10343

130

действительным, соответствующим параметрам пара на каждом участке,

делают по формулам:

где ρср.уч – действительное среднее значение плотности пара на участке,

кг/м3, определяемое по его среднему давлению на том же участке.

Действительная скорость пара не должна превышать 80 м/с (30 м/с в системе повышенного давления) при движении пара и попутного конденсата в одном и том же направлении и 60 м/с (20 м/с в системе повышенного давления)

при встречном их движении.

Таким образом, гидравлический расчет проводится с усреднением значений плотности пара на каждом участке, а не в целом для системы, как это делается при гидравлических расчетах систем водяного отопления и парового

отопления низкого давления.

Потери давления в местных сопротивлениях, составляющие всего не более 20 % общих потерь, определяют через эквивалентные им потери давления по длине труб. Эквивалентную местным сопротивлениям

Значения dв /λ приведены в таблице II.7 Справочника проектировщика

[6]. Видно, что эти значения должны возрастать с увеличением диаметра труб.

Действительно, если, например, для трубы Dу = 15 мм dв /λ = 0,33 м, то для трубы Dу = 50 мм оно составляют 1,85 м. Эти цифры показывают длину трубы,

при которой потеря давления на трение равна потере в местном сопротивлении

с коэффициентом ξ = 1,0.

Общие потери давления руч на каждом участке паропровода с учетом

где lприв = l + lэкв – расчетная приведенная длина участка, м, включающая фактическую и эквивалентную местным сопротивлениям длины участка.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете по основным

131

направлениям, оставляют запас не менее 10 % расчетного перепада давления.

При увязке потерь давления в параллельно соединенных участках допустима,

как и при расчете паропроводов низкого давления, невязка до 15 %.

В системах высокого давления в большинстве случаев гидравлический расчет паропроводов выполняют после расчета конденсатопроводов, в

результате которого определяется давление перед отопительными приборами

рпр (с проверкой его допустимости по температуре tп). Далее, если известно начальное давление пара рп в распределительном коллекторе, расчет паропроводов делают как указано выше. Если же давление рп не задано, то его находят, проводя расчет по предельно допустимой скорости движения пара.

9.6. Система пароводяного отопления

Пароводяную систему отопления применяют при централизованном теплоснабжении промышленного предприятия паром и необходимости устройства в одном из зданий водяного отопления.

Систему пароводяного отопления применяют также в верхней части высотных зданий, куда без больших затруднений может быть подан первичный теплоноситель – пар. При вертикальном подъеме пара – теплоносителя с малой плотностью – обеспечивают лишь отведение попутно образующегося конденсата. Конденсат удаляется через конденсатоотводчики в конденсатопровод, по которому стекает конденсат из вышерасположенного теплообменника. Так устроено, в частности, отопление верхней (четвертой)

зоны центральной части главного корпуса Московского государственного университета.

Подобная система пароводяного отопления называется централизованной. В централизованной системе вода может нагреваться в емкостном или скоростном теплообменнике.

В емкостном теплообменнике вода заполняет цилиндрический корпус, а

пар поступает в двухходовой змеевик, находящийся в нижней части корпуса.

Пар подается в верхний патрубок змеевика, в змеевике превращается в

132

конденсат, который удаляется через нижний патрубок змеевика, не смешиваясь с водой, циркулирующей в системе отопления. Нагреваемая вода попадает в теплообменник снизу, нагретая более легкая вода через верхний патрубок попадает в систему отопления.

Емкостные теплообменники отличаются незначительным сопротвилением (ξ = 2,0) движению через них воды, поэтому могут применяться в системе отопления с естественной циркуляцией воды. Система может быть выполнена по любой известной схеме с верхней разводкой подающей магистрали.

Существенным недостатком емкостных теплообменников является их громоздкость, связанная с тем, что коэффициент теплопередачи змеевиков не превышает при стальных трубах 700 Вт/(м2 К), при латунных или медных трубах - 840 Вт/(м2 К). Благодаря большому объему находящейся в теплообменниках воды пар в них может подаваться с большими или меньшими перерывами в зависимости от температуры наружного воздуха.

Существенно меньшие размеры имеют скоростные теплообменники, в

которых нагреваемая вода движется последовательно через два пучка стальных или латунных трубок с большой скоростью (от 0,5 до 2,5 м/с). Теплоноситель пар подается сверху в межтрубное пространство цилиндрического корпуса,

конденсат отводится снизу. Площадь нагревательной поверхности трубок скоростных теплообменников значительно меньше площади змеевика емкостных теплообменников в связи с повышением (примерно в три раза)

коэффициента теплопередачи. Вследствие большого гидравлического сопротивления скоростные теплообменники могут применяться только в системе отопления с насосной циркуляцией воды. Для регулирования температуры воды, поступающей в систему отопления, вокруг теплообменников устраивают обводную линию с регулирующим клапаном.

В системе пароводяного отопления для обеспечения бесперебойной работы устанавливают два теплообменника, каждый из которых рассчитывается на половину тепловой мощности системы.

133

Вдецентрализованной системе пароводяного отопления вода нагревается паром непосредственно в отопительных приборах.

Водной из конструкций децентрализованной системы применяются стандартные чугунные радиаторы, в нижнюю часть которых закладываются перфорированные трубы (рис. 9.4, а) с заглушенным концом. С одной стороны

вэти трубы подается пар, который через ряд мелких отверстий выходит в радиатор. Образующийся конденсат заполняет радиаторы, и во время работы системы отопления радиаторы всегда залиты конденсатом до уровня верхней сливной подводки.

Рис. 9.4. Отопительные приборы децентрализованной пароводяной системы отопления: а – стандартный чугунный радиатор; б – стальной безнапорный радиатор; 1 – паровой стояк; 2 – паровой вентиль; 3 – чугунный радиатор; 4 – конденсатный стояк; 5 – вентиль (нормально закрыт); 6 – перфорированная труба; 7 – стальной радиатор; 8 - водоналивной патрубок; 9 – водонагревательная труба

Необходимая температура воды в радиаторах поддерживается путем впуска в них большего или меньшего количества пара через подводку,

начинающуюся от парового стояка несколько выше верха приборов. Излишек конденсата сливается в конденсатный бак.

Выпуск воды из радиаторов в случае необходимости осуществляется через нормально закрытый вентиль на нижней конденсатной подводке в конденсатный стояк.

В другой конструкции децентрализованной системы (рис. 9.4, б) пар из парового стояка подается в водонагревательную трубу (без отверстий),

помещенную также в нижней части приборов. Стальные безнапорные приборы

– радиаторы заполняются водой через специальный патрубок в их верхней части.

134

Вода в радиаторах нагревается при теплопередаче через стенки трубы в процессе конденсации пара. Конденсат удаляется через конденсатную подводку в стояк. Достоинствами децентрализованной системы пароводяного отопления являются меньший расход металла по сравнению с обычными системами водяного отопления и пониженная температура поверхности радиаторов (в

системе парового отопления даже низкого давления она составляет 100 °С и выше).

Недостатки этой системы существенны. К ним относятся сложное регулирование, шум и вероятность гидравлических ударов в отопительных приборах. В связи с этим децентрализованная система пароводяного отопления широкого распространения не получила.

10.ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

10.1.Системы воздушного отопления

Всистемах воздушного отопления используется атмосферный воздух.

Воздушное отопление имеет много общего с другими видами централизованного отопления. И воздушное, и водяное отопление основаны на передаче теплоты в отапливаемые помещения от охлаждающегося теплоносителя.

В центральных системах воздушного отопления, как и в системах водяного и парового отопления, имеются теплогенератор (центральная установка для нагревания воздуха) и теплопроводы (каналы или воздуховоды для перемещения теплоносителя).

Воздух для отопления обычно является вторичным теплоносителем, так как нагревается в калориферах другим, первичным теплоносителем – горячей водой или паром. Таким образом, системы воздушного отопления фактически становятся комбинированными – водовоздушными или паровоздушными. Для нагревания воздуха используют также другие отопительные приборы и иные теплоисточники. В системах воздушного отопления воздух, нагретый до температуры более высокой, чем температура воздуха в помещениях, отдает

135

избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания.

Этот процесс может осуществляться двумя способами:

нагретый воздух, попадая в обогреваемое помещение, смешивается с окружающим воздухом и охлаждается до температуры этого воздуха;

нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а

перемещается в окружающих помещение каналах, нагревая их стенки.

В настоящее время распространен первый способ (рассматриваемый в данной главе).

Известно одно из достоинств применяемой центральной системы воздушного отопления – отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помещениях. Однако если радиус действия системы воздушного отопления сужается до одного помещения, то воздухонагреватель может устанавливаться непосредственно в этом помещении, и тогда система становится местной.

Отличие от системы водяного отопления в этом случае будет в том, что тепловая мощность воздухонагревателя значительно больше мощности одного обычного отопительного прибора, и в помещении создается интенсивная циркуляция воздуха.

Местной делают систему воздушного отопления, если в помещении отсутствует центральная система приточной вентиляции, а также при незначительном объеме приточного воздуха, подаваемого в течение часа (менее половины объема помещения). Для воздушного отопления характерно повышение санитарно-гигиенических показателей воздушной среды помещения. Могут быть обеспечены подвижность воздуха, благоприятная для нормального самочувствия людей, равномерность температуры помещения, а

также смена, очистка и увлажнение воздуха. Кроме того, при устройстве местной системы воздушного отопления достигается экономия металла.

Вместе с тем воздушное отопление не лишено существенных недостатков. Как известно, площади поперечных сечений и поверхности воздуховодов из-за малой теплоаккумулирующей способности воздуха во много раз превышают сечения и поверхности водяных и паровых

136

теплопроводов. В сети значительной протяженности воздух заметно охлаждается, несмотря на то, что воздуховоды покрывают тепловой изоляцией.

