Основные виды систем отопления 1 страница
В настоящее время в стране применяют главным образом центральные системы водяного и парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а также печное отопление. Приведем общую характеристику этих систем (кроме печного отопления) с детальной классификацией на основании рассмотренных свойств теплоносителей.
1. При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается в тепловой центр для последующего нагревания.
Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов (насосные). В гравитационнойсистеме используется свойство воды изменять свою плотность при различной температуре. В замкнутой вертикальной системе с неравномерным распределением плотности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.
В насоснойсистеме используется насос с механическим приводом для повышения разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды.
По температуре теплоносителя различаются системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tг<70 °С, среднетемпературные при tгот 70 до 100 °С и высокотемпературные при >!00°С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150 °С.
По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.
В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборамибывают системы однотрубные и двухтрубные. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. Если каждый отопительный прибор, установленный в помещении, разделен на две равные части («а» и «б»), в которых вода движется в противоположных направлениях и теплоноситель последовательно проходит сначала через все части «а», а затем через все части «б», то такая однотрубная система носит название бифилярной (двухпоточной). В двухтрубной системе приборы отдельно присоединяются к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через каждый прибор независимо от других приборов.
2. При паровом отоплении в приборах выделяется теплота фазового превращения в результате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровые котлы.
Системы парового отопления по способу возвращения конденсатав паровые котлы разделяются на замкнутые с самотечным возвращением конденсата и разомкнутые с перекачкой конденсата насосами. В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котлы под действием разности давления, выраженного столбом конденсата высотой h и давления пара рп в котлах. Поэтому отопительные приборы должны находиться достаточно высоко над паросборниками котлов (в зависимости от давления пара в них).
В разомкнутой системе парового отопления конденсат из отопительных приборов непрерывно поступает в конденсатный бак и по мере накопления периодически перекачивается конденсатным насосом в котлы на тепловой станции. В такой системе расположение бака должно обеспечивать стекание конденсата из нижнего отопительного прибора в бак, а давление пара в котлах преодолевается давлением насоса.
В зависимости от давления парасистемы парового отопления подразделяются на субатмосферные, вакуум-паровые, низкого и высокого давления.
В системах субатмосферного и вакуум-парового отопления давление в приборах меньше атмосферного и температура пара ниже 100 °С. В этих системах можно, изменяя величину вакуума (разрежения), регулировать температуру пара.
Теплопроводы систем парового отопления делятся на паропроводы, по которым пар перемещается от теплового центра до отопительных приборов, и конденсатопроводы для отвода конденсата
Конденсатопроводы могут быть самотечнными и напорными. Самотечные трубы прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата. В напорных трубах конденсат перемещается под действием разности давления, создаваемой насосом или остаточным давлением пара в приборах.
В системах парового отопления преимущественно используются двухтрубные стояки, но могут применяться и однотрубные.
3. При воздушном отоплении циркулирующий нагретый воздух охлаждается, передавая теплоту при смешении с воздухом обогреваемых помещений и иногда через их внутренние ограждения. Охлажденный воздух возвращается в тепловой центр.
Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции воздухаразделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением движения воздуха с помощью вентилятора.
В гравитационной системе используется различие в плотности нагретого и окружающего воздуха. Как и в водяной вертикальной гравитационной системе, при различной плотности воздуха в вертикальных частях возникает естественное движение воздуха в системе. При применении вентилятора в системе создается вынужденное движение воздуха.
Воздух, используемый в системах отопления, нагревается до температуры, обычно не превышающей 60 °С, в специальных теплообменниках — калориферах. Калориферы могут обогреваться паром, водой, электричеством или горячими газами; система воздушного отопления соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, электровоздушной, газовоздушной.
Воздушное отопление может быть местным и центральным.
