ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ПРИБОРАМ

Отопительные приборы являются основными элементами системы отопления и должны отвечать определенным теплотехническим, санитарно-гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным и монтажным требованиям.

Теплотехнические требования заключаются в основном в том, что отопительные приборы должны хорошо передавать теплоту от теплоносителя отапливаемым помещениям, т.е. чтобы коэффициент теплопередачи их был как можно выше. Для современных конструкций отопительных приборов он находится в пределах 4.5-30 Вт/(м²К)

Санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к отопительным приборам, заключаются в том, чтобы их поверхность имела невысокую температуру, конструкция и виды их поверхности не приводили к скоплению пыли и позволяли ее легко удалять.

Низкая температура поверхности до 70(С уменьшает возгонку органической пыли, степень радиации и вероятность получения ожога при прикосновении.

Технико-экономические требования следующие: минимальная заводская стоимость; минимальный расход металла; соответствие конструкции прибора требованиям технологии их массового производства; секционность, позволяющая компоновать прибор с требуемой площадью поверхности нагрева прибора.

Критерием для теплотехнической и технико-экономической оценки металлических отопительных приборов служит тепловое напряжение металла прибора (7.3)

(7.1)

где Qпр – количество теплоты, отдаваемое прибором, Вт;

G - масса прибора, кг;

tвх и tвых - температура теплоносителя на входе и на выходе из отопительного прибора;

tв - температура воздуха в помещении,

Современные приборы работают с тепловым напряжением металла 0.19-2,6 Вт/(кгК)

Архитектурно-строительные требования включают сокращение площади, занимаемой отопительными приборами, и обеспечение их приятного внешнего вида. Для выполнения этих требований отопительные приборы должны быть компактны, с легкодоступной для осмотра и очистки от пыли поверхностью, должны

соответствовать интерьеру помещений.

Монтажные требования отражают прежде всего необходимость повышения производительности труда при изготовлении и монтаже отопительных приборов. Конструкция их должна благоприятствовать автоматизации процесса производства и быть удобной в монтаже. Приборы должны быть прочными, удобными для транспортирования и монтажа, а их стенки - паро- и водонепроницаемыми, температуроустойчивыми.

Большое многообразие видов и типов отопительных приборов объясняется тем, что всем рассмотренным требованиям удовлетворить одновременно невозможно.

7.3 КЛАССИФИКАЦИЯ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Отопительные приборы, применяемые в системах центрального отопления, подразделяются:

по преобладающему способу теплоотдачи на:

- радиационные, передающие излучением не менее 50% суммарного теплового потока. К ним относят потолочные бетонные отопительные панели и излучатели;

- конвективно-радиационные, передающие конвекцией от 50% до 75% суммарного теплового потока. В эту группу включают секционные и панельные радиаторы, отопительные панели в полу и стене, гладкотрубные отопительные приборы;

конвективные, передающие конвекцией свыше 75% общего теплового потока. (конвекторы с ребристой поверхностью и ребристые трубы);

- по виду материала - на приборы металлические, малометаллические и неметаллические;

- по характеру внешней поверхности - на гладкие и ребристые.

- по высоте - на: - высокие h = 600 мм

- средние h= 400 ÷ 600 мм

- низкие h = 400 мм

- по глубине :- на - малой глубины b = 120 мм

-средней глубины b = 120 ÷ 200 мм

- большой глубины b = 200 мм

по тепловой инерции - на:

- большой тепловой инерции с большой массой металла или бетона, большой водоёмкостью (7.4), низким коэффициентом теплопроводности (чугунные радиаторы, отопительные панели в полу );

- малой тепловой инерции, имеющие малую массу металла, малую водоёмкость (7.4), высокий коэффициент теплопроводности (7.5) ( конвекторы, листовые штампованные радиаторы ).

