Основные виды систем отопления 2 страница

К отопительным приборам предъявляется также в важ­ное для них теплотехническое требование передачи от теплоносителя в помещения через единицу площади наи­большего теплового потока при прочих равных условиях (расход и температура теплоносителя, температура возду­ха, место установки и т. д.).

Всем перечисленным требованиям одновременно удов­летворить невозможно и этим объясняется рыночное разно­образие типов отопительных приборов. При этом каждый их тип в наибольшей степени отвечает какой-либо группе требований, уступая другому в отношении прочих требо­ваний. Например, отопительные приборы для лечебных учреждений соответствуют повышенным санитарно-гигие­ническим требованиям за счет ухудшения других показа­телей.

Классификация отопительных приборов

Все отопительные приборы по преобладающему способу теплоотдачи делятся на три группы.

— радиационные приборы, передающие излучением не
менее 50% общего теплового потока; к первой группе отно­сятся потолочные отопительные панели и излучатели;

— конвективно-радиационные приборы, передающие конвекцией от 50 до 75% общего теплового потока; вторая группа включает радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, напольные отопительные панели;

— конвективные приборы, передающие конвекцией не менее 75% общего теплового потока; к третьей группе принадлежат конвекторы и ребристые трубы.

Вэти три группы входят отопительные приборы пяти основных видов: радиаторы секционные и панель­ные, гладкотрубные приборы (эти три вида приборов имеют гладкую внешнюю поверхность), конвекторы, ребристые трубы (имеют ребристую поверхность). К приборам с реб­ристой внешней поверхностью относятся также калорифе­ры, применяемые для нагревания воздуха в системах воз­душного отопления и вентиляции.

По используемому материалу различают металлические, комбинированные и неметаллические отопительные прибо­ры. Металлические приборы выполняют в основном из серого чугуна и стали (листовой стали и стальных труб). Применяют также медные трубы, листовой и литой алюми­ний и другой металл.

В комбинированных приборах используют теплопро­водный материал (бетон, керамику), в который заделывают стальные или чугунные греющие элементы (панельные ра­диаторы); оребренные металлические трубы помещают в неметаллический (например, асбестоцементный) кожух (конвекторы).

К неметаллическим приборам относят бетонные панель­ные радиаторы, потолочные и напольные панели с заделан­ными пластмассовыми греющими трубами или с пустотами вообще без труб, а также керамические, пластмассовые и тому подобные радиаторы.

По высоте вертикальные отопительные приборы подраз­деляют на высокие (высотой более 650 мм), средние (более 400 до 650 мм) и низкие (более 200 до 400 мм). Приборы вы­сотой 200 мм и менее называют плинтусными.

По глубине в установке (с учетом расстояния от прибора до стены) имеются приборы малой глубины (до 120 мм), средней глубины (более 120 до 200 мм) и большой глубины (более 200 мм).

По величине тепловой инерции можно выделить приборы малой и большой инерции. К приборам малой тепловой инер­ции относят приборы, имеющие небольшую массу материала и вмещаемой воды. Такие приборы с греющими трубами малого диаметра (например, конвекторы) быстро изменяют теплоотдачу при регулировании количества подаваемого теплоносителя. Приборами, обладающими большой тепло­вой инерцией, считают массивные приборы, вмещающие значительное количество воды (например, бетонные или чу­гунные радиаторы). Такие приборы теплоотдачу изменяют сравнительно медленно.

Описание отопительных приборов

Радиатором принято называть конвективно-радиацион­ный отопительный прибор, состоящий либо из отдельных колончатых элементов — секций с каналами круглой или эллипсообразной формы, либо из плоских блоков с каналами колончатой или змеевиковой формы. Секциирадиаторов отливаются из серого чугуна (тол­щина стенки около 4 мм) и могут компоноваться в приборы различной площади путем соединения на резьбовых нип­пелях с прокладками из термостойкой резины или паронита. Несколько секций в сборе называют чугунным сек­ционным радиатором. Наиболее распространены двухколончатые радиаторы средней высоты (монтажная высота h_м=500 мм), хотя имеются радиаторы одно - и много­колончатые, высокие (h_м=1000 мм) и низкие (h_м=300 мм). Секции изготовляют различной строительной глубины; в настоящее время приняты b=90 и 140 мм, и марка радиатора обозначается М-90 или М-140. Длина одной секции бывает 98 и 108 мм, что указывается в обозначении марки (например, МС-90-108 и МС-140-108).

