pdf.php@id=6162
.pdfняется в течение всего отопительного сезона. Изменение тепло отдачи нагр*соа!Слопшл приборов достигается выключением из дей ствия системы отопления и уменьшением количества пара, посту пающего в систему. При таком регулировании наблюдается зна чительное колебание температуры в помещениях и' перерасход топлива.
Перечисленные недостатки ограничивают область применения парового отопления. При устройстве водяного отопления указанные выше недостатки отсутствуют. Температура нагревательных прибо ров не превышает 95° С и при повышении наружной температуры можно снижать начальную температуру воды, направляемую в на гревательные приборы. Это позволяет поддерживать в помещениях равномерный температурный режим в течение всего отопительного сезона.
При воздушном отоплении количество тепла, поступающего в по мещения, тоже может изменяться за счет изменения температуры подаваемого в помещения воздуха. Однако поскольку сечения воздуховодов больше сечений трубопроводов для воды примерно в 160 раз, воздух на своем пути от места нагрева до отапливаемых помещений значительно охлаждается. В связи с этим радиус дейст вия системы воздушного отопления с механическим побуждением принимается не более 30 ж, а без механического — не более 8 м. При устройстве воздушного отопления получается значительный выигрыш за счет меньшего расхода металла и меньшей стоимости устройства в сравнении с расходом металла и стоимостью других систем отопления.
3'
Г л а в а III
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Назначение систем отопления состоит в обеспечении теплом здания в холодный период года. Функцию непосредственного обо грева помещения выполняют нагревательные приборы, они являются основным элементом системы. В них происходит передача потреби телю тепла, аккумулированного теплоносителем в тепловом пункте системы. Устройство для обогрева помещения, как указывалось выше, должно наилучшим образом передавать тепло от теплоноси теля в помещение и обеспечить комфортность тепловой обстанов ки в помещении, не ухудшая его интерьера, при наименьших затратах средств, а также металла и других дефицитных мате риалов.
§ 10. ВИДЫ И КОНСТРУКЦИИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Виды и конструкции нагревательных приборов могут быть самы ми разнообразными. Приборы отливают из чугуна, выполняют из стали, стекла, бетона, керамики, фарфора, в виде панелей из бе тона с заложенными в них трубчатыми нагревательными элемента ми и пр. Приборы различают по размерам и форме, они могут соби раться из отдельных секций и элементов. В них могут подаваться разные теплоносители с различными параметрами.
Основные виды нагревательных приборов — это радиаторы, кон векторы и панельно-лучистые приборы. В радиаторах конвектив ная теплоотдача несколько больше излучения. В конвекторах ос новная доля тепла отдается конвекцией. Панельно-лучистые при боры обычно имеют слаборазвитую нагретую поверхность и боль шую часть тепла отдают излучением.
Простейшим видом нагревательного прибора является прибор из гладких стальных труб. Обычно"он выполняется в виде змееви ка или регистра (рис. III. 1). Прибор имеет высокий коэффициент теп лопередачи и отдает тепло конвекцией несколько больше, чем излу чением. Он выдерживает высокое давление теплоносителя (до 15— 20 атм). Однако приборы из гладких труб дороги и занимают много места. Они применяются в помещениях со значительными выделе ниями пыли, для обогрева световых аэрационных фонарей про изводственных зданий и т. д. Прибор из гладких труб может быть изготовлен в построечных мастерских.
