащенных вентиляцией. Ёмкостные газовые водонагреватели применяют для местного водяного отопления помещений и горячего водоснабжения. Эти водонагреватели оснащены термометром со шкалой 150 ºC, терморегулятором с пределом настройки от 40 до 85 ºC, автоматическими и регулирующими устройствами. Продукты сгорания отводятся из верхней части водонагревателя через металлический газоход в дымовой канал.

Электрические водонагреватели подразделяют на проточные и ёмкостные. Бак ёмкостных водонагревателей имеет внутри нагревательный элемент и изготавливается из стали. Водонагреватель снабжён термометром и сигнальной лампой, которая загорается во время работы нагревательного элемента.

Контрольные вопросы

1. Назовите источники теплоснабжения зданий различного назначения.

2. В чем заключается методика определение тепловой мощности котельной?

3. Расскажите о способах прокладки тепловых сетей.

4. Напишите уравнение для определения расстояния между неподвижными опорами при применении сальников компенсаторов.

5. Напишите классификацию водяных тепловых сетей в зависимости от способа подачи теплоты к местным системам горячего водоснабжения.

6. Проанализируйте допустимые способы прокладки тепловых сетей на территории промышленных предприятий.

7. Назовите рекомендуемые нормативными документами параметры теплоносителя для отопления жилых и школьных зданий, больниц, лечебных учреждений.

8. Поясните сущность автоматизированного управления системами отопления при их присоединении к тепловым сетям по зависимой и независимой схеме.

9. Приведите схему двухтрубной системы водяного отопления.

10. Опишите методику гидравлического расчета систем водяного отопления.

11. Объясните назначение и принцип действия повысительных установок в системе горячего водоснабжения.

Глава 2. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха

2.1. Назначение систем вентиляции

Окружающий воздух представляет собой смесь газов, состоящую в основном из азота, кислорода и водяных паров. Воздух, не содержащий водяных паров, называется сухим, а содержащий их – влажным. В состав сухого воздуха входят (% по объему): азот – 78,13; кислород – 20,9; инертные газы – 0,94; углекислый газ – 0,03. Практически в вентиляции приходится иметь дело только с влажным воздухом. В зависимости от метеорологических условий содержание водяных паров колеблется от 0,5 до 25 г на 1 кг воздуха.

Состояние воздуха характеризуют его основные параметры: температура, относительная влажность, подвижность и барометрическое давление.

Человек хорошо себя чувствует только в довольно узком диапазоне сочетаний различных параметров воздуха. В соответствии с ГОСТ 12.1.005-76 «Воздух рабочей зоны» в рабочей зоне помещений (пространство высотой 2 м от пола или 1,5 м, если люди находятся в сидячем положении) необходимо поддерживать определенные параметры воздуха с учетом категории тяжести работы, времени года и количества вредностей, выделяющихся в помещениях. В производственных помещениях нет необходимости поддерживать требуемые параметры воздуха по всему объему. Важно, чтобы только в зоне, где находятся люди, или в местах у технологического оборудования параметры воздуха не отклонялись от нормируемых пределов.

Параметры воздуха могут быть оптимальными, при которых человек не ощущает ни теплоты, ни холода, чувствует себя комфортно, и допустимыми, при которых самочувствие человека и производительность его труда незначительно отличаются от оптимальных. Так, для производственных помещений в холодный период года при работе средней тяжести установлены следующие оптимальные параметры воздуха: температура от 18 до 20 ºС, подвижность не более 0,2 м/с и относительная влажность от 40 до 60 %. Допустимые параметры воздуха для тех же условий имеют более широкий диапазон: температура от 17 до 23 ºС, относительная влажность не выше 75 % (нижний предел не лимитируется) и подвижность не более 0,3 м/с. Поддержание тех или иных параметров воздуха регламентируется [42].

Производственные процессы могут сопровождаться выделением в воздух рабочей зоны помещений вредных для человека газов и паров, количество которых зависит от особенностей технологического процесса и степени герметизации оборудования. Содержание вредных газов и паров в воздухе рабочей зоны не должно превышать предельно допустимой концентрации. Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это максимально возможное количество вредного вещества, мг/м³, в единице объема воздуха, которое в течение всего рабочего стажа не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья людей, работающих в данных условиях.

