Центральное и местное отопление

Центральное и местное отопление.

I. Местное отопление. Отопление имеет целью поддерживать внутри помещений температуру, которая необходима, совместно с другими условиями, для здорового пребывания в них людей или животных или же необходима для тех или иных технических условий, например для бань, для сушилок, для складов продуктов или материалов и пр.

В первобытную эпоху отопление пещер, шалашей, юрт и т. д. осуществлялось раскладыванием в этих помещениях костров, которые одновременно служили и очагами для варки пищи. Этот способ отопления сохранился и до сих пор у кочевых и некультурных народностей.

I. Печное отопление. Кирпичные печи. Следующей ступенью развития отопительного и пищеварительного очага является русская печь без дымовой трубы. Дым при этом выпускается прямо в помещение («курная изба»), сама же печь состоит ив ограниченного с пяти сторон пространства — так называемого топливника. Для удобства печь устраивается так, чтобы низ топливника (или «под» топливника) возвышался бы над полом на высоту от 0,5 до 1,0 метра. При этом низ печи под топливником представляет собой помещение, открытое с одной стороны и служащее для складывания в нем ухватов, швабр, метели всякого иного скарба, для помещения в нем телят, цыплят и других животных и т. д. При этом обычно подпечье содержится чрезвычайно небрежно и грязно, а потому является рассадником насекомых и заразы. Обычно подпечье складывается из кирпича и перекрывается сверху довольно массивным сводом, образующим, как сказано выше, «под» топливника. Такой массив для пода необходим для того, чтобы он возможно больше аккумулировал (впитывал) в себя теплоты и долго после топки сохранял бы высокую температуру, чтобы на нем можно было бы печь хлеб, греть воду, доваривать и парить пишу.

Над подом выкладывается из кирпича сам топливник. Назначение топливника — заградить со всех сторон горящее на поду топливо и тем поддерживать высокую температуру в топливнике и способствовать более правильному горению и более экономичному использованию топлива. После топки стенки топливника, как и под, выделяют не себя, воспринятую от сгоревшего топлива теплоту и вместе с подом участвуют в печении, доваривании и парке пищи. Дальнейшее и последнее усовершенствование русской печи заключается в устройстве шестка, или предпечья, собирающего в себя дым из топливника, и устройства дымовой трубы, выводящей дым наружу. Устройство русской печи изображено на рис. 1.

Рис. 1.

Как очаг для варки пищи, на первых ступенях культурной жизни человека русская печь являлась незаменимой, но как отопительная печь она должна быть пригнана совершенно непригодной. Недостатки русской печи как отопительного прибора заключаются в том, что топливник ее находится слишком высоко над полом, почему нижняя часть помещений нагревается плохо, между тем как верх помещений прогревается ненормально сильно; кроме того, и сам массив русской печи больше прогревается в верхней части, чем с боков, и тем еще больше усугубляется первый недостаток; наконец, величину русской печи нельзя точно согласовать с потерей теплоты отапливаемого ею помещения. Общий же недостаток русской печи заключается в ее чрезвычайной громоздкости. Для устранения указанных выше недостатков русскую печь старались снабдить искусственными придатками вроде устройства вдоль одной или двух сторон дымоходов с подтопками (см. ХLI, ч. V, 142, рис. 12) или дымоходами по своду топливника и т. д. Очевидно, что это является ничем иным, как прикладыванием голландской печи к русской и притом самым нерациональным образом. Стремления усовершенствовать русскую печь, оканчивались всегда неудачей и не получали широкого распространения, т. к. лишали русскую печь ее первобытной простоты. До сих пор русская печь, сохранилась еще в деревнях, в пригородах и некоторых городах, как пережиток крепостной эпохи.

Рис. 2

Одним из приборов отопления, получивших широкое распространение, но тоже обладающим крупными недостатками, является камин. Камин представляет собой топливник, ограниченный с пяти сторон стенками, выложенными преимущественно  из кирпича. В противоположность русской печи, у камина под имеет очень небольшую величину, и весь топливник развит в высоту, почему открытая сторона является самой большой (рис. 2). При применении минерального топлива (кокса или антрацита), а иногда и дров, сжигание производится не на самом поде, а на топочной решетке, отстоящей на некотором расстоянии от пода. Камин обогревает помещение только лучистой теплотой, выделяемой пламенем горящих дров или раскаленной поверхностью горящего минерального топлива, поэтому действие камина бывает односторонним и настолько сильным, что для защиты себя от чрезмерного действия лучистой теплоты приходится перед камином ставить экран (ширмочку). Последнее обстоятельство, конечно, ослабляет действие камина как нагревательного прибора для всей комнаты. Действие камина почти совершенно прекращается с окончанием его топки. Камины для отопления помещений сохранились еще в Англии, где имеется большое количество подходящего для них минерального топлива — кокса и антрацита, причем преимущественно применяется кокс. У нас они служат иногда для целей проветривания и сжигания, например, перевязочных средств в лечебных заведениях. Недостатки камина заключаются в том, что действие его совпадает лишь с временем топки, и в том, что он имеет ничтожный коэффициент полезного действия: только около 5 —10%  полезной (рабочей) теплотворной способности топлива им может быть передано в помещение, тогда как около 90—95% уходят неиспользованными в трубу.

Рис. 3

Дав понятие об этих первоначальных типах отопительных приборов и указав на их недостатки, целесообразно будет рассмотреть образец последнего достижения в области массивных печей и указать на сопровождающие его преимущества.

Для выявления условий, способствующих наилучшему действию печей как приборов отопления, бывший профессор берлинского Политехнического института (Шарлотенбург), доктор-инженер К. Браббэ, поставил печи в двух лабораторных помещениях, находящихся в совершенно одинаковых тепловых условиях. Печи имели один и тот же технический коэффициент полезного действия, т. е. каждая из печей могла выделать в помещение, например, 80% всей рабочей теплоты топлива. Одна ив печей была высокая, а другая низкая (рис. 3). Низкая печь имела ножки и могла выделять теплоту и нижней горизонтальной поверхностью. Температура воздуха в помещениях измерялась на высоте глаз человека среднего роста (1,5 м) и на высоте колен (0,5 м), причем термометры устанавливались над серединой пола помещений. Результаты дали резкое преимущество в пользу низкой печи, потребовавшей значительно меньше топлива (всего около 75%) для достижения одного и того же теплового эффекта в нижней зоне помещения. Это обстоятельство побудило профессора Браббэ ввести понятие об относительном коэффициенте полезного действия, или об относительной оценке печей.

Рис. 4.

Учтя указанные результаты, профессор Браббэ сконструировал печь, причем все внимание его при этом было обращено на то, чтобы как больше снизить в полу наиболее нагретые части печи и использовать низ печи для отдачи теплоты в помещение. Рис. 4 дает изображение печи профессора Браббэ, опубликованное им в 1921 г. Продукты горения из топливника через верхний порог направляются вниз и, обогнув нижний порог, поднимаются кверху, омывают кругом воздушную камеру и в верхней части выводятся в дымоход. Огибая нижний порог, дымовые газы нагревают железный лист (но не раскаляют его), на котором основана печь, под топливником же этот железный лист нагревается лучистой теплотой, испускаемой раскаленным углем, лежащим на топочной решетке, а также сваливающимися через топочную решетку золой и мелкими угольками. Топливник имеет форму воронки, обращенной узкой частью вниз, заканчивающейся топочной решеткой. Такая форма топливника дает возможность при топке дровами вести оба нижеуказанных периода горения наиболее рациональным образом.

Рис. 5. Голландская прямоугольная печь о шести оборотах.

Рис. 6. Унтермарковская круглая печь о шести оборотах.

