книги / Отопление и вентиляция. Ч1 Отопление

величину q очевидно из рассмотрения формулы (11.117). На рис. 11.14 показана зависимость q0 от различных характеристик здания. Реперной точке на чертеже, через которую проходят все кривые, соответствуют значения: qo— 0,415 (0,356) для здания К =2(Ы 03 м3, шириной 6=11 м, d=0,25 R'k— 0,86(1,0), &ок=3,48 (3,0); длиной /= 3 0 м. Каждая кривая соответствует изменению одной из характеристик (дополнительные шкалы по оси абсцисс) при прочих равных условиях. Вторая шкала на оси ординат показывает эту зависимость в процентах. Из графика вид­ но, что заметное влияние на qo оказывает степень остекленности d и ширина здания Ь.

График отражает влияние теплозащиты наружных ограждений на

общие теплопотери здания. По зависимости qo от р {RO= $RO.TT>) мож­ но сделать вывод, что при увеличении теплоизоляции стен тепловая ха­ рактеристика уменьшается незначительно, тогда как при ее снижении <7о начинает быстро возрастать. При дополнительной теплозащите окон­ ных проемов (шкала k0K) заметно уменьшается qo, что подтверждает целесообразность увеличения сопротивления теплопередаче окон.

Величины q для зданий различных назначений и объемов приводятся в справочных пособиях. Для гражданских зданий эти значения изменя­ ются в следующих пределах:

Потребность в тепле на отопление здания, как указывалось ранее, может заметно отличаться от величины теплопотерь, поэтому некоторые авторы предлагают вместо q пользоваться удельной тепловой характе­ ристикой отопления здания qor, при вычислении которой по форму­ ле (11.112)'в числитель подставляют не теплопотери, а установочную тепловую мощность системы отопления фот.уст [формула (ИЛИ)].

Значения qQт могут быть использованы для расчета потребности в теп­ ле на отопление здания по укрупненным измерителям по следующей формуле:

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным из­ мерителям используют для ориентировочных подсчетов при определе­ нии потребности в тепле района, города, при проектировании централь­ ного теплоснабжения и пр.

§ 19. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ГОДОВЫЕ ЗАТРАТЫ ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ

При проектировании систем отопления необходимо знать режимы их работы и регулирования в условиях годовой изменчивости внешних кли­ матических воздействий и составляющих теплового баланса помещения.

Годовой ход изменения параметров климата .обычно характе­ ризуется изменениями среднемесячных значений, полученных по данным многолетних наблюдений. Кривые годовых изменений имеют плавный ха­

рактер и приближаются по своему очертанию к правильным гармониче- £ *5,4*7

82 Г л а в а II. Тепловой режим здания

ским. Годовой ход изменения температуры наружного воздуха следует за годовым ходом изменения солнечной радиации с некоторым запазды­ ванием, что обусловлено нестационарным характером теплообмена в при­ земном слое. Годовой минимум температуры наружного воздуха обычно наблюдается в январе. Годовой ход влажности воздуха и в некоторой степени скорости ветра обусловлен температурой.

Гармонический характер изменения параметров климата позволяет определить их тригонометрической функцией времени года. Изменение

где yv и Ау— среднегодовое значение параметра климата и амплитуда его изменения;

г — время в сутках от момента максимума г “акс.

Значения уГ, Ау и z“aKC для различных параметров климата и ге­

ографических районов могут быть получены по данным метеорологи­ ческих наблюдений, приведенным в «Справочнике по климату СССР»

и СНиП. Характеристики годового хода tm / н и q, например для Москвы,

приведены в табл. 11.12.

Таблица 11.12

Характеристики годового хода параметров климата Москвы

В таблице приведены средние по многолетним наблюдениям данные, соответствующие коэффициенту обеспеченности КОб=0,5. В отдельные годы отклонения от средних многолетних могут быть значительными, например в Москве зафиксировано отклонение от средних значений fH.r на 3,7—8° и более.

