Конспект лекций по отоплению. Классификация систем отопления и требования, предъявляемые к основным видам систем отопления
 Скачать 391.26 Kb.
|
|
Читайте также: Отопление труба запорная арматура 19 тенсификации внешнего теплообмена и устранения дополнительной теплопотери через наружную стену. Все же подобное размещение прибора допустимо лишь в южных районах с короткой и теплой зимой, так как оно сопровождается неблагоприятным для здоровья людей движением воздуха с пониженной температурой у пола помещений. В средней полосе целесообразно устанавливать отопительный прибор вдоль наружной стены помещения и особенно под окном. При таком размещении прибора возрастает температура внутренней поверхности в нижней части наружной стены и окна, что повышает тепловой комфорт помещения, уменьшая радиационное охлаждение людей. Поток теплого воздуха при расположении прибора под окном препятствует образованию ниспадающего потока холодного воздуха, если нет подоконника, перекрывающего прибор, и движению воздуха с пониженной температурой у пола помещения. Длина прибора для этого должна быть не менее трех четвертей ширины оконного проема. Вертикальный отопительный прибор следует размещать возможно ближе к полу помещения (но не ближе 60 мм от пола для удобства очистки подприборного пространства от пыли). При значительном подъеме прибора над полом в помещении создается охлажденная зона, так как циркуляционные потоки нагреваемого воздуха, замыкаясь на уровне установки прибора, не захватывают и не прогревают в этом случае нижнюю часть помещения. Особое размещение отопительных приборов требуется в лестничных клетках вертикальных шахтах снизу доверху здания. Естественное движение воздуха в лестничных клетках в зимний период, усиливающееся с увеличением высоты, способствует теплопереносу в верхнюю их часть и вместе с тем вызывает переохлаждение нижней части, прилегающей к открывающимся наружным дверям. Частота открывания наружных дверей и, следовательно, охлаждение прилегающей части лестницы косвенно связаны с размерами здания, и в многоэтажном здании в большинстве случаев выше, чем в малоэтажном. Очевидно, при равномерном размещении отопительных приборов по высоте будет происходить перегревание средней и верхней частей лестничной клетки и переохлаждение нижней части. Таким образом, в лестничных клетках целесообразно располагать отопительные приборы в нижней их части, рядом с входными дверями. Их размещают на первом этаже при входе и в крайнем случае переносят часть приборов (до 20% в двухэтажных, до 30% в трехэтажных зданиях) на промежуточную лестничную площадку между первым и вторым этажами. Установка ото- 20 пительного прибора во входном тамбуре с наружной дверью нежелательна во избежание замерзания воды в нем или в отводной трубе в том случае, если наружная дверь длительное время остается открытой. Все отопительные приборы располагают так, чтобы были обеспечены их осмотр, очистка и ремонт. Вместе с тем вертикальные металлические приборы размещают под подоконниками, в стенных нишах, специально ограждают или декорируют. Если по технологическим, противопожарным или эстетическим требованиям ограждение или декорирование прибора необходимо, то теплоотдача укрытых приборов по возможности не должна уменьшаться (или уменьшаться не более чем на 10%). Поэтому конструкция укрытия прибора, вызывающая сокращение теплоотдачи излучением, должна способствовать увеличению конвективной теплоотдачи. Тепловой поток от теплоносителя передается в помещение через стенку отопительного прибора. Интенсивность теплопередачи отопительного прибора характеризуют коэффициентом теплопередачи k пр, который выражает плотность теплового потока на внешней поверхности стенки, отнесенного к разности температуры теплоносителя и воздуха, разделенных стенкой. Коэффициент теплопередачи каждого вновь разрабатываемого отопительного прибора не рассчитывают аналитически, а устанавливают опытным путем без разделения теплового потока на части, выражающие теплопередачу конвекцией и излучением. Основными факторами, определяющими величину k пр, являются: вид и конструктивные особенности, приданные типу прибора при его разработке; температурный напор при эксплуатации прибора. Вид отопительного прибора позволяет заранее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи. Для гладкотрубных приборов характерны сравнительно высокие, для секционных радиаторов средние, для конвекторов и ребристых труб низкие значения коэффициента теплопередачи. Вторым основным фактором, определяющим величину k пр в эксплуатационных условиях, является температурный напор t, то есть разность температуры теплоносителя t Т и температуры окружающего прибор