Рис. 7

Первый период горения заключается в выделении под влиянием высокой температуры летучих веществ (газообразных) и образовании угля (иначе говоря — кокса). Для более совершенного сжигания летучих веществ необходимо их как можно тщательнее перемешивать с воздухом. Большой и хорошо развитый объем топливника является для этой цели наиболее подходящей формой. Второй период отвечает горению оставшегося угля. Уголь почти полностью состоит из углерода и потому не может быть превращен в газообразное состояние. Будучи накален докрасна, он, при соприкосновении с воздухом, сгорает по внешней своей поверхности. Поэтому воздух должен омывать его со всех сторон. Это достигается тем, что при горении дров уголь опаливается на топочную решетку в узкую часть топливника и образует некоторый слой. Благодаря этому воздух, прежде чем попасть в топливник, извиваясь между зазорами натрудившихся слоем углей, облизывает их со всех сторон и питает тем их горение. При топке минеральным топливом — коксом или антрацитом, происходит горение только углей, а потому первый период здесь отпадает. В этом случае, для форсирования топки, бывает нужно заставить проникать воздух в большем количестве. С этой целью  со стороны топочной дверки, внизу  ставят вертикальную решетку, защищенную второй дверкой, .дверку открывают лишь в том случае, когда необходимо делать усиленный ввод воздуха (ср. топка).

Рис. 8. 9

Для климатических условий средней и северной части СССР печи должны иметь значительно больший массив, чем указанная печь Браббэ, для того, чтобы они могли запасать (аккумулировать) определенное количество теплоты. В перерывах от топки до топки печи эта теплота будет выделяться печью и не давать падать температуре в помещении ниже желаемого уровня, для чего печь должна быть соответственно рассчитана.

От русской печи до печи Браббэ проходит целый ряд массивных печей. Из них наиболее широкое распространение имеют голландские  утермарковские.

Последние отличаются от первых меньшей массивностью и имеют форму стоячего цилиндра.

Наиболее простые печи изображены на рис. 5 и 6. Они имеют по шесть оборотов. Под их — сплошной, без топочной решетки. Поверхности их прогреваются и отдают теплоту неравномерно. Несколько лучше так называемая берлинская печь, тоже со сплошным подом, рис. 7. Наиболее нагретая часть у нее внизу, почему и относительный коэффициент полезного действия ее больше.

Рис. 10. Печь инженера Смухнина.

Не останавливаясь на многочисленных конструкциях массивных печей, уместно будет показать наиболее разработанные типы их, предложенные профессором Лукашевичем (рис. 8 и 9). Печи эти отличаются теми качествами, что топливник их отвечает требованиям горения дров как в первый, так и во второй период (см. выше) Кроме того, дымообороты этих печей, по принципу архитектора Свиязева, имеют один восходящий дымоход, из которого дым расходится сразу в несколько опускных дымоходов (колодцев). Этим достигается, во-первых, улучшение тяги, благодаря отсутствию длинных каналов и очень многих поворотов для дыма, а, во-вторых, получается саморегулировка прогреваемости опускных каналов (колодцев). Последнее объясняется тем, что если бы через какой-либо из опускных дымоходов (колодцев) прекратилось движение продуктов горения, то в этом дымоходе (колодце) газы стали бы охлаждаться, делаться тяжелее и тем возбудили бы вновь движение в колодце. Внизу все колодцы соединяются, и дым выпускается в дымовую трубу. Поэтому такие печи топятся несравненно лучше: не дымят и прогреваются сравнительно равномерно.

Все эти печи, однако, сильно развиты вверх, причем наиболее нагревающиеся части печи находятся высоко над полом. Поэтому, при одном и том же техническом коэффициенте полезного действия, относительный коэффициент полезного действия их значительно меньше печи Браббэ приблизительно на 20—25%.

Указанные выше обстоятельства побудили молодого ученого П. Н. Смухнина предложить для русских условий, пользуясь и русскими достижениями, несколько крайне интересных типов печей, в основе которых был положен указанный выше принцип снижения наиболее энергично выделяющих теплоту частей печи ближе к полу, с использованием и нижней горизонтальной части печи для теплоотдачи. Несомненно, что эти печи должны будут получить широкое распространение.

Отделывают печи изразцами или специальной штукатуркой (теплопроводной и эластичной). Иногда поверхность печи гладко затирается и окрашивается жароупорными красками и лаками. Самая худшая форма отделки печей — железные футляры. В последнем случае печь выкладывается в футляре, причем в надежде на кожух кладка обычно делается небрежно.

В зависимости от массивности печей, средняя отдача теплоты при двух топках в сутки при самых сильных морозах может считаться:

для массивных кирпичных печей  400 кал./кв. м./час

« массивных изразцовых печей  350 « «

« кирпичных печей средней массивности   500 « «

« кирпичных изразцовых печей средней массивности  400 « «

« кирпичных печей малой массивности (при непрерывной топке) 600 « «

При этом печами большой массивности можно называть такие, которые имеют вес 800 кг на один кв. метр поверхности нагрева кирпичной печи или 915 кг на один кв. метр поверхности нагрева изразцовой печи; печами средней массивности — 600 кг на один кв. метр поверхности нагрева кирпичной печи в 685 кг — изразцовой; а печами малой массивности — 400 кг на один кв. метр поверхности нагрева кирпичной печи и 450 кг — изразцовой. Для отопления жилых помещений применяются печи большой массивности и редко — средней массивности.

Рис. 11. Разрез печи Смухнина.

2. Металлические печи. В странах с сильно развитой металлической промышленностью и богатых коксом и антрацитом (Америка, Англия, Франция, Германия и т. д.) весьма распространены металлические, преимущественно чугунные печи. При конструировании их обращается внимание на то, чтобы   поверхности, выделяющие теплоту, т. е. поверхности нагрева, не накалялись. Иногда для этой цели внутренность печи обкладывается огнеупорным кирпичом, или, как говорят, футеруется. Теплоотдачу таких печей стремятся делать умеренной. Для отопления жилых помещений ее не следует допускать выше 600 кал./кв. м/час. Для отопления нежилых  помещений, смотря по назначению, эта теплоотдача доводится до 1000 и даже до 2500 кал/кв. м/час. Металлические печи требуют непрерывной топки, т. к. действие их прекращается с прекращение топки (рис. 13).

Рис. 12. План печи Смухнина.

3. Газовые печи. Применение газовых печей очень ограничено. Применяются они преимущественно как дополнительные приборы для комнат, где требуется поддержание теплоты выше обычных норм, например — для престарелых, больных и т. д., для помещений, редко посещаемых, но требующих быстрого нагревания. В настоящее время в Америке и др. промышленных странах замечается распространение отопления газом котлов для приготовления горячей воды, в целях снабжения ею всего здания, для отопления котлов центрального отопления в небольших домах, для отопления вестибюлей в момент сбора и расхождения публики, особенно в учреждениях с большим числом сотрудников, приходящих и уходящих массами в определенные часы. Газовые печи могут выделять от 3000 до 4000 калорий на каждый сожженный куб. м  газа, в зависимости от качества последнего. При устройстве газовых печей должно быть обращено особенное внимание на удаление продуктов горения и на принятие мер, предохраняющих от поступления их в помещение. Для этой цели устраивают специальные дымовые трубы. В местах же присоединения газовой печи к дымовой трубе устанавливают предохранители от задувания (рис. 16).

Рис. 13. Печь Браббэ с насадкой.

Рис. 14. Висячая газовая печь с отражателем.

Рис. 15. Газовые радиатор.

Рис. 16

4. Электрические печи. Электрические печи до сих пор представляют собой самые невыгодные отопительные приборы, но зато самые опрятные. Однако, при рациональном размещении их в отапливаемом помещении, удается достигнуть сравнительной экономичности (опыты Сименса).  Применяются эти печи для   отопления вагонов электрических железных дорог, трамваев, судовых кают и даже жилых комнат, если под руками находится крайне дешевая электрическая энергия. Два наиболее характерных типа электрических печей изображены на рис. 17 и 18. На рис. 17 изображен электрический дополнительный подогреватель, дающий возможность подогреть воду в нагревательном приборе водяного отопления (радиаторе), помимо общего действия системы.

Указанный прибор может дать дополнительно до 1 250 калорий в час, расходуя на это 1,5 киловатт часов. Величина электрической печи рассчитывается по формуле: W= 0,86 i² ω кал./час, где i — сила тока в амперах, ω — сопротивление реостата в омах, а W - количество выделяемой печью теплоты в час.

5. Отопление боровами. Для отопления теплиц, оранжерей  и некоторых других помещений применяется отопление или горизонтальными боровами, выложенными из кирпича, или составленными из чугунных гладких или ребристых труб. Схема такого устройства указана на рис. 19.

