10513

170

верхности которых, непосредственно омываемые дымовыми газами, являются тепловоспринимающими.

Газоходы конструируют таким образом, чтобы за счет теплообмена на тепловоспринимающих поверхностях температура дымовых газов понижалась до 110...130 °С, т.е. до уровня, ниже которого возможна: конденсация водяного пара и интенсивное выпадение сажи.

При конструировании печей с последовательными дымооборотами (рис. 12.2, а, б) число оборотов ограничивают. В старых многооборотных печах (рис. 12.2, в) наблюдался неравномерный прогрев газоходов, вызывавший появление трещин в кладке. Вследствие повышения потерь давления в печах приходилось увеличивать высоту дымовых труб. Также увеличенным было число мест, где скапливалась сажа.

Последовательные дымообороты делают преимущественно верти-

кальными, а не горизонтальными, избегая явления подогрева нижних стенок горизонтальных каналов, что приводит к понижению КПД печей.

При расчете скорости движения газов в каналах печи проверяется ско-

рость движения газов в характерных местах газоходов. Скорость движения га-

зов vг, м/с, определяют по видоизмененной формуле (12.5):

vг = GL0(1 + (tг / 273))/(3600mАкан), (12.6)

где tг − среднее значение температуры дымовых газов в отдельных частях газоходов печи, °С, (при расчетах принимают по приложению 2);

Акан − площадь поперечного сечения каналов, м2.

Получаемые при расчетах значения скорости движения должны находиться в пределах, указанных в приложении 2, что будет свидетельствовать об их допу-

стимости в отношении возможных потерь давления в печи при естественной тяге.

12.6. Конструирование дымовых труб для печей

Для каждой печи прокладывают отдельный дымовой канал в стене или дымовую трубу. Как исключение, к одной дымовой трубе можно присоединить две печи, расположенные в одной квартире на одном этаже здания, но с устрой-

171

ством в трубе рассечки высотой не менее 1 м от низа присоединительных па-

трубков печей. Предпочтение отдают дымовым каналам в стенах, и только в тех случаях, когда их устроить невозможно, применяют насадные и коренные трубы.

Размер поперечного сечения дымовых каналов и труб зависит от тепло-

вой мощности печей и определяется, исходя из скорости движения дымовых газов 1,5...2 м/с. На практике принимают каналы и трубы размером 0,14×0,14 м

при тепловой мощности печей до 3,5 кВт, 0,14×0,2 м – от 3,5 до 5,2 кВт, 0,14×0,27 – от 5,2 до 7 кВт.

Дымовые трубы должны быть вертикальными, хотя в случае необ-

ходимости возможно отклонение трубы от вертикали в сторону (увод), которое делают под углом 30°, с относом по осям не более 1 м.

Трубы выкладывают из глиняного кирпича на известковом растворе со стенками толщиной 0,12 м или из жаростойкого бетона толщиной не менее 0,06

м. Высоту дымовых труб (включая высоту печей от уровня колосниковой ре-

шетки) принимают не менее 5 м для создания достаточной естественной тяги.

При этом оголовки труб устраивают таким образом, чтобы их устье:

-возвышалось не менее чем на 0,5 м над плоской кровлей, парапетом или коньком скатной крыши при выводе труб на расстояние до 1,5 м от конька;

-располагалось не ниже парапета или конька кровли при расстоянии от

1,5 до 3 м;

-размещалось не ниже линии, проведенной от конька вниз под углом 10°

кгоризонту при расстоянии более 3 м.

По этим же правилам выводят оголовки печей по отношению к кровли более высокого здания, пристроенного к зданию с печным отоплением.

Зонты и другие насадки над устьем дымовых труб не устраивают. Преду-

сматривают лишь искроуловители из металлической сетки с отверстиями не более 5x5 мм, если здание имеет кровлю, выполненную из горючих материалов.

Устье кирпичных труб покрывают на высоту 0,02 м слоем цементного раствора.

Естественная тяга возникает вследствие различия в плотности от-

носительно холодного наружного воздуха и горячих дымовых газов по высоте

172

печи и дымовой трубы. Чем больше разность температуры газов и воздуха, а,

следовательно, и их плотности, тем больше естественная тяга, как разность аэростатического давления.

