Обогрев промышленных зданий. Отопление производственных помещений
Обогрев производственных зданий имеет свои особенности и требует особого подхода к вопросу, причем индивидуального в каждом конкретном случае. Источниками тепла при различных способах обогрева чаще всего служат промышленные котлы, работающие на разных энергоносителях. Цель данной статьи – рассмотреть существующие системы отопления производственных помещений, требования к ним и виды котельных установок для производства тепловой энергии.
Промышленные системы отопления
Чтобы организовать обогрев промышленных помещений, надо учитывать кардинальные отличия производственных зданий от жилых и административных. Они заключаются в следующем:
- большие габариты и высота потолков;
- низкая степень утепления;
- наличие множества сквозняков или постоянно открывающихся проемов ворот;
- наличие технологического оборудования, выделяющего тепло;
- выбросы в пространство цехов вредных веществ, которые надо удалять;
- стоимость энергоносителей для промышленности, как правило, выше, чем для населения.
Кроме перечисленных особенностей, промышленные системы отопления при обогреве зданий должны обеспечивать оптимальные температуры на рабочих местах либо поддерживать микроклимат, требуемый для хранения той или иной продукции.
Примечание. Значения температур на рабочих местах прописаны в нормативной документации, в разных странах постсоветского пространства эти данные могут отличаться. Что касается условий хранения продукции или оборудования, то все их перечислить невозможно, здесь требуется индивидуальный подход.
В настоящее время для создания тех или иных условий в помещениях используются такие системы отопления промышленных зданий:
- водяная;
- воздушная;
- инфракрасный обогрев.
Традиционные одно – и двухтрубные системы, где в качестве теплоносителя применяется вода, успешно функционируют в зданиях небольшой и средней площади с высотой потолков до 5 м. Хотя следует отметить, что однотрубные схемы внедряются нечасто, поскольку большая протяженность сетей и большое количество батарей делают водяное промышленное отопление неэффективным. Обычно роль отопительных приборов играют стальные регистры из гладких труб либо конвекторы.
В зданиях, чьи потолки находятся на высоте 5 м и более, водяной обогрев регистрами становится нецелесообразным. Теплый воздух, нагреваемый батареями, поднимается в верхнюю зону цеха, оставляя нижнюю часть, где работают люди, холодной. На металлургических и химических предприятиях водяное отопление промышленных помещений также не будет эффективным, даже невзирая на малую высоту корпусов.
Причина – большое количество вредностей, выделяющихся во время технологических процессов. Их удаляют с помощью приточно-вытяжной вентиляции, из-за чего воздух в цеху обновляется 4-10 раз в час, быстро прогреть его радиаторами невозможно. На практике 2 системы объединяются в одну и организовывается воздушное отопление зданий. Причем весь объем помещения не прогревается, воздух нормированной температуры подается сверху вниз в зону, где находятся и работают люди.
Примечание. Чтобы избежать выхолаживания цеха через открывающиеся ворота, около них устанавливаются воздушные завесы.
Крупные промышленные предприятия, например, трубные или металлургические цеха протяженностью 500 м и более, судостроительные верфи и ангары с высотой 60 м, не могут обогреваться полностью по причине экономической нецелесообразности. В таких гигантских корпусах принято осуществлять местное отопление с помощью переносных или стационарных тепловентиляторов. Кроме того, с недавних пор в производственных цехах стали внедрять инфракрасный электрический обогрев. Настенные или подвесные приборы нагревают не воздух, а расположенные в радиусе их действия предметы и поверхности.
Виды промышленных котлов
Чтобы нагреть промышленные радиаторы отопления или подать горячую воду в теплообменники для подогрева воздуха, на предприятиях устанавливаются теплогенераторы средней и большой мощности. Чаще всего на предприятиях используются такие виды агрегатов:
- газовые водогрейные;
- газовые паровые;
- твердотопливные водогрейные;
- дизельные.
Примечание. Дизельные теплогенераторы встречаются на заводах крайне редко ввиду значительной стоимости топлива.
Самые распространенные среди всех – это газовые промышленные котлы, греющие воду. Они полностью автоматизированы, имеют несколько ступеней безопасности и обладают самым высоким КПД – более 90%. Для повышения эффективности эти агрегаты снабжаются водяными экономайзерами, отбирающими теплоту дымовых газов и повышающими КПД установки еще на 3-5%. Количество персонала для обслуживания газовых котлов требуется минимальное, как и периодичность обслуживания.
Газовые паровые котлы не устанавливают специально для отопления, их задача – производить пар заданных параметров на технологические нужды. Но если уж такой агрегат есть в наличии, то он параллельно обеспечивает цех теплом. Для этого пар пропускают через пластинчатый или кожухотрубный теплообменник, где от него нагревается вода, подаваемая в систему отопления. Котел для производства пара сложнее водогрейного, к нему предъявляются самые высокие требования.
В последние годы все большую популярность приобретают твердотопливные промышленные котлы. Невзирая на относительно низкий КПД (зависит от типа агрегата), эти установки пользуются спросом на предприятиях деревообработки, сельского хозяйства и других, связанных с наличием недорогой древесины или угля. Теплогенераторы не столь удобны в эксплуатации, как газовые, и нуждаются в постоянном надзоре со стороны обслуживающего персонала. В настоящий момент для обогрева производственных помещений используются такие промышленные котлы на твердом топливе:
- сжигающие древесину и уголь с ручной загрузкой;
- угольные с автоматической подачей топлива;
- пеллетные.
Для зданий небольшой и средней площади можно применять агрегаты с ручной загрузкой. Там, где нет возможности или желания содержать лишний персонал, принято ставить промышленные водогрейные котлы с автоматической подачей угля, пеллет или щепы. Хотя перечисленные теплогенераторы все равно необходимо чистить от золы не реже 1 раза в неделю.