воздуха t в. При этом наибольшему температурному напору соответствует наивысшее значение коэффициента теплопередачи. Среди второстепенных факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи приборов систем водяного отопления, прежде всего выделяется 21 расход воды G пр. В зависимости от расхода воды изменяются скорость движения wи режим течения воды в приборе, то есть условия теплообмена на его внутренней поверхности. Кроме того, изменяется равномерность температурного поля на внешней поверхности прибора. На равномерность температурного поля на внешней поверхности отопительных приборов отражается также направление движения воды внутри прибора, связанное с местами ее подвода и отведения, то есть способ соединения приборов с теплопроводами. Способ соединения приборов или их нагревательных элементов с трубами, изменяющий условия подачи, растекания, внутренней циркуляции, слияния и отведения потоков теплоносителя, называют схемой присоединения. Все схемы присоединения приборов к трубам систем отопления разделены на три группы. Радиаторы чугунные секционные и стальные панельные выделены в первую группу, конвекторы с кожухом в третью, остальные приборы с трубчатыми нагревательными элементами отнесены ко второй группе. На рис. 5.7 представлены три основные схемы подачи и отвода воды из отопительных приборов. Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов получается при схеме присоединения сверху-вниз (схема а, когда нагретая вода подводится к верхней пробке радиатора, а охлажденная вода отводится от нижней пробки. Поэтому значение коэффициента теплопередачи будет в этом случае всегда выше, чем при движении воды снизу-вниз (схема б и особенно снизу-вверх (схема в). Рисунок 5.7. Схемы подачи и отвода воды из отопительных приборов. На коэффициент теплопередачи влияют также следующие второстепенные факторы: а) скорость движения воздуха υ у внешней поверхности прибора. При установке прибора у внутреннего ограждения k пр повышается за счет усиления циркуляции воздуха в помещении; б) конструкция ограждения прибора. Коэффициент теплопередачи уменьшается при переносе свободно установленного прибора в нишу сте- 22 ны; декоративное ограждение прибора, выполненное без учета теплотехнических требований, может значительно уменьшить k пр ; в) расчетное значение атмосферного давления, установленное для места расположения здания. При пониженном давлении по сравнению с номинальным (1013,3 гпа) коэффициент теплопередачи также понижается вследствие уменьшения плотности воздуха; г) окраска прибора. Состав и цвет краски могут несколько изменять коэффициент теплопередачи. Краски, обладающие высокой излучательной способностью, увеличивают теплоотдачу прибора и наоборот. Например, окраска цинковыми белилами повышает теплопередачу чугунного секционного радиатора на 2,2%, нанесение алюминиевой краски, растворенной в нитролаке, уменьшает ее на 8,5%. Влияние окраски связано также с конструкцией прибора. Нанесение алюминиевой краски на поверхность панельного радиатора прибора с повышенным излучением снижает теплопередачу на 13%. Окраска конвекторов и ребристых труб незначительно влияет на их теплопередачу. На значении коэффициента теплопередачи сказываются также качество обработки внешней поверхности, загрязненность внутренней поверхности, наличие воздуха в приборах и другие эксплуатационные факторы. В зависимости от значения коэффициента теплопередачи и размеров отопительного прибора изменяется его общий тепловой поток. Величина общего теплового потока обусловлена его поверхностной плотностью, то есть значением удельного теплового потока, передаваемого от теплоносителя через 1 м 2 площади прибора в окружающую среду. Тепловой расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого прибора, обеспечивающей необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение. Расчет проводится при температуре теплоносителя, устанавливаемой для условий выбора тепловой мощности приборов. Для теплоносителя пара это температура насыщенного пара при заданном его давлении в приборе. Для теплоносителя воды это максимальная средняя температура воды в приборе, связанная с ее расходом. Тепловая мощность прибора, то есть его расчетная теплоотдача Q пр, определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении. Площадь теплоотдающей поверхности зависит от принятого вида прибора, его расположения в помещении и схемы присоединения к трубам. Эти факторы отражаются на значении поверхностной плотности теплового потока прибора. 23 Расчетная площадь вида теплоносителя F пр, м 2, отопительного прибора независимо от F пр = Qпр qпр, (5.2) где Q пр требуемая теплоотдача прибора, Вт, в рассматриваемое помещение, определяемая в соответствии с формулой (5.1); q пр поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м 2. В зависимости от вида отопительного прибора по расчетной площади поверхности теплоотдачи в результате расчета определяется либо количество секций прибора, либо набор стандартных элементов прибора, либо длина греющих труб приборов. Теплопотребности помещений, выявленные в расчетных условиях, определяют площадь отопительных приборов. Площадь является постоянной характеристикой каждого установленного прибора. Между тем, известно, что расчетные условия наблюдаются при отоплении зданий далеко не всегда. В течение отопительного сезона изменяется температура наружного воздуха, на здания эпизодически воздействуют ветер и солнечная радиация, тепловыделения в помещениях неравномерны. Поэтому для поддержания теплового режима помещений на заданном уровне необходимо в процессе эксплуатации регулировать теплопередачу отопительных приборов. Эксплуатационное регулирование теплового потока отопительных приборов может быть качественным и количественным. Качественное регулирование достигается изменением температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления. Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимым на тепловой станции, и местным, выполняемым в тепловом пункте здания. Количественное регулирование теплопередачи приборов осуществляется изменением количества теплоносителя (воды или пара), подаваемого в систему или прибор. По месту проведения оно может быть не только центральным и местным, но и индивидуальным, то есть выполняемым у каждого отопительного прибора. Эксплуатационное регулирование теплопередачи приборов может быть автоматизировано. Местное автоматическое регулирование в тепловом пункте здания обычно проводят, ориентируясь на изменение температуры наружного воздуха (этот способ регулирования называют «по возмущению»). Индивидуальное автоматическое регулирование теплопереда- 24 чи прибора происходит при отклонении температуры воздуха в помещении от заданного уровня (регулирование «по отклонению»). Для индивидуального автоматического регулирования применяют регуляторы температуры прямого и косвенного действия. Для индивидуального ручного регулирования теплопередачи приборов служат краны и вентили [16] Гидравлический расчет систем водяного отопления Естественное циркуляционное давление, возникающее в системах водяного отопления, в общем случае можно рассматривать как сумму двух величин: давления р е. пр, возникающего за счет охлаждения воды в отопительных приборах, и давления р е. тр, вызываемого охлаждением воды в теплопроводах ре = ре.пр + ре.тр. (5.3) В системах отопления многоэтажных зданий первое слагаемое в большинстве случаев является основным по величине, а второе дополнительным. В системах с естественной циркуляцией ре, рассчитанное по формуле (5.3), является расчетным циркуляционным давлением р р. Расчетное циркуляционное давление в системе с искусственной циркуляцией складывается из давления рнас, создаваемого насосом, и естественного давления ре ( р + р ) р р = рнас + ре = рнас + Б е.пр е.тр, (5.4) где Б коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчетных условиях; для двухтрубных и однотрубных горизонтальных систем 0,4-0,5, для однотрубных 1. Системы отопления представляют собой разветвленную сеть теплопроводов, выполняющих важную функцию распределения теплоносителя по отопительным приборам. Теплопроводы предназначены для доставки и передачи в каждое помещение обогреваемого здания необходимого количества тепловой энергии. Так как теплопередача происходит при охлажде- 25 нии определенного количества воды, требуется выполнить гидравлический расчет системы. Для определения диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении выполняют гидравлический расчет трубопроводов системы отопления. Как известно, при движении реальной жидкости по трубам всегда имеют место потери давления на преодоление сопротивления двух видов трения и в местных сопротивлениях (тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, отопительные приборы и т.