Разность аэростатического давления наружного воздуха и дымовых газов

(естественное циркуляционное давление при воздушном отоплении) ре, Па,

при высоте печи h1, м, (от колосниковой решетки до верха газоходов) и дымо-

вой трубы h2, м, (от верха газоходов печи до устья дымовой трубы) можно счи-

тать равной:

где н, 1, 2 - средний удельный вес, Н/м3, соответственно, наружного воздуха, дымовых газов по высоте печи и дымовой трубы.

Располагаемую для расчетов разность давления определяют при сравни-

тельно высокой температуре наружного воздуха (0 °С), имея в виду, что печь при этой температуре должна исправно действовать, обеспечивая необходимую тягу.

12.7. Проектирование печного отопления

Прежде всего выбирают печь, подходящую для отопления помещения, с

учетом требований, предъявляемых к ее конструкции (рис. 12.2). Желателен вы-

бор печи типовой конструкции, причем тепловая мощность, указанная в ее тех-

ническом паспорте, должна равняться расчетным теплопотерям помещения.

Точного совпадения этих показателей обычно не достигают (при выборе печи допустимо отклонение ±15%), поэтому после выбора теплоемкой печи прихо-

дится приводить ее теплоотдачу в соответствие с теплопотерями помещения.

Для этого уточняют размеры и показатели элементов печи с учетом вида топлива и расположения ее в помещении: проверяют высоту топливника (12.4); тепло-

восприятие; скорость движения газов в каналах; теплоаккумулирующую способ-

ность; плотность теплового потока на теплоотдающей поверхности (12.5).

Проектирование печного отопления завершают разработкой противопо-

жарных мероприятий. Печи устанавливают так, чтобы соблюдались следую-

щие правила:

173

-расстояние от топочной дверцы до противоположной стены должно быть не менее 1250 мм;

-высота от поверхности пола до дна зольника и газооборотов – не ме-

нее 210 мм; - высота от верха перекрыши до незащищенного от возгорания потолка -

не менее 350 мм для печей с периодической топкой и 1000 мм для печей дли-

тельного горения (при защищенном потолке - соответственно 250 и 700 мм).

Конструкции здания из горючих или трудногорючих материалов, примы-

кающие к печам и дымовым трубам, защищают от возгорания разделками -

вставками из негорючих материалов. Вертикальные разделки у печей и дымо-

вых труб, установленных в проемах стен из горючих материалов, предусматри-

вают на всю их высоту в пределах помещений, причем толщину разделок при-

нимают не менее толщины стены. Горизонтальные разделки устраивают в тех местах, где конструкции здания из горючих или трудногорючих материалов примыкают к дымовым каналам. Разделки выполняют в виде утолщения кладки каналов. Верх разделки делают выступающим на 70 мм над полом вышерас-

положенного помещения.

При расположении печей и дымовых труб вдоль стен устраивают воз-

душные полости - отступки на всю их высоту (шириной не менее 130 мм при толстостенных печах и 250 мм при тонкостенных). Стены и перегородки в от-

ступках из горючих или трудногорючих материалов защищают теплоизоляци-

онными негорючими материалами.

В чердачных помещениях расстояние от наружной поверхности дымовых каналов до конструкции из горючих и трудногорючих материалов принимают в свету не менее 130 мм. При конструкциях из металла или железобетона рассто-

яние не менее 130 мм считают от внутренней поверхности стенок каналов.

Пол из горючих или трудногорючих материалов перед фронтом печей защищают металлическими листами, пол под каркасными печами на ножках -

металлическими листами по асбестовому картону толщиной 10 мм.

174

13. ГАЗОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ

13.1. Общие сведения

Из всех видов топлива газ – экологически наиболее чистое топливо, т.к.

при правильной организации процесса его сжигания содержание вредных ве-

ществ (канцерогенов, окислов азота, оксида углерода) в продуктах сгорания минимально. Около 30 % потребляемого в России газа расходуется на нужды теплоснабжения. Использование газа экономически выгодно, что обусловлено повышением КПД агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким ре-

гулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем про-

странстве отопительных установок. Значительно упрощается и эксплуатация теплогенерирующих агрегатов.