Для справки. Зачастую котлы большой мощности, работающие на твердом топливе, загружаются с помощью трактора или вилочного погрузчика.
Заключение
По стоимости монтажа дешевле всего обойдется инфракрасный обогрев, так как для него не нужен котел. Но эксплуатация подобного отопления имеет свои нюансы, да и цена электроэнергии немаленькая. Вторая по стоимости – водяная система, для которой нужен котел и мощные циркуляционные насосы для отопления. Самый дорогой монтаж – у воздушной схемы, в ней помимо перечисленного оборудования еще используется приточно-вытяжная вентиляционная установка.
В условиях холодного времени года автономное отопление производственного помещения обеспечивает сотрудникам предприятия комфортные условия для работы. Нормализация температурного режима благотворно влияет также на сохранность зданий, станков и оборудования. Отопительные системы при единстве стоящей перед ними задачи имеют технологические различия. В одних используют водогрейные котлы для отопления производственных помещений, а в других применяют компактные обогреватели. Рассмотрим специфику производственного отопления и эффективность применения различных систем.
Требования к отоплению производственных помещений
При низких температурах отопление производственных помещений, как требует охрана труда, должно осуществляться в тех случаях, когда время пребывания там работников превышает 2 часа. Исключение составляют лишь помещения, в которых постоянное пребывание людей необязательно (например, редко посещаемые склады). Также не отапливают сооружения, нахождение внутри которых приравнивается к проведению работ вне зданий. Однако и здесь следует предусмотреть наличие специальных устройств для обогревания работающих.
Охрана труда предъявляет к отоплению производственных помещений ряд санитарно-гигиенических требований:
- прогрев воздуха внутри помещений до комфортной температуры;
- возможность регулировать температуру за счет количества выделяемой теплоты;
- недопустимость загрязнения воздуха вредными газами и неприятными запахами (особенно для печного отопления производственных помещений);
- желательность совмещения отопительного процесса с вентиляцией;
- обеспечение пожарной и взрывобезопасности;
- надежность отопительной системы при эксплуатации и удобство в ремонте.
В нерабочее время температура в отапливаемых помещениях может быть снижена, но не ниже +5 °С. При этом производственное отопление должно обладать достаточной мощностью, чтобы к началу рабочей смены успеть восстановить нормальный температурный режим.
Расчет автономного отопления производственного помещения
При расчете автономного отопления производственного помещения исходят из общего правила, что в цехе, гараже или складе должна поддерживаться постоянная, без сильных перепадов температура. Ради этого сооружают центральную котельную, а в рабочей зоне устанавливают радиаторы отопления для производственных помещений. Однако на некоторых предприятиях возникает надобность в создании отдельных зон с неодинаковой температурой воздуха. Для первого из этих случаев делается расчет по использованию центральной отопительной системы, а для второго - по применению локальных обогревателей.
На практике расчет системы отопления производственного помещения должен опираться на следующие критерии:
- площадь и высота отапливаемого здания;
- потери теплоты через стены и кровлю, окна и двери;
- потери теплоты в системе вентиляции;
- расход теплоты на технологические нужды;
- тепловая мощность отопительных агрегатов;
- рациональность использования того или иного вида топлива;
- условия прокладки трубопроводов и воздуховодов.
Исходя из этого определяется потребность в теплоэнергии для поддержания оптимальной температуры. Более точному расчету отопительных систем для производственных помещений способствует использование специальных расчетных таблиц. При отсутствии данных о теплотехнических свойствах здания, расход теплоты приходится определять приближенно по удельным характеристикам.
Делая выбор среди различных видов производственных систем отопления, следует учитывать специфику производства, теплотехнические расчеты, стоимость и доступность топлива, - и на этом строить технико-экономические обоснования. Наиболее полно соответствуют автономному отоплению современных производственных помещений системы инфракрасного, водяного, воздушного и электрического типов.
Инфракрасное отопление производственных помещений
Для создания необходимого теплового комфорта на рабочих местах часто используют инфракрасное отопление производственных помещений. Инфракрасные (ИК) тепловые излучатели местного действия устанавливают преимущественно в цехах и на складах площадью до 500 м² и с высокими потолками. В каждом из таких устройств конструктивно объединены генератор теплоты, нагреватель и теплоотдающая поверхность.
Преимущества инфракрасного отопления производственных помещений:
- происходит только обогрев пола, стен, цехового оборудования и непосредственно людей, работающих в помещении;
- воздух не нагревается, а значит, снижается расход тепловой энергии;
- пыль в воздух не поднимается, что особенно важно для предприятий электронной, пищевой промышленности и точного машиностроения;
- затраты на проектирование и монтаж отопления сводятся к минимуму;
- инфракрасные обогревательные приборы не отнимают полезную площадь.
ИК-обогреватели подразделяются на стационарные и переносные, а в зависимости от места установки, на потолочные, настенные и напольные. При необходимости воздействия на отдельные рабочие места, применяют направленное ИК-излучение при помощи небольших настенных обогревателей. Но если смонтировать пленочное инфракрасное отопление на потолке производственного помещения, тогда обогрев будет равномерным по всей площади. Нередко устраивают также теплые полы на основе панелей со встроенными ИК-обогревателями, но при такой системе увеличивается расход электроэнергии.
На предприятиях также находит применение инфракрасное газовое отопление производственных помещений. В таких отопительных приборах топливом служит природный газ, более дешевый по сравнению с электричеством. Основным преимуществом газовых ИК-излучателей считается их экономичность.
Излучатели для систем инфракрасного газового отопления производственных помещений выпускаются нескольких видов:
- высокоинтенсивные (светлые) с температурой теплоотдачи 800–1200 °С;
- низкоинтенсивные (темные) с температурой 100–550 °С;
- низкотемпературные с температурой 25–50°С).
Ограничением в использовании промышленных ИК-обогревателей является требование не размещать их в помещениях с высотой потолков ниже 4 м.
Водяное отопление производственных помещений
Если на предприятии будет использоваться водяная отопительная система, для ее устройства нужно построить специальную котельную, проложить систему трубопроводов и установить радиаторы отопления в производственных помещениях. Кроме основных элементов, в состав системы входят также и средства обеспечения работоспособности, такие как запорная арматура, манометры и др. Для обслуживания системы водяного отопления производственных помещений необходимо постоянно содержать специальный персонал.
По принципу своего устройства водяное отопление производственных помещений бывает:
- однотрубное - регулирование температуры воды здесь невозможно, поскольку все отопительные радиаторы для производственных помещений установлены последовательно;
- двухтрубное - регулирование температуры допустимо и осуществляется с помощью термостатов на радиаторах, установленных параллельно.
Генераторами тепла для водяной отопительной системы служат нагревательные котлы. По типу потребляемого топлива они бывают: газовые, жидкотопливные, твердотопливные, электрические, комбинированные. Для отопления небольших производственных помещений используют печи с водяным контуром.
Выбирать тип котла нужно исходя из потребностей и возможностей конкретного предприятия. Например, возможность подключиться к газовой магистрали будет стимулом для приобретения газового котла. В отсутствии природного газа отдают предпочтение дизельному или усовершенствованному твердотопливному агрегату. Электрические котлы отопления для производственных помещений применяют довольно часто, но лишь в небольших зданиях.
В разгар отопительного сезона могут случаться сбои или аварии в системах газо- и электроснабжения, поэтому целесообразно иметь на предприятии альтернативный отопительный агрегат.
Комбинированные котлы для отопления производственных помещений стоят гораздо дороже, но зато они бывают оборудованы несколькими видами горелок: г азово-дровяными, газово-дизельными, и даже газ-дизель-электричество.
Воздушное отопление производственных помещений
Система воздушного отопления на каждом конкретном промышленном предприятии может использоваться как основная, или как вспомогательная. В любом случае установка в цехе воздушного отопления обходится дешевле водяного, поскольку не нужно устанавливать дорогостоящие котлы для отопления производственных помещений, прокладывать трубопроводы и монтировать радиаторы.
Преимущества системы воздушного отопления производственного помещения:
- экономия площади рабочей зоны;
- энергоэффективный расход ресурсов;
- одновременный обогрев и очистка воздуха;
- равномерность обогрева помещения;
- безопасность для самочувствия работников;
- отсутствие риска протечек и замерзания системы.
Воздушное отопление производственного помещения может быть:
- центральным - с единым нагревательным агрегатом и разветвленной сетью воздуховодов, по которым нагретый воздух разносится по территории цеха;
- местным - воздухонагреватели (воздушно-отопительные агрегаты, тепловые пушки, воздушно-тепловые завесы) располагаются непосредственно в помещении.
В системе централизованного воздушного отопления для сокращения затрат энергии применяют рекуператор, который частично использует теплоту внутреннего воздуха для подогрева свежего воздуха, поступающего извне. Местные системы не осуществляют рекуперацию, они только согревают внутренний воздух, но не обеспечивают приток наружного. Настенно-потолочные воздухонагревательные агрегаты могут быть использованы для обогрева отдельных рабочих мест, а также для сушки каких-либо материалов и поверхностей.
Отдавая предпочтение воздушному отоплению производственных помещений, руководители предприятий добиваются экономии за счет существенного снижения капитальных затрат.
Электрическое отопление производственных помещений
Останавливая свой выбор на электрическом способе отопления, следует рассматривать два варианта обогрева цеховых или складских помещений:
- с помощью электрических котлов отопления для производственных помещений;
- с использованием переносных электронагревательных приборов.
В отдельных случаях бывает целесообразно устанавливать небольшие электрические печи для отопления производственных помещений с небольшой площадью и высотой потолков.
Электрические котлы обладают КПД до 99%, их работа полностью автоматизирована благодаря наличию программируемого управления. Кроме выполнения отопительной функции, котел может служить источником горячего водоснабжения. Обеспечивается абсолютная чистота воздуха, поскольку нет выброса продуктов сгорания. Однако многочисленные преимущества электрических котлов перечеркиваются слишком высокой стоимостью потребляемой ими электроэнергии.
Электрические конвекторы могут успешно конкурировать с электрическими котлами в сфере отопления производственных помещений. Существуют электрические конвекторы с естественной конвекцией, а также и с принудительной подачей воздуха. Принцип работы этих компактных приборов заключается в способности обогревать помещения способом теплообмена. Воздух проходит через нагревательные элементы, его температура повышается, и далее он совершает обычный цикл циркуляции внутри помещения.
Минусы электрических конвекторов: чрезмерно высушивают воздух, не рекомендуются для обогрева помещений с высокими потолками.
Отопительные излучающие панели за сравнительно короткий срок сумели продемонстрировать свои отличные энергоберегающие характеристики. Внешне они имеют сходство с конвекторами, но их отличие проявляется в особом устройстве нагревательного элемента. Преимуществом электрических излучающих панелей считается их свойство воздействовать на находящиеся в помещении предметы, не нагревая понапрасну воздух. Поддерживать заданную температуру помогают автоматические терморегуляторы.
Какую бы из систем отопления производственного помещения ни решил установить у себя владелец фирмы, основной его задачей должна оставаться забота о сохранении здоровья и работоспособности всего персонала компании.