Тепловой баланс помещения изменяется также в течение года. Изме­ нения в годовом ходе происходят медленно, поэтому тепловой баланс помещения в каждый момент времени года может рассматриваться как стационарный. Тепловое состояние помещения в годовом ходе, принимая гармонический характер изменчивости влияющих на него факторов, так­

Расход тепла на отопление в произвольный момент отопительного се­

зона определяется величиной Qn. Потребность в отоплении появляется тогда, когда тепловой баланс помещения становится отрицательным

Регйение уравнения (11.120) при условии (11.121) позволяет опреде­ лить продолжительность отопительного сезона Дг0.с в сутках как обрат­ ную тригонометрическую функцию /

Годовой расход тепла на отопление Qот.г* следовательно, можно пред­ ставить в виде интеграла:

0,143.

Годовой расход тепла на отопление может быть рассчитан с учетом заданного К о б . Для этого в формулу (11.124) необходимо подставить со­ ответствующие значения характеристик климата. Учет обеспеченности при определении годовых расходов тепла имеет важное практическое значение, так как позволяет правильно планировать распределение теп­ ла между потребителями различных категорий, что способствует эко­ номии тепла и повышению надежности работы систем отопления.

В СНиП, исходя из предположения о незначительном различии теп­ лового баланса зданий, продолжительность Дг0.с и средняя температу­ ра tо.с отопительного сезона определяются для всех зданий числом дней в году с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха

§ 20. УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПРИ ВЫБОРЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ

1. ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ В ПОМЕЩЕНИИ

Отопительный прибор системы отопления является теплообменником, с помощью которого тепло от теплоносителя системы передается обогре­ ваемому помещению. Отопительный прибор должен наиболее эффектив­ но передать тепло помещению. Его конструкция, способ установки в по­ мещении и расположение в системе отопления должны быть всесторонне оценены по экономическим, техническим, эстетическим достоинствам,

84 Г л а в а 11. Тепловой режим здания

а также по теплотехническим свойствам. Теплотехническими свойства­ ми обусловливаются количество затрачиваемого на обогрев помещения тепла, оптимальные формы, место расположения прибора в помещении, доли отдаваемого им конвективного и лучистого тепла. С их помощью должна быть оценена степень оптимальности микроклимата, создавае­ мого отопительным прибором в помещении.

Комфортность тепловой обстановки в помещении в большой степени зависит от размещения отопительного прибора в помещении и его фор­ мы Отопительные приборы, компенсируя теплопотери, должны также выполнять роль локализаторов источников холода в помещении. Поэтому форму и расположение прибора выбирают с таким расчетом, чтобы площадь прибора и восходящая около него струя теплого воз­ духа предупреждали переохлаждение отдельной поверхности в помеще­ нии и попадание холодных токов воздуха в обслуживаемую зону.

Идеальным является решение, когда вся внутренняя поверхность на­ ружного ограждения, обогревается равномерно и в помещении нет ох­ лажденной поверхности, являющейся источником холода.

Удовлетворительные тепловые условия в помещении и непосредст­ венно около наружных ограждений создают приборы, расположенные под окнами вдоль наружной стены. В этом случае рабочая зона и зона у пола помещения, которая особенно подвержена переохлаждению ни­ спадающими потоками воздуха, защищаются в тепловом отношении наиболее эффективно. Неприятным для человека является охлаждение ног, поэтому равномерный обогрев нижней зоны помещения вдоль всей наружной стены, и особенно под окнами, является удачным решением, при котором наиболее комфортные условия могут быть достигнуты при наименьших затратах.

Для отдельных помещений и некоторых конструкций отопительного прибора имеется определенная специфика в выборе места расположе­ ния обогревателя.

В детских яслях и садах, в комнатах для маленьких детей желатель­ но предусматривать обогреваемый пол или так называемые плинтусные приборы, равномерно обогревающие по периметру всю нижнюю зону помещения. Специальные тепловые дорожки делаются в помещении бас­ сейнов. Обогрев пола желателен в вестибюлях и переходах, в которые люди входят с улицы, занося на ногах снег.

Во многих промышленных цехах с холодным перекрытием и свето­ выми фонарями желательно применять специальный подогрев верхней зоны для предупреждения образования «падающих» в рабочую зону по­ токов холодного воздуха. Теплопередача приборов, обогревающих фо­ нари и холодные перекрытия, должна компенсировать их теплопотери. Для этого рекомендуется использовать приборы-излучатели, которые подвешивают в виде лент на некотором расстоянии под потолком поме­ щения. Излучая тепло вниз, они равномерно обогревают рабочую зону. Конвективная составляющая их теплоотдачи расходуется на нагревание воздуха под перекрытием и компенсирует его теплопотери, предупреж­ дая образование падающих холодный потоков воздуха.