В России используют природные и сжиженные газы. Природные газы со-

стоят в основном из метана, других углеводородов метанового ряда, а также небольшого количества азота и углекислого газа. Низшая теплота сгорания су-

хих природных газов Qнр = 36000...40000 кДж/м3, плотность ρ = 0,73...1,0 кг/м3.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ), которые получают на специальных заводах в результате переработки нефти и природных газов, состоят из пропана и бутанов. Хранят и транспортируют пропан-бутаны на большие расстояния в сжиженном виде, а перед использованием жидкий газ испаряют. Низшая тепло-

та сгорания паров СУГ (смесь 50 % пропана и 50 % бутанов) примерно 110000

кДж/м3, а плотность 2,35 кг/м3. Газовое топливо имеет два основных недостат-

ка: взрывоопасность газовоздушных смесей и токсичность самого газа (особен-

но продуктов его неполного сгорания), в связи с чем необходимо предусматри-

вать систему безопасности, а также предъявлять повышенные требования при эксплуатации установок газового отопления.

Для отопления газ используют в различных установках: обычных или специальных котлах, комнатных печах, приборах квартирного или местного отопления, в газовых отопительно-вентиляционных агрегатах. Под термином

«газовое отопление» понимают системы отопления:

175

с комнатными печами, работающими на газе;

с газовыми водонагревателями;

с газовыми нетеплоемкими отопительными приборами;

с газовоздушными теплообменниками;

с газовоздушными излучателями;

с газовыми горелками инфракрасного излучения.

Первый и третий виды систем газового отопления – местные, остальные могут устраиваться как центральными, так и местными.

13.2.Газовоздушное лучистое отопление

Всистеме газовоздушного отопления с излучателями функцию отопи-

тельных приборов выполняют теплоизлучающие трубы, проложенные в верх-

ней зоне (не ниже 5 м от поверхности пола) помещения (рис. 13.1). Внутри за-

мкнутого контура теплоизлучающих труб циркулирует смесь нагретого воздуха с продуктами сгорания. Теплоотдача с поверхности труб в помещение происхо-

дит преимущественно излучением (до 60 %). Излучатели собирают на фланцах из тонкостенных стальных труб (толщина стенки 0,7 мм) диаметром 400 мм и длиной 6 м. Для уменьшения теплопотерь в верхнюю зону помещения теплоиз-

лучающие трубы покрывают сверху теплоизоляцией, а сбоку устанавливают продольные вертикальные стальные экраны (козырьки).

Смесь воздуха с продуктами сгорания газа проходит через теплогенера-

тор. Принципиальная схема движения потоков в теплогенераторе показана на рисунке 13.2. Охладившийся в системе отопления до температуры 80...90 оС

теплоноситель в теплогенераторе разделяется на два потока. Основной смеши-

вается с новой порцией продуктов сгорания газа.

Газ сгорает в дутьевой горелке, которая может работать с переменным коэффициентом расхода воздуха. Далее нагретая смесь с температурой до 340 °С поступает в систему отопления.

176

Рис. 13.1. Система газовоздушного отопления с теплоизлучающими трубами в межферменном пространстве цеха: 1 – теплоизлучающие трубы; 2 – теплогенератор; 3 – теплоизоляция; 4 – козырьки

Рис. 13.2. Принципиальная схема движения газовоздушных потоков в теплогенераторе: 1 – газовая горелка; 2 – дутьевой радиальный вентилятор; 3 – теплоутилизатор

Другая часть теплоносителя в объеме, равном объему продуктов сгора-

ния, проходит через теплоутилизатор (ТУ) и выбрасывается в атмосферу. В ТУ за счет теплоты теплоносителя нагревается воздух, забираемый из помещения и направляемый в горелку для сжигания газа. При этом несколько снижается рас-

ход газа и повышается КПД установки (до 96 %).

Преимущества газовоздушного лучистого отопления по сравнению с

177

воздушным отоплением: экономия тепловой энергии за счет уменьшения гра-

диента температуры по высоте помещения, возможность снижения тем-

пературы воздуха в рабочей зоне при сохранении условий теплового комфорта,

автономность, незамерзаемость, удобство регулирования.

