10523
.pdf
20
В типовых проектах эти добавки принимаются в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 при двух и более стенах в помещении (кроме жилых), а
во всех жилых помещениях – 0,13.
Добавка на врывание холодного воздуха через наружные двери (не обо-
рудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами) при их кратко-
временном открывании при высоте здания Н, м, от средней планировочной от-
метки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья вентиляционной шахты принимается: для тройных дверей с двумя тамбурами между ними в размере i = 0,2Н, для двойных дверей с тамбурами между ними
– 0,27Н, для двойных дверей без тамбура – 0,34Н, для одинарных дверей –
0,22Н. Для наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно-тепловых за-
вес добавка равна 3, при наличии тамбура у ворот – 1.
Нормами предусматривается добавка к теплопотерям на высоту для по-
мещений высотой более 4 м, равная 0,02 на каждый метр высоты стен сверх 4
м, но не более 0,15. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения, так как температура воздуха возрастает с высотой. Позднее это требование было исключено из норм. Теперь в высоких помещениях необ-
ходимо делать специальный расчет распределения температуры по высоте, в
соответствии с которым и определяются теплопотери через стены и покрытия.
В лестничных клетках изменение температуры по высоте не учитывается.
Рис. 2.3. Схема распределения добавок к основным теплопотерям на ориентацию наружных ограждений по странам света (сторонам горизонта)
21
2.3. Учет потерь теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха и источников поступления теплоты в помещение
В жилых и общественных зданиях только с вытяжной вентиляцией (без компенсации подогретым притоком воздуха) расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха определяется по формуле:
Qвент = 0,28 Lвент ρн с(tв – tн). (2.4)
Для жилых зданий удельный расход воздуха нормируется в размере
Lвент = 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений и кухни. В общественных зда-
ниях он должен определяться расчетом воздухообмена в помещениях.
Теплоемкость наружного воздуха принимается равной с = 1 кДж/(кг °С).
При проектировании систем отопления жилого здания величина норми-
руемых (бытовых) теплопоступлений в жилые комнаты и кухни составляет не менее Qбыт = 10 Вт на 1 м2 их площади.
2.4. Удельная тепловая характеристика здания и расчет теплопотребности на отопление по укрупненным показателям
Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктив-
ных решений, а также для ориентировочного расчета теплопотерь здания поль-
зуются показателем – удельная тепловая характеристика здания q, Вт/(м3 °С),
которая при известных теплопотерях здания равна |
|
q = Qзд /(V(tп – tн)), |
(2.5) |
где Qзд – расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми по-
мещениями здания, Вт;
V – объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3;
(tп – tн) – расчетная разность температуры для основных (наиболее пред-
ставительных) помещений здания, °С.
Величина q определяет средние теплопотери 1 м3 здания, отнесенные к
разности температуры 1 оС. Ее можно определить заранее: |
|
q = qо t, |
(2.6) |
22
где qо – эталонная удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температуры tо = 18 – (-30) = 48оС, Вт/(м3 °С);
t – температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической разности температуры от tо.
Температурный коэффициент t равен:
t = 0,54 + 22 /(tп – tн). (2.7)
Формула (2.7) соответствует значениям коэффициента t, которые обыч-
но приводятся в справочной литературе.
Характеристикой q удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания. Ее величину обычно приводят в перечне основных характеристик проекта.
Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным показа-
телям используют только для ориентировочных подсчетов и при определении потребности в теплоте района, города, т.е. при проектировании централизован-
ного теплоснабжения.
Если принять, как это имеет место для жилых зданий, что теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха приблизительно компенси-
руются тепловыми и технологическими теплопоступлениями, а также исходить из предельно допустимых дополнительных потерь в системе отопления, то установочная тепловая мощность системы по укрупненным показателям может быть принята равной:
Qот = 1,07qV(tп – tн), |
(2.8) |
если согласно СНиП [2] дополнительные теплопотери принять равными 7 %. |
|
Значение удельной тепловой характеристики используют для приблизи- |
|
тельного подсчета теплопотерь здания: |
|
Qзд = qо t V(tп – tн), |
(2.9) |
Расход теплоты в произвольный момент отопительного сезона определя-
ется, исходя из предположения незначительного различия теплового баланса зданий, продолжительности отопительного периода Zо.п и средней температу-
23
ры отопительного периода tо.п. Тогда годовая потребность в теплоте, Вт ч, для
отопления здания в этом случае: |
|
Qот.г = q (tв – tо.п)24 Zо.пV . |
(2.10) |
3. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Отопительные приборы – это элементы систем отопления, предназна-
ченные для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.
Теплопотребность помещения Qп должна компенсироваться теплоотдачей
отопительного прибора Qпр и нагретых труб Qтр: |
|
Qп = Qпр + Qтр. |
(3.1) |
Эта суммарная теплоотдача в помещение называется тепловой нагрузкой
отопительного прибора.
