10343

10

Теплоноситель аккумулирует теплоту и затем передает ее в обогреваемое помещение. Это подвижная жидкая или газообразная среда: вода, атмосферный воздух, реже пар или нагретые газы. Сравнение основных теплоносителей для отопления приведено в табл. 1.1.

Проанализируем преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления. При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности нагревательных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплоотдачи приборов.

При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что затрудняет регулирование теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совместить отопление с вентиляцией помещений, достичь бесшумность его движения в воздуховодах и каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площади поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине.

1.2.Основные виды систем отопления

Внастоящее время в России применяют центральные системы водяного и парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а

также печное отопление.

При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается к теплоисточнику для последующего нагревания. Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и

с механическим побуждением (насосные). В гравитационной системе (рис. 1.3,

а) используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры. В насосной системе (рис. 1.3, б) используется насос с электрическим приводом для создания разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды.

По температуре теплоносителя различают системы низкотемпературные

с предельной температурой горячей воды tг 70оС, среднетемпературные при tг от 70 до 100оС и высокотемпературные при tг 100оС. Максимальное значение температуры воды ограничивается 150оС.

По положению труб системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами

12

системы бывают однотрубные и двухтрубные. Если каждый прибор разделен условно на две части, в которых вода движется в противоположных направлениях и теплоноситель последовательно проходит через обе части, то такая однотрубная система называется бифилярной. При паровом отоплении в

приборах выделяется теплота фазового превращения в результате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровой котел.

Системы парового отопления по способу возвращения конденсата в котел разделяются на замкнутые (рис. 1.4, а) с самотечным возвращением конденсата

иразомкнутые (рис. 1.4, б) с перекачкой конденсата насосом.

Взамкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел под действием разности давления, выраженного столбом конденсата высотой h

(рис. 1.4, а) и давления пара рп в паросборнике котла. В связи с этим отопительные приборы должны находиться достаточно высоко над

паросборником.

Рис. 1.3. Схемы систем отопления: а – с естественной циркуляцией; б – насосная; 1 – теплообменник; 2 – подающий теплопровод (Т1); 3 – расширительный бак; 4 – отопительный прибор; 5 – обратный теплопровод (Т2); 6 – циркуляционный насос; 7 – устройство для выпуска воздуха из системы

13

Рис. 1.4. Схемы системы парового отопления: а – замкнутая; б – разомкнутая; 1 – паровой котел; 2 – паропровод (Т7); 3 – отопительный прибор; 4 и 6 – самотечный и напорный конденсатопроводы (Т8); 5 – воздуховыпускная трубка; 7 – конденсатный бак; 8 – конденсатный насос; 9 – парораспределительный коллектор

В разомкнутой системе парового отопления конденсат из отопительных приборов самотеком непрерывно поступает в конденсатный бак и по мере накопления периодически перекачивается в котел. Давление пара в котле поддерживается давлением насоса. В зависимости от давления пара системы парового отопления подразделяются на субатмосферные, вакуум-паровые,

низкого и высокого давления (табл. 1.2).

Теплопроводы систем парового отопления делятся на паропроводы, по которым перемещается пар, и конденсатопроводы для отвода конденсата.

Конденсатопроводы могут быть самотечными и напорными. Самотечные трубы прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата. В напорных трубах конденсат перемещается под действием давления, создаваемого насосом.

14

2. ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

2.1. Тепловой баланс помещения

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или

отвечающей требованиям технологического процесса. Выделяемая

человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева.

В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха,

который проникает в помещение через неплотности ограждений. В

установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты.

Теплота поступает в помещение от людей, технологического и бытового оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов,

изделий, в результате воздействия на здание солнечной радиации. В

производственных помещениях могут осуществляться технологические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаги, химические

реакции и прочее).

Учет всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении теплового баланса помещений здания и определении дефицита или избытка теплоты. Наличие дефицита теплоты Q указывает на необходимость устройства в помещении отопления. Избыток теплоты обычно ассимилируется вентиляцией. Для определения тепловой мощности системы отопления Qот составляет баланс расходов теплоты для расчетных условий холодного периода года в виде:

где Qогр – потери теплоты через наружные ограждения;

15

Qи(вент) – расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха;

Qт(быт) – технологические или бытовые выделения или расход теплоты.

Баланс составляется для условий, когда возникает наибольший при заданном коэффициенте обеспеченности дефицит теплоты. Для гражданских

(обычно, для жилых) зданий учитывают регулярные теплопоступления в помещение от людей, освещения, других бытовых источников. В

производственных зданиях в расчет принимают период технологического цикла с наименьшими тепловыделениями (возможные максимальные тепловыделения учитывают при расчете вентиляции). Тепловой баланс составляют для стационарных условий. Нестационарность тепловых процессов,

происходящих при отоплении помещений, учитывают специальными расчетами на основе теории теплоустойчивости.