13.3. Газовое лучистое отопление

Отопительными приборами в этой системе отопления являются горелки инфракрасного излучения. Систему лучистого отопления наиболее целесооб-

разно применять в больших помещениях со значительными теплопотерями.

Особенно эффективна она при обогревании частично или полностью открытых рабочих площадок (монтажных, сборочных, открытых стоянок автомобилей и т. д.). Небольшие размеры и масса инфракрасных горелок делают их удобными для размещения в отапливаемых помещениях. Их теплопередающая поверх-

ность по площади почти в 10 раз меньше, чем площадь нагревательной поверх-

ности отопительных приборов водяного отопления. Газовое лучистое отопле-

ние применяется также в различных сельскохозяйственных и складских поме-

щениях. Существуют системы газолучистого отопления крупных сборочных,

прокатных и литейных цехов машиностроительных заводов.

На рисунке 13.3 показана унифицированная газовая горелка инфра-

красного излучения тепловой мощностью 3,7...4,4 кВт. Излучающая огне-

упорная огневая насадка горелки собрана из 10 керамических плиток размером

65x45x12 мм каждая.

В каждой плитке имеется большое количество (около 1000) цилиндриче-

ских каналов диаметром 1,5 мм.

При температуре излучающей поверхности 850 °С около 60 % теплоты,

выделившейся при сгорании газа, передается излучением, в основном, в виде инфракрасных лучей с длиной волны 2,5,..2,7 мкм.

Расчеты систем отопления с излучающими горелками для помещений различного назначения могут значительно отличаться.

178

Так, для помещений с малоили нетеплоемкими ограждающими кон-

струкциями, а также для отопления рабочих мест на открытом воздухе или в случае зонного обогрева отопительную нагрузку можно определить по условию комфортной облученности человека. В остальных случаях нагрузку следует определять с учетом теплопотерь помещения и лучисто-конвективного тепло-

обмена системы отопления с помещением.

Рис. 13.3. Газовая горелка инфракрасного излучения: 1 – излучатель; 2 – сетка; 3 – сопло; 4 – смеситель; 5 – кронштейн

Размещение горелок (число рядов, расстояние между горелками в ряду,

высоту их подвески над полом, угол наклона горелок) определяют, исходя из норм облученности и в зависимости от типа горелок.

179

14. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ

14.1. Общие сведения

При электрическом отоплении получение теплоты связано с преоб-

разованием электрической энергии. По способу получения теплоты электрическое отопление может быть с прямым преобразованием электрической энергии в теп-

ловую и с трансформацией электричества в теплоту в тепловых насосах.

Системы электрического отопления подразделяются на местные, когда электроэнергия преобразуется в тепловую в обогреваемых помещениях или в непосредственной близости от них, и центральные, например, с электрокотлами.

По степени использования электроэнергии для отопления различают си-

стемы с полным покрытием отопительной нагрузки и с частичным ее покрыти-

ем (комбинированное отопление), в качестве как фоновой (базисной), так и до-

гревающей частей системы.

Системы электрического отопления могут работать по свободному и вы-

нужденному (например, только ночью) графикам.

Достоинствами систем электрического отопления являются высокие ги-

гиенические показатели, малый расход металла, простота монтажа при сравни-

тельно небольших капитальных вложениях, транспортабельность, управляе-

мость в широких пределах с автоматизацией регулирования. Возможность гиб-

кого управления процессом получения теплоты позволяет создавать системы отопления, быстро реагирующие на изменение теплопотребности помещений.

К недостаткам электрического отопления относят, в первую очередь,

неэкономичное использование топлива, высокую температуру греющих эле-

ментов, повышенную пожарную опасность, хотя в последние годы у применяе-

мых отопительных приборов и греющих кабелей значительно снижена опас-

ность возгорания. Распространение электрического отопления в стране сдержи-

вается также ограниченным уровнем выработки электроэнергии. Отпускная стоимость энергии высокая из-за значительных капитальных вложений в элек-

тростанции и линии передач, потерь при транспортировании.