д.). Гидравлический расчет выполняют по пространственной схеме системы отопления, вычерчиваемой обычно в аксонометрической проекции. На схеме системы выявляют циркуляционные кольца, делят их на участки и наносят тепловые нагрузки. В циркуляционное кольцо могут быть включены один (двухтрубная система) или несколько (однотрубная система) отопительных приборов и всегда теплогенератор, а также побудитель циркуляции теплоносителя в насосной системе отопления. Участком называют трубу постоянного диаметра с одним и тем же расходом теплоносителя. Последовательно соединенные участки, образующие замкнутый контур циркуляции воды через теплогенератор, составляют циркуляционное кольцо системы. Тепловая нагрузка прибора (точнее прибора с прилегающим этажестояком) принимается равной расчетным теплопотерям помещений Q пот (за вычетом теплопоступлений, если они имеются). Тепловая нагрузка участка Q уч составляется из тепловых нагрузок приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой. Для участка подающего теплопровода тепловая нагрузка выражает запас теплоты в протекающей горячей воде, предназначенной для последующей (на дальнейшем пути воды) теплопередачи в помещения; для участка обратного теплопровода потери теплоты протекающей охлажденной водой при теплопередаче в помещения (на предшествующем пути воды). Тепловая нагрузка участка предназначена для определения расхода воды на участке в процессе гидравлического расчета. Расход воды на участке G уч при расчетной разности температуры воды в системе tг tо с учетом дополнительной теплоподачи в помещения определяется по формуле 26 G уч 3,6 Qуч = β β с t t ( ) г о 1 2, (5.5) где Q уч тепловая нагрузка участка, Вт; с удельная массовая теплоемкость воды, равная 4,187 кдж/кг град; β 1, β 2 поправочные коэффициенты, учитывающие дополнительную теплоотдачу в помещение. Гидравлический расчет можно выполнять различными методами: по удельным потерям давления, по характеристикам сопротивления, по приведенным длинам, по динамическим давлениям. Наиболее широкое распространение получили первые два метода расчета теплопроводов: по удельным потерям давления и по характеристикам сопротивления. Методика гидравлического расчета теплопроводов систем водяного отопления: 1. Разрабатывается аксонометрическая схема системы отопления. К составлению такой схемы приступают после того, как: подсчитаны теплопотери помещениями здания; выбран тип отопительных приборов и определено их число для каждого помещения; размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, горячие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала подающие и обратные магистрали; выбрано место для теплового пункта или котельной; определены размеры расширительного сосуда, если он требуется, и способ воздухоудаления; показано на плане чердака или верхнего этажа (при совмещенной крыше) размещение расширительного сосуда и приборов воздухоудаления. На планах этажей, чердака и подвала горячие и обратные стояки системы отопления должны быть пронумерованы, а на аксонометрической схеме кроме стояков нумеруются и все расчетные участки циркуляционных колец. Для расчета трубопровода дополнительно на схеме указывают тепловую нагрузку и длину каждого расчетного участка трубопровода циркуляционного кольца, а также всю запорно-регулировочную арматуру (краны, задвижки и т.д.). Сумма длин всех расчетных участков составляет величину расчетного циркуляционного кольца. 2. Выбирается главное циркуляционное кольцо. В тупиковых однотрубных системах это кольцо через наиболее удаленный стояк, в попутных однотрубных системах кольцо через один из средних наиболее нагруженных стояков, в двухтрубных с верхней разводкой кольцо через нижний прибор наиболее удаленного стояка. 27 3. Определяется расчетное циркуляционное давление р р, Па, по формулам (5.3) и (5.4) 4. Определяются потери давления руч на каждом участке: при расчете по методу удельных потерь: р уч = Rl + Z, (5.6) где R удельные потери давления на трение на участке, Па/м, определяемые по номограммам; 2 ρ w Z = ζ потери давления в местных сопротивлениях, Па; 2 ζ сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; ρ плотность воды, кг/м 3 ; w скорость воды на участке, м/с. при расчете по методу характеристик сопротивления 2 р уч = SG уч, (5.7) λ где S = A l + ζ характеристика сопротивления рассматриваемого d участка трубопровода, Па/(кг/с) 2 ; G расход воды на рассматриваемом участке, кг/с; λ / d приведенный коэффициент гидравлического трения; l длина участка трубопровода; ζ сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; A удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/с) 2. При расчете отдельных участков трубопровода необходимо иметь в виду следующее: местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетным участкам с наименьшим расходом воды; местные сопротивления нагревательных приборов, котлов и бойлеров учитывают поровну в каждом примыкающем к ним трубопроводе. Определяются суммарные потери давления в расчетном циркуляционном кольце. Для нормальной работы системы отопления, т.е. обеспечения затекания воды во все отопительные приборы и, соответственно, передачи заданного количества теплоты во все помещения, потери давления в расчетном циркуляционном кольце должны быть на 10 % меньше распола- |