2.2. Потери теплоты через ограждения помещения

Наибольшие потери теплоты через i-ое ограждение помещения Qi, Вт,

Rо ,i – приведенное сопротивление теплопередаче ограждения, м2 °С /Вт;

tр – расчетная температура помещения, °С;

text – расчетная температура снаружи ограждения, °С;

ni – коэффициент, учитывающий фактическое понижение расчетной разности температуры (tр – text) для ограждений, которые отделяют отапливаемое помещение от неотапливаемого (подвал, чердак и др.);

i – коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери через ограждения.

В соответствии с действующими нормами теплопотери помещений, по которым определяется расчетная тепловая мощность системы отопления,

принимаются равными сумме теплопотерь через отдельные наружные

16

ограждения без учета их тепловой инерции при tн = tн.5, т.е. при средней температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки,

соответствующей kоб = 0,92. Кроме того, должны быть учтены потери или поступления теплоты через внутренние ограждения, если температура в соседних помещениях ниже или выше температуры в расчетном помещении на

3 °С и более.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждения или его коэффициент теплопередачи kоб = 1/Rо, i, входящие в формулу (1.2),

принимаются по теплотехническому расчету в соответствии с требованиями действующих норм.

Особый подход существует к расчету теплопотерь через полы, лежащие на грунте. Передача теплоты из помещения нижнего этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая сравнительно небольшой удельный вес теплопотерь через пол в общих теплопотерях помещения,

применяют упрощенную методику расчета. Теплопотери через пол,

расположенный непосредственно на грунте, рассчитывают по зонам. Для этого поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной,

следующие две полосы – второй и третьей, а остальную поверхность пола – четвертой зоной. Если проводится расчет теплопотерь заглубленного в грунт помещения, отсчет зон ведется от уровня земли по внутренней поверхности наружной стены и далее по полу. Поверхность пола в зоне, примыкающей к наружному углу помещения, имеет повышенные теплопотери, поэтому ее площадь в месте примыкания при определении общей площади зоны учитывается дважды (рис. 2.1).

Расчет теплопотерь каждой зоной проводят по формуле (2.2), принимая ni (1 + i) = 1,0. За величину Rо, i принимают условное сопротивление теплопередаче неутепленного пола Rн.п,, м2 °С /Вт, которое для каждой зоны берут равным: для первой зоны – 2,1; для второй зоны – 4,3; для третьей зоны –

8,6; для четвертой зоны – 14,2.

17

Если в конструкции пола, лежащего на грунте, имеются слои материалов,

теплопроводность которых меньше 1,2 Вт/(м °С), то такой пол называют

утепленным. При этом сопротивление теплопередаче каждой зоны утепленного пола Rу.п,, м2 оС/Вт, принимают равным:

Rу.п = Rн.п + (δу.с /λу.с), (2.3)

где δу.с – толщина утепляющего слоя, м; λу.с – теплопроводность материала утепляющего слоя, Вт/(м °С).

Теплопотери через полы по лагам рассчитываются также по зонам, только условное сопротивление теплопередаче каждой зоны пола Rл,, м2 °С /Вт,

принимается равным 1,18 Rу.п (здесь в качестве утепляющих слоев учитывают воздушную прослойку и настил по лагам).

Площадь отдельных ограждений при подсчете потерь теплоты через них должна вычисляться с соблюдением определенных правил обмера. Эти правила по возможности учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают условные увеличения и уменьшения площадей,

когда фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим формулам. Как правило, площади определяются по внешнему обмеру.

Площади окон, дверей и фонарей измеряются по наименьшему строительному проему. Площади потолка и пола измеряются между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены. Площадь пола по грунту и лагам определяются с условной их разбивкой на зоны, как указано выше. Площади наружных стен в плане измеряются по внешнему периметру между наружным углом здания и осями внутренних стен. Измерение наружных стен по высоте проводят (рис. 2.1):

-в первом этаже (в зависимости от конструкции пола) или от внешней поверхности пола по грунту, или от поверхности подготовки под конструкции пола на лагах, или от нижней поверхности перекрытия над подпольем или неотапливаемым подвальным помещением до чистого пола второго этажа;

-в средних этажах от поверхности пола до пола следующего этажа;

18

- в верхнем этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия или бесчердачного покрытия.

На рис. 2.2 также показаны сокращенные наименования помещений,

принимаемые при определении тепловой мощности системы отопления.

Дополнительные потери теплоты обычно учитывают добавками к основным теплопотерям. Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следующее.

Добавка на ориентацию по странам света (сторонам горизонта) делается на все наружные вертикальные и наклонные (их проекция на вертикаль)

ограждения. Величины добавок берутся в соответствии со схемой на рис. 2.3.

Для общественных, административно-бытовых и производственных зданий при наличии в помещении двух и более наружных стен добавки на ориентацию по сторонам горизонта на все указанные выше ограждения увеличиваются на 0,05,

если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-

запад, или на 0,1 – в других случаях.