Чугунные секционные радиаторы отличаются значитель­ной тепловой мощностью на единицу длины прибора (ком­пактностью) и стойкостью против коррозии (долговечно­стью). Однако серьезные недостатки вызывают замену этих приборов другими. Чугунные радиаторы металлоемки, производство их тру­доемко, монтаж затруднителен, очистка от пыли неудобна, внешний вид непривлекателен.

Плоские блокирадиаторов свариваются из двух штампо­ванных стальных листов (толщина листа 1,4—1,5 мм), образуя приборы малой глубины (18—21 мм) и различной длины, называемые стальными панельными радиаторами. Панельные радиаторы с плоскими вертикальными каналами колончатой формы сокращенно именуются РСВ (радиаторы стальные вертикальные), с горизонталь­ными последовательно соединенными каналами (змеевико­вой формы) — РСГ-1и РСГ-2 . Радиаторы РСГ-2 бывают двухходовыми и четырехходовыми. Стальные панельные радиаторы отличаются от чугун­ных меньшей массой, увеличенной излучательной способностью (35—40% вместо 30% общего теплового потока). Они соответствуют интерьеру помещений в полносборных зданиях, легко очи­щаются от пыли, их монтаж облегчен, производство механи­зировано. На одних и тех же производственных площадях возможен значительно больший выпуск стальных радиато­ров вместо чугунных.

Распространение стальных радиаторов ограничивается необходимостью применения коррозионностойкой холод­нокатаной листовой стали. При изготовлении из обычной листовой стали срок службы радиаторов сильно сокраща­ется из-за интенсивной внутренней коррозии. Область их применения ограничена системами со специально обрабо­танной (деаэрированной) водой. Их не разрешается также применять в помещениях с агрессивной воздушной сре­дой.

Стальные панельные радиаторы имеют относительно небольшую площадь нагревательной поверхности, из-за чего часто приходится прибегать к установке их в два ряда (на расстоянии 40 мм от одной панели до другой). При этом снижается теплоотдача (примерно на 15%) и затрудняется очистка межпанельного пространства от пыли.

Плоские блоки радиаторов делают также из тяжелого бетона (бетонные отопительные панели), применяя нагре­вательные элементы змеевиковойили реги­стровой формы из металлических и неметал­лических труб. Бетонные панели располагают в наружных ограждающих конструкциях помещений (совмещенные па­нели) или приставляют к ним (приставные панели).

Бетонные панели, особенно совмещенного типа, отве­чают строгим санитарно-гигиеническим, архитектурно-стро­ительным требованиям, отличаются высоким тепловым на­пряжением металла. К недостаткам совмещенных панелей относятся трудность ремонта, большая тепловая инерция, усложняющая регулирование теплоотдачи, увеличение теплопотерь через дополнительно прогреваемые наружные конструкции зданий.

Гладкотрубными называют конвективно-радиационный отопительный прибор, состоящий из нескольких соединен­ных вместе стальных труб, образующих каналы для теп­лоносителя змеевиковой или регистровой формы. В регистре при параллельном соеди­нении горизонтальных труб поток теплоносителя делится с уменьшением скорости его движения. В змеевике трубы соединены последовательно, и скорость движения теплоно­сителя не изменяется по всей длине прибора. Отопительные приборы сваривают из труб D_y=32— 100 мм, располагаемых одна от другой на расстоянии, на 50 мм превышающем их наружный диаметр, для увеличе­ния теплоотдачи излучением.

Гладкотрубные приборы характеризуются высокими значениями коэффициента теплопередачи, их пылесобирающая поверхность невелика и легко очищается от пыли.