В зданиях с помещениями небольшой глубины, когда расстояние ог наружной стены до противоположной внутренней стены невелико, и рас­ положенных в южных районах, допустимо размещение приборов у внут­ ренних стен.

Вопросы теплообмена различных приборов при любом их располо­ жении в помещении могут быть решены на основе общей задачи тепло­

в курсе «Строительная теплофизика».

Для оценки общей эффективности обогрева помещения при исполь­ зовании различных отопительных приборов показательным является рас­ пределение температуры воздуха по высоте помещения. Образование тепловой подушки у потолка и перегревание верхней зоны помещения связаны с возрастанием потерь тепла. Наличие холодного воздуха у по­ ла вызывает дискомфортность обстановки. Наилучшие условия создают-

Рис. 11.15. Кривые распределения темпера­ туры воздуха по высоте помещения при различных видах отопления

ся при наиболее равномерном распределении температуры по высоте. На рис. 11.15 приведены кривые распределения температуры воздуха по высоте помещения при разных видах отопления.

Отопительный прибор должен быть рассчитан как из условия ком­ пенсации теплопотерь, так и из условия локализации ниспадающих хо­ лодных потоков воздуха и уменьшения неприятного радиационного ох­ лаждения в сторону холодных поверхностей помещения. В современных зданиях архитекторы часто стремятся облегчить конструкцию окна и максимально развить его площадь. Эта тенденция противоречит требова­ ниям сокращения теплопотерь и поддержания комфортности тепловой обстановки в помещении. Как правило, требование об уменьшении теп­ лопотерь должно быть выполнено. Однако в некоторых случаях современ­ ные архитектурные тенденции эстетически оправданы и задача инжене­ ров по отоплению и вентиляции заключается в отыскании решения, ко­ торое позволит сохранить необходимую комфортность тепловой обста­ новки в помещении при больших поверхностях остекления и повышен­ ных теплопотерях.

2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЗДА Н И Я

При выборе системы отопления здания необходим^ учитывать осо­ бенности его теплового режима. Это прежде всего действие инфиль­ трации наружного воздуха под влиянием сил гравитации и ветра, а так­ же солнечной радиации и особенностей технологических тепловыделений.

Зимой вследствие инфильтрации наружного воздуха переохлаждают­ ся нижние этажи, поэтому в многоэтажных зданиях целесообразно при­ менять системы отопления с подачей теплоносителя снизу вверх (с «оп­ рокинутой» циркуляцией). Лестничные клетки, лифтовые шахты и холлы должны отапливаться в основном внизу. Необходимы интенсивный обо­ грев вестибюлей, устройство теплых тамбуров, нагревание пола.

Охлаждающее действие инфильтрации обусловлено ориентацией ог­ раждений помещения и зависит от направления и скорости ветра. В свя­ зи с этим желательно предусматривать пофасадное разделение системы отопления, что позволяет регулировать теплоотдачу приборов в зави­

86 Г л а в а II. Тепловой режим здания

симости от скорости и направления ветра, температуры наружного воз­ духа, интенсивности солнечной радиации. Такое разделение системы не исключает необходимости индивидуального ручного или автоматического регулирования теплопередачи отопительных приборов в отдельных по­ мещениях в связи с разнообразием режимов бытовых и технологических тепловыделений.

Система отопления может использоваться для охлаждения помеще­ ний в теплый период года. В этом случае предпочтительно применять потолочную панельно-лучистую или конвекторную систему с таким рас­ положением оребренной поверхности, которое исключает образование холодных потоков воздуха вдоль пола.

При совмещенных системах, когда наряду с отоплением в здании предусмотрено кондиционирование воздуха, система отопления в основ­ ном предназначается не для компенсации теплопотерь, а для локализа­ ции охлаждающего влияния наружных ограждений, особенно окон.

