Отопление — это искусственное поддержание в холодную погоду постоянного, заданного уровня температуры воздуха в закрытых помещениях. Количество тепла, подаваемого отопительными приборами, должно быть эквивалентно потерям тепла через внешние ограждения помещений и за счет вентиляции.
Отопление должно обеспечить комфортный уровень температуры воздуха (см. Зона комфорта, Микроклимат). Отопительные приборы должны обеспечить достаточное и равномерное нагревание воздуха помещений и не должны загрязнять воздух продуктами горения. Разница температур в горизонтальном направлении от окон до внутренних стен не должна превышать 2°, а по вертикали — 1° на каждый метр высоты помещения.
Температура нагревательных поверхностей отопительных приборов во избежание пригорания оседающей на них из воздуха помещений органической пыли не должна превышать 80°.
Нагревательные поверхности должны быть ровными и гладкими, легко очищающимися от загрязнений. Эксплуатация отопительных приборов не должна загрязнять помещение. Местные отопительные приборы должны быть экономически выгодными и безопасными в пожарном отношении.
Различают отопление местными отопительными приборами и системами центрального отопления. Конструкция печи местного отопления определяет ее способность аккумулировать большее или меньшее количество тепла (теплоемкость). Для отопления помещений жилых и общественных зданий следует применять печи большой теплоемкости.
Печи средней теплоемкости применяются для различных отоплений помещений временного пребывания людей.
Общими недостатками печного отопления являются: неравномерное распределение температур в отапливаемых помещениях, трудность регулирования теплоотдачи, загрязнение помещений топливом и возможность загрязнения воздуха помещений продуктами горения, в том числе окисью углерода.
В большей степени удовлетворяют гигиеническим требованиям системы центрального отопления, характеризующиеся тем, что поддержание требуемой температуры в помещениях здания производится одним, центральным, генератором тепла, где происходит сжигание топлива или превращение электроэнергии в тепловую. Теплоноситель (пар, вода, воздух) направляется в нагревательные приборы или в помещения по теплопроводам (трубопроводам или каналам).
Рис. 1. Комбинированная пароводяная система (схема): 1 — паровой котел; 2, 5,7 и 8 — трубопроводы; 3 — теплообменник (бойлер); 4 — змеевик; 6 — нагревательные приборы; 9 — расширительный сосуд.
В соответствии с радиусом действия различают квартирные или домовые системы центрального отопления. В последнее время получили широкое применение районное теплоснабжение, имеющее большой радиус действия, и теплофикация — теплоснабжение от станций, производящих тепло и электроэнергию. Эти станции называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Водяное отопление может быть высокого или низкого давления. Вследствие того, что температура нагревательных поверхностей отопительных приборов систем водяного отопления высокого давления и парового отопления превышает допустимые пределы, эти системы используются только для отопления помещений кратковременного пребывания людей и некоторых торговых и производственных помещений, хотя паровое отопление более выгодно в экономическом отношении. Часто применяются системы водяного отопления низкого давления, в которых пар используется для нагревания воды в теплообменниках (бойлерах) (рис. 1).
Рис. 2. Воздушное отопление (схема): 1 — приемник наружного воздуха; 2 — калорифер; 3 — приточный канал; 4 — подача в помещение; 5 — удаление воздуха; 6 — вытяжной канал; 7 — шахта.
Воздушное отопление жилых и общественных зданий может применяться при условии одновременного кондиционирования воздуха и предотвращения забросов воздуха из одних помещений в другие (рис. 2).
Наиболее удовлетворяет гигиеническим требованиям лучистое (панельное) отопление, при котором нагревательные устройства закладываются в стены или междуэтажные перекрытия.
Отопление. Температура воздуха является одним из основных факторов в комплексе метеорологических условий, определяющих теплообмен и тепловое равновесие организма и внешней среды, поэтому обеспечение теплового комфорта (см. Зона теплового комфорта) в жилых и общественных помещениях является важной гигиенической задачей.
Системы отопления зданий должны удовлетворять следующим гигиеническим требованиям: 1) обеспечивать внутри помещений устойчивую температуру воздуха в зависимости от климата местности на уровне 17—22° (допускаются колебания не более ±2° в течение суток); 2) способствовать равномерному распределению воздуха в помещениях (колебания в горизонтальном направлении допускаются не более ±1°, повышение температуры в вертикальном направлении на каждый метр высоты помещения не больше 1,5°); 3) не портить состава воздуха в помещениях, например вследствие пригорания пыли на поверхности нагревательных приборов (которое резко возрастает при температуре выше 85°), а также выделения окиси углерода и других вредных и дурно пахнущих газов; 4) не допускать механического загрязнения помещения топливом, золой и т. д.; 5) быть легко доступными для ухода и очистки своих основных элементов (генератор тепла, нагревательные приборы, трубопроводы, каналы воздушного отопления и пр.). Перечисленные гигиенические показатели систем в основном определяются степенью централизации, характером теплоносителя (вода, пар, воздух) и видом тепловой энергии, передаваемой нагревательными приборами (конвекционное, лучистое тепло).