7.4. ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Радиаторы чугунные и стальные штампованные. Промышленность выпускает секционные и блочные чугунные радиаторы. Секционные радиаторы собирают из отдельных секций, блочные - из блоков в две-четыре секции. Отдельные блоки или секции соединяют между собой посредством ниппелей (7.6)

Секции соединяются между собой с помощью радиаторного ключа (7.7)

Ниппели одновременно ввертывают вверху и внизу в две секции или в два блока. Для уплотнения стыков между секциями радиатора ставят прокладку: при водяном отоплении (TI до 100°С) из прокладочного картона, смоченного в воде и проваренного в натуральной олифе, а при паре или перегретой воде - из паронита, смоченного в горячей воде.

Допускается прокладка из термостойкой резины и из других термостойких материалов, обеспечивающих герметичность соединения.

Наиболее распространены радиаторы чугунные МО-140, МС-90, М-90(ГОСТ 8690-75*) с двумя колонками по глубине. Монтажная высота -расстояние между центрами ниппельных отверстий радиаторов - составляет h=500 мм, полная высота Н = 582-588мм, строительная глубина - в=140 мм и строительная длина секций - 98-108мм.

Радиаторы MC-I40 и МC-90 рассчитаны на избыточное давление ( 7.8)

теплоносителя до 0.9 МПа, что расширяет область их применения, а все остальные чугунные радиаторы - до 0.6 МПа.

По монтажной высоте радиаторы подразделяют на высокие - 1000мм, средние – 500мм, низкие - 300мм. Наиболее широко применяют средние радиаторы. Каждый радиатор имеет четыре чугунных пробки, ввернутые в ниппельные отверстия крайних секций; две из них сквозные, с внутренней резьбой 15-20мм служат для присоединения приборов к теплопроводу.

Производство чугунных радиаторов требует большого расхода металла, они трудоемки в изготовлении и монтаже. Производство радиаторов приводит к загрязнению окружающей среды (7.9).

Поэтому, несмотря на такие важные достоинства радиаторов, как коррозионная стойкость, отлаженность технологии изготовления, простота изменения мощности прибора пyтeм изменения количества секций их производство должно сокращаться за счет увеличения выпусков приборов из стали, алюминия и его сплавов.

Изготавливают однорядные и двухрядные стальные панельные радиаторы: штампованные колончатые типа PCВ-I и штампованные зммеевиковые типа РСГ-2.

Однорядный стальной штампованный радиатор типа РСВ-1 (рис. 7.2) состоит из двух штампованных стальных листов толщиной 1.4-1.5мм, соединенных между собой контактной сваркой и образующих ряд параллельных вертикальных каналов, объединенных сверху и снизу горизонтальными коллекторами. Панель стального радиатора типа РСГ-2 , как и радиатор PCB-I состоит из двух стальных листов

Стальные радиаторы по сравнению с литыми чугунными имеют примерно вдвое меньшую массу, на 25-30% дешевле, на транспортирование и монтаж требуются меньше затрат. Благодаря малой строительной глубине их удобно устанавливать открыто под окнами у стены. Область применения стальных радиаторов-панелей ограничена системами отопления, использующими отработанную теплофикационную воду, корродирующее действие которой незначительно.

Алюминевые радиаторы имеют по сравнению с чугунными более привлекательный дизайн и лучшие теплотехнические показатели. Сложность удаления пыли с внутренней поверхности снижает санитарно-гигиенические характеристики, Кроме того, такие радиаторы могут испытывать кислотную коррозию, вызванную примесями против солей жёсткости в теплоносителе. Коррозия усиливается образованием в системах отопления гальванических пар алюминия с другими металлами, например, латунью. При использовании таких радиаторов необходимо ещё на стадии проектирования провести противокоррозионные мероприятия в соответствии с требованиями производителей, Эти радиаторы имеют удельное тепловое напряжение 1,3 ÷ 2,5 Вт/(кг*К), завышенную строительную глубину. Некоторые конструкции изготовлены с искривлённым выходом для конвективной струи, что оказывает положительное воздействие на сохранность геометрии подоконников из натуральной древесины

Ребристые трубы изготавливают чугунными длиной 0.5; 0.75; 1.5;2.0м с круглыми ребрами и поверхностью нагрева I; 1.5; 2; 3; и 4м2 (рис. 7.3). На концах трубы предусмотрены фланцы для присоединения их к фланцам теплопровода системы отопления.