Могут быть и другие случаи учета теплового режима при выборе отопления. Например, при строительстве в районах вечной мерзлоты, когда необходимо сохранить мерзлый грунт в основании здания, прихо­ дится отказываться от «нижней» (в подполье первого этажа) прокладки магистралей в системе. В то же время при обогреве теплиц требуется обеспечить нужное нагревание грунта и,т. д. Следовательно, устройства для обогрева помещений и система отопления должны выбираться с учетом специфики теплового режима отдельных помещений и здания, так как только в этом случае система отопления сможет выполнить свою основную роль— обеспечение во всех помещениях здания ком­ фортной, требуемой по функциональному назначению, тепловой обста­ новки в холодный период года.

Г л а в а III

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ

§21. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

ИПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ

Отопительные приборы — один из основных элементов систем водя* ного и парового отопления — предназначены для передачи тепла от теп­ лоносителя в помещения зданий, в которых необходимо обеспечить требуемый температурный режим. Расчетный тепловой поток от теплоно­ сителя QTопределяется путем составления теплового баланса для каж­ дого отапливаемого помещения в зависимости от его назначения и ре­ жима эксплуатации с выявлением общей потребности помещения в тепле Qn. Этот тепловой поток определяет мощность отопительного прибора Qnp и называется тепловой нагрузкой прибора.

Таким образом, в каждый момент времени для обеспечения заданной температуры помещения должно существовать равенство (предполага­ ется, что прибор и теплоноситель в нем имеют малую тепловую инер­ цию)

каждая составляющая которого достигает расчетных (предельных) зна­ чений при определенных метеорологических условиях (см. § 11).

При теплоносителе воде или другой среде, аккумулирующей тепло за счет теплоемкости, передача тепла в помещение сопровождается пони­ жением ее температуры, при водяном паре — фазовым превращением (конденсацией) пара в воду без изменения температуры. В каждый ото­ пительный прибор необходима подача теплоносителя в количестве

(III.2) и (Ш.З), в практических расчетах обычно приводится к часу вре­ мени (кг/ч).

К отопительным приборам, устанавливаемым непосредственно в обо­ греваемых помещениях, предъявляются разнообразные конструктивные и эксплуатационные требования. Эти требования могут быть сведены в следующие пять групп.

1. Теплотехнические требования передачи от теплоносителя в поме щение наибольшего теплового потока через определенную площадь

88 Г л а в а ТТ7 Элементы систем центрального отопления

внешней поверхности прибора при прочих равных условиях (вид тепло­ носителя, температура теплоносителя и воздуха, место установки и т. д.). При этом для комфортности температурных условий одновременно дол­ жно обеспечиваться надлежащее обогревание рабочей зоны помещения.

Для выполнения этих требований приборы должны иметь коэффици­ ент теплопередачи не менее 9—10 Вг/(м2-К) или 8—9 ккал/(ч-м2-°С), учитывая, что для современных конструкций приборов он находится в пределах 4,5—17 Вт/(м2-К).

Совершенными в теплотехническом отношении считаются отопитель­ ные приборы, обладающие повышенным коэффициентбм теплопередачи, для которых отношение так называемой эквивалентной площади нагре­ вательной поверхности f9, м2 энп, (см. § 24) к физической площади внеш­ ней поверхности одного и того же элемента /ф , м2, больше единицы.

2. Экономические требования, обусловливающие применение отопи­ тельных приборов, характеризующихся следующими показателями:

минимальной заводской стоимостью (во всяком случае не превыша­ ющей стоимости наиболее распространенных приборов — в настоящее время чугунных радиаторов);

минимальным расходом металла (в радиаторных системах цент­ рального отопления расход металла на приборы достигает 60—80% об­ щей затраты металла на монтаж систем и 20% всего металла, расходуе­ мого на сооружение зданий).

Расход металла на отопительные приборы оценивается показателем теплового напряжения металла прибора — отношением величины теп­ лового потока при температурном напоре в 1° к массе металла прибора.

Обозначим массу металла прибора, передающего от теплоносителя в помещение тепловой поток Qnp, через GMи выразим показатель тепло­ вого напряжения металла прибора

где Ait— температурный напор.

Очевидно, что чем больше показатель М, тем более экономичным бу­ дет прибор по расходу металла. Увеличение этого показателя связано с уменьшением массы металла, израсходованного на прибор, без умень­ шения его теплового потока.