Рис. 1. Устройство многооборотной отопительной печи большой теплоемкости.
Рис. 2. Двухтрубная схема центрального отопления с верхним распределением воды: 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — разводящие магистрали; 4 и 5 — горячие и обратные стояки; 6 — обратные магистрали; 7 — нагревательные приборы; 8 — регулирующие краны; 9 — расширительный сосуд; 10 — труба для отвода воздуха; 11 и 12 —
водопроводные трубы.
Системы местного отопления — печные (рис. 1), а также электрические, газовые — удобны и просты в обслуживании, однако обладают рядом недостатков: неравномерность температуры воздуха в помещениях в течение суток; наличие в отапливаемом помещении отрицательной радиации, главным образом от наружных стен и окон; относительно высокая температура на отдельных участках поверхности нагревательных приборов, вызывающая пригорание пыли и ухудшение состава воздуха в помещениях; загрязнение помещений при использовании дровяных печей топливом, золой, дымом и пр.; трудность регулирования теплоотдачи нагревательных поверхностей; опасность выделения в отдельных случаях вредных газов (например, окиси углерода в печных системах). Кроме того, многие из нагревательных приборов местного отопления (металлические и малоемкие кирпичные или керамиковые печи, электронагреватели) требуют непрерывной работы в связи с малой теплоемкостью.
Рис. 3. Конвектор;
справа — нагревательный элемент конвектора.
Центральные системы отопления (водяные, пароводяные, воздушные, водо-лучистые, воздушно-лучистые и др.) обладают существенными преимуществами: обеспечивают в помещениях более равномерный тепловой режим, не загрязняются продуктами горения и топлива и др. Наиболее распространены центральные водяные системы (рис. 2), которые обладают лучшими гигиеническими показателями, могут обслуживать отдельные квартиры, здания и целые районы. Температура воды, циркулирующей в этих системах, не превышает 95°, что обеспечивает на поверхности нагревательных приборов — радиаторов, конвекторов (рис. 3) — температуру не выше 80—85°.
Применение систем, в которых теплоносителем, поступающим в нагревательные приборы, служит пар низкого или среднего давления (до 0,7 ат), допускается только в помещениях общественного назначения ввиду высокой температуры (выше 100°) поверхности нагревательных приборов.
Рис. 4. Пластинчатый калорифер
В последнее время в жилых и общественных зданиях получили распространение модернизированные системы воздушного отопления, в которых теплоносителем является нагретый в калориферах и увлажненный наружный воздух (рис. 4). Нагретый до 50—60° воздух поступает в верхнюю зону отапливаемых помещений по сети каналов. Он одновременно выполняет и функции вентиляционного приточного воздуха, замещая воздух, удаляемый вытяжными центрами, расположенными в кухнях, санитарных узлах и т. д. Рециркуляция воздуха при этой системе не допускается по гигиеническим соображениям.
Все указанные системы в основном являются конвекционными. В гигиеническом отношении заслуживают большого внимания системы лучистого отопления, в которых низкотемпературное лучистое тепло составляет 70—80% общего количества выделяемого тепла. Лучистая система отопления обусловливает иные условия микроклимата (см.) в помещениях и оказывает на организм человека действие, отличное от наблюдаемого при конвекционной системе. Лучистая энергия в определенных пределах оказывает весьма благотворное влияние на организм (общестимулирующее действие, усиление обменных процессов и т. д.). В этом главным образом и заключается гигиеническое преимущество системы лучистого отопления. Нагревательные приборы таких систем располагаются на полу, под потолком или у внутренних либо наружных стен и имеют умеренную температуру на поверхности. При лучистой системе отопления в помещениях уменьшается отрицательная радиация от наружных ограждений, что позволяет обеспечить комфортные условия при более низкой температуре воздуха, чем при конвекционных системах (например, 17—18° вместо 18—20° в жилых помещениях). Температура на поверхности панелей лучистого отопления в жилых помещениях принимается: для напольных панелей 26—28°, для потолочных 30—35°, для стенных 35—40° (в зависимости от расположения), для подоконных панелей 45—50°. Превышение указанных температур вызывает тепловой дискомфорт.