книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1
.pdfСледовательно, стальная труба ((например, наружным диамет ром 20 мм о толстой бетонной рубашкой) будет передавать окру жающей среде тепла больше, чем голая труба, а при dKp>0,17 м- термическое сопротивление будет возрастать.
Теплоотдача труб возрастает с увеличением объемной массыбетона, так как при этом возрастает теплопроводность. Вследствие этого целесообразно применять тяжелый бетон. С целью сокраще ния расхода стальных труб можно применять бетонные отопитель ные панели с греющими чугунными элементами вместо стальных труб. Расход чугуна на изготовление нагревательных приборов та кого типа уменьшается почти в 1,5 раза по сравнению с конвекци онными системами.
Из неметаллических, труб, используемых для греющих панелей,, особенно перспективны термостойкие пластмассовые трубы, не смотря на сравнительно низкий коэффициент их теплопроводности. Их преимущества: пониженный коэффициент трения (уменьшается гидравлическое сопротивление змеевиков) и коррозионная стой кость. В бетонных отопительных панелях применяют стеклянныезмеевики.
Методика теплового расчета отопительной панели. Предвари тельно задаются температурой воздуха tB и температурой поверх ности панели тп, после чего определяют площадь панели
£7 _ |
Qu |
л ц---- |
) |
|
ан (т„ ^в) |
где Qi/ — теплопотери ограждениями; аи — коэффициент внешнеготеплообмена панели; тп — температура поверхности панели; tB— температура воздуха помещения.
Предварительное определение площади панели необходимо для проведения расчетов, которые показали бы эффективность лучи стого отопления (для данного помещения), с целью уточнения рас четных параметров панели и температуры воздуха:
а н = / ( а к> а л> *..> 4 );
т „ ÿ |
{ci, tS , hy X , |
/ в) , |
где ан, ал — коэффициенты |
теплообмена |
конвекции и излучения;. |
d — диаметр труб (обычно d=15 и 20 мм); S — шаг труб (расстоя ние между двумя трубами); h — глубина заложения труб в бетон; %—теплопроводность бетона; /т — температура теплоносителя.
§ 35. УПРОЩЕННЫЙ СПОСОБ РАСЧЕТА ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ
Теплопередачу отопительных панелей определяют из выра жения
Я— Ял~\-Як^
где <7л —теплопередача излучением; qK— теплопередача конвек цией.
Теплоотдачу излучением определяют по формуле |
|
||
_______ 1_ |
(VI. 16) |
||
_L |
Fl ( 1 |
||
|
|||
Cl 4 |
F2 l C2 |
|
|
где с1 — коэффициент излучения отопительной панели, равный 4,5 ккал/м2 • ч • К4; F i— поверхность излучения отопительных пане лей, м2; F2 — общая поверхность ограждений, м2; с2—коэффициент
излучения |
ограждающих поверхностей, равный |
4,5 ккал/м2-ч-К4; |
||||
с0— коэффициент |
излучения абсолютно |
черного тела, |
равный |
|||
4,96 ккал/м2-ч-К4; |
Тп—средняя расчетная температура поверхно |
|||||
сти излучения панелей, К; Гср.огр—средняя температура |
поверх |
|||||
ности ограждений, К. |
зданий |
можно |
принять |
FI/F2— |
||
Для общественных и жилых |
||||||
= 0,14-0,13. |
Тогда |
приведенный |
коэффициент |
излучения |
будет |
|
равен |
|
|
|
|
с = ------------- -------------- =^4,5 |
ккал/м2-ч-°К4. |
|
||
4^5 + 0,13 (iTH 4~вб) |
|
|
||
Обозначим температурный фактор в формуле (VI. 16) |
через Ь, |
|||
придав ему следующее значение: |
|
|
|
|
|
( Та \4_ |
/ ГсР-огР \4 |
|
|
b |
U00 ) |
\ 100 |
/ |
(VI. 17) |
|
^ср.огр |
|
||
|
|
|
|
|
Тогда формула (VI.16) получит вид |
|
|
||
|
<7л==4,56 (t„— t cl)<orp). |
(VI. 18) |
||
Заметим, что выражение (VI.17) выражает коэффициент теплоперехода излучением ал, т. е. ал=4,50.
Рассчитывать систему лучистого отопления упрощенно можно по следующей методике:
1.Определяют теплопотери при расчетной температуре помеще ния U, как и для центрального радиаторного отопления.
2.Находят среднюю температуру внутренних поверхностей всех ограждений отапливаемого помещения по формуле
2 |
F x B |
__ ^ н .с Г ц .с ~f~ ^ H-CT I.C Ч~ F 0KX 0K -f~ ^ n o T ^n o r "Н ^полГпол |
(VI. 19) |
хср.огр |
F |
FH.C+ F tt.c -{- Fçx H- ^"not 4 “ Fn0Jl |
|
2 |
|
где 2F — площади, определяемые по размерам в чистоте. Индексы здесь обозначают: н.с —наружная стена; в.с —внутренняя стена; ок — окно; пот — потолок; пол — пол.
Температуру поверхностей .можно принять с достаточной для практики точностью на основании следующих рекомендаций:
к\ (^в ?н) ИЛИ t H.c= 4 — Д/,
где М — нормируемый перепад; Д^=б°С; xB.c = t B;
^ПОТ ^8 Д^пот»
где Д/пот -^'нормируемый перепад для верхнего этажа. Для помещений нижнего этажа тщ>л = ^в—Д^пол-
Для потолка и пола промежуточных этажей Тд0т —Тпоа—/в> Для окон
_ __I |
К2 (^в |
^н) |
т о к— *в |
„ |
> |
|
ttB |
|
где Ki и к2 — коэффициенты теплопередачи наружных стен и окна. 3. Задавшись температурой зеркала излучения отопительных панелей, принимают следующие расчетные температуры панелей <п: для потолка £п=35—50° С; для стен /п=30—35° С; для пола
tn=20—22° С, в зависимости от назначения помещения.
4.Определяют величину температурного фактора b по фор муле (IV.17).
5.Определяют теплопередачу лучеиспусканием в ккал/м2-ч
Яя 4,56 (tn ^"ср.огр)*
6. Теплопередачу конвекцией определяют по формуле
Коэффициенты теплопередачи конвекцией можно определить по формулам:
при нагревании пола <хк= 1 , 8 6 тПОл — tB;
з .-----------
при нагревании стен ак= 1,43 у тсп—tB\
при нагревании потолка aK= l,0 i/ тПОт—tn-
Т. Определяют поверхность греющей .панели в м2:
- I - ,
Ял + Як
где Q — расчетные потери тепла, ккал/ч.
8.По экспериментальным данным или расчетом определяют тип
иконструктивные размеры 'панелей.
Пример. Определить площадь потолочной отопительной панели (зеркало излучения) для отопления помещения, размещенного в промежуточном этаже. Теплопотери помещением составляют 2000 ккал/ч; температура зеркала излуче
ния панели задана 50° С ; /0= +18° С . |
|
|
Р е ш е н и е . 1. |
Определяем среднюю температуру тСр.огр внутренних поверх |
|
ностей* ограждений |
(без учета воздухообмена) по формуле |
|
|
^ср.огр “ 21 |
• 21F • |
Размеры и температура ограждений приведены в табл. VI. 1.
|
|
|
|
|
|
Температура |
|
|
||
Поверхность |
|
|
Площадь, F , ма |
внутренней |
поверх |
|
||||
|
|
|
|
|
|
ности тв, °С |
|
|
||
Наружные |
стены |
|
|
|
24 |
|
12 |
|
|
288 |
Окна |
стены |
|
|
|
3 |
|
10 |
|
|
30 |
Внутренние |
|
|
|
48 |
|
18 |
|
|
864 |
|
Пол |
............................. |
|
32 |
|
18 |
|
|
576 |
||
Потолок |
(необогреваемая |
|
25 |
|
18 |
|
|
450 |
||
часть) 25 м2, панель 7 м2 |
|
|
|
|
||||||
|
И т о г о . |
132 |
|
|
|
|
2208 |
|||
|
|
|
|
S / т „ |
2208 |
1 6,8°С. |
|
|
|
|
|
|
тср.огр— |
|
132 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Вычисляем величину температурного фактора: |
|
|
|
|
||||||
( |
Т „ \4 |
! |
Т ср,огр у |
/273 + 50\4 _ /273+ |
16,8\4 |
|
||||
ь _ l l Q o j ~ i |
100 ) |
\ |
10° / |
\ |
100 |
J |
t . |
|||
|
--- ^ср.огр |
|
|
1 6 ,8 |
|
|
|
|||
3. Определяем теплоотдачу излучением: |
|
|
|
|
|
|||||
дгл = |
4,5£(*п — тср.огр) = 4,5*1,14(50 — 16,8) = |
170 ккал/м2*ч. |
||||||||
4. Для определения теплоотдачи конвекцией вычисляем а к: |
|
|
||||||||
ак = 1 ,0 1/^ tn— tB= |
1,0 |
50— 18 = |
3,16 ккал/м2*ч*град. |
|||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qK = <zK(tu — tB) = 3,16 (50 — 18) = 101 ккал/м2*ч.