Вместе с тем эти толстостенные стальные приборы тя­желы и громоздки, занимают много места, их внешний вид не соответствует современным требованиям, предъявляемым к интерьеру помещений. Их применяют в редких случаях, когда не могут быть использованы отопительные приборы других видов (например, для обогревания световых фона­рей, при значительном выделении пыли в помещении).

Конвектор состоит из двух элементов — трубчато-ребристого нагревателя и кожуха. Кожух декори­рует нагреватель и способствует повышению теплопередачи благодаря увеличению подвижности воздуха у поверхности нагревателя. Конвектор с кожухом передает в помещение конвекцией 90—95% общего теплового потока. Прибор, в котором функции кожуха выполняет оребрение нагревателя, называют конвектором без кожуха.Нагреватель выполняют из стали, чугуна, алюминия и других металлов, кожух — из листовых материалов (стали, асбестоцемента и др.). На рисунке показаны нагреватели со стальными трубами (обычно D_y 20 мм).

Конвекторы обладают сравнительно низкими тепло­техническими показателями, особенно при использовании в двухтрубных системах отопления Конвекторы — приборы малой тепловой инерции.

Ребристой трубой называют конвективный прибор, представляющий собой фланцевую чугунную трубу, наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими ребрами.

Площадь внешней поверхности ребристой трубы во много раз больше, чем площадь поверхности гладкой трубы таких же диаметра и длины. Это придает отопительному прибору компактность. Кроме того, пониженная темпера­тура поверхности ребер при использовании высокотемпера­турного теплоносителя, сравнительная простота изготов­ления и невысокая стоимость способствуют применению этого малоэффективного в теплотехническом отношении и многометалльного прибора. К не­достаткам ребристых труб относятся также неэстетичный внешний вид, малая механическая прочность ребер и труд­ность очистки от пыли.

Калорифер — компактный прибор значительной пло­щади (от 10 до 140 м2), образованной несколькими рядами оребренных труб. Трубы заключены в кожух с отверстиями для входа и выхода нагреваемого воздуха. В отличие от других отопительных приборов калорифер предназначен в первую очередь для теплопередачи при вынужденной конвекции воздуха, создаваемой вентилятором

Выбор и размещение отопительных приборов

При выборе вида и типа отопительного прибора учиты­вают ряд факторов: назначение, архитектурно-технологи­ческую планировку и особенности теплового режима поме­щения, место и продолжительность пребывания людей, вид системы отопления, технико-экономические и санитарно-гигиенические показатели прибора. Прежде всего, исходят из основной области применения, а также из соответствия санитарно-гигиенических показателей предъ­являемым требованиям.

В отдельных случаях отопительный прибор выбирается на основании специального технико-экономического сопо­ставления нескольких видов; иногда выбор обусловлен наличием прибора определенного типа.

При повышенных санитарно-гигиенических, а также противопожарных и противовзрывных требованиях, предъя­вляемых к помещению, выбирают приборы с гладкой по­верхностью. Как уже известно, это радиаторы и гладкотрубные приборы. Бетонные панельные радиаторы в этом случае, особенно совмещенные со строительными конструк­циями, наилучшим образом способствуют содержанию помещения в чистоте. Стальные панельные радиаторы и гладкотрубные приборы могут быть рекомендованы при менее строгом отношении к гигиене и внешнему виду поме­щения. Чугунные радиаторы допускаются лишь с секциями простой формы (например, типа МС — с гладкими ко­лонками).

При обычных санитарно-гигиенических требованиях, предъявляемых к помещению, можно использовать при­боры с гладкой и ребристой поверхностью. В гражданских зданиях чаще применяют радиаторы и конвекторы, в про­изводственных — радиаторы и ребристые трубы (несколько труб друг над другом) как более компактные приборы, обеспечивающие повышенную теплоотдачу на единицу их длины.

В помещениях, предназначенных для кратковременного пребывания людей (менее 2 ч), можно использовать приборы любого типа, отдавая предпочтение приборам с высокими технико-экономическими показателями.

Благоприятным с точки зрения создания теплового комфорта для людей является обогревание помещения через пол. Теплый пол, равномерно нагретый до темпера­туры, допустимой по санитарно-гигиеническим требованиям (например, в жилой комнате до 26 °С), обеспечивает ровную температуру и слабую циркуляцию воздуха, устраняет перегревание верхней зоны в помещении.

Размещение вертикального отопительного прибора в помещении возможно как у наружной, так и у внутренней стены. На первый взгляд целесообразна установ­ка прибора у внутренней стены помещения — сокращается длина труб, подающих и отводящих теплоноси­тель от прибора (требуется один стояк на два прибора). Кроме того, увеличивается теплопередача такого прибора-радиатора в помещение (примерно на 7% в равных темпе­ратурных условиях) вследствие интенсификации внешнего теплообмена и устранения дополнительной теплопотери через наружную стену. Все же подобное размещение при­бора допустимо лишь в южных районах с короткой и теп­лой зимой, так как оно сопровождается неблагоприятным для здоровья людей движением воздуха с пониженной тем­пературой у пола помещений.

В средней полосе и северных районах целесообразно устанавливать отопительный прибор вдоль наружной стены помещения и особенно под окном.При таком размещении прибора возрастает температура внутренней поверхности в нижней части наружной стены и окна, что повышает тепловой комфорт помещения, уменьшая радиа­ционное охлаждение людей. Поток теплого воздуха при расположении прибора под окном препятствует образова­нию ниспадающего потока холодного воздуха, если нет подоконника, перекрывающего прибори дви­жению воздуха с пониженной температурой у пола помеще­ния. Длина прибора для этого должна быть не менее трех четвертей ширины оконного проема.

Вертикальный отопительный прибор следует размещать, возможно ближе к полу помещения (но не ближе 60 мм от пола для удобства очистки подприборного пространства от пыли).

При значительном подъеме прибора над полом в поме­щении создается охлажденная зона, так как циркуляцион­ные потоки нагреваемого воздуха, замыкаясь на уровне установки прибора, не захватывают и не прогревают в этом случае нижнюю часть помещения.

Чем ниже и длиннее сам по себе отопительный прибор, тем ровнее температура помещения и лучше прогревается его рабочая зона. Примером такого отопительного прибора, улучшающего тепловой режим рабочей зоны помещения, может служить низкий конвектор без кожуха, который из-за малой теплоотдачи на единицу длины размещается фактически по всей длине наружной стены.

Высокий и относительно короткий отопительный при­бор вызывает активный подъем струи теплого воздуха, что приводит к перегреванию верхней зоны помещения и опусканию охлажденного воздуха по обеим сторонам та­кого прибора в рабочую зону.

Способность вертикального отопительного прибора вы­зывать активный восходящий поток теплого воздуха можно использовать для отопления помещений увеличенной вы­соты. Обычно в помещении высотой более 6 м, особенно со световыми проемами наверху, часть отопительных приборов (от 1/4 до 1/3 общей площади) размещают в верхней зоне. Однако при использовании высоких отопительных прибо­ров, например, конвекторов типа КВ-20 или рециркуляционных воздухонагревателей, иногда достаточ­на установка их только в рабочей зоне помещения.

Правило установки отопительного прибора под окном может не соблюдаться в помещении, периодически посе­щаемом людьми на короткое время, или если рабочие места людей в нем удалены от наружного ограждения. Это откло­нение от правила может допускаться, например, в произ­водственном помещении с широким (более 2 м) проходом у окон, в вестибюле и лестничной клетке гражданского зда­ния, складе и тому подобных помещениях. Указанное правило вообще теряет смысл при дежурном отоплении поме­щения в отсутствии людей.

Особое размещение отопительных приборов требуется в лестничных клетках — вертикальных шахтах снизу до­верху здания. Естественное движение воздуха в лестничных клетках в зимний период, усиливающееся с увеличением высоты, способствует теплопереносу в верхнюю их часть и вместе с тем вызывает переохлаждение нижней части, приле­гающей к открывающимся наружным дверям. Частота от­крывания наружных дверей и, следовательно, охлаждение прилегающей части лестницы косвенно связаны с размера­ми здания, и в многоэтажном здании в большинстве случаев выше, чем в малоэтажном. Очевидно, при равномерном раз­мещении отопительных приборов по высоте будет происхо­дить перегревание средней и верхней частей лестничной клетки и переохлаждение нижней части. Таким образом, в лестничных клетках целесообразно располагать отопительные приборы в нижней их части, рядом с входными дверями.