Рис. 17. Стенная электрическая печь завода «Прометей».

Рис. 18. Лучеиспускающая печь завода Сименс-Шукерт.

Теплоотдача кирпичных боровов около 800 кал./кв. м/час около топки и около 800 кал./кв. м/час около дымовой трубы; теплоотдача гладких чугунных труб  в среднем около 1 500 кал./кв. м/час и ребристых труб около 1 000 до 1 200 кал./кв. м/час, в зависимости от величины труб, диаметра ребер и расстояния между ними. Площадь колосниковой (топочной) решетки около R = W/200 000 кв.м; площадь внутреннего поперечного сечения труб около R/2 и площадь поперечного сечения дымовой трубы в свету R/4; здесь W — потеря теплоты в час помещением при минимальной наружной температуре (например, при минус 30°С для Москвы). При отоплении боровами всегда следует устраивать подтопок у основания дымовой трубы в целях предварительного прогревания трубы перед затопкой.

Рис. 19.

6. Керосиновые и спиртовые печи по большей части устраиваются в форме ламп и выпускают продукты горения непосредственно в помещение, создавая в то же время удушливый запах. В таком виде они совершенно недопустимы для длительного отопления жилых помещений. Опыты, производившиеся над качеством воздуха при отоплении такими печами, показали, что количество углекислоты в воздухе возросло через 2 часа до 3 тысячных, а через 6 часов до 8 тысячных, тогда как допустимое количество углекислоты при длительном пребывании людей не должно превышать 1,5 тысячных. Поэтому, в случае необходимости устройства таких печей, необходимо делать отвод продуктов горения в специально для этой дели предназначенную дымовую трубу. Труба должна иметь приспособление, предохраняющее горелки от задувания (рис. 16). Применение таких ламп ограничено случаями, когда нет иного выхода.

Рис. 20. 21.

II. Центральное отопление. 1. Классификация. Согласно классификации Клингер-Риттера, центральные системы отопления могут быть сопоставлены в следующей таблице:

2 Воздушное, или духовое, отопление состоит в том, что в нижней части здания, обычно в подвале, устанавливается большого размера печь, называемая калорифером. Этот калорифер нагревает находящийся вокруг него воздух сравнительно до довольно высокой температуры — около 50°С. Подогретый до такой температуры воздух направляется по так называемым жаровым каналам в отапливаемые от данного калорифера помещения, где воздух, охлаждаясь, выделяет из себя аккумулированную в калориферном помещении теплоту. Охлажденный же до комнатной температуры воздух (около 18°С) опускается по так называемым притяжным каналам, начинающимся у пола отапливаемых помещений. Ввиду того, что охлажденный воздух тяжелее подогретого в калорифере теплого воздуха, то первый, падая по притяжным каналам в калориферную камеру, выдавливает теплый воздух по жаровым каналам в отапливаемые помещения (см. схему воздушного или духового отопления с обратной циркуляцией воздуха, рис. 20). Этот способ отопления раньше практиковался для отопления жилых зданий. Но он обладает крайне антисанитарным свойством: перемешивать в калориферной камере воздух, поступающий из всех отапливаемых помещений и этим испорченным воздухом вновь снабжать отапливаемые помещения. Таким образом, зараза, появившаяся в одном помещении, разнесется воздухом по всему зданию. В настоящее время такое отопление избегается и устраивается лишь очень редко для отопления больших помещений, для массового собрания публики и редко в маленьких одноквартирных домиках. Но и в последнем случае такое отопление делать не следует.

Рис. 22

Рис. 23.

Способ отопления, изображенный на рис. 21, в санитарном отношении является идеальным, если не считать длинных воздуховодов, не допускающих безупречного содержания их в чистоте. Однако, эти системы слишком дороги в эксплуатации, т. к. при них наружный морозный воздух приходится предварительно подогревать до комнатной температуры и затем пережевать его до температуры, сообщающей ему отопительные свойства. Испорченный же воздух из помещений в том же объеме целиком выкидывается наружу. Поэтому такие системы применяются преимущественно для отопления фабрично-заводских, редко лечебных зданий, где обмен воздуха, потребный для вентиляции, равен или больше объема воздуха, потребного на отопление.

Рис. 24

Наконец, рис. 22 дает комбинацию первых двух систем, т. е. часть воздуха находится в перманентной циркуляции, а часть, которая необходима в целях вентиляции, к нему добавляется. В последнем объеме испорченный воздух выкидывается из здания через специальную систему вытяжных каналов. Таким образом, в этой системе имеются три рода каналов: приточные, они же жаровые каналы, вытяжные каналы и притяжные, или циркуляционные каналы.

Калориферы устраиваются: 1) кирпичные (рис. 23), причем их теплоотдача считается в среднем около 450 кал./кв.м/час; 2) чугунные (рис. 24), при чем их теплоотдача: для ребристых калориферов 1 200—1 500 кал./кв.м/час, для гладких калориферов 1 500—2 000 кал./кв.м/час. Количество воздуха L, потребное для отопления помещения, охлаждение которого составляет W кал./кв.м/час, рассчитывается следующим образом:

, где V — температура горячего воздуха в градусах Цельсия, t — температура комнатного воздуха в градусах Цельсия, α = 1/273 — объемный коэффициент расширения воздуха, 0,31 —теплоемкость воздуха при 0°С в кал./кб. м. Если же объем циркуляционного воздуха предписан в определенном  объеме L, то тогда нужно определить его температуру t’, которая рассчитывается по уравнению:

причем, как сказано выше, t’ не должно сильно превышать 50°С. В противном случае объем циркуляционного воздуха должен быть увеличен.

Расчет каналов производится на основании следующих соображений. При циркуляции внутреннего воздуха (ср. рис. 25) каждому столбу h холодного воздуха (обратного) температурой t”с объемным весом воздуха γ” противостоит столб точно такой же высоты h горячего воздуха температурой t’ с объемным весом воздуха γ', считая высоты столбов между горизонтальными плоскостями, проходящими через середину калориферной камеры и через середину приточного отверстия, впускающего горячий воздух в помещение. Т. о., движущая энергия, или, как ее называют, рабочий напор, будет H = h (γ”— γ') кг/кв. м или мм. вод. столба, или

кг/кв. м. или мм  водяного столба, где γ₀ — объемный вес воздуха при 0°С и равен γ₀ = 1,293 кг/куб. м. Таким образом, величина рабочего напора выразится в кг/кв. м  или, что то же, в мм  водяного столба. Этот рабочий напор Н при установившейся циркуляции воздуха будет полностью расходоваться на:

1. Преодоление сопротивлений от трения воздуха о стенки каналов воздуховодов, выражающееся для каждого участка величиной

где ρ – сопротивление трения, которое для кирпичных каналов равно

а для каналов из листового железа – половине этой величины. Здесь u – периметр канала в м, f – поперечное сечение канала в кв. м, по новейшим же взысканиям в Высшем техническом училище в Берлине, для металлических воздуховодов круглого поперечного сечения диаметром d

причем показатель при скорости v сильно зависит от шероховатости стенок каналов, а принятый показатель отвечает наиболее употребительным в практике вентиляции воздуховодам из листового железа и клепаных; для кирпичных каналов

Рис. 25.

Эти величины выведены для объемного веса воздуха γ = 1,2 кг/куб. м, соответствующего температуре воздуха в 20°С, при атмосферном давлении 760 мм. ртутного столба; если температура воздуха значительно превышает 20°С, то значения величины R должны быть умножены на фактор (γ/1,2)^0,852 удобства расчетов в «Руководстве Ритшеля» даются чрезвычайно удобно составленные таблицы значений R и других.

2. Преодоление местных сопротивлений при прохождении воздуха через клапаны, сужающиеся и расширяющиеся части каналов, при изменении направлений потока воздуха, при ответвлениях и прочее, которые для каждого участка, имеющего воздушный поток одной и той же мощности при одной и той же скорости, выражается формулой

кг/кв.м или мм водяного столба, где ζ – есть фактор данного сопротивления, ∑ζ – сумма всех факторов местных сопротивлений на данном участке, имеющем постоянное v.