5.Находим площадь зеркала излучения панели:
Q |
2000 |
М2. |
F п |
= 7,35 |
|
Ял + Як |
171 + 101 |
|
При определении т Ср.огр площадь зеркала панеЛи была принята ориентиро вочно 7 м2; по расчету получилось 7,35 м2. Ввиду незначительности расхожде ния, поправку в определение можно не вводить.
6. Определим среднюю температуру поверхностей, включая отопительную панель:
т* = 2 4 -1 2 4 - 3 * 1 0 + |
48* 18 |
-4- 32* 18 -f- 24,65* 18 -{- 7,'35*50 |
18 ,5 °С; |
24 -f- 3 -f- 48 |
-f- 32 -f- 2 4 ,6 5 -Ь 7 ,3 5 |
|
|
Так как тл (18,5)>Тя |
(18), |
данная система отопления — лучистая. |
|
§ 36. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ
По своему устройству панельно-лучистое отопление резко отли чается от обычных конвективных (радиаторных) центральных си стем отопления тем, что вся нагревательная поверхность заделы-
вается в строительные конструкции и никаких нагревательных при боров в помещении не устанавливают.
Система отопления невидима, что улучшает архитектуру интерь ера. Санитарно-гигиенические преимущества систем панельно-лу чистого отопления общепризнанны. Кроме того, уменьшается отло жение органической пыли на панелях и снижается запыленность воздуха в помещениях.
При пониженной температуре поверхности панелей пыль не подвергается возгонке; гладкие теплоотдающие панели легко очи
щать от пыли.
Применение панелей для отопления здания удовлетворяет тре бованиям полносборного строительства и позволяет экономить металл, расходуемый на отопительные устройства. Экономия ме талла еще более возрастает при замене стальных труб панелей неметаллическими.
Большое преимущество панельно-лучистого отопления состоит также и в том, что при известных условиях эти системы могут в- теплое время года служить радиационными системами охлаждения помещения. Для этой цели через змеевики систем трубопроводов панелей пропускают холодную воду. При этом, в отличие от систем отопления с металлическими приборами, на панелях не возникает конденсации водяных паров, содержащихся в воздухе помещения.
К недостаткам панельно-лучистого отопления относят: большую тепловую инерцию, осложняющую регулирование теплоотдачи; не возможность изменения поверхности нагрева, опасность засорения труб и сложность их устранения; сложность ремонта систем; воз можность появления внутренней коррозии и вследствие этого на рушение гидравлической плотности труб, недоступных для осмотра.
Практика эксплуатации систем панельно-лучистого отопления показала, что многие из отмеченных недостатков этих систем уст ранимы. Так, при снабжении систем очищенной от механических примесей и деаэрированной водой можно избежать засорения труб и коррозии систем в целом.
Технико-экономическое сопоставление систем ланельно-лучисто го отопления с радиаторными (например, с однотрубной системой П-образными стояками) показывает, что первоначальная стои мость, расход металла и удельные трудовые затраты на монтаж си стем панельно-лучистого отопления в панельных зданиях сущест венно ниже, чем у первых.
ГЛАВА V II
ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
Системами воздушного отопления называют такие системы, теп лоносителем в которых является воздух.
Сущность устройства и действия воздушного отопления состоит в том, что воздух, нагретый до температуры более высокой, чем температура помещения, попадая в помещение, отдает определенное
количество тепла, необходимое для компенсации теплопотерь ог раждениями. При этом температура нагретого воздуха снижается до температуры помещения.
По принципу устройства системы .воздушного отопления подраз деляют на децентрализованные и центральные, прямоточные и с рециркуляцией воздуха.
Системы воздушного отопления называют децентрализованными, если нагревание и подаца воздуха производятся агрега тами, находящимися непосред ственно в обслуживаемом зда нии. В центральных системах одна воздухонагревательная установка обслуживает не сколько помещений или все здание (рис. VII.1).
Прямоточными системами воздушного отопления счита ются такие, в которых воздух, отдавший тепло, удаляется из помещения через каналы вы тяжной вентиляции. Таким об разом, прямоточные системы воздушного отопления одно временно являются вентиляци онными, заменяя собой устрой ство приточной вентиляции.
