книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1

Температуру открытой теплоотдающей поверхности печи и сред­ ние коэффициенты теплоотдачи принимают по табл. VIII.5.

В заключение расчета проверяют фактическую величину ампли­ туды колебания температуры отапливаемых помещений за проме­ жуток времени от одной топки печи до другой.

Печное отопление можно запроектировать, минуя вышеприве­ денную методику расчета,, если применять в качестве генератора тепла печи из типовых альбомов.

В этих случаях расчет печей ведут в такой последовательности. Определяют теплопотери при той же температуре наружного воз­ духа, которая принята для центрального отопления. По типовым альбомам выбирают отопительную печь с теплоотдачей, соответст­ вующей тепловым потерям помещения.

Выбирать печь по теплоотдаче и проверять теплоустойчивость помещений, т. е. определять амплитуду колебания температуры по­ мещения, следует при топке печи 2 раза в сутки. В случае повы­ шения наружной температуры и уменьшения разности температур внутреннего и наружного воздуха до 60—65% от расчетной можно топить печь 1 раз в сутки. Теплотехнический расчет самой печи в этом случае не производится, так как печь выбирают типовую по альбому.

В случае необходимости проектирования самой печи следует иметь в виду, что до применения печи на практике ее нужно под­ вергнуть лабораторным испытаниям по стандартной методике.

При выборе печи учитывают санитарно-гигиенические требова­ ния помещений. Например, для отопления детских и лечебных уч­ реждений следует применять печи с умеренным прогревом стенок, т. е. с температурой поверхности даже в отдельных точках до 90° С.

ГЛАВА IX

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Электрическое, отопление имеет следующие преимущества: про­ стоту монтажа электропроводки, отсутствие продуктов сгорания, компактность нагревательных приборов, высокий коэффициент по­ лезного действия электрических приборов отопления; не требуются дорогостоящие наружные тепловые сети.

К недостаткам электрического отопления относятся высокая температура теплоотдающих элементов (витков проволоки) в эле­ ктрическом нагревательном приборе, опасность в пожарном отно­ шении и высокая стоимость электроэнергии.

В настоящее время электроэнергию применяют в технике тепло­ снабжения в виде следующих устройств:

прямого радиаторного^ отопления на базе электрорадиаторов (например, приборы рд-34, и рд-35 конструкции НИИ сантехники мощностью 0,5 и 1 кВт) ;

электротеплонасорного отопления на базе полупроводниковых тепловых насосов;

отопления с использованием греющих кабелей; теплоснабжения с применением электродных котлов; электроаккумуляционного отопления.

Перспективным является электроотопление с использованием полупроводниковых тепловых насосов, потребляющих электроэнер­ гии в 3—4 раза меньше, чем при прямом электроотоплении. Кроме того, систему электроотопления при помощи тепловых насосов мож­ но в летнее время переключать на охлаждение помещений.

Принцип получения тепла, а также холода из теплого окружа­ ющего воздуха или воды с использованием полупроводников в схе­ ме теплового насоса основан на эффекте Пельтье (1834). Это явле­ ние, научно объясненное русским ученым Ленцем в 1838 г., заклю­ чается в следующем. Если через разнородные соединенные друг с другом металлы (особенно полупроводники) пропустить постоянный электрический ток, то в месте контакта положительного полупро­ водника с отрицательным при направлении тока от «+ » к «—» вы­ деляется тепло, а при обратном направлении тока в месте контакта (спая) тепло поглощается.

Физический смысл этого явления заключается в том, что проис­ ходит перемещение тепла от холодной среды к горячей за счет элек­ трической энергии.

Теоретический отопительный коэффициент электрической систе­ мы отопления на полупроводниковых тепловых насосах /Сот

Пример. При температуре горячего спая 300К (27° С) и холод­ ного 290К (17° С) отопительный коэффициент будет равен

Это означает, что на 1 кВт затраченной электрической мощности можно получить 30 кВт полезного тепла и 29 кВт холода (практи­ чески /Сот = 4—5 в зависимости от качества полупроводников).

В СССР выпускают полупроводниковые тепловые насосы типа «воздух — вода» и «воздух — воздух», характеристики которых при­ ведены в табл. IX. 1.

