Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Отопление и вентиляция Ч. 1 Отопление

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
13.74 Mб
Скачать

няется тем, что объемный вес охлажденной воды в трубопрово­ дах 4 больше объемного веса горячей воды в трубопроводах 3.

Рио, 1.1, Принципиальная схема системы водяного отопления с естест­ венной циркуляцией воды

На рис. 1.2 показана принци­

 

 

 

пиальная схема системы

водяно­

 

 

 

го отопления с насосной циркуля­

 

 

 

цией воды. От предыдущей схемы

 

 

 

она

отличается тем, что

на

ма­

 

 

 

гистральном обратном

трубопро­

 

 

 

воде у котла установлен

центро­

 

 

 

беж иый

циркуляционный

насос,

 

 

 

а расширительный сосуд

присое­

 

 

 

динен не к подающему, а к об­

 

 

 

ратному трубопроводу около вса­

 

 

 

сывающего патрубка насоса. При

 

 

 

таком присоединении

расшири­

 

 

 

тельного сосуда воздух из систе­

 

 

 

мы через него отводиться не мо­

 

 

 

жет,

поэтому

для удаления

воз­

Рис. 1.2.

Принципиальная схема

духа

из

сети

трубопроводов и

системы

водяного

отопления с

приборов

установлен

воздушный

насосной циркуляцией воды

сборник.

 

 

 

 

 

/ — котел;

2— расширительный сосуд;

Принципиальная схема

рай-

3— воздушный сборник;

4— циркуля­

 

ционный насос

онного водяного отопления показана на рис. 1.3. Вода, нагретая в котлах 1, поступает по подающему наружному водоводу 2 в системы отопления отдельных зданий 3 и, охладившись в них, отводится в котлы 1 по обратному наружному водоводу 4. Цир­

куляция воды в системе производится при помощи насоса, уста­ новленного в тепловом центре (котельной). Расширительный со суд присоединен к -обратному водоводу, ближе к тепловому центру. В местных системах отопления для выпуска из них воз духа установлены воздушные сборники.

В этой схеме во все местные системы отопления вода посту­ пает с температурой, равной температуре воды в подающем на-

Рнс. 1.3. Принципиальная

схе­

Рис. 1.4. Схема районного отоп­

ма районного водяного

отоп­

ления с высокотемпературной во­

ления

 

дой н элеватором

 

 

I — водоструйный элеватор; 2— мест

 

 

нал система отопления с элеватором

 

 

8— котел; à-» расширительный сосуд

ружном водоводе. В СССР получила наибольшее распростране­ ние схема районного водяного отопления, предложенная проф. В. М. Чаплиным. При такой схеме (рис. 1.4) по подающим водоводам к зданиям поступает вода с температурой 130— 150° С. В тех зданиях, где для систем отопления требуется вода с мень­ шей температурой, устанавливают водоструйные элеваторы (смесители), при помощи которых к воде с температурой 130— 150° С подмешивается вода с температурой 70° С из обратных магистралей местных систем отопления.

Таким образом, при этой схеме имеется возможность поддер­ живать в системах отопления зданий различную температуру воды. Кроме того, применение воды с температурой 130— 150° С в качестве теплоносителя позволяет значительно уменьшить ко­ личество воды, циркулирующей в наружных сетях, а следователь­ но, уменьшить диаметры трубопроводов. Объясняется это тем, что вода с температурой 130— 150° С содержит значительно большее количество тепла, чем вода, нагретая до 95° С. Напри­ мер, если 1 кг воды, нагретой до 150° С, охладить до 70° С, то в систему отопления выделится 80 ккал тепла. Если же 1 кг воды

охладить с 95 до

70° С,

то в систему будет передано лишь

25 ккал, т. е. в 3,2

раза

меньше.

На рис. 1.5 изображена принципиальная схема системы па­ рового отопления низкого давления. Пар из котла 1 по паропро­ водам 2 поступает в нагревательные приборы 3, где конденси­

руется. Конденсат из нагревательных приборов по конденсатопроводу 4 отводится в конденсационный бак 5, откуда

перекачивается в ко­

Рис. 1.5. Принципиальная схема системы па­ рового отопления низкого давления

тел насосом 6.