52
Радиаторы — приборы, получившие наибольшее распростране ние (рис. III.2). Радиаторы собираются из секций. Секции имеют сравнительно гладкую поверхность. Их различные типы отличаются друг от друга габаритами и формой. Обычно секции отливаются из чугуна, но могут быть читальными (штампованными), керамически ми, фарфоровыми и др. Каждая секция имеет одну, две и более полые колонны. Секции имеют верхнюю и нижнюю головки с резь бовыми отверстиями. С помощью резьбовых ниппелей и отверстий
к7
/1
'Ъп |
------=---- X---------------------------- |
U о— ^ |
|
1*250 ------- |
|||
250 |
|||
|
-------(£=? |
ммJf, |
|
|
Уклон 0,802 |
Минимум W0M*I JJ |
б)
|
|
7 |
-> |
iM-L \ |
L |
||
----- IH1 ■ |
yt1 |
||
'г ' |
Я _ . . |
". |
/ 2 |
250т |
к------------------ |
0----------------- |
ч |
' ним Г |
Минимум 100мм ^ |
Рис. III. 1. Нагревательные приборы из гладких труб
а —змеевики; б —регистры; / —трубы; 2 —перегородка
в головках с резьбой секции соединяются между собой. Они обра зуют общую полость соединенных между собой полых колонн. Эта полость заполняется теплоносителем. Для уплотнения стыков между секциями применяют прокладки из картона, пропитанного в олифе (при температуре теплоносителя ^,„<100° С), из паронита (при /тн!>100о С) и др. Каждый радиатор снабжается четырьмя проб ками, две из которых, со сквозными отверстиями, служат для при соединения прибора к трубопроводам системы.
Некоторые радиаторы изготовляются в форме блока-панели. Это упрощает их сборку. Чугунные радиаторы, как и другие нагре вательные приборы из чугуна, выдерживают давление до 6 атм. Радиаторы имеют массовый выпуск, сравнительно дешевы, из от дельных секций удобно набирать приборы разной поверхности.
Простейшими из ребристых приборов являются чугунные ребри стые трубы (рис. III.3). Ребра на поверхности трубы увеличивают теплоотдачу, но несколько снижают гигиенические качества при-
53
582
54
бора: скапливается пыль, которую Трудно убирать; имеют грубый внешний вид.
В последние годы в жилищном строи тельстве стали широко применяться ребри стые приборы — конвекторы плинтусного типа (рис. III.4). Эти нагревательные при боры состоят из стальных труб диаметром 15—20 мм с оребрением из ленточной стали
толщиной 0,5 мм. Оребрение |
образует зам |
|
кнутые каналы шириной 20 |
и высотой 80— |
|
90 мм. Глубина |
прибора 60—70 мм. Такие |
|
каналы можно |
легко очистить от пыли, а |
коробчатая форма оребрения делает его до статочно прочным. Теплоотдача 1 пог. м кон
вектора плинтусного типа в стандартных условиях около 260 ккал/ч. При многорядной
установке элементов между ними (для обес печения лучшей теплоотдачи) могут быть установлены диагональные стенки, которые отводят нагретый в нижнем элементе воздух
и подводят |
ненагретый |
воздух |
помещения |
к верхнему |
ряду. Прибор |
имеет |
воздушный |
клапан, который позволяет регулировать скорость проходящего воздуха и снижать тепло-
рис. III. 3. Чугунная ребристая труба
отдачу прибора до 50%.
Наиболее совершенным из ребристых приборов является конвек тор в кожухе (рис. III.5). В нем нагревательным элементом служит оребренная труба. В отечественных конвекторах нагреватели сде ланы из стальных труб диаметром 15—20 мм с оребрением, выпол-
Рис. III. 4. Конвектор плинтусного типа
ненным из стального листа толщиной 0,35 мм и шагом 10; 7,5 и 5 мм. Сребренные трубы оцинкованы; кожух выполнен из стального листа. Прибор снабжен воздушным клапаном для регулирования теплоотдачи. Конвекторы выпускаются нескольких типов: низкие, высокие, подоконные, островные и др. Достоинством конвектора является малая высота (от 250 мм), небольшая глубина (от 60 мм)
Рис. III. 5. Конвектор в кожухе
и большая теплоотдача. Теплоотдача с 1 м длины оребренной по верхности прибора изменяется от 570 до 3200 ккал/ч в зависимости от числа и расположения оребренных труб.
/
Рис. III. 6. Бетонная |
(подоконная) отопительная панель |
|
/ —подоконная бетонная |
панель; |
2—замоноличенный нагрева |
тельный змеевик из труб; |
$ —теплоизоляция |
Между оребренными поверхностями прибора и кожухом возни кает интенсивная циркуляция воздуха под влиянием создающегося гравитационного давления. В зависимости от высоты кожуха теплосъем с оребренной поверхности может увеличиться на 20% и более.