В системах воздушного ото пления с рециркуляцией воз дух, охлажденный до темпе ратуры помещения, возвраща ется в установку для повтор
Рис. VI 1.1. Системы воздушного отоп |
ного нагрева. |
|
|
||||
|
ления: |
|
Рециркуляционные системы |
||||
а — децентрализованная |
система |
(отопи |
воздушного отопления являют |
||||
тельный |
агрегат): |
/ — калорифер; |
2 — осе |
ся только отопительными |
уст |
||
вой вентилятор с |
электродвигателем на |
||||||
одной оси; б — прямоточная система цент |
ройствами. |
|
|
||||
рального |
воздушного отопления; |
/ — кало |
систем |
воз |
|||
рифер; |
2 — вентилятор |
и электромотор; |
Теплоотдачу |
||||
3 — каналы для подачи |
нагретого воздуха, |
душного отопления регулиру |
|||||
4 _ каналы для удаления воздуха из по |
|||||||
мещения; 5 — вытяжная шахта |
ют с учетом теплопотерь |
по |
|||||
|
|
|
|
|
мещения: при |
повышении |
на |
ружной температуры понижают температуру подаваемого в поме
щение воздуха,и наоборот.
Воздушные системы отопления устраивают в промышленных и редко в жилых зданиях. В жилых зданиях применяют только прямоточные системы. Приточный воздух подается в жилые ком наты, а удаляется через санитарные узлы.
В промышленных помещениях большого объема и в тех, в кото рых допускается рециркуляция воздуха, широко применяют воз-
душное отопление с сосредоточенной подачей воздуха. Подаваемый с большой скоростью воздух (до 15 м/с) распространяется по по мещению. При этом необходимо проверять скорость воздуха в рабочей зоне.
К преимуществам воздушного отопления относят снижение пер воначальных затрат сравнительно с обычными водяными система ми отопления с нагревательными приборами, существенное сниже ние расхода металла на оборудование. Недостатками его являются низкая относительная влажность поступающего в помещение воз духа и возможность возникновения подвижности воздуха до пре делов, снижающих (комфорт в помещении.
§ 37. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ГЕНЕРАТОРОВ ТЕПЛОВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Прямоточная система воздушного отопления, совмещенная с приточной вентиляцией. Теплопроизводительность такой установки Q равна
Q =Q I + Q 2 + Q 3> (VII.1)
где Qi — теплопотери наружными ограждениями, определяемые по формуле (1.18); Q2— расход тепла на нагревание приточного вен тиляционного воздуха; Q3 — бесполезные потери тепла на охлаж дение воздуха в каналах системы воздушного отопления, не ис пользуемые для целей отопления.
Расход тепла на нагревание приточного воздуха определяют по
формуле |
|
Q2= O C (Z„—ZH), |
(VII.2) |
в которой. G —количество-лриточного воздуха, |
кг/ч; /п— темпера |
тура подаваемого (приточного) воздуха; ZH— расчетная температу ра наружного воздуха (она может не совпадать с наружной рас четной отопительной температурой).
Потери тепла на охлаждение воздуха в каналах необходимо знать, чтобы определить изменение температуры воздуха в кана лах. Учет изменения температур воздуха необходим для правиль ного расчета поступления тепла на отопление помещения.
Принципиально методика определения потерь тепла каналами и выявления охлаждения воздуха при движении его по каналам схожа с учетом потерь тепла трубопроводами систем водяного ото
пления.
Потери тепла стенками канала на участке длиной I равны
qx= |
2 (а + |
б) ZtfAZcp, |
(VII.3) |
где 2 (а + б ) —периметр канала; |
к — коэффициент |
теплопередачи |
|
стенок канала; |
|
|
|
A J. |
(^иач + ^к) 4- . |
|
|
Дгср— |
7) |
**' |
|
7*—832 |
197 |
(*нач+4 ) / 2 —средняя температура воздуха в канале на участке длиной / (^пач— температура воздуха в (начале участка; tK— то же, в конце учёстка); tB— температура воздуха помещения, в котором проложен канал.
С другой стороны, потери тепла стенками канала на участке длиной I можно определить в ккал/ч по формуле
|
q2— LycM, |
|
(VII.4) |
|
где L — количество воздуха в м3/ч, |
перемещающегося |
по участку, |
||
L = a6v- 3600; у — объемная |
масса |
воздуха, |
кг/м3; |
v — скорость |
движения воздуха, м/с; |
с — теплоемкость |
воздуха, равная |
||
0,24 ккал/кг-град; At —перепад температур по длине участка. Естественно считать, что qi = <72. Отсюда
2 ( а + б ) //сД^ср
О б щ и й р а с х о д т е п л а в с о в м е щ е н н о й с п р и т о ч н о й разить в ккал/ч формулой
п р я м о т о ч н о й с и с т е м е , в е н т и л я ц и е й , можно вы
Q= G • 0,24 {tn9 —/J, |
(VII.5) |
где Q= QI + Q2+Q 3 [см. формулу (VII.1)]; G —количество венти ляционного приточного воздуха, кг/ч; tB— внутренняя расчетная температура; taр— температура подаваемого воздуха, равная
^пр |
(VII.6) |
|
0,24 G |
Температура подаваемого воздуха /пр должна быть не выше до пускаемой нормами (в жилых домах, как правило, не выше 45°С).
Поверхность нагрева калориферной установки прямоточной си стемы воздушного отопления определяют по формуле
F = - |
Т\ + |
т2 tnP+ 1„ |
|
где к —коэффициент теплоотдачи калориферной установки, ккал/м2-ч-град; Т\ — температура теплоносителя в подающей ма гистрали;.^— то же, в обратной магистрали; tnр— температура воздуха после калориферной установки; /н — расчетная наружная температура.
Прямоточная система, работающая с частичной рециркуляцией.
При относительно больших теплопотерях наружными ограждения ми и небольшом количестве приточного воздуха для вентиляции целесообразно устраивать прямоточные системы отопления с час тичной рециркуляцией внутреннего воздуха.
Расход тепла в такой системе будет равен
Q = G H.0,24(7np- O + Op-0,24(/np- 4 ) , |
(VII.7) |
где GH и Gp — соответственно количество наружного вентиляцион ного и рециркуляционного воздуха, кг/ч; /Пр, tB и /в — температуры воздуха, поступающего в помещение, наружного и внутреннего, °С.
Воздушное отопление с рециркуляцией. Теплопроизводительность установки Q в ккал/ч определяют по формуле
Q= Qi + Q3»
где Q i—теплопотери наружными ограждениями, ккал/ч; Q3 — теплопотери на охлаждение воздуха в каналах системы воздушного отопления, если их не используют для отопления помещений.
Температуру воздуха после нагрева в калорифере можно найти из формул:
Q=cQ(tnp- t B); |
(VII.8) |
|
д / = |
^ » Дt == /,Гр |
tB. |
Здесь G — количество рециркуляционного воздуха. |
||
При максимально высокой tap будет |
минимальное количество |
|
рециркуляционного воздуха |
G и, следовательно, меньшая произво |
|
дительность вентилятора. С другой стороны, tap регламентируется санитарно-гигиеническими требованиями. Она должна быть не вы ше 45° С.
Поверхность нагрева калориферной установки системы воздуш ного отопления с рециркуляцией определяют по формуле
F = ------------- |
Я------------- |
Aip + |
, |
(Т\ + То |
|
tB \ |
|
к ( 2 |
~ |
2 |
) |
где tB— температура воздуха внутри помещения.
§ 38. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ И МЕТОДИКА ИХ РАСЧЕТА
Воздушное отопление в жилых и гражданских зданиях. Систе мы центрального воздушного отопления устраивают с естествен ным и механическим побуждением. Принципиальная схема цен тральной системы воздушного отопления с естественным побужде нием показана на рис. VII.2, а, с механическим побуждением-— на рис. VII.2, б. Нагретый калорифером наружный воздух подается в воздухораспределительный короб, из которого* по вертикальным каналам он поступает в каждое отапливаемое помещение.
Сложность системы воздушного отопления жилого дома состо ит в обеспечении гидравлической устойчивости ее: необходимо нодать в каждое помещение строго определенное количество воздуха, соответственно нагретого для обеспечения нормальной внутренней температуры. В разветвленной системе с большим количеством вен тиляционно-отопительных каналов удовлетворить это требование сложно.
7** |
199 |
|
Для обеспечения примерно равного статического давления в начале каждого отопительно-вентиляционного канала (стояка) воздухораспределительный короб рассчитывают по наименьшей скорости воздуха с целью создания воздуховода примерно неизмен ного статического давления.
Рис. VII.2. Принципиальные схемы воздушного отопления в жилом доме:
а —с |
естественным, побуждением; |
б — с механическим |
побуждением; |
/-воздухо- |
|||
приемная шахта |
приточного воздуха; 2 — калорифер; |
3 |
— вентилятор с электромото |
||||
ром'; |
4 — воздухораспределительный |
канал; 5 — канал |
для подачи нагретого воздуха |
||||
в помещения; 6 |
— регулировочные |
диафрагмы; 7 — каналы вытяжной |
вентиляции; |
||||
|
|
* |
8 |
вытяжная шахта |
|
|
|
Гидравлический расчет каналов не -отличается от расчета вен тиляционных, и поэтому принципы расчета их здесь не излагаются. Общим правилом является то, что гидравлические сопротивления стояков должны быть значительными, чтобы локализовать в какой-