От теплоносителя в помещение должен передаваться тепловой поток Qт,
превышающий расчетную теплопотребность Qп на величину дополнительных теплопотерь Qдоп, обусловленных нагреванием ограждающей конструкции в
месте установки отопительного прибора: |
|
Qт = Qп + Qдоп. |
(3.2) |
Площадь нагревательной поверхности Апр, м2, рассчитывают в соответ-
ствии с требуемой теплоотдачей прибора. В прибор должно поступать опреде-
ленное количество теплоносителя G, кг/с (кг/ч), называемое расходом теплоно-
сителя. Расход воды определяется по формуле:
Gвод = Qт /с (tвх – tвых). |
(3.3) |
Расход теплоносителя насыщенного пара, при котором теплота в отопитель- |
|
ном приборе выделяется при фазовом превращении(конденсации) пара, равно: |
|
Gпар = Qт /r. |
(3.4) |
К отопительным приборам как к оборудованию, устанавливаемому непо-
средственно в обогреваемых помещениях, предъявляются следующие требова-
ния, дополняющие и уточняющие требования к системам отопления: санитар-
но-гигиенические; экономические; архитектурно-строительные; производ-
ственно-монтажные; эксплуатационные.
24
3.1. Классификация отопительных приборов
Радиаторы. Радиатором называется конвективно-радиационный отопи-
тельный прибор, состоящий из отдельных колончатых элементов (рис. 3.1) или из плоских блоков с каналами колончатой или змеевиковой формы (рис. 3.2).
Секции радиаторов изготавливаются из серого чугуна, стали или алюминия
(толщина стенки 2…4 мм) и могут компоноваться в приборы различной площа-
ди путем соединения на резьбовых ниппелях с прокладками из термостойкой резины или паронита. Наиболее распространены двухколончатые радиаторы средней высоты (hм = 500 мм).
Чугунные секционные радиаторы отличаются значительной тепловой мощностью. В то же время они металлоемки, производство их трудоемко, мон-
таж затруднен из-за большой массы, очистка от пыли неудобна, внешний вид не привлекателен.
Плоские радиаторы выполняются из стальных листов толщиной 1,4…1,5
мм. Панельный радиатор может состоять из одного, двух и трех параллельных блоков. Стальные панельные радиаторы отличаются от чугунных меньшей мас-
сой (в 2,5…3 раза), легко очищаются от пыли, их монтаж облегчен, производ-
ство механизировано. Стальные радиаторы должны выполняться из коррозион-
ностойкой холоднокатаной листовой стали. При изготовлении из обычной ста-
ли срок службы резко сокращается из-за интенсивной внутренней коррозии.
Рис. 3.1. Двухколончатая секция радиатора: hп – полная высота; hм – монтажная высота; в - строительная глубина; – длина
25
Рис. 3.2. Конструкция стального панельного радиатора: а – каналы колончатой формы; б – каналы регистровой формы; в – каналы змеевиковой формы
Плоские блоки радиаторов делают также из тяжелого бетона (бетонные отопительные панели), применяя нагревательные элементы из металлических труб. Их располагают в наружных ограждающих конструкциях (совмещенные панели) или приставляют к ним (приставные панели). Из-за трудности ремонта,
усложнения регулирования теплоотдачи, больших потерь через наружные кон-
струкции зданий в настоящее время они применяются ограниченно.
Гладкотрубным называется отопительный прибор, состоящий из несколь-
ких соединенных вместе стальных труб, змеевиковой (рис. 3.3, а) или регистро-
вой (рис. 3.3, б) формы. Они свариваются из труб Dу 32…100 мм. Гладкотруб-
ные приборы характеризуются высокими значениями коэффициента теплопе-
редачи. Их применяют в тех случаях, когда не могут быть использованы отопи-
тельные приборы других видов.
Конвектор состоит из двух элементов: трубчато-ребристого нагревателя и кожуха (рис. 3.4). Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению теплопередаче благодаря увеличению подвижности воздуха у поверхности нагревателя.
Рис. 3.3. Соединение труб в гладкотрубных отопительных приборах: а – змеевиковая форма; б – регистровая форма; 1 – нитки; 2 – колонка; 3 – калачи; 4 - заглушка
26
Рис. 3.4. Конструкции конвекторов: а – с кожухом; б – без кожуха; 1 – канал для теплоносителя; 2 – оребрение; 3 – кожух; 4 – решетка; 5 – воздушный клапан
Нагреватели наиболее распространенных конвекторов – с кожухом из двух или четырех труб Dу 20 мм, на которые насажены прямоугольные ребра с шагом 6 мм. Эти конвекторы снабжены воздушным клапаном для регулирова-
ния теплоотдачи.
Конвекторы без кожуха обычно устанавливаются в два яруса или ряда для получения необходимой площади нагревательной поверхности.
Ребристые трубы представляют собой фланцевую чугунную трубу,
наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими ребрами.
