Сообщение

Проектирование отопления зданий

Содержание материала

1. Микроклимат помещения.

Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи.

В соответствии с ГОСТом микроклимат помещения – это состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемые показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

Основное требование к микроклимату – поддержание благоприятных условий для людей находящихся в помещении.

Основные микроклиматические параметры:

1. Температура внутреннего воздуха clip_image002

2 . Влажность внутреннего воздуха clip_image004%

3. Подвижность внутреннего воздуха clip_image006

Основные нормативные требования к микроклимату помещений содержатся:

1. Для промышленных зданий параметры внутреннего воздуха нормируются:

а) Гостом 12.1. 005.88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;

б) СаНПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»;

в) СНиП 2.04.05.-91* «Отопление, вентиляция и кондиционеры»;

г) ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Различные сочетания микроклиматических параметров определяют два условия комфортности:

Оптимальные или комфортные – это такие сочетания clip_image008, при которых человек не испытывает напряжения в системе терморегуляции.

Например:

clip_image010 clip_image012 clip_image014 clip_image016

clip_image018 clip_image020 clip_image022 clip_image024

clip_image026 clip_image028 clip_image030 clip_image032

Допустимые – это такие сочетания clip_image008[1], при которых человек испытывает некоторый дискомфорт, который не наносит вреда система терморегуляции человека.

clip_image034

clip_image036

clip_image038

Требуемый микроклимат в помещении создается следующие системами инженерного оборудования зданий:

1. Отопления.

2. Вентиляции.

3. Кондиционирования.

Системы отопления служат для создания в помещениях в холодный период года необходимых температур воздуха, соответствует нормативным.

То есть создают тепловой режим помещения.

Системы вентиляции – служат для удаления из помещений загрязненного и подачи в них чистого воздуха.

То есть создают воздушный режим помещения.

Системы кондиционирования – служат для обеспечения в помещениях заданной температуры, влажности и подвижности воздуха.


2. Тепловой режим здания.

Тепловым режимом здания называется совокупность факторов и процессов, которые под влиянием внешних, внутренних воздействий и принятых инженерных устройств формируют тепловую обстановку в его помещениях.

Различают:

1) Зимний воздушно-тепловой режим.

2) Летний воздушно-тепловой режим.

2.1. Зимний воздушно-тепловой режим.

На зимний воздушно-тепловой режим помещения оказывают влияния следующие факторы:

1. Расчетные зимние параметры наружного воздуха:

а) температура наружного воздуха clip_image040;

б) скорость ветра clip_image042;

в) продолжительность отопительного периода.

2. Теплозащитные свойства ограждений:

а) сопротивление теплопередаче clip_image044;

б) теплоустойчивость (тепловая инерция Д).

3. Воздухо и влагопроницаемость ограждений.

1 Расчетные параметры наружного воздуха.

Устанавливаются на основании данных метеорологических наблюдений в различных географических пунктах (приведены в СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).

Согласно СНиП 2.04.05-91 климат холодного и теплого периодов года для различных географических пунктов характеризуется двумя расчетными параметрами: А и Б

1) А - принимаются для расчета системы вентиляции.

2) Б - принимаются для расчета системы отопления.

Расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года принимается по параметрам Б (СНиП 2.04.05-91) и равна температуре наиболее холодной пятидневки.

clip_image046

clip_image042[1]- (СНиП 2.04.05-91)

а) При выборе расчетных наружных характеристик для холодного периода года необходимо исходить из следующих предпосылок:

1) Расчетные параметры климата должны быть общими для расчета всех составляющих теплового режима (теплозащита ограждения, потери теплоты и т.д.), так как они отражают единый процесс теплообмена в помещении.

2) Они должны определяться с учетом коэффициента обеспеченности и быть достаточными для расчета нестационарной теплопередачи через ограждения, характерной для расчетных условий.

Обеспеченность устанавливает, как часто или насколько продолжительны могут быть отклонения внутренних условий от заданных расчетных. (например:)

Обеспеченность условий характеризуется коэффициентом обеспеченности. clip_image048показывает в долях единицы или процентах число случае, когда недопустимо отклонение от расчетных условий. (Например: clip_image050 из 100 зим только в 8 в период наибольших зимних похолоданий могут быть отклонения условий в помещение от расчетных).

В СНиП приняты следующие значения расчетной наружной температуры для каждого географического пункта:

1) clip_image052 - средняя температура наиболее холодных суток при clip_image054 и clip_image056;

2) clip_image058 - средняя температура наиболее холодной пятидневки при clip_image054[1]

Эти температуры определены по 8 и соответственно 2 суровым зимам последних 50 лет.

Выбор расчетной температуры по нормам зависит от тепловой инерции ограждения clip_image060 по табл.


 

Расчетная зимняя температура наружного воздуха

clip_image062

до 1,5

1,5<D<4

4<D<7

D>7

clip_image040[1]

clip_image064

clip_image066

clip_image068

clip_image058[1]

б) clip_image042[2] расчетная скорость ветра по СНиП принимается равной максимальной скорости из средних скоростей ветра по румбам за январь.

в) В нормах начало отопительного периода для всех зданий принято одинаково clip_image070.

clip_image072 - продолжительность отопительного периода для различных географических пунктов приведена в СНиП.

2. Особенностью зимнего воздушно-теплового режима помещений является большой перепад температур внутреннего и наружного воздуха, т.е. clip_image040[2]< clip_image074.

Вследствие этого помещение теряет какое-то количество тепла через ограждение.

Переход теплоты из помещения к наружной среде через ограждение.

Переход теплоты из помещения к наружной среде через ограждение является сложным процессом теплопередачи.

Внутренняя поверхность наружного ограждения обменивается теплотой с помещением.