По этим причинам применение центральных систем воздушного отопления в сравнении с другими системами может оказываться экономически нецелесообразным.

Возможность совмещения воздушного отопления с приточной вентиляцией в холодный период, с охлаждением помещений в летний период сближает воздушное отопление с вентиляцией и кондиционированием воздуха,

и предопределяет дополнительное рассмотрение общих вопросов при изучении соответствующих дисциплин.

10.2. Схемы систем воздушного отопления

На рисунке 10.1 даны принципиальные схемы местных систем воздушного отопления. Чисто отопительные системы с полной рециркуляцией теплоносителя воздуха могут быть бесканальными (рис. 10.1, а) и канальными (рис. 10.1, б).

При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру tв,

нагревается первичным теплоносителем в калорифере до температуры tг и

перемещается вентилятором в обогреваемое помещение.

Наличие вертикального канала для горячего воздуха обусловливает возникновение естественного давления, обеспечивающего циркуляцию внутреннего воздуха через калорифер и подачу его в помещение. Эти две схемы применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной вентиляции.

Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его приточно-вытяжной вентиляцией используют две другие схемы (рис. 10.1, в, г).

137

Рис. 10.1. Принципиальные схемы местных систем воздушного отопления: а, б – полностью рециркуляционные; в – частично рециркуляционная; г – прямоточная; 1 – отопительный агрегат; 2 – рабочая (обслуживаемая) зона; 3 – канал с нагретым воздухом; 4

– теплообменник (калорифер); 5 - наружный воздухозабор; 6 – рециркулирующий воздух; 7 – вытяжная вентиляция

138

По схеме на рисунке 10.1, в часть воздуха забирается снаружи, другая часть внутреннего воздуха подмешивается к наружному (осуществляется частичная рециркуляция воздуха). Смешанный воздух догревается в калорифере и подается вентилятором в помещение. Помещение обогревается всем поступающим в него воздухом, а вентилируется только той его частью,

которая забирается снаружи. Эта часть воздуха удаляется из помещения в таком же количестве в атмосферу с помощью системы вытяжной вентиляции.

Схема на рисунке 10.1, г – прямоточная. Наружный воздух в количестве,

необходимом для вентиляции помещения, дополнительно нагревается для отопления, а после охлаждения до температуры помещения удаляется в таком же количестве в атмосферу.

Центральная система воздушного отопления – канальная. Воздух нагревается до необходимой температуры в тепловом центре здания и подается в помещения через воздухораспределители. Принципиальные схемы центральной системы приведены на рисунке 10.2.

В схеме на рисунке 10.2, а нагретый воздух по специальным каналам распределяется по помещениям, а охладившийся воздух по другим каналам возвращается для повторного нагревания в теплообменнике – калорифере.

Совершается, как и в схеме на рисунке 10.1, а, полная рециркуляция воздуха без вентиляции помещений. Теплопередача в калорифере соответствует теплопотерям помещений, т.е. схема является чисто отопительной.

Схема на рисунке 10.2, б с частичной рециркуляцией по действию не отличается от схемы на рисунке 10.1, в. На рисунке 10.2, в изображена прямоточная схема центральной системы воздушного отопления, аналогичная схеме на рисунке 10.1, г. В схемах на рисунках 10.1, а, б и 10.2, а теплозатраты на нагревание воздуха определяются только теплопотерями помещений.

В схемах на рисунках 10.1, в и 10.2, б они возрастают в результате предварительного нагревания части воздуха от температуры наружного воздуха tн до температуры tв.

139

Рис. 10.2. Принципиальные схемы центральных систем воздушного отопления: а – полностью рециркуляционная; б – частично рециркуляционная; в – прямоточная; г – рекуперативная; 1 – теплообменник (калорифер); 2 – канал (воздуховод) с нагретым воздухом и воздухораспределителем на конце; 3 – канал (воздуховод) системы вытяжной вентиляции; 4 – вентилятор; 5 – наружный воздухозабор с каналом (воздуховодом); 6 – воздухо-воздушный теплообменник; 7 – рабочая (обслуживаемая) зона

В схемах на рисунках 10.1, г и 10.2, в теплозатраты наибольшие, так как весь воздух необходимо нагреть сначала от температуры tн до tв, а потом перегреть до температуры tг (тепловая энергия расходуется и на отопление, и на полную вентиляцию помещений).

Рециркуляционная система воздушного отопления отличается меньшими первоначальными вложениями и эксплуатационными затратами. Система может применяться, если в помещении допускается рециркуляция воздуха, а

температура поверхности нагревательных элементов соответствует требованиям гигиены, пожаро- и взрывобезопасности этого помещения. Радиус действия центральной системы с естественной циркуляцией (без вентилятора)

ограничен 8…10 м, считая по горизонтальному пути от теплового пункта до наиболее удаленного вертикального канала. Объясняется это незначительностью действующего естественного циркуляционного давления,

составляющего даже при значительной температуре нагретого воздуха всего лишь около 2 Па на каждый метр высоты канала.