Значение факторов местных сопротивлений ζ

Скорость же воздуха, протекающего через данный участок, определяется из условия неразрывности струн, гласящего, что объем протекающего по данному участку воздуха

откуда скорость циркуляции воздуха в участке

где Q в кг/час, d – диаметр участка в мм; v – скорость в м/сек, γ – объемный вес в кг куб. м.

3. Возбуждение первоначальной скорости циркуляции воздуха. Как это очевидно из предыдущего, оно вводится при расчете местных сопротивлений (помещено в таблице под №18), когда воздух выходит из канала в помещения большего объема или из большого помещения в канал.

На основании вышеизложенного, общее уравнение циркуляции воздуха в воздушной или духовой, системе отопления выразится следующим образом:

для железных каналов и

для кирпичных каналов или, точнее,

для кирпичных каналов и

для железных каналов и, наконец,

При ведении расчетов лучше и проще всего пользоваться методами, таблицами и трафаретами, данными в лучшей книге по этому вопросу — «Руководство Ритшеля», которая трактует о расчетах вообще всех систем отоплений и вентиляций.

Рис. 26. Схема водяного отопления низкого давления.

3. Водяное отопление низкого давления состоит из: 1) водогрейного котла, располагаемого в нижней части здания, обычно в подвале; 2) нагревательных приборов, устанавливаемых обычно в местах наибольшего охлаждения в помещениях: под окнами и у наружных стен; 3) расширительного сосуда (бака), занимающего самое высокое место в системе, соединяющегося с верхней точкой трубопровода (рис. 26) и служащего для вмещения избытка, получающегося при нагревании от расширения, объема воды в системе и для центрального удаления растворенного всегда в сырой воде воздуха, выделяющегося при ее нагревании; 4) трубопровода, называемого циркуляционным трубопроводом, соединяющего котел с нагревательными приборами и последние вновь с котлом, для образования непрерывных колец для циркуляции горячей воды из котла в нагревательные приборы и охладившейся в нагревательных приборах воды обратно в котел для повторного подогревания и т. д.; 5) регулирующих кранов двойной регулировки, дающих возможность посредством первой регулировки установить правильную циркуляцию воды во всей системе отопления, в общем, производится монтерами при первоначальном пуске системы в действие в течение первого отопительного сезона; вторая же регулировка предоставляется в распоряжение лиц, пользующихся помещениями, в целях уменьшения теплоотдачи нагревательными приборами или полного прекращения действия их; 6) сигнальной трубки (рис. 40), начинающейся не ниже ¼  высоты от верха расширительного сосуда, служащей для определения момента, когда система отопления, при заполнении  водой, будет вполне наполнена последней; по этой же   трубке стекает тот избыток воды, который получается при первоначальной затопке системы; при дальнейших топках системы игра объема воды, то увеличивающегося при нагревании, то уменьшающегося при ослаблении топки, уже воспринимается тем объемом расширительного сосуда, который находится ниже сигнальной трубки. Здесь уместно обратить внимание на почти у всех составившееся ложное мнение о большом количестве испаряющейся черев расширительный сосуд воды и о необходимости ежедневно перед затопкой дополнять систему свежей водой. Последнее обстоятельство сильно способствует засорению системы илом и образованию в котлах накипи, т. к. с каждой новой порцией воды вводятся и загрязняющие вещества. Образование же, например, в чугунных котлах, накипи способствует их лопанью. На самом деле, вода, если и испаряется, то чрезвычайно мало, а некоторое опорожнение расширительного сосуда при ослаблении топки является следствием уменьшения объема воды от охлаждения. При усилении топки вода расширится и вновь наполнит расширительный сосуд. Кроме того, расширительный сосуд снабжается еще так называемой сливной трубкой (рис. 40) диаметром не менее двух дюймов, идущей от расширительного сосуда, выше сигнальной трубки, в выходящей через кровлю, где и заканчивается; служит она для слива воды из расширительного сосуда на случай, если бы расширительный сосуд переполнился, например, при наполнении системы водой, а сигнальная  трубка не была бы в состоянии убрать эту воду; 7) наполнительного и спускного приспособления (рис. 27), состоящего из ручного насоса А, трубопровода аб и обводного трубопровода с краном 1, с одной стороны, и краном 3, с другой стороны. При спуске воды из системы открывают краны 1 и 2, а краны 3 и 4 оставляют закрытыми. Когда вода отечет, закрывают кран 1, открывают кран   4 и насосом А выкачивают остатки не слившейся самотеком воды. Если здание не имеет водопровода, то наполнение системы водой производится тем же насосом, причем к концу б трубопровода подвозится бочка с водой и соединяется с ним рукавом, открывают краны 3 и 1 и насосом накачивают воду. В таком приспособлении иногда оказывается нужда и в зданиях, снабженных водопроводом; 8) спускных кранов в нижней части каждого котла, в нижних частях системы, если трубопровод образует обращенные вниз петли, причем краны устанавливаются в нижних частях этих петель.

Рис. 27

Рис. 28

Рис. 29

Рис. 30

Для наблюдения за действием котла, в верхней его части устанавливается термометр и притом так, чтобы он показывал температуру воды, с которой она поступает в главную магистраль циркуляционного трубопровода. Полезно также снабжать термометром и главную обратную магистраль, чтобы судить о степени охлаждения воды при возвращении в котел. Для ухода за топкой котлов каждая котельная снабжается комплектом шуровочных и очистительных принадлежностей и лопатой для забрасывания топлива и выгребания золы. Указанные принадлежности состоят: из ломика для шурования; пики с острым концом, загнутым в виде кочерги,   для очистки колосниковых решеток котлов снизу; кочерги и стальной щетки-ершика для прочистки дымоходов котлов.

Представленная ранее схема отопления является у вас наиболее распространенной, называется двухтрубной системой с «верхней разводкой» и может быть наглядно изображена рис. 28.

В некоторых случаях, особенно в зданиях с плоскими крышами, нельзя удобно вести разводящие магистрали в верхней части здания. В таком случае применяется так называемая система с «низовой разводкой» (рис. 29).  В некоторых случаях устраиваются системы однотрубные. Одна из таких систем указана на рис. З0. От двухтрубных систем они отличаются тем, что каждый последующий нагревательный прибор получает воду с более низкой температурой, чем предшествующий, т. к. в него поступает вода, представляющая собой смесь из воды, имеющей температуру, близкую к температуре воды, выходящей из котла, и из воды, выходящей уже охлажденной в предшествовавшем приборе.

В последнее время в Америке, а затем в Германии и других промышленных странах, для отопления отдельных квартир или одно- или двухэтажных маленьких домиков делают системы, отличительной особенностью которых является то, что как котел, так и нагревательные приборы находятся почти на одном уровне (в двухэтажных домах нагревательные приборы второго этажа, конечно, находятся выше котла). Такие одноэтажные системы водяного отопления весьма удобны для домиков загородных поселков.

Котлы водяного отопления н. д. бывают чрезвычайно разнообразных конструкций. По материалу различают железные и чугунные. Типичным представителем наиболее распространенных железных котлов является корнваллийский котел (рис. 31).

Рис. 30

По величине они бывают от 10,5 до 60 кв. м.; длиной от 2,1 м, при диаметре корпуса 1,1 м и жаровой трубы 0,6 м, до 7,58 м длиной, при диаметре корпуса 1,8 м  и жаровой трубы 1,8 м.

Для очень больших систем применяются уже водотрубные и другие котлы типа паровых котлов (см. паровые котлы).

Рис. 31.

В последнее время чрезвычайно большое распространение получили чугунные котлы, особенно в Америке, где имеется бесчисленное множество самых разнообразных типов и размеров котлов. На рис. 32 изображен один из гигантских чугунных котлов «Gurney» с бездымным сжиганием топлива. Все чугунные котлы состоят из отдельных элементов—секций, как это ясно видно из чертежей. Секции между собой соединяются на ниппелях, образующих проходы для циркуляции воды. Образующиеся в секциях и между секциями пространства служат для прохода дымовых газов, причем поверхности этих пространств представляют собой поверхности нагрева, передающие образующуюся при горении топлива теплоту к циркулирующей в котле воде.

При расчете величины котлов определяют их поверхность нагрева следующим образом. Если W —  количество теплоты, теряемое зданием при самых сильных морозах, то котел должен быть в состоянии возместить это количество теплоты, а также и ту теплоту, которая теряется непроизводительно, например, от охлаждения труб, проходящих по холодным помещениям (чердак, не отапливаемый подвал, борозды и пр.). Обычно считают, что полезно выделяемое системой количество теплоты составляет около 80% от всей теплоты, которую должен развивать котел, и, таким образом, его поверхность нагрева должна быть

где К — количество теплоты, передающееся от продуктов горения к воде. Эта величина К считается в среднем;

для чугунных котлов  7 000 кал./кв.м/час

« железных котлов:

водотрубных  7 500  

корнваллийских или ланкаширских (с двумя жаровыми трубами) 7 000  

трубчатых и цилиндрических  6 500 « « « «

Котлы в здании устанавливаются всегда в самом низком месте, полуподвале или подвале. Помещение котельной должно иметь освещение дневным светом, быть просторным и хорошо вентилируемым. Спереди котлов должно быть достаточно места для удобного их шурования, не менее чем в полтора раза длиннее котла. Каждая пара котлов должна иметь с обеих сторон расстояние не менее 1,2 ширины котла, чтобы при ремонте можно было котел выдвинуть в бок, а при чугунных секциях вытащить в бок любую секцию. Сзади котлов должно быть достаточно места для прохода и помещения борова и дымовых задвижек, т. е. приблизительно около 1 до 1,5 м. Около котельной делается склад топлива,  емкостью около 1/3 потребного в сезон топлива. Для маленьких домов этот склад может быть рассчитан и на большее количество топлива.

Рис. 33. Русский чугунный котел Мальцевских заводов.

Дымовая труба ведется преимущественно во внутренних стенах здания, причем она должна соединяться с котлами боровами самой короткой длины и у своего подножия (около соединения с боровами) иметь отверстие с герметически закрывающейся дверкой или закладывающейся кирпичом на глине, для закладки в это отверстие топлива для прогревания трубы в начале отопительного сезона во избежание дымления котлов при первой топке. Размеры дымовой трубы при коротком горизонтальном борове можно определить по формуле

где р — максимально сжигаемое количество топлива в кг в час, а h — высота дымовой трубы в вертикальном направлении, считая от уровня колосниковой (топочной) решетки в котлах до уровня выходного отверстия (устья) трубы в атмосферу.

Нагревательные приборы бывают: 1. Собранные из гладких труб в виде отдельной горизонтальной или вертикальной трубы или в воде ряда параллельных труб, называемых регистрами, если вода входит сразу во все трубы с одного конца через соответствующий распределитель, течет по трубам параллельно в одном направлении и собирается в одном направлении в обратный распределитель (рис. 34); или змеевиками, когда вода, протекая по трубам, зигзагообразно изменяет направление своего движения (рис. 35). Регистры иногда устанавливаются на наружных стенах вертикально. В Америке для отопления полуподвальных помещений располагают регистры даже на потолке, около наружных стен, на некотором небольшом расстоянии от потолка, причем плоскость регистра устанавливается параллельно плоскости потолка.

Рис. 34.

Рис. 35

2. Чугунные радиаторы. По существу они являются суррогатами гладких труб и при конструировании их внешних форм стремятся сохранить в возможно большей степени санитарные качества, свойственные гладким трубам, с заменой железа более дешевым чугуном. По своему внешнему виду и по форме радиаторы чрезвычайно разнообразны. На рис. 33 показаны формы употребительные в нашей промышленности. В последнее время за границей, особенно в Америке, стали придавать радиаторам форму, указанную на черт. 37, причем радиаторные секции собираются в печи или как указано на чертеже, т. е. когда секции параллельны между собой и перпендикулярны к стене, у которой устанавливается радиаторная печь, или же печи соединяются между собой боками, образуя плоскую печь, в которой все секции параллельны стене, т. н. стенные радиаторы.

Рис. 36. Схема радиатора в разрезе, фасаде, профиле и плане.

Радиаторы «Классик» отличаются от обычных своей ажурностью и малой внутренней емкостью.

Раньше были очень распространены ребристые нагревательные приборы. Но их очевидные санитарные недостатки так велики, что теперь они применяются все реже и реже, да и то в тех случаях, когда эти санитарные недостатки можно парализовать открытым положением ребристых нагревательных приборов или когда они подвергаются омыванию воздухом с большой скоростью. Бывшие в большом применении для отопления жилых помещений «ребристые батареи» с прямоугольными ребрами до сих пор еще встречаются в старых установках, но теперь они совершенно почти не применяются опять же ввиду их санитарных недостатков.

Рис. 37. Радиатор «Классик» Американской компании радиаторов.

Установка нагревательных приборов делается обычно в местах наибольшего охлаждения помещений  - у окон или у наружных стен. В кирпичных домах для этой цели делают под окном ниши. Ниши должны быть облицованы изолирующими плитами (пробковыми, из прессованного торфа и т. п.) и по поверхности отделаны самым тщательным образом, лучше всего облицованы светлого цвета глазурованными плитками, окрашены светлой огнеупорной эмалевой краской и т. д.; подоконники не должны полностью прикрывать радиатора, чтобы обеспечить свободную и правильную циркуляцию воздуха около нагревательного прибора и легкое содержание в чистоте как прибора, так и самой ниши. Конечно такая же отделка стены за нагревательными приборами должна быть при любой их установке, причем отделка должна выходить за пределы очертания нагревательных приборов. Расстояние между нагревательными приборами и поверхностью стены (считая и отделку) не должно быть в крайнем случае меньше 50 мм, а лучше оставлять это расстояние в 80—100 мм. Разумеется, можно нагревательные приборы устанавливать и в других местах, кроме указанных выше, но тогда нельзя достигнуть той равномерности температуры воздуха во всех слоях помещений и той экономичности в эксплуатации, как в том случае, когда нагревательные приборы ставятся в местах наибольшего охлаждения этих помещений.

Рис. 38. Ребристые трубы с круглыми ребрами.

Рис. 39. Ребристые трубы с прямоугольными ребрами.

Теплоотдача нагревательных приборов зависит от разности температур между средней температурой воды в нагревательном приборе и температурой омывающего его воздуха. Для нагревательных приборов, устанавливаемых непосредственно в помещениях для отопления последних, теплоотдачу нагревательных приборов на каждый градус разности температур между средней температурой воды и температурой омывающего нагревательный прибор воздуха можно принимать по следующей таблице:

Теплоотдача нагревательных приборов «k».

Расширительный сосуд служит, главным образом, для вмещения избытка расширяющегося при нагревании первоначального объема воды (холодной) в системе. Объем воды в системе можно приблизительно определить, считая по 10 литров на каждый кв. м поверхности нагрева радиаторов, плюс 0,7 литра – емкость трубопровода на каждые 100 калорий/час максимального охлаждения здания, плюс объем котла. Расширение воды при нагревании в пределах от 40 до 90°С можно приблизительно считать в среднем равным 3%. Объему расширительного сосуда над входом в него соединительной трубки А и до выхода сигнальной трубы Б следует давать около 4% от емкости всей системы и котла, что для системы с чугунными котлами дает около 0,2 до 0,25 литра на каждые 100 калорий охлаждения в час, а при железных котлах делать добавку в соответствии с объемом этих котлов. Для удаления воды, которая могла бы случайно, благодаря какой-либо аварии, переполнить расширительный сосуд, предназначается труба В – называемая сливной. Верх расширительного сосуда прикрывается крышкой Г. Через трубу В и крышку Г может выходить воздух, который всегда бывает растворен в сырой воде. Расширитель устанавливается на противень Е при помощи подставок Д. Противень обкладывается рольным свинцом и из него делается слив Ж в сигнальную трубу Б. К сожалению, устройство противня и сливной трубы Ж у нас мало практикуется. Расширительный сосуд, во избежание замерзания, необходимо устанавливать в теплом месте или вокруг него делать теплую будку, причем, по возможности, его рекомендуется ставить вплотную около дымовой трубы.