Термическое сопротивление на внутренней поверхности равно:

clip_image076

где, clip_image078 - коэффициент теплоотдачи внутренней
поверхности ограждения принимается по

СНиП строительная теплотехника.

Наружная поверхность отдает теплоту наружному воздуху, окружающим поверхностям, небосводу.

Термическое сопротивление на наружной поверхности ограждения:

clip_image080

В условиях установившегося теплового режима количество теплоты, прошедшее через внутреннюю поверхность ограждения, равно количеству теплоты, проходящему через толщу ограждения и количеству теплоты, отданному наружной поверхностью, т.е.

clip_image082

Тепловой поток последовательно преодолевает термические сопротивления на внутренней поверхности clip_image084, толщи ограждения clip_image086 и наружной поверхности clip_image088, поэтому сопротивление теплопередаче ограждения clip_image044[1] равно: сумме термических сопротивлений

clip_image091 clip_image093

где clip_image086[1] - термическое сопротивление первого слоя
ограждения, зависит от материала ограничения
и его толщины.

clip_image096

где clip_image098 - толщина слоя ограждения

clip_image100 - коэффициент теплопроводности материала
ограждения, Вт/м0С. СНиП II-3-79**

Материал ограждения характеризуется коэффициентом теплопроводности clip_image100[1] и коэффициентом clip_image102.

Если ограждение многоступенчатое, и состоит из нескольких плоских слоев, расположенных clip_image104 направленного теплового потока, то термическое сопротивление ограждения равно сумме:

clip_image106,

где clip_image086[2] = сумме термических сопротивлений отдельных слоев ограждения.


Если в ограждении присутствует плоская воздушная прослойка, то она должна быть также учтена в сумме со своим термическим сопротивлением clip_image109 (СНиП II-3-79**), тогда

clip_image111

Для неоднородной оградительной конструкции:

clip_image113

Коэффициент теплопередачи ограждения – величина обратная его сопротивлению теплопередаче, он равен

clip_image115 clip_image117

Сопротивление теплопередаче наружных ограждений отапливаемых зданий clip_image044[2] должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче clip_image120 clip_image122

clip_image120[1]определяется с учетом санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к помещениям зданий, и д.б. оптимальным с технико-экономической точки зрения.

clip_image120[2] - является минимально-допустимым сопротивлением теплопередаче, удовлетворяющим в зимних условиях санитарно-гигиенических требованиям, и определяется по формуле для наружных ограждений, кроме заполнений проемов.

clip_image124 clip_image126

где clip_image128- коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху СНиП II-3-79**;

clip_image074[1]- расчетная температура внутреннего воздуха, clip_image130

clip_image040[3] - расчетная зимняя температура наружного воздуха принимаем в соответствии со СНиП 2.01.01-82 «Климатология» с учетом тепловой инерции D ограждающих конструкций берется по СНиП II-3-79*.

clip_image133 - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой ограждающей конструкции. СНиП II-3-79**.

Из условия энергосбережение определяется по таблице 1б [СНиП II-3-79**] в зависимости от ГСО.П.= clip_image135

Для наружных дверей (кроме балконных), ворот

clip_image137

Для окон clip_image139 по СНиП II-3-79*.

Тепловая инерция «D» определяется по формуле:

clip_image141

где, clip_image143 - сопротивление теплопередаче отдельных
слоев ограждающей конструкции. clip_image126[1].

clip_image145 - коэффициенты теплоусвоенности материала
слоев ограждений

clip_image147 - показывает способность поверхности стенки
площадью 1 м2 усваивать тепловой поток
мощностью 1 Вт при температурном перепаде
1оС.

clip_image149- зависит от продолжительности отопления и физических свойств материала.


 

3. Воздухопроницаемость ограничений

При разности давлений воздуха вследствие разности температуры с одной и с другой стороны ограждения через него может проникать воздух от большего давления к меньшему. Это явление называется фильтрацией.

Если фильтрация происходит в направлении от наружного воздуха в помещение, то она называется инфильтрацией.

Свойство ограждения или материала пропускать воздух называется воздухопроницаемостью.

Воздухопроницаемость ограждения конструкции оценивается по величине сопротивления воздухопроницанию. clip_image151.

clip_image153 clip_image155

где clip_image098[1] - толщина слоя ограждения, м

clip_image157 - коэффициент воздухопроницаемости материала
clip_image159 характеризует количество воздуха в
кг, который проходит через 1м2 ограждения за 1 час
при разности давлений 1 Па.

Воздухопроницаемость строительных материалов и конструкций существенно различна. Коэффициенты clip_image151[1] стекла, пластмасс, прослоек = 0.

Кирпичные стены со сплошной штукатуркой на наружной поверхности тоже достаточно воздухонепроницаемы.

При наличии мельчайших трещин в плотном материале clip_image151[2] возрастает во много раз, а clip_image151[3] стыков между отдельными элементами ограждающих конструкций во много раз больше clip_image151[4] материалов из которых выполнены эти элементы.

Сопротивление должно быть не менее требуемого по СНиП II-3-79** clip_image162, clip_image155[1].

Сопротивление воздухопроницаемости многослойной конструкции определяют по формуле:

clip_image164

где clip_image166 - сопротивление воздухопроницаемости
отдельных слоев ограждающих
конструкций.

Влагопроницаемость строительных конструкций (ограждений)

Влажность строительных материалов увеличивает их теплопроводность, что существенно теплопроводность их теплозащитные качества ограждений.

Влажный строительный материал неприемлем с гигиенической точки зрения. Кроме того, влажностный режим ограждения оказывает существенное влияние на долговечность ограждения.

Влага бывает:

- строительная (технологическая);

- грунтовая (проникновенная вследствие капиллярного всасывания);

- атмосферная (дожди, осадки);

- эксплуатационная;

- гигроскопическая;

- конденсационная.

От всех видов влаги можно и должно избавиться кроме конденсационной.

На образование конденсационной влаги оказывает существенное влияние теплотехнический режим ограждения.


 

2.2. Летний воздушно-тепловой режим помещения

Для летнего периода определяющими параметрами климата являются:

1) интенсивность солнечной радиации;

2) температура наружного воздуха.

За расчетную температуру наружного воздуха clip_image074[2] в летний период принимают температуру наиболее жарких летних суток.

Особенностью расчета летнего теплового режима зданий является - определение теплопоступлений от солнечной радиации.

Для поддержания в помещениях в летний период определенного микроклимата используют средства тепло и солнцезащиты (Это солнцезащитные стекла, вентилируемые ограждения, затеняющие приспособления)

Помещения охлаждают:

1. путем проветривания;

2. функционирования общеобменной система вентиляции;

3. с помощью система кондиционирования.

Для определения расчетной мощности система вентиляции и кондиционирования воздуха составляется тепловой баланс помещения.

Его можно представить следующим образом:

clip_image168

где clip_image170- теплопоступления через наружное ограждение;

clip_image172- теплопоступления с воздухом система
вентиляции и кондиционирования;

clip_image174- теплопоступления с технологическими и
бытовыми тепловыделениями.


3. Тепловой баланс помещения

Температурная обстановка в помещении зависит:

1) от тепловой мощности система отопления;

2) от расположения обогревающих устройств;

3) теплозащитных свойств наружных ограждений;

4) интенсивности других источников потерь и поступлений теплоты.

В холодное время года помещение теряет теплоту:

1) из наружных ограждений - clip_image170[1]

2) clip_image177 - расходуется (отдается) на нагрев наружного воздуха, который проникает через неплотность ограждений - clip_image179;

3) на нагрев материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые поступают холодными в помещения - clip_image181

В то же время теплота поступает в помещение:

1) от технологического оборудования clip_image183;

2) от источников искусственного освещения clip_image185;

3) от нагретых материалов clip_image187

4) через оконные проемы солнечной радиации clip_image189;

5) от людей clip_image191;

6) от технологических процессов, связанных с выделением clip_image193

В установившемся режиме теплопотери равны теплопоступлениям.

clip_image195

Сведением всех составляющих поступлений и расхода теплоты в тепловом балансе помещения определяется дефицит или избыток теплоты.

clip_image197

Дефицит теплоты - clip_image199 указывает на необходимость устройства в помещении система отопления (т.е. clip_image201).

Избыток теплоты clip_image203 обычно ассимилируется система вентиляции. (clip_image205).

Тепловая мощность системы отопления определяется разностью величин теплопотерь и теплопоступлений.

clip_image207

Стены и стеновые проемы

h>4м

clip_image209

clip_image211- температура верхней зоны

clip_image213

clip_image215 без значения теплоизоляции

clip_image217 со значением теплоизоляции


 

4. Потери теплоты через ограждающие конструкции

Потери теплоты через ограждающие конструкции разделяются условно на:

1. основные

2. добавочные

1 Основные потери теплоты

Следует определять суммируя теплопотери отдельных ограждающих конструкций.

Определяется по формуле:

clip_image219,

где clip_image221 - коэффициент теплопередачи ограждения
конструкции. clip_image223, clip_image225;

clip_image227 - площадь ограждающих конструкций;

clip_image074[3] - температура внутреннего воздуха в помещении

clip_image230 - расчетная зимняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки.

2 Добавочные потери теплоты

Потери теплоты могут значительно возрасти за счет изменения температуры по высоте, врывания холодного воздуха через открываемые проемы и т.д.

Эти дополнительные потери обычно учитывают добавками к основным теплопотерям.

clip_image232

где clip_image234 - коэффициент добавок

Величина добавок: clip_image236

1) Добавка на ориентацию по сторонам горизонта (0,08 – для тепловых проектов (СНиП 2.04.05-91)

clip_image238, clip_image240

2) Для угловых помещений дополнительно
а) clip_image242, если одно из ограждений обращено на с, в,
с-в
, и с-з б) clip_image244 - в остальных случаях.

Потери теплоты на нагрев наружного воздуха при инфильтрации через наружные ограждения

Потери тепла на подогрев воздуха, проникающего в помещение путем инфильтрации через окна в балконные двери рассчитывается:

clip_image246

где clip_image248 - коэффициент, учитывающий влияние встречного
теплового потока. Для окон и балконных дверей с
раздельными переплетами 0,8. Со спаренными
переплетами 1.

clip_image250 - расчетная площадь окон и балконных дверей, м2

clip_image252 - удельная масса воздуха, поступающего в
помещения путем инфильтрации через 1 м2 окон
и балконных дверей, кг/м2ч

clip_image254 - теплоемкость воздуха С=1 кДж/кг0К


Удельная масса воздуха: clip_image256

где clip_image151[5] - сопротивление воздухопроницанию окон Па
м2ч/кг, СНиП П-3-79**, clip_image259,
clip_image261

clip_image263 - разность давлений воздуха на наружной и
внутренней поверхностях ограждающих
конструкций, Па

clip_image265

где clip_image267 - высота здания от поверхности земли до верха
карниза вытяжной шахты, м (должна быть выше
0,5 м конька крыши)

clip_image269 - расстояние от поверхности земли до центра окон и
балконных дверей рассматриваемого этажа, м

clip_image271- плотность наружного воздуха при температуре clip_image040[4], кг/м3

clip_image274 - плотность воздуха при clip_image074[4], кг/м3

clip_image277 - расчетная скорость ветра, м/с по параметрам Б
(СНиП 2.04.05-91, приложение 8)

clip_image279 - аэродинамические коэффициенты
наветренной и заветренной поверхностей
clip_image281, clip_image283

clip_image221[1] - коэффициент, учитывающий изменения скоростного
напора в зависимости от высоты здания и типа
местности. Для городских территорий с
препятствиями более 10м при высоте здания над
поверхностью земли до 10м clip_image286 (СНиП 2.01.07-
- 85, приложение 4)

clip_image288 используют уравнение clip_image290clip_image292

где clip_image294 - определяемая плотность наружного воздуха
clip_image296 и соответствующая ей температура в
оК clip_image298

clip_image300 кг/м3 – плотность воздуха при clip_image302

clip_image303Для типовых проектов:

0,08 – при первой наружной стене

кроме жилых

0,13 – для угловых помещений

для всех жилых 0,13

Через наружные двери необорудованные тепловыми завесами clip_image305, clip_image267[1] - высота от поверхности земли до верха вытяжной шахты.


 

5. Удельная тепловая характеристика здания

Для оценки технических показателей принятого конструктивно-планировочного решения расчет теплопотерь ограждениями здание заканчивают определением

Удельной тепловой характеристики здания

clip_image308

где clip_image310 - максимальный тепловой поток на отопления
здания, clip_image312

clip_image042[3] - строительный объем здания по наружному
обмеру, clip_image315

clip_image317 - средняя температура в отапливаемых
помещениях

clip_image230[1] - средняя температура в отапливаемых
помещениях

Величина clip_image320 численно равна теплопотерям 1м3 здания в clip_image312[1] при разности clip_image323 внутреннего и наружного воздуха clip_image325 в 10С.

Удельная тепловая характеристика здания зависит:

- от объема здания;

- конструктивно-планировочного решения (этажность, степень остекления, назначение помещений, климатические условия).

Рассчитанную по формуле clip_image327 сравнивают со средними показателями для аналогичных зданий. Она не должна быть выше справочных величин. Иначе возрастают первоначальные затраты и эксплуатационные расходы на отопление.

По clip_image327[1] можно ориентировочно определить теплопотери для предлагаемого к строительству здания.

Теплозатраты на отопление здания при отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме здания рекомендуется СНиП 2.04.05-91 определять по формуле:

clip_image329,

где clip_image320[1] - укрупненный показатель максимального
теплового потока

clip_image227[1] - площадь здания

clip_image333 - коэффициент, учитывающий максимальный
тепловой поток


При расчете мощности отопительной установки в тепловой баланс помещения вводят явные (излучением и конвекцией) тепловыделения людей clip_image335, учитывая интенсивность выполненной работы и теплозащитные свойства одежды. Явную теплоотдачу взрослым человеком (мужчиной) clip_image337, Вт (ккал/ч), определяют по формуле:

clip_image339

где clip_image341- коэффициент учета интенсивности работы, равный
1,0 для легкой работы, 1,07 для работы средней
тяжести и 1,15 для тяжелой работы;

clip_image343 - коэффициент учета теплозащитных свойств
одежды, равный 1,0 для легкой одежды, 0,65
для обычной одежды и 0,40 для утепленной
одежды;

clip_image345 и clip_image347 - температура, 0С, и скорость движения
воздуха в помещении, м/с

Теплопоступления в помещение от нагретого оборудования clip_image349 определяют по данным технологического проекта и вычисляют теплоотдачу от нагретой поверхности clip_image351, если заданы площадь clip_image353, м2, и температура поверхности clip_image355, 0С, оборудования и коммуникаций:

clip_image357

где clip_image359 - общий (полный) коэффициент лучисто-конвективного теплообмена на нагретой поверхности, Вт/(м2×К).

При искусственном освещении и работающем электрическом производственном оборудовании тепловыделения clip_image361, Вт (ккал/ч), составляют:

clip_image363

где clip_image221[2] - общий коэффициент, учитывающий фактическое
использование мощности (clip_image366), загрузку
clip_image368 и одновременность работы
clip_image370 нескольких приборов или
оборудования и долю перехода электрической
энергии в тепловую, которая поступает в
помещение (принимают от 0,15 до 0,95 по проекту
технологии); при светильниках в помещении
clip_image372, светильниках, встроенных в перекрытие
помещения, clip_image374;

clip_image376- мощность осветительных приборов или силового
оборудования, Вт.

Бытовые тепловыделения clip_image378, Вт (ккал/ч), в жилых квартирах вычисляют по формуле:

clip_image380

где clip_image382 - теплопоступления на 1 м2 площади пола, Вт/м2
[ккал/(ч×м2)]; принимают по данным главы СНиП
2.04.05-86;

clip_image384 - площадь пола жилой комнаты или кухни, м2.

Теплопоступления от нагретых материалов clip_image386 и изделий, а также от горячих газов, выпускаемых в помещений, определяют по формуле:

clip_image388

Теплопоступления от солнечной радиации clip_image390 при расчете мощности отопительных установок включают в тепловой баланс в исключительных случаях.


 

Раздел 2. Системы отопления зданий

1. Общие сведения о системе отопления. Требования, предъявляемые к системе отопления. Теплоносители система отопления.

Система отопления это:

комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи тепла в обогреваемые помещения. Система отопления состоит из:

1. Генератора тепла (1).

2. Теплопроводов (2).

3. Отопительных (3).

Генератор тепла служит для получения теплоты и передачи ее теплоносителю.

Генераторами тепла могут служить:

1. Котельные установки на ТЭС, КЭС.

2. Печи.

Теплопроводы – для транспортировки теплоносителя от генератора тепла к отопительным приборам. Теплопроводы системы отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки (лежаки) к приборам.

Отопительные приборы – служат для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемых помещений.