Оребренность прибора увеличивает теплоотдающую поверхность, но затрудняет очистку его от пыли и понижает коэффициент теплопередачи. Ребристые трубы устанавливают в производственных, коммунально-бытовых и ряде других помещений с кратковременным пребыванием людей.

Конвекторы. В последние годы стали широко применяться конвекторы - отопительные приборы, передающие теплоту в основном конвективным путем. Вследствие этого характеризуются пониженным комфортом и низкими теплотехническими показателями, в особенности при использовании в двухтрубных системах отопления. Конвекторы плохо подходят для обогрева высоких помещений, так как перегревают верхнюю зону, а у пола ощутимо недогревание. В большей мере, сравнительно с радиаторами, содействуют переносу пылевидных частиц. Их основными преимуществами являются простота изготовления, малая металлоёмкость 0,8 ÷ 1.3 Вт/ кг*К и малая инерционность, Просты и надёжны в эксплуатации. Современные конвекторы с кожухом имеют привлекательный дизайн, сопоставимый с радиаторами евростандарта. Конвекторы без кожуха имеют небольшие габариты по высоте и глубине. Их размещение у пола вдоль ленточного остекления или вдоль всей длины окон и внешних стен предотвращает распространение по полу ниспадающих холодных потоков воздуха, но при этом ухудшается дизайн помещения.

Конвектор "Аккорд" (рис.7.4) предназначен для систем отопления жилых, общественных и производственных зданий с температурой теплоносителя до 105 °С и давления до I МПа.

Он состоит из двух электросварных труб диаметром 20мм и П-образных пластин оребрения, изготовляемых из листовой стали толщиной 0.8мм. Поверхность конвектора покрывается эмалью Пф-115. Промышленность выпускает восемь

типоразмеров конвекторов (проходных и концевых) в однорядном исполнении с

площадью поверхности 0.98-3.26м2 и восемь типоразмеров конвекторов (концевых) в двухрядном по высоте исполнении с площадью поверхности нагрева 1.95-6.50 м .

Вторая группа - конвекторы с кожухом.

Рис 7.5 Схемы конвекторов с кoжухом (а) и без кожуха (б)

1—нагревательный элемент 2—кожух; 3— воздушный клапан 4—оребренне труб высотой 300 мм и глубиной 60мм

Нагреватель распространенных конвекторов с кожухом типа Комфорт-20 состоит из двух труб диаметром 20мм, на которые насажены прямоугольные ребра с шагом 6мм. Конвекторы снабжены декоративной воздухо-выпускной решеткой и воздушным клапаном для регулирования теплоотдачи (рис.7.5).

Могут устанавливаться отдельно (марка КН20-К с концевым нагревателем), а также соединяться последовательно (марка КН20-п с применением проходных нагревателей) в горизонтальные цепочки приборов. Регулирование теплоотдачи осуществляется за счет изменения количества воздуха, проходящего через прибор путем изменения местоположения воздушного клапана.

Бетонные отопительные панели могут иметь обетонированные нагревательные элементы змеевиковой или регистровой формы из стальных труб диаметром 15 и 20мм.

Бетонные панели располагают в ограждающих конструкциях помещении (совмещенные панели) или приставляют к ним (приставные или подвесные панели), Рис. 7.6, 7.7

Рис. 7.6 Подоконные приставные бетонные отопительные панели с односторонней теплоотдачей (а), с двусторонней (б) и двусторонней теплоотдачей и каналом для подачи подогретого наружного воздуха (в)

1 — тепловая изоляция. 2 — конвективный канал; 3 — отопительная панель 4— приточный канал 5 — запорный клапан, 6—стальной кран

Подоконные панели устанавливают в тех местах под окнами помещений, где обычно размещают металлические отопительные приборы. Панели могут быть как совмещенными, так и приставленными.

Совмещенные панели вместе со стояками бетонируются в заводских условиях одновременно с изготовлением стен для полносборных зданий. На поверхности стеновой панели выходит лишь дверца, закрывающая нишу с краном.

