книги / Отопление и вентиляция

В. Н. БОГОСЛОВСКИЙ, В. П. ЩЕГЛОВ,

ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

Д о п у щ е н о

Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебника для студентов специальности «Водоснабжение и канализация» высших учебных заведений

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О . Л И Т Е Р А Т У Р Ы П О С Т Р О И Т Е Л Ь С Т В У

М о с к в а— 1 9 7 Q

В В Е Д Е Н И Е

Масштабы строительства в нашей стране выдвинули строитель­ ную индустрию в число важнейших отраслей народного хозяйства. Строительная техника развивается на научной основе с широким использованием достижений смежных областей промышленности. Одной из составных ее частей является техника создания искусствен­ ного климата.

Учебную дисциплину, в которой изучаются научные и техничес­ кие основы инженерных систем искусственного климата, называют «Отопление и вентиляция». В ней излагаются вопросы расчета, проектирования, строительства и эксплуатации систем отопления, вентиляции (включая кондиционирование воздуха), теплоснабже­ ния и котельных установок.

Устройство каждой из этих систем и их отдельных элементов достигло достаточно высокой степени сложности. Имеется большое многообразие схем, используются сложные механизмы и приборы для регулирования и контроля их работы. Каждая из этих систем является предметом изучения в самостоятельных учебных курсах на специальном факультете «Теплоснабжение и вентиляция» строи­ тельных институтов.

Учебник написан для студентов факультета «Водоснабжение и канализация» (сокращенно ВиК) по специальной учебной программе. Для специалистов ВиК теплоснабжение и вентиляция являются родственным разделом строительной техники. В ряде случаев на производстве инженеру специальности ВиК приходится вести все сантехнические работы, а поэтому выпускник факультета должен хорошо знать и этот смежный раздел техники.

Основное назначение систем теплоснабжения и вентиляции со­ стоит в обеспечении заданных климатических условий в помещениях зданий.

Создание необходимых санитарно-гигиенических условий в по­ мещениях для работающих должно быть увязано с требованиями технологического процесса.

Поддержание определенных параметров среды в помещении в течение года важно и с точки зрения обеспечения долговечности конструкций, что существенно для многих зданий и сооружений водопроводной и канализационной систем. В помещениях фильтро­ вальных станций, отстойников, насосных и др. характерна очень высокая влажность воздуха при сравнительно низкой температуре. Такие условия часто приводят к преждевременному разрушению конструкций, что безусловно недопустимо. Вопросы долговечности

3

в настоящее время получили особую актуальность в связи с приме­ нением для строительства зданий и сооружений панелей и других крупносборных элементов из новых строительных материалов. Успех полносборного строительства в большой мере связан с пра­ вильным решением вопросов строительной теплотехники, отопления и вентиляции.

Решение отопительно-вентиляционных задач в нашей стране ока­ зывается достаточно сложным в связи со своеобразием ее географи­ ческого положения. На территории Советского Союза климат исклю­ чительно разнообразен и в большей части суров. В нашей стране срок пользования отоплением, вентиляцией больше, чем во многих других странах. На территории Якутии, в районе Оймякона распо­ ложен «полюс холода», где температура понижается д о —71° С. Во многих пунктах северо-восточной части страны низкие темпера­ туры сочетаются с сильными ветрами. На большей части территории продолжительным является холодный период, поэтому требуется непрерывное отопление зданий. В то же время для юга страны — Средней Азии и Черноморского побережья характерна высокая тем­ пература, которая достигает, например, в районе Термеза (Узбе­ кистан) +48° С. В таких жарких районах нормальное самочувст­ вие человека летом в зданиях без применения кондиционирования воздуха фактически невозможно.

Правильное инженерное решение теплоснабжения и вентиляции зданий может дать для страны заметный экономический эффект.

Около Vg всего топлива, сжигаемого в нашей стране, расходуется на цели отопления и вентиляции зданий. Поэтому с экономической точки зрения и в связи с большой напряженностью энергетического баланса страны оказывается очень важным, насколько рациональ­ но используется топливо в этих системах. Сложность решения этой задачи связана с многообразием видов топлива. Если во многих

применяют различные сорта местного топлива: газ, мазут, уголь, торф, сланцы, дрова, а также древесные отходы, солому, подсолнеч­ ную шелуху, кизяк и т. д.