Основные требования, предъявляемые к системе отопления:

1. Санитарно-гигиенические – обеспечение СНиПами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне.

2. Экономические – обеспечение минимальных затрат на изготовление и эксплуатацию системы (возможность унифицирования узлов, деталей).

3. Строительные – обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и конструктивным решениям. Увязка размещения отопительных приборов со строительными конструкциями.

4. Монтажные – обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов, при минимальном количестве типоразмеров.

5. Эксплуатационные – простота и удобство обслуживания, управления, ремонта, надежность, безопасность, бесшумность действия.

6. Эстетические – минимальная площадь, сочетаемость с архитектурными решениями.

Все перечисленные требования важны, и их необходимо учитывать при выборе и проектировании системы отопления.

Но наиболее важными требованиями все же остаются санитарно-гигиенические требования.


Теплоносители системы отопления.

Теплоносителем для системы отопления может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты.

Наиболее широко в системе отопления используют: воду, водяной пар, воздух, отвечающие всем перечисленным требованиям.

Свойства теплоносителей (4,187 кДж/кг)

Вода – обладает высокой теплоемкостью, большой плотностью (950 кг/м3), несжимаема, при нагревании расширяется с ­ Р ­ t.

Пар – малая плотность, высокая подвижность, с ­ Р ­ t.

Воздух - ¯ плотность и теплоемкость, ­ подвижность.

Классификация систем отопления

clip_image391

Системы отопления различаются по трем основным классификационным признакам:

Центральными называют системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений (зданий) из одного теплового пункта, расположенного вне отапливаемых помещений (зданий) (котельная, ТЭЦ).

В таких системах теплота вырабатывается за пределами помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельное помещение здания.

Например: система отопления здания с собственной местной котельной.

Центральными могут быть:

система парового отопления;

система водяного отопления;

система воздушного отопления.

Местными называют такие системы отопления, где все три основных конструктивных элемента (генератор, теплопроводы, О.П.). Системы отопления объединены в одном устройстве, установленном непосредственно в отапливаемом помещении.

Например: местная система отопления – отопительная печь, где теплогенератором является топка,

теплопроводы – газоходы

отопительная печь – стенки печи.

К местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, воздушно-отопительными агрегатами.


 

III По способу циркуляции теплоносителя

Система с естественной циркуляцией – циркуляция теплоносителя осуществляется за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя

clip_image393 кг/м3 clip_image395

clip_image397 кг/м3 clip_image399

clip_image401 clip_image403

clip_image405

Система с искусственной циркуляцией – где циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи циркуляционных насосов.

Центральные паровые системы отопления имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара (т.е. насосов нет в паровых системах с искусственной циркуляцией).

По виду теплоносителя центральные на:

- водяные (для жилья, школ, домов отд., больниц и т.д.);

- паровые (для жилья, школ, домов отд., больниц, спортивных сооружений, бассейнов, залов);

- воздушные (спортивные сооружения, бассейны, залы);

- комбинированные (паро-воздушные).

Водяные

преимущества

недостатки

а) обеспечивает равномерность нагрева помещения

расход металла

б) невысокая температура поверхностей отопительных приборов

опасность размораживания приборов отопления

в) простота центрального регулирования clip_image407

г) бесшумная

Паровые

преимущества

недостатки

а)­ теплоотдача отопительных приборов

­ температура на поверхности труб > 1000С

б) площадь поверхности приборов, расход металла

невозможность центрального качественного регулирования

в) меньшая опасность замораживания

сложная эксплуатация ¯ долговечность (коррозия, шум, гидр. удары)

г) быстрый нагрев помещений.

Воздушные

преимущества

недостатки

а) нет отопительных приборов, так как с системой вентиляции.

большие сечения каналов (воздуховодов) в случае отклонения помещение быстро остывают.

б) быстрый прогрев помещений

в) возможность центрального регулирования.


 

Виды и типы отопительных приборов

Отопительный прибор – это элемент системы отопления, служащий для передачи тепла от теплоносителя к воздуху отапливаемого помещения.

Классификация

clip_image408clip_image409clip_image410clip_image411clip_image412clip_image413clip_image414clip_image414[1]clip_image415

 

1. Регистры из гладких труб.

представляют собой пучок труб, расположенный в 2 ряда и объединенный с двух сторон 2 трубами – коллекторами, снабженных штуцерами для подачи и отвода теплоносителя.

Применяют регистры из гладких труб в помещениях, где предъявляются повышенные санитарно-технические и гигиенические требования, а также в производственных зданиях, повышенной степенью пожароопасности, где недопустимо большое скопление пыли. Приборы гигиеничны, легко очищаются от пыли и грязи. Но не экономичны, металлоемки. Расчетная поверхность нагрева 1м гладкой трубы.

при Æ 40 мм 0,244 экм

Æ 50 мм 0,3 экм

ЭКМ – это эквивалентный квадратный метр – это поверхность прибора с теплоотдачей 435х1,163 Вт при разности температур теплоносителя и воздуха помещения clip_image417, расходе воды 17,4 кг/ч и подаче теплоносителя по схеме «сверху вниз».

2. Чугунные радиаторы.

Блок чугунных радиаторов состоит из секций отлитых из чугуна соединенных между собой ниппелями.

Они бывают 1-2 и много канальными. В России в основном 2-х канальные радиаторы.

По монтажной высоте радиаторы подразделяют на высокие 1000 мм, средние – 500 мм и низкие 300 мм.

Наиболее распространены средние радиаторы типоразмеров

МС-140

МС-90

рассчитаны на избыточное давление до 0,9 МПа

М-90

У радиаторов М-140-АО имеется межколонное оребрение, что увеличивает их теплоотдачу, но снижает эстетические и гигиенические требования.

Чугунные радиаторы имеют ряд преимуществ.