Рис. 7.7 Бнфилярный стояк (7.10)

и греющие элементы змеевиковой формы, совмещенные с трехслойной наружной стеной

1 — регулирующий кран КРТ; 2 — тепловая изоляция, 3 — греющие элементы, 4 — дверца, 5 — бетон

Перегородочные панели, заполняющие часть внутренних стен или включенных в них, могут применяться с различно расположенными греющими трубами. Трубы в панели могут быть соединены по однотрубной системе с замыкающим участком, по двухтрубной схеме.

Бетонные панели обладают коэффициентом теплопередачи, близким к показателям других приборов с гладкой поверхностью, а также высоким тепловым напряжением металла. Приборы, особенно совмещенного типа, отвечают строгим санитарно-гигиеническим требованиям, архитектурно-строительным и другим требованиям. К недостаткам совмещенных бетонных панелей относятся трудности ремонта, большая тепловая инерция, усложняющая регулирование теплоотдачи в помещения. Недостатками приборов приставного типа являются повышенные затраты ручного труда при их изготовлении и монтаже, сокращение площади пола помещений. Увеличиваются также теплопотери через дополнительно прогреваемые наружные ограждения.

Гладкотрубным называют прибор из нескольких соединенных вместе стальных труб, образующих каналы для теплоносителя змеевиковой или регистровой формы. В змеевике трубы соединены последовательно, по направлению движения теплоносителя, что увеличивает скорость его движения и гидравлическое сопротивление прибора. При параллельном соединении труб в регистре поток теплоносителя делится, скорость движения его гидравлическое сопротивление уменьшается.

Приборы сваривают из труб диаметром 32 – 100мм, располагаемых одна от другой на расстоянии на 50мм превышающих их диаметр, что уменьшает их взаимное облучение и соответственно увеличивает теплоотдачу в помещение. Гладкотрубные приборы обладают самым высоким коэффициентом теплоотдачи, их пылесобирающая поверхность невелика и легко очищается.

Вместе с тем гладкотрубные приборы тяжелы и громоздкие, занимают много места, увеличивают расход стали в системах отопления, имеют непривлекательный внешний вид. Их применяют в редких случаях, когда не могут быть использованы приборы других видов.

7.5 ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Тип отопительного прибора выбирают в соответствии с характером и назначением помещения. При повышенных санитарно-гигиенических требованиях рекомендуются приборы с гладкой поверхностью, лучше всего панельные, совмещенные со строительными конструкциями; при нормальных санитарно-гигиенических требованиях можно применять приборы с гладкой и ребристой поверхностью, при пониженных требованиях в помещениях, предназначенных для кратковременного пребывания людей, используются приборы любого вида.

Отопительные приборы системы центрального отопления размещаются у

Рис 7.9 Минимальное расстояние от строительных конструкций до радиаторов и конвекторов

а – до радиаторов в помещениях зданий лечебно-профилактических; санаторно-курортных и детских учреждений; б – до радиаторов в помещении с нормальными санитарно-гигиеническими требованиями; в – до конвектора настенного типа «Комфорт» в помещениях зданий и сооружений различного назначения; г – до конвекторов плинтусного типа в помещениях зданий и сооружений различного назначения предназначенных для кратковременного пребывания людей, используются приборы любого вида.

Отопительные приборы, установленные в лестничных клетках, не должны выступать из плоскости стен на уровне движения людей и сокращать требуемую нормами ширину маршей и площадок. Согласно СНиП 2.01.05-96 отопительные приборы в лестничных клетках следует устанавливать при входе и не переносить их на площадки. Чтобы вода в теплопроводе не замерзала, не допускается устанавливать отопительные приборы в тамбурах лестничных клеток, сообщающихся с наружным воздухом, а также у входных наружных ординарных дверей. Лестничные клетки многоэтажных зданий рекомендуется обогревать рециркуляционными воздухонагревателями, устанавливая их на первом этаже, и присоединяя к теплопроводу высокотемпературной воды. Окрашивание отопительных приборов в светлые тона уменьшает теплоотдачу по сравнению с неокрашенными на 1-2%, а при покрытии алюминиевой краской - до 25%; при окраске приборов в темные тона теплопередача увеличивается на 3-5%.

7.6 ПРИСОЕДИНЕНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ К ТРУБАМ

Рис 7 10 Схемы движения теплоносителя в отопительном приборе:

а) сверху- вниз, б) снизу-вниз, в) снизу-вверх

Рис.7.11 Присоединение отопительных приборов к теплопроводам систем отопления

1 - кран двойной регулировки; 2 — воздушный кран. 3 — трехходовой кран, 4 — кран регулирующий проходной 5 - осевой замыкающий участок, 6—смещенный замыкающий участок

В двухтрубных и однотрубных системах с смешанной разводкой наиболее целесообразно размещать приборы по отношению к стоякам таким образом, чтобы каждый стояк имел двустороннюю нагрузку (рис.7.11,a). К стоякам, питающим приборы лестничных клеток, нельзя присоединять приборы других помещений. Питание приборов лестничных клеток рекомендуется осуществлять по однотрубной проточной схеме. Присоединение отопительных приборов "на сцепке" (рис.7.11, б, в) допускается только в пределах одного помещения, за исключением коридоров, туалетов других вспомогательных помещений.

Разностороннее присоединение теплопроводов к отопительному прибору по схеме "сверху вниз" применяется в тех случаях, когда обратная магистраль системы находится под прибором (рис.7.11,г), над прибором (рис.7.11,д) и при внутренней установке крупного прибора (рис 7.11,г). Хотя теплотехнически преимущество имеет разносторонне присоединение теплопроводов, на практике чаще всего используется одностороннее присоединение, позволяющее унифицировать узел обвязки прибора, что важно для зданий массового строительства. Присоединение приборов по схеме "снизу вниз" чаще всего осуществляется в верхнем этаже вертикальных однотрубных и двухтрубных систем с нижней разводкой (рис.7.11,ж, з) и в горизонтальной системе однотрубной (рис.7.11,и). Присоединение приборов по схеме "снизу-вверх" применяется в однотрубных (pиc.7.11,к) и двухтрубных системах отопления с нижней разводкой.

7.7 РАСЧЕТ ЧИСЛА ЭЛЕМЕНТОВ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Задачей теплового расчета отопительных приборов является определение площади внешней нагревательной поверхности прибора и числа элементов их, обеспечивающих в расчетных условиях необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение.

Характеристикой отопительного прибора является номинальный тепловой поток qном,,Вт.(7.11)

Его значения получены в результате тепловых испытаний в специальной климатической камере.

В реальных условиях эксплуатации расход теплоносителя через отопительные приборы, разность температур, способ подключения приборов к теплопроводам и ряд других факторов, влияющих на теплоотдачу, как правило, не совпадают с теми, при которых проводились испытания. Для учета перечисленных факторов на теплоотдачу приборов вводят поправочные коэффициенты. Влияние изменений среднего перепада температуры ∆tпр (72) расхода теплоносителя G учитывают соответственно коэффициентами : φ1 и φ2 :

(7.2)

где: n m - показатели степени, Поправка на барометрическое давление φ3 существенна при значительном отличии его от значения 101.33 кПа тепловой поток конвекторов снижается на 4, а. радиаторов - на 3%. В общем cлyчae значение φ3 рекомендуется определять по формуле:

(7.3)

где S - доля лучистой составляющей от общего теплового потока элемента отопительного прибора ( S =0.3 для чугунных радиаторов, S =0,45 для однорядных стальных радиаторов, S = 0.05 для конвекторов с кожухом) ;

Рo = 101.33 кПа;

Р - расчетное значение барометрического давления, кПа;

п - показатель степени.

При определении количества отопительных приборов, кроме упомянутых выше поправочных коэффициентов на номинальный тепловой поток необходимо учитывать влияние на теплоотдачу отопительных приборов, способа их подключения к трубопроводам, компоновка (рядности) по глубине и высоте, наличие декоративных укрытий. Поскольку упомянутые факторы влияют на теплоотдачу различных типов отопительных приборов по-разному, то они рассматриваются применительно к рассчитываемому типу отопительных приборов.