В местной системе воздух нагревается в отопительной установке с теплообменником (калорифером или другим отопительным прибором), находящимся в обогреваемом помещении. В центральной системе теплообменник (калорифер) размещается в отдельной камере — тепловом центре. Воздух при температуре tв подводится к калориферу по обратным воздуховодам, горячий воздух при температуре tг, перемещается вентилятором в помещения по подающим воздуховодам.
Лекция 2
Защитные свойства наружных ограждений. Тепловая мощность системы отопления. Теплоустойчивость ограждений. Влияние воздухопроницания и влажности материалов на теплопередачу через ограждение. – 1 час.
Зимний тепловой режим помещения
В холодный период года ограждения защищают помещение от низких наружных температур и ветра, а система отопления поддерживает в нем определенную температуру.
Постоянство температурной обстановки в помещении должно быть выдержано при наличии холодных поверхностей наружных ограждений и нагретых поверхностей приборов системы отопления. Холодные и нагретые поверхности вызывают конвективные воздушные потоки и являются источниками с «положительного» и «отрицательного» излучения, которые тем интенсивнее, чем больше разности температур. Температура наружного воздуха непрерывно изменяется. Следом за ней изменяются температуры поверхностей в помещении. Наибольшие разности температур будут наблюдаться в самые суровые периоды зимы, Если наружные ограждения и система отопления обеспечат удовлетворительные условия в помещении в этот отрезок времени, то они смогут поддержать необходимые условия и в течение всей зимы.
Интенсивные токи холодного воздуха, потеря тепла излучением или, наоборот, чрезмерное количество, излучаемого тепла создают у людей, находящихся в помещении, ощущение неприятного переохлаждения или перегрева. Такая обстановка в помещении может привести к простудным и другим заболеваниям.
Решая задачу отопления помещения, необходимо рассчитать ограждения и обогревающие устройства так, чтобы они обеспечивали требуемые тепловые условия в обслуживаемой (рабочей) зоне в течение всего отопительного периода.
Защитные свойства наружных ограждений
Ограждения здания должны обладать требуемыми теплозащитными свойствами и быть в достаточной степени воздухо- и влагонепроницаемыми.
Теплозащитные свойства наружных ограждений определяются двумя показателями: величиной сопротивления теплопередаче R0 и теплоустойчивостью, которую оценивают по величине характеристики тепловой инерции ограждения D. Величина R0 определяет сопротивление ограждения передаче тепла в стационарных условиях, а теплоустойчивость характеризует сопротивляемость ограждения передаче изменяющихся во времени периодических тепловых воздействий.
В зимних условиях теплозащитные свойства ограждений принято характеризовать в основном величиной R0, а в летних — также их теплоустойчивостью. Это объясняется тем, что для зимы характерны устойчивые температуры вне здания и постоянные внутренние температуры, которые обеспечивает система отопления. Летом характерны периодические суточные изменения наружной температуры и солнечной радиации, внутри здания температура обычно не регулируется.
Наиболее важным является определение расчетного сопротивления теплопередаче R0 основной части (глади) конструкции ограждения, с которого обычно и начинают теплотехнический расчет ограждения. Необходимым является условие, при котором R0 должно быть равно или больше минимально допустимого по санитарно-гигиеническим соображениям (требуемого) сопротивления R0 тр., теплопередаче:
R0> R0 тр.
Однако этого условия недостаточно, так как при определении R0 должны учитываться также технико-экономические показатели. Если оказывается, что экономически оптимальное сопротивление R0 опт теплопередаче ограждения больше R0тр, то расчетное сопротивление должно определяться по условию:
R0 опт> R0 тр.
В этом случае сопротивление R0 больше минимально допустимого и целесообразнее в экономическом отношении.
После определения R0 глади ограждения необходимо проверить теплозащитные свойства элементов конструкции (стыки, углы, включения). Необходимым и достаточным условием этого расчета является отсутствие выпадения конденсата на внутренней поверхности конструкции.