Принципиальная схема пароводяного отопления приведена на рис. 1.6. Пар из кот­ ла I поступает по па­ ропроводу 2 в теплооб­ менник 3, в котором

нагревает воду для си­ стемы водяного отоп­ ления 4. Охлаждаясь в

теплообменнике, пар конденсируется, и об­ разовавшийся конден­ сат стекает по конденсатопроводу 5 в кон­ денсационный бак 6,

откуда перекачивается в котел насосом 7 Во-

' f S S s s s s s s s s s s s s s s * .

/

/

- f !

1>1'/

УI 1/ 1 I| /'

 

 

 

ЯШП?

1

Рис. 1.6. Принципиальная схема

па­

Рис.

1.7.

Принципиаль­

ная

схема

воздушного

 

роводяного отопления

 

 

отопления

 

дяная

система отопления 4

отличается

от

обычной

толь­

ко тем,

что вода нагревается

не в котле,

а в

теплообмен*

нике.

Принципиальная схема системы воздушного отопления по­ казана на рис. 1.7. Воздух нагревается в калорифере 1, посту­ пает по приточному каналу 2 в отапливаемое помещение 3 и,

охладившись в нем, возвращается по каналу 4 к калориферу,

где вновь нагревается. Для перемещения воздуха служит вен­ тилятор 5.

Г л а в а II

ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЕХНИКИ § 4. Способы передачи тепла

Передача тепла от одного тела к другому происходит тепло­ проводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводностью называют способность материала в той или иной степени передавать тепло через его толщу от одной поверхности к другой.

Передача тепла при помощи конвекции состоит в том, что тепло передается движущимися частицами газа или жидкости. Соприкасаясь с нагретым телом, эти частицы нагреваются, пере­ мещаются в пространстве и передают тепло другим телам. На­ пример, воздух помещения, соприкасающийся с поверхностью радиатора, нагревается, расширяется и в результате уменьше­ ния объемного веса поднимается вверх. На смену ему поступает более холодный воздух помещения.

При передаче тепла излучением тепловая энергия нагретого тела преобразуется сначала в лучистую энергию, которая вос­ принимается менее нагретыми телами (стенами, мебелью и т. п.) и снова переходит в тепловую, повышая температуру тел. При излучении тепло передается окружающим предметам через воз­ дух, не нагревая его. Излучение имеет большое значение при пе­ редаче тепла от нагревательных приборов к наружным стенам помещений, внутренним перегородкам, мебели. Внутренние пе­ регородки и мебель, повышая свою температуру, отдают тепло воздуху помещения путем конвекции.

Теплопроводность. Согласно закону Фурье количество теп­ ла, проходящего в единицу времени через твердое тело, пропор­ ционально коэффициенту теплопроводности материала, площади поперечного сечения тела и разности температур плоскостей, его ограничивающих, и обратно пропорционально толщине тела.

Закон Фурье выражают уравнением

Q = у / 7

(П .1)

где

Q — количество тепла, проходящего через твердое тело,

 

в ккал/ч;

\ — коэффициент

теплопроводности

материала в

 

ккал/м • ч град\

 

 

Ô— толщина тела или материального слоя в ж;

F — площадь в ж2;

 

 

 

1\ t2— разность температур

плоскостей,

ограничивающих

 

тело, в град.

 

 

 

Если

6 = 1 ж, F= I ж2

и t\—/2 = 1°, то Q= K.

 

Таким

образом, коэффициент

теплопроводности материала

показывает, какое количество тепла проходит в течение 1 ч че­ рез 1 ж2 поверхности тела при толщине его 1 ж при разности тем­ ператур на границах тела 1°.

Величина коэффициента теплопроводности зависит от объем­ ного веса, влажности и температуры материала. При увеличении объемного веса материала, его влажности и температуры коэф­ фициент теплопроводности увеличивается.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов приведены в Строительных нормах и правилах (глава СНиП II-A.7-62, табл. 1 и 2 ).

X

Отношение — из уравнения (II.1) называют тепловой прово­

димостью материального слоя. Оно показывает, какое количество тепла проходит в 1 ч через 1 ж2 материального слоя при разно­ сти температур t\12, равной Г.

Отношение-^-, т. е. обратную величину, называют термиче­

ским сопротивлением материального слоя. Эта величина имеет размерность ж2 ч град/икал.

