книги / Отопление и вентиляция Ч. 1 Отопление
.pdfняется 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/м2• ч *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/м2• ч • °К4.
Коэффициенты лучеиспускания основных строительных ма териалов, кроме алюминия и бетона, находятся в пределах 4— 4,6 ккал/м2• ч • °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/м2• ч -°К4; |
поверхности |
с темпера |
|||
|
С%— коэффициент лучеиспускания |
|||||
|
турой |
в ккал/м2 • ч • °К4; |
|
|
||
|
С0 — коэффициент лучеиспускания |
абсолютно черного тела |
||||
|
в ккал/м2• ч • °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/м2• ч • 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 |
8° |
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„ — <„), |
|
||
Qô |
|
|
||
— |
= 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 м2• ч • град/ккал, вычисляемые по |
||
|
формуле |
|
|
|
R = — |
м2 • ч• град/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-