Или отправьте быструю заявку
В условиях холодного времени года автономное отопление производственного помещения обеспечивает сотрудникам предприятия комфортные условия для работы. Нормализация температурного режима благотворно влияет также на сохранность зданий, станков и оборудования. Отопительные системы при единстве стоящей перед ними задачи имеют технологические различия. В одних используют водогрейные котлы для отопления производственных помещений, а в других применяют компактные обогреватели. Рассмотрим специфику производственного отопления и эффективность применения различных систем.
Требования к отоплению производственных помещений
При низких температурах отопление производственных помещений, как требует охрана труда, должно осуществляться в тех случаях, когда время пребывания там работников превышает 2 часа. Исключение составляют лишь помещения, в которых постоянное пребывание людей необязательно (например, редко посещаемые склады). Также не отапливают сооружения, нахождение внутри которых приравнивается к проведению работ вне зданий. Однако и здесь следует предусмотреть наличие специальных устройств для обогревания работающих.
Охрана труда предъявляет к отоплению производственных помещений ряд санитарно-гигиенических требований:
- прогрев воздуха внутри помещений до комфортной температуры;
- возможность регулировать температуру за счет количества выделяемой теплоты;
- недопустимость загрязнения воздуха вредными газами и неприятными запахами (особенно для печного отопления производственных помещений);
- желательность совмещения отопительного процесса с вентиляцией;
- обеспечение пожарной и взрывобезопасности;
- надежность отопительной системы при эксплуатации и удобство в ремонте.
Расчет отопления
Чтобы провести теплотехнический расчет, перед тем как спланировать любое промышленное отопление, нужно воспользоваться стандартным методом.
Qт (кВт/час) =V*∆T *K/860
Коэффициент теплопотерь, который включен в расчет системы отопления для производственных помещений, меняется с учетом типа строения и уровня его теплоизоляции. Чем меньше теплоизоляция, тем выше значение коэффициента.
Паровое отопление промышленных зданий
Обогрев производственного помещения с помощью пара позволяет поддерживать высокую температуру среды (до 100 градусов). При организации отопительного процесса не надо учитывать количество этажей. Довести температуру до необходимого значения можно в короткие сроки. Это касается как обогрева, так и охлаждения. Все оборудование, включая коммуникации, не занимает много места.
Паровой способ отопления оптимален, если производственное помещение требуется нагревать или снижать температуру периодически. Метод эффективнее, чем водяной.
Выделяют следующие недостатки:
- возникает сильный шум при эксплуатации;
- сложно регулировать расход пара;
- паровой способ не рекомендуется использовать в помещениях с аэрозолями, горючими газами, сильной пылью.
Водяное отопление промышленных объектов
Водяной обогрев уместен, если вблизи есть собственная котельная либо функционирует центральное водоснабжение. Основным компонентом в данном случае будет промышленный котел отопления, который может работать на газу, электричестве или твердом топливе.
Вода будет подаваться под высоким давлением и температурой. Обычно с ее помощью нельзя качественно обогреть крупные цеха, поэтому способ называют «дежурным». Но выявляют ряд достоинств:
- воздух спокойно циркулирует по помещению;
- тепло распространяется равномерно;
- человек может активно работать в условиях с водяным отоплением, оно абсолютно безопасно.
Нагретый воздух поступает в помещение, где смешивается с окружающей средой и температура уравновешивается. Иногда требуется снизить затраты энергии. Для этого с помощью фильтров воздух очищается и вновь используется для отопления промышленных зданий.
Воздушное отопление
Большинство предприятий во времена существования Советского Союза использовали конвекционную систему отопления производственных зданий. Трудность применения такого способа заключается в том, что теплый воздух, согласно законам физики, поднимается вверх, тогда как часть помещения, расположенная у пола, остается менее прогретой.
Сегодня более рациональный обогрев обеспечивает система воздушного отопленияпроизводственных помещений.
Принцип действия
Горячий воздух, который предварительно нагревается в теплогенераторе посредством воздуховодов, передается в отапливаемую часть здания. Для распределения тепловой энергии по всему пространству применяются распределительные головки. В некоторых случаях устанавливают вентиляторы, заменой которым может выступать портативное оборудование, в том числе и тепловая пушка.
Преимущества
Стоит отметить, что подобное отопление можно совмещать с различными приточными системами вентиляции и кондиционирования. Именно это и позволяет обогревать огромные комплексы, чего раньше достичь никак не удавалось.
Такой способ широко применяется в обогреве складских комплексов, а также крытых сооружений спортивного назначения. К тому же подобный метод в большинстве случаев является единственно возможным, поскольку он обладает высочайшим уровнем пожарной безопасности.
Недостатки
Естественно, без некоторых отрицательных свойств не обошлось. К примеру, установка воздушного обогрева обойдется в копеечку владельцам предприятия.
Мало того, что вентиляторы, необходимые для нормального функционирования, стоят достаточно много, так они еще и потребляют огромные объемы электроэнергии, поскольку их производительность достигает порядка нескольких тысяч кубических метров в час.
Инфракрасное отопление
Далеко не каждая компания готова тратить огромные деньги на воздушную отопительную систему, поэтому многие предпочитают использовать другой метод. С каждым днем все большую популярность приобретает инфракрасное промышленное отопление.
Принцип работы
Инфракрасная горелка функционирует по принципу беспламенного сгорания воздуха, располагающегося на пористой части поверхности керамики. Керамическая поверхность отличается тем, что способна излучать целый спектр волн, которые концентрируются в области инфракрасного излучения.
Особенностью этих волн является их высокая степень проходимости, то есть они свободно могут проходить сквозь потоки воздуха, чтобы передать свою энергию в определенное место. Поток инфракрасного излучения направляется в заранее заданную область посредством различных отражателей.