Кроме того, от технологического оборудования может поступать большое количество теплоты как конвективной, так и лучистой требующей создания определенной подвижности воздуха на рабочих местах, подверженных облучению, а также влага и пыль. Человек, участвующий в производственном процессе, сам является генератором теплоты, влаги, пыли и углекислого газа. При легкой работе теплоотдача одного рабочего в окружающую среду составляет около 150 Вт, при тяжелой – 300 Вт и более. Каждый час с поверхности тела человека испаряется от 60 до 400 г водяных паров, а от органов дыхания поступает 20 … 40 л углекислого газа.

Указанные вредности в виде избыточной теплоты, влаги, вредных газов и паров поступают в окружающий воздух, который их ассимилирует, но при этом повышается его температура, увеличиваются влагосодержание, загазованность, запыленность. Происходит изменение химического состава и физических свойств воздуха, что неблагоприятно отражается на самочувствии находящихся в этом помещении людей и отрицательно влияет на ход технологических процессов. Такой воздух должен быть удален из помещения.

Для поддержания в помещениях нормальных условий воздушной среды, соответствующих санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям, устраивают вентиляцию, которая создает организованный воздухообмен – удаляет загрязненный воздух и подает вместо него обработанный свежий воздух. Массы удаляемого воздуха и воздуха, подаваемого либо проникаемого в помещение через неплотности строительных конструкций, всегда равны.

Вентиляция в большинстве случаев может обеспечить в помещениях только допустимые санитарно-гигиенические условия. Параметры воздуха, строго определенные по температуре и относительной влажности, в том числе и оптимальные, обеспечиваются применением систем кондиционирования воздуха.

2.2. Классификация вентиляционных систем

Вентиляционная система – это совокупность устройств для обработки, подачи или удаления воздуха; она является также средством для создания воздухообмена в помещении.

Вентиляционные системы по назначению делятся на приточные, осуществляющие подачу свежего воздуха в помещения, и вытяжные, удаляющие из помещений загрязненный воздух.

Как приточные, так и вытяжные вентиляционные системы могут быть общеобменные и местные. Общеобменные системы предназначены для подачи и удаления воздуха равномерно по обслуживаемому помещению, для создания по всему объему рабочей зоны воздушной среды примерно с одинаковыми параметрами. Местные вытяжные системы удаляют воздух в местах образования вредностей у ванн, печей и другого технологического оборудования, не позволяя вредностям распространяться по всему объему помещения. Местные приточные системы подают свежий приточный воздух вблизи рабочих мест, создают воздушный душ – ограниченную зону в помещении, где параметры воздушной среды соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям или предотвращают проникновение холодного воздуха через ворота или двери зданий внутрь помещений.

Местная вытяжная вентиляция намного эффективнее общеобменной, так как удаляет воздух у мест образования вредностей с более высокой их концентрацией, не дает вредностям свободно распространяться по всему помещению.

По способу перемещения воздуха все вентиляционные системы бывают либо естественные, либо механические.

В системах естественной вентиляции движение воздуха происходит вследствие разности плотностей внутреннего и наружного воздуха.

В системах механической вентиляции воздух перемещается вентилятором, приводимым в действие электродвигателем. Механические системы применяются значительно чаще, чем естественные, так как радиус действия механических систем намного больше, а сечения воздуховодов меньше, чем в естественных системах вентиляции той же пропускной способности, за счет более высокой скорости движения воздуха. Так, в воздуховодах естественных систем вентиляции скорость движения воздуха от 0,5 до 1,5 м/с, а в воздуховодах механических систем от 4 до 13 м/с.

При работе вентиляции любого вида в помещении происходит смена воздуха. Отношение количества поданного в помещение в течение 1 ч свежего воздуха или удаленного загрязненного воздуха к внутреннему вентилируемому объему помещения называется кратностью воздухообмена.