Конвекция. Передачу тепла конвекцией определяют по фор­

муле

 

Qu = ак FAt,

(И.2)

где QK— количество передаваемого тепла в ккал/ч\

 

ок— коэффициент теплообмена конвекцией в

 

ккал/м2ч *град;

 

F— поверхность, участвующая в теплообмене,

в ж2;

At — разность температур поверхности и воздуха в град.

Величина коэффициента ак зависит в основном от скорости движения воздуха. При медленном, естественном движении воз­ духа, происходящем в результате только разности его темпера­ тур, величина коэффициента ак пропорциональна этой разно­ сти. При так называемой вынужденной конвекции, когда дви­ жение воздуха происходит под воздействием ветра, для определения коэффициента теплообмена конвекцией пользуются формулой

ак = 13 У~и~ ккал/м2 ч• град,

(11.3)

где V— скорость ветра в м/сек.

Излучение. Передача тепла излучением может происходить только между телами с различной температурой. Энергия тепло­ излучения пропорциональна четвертой степени температуры те­ ла по шкале Кельвина, что может быть выражено по закону Стефана—Больцмана:

E ~ CF ( Ï 3 B ) 4 к к а л 1к .

(П .4 )

где С— коэффициент лучеиспускания тела

в ккал/м2*ч • °К4:

F — поверхность излучения в м2;

 

Т — температура тела в °К.

 

Коэффициент лучеиспускания зависит от природы тела, обра­ ботки поверхности и температуры тела. Наибольшим коэффи­ циентом лучеиспускания обладает абсолютно черное тело; для него С0=4,96 ккал/м2ч • °К4.

Коэффициенты лучеиспускания основных строительных ма­ териалов, кроме алюминия и бетона, находятся в пределах 4— 4,6 ккал/м2ч • °К4. Коэффициент лучеиспускания для алюми­ ния 0,55 и для бетона 3,1 ккал/м2 - ч К4.

Если имеются две параллельные поверхности, то количество тепла, отданного излучением более нагретой поверхности к ме­ нее нагретой, составит:

 

Физл --- ^пр F Ш-Ш]кал14'

(п-5)

где

Сп> — приведенный

коэффициент

лучеиспускания, опреде­

 

ляемый по формуле

 

 

 

Спр= -------1-----f ккал/м2 ч-°К \

(Н.6 )

 

 

Cj

 

С , C Q

 

 

где

С,— коэффициент

лучеиспускания

поверхности

с темпера­

 

турой T1 в ккал/м2ч -°К4;

поверхности

с темпера­

 

С%— коэффициент лучеиспускания

 

турой

в ккал/м2 ч • °К4;

 

 

 

С0 — коэффициент лучеиспускания

абсолютно черного тела

 

в ккал/м2ч • °К4.

 

 

 

Вместо уравнения (II.5) иногда пользуются равнозначным

ему уравнением

 

 

 

 

 

 

 

Qизл ~

апэл F (^i ^2) ккал/ч,

(11-7)

где

авзл — коэффициент теплоотдачи излучением в

 

ккал/м2

ч град.

 

 

 

Из уравнений

(II.5)

и

(II.7) очевидно, что

 

®ИЗЛ — Спр

ккал/м2 -ч- град.

(II.8 )

Теплообмен конвекцией и излучением. Если тепло передает­ ся одновременно конвекцией и излучением, то для определения общего количества тепла, получаемого или отдаваемого телом, следует сложить почленно два уравнения (П.2) и (II.7) :

<2общ = QK +

Quэл =

( « К

+

а Иэл) Р V 1 — *2) м а л 1ч.

 

 

или, принимая, что ак + а11ЭЛ=

а, получим

 

 

 

 

 

 

Qo6.u = аF (ti — 12) ккал/ч.

 

 

(11.9)

Если поверхность

F воспринимает тепло,

то

коэффициент

теплоперехода

а ,

входящий в уравнение (II.9),

называют

ко­

эффициентом

тепловосприятия

и

обозначают

ов. Если

от

по­

верхности F тепло передается к окружающему воздуху, то ко­

эффициент теплоперехода

а

называют коэффициентом

тепло­

отдачи и обозначают

а„.