Размещение вертикального отопительного прибора в помещении возмож-
но как у наружной, так и у внутренней стены (рис. 3.5). Размещение приборов у внутренних стен допустимо лишь в южных районах России, т.к. оно сопро-
вождается неблагоприятным для здоровья людей движением воздуха с пони-
женной температурой у пола помещений. В средней полосе и северных районах России целесообразно устанавливать отопительные приборы вдоль наружных стен и особенно под окнами, что повышает тепловой комфорт помещения. В
лестничных клетках целесообразно располагать отопительные приборы в ниж-
ней их части рядом с входными дверями.
27
Рис. 3.5. Размещение отопительных приборов в плане: а – под окнами; б – у внутренних стен
3.2. Коэффициент теплопередачи отопительных приборов
Коэффициент теплопередачи прибора kпр, Вт/(м2 оС) численно равен ве-
личине, обратной сопротивлению теплопередаче Rпр от теплоносителя через стенку прибора в помещение:
kпр = 1/Rпр. |
(3.5) |
Величина Rпр слагается из сопротивления теплообмену Rв на внутренней поверхности стенки прибора, термического сопротивления стенки Rст и сопро-
тивления теплообмену Rн на внешней поверхности прибора: |
|
Rпр = Rв + Rст + Rн. |
(3.6) |
Процесс теплопереноса от теплоносителя в помещение осуществляется: от теплоносителя к стенке прибора – конвекцией и теплопроводностью; через стен-
ку – только теплопроводностью; от стенки в помещение – конвекцией, радиаци-
ей и теплопроводностью. Так как Rн » Rв, то для увеличения теплового потока необходимо развивать внешнюю поверхность отопительного прибора. Это вы-
полняется созданием специальных выступов, приливов и оребрения, что делает практически невозможным определение величины kпр аналитическим путем.
Поэтому коэффициент теплопередачи каждого вновь разрабатываемого отопительного прибора устанавливают опытным путем. Рассмотрим основные и второстепенные факторы, определяющие величину kпр.
Основными факторами являются: вид и конструктивные особенности;
температурный напор при эксплуатации прибора. Вид прибора позволяет зара-
нее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи. Однако в про-
цессе эксплуатации эта величина остается постоянной.
28
Температурный напор t характеризует разность температуры теплоноси-
теля tт и температуры воздуха в помещении tв: t = tт – tв. Результаты экспери-
ментов по определению коэффициента теплопередачи обрабатывают в виде эм-
пирических зависимостей: |
|
|
|
для теплоносителя – пара |
kпр = m tнn; |
|
(3.7) |
для теплоносителя – вода |
kпр = m tn |
Gр ; |
(3.8) |
|
ср |
отн |
|
где m, n, p – экспериментальные показатели; |
|
||
tн = tнас – tв; |
|
(3.9) |
|
tнас – температура сухого насыщенного пара, оС; |
|
||
tср – разность температур при теплоносителе воде, исходя из температу- |
|||
ры воды, входящей tвх и выходящей tвых из прибора: |
|
||
tср = tср – tв = 0,5 (tвх + tвых) - tв; |
(3.10) |
||
Gотн – относительный расход воды в приборе; в настоящее время при ис-
пытании образцов приборов принят номинальный расход 360 кг/ч (0,1 кг/с), по-
этому Gотн = Gпр /360.
Среди второстепенных факторов, влияющих на коэффициент теплопе-
редачи прибора, укажем на схему присоединения прибора к стояку (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Схемы присоединения радиаторов к теплопроводам систем отопления
Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов получается при схеме присоединения «сверху - вниз» (схема 1). Значение ко-
эффициента теплопередачи будет в этом случае всегда выше, чем при движе-
нии воды «снизу – вниз» (схема 2) и особенно «снизу – вверх» (схема 3).
29
На коэффициент теплопередачи влияют также следующие второстепен-
ные факторы. Увеличение скорости движения воздуха у внешней поверхности прибора повышает значения kпр. Конструкция ограждения прибора понижает величину коэффициента теплопередачи (рис. 3.7) по сравнению со свободно установленным прибором. При окраске прибора состав и цвет краски незначи-
тельно влияют на коэффициент теплопередачи.
Рис. 3.7. Способы размещения отопительных приборов:а – в декоративном шкафу; б – в глубокой нише; в – в специальном укрытии; г – за щитом; д – в два яруса
Плотность теплового потока qпр, Вт/м2, передаваемого от теплоносителя через 1 м2 площади прибора в окружающую среду с учетом зависимостей (3.7)
и (3.8) составляет: |
|
|
- при теплоносителе паре |
q = kпр tн = m tн1 n, |
(3.11) |
- при теплоносителе воде |
q = kпр tср = m tср1 n Gотнр |
(3.12) |
Для сравнения приведем значения номинальной плотности теплового по- |
||
тока qном, Вт/м2, некоторых типов отопительных приборов: |
|
|
- радиатор чугунный секционный типа МС-90-108 |
790; |
|
- радиатор стальной панельный типа РСВ |
730; |
|
- радиатор чугунный секционный типа М-140 АО |
595; |
|
- конвектор с кожухом типа «Универсал – 20» |
357; |
|
- ребристая чугунная труба |
|
388. |
Видно значительное теплотехническое преимущество радиаторов по сравнению с конвекторами.