Рис. 40. Расширительный сосуд.

Трубопровод устраивается из двух родов труб: муфтовых (гатовых) и фланцевых (дымогарных). В относительной технике применяются трубы, сопоставленные в следующей таблице:

Муфтовые трубы, как показывает само название, соединяются на муфтах (рис. 41). Простое соединение труб муфтой служит для соединения двух концов труб в одну длинную трубу. Соединение же на длинной резьбе имеет целью дать возможность производить разборку трубопровода без разрезания труб, как это легко сообразить при внимательном рассмотрении рис. 41.

Рис. 41

Фланцевые трубы, как это видно из таблицы, имеют сравнительно тонкие стенки, поэтому на них делать резьбу нельзя. Соединение их делается на фланцах: 1) на разбартовке (рис. 42) — чугунные фланцы свободно надеваются на концы труб, после чего борты труб разогреваются и отгибаются (отбартовываются) наружу, поверхность бортов делается плоской, между бортами вставляется прокладка, сделанная не тряпичного картона, проваренного в олифе, на резины, клингерита и др. материалов,  фланцы придвигаются к бортам и затягиваются болтами; 2) на напаянных кольцах (рис. 43) — на трубы свободно надеваются чугунные фланцы, и на концы труб напаиваются медью толстые железные кольца, поверхности выравниваются, между ними вставляется прокладка (как и раньше), и фланцы затягиваются; 3) на навальцованных стальных точеных фланцах (рис. 44) – на концы труб навальцовываются при помощи развальцовки стальные фланцы, у которых  на внутренней поверхности выточены дорожки для того, чтобы при вальцовке труба вмялась бы в дорожки фланцев; поверхности соединения фланцев тоже точеные, между ними вставляют прокладки и соединение стягивается болтами.

Рис. 42.

Рис. 43. 44.

Рис. 45.

Действие водяной системы отопления низкого давления основано на использовании того же закона равенства силы, возбуждающей циркуляцию среды (в данном случае воды) в рассматриваемом трубопроводе, или «рабочего напора», и сил сопротивления, противодействующих этой циркуляции, т. е. трения воды о стенки трубопровода и сопротивлений при преодолении разных препятствий на пути этой циркуляции — «местных сопротивлений», как, например, при изменении направлений, внезапных изменениях скоростей, при прохождении через краны, задвижки и пр. В простейшем случае полагают (рис. 45), что вода подогревается в котле К до некоторой температуры t” и при этой же температуре поступает в нагревательный прибор Н. П., который, выделяя теплоту в отапливаемое помещение, охлаждает воду, например, до температуры t’, причем при этой же температуре вода поступает к котел для вторичного подогревания и т. д. Как видно из предыдущего, предположено, что вода при движении по трубопроводу совершенно не охлаждается. Это, конечно, неправильно. О большом значении этого  охлаждения будет сказано ниже (стб. 348'). Без учета охлаждения воды при ее циркуляции по трубопроводу и до сих пор рассчитывается большинство систем центральных отоплений. Но это следует признать как отживание старого метода и переход на новый, более совершенный, дающий как более дешевый трубопровод, так и учет более правильной циркуляции воды и достижение более гармоничного действия системы отопления. Для выявления же основного выражения закона циркуляции воды примем этот воображаемый случай, т. е. когда трубопровод не охлаждается. Согласно представленной схемы, столбу охлажденной воды (высоту которого можно считать как вертикальное расстояние от середины нагревательного прибора Н. П. до середины котла К) с температурой t’ и объемным весом у  противостоит столб воды той же высоты h, но более высокой температуры t” а, следовательно, с меньшим объемным весом γ”, таким образом, энергия, возбуждающая циркуляцию воды, или как ее называют, «рабочий напор», будет Н = h(γ” — γ') в кг/кв. м  или в мм вод. ст. (1), где γ” — вес одного куб. м  воды в кг при температуре t”, а γ' — вес одного куб. м  воды в кг при температуре t'. Этот рабочий напор или, как его иначе называют, «рабочее давление» или просто «напор», должен уравновешиваться:

1. Сопротивлениями от трения воды о стенки трубопровода. Эти сопротивления, на основании тщательных опытов, произведенных в Испытательной лаборатории по отоплению и дистилляции Высшего технического училища в Берлине—Шарлотенбурге, для горячей воды средней температуры в 70°С выражаются следующей формулой:

Здесь, так же как и при воздушном отоплении, следует обратить внимание на расчетные таблицы, даваемые в «Руководстве Ритшеля», в которых даются значения величин R и другие.

2. Местными сопротивлениями, т. е. сопротивлениями, которые испытывает вода при прохождении через краны, задвижки, фасонные части (угольники, тройники и пр.) и которые для каждого участка, имеющего водяной поток одной и той же мощности при одной и той же скорости могут быть выражены следующей формулой:

Z = ∑ζ v²/2g γ
где ζ – фактор данного местного сопротивления, а ∑ζ – сумма всех факторов местных сопротивлений на данном участке, имеющем постоянную скорость воды.

Значения факторов местных сопротивлений ζ

¹⁾ Противотока применять не следует. В этом случае лучше устанавливать круглый угольник и тройник с впуском воды через сосок.

Скорость же воды, проникающей через данный участок, определяется из условия неразрывности струи, т. е. что количество воды, протекающее через данный участок Q = 3 600.10^-6 πd³/4.v.γ кг/час, откуда скорость циркуляции воды на участке v = 4.10^-6.Q/3600 πd².γ м/сек, где Q – в кг/ч, d — диаметр участка в мм, v — скорость в м/сек., γ — объемный вес в кг/куб. м.

3. Возбуждение первоначальной скорости циркуляции воды учитывается каждый раз при проходе через объемистые приборы, как котел и радиаторы.

Общее уравнение циркуляции воды будет: Н = h (γ” — γ’) = ∑IR + ∑Z. Здесь также при ведении расчетов следует пользоваться методами, таблицами и трафаретами, данными в «Руководстве Ритшеля».

Рис. 46.

При ведении расчета следует всегда вести учет охлаждения воды при ее циркуляции по трубопроводу. Особенно резко значение охлаждения воды при циркуляции по трубопроводу сказывается при устройстве небольших, так называемых поквартирных или одноэтажных систем отоплений. При указанных ранее данных весь рабочий напор для схемы, изображенный на рис. 46, выразился бы величиной Н = h₁ (γ₁ – γ₅). Между тем, по данным инженера Г. И. Клингера¹⁾ этот напор при учете всех охлаждений воды выражается приблизительной величиной H = bh (l+h) = ah₁, где для температур от 80 до 96° можно принимать b = 0,4, а величину а из следующей таблицы:

Отсюда очевидно, какую огромную роль играет охлаждение воды по пути от котла до нагревательного прибора и как сильно длина этого пути отражается на возбуждении рабочего напора. Так, например, если бы величина h₁ = 0, то тогда, без учета охлаждения, и рабочий напор равнялся бы Н = 0. Между тем даже при предположении, что l = 1 м, h₁ = 1 м  и разность температур входящей в нагревательный прибор и выходящей из него воды = 86—65, рабочий напор равняется

величина, достаточная для устройства вполне целесообразной системы отопления.

¹⁾ См. H. I. Klinger, “Die Stockwerks Warmwasserheizung” (Etagengeizung), Halle (Saale), 1927.

Вышеизложенное имело целью определить величину рабочего напора, который тратится на преодоление сопротивлений трения ∑lR и на определение местных сопротивлений

Таким образом, в общем случае должно быть удовлетворено условие

Рис. 47. Отопление с искусственным побуждением инж. Рек.

Водяное отопление низкого давления с искусственным побуждением воды. Если системы имеют большую величину, то при удовлетворении указанного выше уравнения получаются чересчур большие диаметры трубопровода, и устройство таких систем практически оказывается неосуществимым. Во избежание этого предлагали делать системы с искусственным побуждением воды. Одним из первых, предложивших такое устройство, был инженер Рек (Reck). Схема его системы изображена на рис. 47. Было и еще много подобных систем, но все они оказались сравнительно сложными по уходу и потому не привились.

Рис. 48. Насосное водяное отопление.