Для расчета теплопотерь и тепловых условий в помещении часто кроме R0 необходимо рассчитывать приведенное сопротивление R0 пр. теплопередаче ограждения.
Для зданий, расположенных в южных районах, дополнительно проверяют теплоустойчивость ограждений в расчетных летних условиях. Недостаточную теплоустойчивость ограждения для зимнего периода учитывают увеличением его сопротивления теплопередаче при расчете R0 тр.
Для заполнения оконных и дверных проемов теплозащитные свойства регламентируются только сопротивлением теплопередаче конструкции, которое должно быть не ниже установленного СНиПом. Допустимая воздухопроницаемость окон, дверей, стыков конструкций, стен и перекрытий здания определяется нормируемым сопротивлением Rн.тр. воздухопроницанию, расходом воздуха, дополнительными затратами тепла, понижением температуры поверхности конструкции при инфильтрации.
Влагозащитные свойства ограждения должны исключать переувлажнение материалов атмосферной влагой и за счет диффузии водяных паров из помещения. Процессы передачи тепла, фильтрации и переноса влаги взаимосвязаны, и одно явление оказывает влияние на другое, поэтому определение сопротивлений тепло -, воздухо - и влагопередаче должно проводиться, как общий расчет защитных свойств наружных ограждений здания.
Оптимальное сопротивление теплопередаче ограждения.
В настоящее время в строительстве широко распространены дешевые и эффективные теплоизоляционные материалы. Применяя их, часто оказывается выгоднее делать ограждение более утепленным, чем это необходимо по санитарно-гигиеническим требованиям. Экономически оптимальное сопротивление теплопередаче ограждения оказывается больше требуемого R0 тр., и конструкцию следует выбирать по условию (95). Определение R0 опт является сложной технико-экономической задачей, которая, однако, может быть решена аналитически с учетом некоторых упрощающих предпосылок.
Экономической характеристикой, определяющей рациональность конструктивного решения, является величина приведенных затрат А, руб./м2:
А = К+ЭТ,
где К — капитальные затраты на ограждение и сопряженные с ним системы отопления и охлаждения помещения, зависящие от сопротивления теплопередаче ограждения, руб./м2; Э — эксплуатационные расходы, которые складываются в основном из стоимости теряемого через ограждение тепла (холода) и затрат на восстановление и капитальный ремонт ограждения и сопряженных систем, руб./м2 в год; Т — нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, равный 8,33 годам.
Наиболее целесообразной в экономическом отношении будет такая теплозащита, ограждения, для которой приведенные затраты будут минимальными.
Оптимальное сопротивление должно быть определено с учетом затрат на систему отопления и отчислений на амортизацию и текущий ремонт. В расчете должны быть учтены затраты на системы кондиционирования, а также стоимость холода, который расходуется летом на ассимиляцию тепла, поступающего через ограждение. С учетом некоторых упрощающих предпосылок формула оптимального сопротивления при круглогодичном обеспечении системами заданного микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий может быть записана в виде:
где характеристики с индексом «с. к.» относятся к системе летнего кондиционирования; tусл. 0 — расчетная наружная температура для летнего периода (средняя условная температура расчетных суток),
t в. л — температура в помещении летом; tусл. охл и nохл — средняя условная температура и продолжительность охладительного периода (период работы системы охлаждения помещения); Sx — стоимость холода руб./Дж (руб./ккал), Sс.о.- изменение затрат на систему отопления при изменении ее мощности на 1 Вт; СС. о., Согр. – ежегодные отчисления на амортизацию и текущий ремонт от капитальных затрат на систему отопления и ограждение, 1/год; Sт – стоимость теряемого через ограждение тепла руб.../Дж; tо.п. и n о.п. – температура и продолжительность отопительного периода, ч/год; Sиз.- стоимость изоляции в конструкции ограждения, руб./м3
Определение наибольших потерь тепла помещением
Наибольшие потери тепла помещением определяют установочную мощность системы отопления. В общем виде потребность в дополнительном тепле от системы отопления Qот возникает при положительном значении величины теплового баланса:
Qот = Qогр + Qи – Qтех – Qс.р
где Qогр — теплопотери помещением за счет теплопередачи через наружные ограждения; Qи — расход тепла на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха; Qтех — внутренние (технологические и бытовые) тепловыделения, Qс.р — теплопоступления за счет солнечной радиации.
Потери тепла через отдельные ограждения определяют по формуле:
где R0пр — приведенное сопротивление теплопередаче ограждения, n— коэффициент, уменьшающий расчетную разность температур (tв–tн); F — площадь ограждения; η — коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери через ограждение.
Величина расчетных теплопотерь через отдельные ограждения будет соответствовать коэффициенту обеспеченности Коб, с учетом которого выбрано значение tн в формуле (99). Наружные ограждения в помещении имеют различную теплоустойчивость. Через ограждение с малой теплоустойчивостью (окна, легкие конструкции) теплопотери при похолодании будут резко возрастать, практически следуя во времени за изменением температуры наружного воздуха. Через теплоустойчивые ограждения потери тепла при похолодании возрастут немного, и во времени эти изменения будут значительно отставать от наружной температуры. Максимальные потери тепла помещением в расчетных условиях не будут равны сумме потерь через отдельные ограждения. Сложение необходимо провести с учетом сдвига во времени теплопотерь через отдельные ограждения.
В период резкого похолодания, как показывают расчеты и наблюдения, теплопотери через окна составляют до 80% от общих потерь. Основываясь на этих данных, можно также считать, что наибольшие потери тепла помещением Qпом совпадают во времени с наибольшими теплопотерями через окна. Окна практически не обладают тепловой инерцией, поэтому момент времени и величина наибольших теплопотерь через них практически совпадают во времени и по величине с минимальной наружной температурой. Величину Qпом в связи с этим удобно определить в виде:
Qпом = Qок + Qi
где Qок — наибольшие теплопотери через окна (безынерционные ограждения), определяемые по формуле (99) при tн = tно— аtн ; Qi — сумма теплопотерь через прочие теплопередающие ограждения помещения в момент наибольших теплопотерь через окна. Величина Qi для теплоустойчивого ограждения равна:
Qi = Qiо + ∆Qi
Где Qiо — теплопотери в начале периода резкого похолодания при tн = tно по формуле (99); ∆Q— дополнительные теплопотери, соответствующие наружной температуре в момент наибольших теплопотерь через окна.
При определении установочной тепловой мощности системы отопления по СНиПу теплопотери через отдельные ограждения расчитывают при tн = t5. Из предыдущего рассмотрения теплового режима ограждения в период резкого похолодания видно, что определенная по рекомендациям норм потеря тепла за счет теплопередачи может заметно отличаться от максимальных (для принятого Коб) значений.
Необходимое количество тепла на нагрев инфильтрующегося в помещение наружного воздуха определяется по формуле:
Qи = Lи c ρн (tв–tн)A
где Lи — часовой объем инфильтрующегося наружного воздуха; с — массовая теплоемкость воздуха; ρн — плотность наружного воздуха; А — коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока (экономайзерный эффект).
В случае отсутствия компенсации вытяжного воздуха подогретым приточным воздухом часовой расход инфильтрующегося наружного воздуха определяется нормируемым по санитарно-гигиеническим условиям воздухообменом.
Для наиболее точного расчета величины Qи количество инфильтрующегося воздуха Lи необходимо рассчитывать с учетом фактического воздухообмена в здании.
Внутренние теплопоступления складываются из поступлений тепла от электропотребляющих источников, приборов для приготовления пищи, системы горячего водоснабжения, людей. Существующими нормами (применительно к жилым зданиям) теплопоступления оцениваются величиной порядка 20,9 В (18 ккал/ч) на 1 м2 площади помещения. Однако, в расчете отопительной нагрузки следует учитывать, что часть этого тепла расходуется на некоторый догрев воздуха помещения от допустимой (расчетной для системы отопления) температуры до оптимальной, а также на неизбежный перегрев уходящего вентиляционного воздуха.
В настоящее время при определении расчетной отопительной нагрузки нормы не учитывают теплопоступления за счет солнечной радиации. Однако, на тепловой баланс помещений, а, следовательно, и на режим работы отопления они оказывают существенное влияние, что особенно важно при определении текущей отопительной нагрузки, выборе схем и режима регулирования системы отопления.
Точный учет возможных теплопоступлений в помещения является дополнительным резервом для уменьшения тепловой нагрузки системы отопления и экономии тепла. Способы определения расчетных теплопотерь и соответствующие расчетные приемы подробно рассматриваются в курсе «Отопление».
Обогрев помещения
Отопительный прибор передает тепло от теплоносителя системы отопления обогреваемому помещению. Его конструкция, способ установки и присоединения к системе отопления должны всесторонне оцениваться по теплотехническим, экономическим, техническим и эстетическим показателям. Для этого определяют количество затрачиваемого на обогрев помещения тепла, оптимальные формы прибора, доли отдаваемого им конвективного и лучистого тепла и оценивают степень оптимальности микроклимата, создаваемого нагревательным прибором.
Использование прибора той или иной конструкции и его установка в различных местах помещения не должны приводить к заметному перерасходу тепла. Показателем, оценивающим эти свойства, является отопительный эффект прибора. Он показывает отношение количества отдаваемого прибором тепла для создания в помещении заданных тепловых условий к расчетным потерям тепла.
Считается, что наилучшим отопительным эффектом обладают панельно-лучистые приборы, установленные в верхней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. У таких приборов отопительный эффект равен 0,9—0,95, т. е. теплоотдача потолочных панелей-излучателей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помещения, без ухудшения комфортности внутренних условий. У нагретой поверхности пола отопительный эффект равен ~ 1,0.
Наиболее распространенные приборы-радиаторы обычно устанавливают в нишах или около поверхности наружной стены. Поверхность за радиатором перегревается, и тепло бесполезно теряется через эту часть наружной стены Отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04—1,06. Лучше радиатора оказываются конвекторы, располагаемые вдоль наружной стены Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора равен 1,03. Подоконная панель, встроенная в конструкцию наружной стены, имеет заметные бесполезные потери тепла и ее отопительный эффект равен 1,1.
Комфортность тепловой обстановки в помещении зависит не только от количества поступающего тепла, но и от места установки нагревательного прибора в помещении, а также его геометрии. Нагревательные приборы, компенсируя теплопотери, должны также выполнять роль локализаторов источников холода в помещении. Поэтому, нагретая поверхность прибора и струя теплого воздуха над ним должны предупредить радиационное переохлаждение и попадание холодных токов воздуха в обслуживаемую зону помещения.
Идеальным в этом отношении является решение, когда все наружные ограждения равномерно обогреваются и в помещении отсутствуют охлажденные поверхности.
Хорошие тепловые условия в помещении создают приборы, расположенные под окнами вдоль наружной стены. В этом случае обслуживаемая зона и особенно область у пола помещения, которая особенно подвержена переохлаждению ниспадающими токами воздуха, защищается в тепловом отношении наиболее эффективно
В детских яслях и садах желательно устраивать обогреваемый пол или применять плинтусные приборы, равномерно обогревающие по периметру всю нижнюю зону помещения. Специальные теплые дорожки делаются в помещении бассейнов Обогрев пола желателен в вестибюлях и переходах. В промышленных цехах необходим специальный подогрев холодных перекрытий и фонарей, который должен предупредить образование «падающих» в рабочую зону токов холодного воздуха. В верхней зоне помещения располагают приборы-излучатели, которые подвешивают в виде лент на некотором расстоянии от потолка. Излучением тепла они равномерно обогревают рабочую зону. Конвективная составляющая их теплоотдачи нагревает воздух и компенсирует теплопотери перекрытия, предупреждая образование холодных токов воздуха.