Поэтому подогрев производственных помещений с использованием подобной горелки позволяет обеспечивать максимальный комфорт. К тому же такой способ отопления дает возможность обогревать как отдельные рабочие зоны, так и целые здания.
Основные преимущества
На данный момент именно применение инфракрасных обогревателей считается самым современным и прогрессивным методом отопления промышленных зданий благодаря следующим положительным характеристикам:
- быстрый прогрев помещения;
- низкая энергоемкость;
- высокий КПД;
- компактность оборудования и легкий монтаж.
Выполнив правильный расчет, можно установить мощную, экономную и независимую отопительную систему предприятия, не нуждающуюся в постоянном техническом обслуживании.
Сфера применения
Стоит отметить, что такое оборудование используется, помимо всего прочего, для нагрева птичников, теплиц, террас кафе, зрительных, торговых и спортивных залов, а также различных битумных покрытий в технологических целях.
Весь эффект от эксплуатации инфракрасной горелки можно почувствовать в тех помещениях, которые отличаются большими объемами холодного воздуха. Компактность и мобильность подобного оборудования дает возможность поддерживать температуру на определенном уровне в зависимости от технологической необходимости и времени суток.
Безопасность
Многих волнует вопрос безопасности, поскольку слово «излучение» у них ассоциируется с радиацией и вредным влиянием на здоровье человека. На самом деле, эксплуатация инфракрасных обогревателей является полностью безопасной как для человека, так и для расположенного в помещении оборудования.
Нормы СНиП для отопления производственных помещений
Прежде чем приступить к проектированию той или иной системы, задуматься о том, какой выбрать промышленный котел отопления, надо изучить следующие правила и выполнить их. Обязательно стоит учитывать потери тепла, ведь нагревается не только воздух в помещении, но и оборудование, предметы. Максимальная температура теплоносителя (воды, пара) - 90 градусов, а давление — 1 МПа.
2.3. Отопление производственных помещений. (Местное, центральное; удельные характеристики отопления)
Отопление предназначено для поддержания нормируемой температуры воздуха в производственных помещениях в холодное время года. Кроме того, оно способствует лучшей сохранности зданий и оборудования, так как одновременно позволяет регулировать и влажность воздуха. С этой целью сооружают различные системы отопления.
В холодный и переходный периоды года следует отапливать все здания и сооружения, в которых время пребывания людей превышает 2 ч, а также помещения, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям.
К системам отопления предъявляют следующие санитарно-гигиенические требования: равномерный прогрев воздуха помещений; возможность регулирования количества выделяемой теплоты и совмещения процессов отопления и вентиляции; отсутствие загрязнения воздуха помещений вредными выделениями и неприятными запахами; пожаро- и взрывобезопасность; удобство в эксплуатации и ремонте.
Отопление производственных помещений по радиусу действия бывает местное и центральное.
Местное отопление устраивают в одном или нескольких смежных помещениях площадью менее 500 м 2 . В системах такого отопления генератор теплоты, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве. Воздух в этих системах чаще всего нагревается за счет использования теплоты сгорающего в печах топлива (дров, угля, торфа и т.д.). Значительно реже в качестве своеобразных отопительных приборов применяются полы или стеновые панели со встроенными электронагревательными элементами, а иногда – электрорадиаторы. Существуют также воздушные (основной элемент – калорифер) и газовые (при сжигании газа в отопительных приборах) системы местного отопления.
Центральное отопление по виду используемого теплоносителя может быть водяное, паровое, воздушное и комбинированное. Системы центрального отопления включают в себя генератор теплоты, нагревательные приборы, средства передачи теплоносителя (трубопроводы) и средства обеспечения работоспособности (запорная арматура, предохранительные клапаны, манометры и пр.). Как правило, в таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений.
Системы отопления должны компенсировать теплопотери через строительные ограждения, расход теплоты на нагрев нагнетаемого холодного воздуха, поступающих извне сырья, машин, оборудования и на технологические нужды.
При отсутствии точных данных о строительном материале, ограждениях, толщине слоев материалов ограждающих конструкций и вследствие этого невозможности определения термического сопротивления стен, потолков, полов, окон и прочих элементов расход теплоты приближенно определяют с помощью удельных характеристик.
Расход теплоты через наружные ограждения зданий, кВт
где
-
удельная отопительная характеристика
здания, представляющая собой поток
теплоты, теряемой 1 м 3
объема здания по наружному обмеру в
единицу времени при разности температур
внутреннего и наружного воздуха в 1 К,
Вт/(м 3
∙К): в зависимости от объема и назначения
здания
=0,105…0,7
Вт/(м 3
∙К); V Н -
объем здания без подвальной части по
наружному обмеру, м 3 ;
T В -
средняя расчетная температура внутреннего
воздуха основных помещений здания, К;
T Н
– расчетная зимняя температура наружного
воздуха для проектирования систем
отопления, К: для Волгограда 248 К, Кирова
242 К, Москвы 247 К, Санкт-Петербурга 249 К,
Ульяновска 244 К, Челябинска 241К.
Расход теплоты на вентиляцию производственных зданий, кВт
где
-
удельная вентиляционная характеристика,
т.е. расход теплоты на вентиляцию 1 м 3
здания при разности внутренней и наружной
температур в 1 К, Вт/(м 3
∙К): в зависимости от объема и назначения
здания
=0,17…1,396
Вт/(м 3
∙К);
-
расчетное значение температуры наружного
воздуха для проектирования систем
вентиляции, К: для Волгограда 259 К, Вятки
254 К, Москвы 258 К, Санкт-Петербурга 261 К,
Ульяновска 255 К, Челябинска 252 К.
