ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Обогревание помещений нагретым воздухом при темературе выше внутренней и при давлении, близком к атмосферному. Различают воздушное отопление с подачей нагретого воздуха непосредственно в помещение (струйно-конвективное отопление) и с его пропуском по каналам внутри ограждений (панельно-лучистое отопление). Использование нагретого воздуха в качестве теплоносителя в системе отопления известно с глубокой древности. Малые теплоемкость и плотность воздуха, высокая подвижность, простота регулирования по температуре и количеству обеспечивают быстрое изменение и стабилизацию теплового режима помещений. Еще в конце I в. до н.э. римский архитектор и инженер Витрувий описал систему отопления периодического действия "хюпока-устум" ("снизу согретый") с самотечным перемещением нагреваемого воздуха в подпольных каналах, предварительно прогретых дымовыми газами. В середине века во многих странах Европы получила распространение "русская система", прообразом которой послужила система воздушного отопления Грановитой палаты Московского Кремля (конец XV в.). Воздух прогревался, соприкасаясь с внешней поверхностью огневоздушной печи, что исключало возможность проникания продуктов сгорания топлива в помещения. Более совершенные системы огне-воздушного отопления, появившиеся в конце XVIII — начале XIX в. — связаны с именами ученых: Н.А. Львова (1751 — 1804), Н.А. Аммосова (1787—1868), Г.С. Войницкого, И.И. Свизяева (1797— 1875), С.Б. Лукашевича (1850—1912) и др. "Аммосовское отопление" с нагреванием воздуха в "пневматической печи" — огневом калорифере с трубами для прохода воздуха использовалось для отопления крупных зданий на протяжении многих десятилетий. С начала XX в. воздушное отопление претерпевает качественные изменения. Появление эффективных теплоносителей, высокопрочных материалов и более соверенного оборудования способствовало созданию принципиально новых систем, отличающихся по функциональному назначению и схемно-конструктивным признакам.
В современных системах воздушного отопления воздух нагревается в специальных калориферах, выполняемых, как правило, из металла. Изнутри калориферы могут обогреваться горячей водой (водовоздушное комбинированное отопление), паром (паровоздушное), электрической энергией (электровоздушное), нагретыми газами (газовоздушное). Перемещение воздуха в системах воздушного отопления возможно естественным путем за счет изменения его плотности при нагревании (гравитационные системы) и с помощью вентилятора, создающего вынужденное движение в дополнение к гравитационному (вентиляторные системы).
По радиусу действия воздушное отопление подразделяется на местное и центральное отопление. В местной системе воздух нагревается в калорифере, находящемся в отапливаемом помещении. Примером вентиляторной местной системы может служить отопительный агрегат, а гравитационной — рециркуляционный воздухонагреватель. В центральной системе воздушного отопления тепловой пункт размещается в отдельной камере и дополняется воздуховодами, подводящими нагреваемый воздух к помещениям или каналам внутри ограждений и распределяющими нагретый воздух по ним. Обычно центральная система оборудуется вентилятором, при незначительной протяженности может быть гравитационным (см. Центральное воздушное отопление). В отличие от водяного и парового отопления центральная система воздушного отопления может обслуживать одно помещение. По качеству подаваемого в помещения воздуха воздушное отопление может выполняться по схеме с полной рециркуляцией воздуха, частичной рециркуляцией и прямоточной. В схеме с полной рециркуляцией воздух из помещения возвращается в тепловой пункт, нагревается и вновь подается в помещение. Такая чисто отопительная схема отличается низкими капитальными вложениями и наименьшим расходом теплоты на нагревание воздуха, однако не удовлетворяет требованиям санитарной гигиены. Воздух в помещениях не обновляется и с течением времени загрязняется продуктами дыхания и производственными отходами, вредными для здоровья людей. Полная рециркуляция допускается в общественных зданиях и производственных помещениях в нерабочее время (дежурное отопление), в помещениях с кратковременным пребыванием людей при отсутствии вредных выделений. Эта схема используется также в рециркуляционных воздухонагревателях и воздушно-тепловых завесах у наружных входов в здания. В схеме с частичной рециркуляцией к забираемому изнутри рециркуляционному воздуху подмешивается некоторое количество свежего воздуха, необходимое для вентиляции помещений. Смешанный воздух догревается в калорифере и подается вентилятором в помещения (отопительно-вентиляционная система). По сравнению с чисто отопительной, ее тепловая мощность возрастает на величину, необходимую для нагревания вентиляционной части приточного воздуха от температуры наружного до температуры воздуха в помещении. Для реализации этой схемы в местной системе используется отопительно-вентиляционный агрегат. В прямоточной схеме воздух забирается только снаружи в количестве, определяемом потребностями вентиляции обслуживаемых помещений. Схема является вентиляционной и отличается самыми высокими затратами теплоты. Эта схема обязательна, когда требуемый объем свежего вентиляционного воздуха превышает необходимый для создания должного отопительного эффекта (в гражданских и промышленных зданиях, при большом количестве вредных для здоровья паро- и газовыделений, а также пожаро- и взрывоопасных и дурнопахнущих веществ). Во всех остальных случаях используется схема с частичной рециркуляцией как наиболее гибкая и позволяющая по необходимости переходить к полной рециркуляции и прямоточному варианту путем изменения расходных соотношений и температуры приточного воздуха. Выбор схемы воздушного отопления в каждом конкретном случае зависит от назначения отапливаемых помещений, режима их функционирования, вида и количества выделяющихся вредных веществ.