Экономическая эффективность строительных затрат определяет­ ся значительными капитальными вложениями на сооружение си­ стем, особенно кондиционирования воздуха, стоимость которых в общем объеме для некоторых современных производств (ра­ диотехническая промышленность, промышленность искусственного волокна) составляет до 30%. В материальных расходах на эксплуа­ тацию здания и его инженерного оборудования доля, приходящаяся на системы кондиционирования, может составлять 60— 80%. Поэтому эксплуатационные расходы за обычный срок службы здания соизмеримы с полной стоимостью его постройки.

Сравнительно суровые условия заставили людей с давних пор заниматься обогревом жилищ. Русские инженеры, зодчие и маете*

4

ра-строители были всегда хорошими специалистами в этой облас­ ти. Со времен Киевской Руси и Московского царства сохранились прекрасные образцы печного искусства, например, известная «русская печь» и ряд других оригинальных видов отопительных устройств, таких как воздушно-панельное отопление Грановитой палаты, так называемое «амосовское» (по имени автора Амосова),

Свиязев, Лукашевич являются создателями основ теории расчета отопления и вентиляции помещений и авторами интересных конструкций печей.

Первые попытки устройства систем парового и водяного отоп­ ления были сделаны в Англии (начало XVIII в.). В России появле­ ние систем центрального парового отопления относят к 1816 г., а водяного — к 1834 г. В начале XX в. в Петербурге была построена первая система теплоснабжения группы зданий. Ее авторами явля­ лись проф. Павловский и инж. Дмитриев. Проф. Чаплиным, осно­ воположником русской отопительной школы, в 1903 г. была сооруже­ на пароводяная система отопления с использованием инжекторов. Им было предложено и построено много других оригинальных си­ стем отопления. В 1905 г. инж. Яхимовичем была предложена паро­ бетонная система отопления. В течение короткого времени им было построено около 100 таких систем. Эти системы, не получившие в то время дальнейшего распространения, начали широко применяться в индустриальном строительстве в виде модернизированных систем панельно-лучистого отопления.

Наряду с отоплением развивалась теория и практика вентиляции: Ломоносов и Рихтер создали теорию естественного движения возду­ ха и проветривания помещений, Флавицкий дал гигиеническую оцен­ ку состояния воздушной среды, Саблуков впервые создал (1832 г.) систему вентиляции с искусственным побудителем. В дореволюцион­ ной России достижения инженерной мысли мало использовались в строительной практике. В деревнях многие крестьянские избы топились «по-черному».

В годы Советской власти отопительно-вентиляционная техника стала широко применяться в практике строительства. Устройство систем отопления и вентиляции во всех возводимых зданиях стало законом. Начались разработка более рациональных систем отопле­ ния и вентиляции и совершенствование методов их расчета и прак­ тики строительства.

Было создано большое количество проектных институтов, мон­ тажных организаций, специальных НИИ и факультетов в высших учебных заведениях.

С 1931 г. в связи со строительством теплоэлектростанций в нашей стране началось широкое развитие теплофикации. В настоящее время большинство городов имеют разветвленную систему тепло­ снабжения. Создаются системы дальнего, прямоточного теплоснаб­ жения. В практике строительства используются самые различные

5

Г л а в а I

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗДАНИЙ

Системы отопления должны обеспечивать в зимнее время постоян­ ный тепловой режим в помещениях, создающий благоприятные усло­ вия для людей. Кроме этого, должны быть учтены технологический процесс, происходящий в помещении, и особенности назначения помещения. Так, например, на текстильных фабриках в цехах про­ изводства искусственного волокна для нормального протекания технологического процесса требуется поддерживать определенную температуру и влажность воздуха; в картинных галереях и книго­ хранилищах для обеспечения сохранности картин и долговечности книг необходимо соблюдение определенного тепловлажностного режима.

Следует отметить, что тепловой режим в помещениях зависит не только от характера теплоизоляционных свойств наружных огра­ ждений, которые должны быть правильно рассчитаны при проекти­ ровании (систем отопления), но и от расположения теплоотдающих поверхностей системы обогрева помещения и от интенсивности и характера других источников тепла (искусственного освещения, технологического оборудования, нагретых изделий и пр.). Также при проектировании должна быть учтена потребность в тепле для нагрева наружного воздуха, проникающего в помещение через не­ плотности ограждений, на нагрев материалов и изделий, которые по­ ступают в помещение, на технологические процессы, сопровождаю­ щиеся испарением жидкости, и на другие процессы, происходящие в помещении и требующие затраты тепла. В гражданских зданиях тепло поступает в основном от системы отопления, а определяющим фактором расхода тепла являются теплопотери через наружные ограждения. Учет всех перечисленных источников поступления и потерь тепла следует производить при проектировании промышлен­ ных зданий, однако во всех случаях для обеспечения требуемого) теплового режима в помещениях необходимо, чтобы потери тепла были равны поступлениям тепла, т. е. тепловой баланс помещения был равен нулю.

§ 1. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В ПОМЕЩЕНИИ

Люди, находящиеся в жилых, общественных и промышленных зданиях, а также технологические процессы, осуществляемые в про­ мышленных цехах, требуют поддержания в помещениях необходи­ мых метеорологических условий — определенного микроклимата.

7

Ограждающие конструкции зданий защищают помещения от не­ посредственных атмосферных воздействий, однако только внешней защиты недостаточно для круглогодичного поддержания необходи­ мых внутренних условий. Требуемые условия создаются работой систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, или, как их собирательно можно назвать, систем кондиционирования климата. В закрытых помещениях в зависимости от их назначения и характера проводимой в них работы создаются различные темпе­ ратурно-влажностные условия.

500

450

400 £

350 ^

§

300 %

250 &

200 §

150 S

100 с§

50

Температура помещения 6 град.

Рис. I. 1. График изменения отдачи тепла и влаги человеком в зависимости от темпера­ туры помещения и физической тяжести работы

—•— ♦— явное тепло

Вчеловеческом организме в результате физиологических про­ цессов непрерывно вырабатывается тепло. Это тепло должно быть отдано окружающей среде, так как организм человека стремится сохранять постоянную температуру (36,6° С).

Количество тепла, вырабатываемое в организме, различно и зависит от возраста, индивидуальных особенностей и от степени фи­ зической тяжести выполняемой работы. В спокойном состоянии взрослый человек должен отдать окружающей среде 75—90 ккал/ч,

при тяжелой работе 250—400 ккал/ч, а при максимально возможных кратковременных нагрузках до 900 ккал/ч. Основная часть этого тепла отдается окружающей среде и только небольшая часть (мень­ ше 10%) теряется в результате естественного обмена веществ.

Отдача тепла происходит: посредством лучистого теплообмена

сокружающими поверхностями, конвективной теплоотдачи воздуху

иза счет испарения влаги с поверхности кожи. При интенсивной физической работе основная доля отдаваемого тепла расходуется на

8

испарение пота. Взрослый человек при обычных условиях в спокой­ ном состоянии приблизительно половину тепла теряет излучением, четверть — конвекцией и четверть расходует на испарение.

На рис. 1.1 приведен график изменения в зависимости от темпе­ ратуры помещения явной теплоотдачи, а также тепла, идущего на испарение пота для человека, выполняющего работу различной тя­ жести. Организм имеет систему терморегуляции, и человек приспо­ сабливается к некоторым изменениям климатических условий. Однако эта способность организма ограничена, и поэтому метеороло­ гические параметры в помещении должны достаточно устойчиво под­

Параметры микроклимата, определяющие зону комфорта, яв­ ляются расчетными внутренними условиями в помещении при про­ ектировании ограждений здания и отопительно-вентиляционных систем.

Необходимо различать оптимальные внутренние условия, кото­ рые являются расчетными для автоматически регулируемых си­ стем, и допустимые внутренние условия, которые должны быть обес­ печены обычными системами. Расчетные внутренние параметры в ра­ бочей зоне производственных помещений и в обслуживаемой зоне общественных и жилых зданий в зимних и летних условиях при­ ведены в табл. 1.1.

Эти условия должны быть выполнены во всем объеме рабочей (обслуживаемой) зоны помещения (в пространстве высотой 2 м над уровнем пола) или на отдельных рабочих местах. Состояние ком­ форта должно быть также обеспечено при положении человека в не­ посредственной близости от нагретых или охлажденных поверх­ ностей.

9

Т а б л и ц а I. i

Расчетные значения метеорологических параметров в рабочей зоне производственных помещений и в обслуживаемой зоне общественных и жилых зданий

менее

0,5