Помимо организованного воздухообмена, осуществляемого вентиляционными системами, воздух может проникать в помещения через неплотности окон, стен, дверей, ворот вследствие гравитационного давления и за счет ветрового напора. Таким же образом воздух может удаляться из помещения. Такой нерегулируемый воздухообмен называется неорганизованным.

Если в помещении нет вредных выделений, то приточные системы вентиляции выполняют таким образом, что часть воздуха они забирают снаружи, а часть из помещения. Такое вторичное использование воздуха из помещения для приточных систем называется рециркуляцией; оно позволяет экономить теплоту зимой.

2.3. Устройство вентиляционных систем

Системы естественной вентиляции отличаются бесшумностью работы, отсутствием каких-либо механизмов, простотой обслуживания. Действие естественной вентиляции обусловлено гравитационным давлением, возникающим вследствие разности плотностей наружного и внутреннего воздуха. Плотность воздуха в большой степени зависит от температуры. Так, при температуре 0 ºС и обычном барометрическом давлении плотность воздуха - 1,29 кг/м³, при температуре 16 ºС – 1,22 кг/м³, а при 100 ºС – всего 0,95 кг/м³. В промышленных цехах воздух, как правило, имеет более высокую температуру, чем наружный воздух и, следовательно, меньшую плотность. При наличии открытых проемов в наружных ограждениях или вытяжных вентиляционных труб и шахт внутренний, менее плотный воздух будет вытесняться наружным. Чем больше разность плотностей и чем больше расстояние между центром входного (нижнего) проема или низом шахты и центром вытяжного (верхнего) либо устьем шахты, тем выше гравитационное давление и интенсивнее действие естественной вентиляции (рис. 2.1).

Естественная вентиляция может быть бесканальной, если воздух проходит только через открытые проемы в наружных ограждениях (рис. 2.1, а), или канальной, когда воздух перемещается по каналам, воздуховодам и шахтам (рис. 2.1, б).

Рис. 2.1. Схемы систем естественной вентиляции, работающих

под действием гравитационного давления:

а) и б) – перемещение воздуха через проемы в наружных ограждениях

и через проемы и вытяжную шахту

Работа естественной вентиляции в значительной степени зависит от действия ветра. Ветер, набегая на здание, создает на наветренной стороне зону избыточного давления, а на заветренной – зону отрицательного давления. Это явление используется для усиления воздухообмена.

Управляемый естественный воздухообмен в промышленных зданиях называется аэрацией. Такие здания обычно оборудуются фонарями со створками, открываемыми вручную или специальными механизмами. Такими же открывающимися створками снабжены проемы в наружных стенах. Открывая их частично или полностью, можно регулировать воздухообмен.

Преимуществом аэрации является то, что воздухообмен создается без помощи вентиляторов и не требуется расхода электроэнергии. Однако аэрация обеспечивает только общеобменную вентиляцию и не предусматривает очистку приточного и вытяжного воздуха.

Системы механической вентиляции получили наибольшее распространение, так как не подвержены влиянию внешних метеорологических условий, легко поддаются регулированию и имеют значительный радиус действия.

Приточные системы механической вентиляции подают очищенный с заданной температурой и в некоторых случаях и влажностью воздух в рабочую зону помещения для обеспечения требуемых санитарно-гигиенических условий пребывания людей и работы технологического оборудования. Вытяжные системы механической вентиляции удаляют загрязненный воздух, очищая его в случае необходимости перед выбросом в атмосферу.

Системы механической вентиляции могут быть включены и остановлены в любое время, их работа легко поддается контролю и управлению, что способствует их широкому распространению. Приточные системы вентиляции состоят из следующих основных элементов (рис. 2.2): воздухозаборного устройства 1, приточной камеры, а также сети воздуховодов и воздухораспределителей 7. Между воздухозаборным устройством 1 и фильтром приточной камеры 5 устанавливают утепленный клапан с ручным или электрическим приводом 3. При неработающем вентиляторе клапан должен быть закрыт для защиты оборудования приточной камеры от попадания холодного наружного воздуха, который может заморозить воду в трубах воздухонагревателей и вывести их из строя.