измеряются в ккал/м2ч град. Об­

Коэффициенты

ав

и а„

ратные величины,

т. е. —— и ——

называются соответственно

 

 

 

“в

 

Он

 

 

 

 

 

термическим сопротивлением тепловосприятию (RB) и терми­

ческим сопротивлением теплоотдаче (/?,,).

или величину

Величину коэффициента тепловосприятия <х„

сопротивления тепловосприятию

RB надлежит

принимать

по

табл. II.I в зависимости от характера внутренней поверхности

ограждения.

 

Т а б л и ц а

II.I

 

 

Коэффициенты тепловосприятия

а„ и величины сопротивления

 

- тепловосприятию R B внутренней поверхности ограждения

 

Род поверхностей

ав»

^в»

 

 

ккал!м--чград

м'ч-град1ккал

Внутренние поверхности стен, полов, а также потолков, гладких или со слабо вы­ ступающими и редко расположенными реб­ рами, отношение высоты h которых к рас­ стоянию а между гранями соседних ребер

 

h

 

 

 

 

7,5

0,133

составляет:

а

<0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

Потолки,

имеющие

ребристую поверх­

 

 

ность, при

отношении

а

=0,2-т-0,3

7

0,143

Потолки,

имеющие

выступающие часто

 

 

расположенные

ребра,

при

отношении

 

 

h

 

 

 

 

 

6,5

0,154

а >0,3

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и я :

1.

При

потолках с

кессонами с

отношением —а >

>0,3 (где а — меньшая сторона кессона) следует принимать ов =6 и /?в=0,167. 2. Коэффициенты тепловосприятия ав для ограждающих конструкций жи­ вотноводческих зданий следует определять в соответствии с указаниями нор­

мативных документов по проектированию таких зданий.

Величину коэффициента теплоотдачи ан или величину со­ противления теплоотдаче R Hнадлежит принимать по табл. 11.2 в

зависимости от особенностей расположения наружной поверх­ ности ограждения.

 

 

 

 

 

Таблица 11.2

Коэффициенты теплоотдачи а„

и величины сопротивления теплоотдаче Rn

 

у наружной поверхности ограждения

 

Расположение наружных поверхностен

V

«в,

 

 

 

 

KKaAjM^-H'Spao

м*<ч-град/ккал

Поверхности,

соприкасающиеся

непо­

 

 

средственно с наружным воздухом [наруж­

 

 

ные стены, бесчердачные покрытия

(совме­

20

0,05

щенные крыши)

и пр.]

не

сопри­

Поверхности,

непосредственно

 

 

касающиеся с наружным воздухом:

 

 

 

а) поверхности, выходящие на чер­

7

0,143

дак .

 

 

 

б) поверхности над холодными под­

5

0,2

валами

и подпольями

 

 

Т а б л и ц а 11.3

Термические сопротивления замкнутых воздушных прослоек R B.п для холодного периода года

/?в п> м*‘Ч-град!ккал

Толщина

для горизонталь­

для

горизонталь­

прослой­

ных прослоек при

ки в мм

потоке тепла

ных прослоек при

 

снизу сверх и для

потоке тепла

 

вертикальных

сверху вниз

 

прослоек

 

 

10

0,17

 

0,18

20

0,18

 

0,22

30

0,19

 

0,24

50

0,2

 

0,26

100

0,21

 

0,27

150

0,21

 

0,28

200-300

0,22

 

0,28

П р и м е ч а н и е . Величины

RB.n соот­

ветствуют разности температур на поверх­ ностях прослоек, равной 10°. Для уточнен­

ных расчетов

необходимо

величину Rn.п

умножить на коэффициенты:

 

 

приразности

температур

1,05

то

же, 6° .

 

 

1,1

»

4°.

 

 

1,25

I

2°.

 

 

1,4

Термическое сопротив­ ление воздушной про­ слойки. Воздух — плохой проводник тепла. Поэто­ му, чтобы увеличить тер­ мическое сопротивление ограждений (стен, пере­ крытий), в них часто уст­ раивают замкнутые воз­ душные прослойки. Коли­ чество тепла, проходяще­ го через воздушную про­ слойку, зависит в основ­ ном от толщины и распо­ ложения прослойки и от направления теплового потока.