3. Архитектурно-строительные требования — сокращение площади, занимаемой отопительными приборами, и обеспечение эстетически бла­ гоприятного их внешнего вида. Для выполнения этих требований при­ боры должны быть достаточно компактными, т. е. их строительные глу­ бина и ширина, приходящиеся на единицу теплового потока, должны быть наименьшими. Эти условия в ряде случаев противоречат санитарногигиен'ическим требованиям.

4. Санитарно-гигиенические требования, предопределяющие создание приборов, обладающих следующими показателями:

наинизшей температурой внешней поверхности (при одной и той же

температуре теплоносителя) во избежание разложения органической пыли;

гладкой поверхностью для уменьшения отложения пыли и облегче­ ния ее очистки. Кроме того, должны обеспечиваться доступность и удоб­ ство очистки пространства внутри, за и под приборами.

5. Производственно-монтажные требования, отражающие необходи­ мость повышения производительности труда при изготовлении и монта­ же отойительных приборов. Конструкция их должна благоприятствовать массовому производству, допускать применение автоматизации произ­ водства и быть удобной в монтаже, т. е. должна иметь минимальное чи­ сло мест соединений, приходящихся на единицу площади поверхности, и обеспечивать простое присоединение к трубам и крепление к огражде­ ниям.

Приборы должны быть механически прочными, удобными для транс­ портирования, их стенки — температуроустойчивыми, паро- и водонепро­ ницаемыми.

Всем перечисленным требованиям одновременно удовлетворить весь­ ма трудно, и этим объясняется разнообразие видов и типов отопительных приборов. При этом каждый их тип в наибольшей степени отвечает ка­ кой-либо группе требований, уступая другому в отношении прочих тре­ бований. Например, отопительные приборы для лечебных учреждений отвечают повышенным санитарно-гигиеническим требованиям за счет ухудшения других показателей.

При дальнейшем рассмотрении отдельных видов отопительных при­ боров будем исходить из соответствия их перечисленным выше требо­ ваниям, а сравнивая их с приборами других видов, отмечать их основные преимущества и недостатки.

§ 22. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Виды отопительных приборов определяются их конструкцией, обус­ ловливающей способ передачи тепла (преобладать может конвективный

или радиационный теплообмен) от внешней поверхности приборов в по­ мещение. Существует шесть основных видов отопительных приборов, ра­ диаторы, панели, конвекторы, ребристые трубы, гладкотрубные приборы и калориферы

По характеру внешней поверхности отопительные приборы могут быть с гладкой (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы) и ребри­ стой поверхностью (конвекторы, ребристые трубы, калориферы).

По материалу, из которого изготовляются отопительные приборы, различают металлические, комбинированные и неметаллические при­ боры.

Металлические приборы выполняют чугунными (из серого литейного чугуна) и стальными (из листовой стали и стальных труб).

В комбинированных приборах используют бетонный или керамичес­ кий массив, в котором заделаны стальные или чугунные греющие эле­ менты (отопительные панели), или оребренные стальные трубы, поме­ щенные в неметаллический (например, асбестоцементный) кожух (кон­ векторы).

Неметаллические приборы представляют собой бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми трубами или с пустота­ ми вообще без труб, а также фарфоровые и керамические радиаторы По высоте все отопительные приборы можно подразделить на высо­ кие (высотой более 600 мм), средние (400—600 мм) и низкие (<400 мм).

Низкие приборы высотой менее 200 мм называются плинтусными Схемы отопительных приборов пяти видов приведены на рис III 1

Калорифер, применяемый прежде всего для нагревания воздуха в си­ стемах вентиляции, описывается в курсе «Вентиляция»

Радиатором принято называть прибор конвективно-радиационного типа, состоящий из отдельных колончатых элементов — секций с кана­ лами круглой или эллипсообразной формы. Радиатор отдает в помеще­ ние радиацией около 25% всего количества тепла, передаваемого от теп­ лоносителя, и именуется радиатором лишь по традиции.

Панель — прибор конвективно-радиационного типа относительно ма­ лой глубины, не имеющий просветов по фронту. Панель передает ради­ ацией несколько большую, чем радиатор, часть теплового потока, однако только потолочная панель может быть отнесена к приборам радиацион­ ного типа (отдающим радиацией более 50% всего количества тепла).

Отопительная панель может иметь гладкую, слегка оребренную или волнистою поверхность, колончатые или змеевиковые каналы для тепло­ носителя.