Число отопительных приборов чугунных типов М-I40 и M-90 секций:

(7.4)

где – β1 коэффициент, учитывающий направление движения теплоносителя

в приборе (для схемы "сверху вниз" β1 = I, для схемы "снизу-вверх" β1 = 1.2, для схемы снизу-вниз β1 =I.I;

β2 - коэффициент, учитывающий способы установки прибора (открытая установка β2 =1, наличие перед приборами сплошного экрана, усиливающего естественную циркуляцию воздуха β2 =0.9, наличие декоративного укрытия β2 =1.1, при установке прибора в открытой нише или в два ряда по высоте β2 =I.O5);

β3 - коэффициент, учитывающий число секций в одном приборе (при числе секции до 5 шт β3=0.93, от 5 до 10 шт β3 =1, свыше10 шт β3 =1.03;

Qпр - требуемая теплоотдача отопительного прибора, Вт

Опр = ОА – k Отр, Вт (7.5)

где – k – коэффициент,кладки трубопроводов

ОА - теплопотери помещения, Вт;

Отр – теплоотдача открыто проложенных теплопроводов, Вт;

Отр = qгlг+qвlв, Вт (7.6)

qг и qв удельные теплоотдачи трубопровода, определяемые по 2 приложения 3 4 , Вт/м;

lг и lв - длины соответственно горизонтальных и вертикальных труб, находящихся в помещении, м.

Полученное по Формуле (7.6) дробное значение По округляют в большую сторону.

7.8 РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ

Теплопотребности помещений, выявленные в расчетных условиях, определяют площадь отопительных приборов, которая является постоянной. Между тем известно, что расчетные условия наблюдаются при отоплении здания далеко не всегда. В течение отопительного сезона изменяется температура наружного воздуха, на здания эпизодически воздействуют ветер и солнечная радиация, тепловыделения в помещениях неравномерны. Поэтому для поддержания теплового режима помещений на заданном уровне необходимо в процессе эксплуатации регулировать теплопередачу отопительных приборов.

Эксплуатационное регулирование теплового потока отопительных приборов может быть качественным и количественным.

Качественное регулирование (7.12) достигается изменением температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления

Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимое на тепловой станции, и местным, выполняемое в тепловом пункте здания. В жилищном строительстве проводят также групповое регулированиe в центральных тепловых пунктах.

Местное качественное регулирование должно дополнять центральное, которое проводится на некоторое обезличенное здание в районе действия станции. Кроме того, оно может нарушаться по различным причинам, в том числе из-за необходимости обеспечивать нагревание воды в системе горячего водоснабжения. При местном регулировании учитывают обеспеченность каждого здания, системы отопления и даже отдельной ее части.

Количественное регулирование(7.13) теплопередачи приборов осуществляется изменением количества теплоносителя, подаваемого в систему или прибор.

По месту проведения оно может быть не только центральным и местным, но и индивидуальным, (7.14) т.е. выполняемым у каждого отопительного прибора.

В системах водяного отопления центральное и местное количественное регулирование также дополняется индивидуальным количественным регулированием теплопередачи каждого прибора. Оно может быть ручным и автоматическим.

Эксплуатационное регулирование теплопередачи приборов может быть автоматизировано. Местное автоматическое регулирование в тепловом пункте проводят, ориентируясь на изменение температуры наружного воздуха. Индивидуальные автоматическое регулирование теплопередачи прибора происходит при отклонении температуры воздуха в помещении.

Для индивидуального автоматического регулирования применяют регулятор температуры прямого и косвенного действия. Принцип работы регулятора прямого действия основан на изменении объема среды при давлении или понижении ее температуры. Изменение объема среды термоактивного материала (например, резины) непосредственно вызывает перемещение клапана регулятора в потоке основного теплоносителя.

В регуляторе косвенного действия обычно используется электрическая энергия для нагревания термобаллона уменьшенного объема, который, в свою очередь, связан со штоком регулирующего клапана. Для индивидуального ручного регулирования теплопередачи приборов служат краны , вентели, автоматические терморегуляторы и воздушные клапаны в кожухе конвекторов.

Применение индивидуального количественного регулирования теплоотдачи позволяет получить экономию тепловой энергии за отопительный сезон до 20 % .