Количество теплоты, поглощаемое ввозимыми в помещения материалами, машинами и оборудованием, кВт
,
где
-массовая
теплоемкость материалов или оборудования,
кДж/(кг∙К): для воды 4,19, зерна 2,1…2,5,
железа 0,48, кирпича 0,92, соломы 2,3;
-масса
ввозимых в помещение сырья или
оборудования, кг;
-температура
ввозимых в помещение материалов, сырья
или оборудования, К: для металлов
=
,
для несыпучих материалов
=
+10,
сыпучих материалов
=
+20;
-время
нагрева материалов, машин или оборудования
до температуры помещения, ч.
Количество теплоты, потребляемой на технологические нужды, кВт, определяют через расход горячей воды или пара
,
где
-расход
на технологические нужды воды или пара,
кг/ч: для ремонтных мастерских 100…120, на
одну корову 0,625, на теленка 0,083 и т.д.;
-теплосодержание
воды или пара на выходе из котла, кДж/кг;
-коэффициент
возврата конденсата или горячей воды,
изменяющийся в пределах 0…0,7: в расчетах
обычно принимают
=0,7;
-теплосодержание
возвращаемых в котел конденсата или
воды, кДж/кг: в расчетах можно принять
равным 270…295 кДж/кг.
Тепловая мощность котельной установки P к с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной и потерь в теплосетях принимается на 10…15% больше суммарного расхода теплоты
По полученному значению P к подбираем тип и марку котла. Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты с одинаковой тепловой мощностью. Число стальных агрегатов должно быть не менее двух и не более четырех, чугунных – не более шести. Следует учитывать, что при выходе из строя одного котла оставшиеся должны обеспечить не менее 75-80% расчетной тепловой мощности котельной установки.
Для непосредственного обогрева помещений применяют нагревательные приборы различных видов и конструкций: радиаторы, чугунные ребристые трубы, конвекторы и пр.
Общую площадь поверхности нагревательных приборов, м 2 , определяют по формуле
,
где
-
коэффициент теплоотдачи стенок
нагревательных приборов, Вт/(м 2
∙К): для чугуна 7,4, для стали 8,3;
-температура
воды или пара на входе в нагревательный
прибор, К; для водных радиаторов низкого
давления 338…348, высокого давления
393…398; для паровых радиаторов 383…388;
-температура
воды на выходе из нагревательного
прибора, К: для водяных радиаторов
низкого давления 338…348, для паровых и
водяных радиаторов высокого давления
368.
По известному значению F находят требуемое число секций нагревательных приборов
,
где
-площадь
одной секции нагревательного прибора,
м 2 ,
зависящая от его типа: 0,254 у радиаторов
М-140; 0,299 у М-140-АО; 0,64 у М3-500-1; 0,73 у конвектора
плинтусного типа 15КП-1; 1 у чугунной
ребристой трубы диаметром 500 мм.
Бесперебойная работа котлов возможна только при достаточном запасе топлива для них. Кроме того, зная требуемое количество альтернативных топливных материалов, можно с помощью экономических показателей определить оптимальный вид топлива.
Потребность в топливе, кг, на отопительный период года ориентировочно можно рассчитать по формуле
,
где
=1,1…1,2-
коэффициент запаса на неучтенные потери
теплоты;
-годовой
расход условного топлива на повышение
температуры 1 м 3
воздуха отапливаемого здания на 1 К,
кг/(м 3 ∙К):
0,32 для здания с
м 3 ;
0,245 при
; 0,215 прии 0,2 при
>10000
м 3 .
Условным принято считать топливо, теплота сгорания 1 кг которого равна 29,3 МДж, или 7000 ккал. Для перевода условного топлива в натуральное применяют поправочные коэффициенты: для антрацита 0,97, бурого угля 2,33, дров среднего качества 5,32, мазута 0,7, торфа 2,6.
Под вентиляцией понимают систему мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения рабочих и обслуживаемых зон помещений, создания метеорологических условий и чистоты воздушной среды, соответствующим гигиеническим и техническим требованиям. Вентиляция, уменьшающая содержание в производственных помещениях различных вредных выделений, способствует не только обеспечению безопасных (в первую очередь, с точки зрения взрывоопасности) и здоровых условий труда, но и во многих случаях увеличению долговечности строительных конструкций, сохранению внутренней отделки помещений, а также созданию условий для оптимального ведения технологических процессов.
Системы вентиляции классифицируют по способу перемещения воздуха, направлению потока воздуха, зоне действия и времени работы. По способу перемещения воздуха вентиляция бывает двух видов: естественная и механическая. Различие заключается в способе осуществления воздухообмена помещений.
Естественная вентиляция осуществляется за счет разности температур воздуха в помещении и вне его (тепловой напор) или воздействия ветра (ветровой напор).
При механической вентиляции перемещение воздуха осуществляется с помощью вентиляторов. Она может быть приточной и вытяжной, и та и другая – общеобменной местной или комбинированной. Действующая в помещении одновременно естественная и механическая вентиляция называется совмещенной.
Естественная вентиляция может быть организованная и неорганизованная. Неорганизованный и неуправляемый приток воздуха, происходящий через неплотности и щели строительных конструкций, называется инфильтрацией, а внутреннего воздуха наружу – эксфильтрацией. Организованная и управляемая естественная вентиляция называется аэрацией . На пищевых предприятиях она применяется в помещениях, имеющих значительные выделения теплоты, и осуществляется с помощью аэрационных фонарей, специальных вентиляционных каналов, фрамуг и окон.