Водяное отопление низкого давления с насосным побуждением циркуляции воды. Более простым оказалось возбуждать циркуляцию воды насосами. Схема подобного устройства изображена на рис. 48. Такая система дает возможность отапливать огромные районы целых городских кварталов или поселков из одного центра. Работа, которую должен совершать насос, заключается в преодолении сопротивлений трения и местных, т. е.

вод. столба. Если назвать через t” температуру воды, выходящей из котла, t’ — температуру охлажденной воды при выходе из самого отдаленного нагревательного прибора и через W — всю потерю теплоты, как для возмещения охлаждения помещениями, так и теряемую непроизводительно от охлаждения трубопровода при прохождении по подземным каналам, по не отапливаемым помещениям и т. д., тогда количество перемещаемой воды будет W: (t”—t’) кг; если величина всех сопротивлений будет H метров водяного столба, то работа на передвижение этой воды выразится величиной

килограммометров в час, или

килограммометров в секунду; а так как  1 лошадиная сила = 75 кг-м/сек., то вышѳуказанная работа выразится в

 кг-м/сек.

Соответственно этому подбирается насос и к насосу электромотор.

Водо-водяное отопление. Еще задолго до последней войны московский профессор Чаплин изобрел так называемую водо-водяную систему отопления. Заключается она в том, что горячая вода в центральной котельной нагревается выше ста градусов, обычно до 110° и редко, в исключительных случаях, до 130°. Таким образом, каждый килограмм воды несет значительно большее теплосодержание; так, например, если при возвращении в котельную вода охлаждается до 70°, то, следовательно, каждый килограмм воды, в первом случае, несет 110—70 =   40 калорий, тогда как в обычных системах он несет всего 20 калорий. Перегретая вода подается в здания, где она или вводится в специальные водо-водяные котлы, где смешивается с водой местной системы и нагревает последнюю воду до нормальной температуры в 90°С при самых сильных морозах, или в водо-водогрейные котлы, в которых перегретая вода передает свою теплоту воде в котле через медные змеевики.

Рис. 49

Из водо-водяных котлов поступающая из местных систем охлажденная вода ведется обратной магистралью обратно в центральную котельную для повторного подогревания и т. д. Путем примешивания охлажденной воды в перегретой при помощи третьей трубы профессор Чаплин дает возможность в системе отопления любого здания, при помощи струйного аппарата (инжектора), получать воду желаемой температуры, диктуемой наружной температурой воздуха.

4. Водяное отопление среднего давления, вследствие высокой температуры воды, с которой она поступает в нагревательные приборы, доходящей до 120°С, неудовлетворительно в гигиеническом отношении. В техническом отношении оно представляет тоже многие неудобства. Применение его встречается в единичных случаях. От водяного отопления низкого давления оно отличается лишь тем, что расширительный сосуд у него замкнут от атмосферы (рис. 49) помощью нагруженного вентиля. Концом а вентиль связан с верхней точкой системы отопления.

Рис. 50.

5. Водяное отопление высокого давления применяется лишь для промышленных целей, например в хлебопекарных печах, зерносушилках и т. п. Температура воды в нем достигает 200°С, почему трубопровод испытывается в холодном состоянии до 250 атмосфер. Схема этого отопления состоит из труб внутреннего диаметра 23 мм  и наружного диаметра 33 мм, представляющих из себя замкнутое кольцо. В одном месте это кольцо имеет ряд витков (змеевик), представляющих собой котел, а в других местах эти витки образуют нагревательные приборы. Расширительный сосуд также состоит из замкнутых труб, несколько большего диаметра, чем основные трубы.

Рис. 51.

6. Паровое отопление высокого давления применяется на фабриках, в банях и т. п., но ввиду высокой температуры пара, а, следовательно, и нагревательных приборов, в санитарном отношении оно неудовлетворительно, и потому применение его, как непосредственного отопления, делается вое более и более ограниченным. Но зато передача теплоты паром, как в смысле дальности расстояния, так и в смысле удобства любой прокладки трубопровода, а также широкая возможность посредственной передачи теплоты делают паровое отопление весьма распространенным. Как на примеры последнего применения пара можно указать: 1) на передачу теплоты паром для районного отопления городов, поселков и пр., где, смотря по обстоятельствам, оно бывает выгоднее водяного отопления; 2) на посредственную передачу теплоты посредством пароводогрейных аппаратов, т. н. бойлеров (рис. 50), когда в водогрейный цилиндр вставляется ряд труб—змеевик, через который циркулирует пар и через стенки которого передает свою теплоту воде; и 3) на передачу теплоты паром через калориферы, т. е. через нагревательные приборы, питающиеся непосредственно паром, но которые омываются потоком воздуха большой скорости (о чем будет сказано ниже).

Рис. 52.

При паровом отоплении высокого давления пар берется или непосредственно от котла, или прошедший через паровую машину, паровую турбину, паровой насос и пр. В последнем случае такое отопление называется отоплением мятым паром. Схема центральной станции парового отопления высокого давления указана на рис. 51. Котлы для парового отопления высокого давления применяются такие же, как в паросиловых установках (см. паровые котлы). Трубопровод и нагревательные приборы здесь применяются такие же, как и при водяном отоплении, только вместо кранов двойной регулировки применяют вентили. Прокладка паропровода и отвод получающейся от охлаждения пара конденсационной воды изображены на рис. 52. В случае гористой местности прокладка паропровода и конденсационного трубопровода ведется по схеме рис. 53. При пропускании по трубам пара последние, нагреваясь, расширяются, причем для расчетов полагают, что каждый погонный метр трубы дает приращение длины в 2 мм. При длинных паропроводах для воспринятия этого удлинения труб ставят «компенсаторы». Они представляют собой или согнутые в форме лиры (рис. 54), или в виде буквы П петли из тех же труб, из которых прокладывается паропровод, или из медных труб, или из гибких труб. Иногда, там, где нельзя проложить указанные компенсаторы, ставят так называемые сальниковые компенсаторы, в них одна труба охватывается сальником, который дает возможность при расширении труб входить этой трубе в сальниковую охватку, укрепленную на конце другой трубы. Этот способ, однако, более сложен и требует за собой постоянного ухода, но зато при нем трубы прокладываются прямо, без изгибов. Существует еще целый ряд компенсаторов, решающих вопрос о восприятии на себя расширения труб. В промежутках между компенсаторами трубы укрепляются неподвижно. Эти места называются якорными точками. В остальных местах трубопровод должен лежать на укреплениях, снабженных роликами или шариками, или подвешен на гибких подвесках, чтобы трубы при нагревании и остывании могли бы легко по ним скользить или отклоняться в сторону. Для прокладки труб в земле устраивают или проходные туннели (рис. 55), допускающие постоянный надзор за трубами, или специальные трубы из цемента или чугуна (рис. 56).

Рис. 53.

Действие парового отопления высокого давления основано на законах движения пара по трубопроводам, причем расчет трубопровода представляет большие трудности сравнительно с другими системами отопления. Однако, и здесь общие принципы остаются те же. Рабочий напор, или давление пара, определяется или в зависимости от давления пара в центральной котельной, или в зависимости от условий конечного и начального давлений пара для данной установки, причем при паре высокого давления эти условия имеют весьма широкие пределы. Итак, Н — допускает выбор в широких пределах. Выражение для потери давления на погонном метре паропровода

здесь определяется, ввиду изменения объемного веса и количества пара по мере течения его по трубопроводу, формулами:

для изолированных труб, и

для змеевиков.  Здесь В₂ = р₂^1,9375 причем р₂ – давление пара в начале участка в кг/кв. м или мм водяного столба, В₁ = р₁^1,9375 причем р₁ - давление пара в конце участка в кг/кв. м  или мм  водяного столба; Q — количество пара, доходящего к концу участка (потребное количество пара, согласно задания, или разбор пара) в кг/ч, q – количество конденсационной воды в кг/ч, получающейся вследствие потери теплоты от охлаждения паропровода на протяжении одного погонного метра; N – полезная производительность парового змеевика в кг пара/ч.

Рис. 54

Рис. 55

Рис. 56.