Термические сопро­ тивления замкнутых воз­ душных прослоек для хо­ лодного периода года приведены в табл. И.З.

Из табл. П.З видно, что для горизонтальных воздушных прослоек при потоке тепла снизу вверх

и для вертикальных прослоек наибольшее термическое сопротив­ ление будет при толщине прослойки, равной 2 0 0 мм\ для гори­

зонтальных прослоек при потоке тепла сверху вниз максималь­ ное термическое сопротивление будет у прослойки толщиной 150 мм. При большей толщине воздушной прослойки термиче­

ское сопротивление не увеличится, что объясняется конвекцион­ ными токами воздуха, возникающими в прослойках.

§ 5. Передача тепла через плоскую стенку

Ограждения бывают однородными и многослойными. Однородные ограждения на всю толщину состоят из одного

материала, например бетона, кирпича, дерева и т. п. Многослойные ограждения состоят из нескольких слоев, ма­

териал которых различен. Примером такого ограждения может служить кирпичная стена, оштукатуренная с двух сторон.

Вывод формулы для определения теплопотерь ограждением

Рассмотрим, как передается тепло через однородную наруж­ ную стену, изображенную на рис. II.1. Стена толщиной Ô мет­

ров выполнена из материала с коэффициентом теплопроводно­ сти X ккал!м ч • град; температура воздуха

в помещении f„, наружная температура температуры на внутренней и наружной по­ верхностях стены обозначим соответственно

Т .И Т „ ,

При установившемся состоянии, когда температуры tb и ^„остаются неизменными

длительный период времени, количество тепла, воспринятое стеной от воздуха поме­ щения, равно количеству тепла, переданно­ му через толщу стены и отданному наруж­ ному воздуху.

Как видно из предыдущего, такое уста­ новившееся состояние характеризуется

тепло, воспринятое стеной:

Q = aBF(tB— тв);

тепло, переданное через толщу стены:

Рис. II.1. Направле­ ние потока тепла че­ рез наружную стену

уравнениями

 

Q = = T

/r(TB “ T"):

 

тепло, отданное стеной:

 

 

или

Q = 0,1 F (т„ — <„),

 

 

 

= тв — Т„

Ти t a

— Т„

о„ F

XF

au F

Сложив уравнения, получим

Q &

F К

(Н.Ю)

В левой части этого уравнения слагаемые в скобках пред­ ставляют собой термические сопротивления:

-Η= RB— термическое сопротивление тепловосприятию;

“в

81гВ

= [R— термическое сопротивление толщи стены;

À

1

D

сопротивление теплоотдаче.

 

— =

к , — термическое

 

°Н

 

 

(11.10) выражение в скобках и

произ­

Заменив в уравнении

 

ведя соответствующие преобразования, будем иметь

 

 

Q = F

1

( 11. 11)

 

 

«В -H? + RH

Сумму всех термических сопротивлений, преодолеваемых по­ током тепла, проходящим через ограждение, называют общим

термическим сопротивлением

(или

сопротивлением

теплопере­

даче),

обозначаемым R0.

 

 

 

 

Для однородных ограждений

 

 

 

#о = RB+

R +

R„ лР-ч-град/ккал.

(11.12)

Из

уравнений (11.11)

и (11.12)

получим

 

 

Q = F

(tB— /„) ккал/ч.

(11.13)

 

 

Ro

 

 

 

По формуле (11.13) определяют теплопотери наружными ограждениями.

Термическое сопротивление многослойных и неоднородных ограждений. Величину термического сопротивления многослой­ ных ограждений R0 вычисляют по формуле

 

R0 — RB +

RI + -^2 H----- + Ян*

(11.14)

где

Rlt Ra— термические

сопротивления отдельных

слоев

 

ограждения в м2ч град/ккал, вычисляемые по

 

формуле

 

 

 

R = —

м2 • чград/ккал.

(11.15)

 

X

 

 

Термическое сопротивление ограждений, в которых конструк­ тивное решение отдельных слоев неоднородно (разного вида пус­ тотелые блоки и камни, кладка с утепляющими вкладышами и т. п.), определяют расчетом следующим образом.

Плоскостями, параллельными направлению теплового пото­ ка, ограждение мысленно разрезают на характерные в теплотех­ ническом отношении участки, состоящие из одного или несколь-