Для использования ветрового напора, а также удаления небольших объемов воздуха используют дефлекторы (дефлекторная вентиляция), специальные насадки, устанавливаемые в верхней части вентиляционных каналов. С их помощью усиливают тягу. Подачу приточного воздуха при естественной вентиляции (СП 2.2.1.1312-03) необходимо предусматривать в теплый период года на уровне не более 1,8 м и в холодный период года – не ниже 4 м от пола до низа вентиляционных проемов. При подаче неподогретого воздуха в холодный период года на более низких отметках необходимо предусматривать мероприятия, предотвращающие непосредственное воздействие холодного воздуха на работающих. Открывающиеся устройства в зданиях с системами аэрации должны обеспечивать возможность направления поступающего воздуха вверх в холодный период года и вниз – в теплый период года.
Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха перемещаются в производственном помещении без использования механических средств, что делает ее значительно дешевле механических систем вентиляции. Недостатки аэрации – изменение воздухообмена в зависимости от температуры воздуха в промышленных зданиях и метеорологических параметров наружного воздуха, невозможности очистки наружного воздуха, сложность регулирования параметров воздуха в помещении, в частности относительной влажности, которая должна поддерживаться на определенном уровне. Для компенсации отдельных недостатков используют сочетание естественной и механической вентиляции (совмещенная вентиляция) в различных вариантах.
В зависимости от того, для чего предназначена механическая система вентиляции, она подразделяется на приточную (для подачи воздуха в рабочую зону), вытяжную (для удаления загрязненного воздуха) и приточно-вытяжную с рециркуляцией или без рециркуляции воздуха. Преимущество механической вентиляции состоит в том, что перемещаемый вентилятором воздух можно нагревать, охлаждать, увлажнять и очищать от вредных газов и пыли.
Установки механической приточной вентиляции (рисунок 7а ) обычно состоят из воздухозаборного устройства (воздухоприемника) 1, устанавливаемого снаружи здания в местах наименьшей загрязненности; воздуховодов 2, по которым воздух подается в помещение; фильтров 3, служащих для очистки воздуха от пыли; калориферов 4, в которых воздух подогревается до необходимой температуры; вентилятора 5; приточных отверстий или насадок 6, через которые воздух подается в помещение, и регулирующих устройств, которые устанавливаются в воздухоприемном устройстве и на ответвлениях воздуховодов.
Рисунок 7 Механическая вентиляция:
а - приточная; б - вытяжная; в - приточно-вытяжная
с рециркуляцией
Установки механической вытяжной вентиляции (рисунок 7б ) обычно состоят из вытяжных отверстий 7 или насадок вентилятора 5; воздуховодов 2; устройства для очистки воздуха от пыли, газов 8 и устройства для выброса воздуха (вытяжной шахты) 9, которое должно быть расположено на 1-1,5 м выше конька крыши. В системе механической приточно-вытяжной (рисунок 7в ) вентиляции обе установки работают одновременно.
По месту действия вентиляция бывает общеобменная, когда смена воздуха происходит во всем объеме помещения, и местная, благодаря которой состояние воздушной среды нормализуется только в местах нахождения людей.
Общеобменная вентиляция наиболее часто применяется в тех случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. Количество воздуха, необходимое для обеспечения нормативных параметров воздушной среды в рабочей зоне, необходимо определять расчетным путем, учитывая неравномерность распределения вредных веществ, тепла и влаги в объеме помещения. Воздухообмен, необходимый для удаления избыточного тепла (L, м 3 /ч) определяют по формуле
L = 3600 Q изб /С×r × (t уд – t пр) , (38)
где Q изб – избыточное количество тепла, Дж/с; С – удельная теплоемкость воздуха, Дж/ (кг× К); r - плотность воздуха при 293 0 К, кг/м 3 ; t уд – температура удаляемого воздуха, К; t пр – температура приточного воздуха, К.
Необходимый воздухообмен, исходя из содержания в воздухе водяных паров (L П , м 3 /ч), определяют по выражению
L П = G П / (d уд - d пр) ×r , (39)
где G П – масса водяного пара, выделяющегося в помещении, г/ч; d уд – влагосодержание удаляемого воздуха, г/кг, сухого воздуха; d пр – влагосодержание приточного воздуха, г/кг; r - плотность приточного воздуха, кг/м 3 .
Воздухообмен по количеству выделяющихся вредных веществ определяют по выражению
L = G / (C ПДК – С 0) , (40)
где G – интенсивность образования вредных веществ, мг/ч; С ПДК и С 0 – соответственно предельно допустимые концентрации вредного вещества в воздухе и содержание его в приточном воздухе, мг/м 3 .
При выделении в помещении нескольких видов вредностей определяется требуемый воздухообмен по каждому из них, полученная наибольшая величина принимается за расчетную.
Характеристикой общеобменной вентиляции служит кратность воздухообмена (n ), определяемая как отношение объема воздуха, подаваемого для вентиляции помещения за один час (V в) к объему вентилируемого помещения (V п).
N = V в / V п (41)
Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в час обменивается воздух в помещении.
При проектировании вентиляции следует предусматривать удаление загрязнённого воздуха непосредственно от места выделения вредностей (местная вентиляция ) или из тех зон помещения, в которых наблюдаются максимальная концентрация вредных веществ или значительные тепловыделения. Устройство местной вентиляции сводится к созданию различного типа укрытий для источников выделения вредностей или созданию местных отсосов, встроенных в технологическое оборудование.
Местная вентиляции бывает вытяжная и приточная. Местную вытяжную систему вентиляции устраивают, когда загрязнения можно улавливать непосредственно у мест их возникновения. Она состоит из устройств, конструктивное оформление которых в зависимости от вида вредности различно. Это могут быть кожухи, полностью или частично закрывающие источник вредных выделений, вытяжные шкафы с рабочими окнами для обслуживания, вытяжные зонты и бортовые отсосы (устройства, всасывающие отверстия которых приближены к источнику выделения). Отсасывание воздуха непосредственно из оборудования или из-под кожуха, которым оно укрыто, называется аспирацией . Степень создаваемого в системах аспирации разряжения должна быть тем больше, чем выше токсичность удаляемой вредности.