Преимущество тепловых насосов ПТН состоит в возможности регулировать в широких пределах теплопроизводительность за счет изменения силы тока. Однако системы отопления с применением тепловых насосов могут получить распространение в будущем толь­ ко в местностях с дешевым тарифом электроэнергии и при сниже­ нии стоимости тепловых насосов.

Понятие об электроаккумуляционном отоплении. В последние годы начали применять электроотопление с использованием внепи­ ковой электроэнергии. Себестоимость ее, по данным «Энергосетъ-

проекта», в 1,7—2,3 раза ниже средней себестоимости электро­ энергии.

Использовать внепиковую электроэнергию для отопления можно при условии создания установок с материалами, аккумулирующими тепло. Аккумулирующие материалы должны обладать максималь­ ной теплоемкостью, высокой рабочей температурой, объемной мас­ сой, теплопроводностью и приемлемой стоимостью.

Основными способами аккумуляции тепла могут служить способ сохранения тепла в предварительно нагретом материале, использо­ вание скрытого тепла между двумя фазами материала и примене­ ние реакции обратимого химического процесса.

В центральных системах отопления аккумулирующим материа­ лом является вода.

Расчеты теплоаккумуляционного электрического отопления про­ изводят с учетом теплоаккумуляционной способности зданий, при­ боров электрического отопления, электрокотлов и других емкостей.

Коэффициент аккумуляции теоретически можно определить по формуле, используемой в трудах проф. Е. Я. Соколова

где F — поверхность стен, м2; ô — толщина стен, м; у — объемная масса стен, кг/м3; к — отопительная характеристика здания, ккал/м3•ч-град; V — объем здания, м3; с — теплоемкость огражде­ ний, ккал/кг-град.

Для жилых зданий р= 30—60 при водяном центральном отопле­ нии.

Зная коэффициент аккумуляции, можно найти предельное время отключения Z системы электроотопления:

где tB — внутренняя температура воздуха в помещении в момент прекращения подачи тепла; tz '— то же, через Z ч; /н — расчетная наружная температура.

где а — коэффициент теплоотдачи [а=/(йюв, d)], ккал/м2 • ч-град. По опытным данным, а принимают при 6юв=100°С и диаметрах проволоки от 0,5 до 2 мм в пределах 35—45 ккал/м2-ч • град; при этом меньшим диаметрам соответствуют большие значения a; F — поверхность проводника ndl, м2; £Пов— температура поверхности проводника (практически равна температуре проводника); /в — температура воздуха в помещении.

2. Количество тепла, выделяемое проводникам при переходе эле­ ктрической энергии в тепловую, определяют по формуле

Q = 9,86а2//?,

где 0,86=1 Вт*4= (0,86 ккал).

Сопротивление проводника R можно выразить отношением

Р _ c l_ 4cl Н~ / ~ я*2 ’

где с — удельное сопротивление проводника, ом*мм2/м; I и f — длина и площадь сечения.

Подставляя значение R, получим

Q=0,86

4cl

Из первого уравнения находим значение d

^1000Q

аяI (<г ов —tB)

После подстановки получим

Отсюда получаем формулу для определения длины проводника в м:

1=41

u2Q

са2 (tnQB—^в)2 ’

ГЛАВА X

КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Комбинированными системами отопления называют такие, в ко­ торых, как правило, имеются два теплоносителя: первый — грею­ щая среда, второй — нагреваемая среда или теплоноситель собст­ венно системы отопления.

К комбинированным системам относят: центральные пароводя­ ные системы, водоводяные, паро- и водовоздушные (рассмотренные выше), системы с использованием перегретой воды и пара. Рас­ смотрим некоторые из названных систем.

Центральная пароводяная система (рис. Х.1) применяется в тех случаях, когда генераторами тепла служат паровые котлы, выраба­ тывающие пар для технологических нужд предприятий.

Установка работает следующим образом. Пар из котла 1 посту­ пает в емкостный водонагреватель 2, в змеевике 3 которого пар кон­ денсируется, отдавая скрытое тепло парообразования (конденса­ ции) циркулирующему через водонагреватель теплоносителю (во­ де) системы отопления.