Местные сопротивления выражаются в том же виде

кг/кв. м или мм водяного столба, а скорость пара

м/с, но здесь величина v переменная, зависящая от объемного веса пара γ, который в свою очередь зависит от давления пара. Поэтому для упрощения расчетов в таблицах «Руководства Ритшеля» скорости даются для γ = 1, а для получения истинных значений v следует табличные значения делить на γ_n, соответствующее относящимся к данным местам давлениям пара р_n. В «Руководстве Рятшеля» даются выработанные, отвечающие указанной теории, расчетные таблицы, примеры и удобные трафареты.

Рис. 57. Американский чугунный котел «Prox».

7. Паровое отопление низкого давления весьма распространено в Америке для отопления жилых и общественных зданий и пользуется там такой же популярностью, как в Европе водяное отопление низкого давления. Паровые котлы низкого давления бывают железные и чугунные. Они подобны котлам, описанным в водяном отоплении низкого давления. Чугунные паровые котлы выделываются от самых малых и до самых больших размеров, причем, за исключением самых малых размеров, они выделываются состоящими из секций.

Рис. 58.

Нагревательные приборы, трубы и краны здесь применяются такие же, как и при водяном отоплении низкого давления.

Схема парового отопления низкого давления изображена на рис. 58. Темными линиями указаны трубы, по которым пар ведется к нагревательным приборам. В нагревательных приборах пар, охлаждаясь, превращается в воду. В это время он выделяет свою скрытую теплоту, величина которой в среднем составляет 538 калорий с каждого кг пара. Количество же теплоты, передаваемое одним кв. метром поверхности нагрева нагревательных приборов, указано в таблице, данной при водяном отоплении низкого давления (см. 341’). Вода, образовавшаяся при охлаждении, или, как говорят, при конденсации пара, стекает по трубам, изображенным на чертеже белыми линиями, обратно в котел. Эти трубы называются конденсационными. Вода в котле вновь превращается в пар и т. д.

Рабочее давление пара при паровом  отоплении низкого давления большей частью бывает от 300 до 2 000 кг/кв. м. или мм  водяного столба. Под влиянием этого напора пар из котла поступает в паропровод. В то же время, под тем же напором, вода из котла выдавливается в конденсационный трубопровод  на высоту, соответствующую давлению пара. Поступая в паропровод в первый раз, пар должен вытеснить из него воздух. Воздух, как более тяжелый, чем пар, стекает вниз и по конденсационному трубопроводу вытесняется через воздушную трубку, установленную на этом трубопроводе и расположенную в котельной для удобства надзора. При окончании топки, по мере конденсации пара во всей системе, воздух через указанную воздушную трубку проникает обратно в систему отопления. Последнее обстоятельство представляет отрицательное явление, т. к. проникающий в сырые трубы свежий воздух, окисляя стенки трубопровода, вызывает его ржавление. На рис. 58, в левой части, в подвале, видна петля трубопровода, опущенная вниз, изображенная белыми линиями. Эта петля называется сифоном. Она делается длинной, соответствующей давлению пара, благодаря чему стекающую в этот сифон воду пар не может выдавить в конденсационную линию и потому пойдет по назначенному пути, а конденсационная вода, которая могла бы образовать в этом месте «водяную пробку», стечет в сифон, а оттуда в конденсационную линию. От паровой линии около котла отводится труба к предохранительному приспособлению, называемому «выкидной трубой». Пар, давя на воду в промежуточном сосуде предохранительного приспособления, выдавливает ее в выкидную трубу на высоту, соответствующую давлению пара. Если давление пара в котле поднимается выше нормы, то вода из выкидной трубы будет выброшена, и пар из котла получит свободный выход, чем предупредится возможность аварии. Как видно на описания схемы, никогда нельзя держать давление пара в котле парового отопления н. д. выше нормального предела, т. к. иначе вода в конденсационной линии поднимется, затопит паровую линию и нарушит действие системы.

Рис. 59.

Расчет парового отопления низкого давления проще, чем парового отопления высокого давления. Рабочее давление, или напор, как было сказано выше, выбирается произвольно в пределах от 300 до 2 000 кг/кв. м, при чем, если горизонтальные системы простираются до 200 м, то рабочее давление принимают от 0,08 до 0,1 атмосферы или, что то же, от 300 до 1 000 кг/кв. м  или мм  водяного столба; при горизонтальном протяжении до 300 м - до 0,15 атмосферы и при протяжении до 500 м — до 0,20 атмосферы. В крайних случаях рабочее давление, или напор, в котле можно доводить даже до  0,4 атмосферы. При давлении же свыше 0,6 атмосферы по закону требуется уже применение паровых котлов высокого давления.

Сопротивление от трения пара о стенки паропровода выражается формулами:

1. Для изолированного паропровода

в кг/кв. м  или мм  водяного столба.

2. Для неизолированного паропровода

в кг/кв. м  или мм  водяного столба.

3. Для паровых змеевиков

в кг/кв. м. или мм  водяного столба,

и потери на преодоление местных сопротивлений

Z = ∑ζ v²/2g 0,635, где W — тепловой поток в конце данного участка в кал./час, М — полезная теплопроизводительность парового змеевика в кал./час, d — диаметр участка в мм., 0,635 = γ — объемному весу пара, соответствующему давлению в 0,10 атмосферы, или кг/кв. м  или мм водяного столба.

Рис. 60.

И здесь «Руководство Ритшеля» дает удобные для практики указания.

Вакуум-паровое отопление представляет собой паровую систему отопления, в которой помощью насоса на конденсационной линии в паропроводе создается вакуум, почему температура пара делается умеренной и возможной для применения в жилых зданиях. Им широко пользуются в Америке для больших зданий, особенно для отопления небоскребов. Расчет этой системы подобен расчету парового отопления высокого давления.

Указанные выше системы отопления представляют собой основные методы отопления. Все последующие системы представляют собой комбинацию первых.

В практике отопления фабрично-заводских зданий наибольшее распространение имеют паро- и водо-воздушные отопления. Одна из таких характерных установок указана на рис. 59. Где-либо в центральном месте здания, например, в цокольном этаже, устанавливается калорифер, который отапливается паром или водой, подаваемыми из центральной котельной. Воздух гонится при помощи центробежного вентилятора через этот калорифер, в нем подогревается и нагретый гонится дальше по разводящему воздуховоду, а через ответвляющиеся от него отростка нагнетается в отапливаемые помещения. Охлажденный в помещениях воздух частично засасывается вентилятором и вторично подогревается калорифером, частично же выдавливается наружу через не плотности окон, дверей и поры стен, благодаря возбуждаемому вентилятором повышенному давлению в помещениях, или же удаление воздуха происходит через специальные вытяжные каналы. Соответствующий удаляемому количеству воздуха, свежий воздух забирается вентилятором снаружи, и таким образом система отопления соединяется с системой вентиляции. Количество воздуха для вентиляции устанавливается на основании требований гигиены в зависимости от числа людей в помещениях или в зависимости от порчи воздуха пылью, газами, парами и другими выделениями, сопутствующими производству на данной фабрике или заводе. Если выделение вредных газов, пыли и т. д. велико, то тогда приходятся вводить такое количество свежего воздуха, которое делает ненужным обратную циркуляцию воздуха из помещений, или, как теперь стали часто выражаться, подражая американцам — «рециркуляцию» воздуха.

Развитие промышленности, рост городов и поселков, строительство крупных сооружений отразилось и на технике отопления. В настоящее время вполне целесообразным и весьма экономичным является отопление из единого центра крупных районов {«теплофикация»). Схема устройства центральной отопительной установки в сочетании с силовой станцией, или схема «тепло-силовой станции» районного водяного отопления, дана на рис. 60.

Станции районного парового отопления мало отличаются от обычных паровых станций.

Литература: Н. Rietschel, «Leitfaden der Heiz- und Lüftungstchnik» (7-te Aufl., 1925; русский перевод под ред. проф. В. И. Кашкарова, 1928); профессор В. М. Чаплин, «Курс отопления и вентиляции»; L. A. Harding and А. С. Willard, «Mechanical Equipment of Buildings», V. I and II, New-York; G. Debesson, «Le сhanffage des habitations», (Paris 1920).

В. Кашкаров.