Объемный расход воздуха, удаляемого из вытяжного шкафа при естественной вытяжке (L, м 3 /ч) определяют по выражению
где h – высота открытого проема шкафа, м; Q – количество тепла, выделяемого в шкафу, ккал/ч; F – площадь открытого (рабочего) проема шкафа, м 2 .
При механической вытяжке
L = 3600 × F × V , (43)
где V – средняя скорость всасывания в сечениях открытого проема, м/с.
Местную приточную вентиляцию в виде воздушных душей устраивают в горячих цехах для защиты работающих от перегревания, а в виде воздушно-тепловых завес – для предотвращения проникновения наружного воздуха в помещения в холодный период года через открывающиеся ворота или двери. Воздушные и воздушно-тепловые завесы рассчитываются с учетом того, чтобы на время открывания ворот, дверей и технологических проемов температура смеси воздуха, поступающего в помещение, была не ниже:
· + 14 0 С для производственных помещений при легкой физической работе (работа категории Iа и Iб с общими энерготратами 68 и 88 Вт/м 2 соответственно);
· + 12 0 С для производственных помещений при работе средней тяжести (работа категории IIа и IIб с общими энерготратами 113 и 145 Вт/м 2 соответственно);
· + 8 0 С для производственных помещений при тяжелой работе (работа категории III с общими энерготратами 177 Вт/м 2);
· + 5 0 С для производственных помещений при тяжелой работе (работа категории III) и отсутствии постоянных рабочих мест на расстоянии 3 м и менее от наружных стен и 6 м и менее – от дверей, ворот и проемов.
Большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации взрывопожароопасных производств и производств, связанных с использованием токсичных веществ, имеет аварийная вентиляция , представляющая собой самостоятельную вентиляционную установку.
Для автоматического включения аварийной вентиляции её блокируют с автоматическими газоанализаторами, установленными или на величину ПДК (токсичные вещества), или на величину НКПВ (взрывоопасные вещества). Кроме автоматического, предусматривают и ручное включение, при этом пусковые устройства выносят за пределы помещения.
Кондиционирование. При кондиционировании воздуха обеспечивается поддержание в рабочих помещениях оптимальных, допустимых параметров микроклимата на рабочих местах и необходимых микроклиматических условий по технологическому регламенту. Режим работы систем кондиционирования воздуха обычно поддерживается автоматически с помощью специальной системы автоматического регулирования. В некоторых случаях при кондиционировании воздуха требуется обеспечить высокую чистоту его притока. Для этого в кондиционере предусмотрены очистка воздуха от пыли, нагрев его (первичный), обработка в оросительной камере, вторичный подогрев и, если потребуется, смешение свежего наружного воздуха с некоторым объемом воздуха, возвращаемого в кондиционер непосредственно из помещения.
Несмотря на некоторую сложность, а также дороговизну устройства и эксплуатации, системы кондиционирования позволяют поддерживать в производственных помещениях такие условия, при которых можно достичь высокой производительности труда, а также создать условия для оптимального ведения технологических процессов.
Отопление. В производственных зданиях, сооружениях и помещениях любого назначения с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей, в помещениях во время проведения основных и ремонтно-вспомогательных работ, а также в помещениях, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям следует предусматривать соответствующую систему отопления для поддержания требуемых температур внутреннего воздуха в холодный период года.
Система отопления должна компенсировать потери тепла через ограждающие конструкции зданий и сооружений, за счет снижения температуры воздуха в помещениях в результате естественного испарения влаги с открытых водных поверхностей, а также идущие на нагревание поступающего снаружи воздуха. Расчет системы отопления проводится с учетом поступлений тепла от технологического оборудования, коммуникаций, нагретых материалов и изделий, людей, искусственного освещения и других источников.
Систему отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов следует предусматривать с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций и в соответствии с характером и назначением зданий и сооружений (СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).
В зависимости от используемого теплоносителя системы отопления бывают водяные, паровые, воздушные, газовые и электрические. Наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении системы водяного и парового отопления, где в качестве теплоносителя используются соответственно горячая вода и водяной пар с температурой не более 130° С. Однако и эти системы применяются с ограничениями. Их установка не допускается в помещениях, где хранятся или применяются карбид кальция, калий, натрий, литий и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных концентраций, а также в помещениях, в которых возможно выделение в воздух или осаждение на поверхности строительных конструкций и оборудования веществ, способных к самовоспламенению при прикосновении с горячими поверхностями нагревательных приборов и трубопроводов.
Поверхности нагревательных приборов во всех случаях не должны иметь температуру выше 150° С. При наличии в помещениях невзрывоопасной, органической возгоняемой, неядовитой пыли эта температура не должна превышать 110°С. Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для систематической очистки.
Наиболее безопасным является воздушное отопление, при котором нагрев воздуха производится в калориферах. В таких системах в качестве теплоносителя обычно используется горячая вода или пар. Однако в отдельных случаях для подогрева воздуха допускается применение газа (в здания I и II степеней огнестойкости с производствами категорий Г и Д при условии удаления продуктов горения непосредственно наружу) и электрической энергии (электрокалориферы).
По способу подачи и распределения воздуха система воздушного отопления может быть центральной (как правило, совмещенной с приточной вентиляцией) и местной, при которой нагрев и подачу воздуха в определенное место помещения производят специальными отопительными агрегатами.