Ввиду относительно больших размеров водоподогревателя ско­ рость воды в нем мала. Следовательно, невелико и гидравлическое сопротивление водоподогревателя, вследствие чего можно приме­ нять систему пароводяного отопления с естественной циркуляцией, как показано на рис. Х.1. Относительно большая емкость водоподо­ гревателя, а следовательно, и большая его теплоаккумулирующая способность позволяют регулировать теплоотдачу системы отопле­ ния пропусками, т. е. подавать пар в водоподогреватель с переры­ вами.

Теплопроизводитёльность емкостного подогревателя зависит от величины поверхности змеевика, устраиваемого обычно из U-образ- ных трубок.

На рис. Х.2 показана система отопления с водоводяным подогре­ вателем, обычно называемым скоростным (рис. Х.З). В таком водоподогревателе первичным теплоносителем служит перегретая вода (150° С), получаемая из тепловых сетей ТЭЦ.

Вторичным теплоносителем здесь является вода собственно си­ стемы отопления. Вследствие относительно большого гидравличе­ ского сопротивления водоподогревателя системы отопления

(имеется в виду толщина материала стенки и слоя загрязнения); л — коэффициент теплопроводности слоя стенки (соответственно материала стенки, накипи, шлама).

Значения коэффициентов теплоотдачи ai и <х2 определяют по формулам, полученным на основе экспериментальных и теоретиче­ ских данных:

a = f ( v , d, дт),

где V — скорость движения жидкости, м/с; d — диаметр трубки (или эквивалентный гидравлический диаметр), м; Ат — разность темпе­ ратур стенки и воды, стенки и кипящей воды (или насыщенного пара).

Поверхность нагрева водоподогревателя должна составлять

F — ndcpln,

где rfCp — средний диаметр трубки, м; I — длина трубки, м; п — чис­ ло трубок.

Средняя разность температур теплоносителя определяется по формуле

At

A7*i - ДГ2

АГ1

In дг2

где ДT i = T 2—/ 1; АГ2=7’1—/2; Т\ и Т 2— начальная и конечная тем­ пература греющей жидкости (первичного теплоносителя); t\ и t2— начальная и конечная температура нагреваемой жидкости (вторич­ ного теплоносителя).

В водоводяных скоростных подогревателях коэффициент тепло­ передачи достигает 1000—2000 ккал/м2•ч-град при скорости воды 0,5—1,5 .м/с, в емкостных водоподогревателях — не выше 600 ккал/м2 • ч-град.

Г и д р а в л и ч е с к о е с о п р о т и в л е н и е в о д о п о д о г р е ­ в а т е л я . Методика определения гидравлического сопротивления водоподогревателя не отличается от методики определения, гидрав­

тов местных сопротивлений; d — диаметр трубы или эквивалентный диаметр сечения прохода теплоносителя, принимаемый равным 4//S; I — общая длина труб последовательно составляющих длину пути теплоносителя, м; v — скорость теплоносителя, м/с; у — объ­

Гидравлическое сопротивление в скоростных водоподогревателях может составлять 1000—9000 кг/м2.

Широко распространен способ присоединения местных систем отопления к тепловым сетям ТЭЦ через элеватор (рис. Х.4), пред­ ложенный проф. В. М. Чаплиным в 1903 г.

Элеватор предназначен для смешивания горячей и охлажден­ ной воды. Он состоит из следующих элементов (рис. Х.5): рабочего сопла 1, через которое под давлением поступает горячая вода ъз

тепловой сети; камеры всасывания 2, в которую поступает (подса­ сывается) охлажденная вода из местной системы; смесительного конуса 3, в котором горячая вода 'смешивается с охлажденной; диф­ фузора 4, в котором увеличивается статическое давление воды бла­ годаря конической форме диффузора по причине падения скорости.

Работа элеватора состоит в следующем. Горячая вода, проходя по соплу, приобретает при выходе из него большую скорость. Дав­ ление при.этом в камере всасывания снижается до величины мень­ шей, чем в патрубке, через который поступает охлажденная вода. Вследствие этого охлажденная вода подсасывается в камеру всасы­ вания и смешивается с горячей водой из сопла.

Главной характеристикой элеватора является коэффициент под­ мешивания U, т. е. отношение веса подмешиваемой охлажденной G2 (обратной) воды к весу горячей воды Gь поступающей из теп­ ловой сети:

U = G 2:GU

Значение U можно определить из теплового баланса при смеше­ нии горячей и охлажденной воды: