Движущаяся среда в системе отопления — теплоноси­тель — аккумулирует теплоту и загем передает ее в обогре­ваемые помещения. Теплоносителем для отопления может быть любая, достаточно подвижная и дешевая, жидкая или газообразная среда, соответствующая требованиям, пре­дъявляемым к системе отопления (см. § 1.1).

Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно используют, как уже известно, воду, водяной пар, атмосферный воздух, нагретые газы. В се­верных районах страны применяют воду с добавками во избежание замерзания теплоносителя в трубах (например, 27%-ный раствор хлористого кальция).

Органические теплоносители, температура кипения ко­торых при атмосферном давлении превышает 250 °С (напри­мер, жидкое топливо), используются в специальных высоко­температурных установках. Этиленгликоль, как вещество 3-го класса опасности, применяют для отопления только тех сооружений, в которых люди не присутствуют.

Сопоставим основные свойства горячих га­зов, воды, пара и воздуха, характерные при использовании их в качестве теплоносителей в системах отопления.

Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применнмыдля отопления в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверх­ности приборов. При транспортировании горячих газов имеют место значительные попутные теплопотери (обычно бесполезные для обогревания помещений).

Высокотемпературные продукты сгорания топлива мож­но выпускать непосредственно в помещения или соору­жения, но при этом способе отопления ухудшается состоя­ние их воздушной среды, что в большинстве случаев недо­пустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по ка­налам усложняет и понижает КПД системы отопления.

Область использования горячих газов ограничена ото­пительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками.

Наибольшее распространение в качестве теплоносителей в системах отопления имеют вода, пар и воздух. Они исполь­зуются многократно и без загрязнения окружающей здания среды.

Вода представляет собой практически несжимаемую жидкую среду со значительной плотностью и теплоемко­стью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависи­мости от температуры, а температуру кипения в зависимо­сти от давления, способна сорбировать и выделять газы при изменении температуры и давления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно Малой плотностьЮ. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении.

Воздух также является легкоподвижной средой со срав­нительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от темпера­туры.

Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выполнения требований, предъявляемых к системе отопления.

Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в помещениях равномерной температуры (lm. § 1.1). По этому показателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использо - ьании горячего воздуха — малотеплоинерционного тепло­носителя — можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения, быстро из­меняя температуру подаваемого воздуха, т. е. проводя так называемое эксплуатационное регулирование. Одновремен­но с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.

Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру поме­щений, что достигается регулированием температуры пода­ваемой в приборы воды. При таком регулировании темпе­ратура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на 1—2 °С) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.

При использовании пара температура помещений нерав­номерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за неравенства теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится уменьшать количество подаваемого пара и даже периоди­чески выключать приборы во избежание перегревания поме­щений при уменьшении теплопотерь.

Другое санитарно-гигиеническое требование — ограни­чение температуры поверхности приборов — вызвано яв­лением разложения и сухой возгонки органической пыли Va нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ в частности окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65—70 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.

При использовании пара в качестве теплоносителя температура поверхности большинства отопительных при­боров и труб постоянна и близка или выше 100 °С, т. е. превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой средняя температура нагревательной поверхности, как правило, ниже, чем при применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления планомерно пони­жают для снижения теплопередачи приборов по мере умень­шения теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя температура поверхности приборов в течение отопительного сезона практически не превышает гигиени­ческого предела.

Важным экономическим показателем при применении различных теплоносителей является расход металла на теп­лопроводы и отопительные приборы.

Расход металла на теплопроводы возрастает с увели1 нием площади их поперечного сечения. Вычислим соотно­шение площади поперечного сечения теплопроводов, по которым подаются различные теплоносители для передачи в помещения одинакового количества теплоты. Примем, что для отопления используются вода, температура которой понижается с 150 до 70 °С, пар давлением 0,17 МПа (тем­пература 130 °С) и воздух, охлаждающийся с 60 °С до тем­пературы помещения (например, 15 °С). Результаты рас­четов, а также характерные параметры теплоносителей (плотность, теплоемкость воды и воздуха, удельная теплота конденсации пара) сведем в табл. 1.1.

Видно, что площади поперечных сечений водоводов и паропроводов относительно близки; сечение воздуховодов в сотни раз больше. Это объясняется, с одной стороны, значительной теплоаккумуляционной способностью воды и свойством пара выделять большое количество теплоты при конденсации, с другой стороны — малыми плотностью и теплоемкостью воздуха.

При сравнении расхода металла следует также учесть/ что площадь поперечного сечения труб для отвода конден­сата от приборов — конденсатопроводов значительно мень­ше площади сечения паропроводов, так как объем конденса­та примерно в 1000 раз меньше объема той же массы пара.

Можно сделать вывод, что расход металла как на водо­воды, так и на паро - и конденсатопроводы будет значительно меньшим, чем на воздуховоды, даже если последние выпол­нить со значительно более тонкими стенками. Кроме того, при большой длине воздуховодов малотеплоемкий теплоно­ситель (воздух) сильно охлаждается по пути. Этим объяс­няется, что при дальнем теплоснабжении в качестве теп­лоносителя используют не воздух, а воду или пар.

Расход металла на отопительные приборы, обогревае­мые паром, меньше, чем на приборы, нагреваемые горячей водой, вследствие уменьшения площади приборов при более высоких значениях температуры нагревающей их среды. Конденсация пара в приборах происходит без изменения температуры насыщенного пара, а при охлаждении воды в приборах понижается средняя температура (например, до 110°С при температуре воды, входящей в прибор, 150 °С и выходящей из прибора 70 °С). Так как площадь нагрева­тельной поверхности приборов обратно пропорциональна температурному напору, то при температуре пара 130 °С (см. табл. 1.1) площадь паровых приборов приблизительно (считая коэффициенты теплопередачи равными) составит (110—20) : (130—20)=0,82 площади водяных приборов (20 °С — температура помещений).

В дополнение к известным эксплуатационным показа­телям следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в 600—1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление. В связи с этим в высотных зданиях в США применяют системы парового отопления.

Воздух и вода могут перемещаться в теплопроводах бесшумно (до определенной скорости движения). Частичная конденсация пара вследствие попутных теплопотерь через сгенки паропроводов (появление, как говорят, попутного конденсата) вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении пара.

В заключение перечислим преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления.

При использовании воды обеспечивается довольно рав­номерная температура помещений, можно ограничить тем­пературу поверхности отопительных приборов, сокраща­ется по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность дви­жения в трубах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах; тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов.

При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достигается бы­строе прогревание приборов. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой мини­мально. Однако пар как теплоноситель не отвечает сани­тарно-гигиеническим требованиям, его температура вы­сока и постоянна при данном давлении, что не обеспечи­вает регулирования теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумно­сти его движения в каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на возду­ховоды, относительно большое понижение температуры по длине воздуховодов.