В центральных системах воздушного отопления, обслуживающих несколько помещений, температуpa приточного воздуха обычно принимается равной требуемой для отопления помещения с наименьшим значением Qn. В остальные помещения предусматривается подача увеличенного количества воздуха в соответствии с их тепловыми балансами. Расход теплоты на нагревание воздуха (тепловая мощность системы отопления) определяется по аналогичному уравнению, в котором GOT принимается равным суммарному расходу нагреваемого воздуха для всех обслуживаемых помещений от начальной температуры (перед калорифером) до требуемой температуры проточного воздуха. При этом для систем с полной рециркуляцией воздуха в качестве начальной принимается температуpa внутреннего, для прямоточных — температуpa наружного, с частичной рециркуляцией — температуpa смеси наружного и рециркуляционного воздуха.
Конструктивные особенности систем воздушного отопления, область их применения, достоинства и недостатки зависят от вида используемых систем и специфики обслуживаемых помещений (см. Центральное воздушное отопление и Местное воздушное отопление). Повсеместное распространение воздушного отопления сдерживается невысокой эксплуатационной надежностью разветвленных систем и повышенными теплоэнергетическими затратами на нагревание воздуха, особенно в прямоточных системах. Необходимым условием эксплуатационной надежности систем воздушного отопления является их высокая аэродинамическая устойчивость. Наибольшей устойчивостью (автомодельностью) обладают гравитационные системы стабильной структуры с обособленными ответвлениями для каждого этажа при качественном регулировании системы воздушного отопления. Изменяющееся естественное циркуляционное давление вызывает пропорциональнальное изменение потоков воздуха по всем ответвлениям. В разветвленных системах с механическим побуждением при качественном регулировании пропорциональность располагаемых давлений нарушается. Возникающее эксплуатационное разрегулирование приводит к перераспределению воздуха в пользу нижних и дальних ответвлений в отличие от начальной разрегулировки обратного действия, устраняемой при расчете и монтаже системы. Повышение аэродинамической устойчивости разветвленной системы воздушного отопления достигается за счет снижения доли естественного давления. Автомодельность таких систем обеспечивается при переменном режиме их работы, когда температура приточного воздуха изменяется по графику качественного регулирования, а его расход — как для гравитационных систем (качественно-количественное регулирование).
Снижение тепловой мощности систем воздушного отопления целесообразно за счет минимизации расчетного расхода наружного и приточного воздуха и согласования режимов работы системы и обслуживаемых помещений (прерывистое отопление). Ощутимым резервом является использование теплового потенциала удаляемого воздуха для частичного нагревания наружного воздуха в различного рода воздухо-воздушных теплообменниках-утилизаторах (см. Утилизация теплоты вытяжного воздуха). Все большее распространение получают системы воздушного отопления с применением нетрадиционных энерго- и теплоносителей: солнечной радиации {солнечное отопление), теплоты геотермальной воды {геотермальное отопление), поверхностных слоев грунта и др. низкопотенциальных источников теплоты.