Это:

1. Коррозионностойкость.

2. Отлаженность технологии изготовления.

3. Простота изменения мощности прибора путем изменения количества секций.

4. Большая.

Недостатками этих типов ОП являются:

1. Большой расход металла.

2. Трудоемкость изготовления и монтажа.

3. Их производство приводит к загрязнению окружающей среды.

3. Ребристые трубы.

Представляют собой отлитую из чугуна трубу с круглыми ребрами.

Ребра увеличивают поверхность прибора и снижают температуру поверхности.

Ребристые трубы применяют, в основном, на промышленных предприятиях.

Достоинства:

1. Дешевые нагревательные приборы.

2. Большая поверхность нагрева.

Недостатки:

1. Не удовлетворяют санитарно-гигиеническим требованиям (трудно очищаются от пыли).

4. Стальные штампованные радиаторы.

Представляют собой два шпатлеванных стальных места, соединенных между собой контактной сваркой.

Различают:

колончатые радиаторы РСВ 1

и змеевиковые радиаторы РСГ 2.


Колончатые радиаторы: образуют ряд параллельных каналов, объединенных между собой сверху и снизу горизонтальными коллекторами.

Змеевиковые радиаторы образуют ряд горизонтальных каналов для прохода теплоносителя.

Стальные пластиничные радиаторы изготавливаются однорядными и двухрядными.

Двухрядные изготавливаются тех же типоразмеров, что и однорядные, но состоят из двух пластин.

Достоинства:

1. Маленькая масса прибора.

2. Дешевле чугунных на 20-30%.

3. Меньше затраты на транспортирование и монтаж.

4. Удобны в монтаже и отвечают сан.-гигиеническим требованиям.

Недостатки:

1. Небольшая теплоотдача.

2. Требуется специальная обработка теплофикационной воды, так как обычная вода корродирует с металлом.

Нашли широкое применение в жилье в общественных зданиях. В связи с удорожанием металла выпуск ограничен. В стоимость.

5. Конвекторы.

Представляют собой ряд стальных труб, по которым перемещается теплоноситель и насаженных на них стальных пластин оребрения.

Конвекторы бывают с кожухом или без кожуха.

Их изготавливают различных типов:

Например:

Конвекторы «Комфорт». Их подразделяют на 3 типа: настенные (навешиваются на стену h=210 м), островные (устанавливаются на полу) и лестничные (встраиваются в строительные конструкцию).

«Аккорд», «Север», КВ «Универсал», «Ритм».

Конвекторы изготавливают концевые и проходные.

Конвекторы применяют для отопления зданий различного назначения.

Используют в основном в средней полосе России.

Неметаллические отопительные приборы

6. Керамические и фарфоровые радиаторы.

Представляют собой панель, вылитую из фарфора или керамики с вертикальными или горизонтальными каналами.

Применяют такие радиаторы в помещениях, предъявляющих повышенные санитарно-гигиенические требования к отопительным приборам.

Применяются такие приборы очень редко.

Они очень дороги, процесс изготовления трудоемок, недолговечны, подвержены механическому воздействию.

Очень сложно осуществить подключение этих радиаторов к металлическим трубопроводам.

7. Бетонные отопительные панели.

Представляют собой бетонные плиты с заделанными в них змеевиками из труб. Толщина 40-50 мм.

Они бывают: подоконные и перегородочные.

Отопительные панели могут быть приставными и встроенными в конструкцию стен и перегородок. Бетонные панели отвечают самым строгим санитарно-гигиеническим требованиям, архитектурно-строительным требованиям.

Недостатки: трудность ремонта, большая тепловая инерция, усложняющая регулирование теплоотдачи, увеличение теплопотерь через дополнительно обогреваемые наружные конструкции зданий.

Применяют преимущественно в лечебных учреждениях в операционных и в родильных домах в детских комнатах.

Т.О. сантехнические отопительные приборы должны удовлетворят теплотехническим, санитарно-гигиеническим и эстетическим требованиям.

Теплотехническая оценка отопительных приборов определяется его коэффициентом теплоотдаче.

Санитарно-гигиеническая оценка - характеризуется конструктивным решением прибора, облегчающим содержание его в чистоте. Температура внешней поверхности прибора должна удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям. Во избежание интенсивного пригорания пыли эта температура не должна превышать для помещений жилых и общественных зданий 950С, для лечебных и детских учреждений 850С.

Эстетическая оценка – отопительный прибор не должен портить внутреннего вида помещения, не должен занимать много места.


3. Выбор и размещение отопительных приборов. Присоединение отопительных приборов к теплопроводам.

Вид отопительных приборов надо выбирать в соответствии с характером и назначением отапливаемых зданий, сооружений и помещений.

При этом нужно учитывать тип с.о., вид и параметры теплоносителя, технико-экономические соображения.

Рекомендации по выбору отопительных приборов содержатся в СНиП 2.04.05-91 приложение 11.

Отопительные приборы следует располагать у наружных стен, преимущественно под окнами. При таком размещении движение теплого воздуха от нагревательного прибора препятствует образованию ниспадающих холодных потоков от окон и холодных поверхностей стен. Если под окнами разместить приборы нельзя, допускается установка их у наружных или внутренних стен.

л.к.

В зданиях до 4-х этажей отопительные приборы в л.к. следует устанавливать только на первом этаже у входа. Во избежание замерзания воды в трубопроводах устанавливать отопительные приборы в тамбурах, имеющих наружные двери, а также у входных одинарных дверей не разрешается.

л.к. многоэтажных зданий рекомендуется отапливать с помощью конвекторов, которые следует размещать в нижней части л.к.. В л.к. следует устанавливать отопительные приборы так, чтобы они не выступали из плоскости стен.