В помещениях небольшой глубины, когда расстояние от наружных стен до противоположной внутренней стены невелико, приборы можно располагать у внутренних стен. Система отопления в этом случае оказывается компактной.
Оценка эффективности обогрева помещения при различных нагревательных приборах может быть приближенно дана по распределению температуры по высоте помещения. Образование тепловой подушки у потолка и перегрев верхней зоны помещения увеличивают потери тепла. Наилучшим является обогрев при равномерном распределении температуры по высоте.
Лекция 3
Отопительные приборы. Выбор и размещение отопительных приборов. Теплопередача приборов. Коэффициент теплопередачи отопительного прибора. Тепловой расчет отопительных приборов. Расчет площади нагревательной поверхности отопительных приборов. – 1 час.
Требования, предъявляемые к отопительным приборам
Отопительные приборы — один из основных элементов систем отопления — предназначены для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.
Расход теплоты на отопление каждого помещения определяется по тепловому балансу для поддержания в нем необходимой температуры при расчетных зимних условиях. В этих условиях, т. е. при температуре наружного воздуха, расчетной для системы отопления здания, расход теплоты на отопление или теплопотребность помещения Qn должна компенсироваться теплоотдачей отопительного прибора Qnp и нагретых труб Qтр
Qп= Qпp + Qтр
Эта суммарная теплоотдача в помещение, необходимая для поддержания заданной температуры, в системе отопления называется тепловой нагрузкой отопительного прибора.
В тепловую нагрузку Qп не входят дополнительные теплопотери Qдoп, обусловленные прогреванием ограждающей конструкции в месте установки отопительного прибора, как заранее неизвестные (они зависят от типоразмера прибора).
Следовательно, от теплоносителя в помещение должен передаваться тепловой поток Qт,превышающий расчетную теплопотребность Qп на величину дополнительных теплопотерь Qдоп:
Qт= Qп + Qдоп
Дополнительные теплопотери Qдоп принято выражать в долях основных теплопотерь.
Каждый отопительный прибор должен иметь определенную площадь нагревательной поверхности Апр, м2, рассчитываемую (см. ниже) в соответствии с требуемой теплоотдачей прибора. Для обеспечения необходимой теплоотдачи в прибор должно поступать также определенное количество теплоносителя в единицу времени G, кг/с (кг/ч), называемое расходом теплоносителя.
К отопительным приборам как к оборудованию, устанавливаемому непосредственно в обогреваемых помещениях, предъявляются требования, дополняющие и уточняющие требования к системе отопления:
1 — санитарно-гигиенические — относительно пониженная температура поверхности; ограничение площади горизонтальной поверхности приборов для уменьшения отложения пыли; доступность и удобство очистки от пыли поверхности приборов и пространства вокруг них;
2 — экономические— относительно пониженная стоимость прибора; экономный расход металла на прибор, обеспечивающий повышение теплового напряжения металла.
3— архитектурно-строительные — соответствие внешнего вида приборов интерьеру помещений, сокращение площади помещений, занимаемой приборами. Приборы должны быть достаточно компактными, т. е. их строительные глубина и длина, приходящиеся на единицу теплового потока, должны быть наименьшими;
4— производственно-монтажные — механизация изготовления и монтажа приборов для повышения производительности труда; достаточная механическая прочность приборов;
5— эксплуатационные — управляемость теплоотдачи приборов, зависящая от их тепловой инерции; температуроустойчивость и водонепроницаемость стенок при предельно допустимом в рабочих условиях (рабочем) гидростатическом давлении внутри приборов.
Дата добавления: 2016-04-06; просмотров: 1421;