56
Конвектор в кожухе удобно располагается в помещениях современ ных общественных зданий благодаря компактности к хорошему внешнему виду. Конвекторы могут быть выполнены с нагреватель ными элементами из цветного металла. Такие конвекторы обладают высокими теплотехническими и эксплуатациоными качествами. В некоторых конструкциях конвекторы снабжаются вентилятором специального типа, обеспечивающим интенсивное движение воздуха. Искусственное побуждение движения воздуха значительно уве личивает теплосъем с оребренных поверхностей. Конвекторы могут быть использованы для искусственного охлаждения помещений. Некоторый недостаток конвекторов — в не обходимости и трудности периодической очистки от пыли.
Примером панельно-лучистого прибора может служить бетонная отопительная панель. Нагревательный прибор изготов ляется в виде бетонной плиты с замоноличенными в нее трубчйтыми нагреватель ными элементами (рис. III.6), выполняе мыми из стальных труб, термостойкого стекла, пластмассы, в виде каналов, отфор мованных в теле панели, и пр. Панели рас
полагают обычно в конструкциях ограждений помещений. Иногда их свободно устанавливают около стен.
Нагревательный элемент бетонной панели обычно изготовлен из труб диаметром 15—20 мм в виде змеевика с шагом 80—500 мм. Толщина панели 50—70 мм. Имеется опыт применения панелей с обогревательными трубами диаметром 10 мм. Повышенное гидрав лическое сопротивление нагревательных змеевиков панелей поло жительно сказывается на эксплуатационном режиме работы систе мы (повышает их гидравлическую устойчивость).
В настоящее время получили распространение для отопления больших промышленных цехов подвесные панели с отражательными экранами (рис. II 1.7). Одним из достоинств панельно-лучистых приборов является возможность их использования летом для ох лаждения помещений.
§ И. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА
Схема теплообмена между прибором и помещением показана на рис. II 1.8. Нагревательный прибор и теплоноситель в нем имеют обычно малую тепловую инерцию, а поэтому количество тепла QTH, отданное ь приборе теплоносителем, в каждый момент равно количеству тепла QH.n, передаваемому прибором помещению
QTH = Qa.n- |
(H U ) |
Если в системе теплоноситель вода или другая среда, аккумули рующая тепло за счет теплоемкости в результате изменения темпе-
ЗВ Зак. 621 |
57 |
ратуры, то величина фтн равна!
|
|
QTH= GH.nc(r1- r 2), |
(Ш.2) |
||
где |
GH.n — расход теплоносителя через |
нагревательный |
прибор |
||
с |
в кг!ч\ |
|
в ккал/кг»град |
теплоносителя |
(для во |
— теплоемкость |
|||||
ti и |
ды с^1,0); |
|
теплоносителя |
на входе в прибор и на |
|
/2 — температура |
|||||
|
выходе из |
него. |
|
|
|
Если теплоноситель |
пар, то передача тепла в приборе проис |
ходит при конденсации за счет скрытой теплоты парообразования, при этом температура входящего в прибор пара tx равна температуре покидающего при
бор. конденсата /2. |
Величина |
QTH в этом случае равна: |
|
QTH= GTHr, |
(Ш.З) |
где г — скрытая теплота паро образования вккал/кг, отвечаю щая давлению пара, поступаю щего в прибор.
Теплоотдачу нагревательного прибора QH.n определяют с по мощью основного уравнения теплопередачи в виде
Q„.n = KH.n(tB.u -tB)FH.a. |
(Ш.4) |
В формуле (II 1.4) принято, что количество отданного прибором тепла пропорционально разности между средней температурой теп лоносителя в приборе ^н.п и температурой обогреваемого помеще ния tB. Температура теплоносителя в приборе изменяется по раз ному в зависимости от конструкции, способа присоединения прибора к системе, вида и параметров теплоносителя. Обычно в расчетах принимают для воды среднюю температуру:
. G + |
^2 , |
(Ш.5) |
^н.п ' |
|
для пара — температуру, соответствующую давлению пара, посту
пающего в прибор. |
|
Опытами установлено, что в нагревательных приборах, которые |
|
представляют собой некоторую емкость, при подаче |
воды по схеме |
«сверху —вниз» tH'U близка к определяемой по |
формуле (III.5). |
При подаче теплоносителя «снизу—вверх» /н.п отличается от средне арифметического значения и близка к t2. В приборах, соединенных
последовательно или выполненных в |
виде змеевика, |
теплоноси |
||
тель (вода) изменяет температуру по ходу движения по |
логариф |
|||
мическому закону. |
Все отклонения, |
вызванные несоответствием |
||
фактической /н.п с определенной по формуле |
(III.5), учитываются |
|||
в расчетах приборов |
введением поправочных |
коэффициентов. |
58
Под /в в формуле (III.4) имеется в виду температура помещений, a FH.n представляет собой теплоотдающую поверхность прибора. Это вся внешняя поверхность прибора, омываемая воздухом, обычно искусственно развитая за счет приливов, оребрения и пр.
Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора Ка.а в формуле (II 1.4), как и в случае передачи тепла через стенку от одной среды к другой, равен величине, обратной сопротивлению теплопередаче нагревательного прибора RH.n:
А н. п |
(Ш.6) |
Величина RH,n в свою очередь равна: |
|
R».n= RB+Rr+Rи- |
(III-7) |
Сопротивление тепловосприятию RBот теплоносителя к внутренней тепловоспринимающей поверхности нагревательного прибора пло щадью FB.„ зависит от ав. Но
поскольку эта величина долж на быть отнесена к поверх ности теплоотдачи прибора
ТО
RR~ ~ FH.п—RBFa.n'
®в **вн
(Ш.8)
Коэффициент теплообмена ав между теплоносителем и внут ренней поверхностью стенки прибора определяется в ос
новном скоростью движения |
|
|
— — С 6 кг/ч |
||||||
теплоносителя в приборе. За |
|
|
|||||||
Рис. III. 9. |
Зависимость сопротивления |
||||||||
висимость RB в м - ч - град/ккал |
|||||||||
R.'Bтеплообмену от расхода теплоноси |
|||||||||
(на |
1 м длины) |
от |
расхода |
||||||
теля и |
условного диаметра трубы |
||||||||
воды для различных |
диамет |
||||||||
|
|
|
|||||||
ров |
труб |
приведена |
на |
|
|
|
|||
рис. II 1.9. С увеличением расхода воды коэффициент теплообмена |
|||||||||
сначала заметно возрастает, |
но при больших расходах (200 кг1ч) |
||||||||
он практически |
остается |
неизменным. В чугунных |
радиаторах — |
||||||
наиболее распространенном |
виде приборов— скорость движения |
||||||||
воды в колонках обычно небольшая |
(около |
0,01 м/сек) и |
|||||||
ав«50 ккал/м2-ч-град. |
Отношение FH.a/FBHдля них равно около |
||||||||
1,3 |
и RB составляет |
всего: |
|
|
|
||||
|
|
|
|
* . * ^ 1 , 3 - 2 , 6 . 1 0 - » . |
|
||||
Сопротивление |
теплопроводности стенки |
прибора |
без учета |
||||||
оребрения внешней |
его поверхности, можно определить в виде |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ЯТ= А . |
|
(Ш*9) |
ЗВ* 59
Ёчугунном радиаторе толщина стенки А обычно меньше 0,01 м9
акоэффициент теплопроводности чугуна около 40 ккал!м'Ч-град.
Сопротивление RT для радиатора, равное:
0,01
RT 2,5-10-4,
40
оказывается пренебрежимо малым по сравнению с другими состав ляющими сопротивления теплопередаче прибора.
о)
RM вградмч/к кал при А м =/
Рис. III. Ю. Сопротивление теплопроводности от замоноличенных труб через массив бетона к поверхности панели
а —при односторонней теплоотдаче; б —при двусторонней теплоотдаче
В отопительных бетонных панелях с замоноличенными в них змеевиками из труб сопротивление Rr оказывается большим. В этих приборах сопротивление теплопроводности бетонного мас сива от труб к поверхности панели играет существенную роль в общем сопротивлении теплопередаче прибора. Величина RT за висит от диаметра труб (d), расстояния (шага) между ними (s), глубины расположения от поверхности (А), теплопроводности мате риала массива панели и от того, имеет ли панель одну или дветепло отдающие поверхности. Обычно для панелей определяют сопротив ление RM массива, отнесенное к 1 пог. м трубы, расположенной
60