В жилых помещениях отопительные приборы устанавливают в нишах или полунишах.

В лечебных учреждениях – открыто у стен или под окном.

Когда применяют с.о. с вертикальной разводкой трубопроводы, рекомендуется предусматривать прогрев углов помещения, размещая в них стояки систем.

К стоякам, обслуживающим приборы л.к. нельзя присоединять приборы других помещений.

Теплоотдача отопительных приборов во многом зависит от принятой схемы присоединения отопительных приборов к трубопроводам и схемы питания отопительных приборов теплоносителем.

Схемы присоединения отопительных приборов к трубопроводам.

1 Односторонняя подводка

По схеме питания отопительного прибора односторонняя подводка бывает:

а) сверху вниз одно, двухсторонняя с верх. пан. ­ коэффициент теплоотдачи;

б) снизу вверх в односторонней с нижн. развод.

Достоинства:

Односторонняя подводка имеет лучший вид и требует меньшего расхода металла.

Недостатки:

Если количество секций велика, до 20 секций более удаленные от стояка секции плохо прогреваются.

Схему сверху вниз применяют в двух и двухсторонней системы отопления с верхней разводкой ­ коэффициент теплоотдачи.

2. Разносторонняя подводка.

По схеме питания отопительного прибора бывает:

а) сверху - вниз

б) снизу – вверх

в) снизу – вниз в горизонтальных односторонних системах.

Разносторонняя подводка применяется при количестве секций в приборе 20 и более.

3. На сцепке.

Присоединение приборов на сцепке позволяет ¯ число стояков. Такое присоединение допускается в пределах одного помещения, или в случаях, когда присоединенный прибор находится на кухне, в коридоре, сан. узле или другом вспомогательном помещении.

Соединять на сцепке можно не более двух приборов. Приборы, соединенные «на сцепке» в теплотехнических и гидравлических расчетах рассматриваются как один прибор.


4. Основные принципы теплотехнического расчета отопительных приборов (практика).

После выбора вида нагревательных приборов, определения мест их установки и способа присоединения к трубопроводам системы отопления выполняют теплотехнический расчет отопительных приборов.

Теплотехнический расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого прибора, обеспечивающий необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение.

Для поддержания в отапливаемом помещении нужной температуры надо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, равнялось теплопотерям помещения.

Т.е. тепловая мощность прибора (его расчетная теплоотдача) определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении.

clip_image419

где, clip_image421 - теплопотребность помещения (т.е.) теплопотери,
Вт;

clip_image423- поправочный коэффициент, учитывающий долю
теплоотдачи трубопроводы полезную для
поддержания заданной температуры воздуха в
помещении;

clip_image423[1]- при открытой прокладке трубопровода =0,9

clip_image423[2] - при скрытой прокладке трубопровода = 0,5

clip_image425 - теплоотдача трубопроводов, Вт.

clip_image425[1] определяют по формуле:

clip_image427

где, clip_image429 - теплоотдача 1 м горизонтально и вертикально
проложенных труб, Вт/м;

clip_image431 - длина вертикальных и горизонтальных
трубопроводов, проложенных в пределах
помещения, м.

Теплоотдача (тепловая мощность прибора) д.б. пропорциональна его площади нагревательной поверхности, т.е.

clip_image433

Отсюда, площадь нагревательной поверхности прибора, м2

clip_image435

где, clip_image437 - поверхностная плотность теплового потока
прибора, Вт/м2.

Для теплоносителя пар:

clip_image439

Для теплоносителя вода:

clip_image441

где, clip_image443- коэффициент теплопередачи прибора, зависит от

вида теплоносителя и разности температур clip_image445
определяется экспериментальным путем и для
каждого вида прибора имеет свое значение.

clip_image447- температурный напор, 0С

clip_image449 - коэффициент, учитывающий изменение
теплоотдачи в зависимости от принятого
способа установки прибора (у стены в нише,
clip_image451, под подоконником clip_image453, у стены
с экраном clip_image455 и т.д.) clip_image457

clip_image459 - коэффициент, учитывающий снижение
температуры воды относительно расчетного
значения вследствие остывания в
трубопроводах. clip_image461

Поверхность нагрева прибора удобнее вычислять в ЭКМ по формуле:

для водяной системы

clip_image463, экм

где, clip_image465- теплоотдача 1 экм прибора, принимается по
таблице, в зависимости от clip_image447[1], Вт/экм

или рассчитывается по формуле:

clip_image468 Вт/экм

для паровых систем

clip_image470 экм

clip_image472, напр. коэффициент

clip_image474 - коэффициент, зависящий от схемы подачи воды в приборы.

Температурный напор clip_image447[2] рассчитывается:

в двух трубных системах отопления:

clip_image476

т.к. температурный перепад в каждом приборе clip_image478 в двухтрубных системах отопления одинаков и равен:

clip_image480

где, clip_image074[5] - температура воздуха в помещении

clip_image483 - температура на входе в прибор

clip_image485 - температура на выходе из прибора

в однотрубных системах отопления:

ведется расчет при const перепаде clip_image487 в стояках и при var, когда учитываются теплопотери трубопровода по длине.

clip_image489

clip_image491 0С

clip_image493

где, clip_image104[1] - коэффициент затекания, L =

G

и определяется по формуле:

clip_image290[1]clip_image496

где, clip_image498- суммарная теплоотдача нагревательных приборов до расч. (×)

clip_image500 - количество воды, проходящее через стояк.

clip_image502; clip_image504 и т.д.

Количество секций в приборе рассчитывается:

clip_image506, шт.

clip_image508, кг/г

где, clip_image510- тепловая нагрузка стояка.


 

Система водяного отопления благодаря высоким санитарно-гигиеническим качествам, надежности, долговечности получили в России наиболее широкое применение в гражданских и производственных зданиях.

Преимущества системы водяного отопления:

1. Обеспечивает равномерность температуры помещения.

2. Ограничивает верхний предел температуры поверхности отопительного прибора, что исключает пригорание на них пыли.

3. Простота центрального и местного регулирования теплоотдачи отопительных приборов.

4. Бесшумно действует.

5. Долговечна.

6. Простота обслуживания и ремонта.

Недостатки системы водяного отопления:

1. Значительный расход металла.

2. Опасность замораживания воды с разрушением оборудования.

3. Значительное гидростатическое давление в системе, обусловленное ее высотой и большой массовой плотностью.

Системы водяного отопления классифицируются по ряду классификационных признаков:

I По способу создания циркуляции гравитационные системы отопления.

Область применения гравитационной системы отопления – ограничена. Ее используют для отопления жилых квартир, обособленных зданий, в основном малоэтажных (это индивидуальные коттеджи).

Недостатки:

В малоэтажных зданиях

а) небольшое циркуляционное давление clip_image512 отсюда сокращенный радиус действия до 20 м по горизонтали.

б) clip_image512[1]¯ Þ необходимость применения труб большого диаметра, отсюда ­ расход металла ¯ затраты труда на монтаж системы.

в) ­ опасность замерзания воды в трубах, проложенных в неотапливаемых помещениях.

Достоинства:

а) относительная простота устройства и эксплуатации.

б) независимость действия от снабжения электроэнергией.

в) отсутствие шума и вибрацией от насосов.

г) долговечность (35-45 лет при правильной эксплуатации)

Особенности конструкции гравитационной системы водяного отопления.

1. Гравитационная система водяного отопления устраивается, как правило, с верхним расположением подавающей магистрали, т.е. с верхней разводкой.

2. Расширительный бак присоединяется непосредственно к гладкому стояку системы отопления для непрерывного удаления воздуха.

3. Подавающая магистраль прокладывается с увеличенным уклоном до 0,005 против направления движения воды.

4. Приборы присоединяются к теплопроводам по схеме «сверху-вниз» с целью ­ коэффициент теплопередачи приборов.

5. Однотрубные стояки устраняются с з.у. у приборов для ¯ потерь давления придвижении воды через отопительные приборы.

Наиболее распространенная и надежная схема гравитационной системы водяного отопления с верхней разводкой.

Гравитационная система водяного отопления бывают как однотрубная, так и двухтрубная.

с нижней разводкой магистралей

с верхней разводкой магистралей

Располагаемое давление в гравитационной системе водяного отопления рассчитывается по формуле:

clip_image514

где, clip_image269[1]- высота от середины котла до центра охлаждения
воды в приборе.

clip_image516- удельный вес холодной воды.

clip_image518 - удельный вес горячей воды

clip_image263[1] - дополнительное давление от охлаждения воды в
трубопроводах системы отопления с верхней
разводкой. Величина clip_image263[2] зависит от
горизонтального расстояния между главным
стоком и стояком, через отопительные приборы
которого проходит расчетное кольцо, и от числа
этажей в здании.

Гравитационные системы водяного отопления бывают:

1. Двухтрубные вертикальные с верхней разводкой.

2. Двухтрубные вертикальные с нижней разводкой.

3. Однотрубные с верхней разводкой с замыкающими участками.

4. Однотрубная горизонтальная с верхней разводкой.

5. Однотрубная с верхней разводкой с проточными отопительными приборами.


 

II. Насосные системы водяного отопления (с принудит, искусств., цирк) НСВО.

Насосные системы водяного отопления нашли широкое применение в жилых, общественных и промышленных зданиях. У нас в Энергетике применяются насосные системы водяного отопления. В насосных системах водяного отопления устанавливается насос на обратной магистрали перед котлом.

В насосной системе водяного отопления удаляется не через расширительный бак, а через воздухосборники или воздушные краны, устанавливаемые в верхней точке под магистрали. Расширительный бак присоединяется к обратной магистрали перед насосом для обеспечения лучшего распределения давления, создаваемого насосом в системе.

Располагаемое давление, которое обеспечивает циркуляцию воды в насосной системе водяного отопления с верхней разводкой определяется по формуле:

clip_image521

где, clip_image523 - давление, создаваемое насосом, кГ/м

clip_image525 - естественное давление.

III По направлению объединения отопительных приборов (как однотрубные так и двухтрубные).

Системы отопления бывают:

а) вертикальные – в которых последовательно присоединяются к общему вертикальному стояку – теплопроводу отопительного прибора, расположенные на разных этажах.

б) горизонтальные – к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже.

IV. По месту расположения подающих и обратных магистралей.

Системы отопления бывают:

а) с верхним расположением подающих магистралей – по чердаку или под потолком верхнего этажа, а обратные магистрали – по подвалу, над полом восьмого этажа.

б) с нижним расположением магистралей - подающие и обратные магистрали расположены в подвале, или над полом 1 этажа.

V. По схеме включения отопительных приборов в стояк (ветвь).

Двухтрубные системы водяного отопления -

В двухтрубных системах водяного отопления – теплоноситель поступает в отопительные приборы по одним (подающим) стоякам, а охлажденная вода отводится по другим (обратным) стоякам. Т.е. приборы присоединены по теплоносителю параллельно.

Однотрубные системы водяного отопления –

В однотрубных системах водяного отопления горячая вода подается в прибор и отводится из прибора по одному трубопроводу, т.е. приборы соединены по теплоносителю – последовательно.

VI. По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях.

Тупиковые – когда горячая вода и охлажденная вода в магистралях двигается в противоположных направлениях.

С попутным движением - когда направление движения воды в подающих и обратных магистралях совпадают.

Система с попутным движением воды устраиваются только насосные.