Установка отопительного прибора во входном тамбуре с наружной дверью нежелательна во избежание замерзания воды в нем или в отводной трубе в том случае, если наруж­ная дверь длительное время остается открытой.

Все отопительные приборы располагают так, чтобы были обеспечены их осмотр, очистка и ремонт. Вместе с тем вертикальные металлические приборы редко устанавли­вают открыто у глухой стены (положение, принятое при лабораторных испытаниях образцов новых приборов). Их размещают под подоконниками, в стенных нишах, специаль­но ограждают или декорируют. Если по технологическим, противопожарным или эстетическим требованиям огражде­ние или декорирование прибора необходимо, то теплоотдача укрытых приборов по возможности не должна уменьшаться (или уменьшаться не более чем на 10%). Поэтому конст­рукция укрытия прибора, вызывающая сокращение теплоот­дачи излучением, должна способствовать увеличению кон­вективной теплоотдачи.

Лекция 4

Тепловой расчет отопительных приборов. Расчет площади нагревательной поверхности отопительных приборов. Регулирование теплопередачи отопительных приборов. Пуско-наладочное и эксплуатационное регулирование систем отопления. – 1 час.

Основные принципы теплотехнического расчета отопительных приборов.

После выбора вида нагревательных приборов, определения мест их установки и способа присоединения к трубопроводам системы отопления выполняют теплотехнический расчет отопительных приборов.

Теплотехнический расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого прибора, обеспечивающий необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение.

Для поддержания в отапливаемом помещении нужной температуры надо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, равнялось теплопотерям помещения.

Т.е. тепловая мощность прибора (его расчетная теплоотдача) определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении.

где, - теплопотребность помещения, т.е. теплопотери, Вт;

- поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи трубопроводы полезную для поддержания заданной температуры воздуха в
помещении;

- при открытой прокладке трубопровода =0,9

- при скрытой прокладке трубопровода = 0,5

- теплоотдача трубопроводов, Вт

определяют по формуле:

где, - теплоотдача 1 м горизонтально и вертикально проложенных труб, Вт/м;

- длина вертикальных и горизонтальных трубопроводов, проложенных в пределах помещения, м.

Теплоотдача (тепловая мощность прибора) пропорциональна его площади нагревательной поверхности, т.е.

Отсюда, площадь нагревательной поверхности прибора, м²

где, - поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м².

Для теплоносителя пар:

Для теплоносителя вода:

где, - коэффициент теплопередачи прибора, зависит от вида теплоносителя и разности температур определяется экспериментальным путем и для
каждого вида прибора имеет свое значение.

- температурный напор, 0С

- коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи в зависимости от принятого способа установки прибора (у стены в нише, , под подоконником , у стены с экраном и т.д.)

- коэффициент, учитывающий снижение температуры воды относительно расчетного значения вследствие остывания в трубопроводах.

Поверхность нагрева прибора удобнее вычислять в ЭКМ по формуле:

для водяной системы

, экм

где, - теплоотдача 1 экм прибора, принимается по таблице, в зависимости от , Вт/экм

или рассчитывается по формуле:

Вт/экм

для паровых систем

экм

, напр. коэффициент

- коэффициент, зависящий от схемы подачи воды в приборы.

Температурный напор рассчитывается:

в двухтрубных системах отопления:

т.к. температурный перепад в каждом приборе в двухтрубных системах отопления одинаков и равен:

где, - температура воздуха в помещении

- температура на входе в прибор

- температура на выходе из прибора

в однотрубных системах отопления:

ведется расчет при const перепаде в стояках и при варианте, когда учитываются теплопотери трубопровода по длине.

⁰С

где, - коэффициент затекания.

и определяется по формуле:

где, - суммарная теплоотдача нагревательных приборов до расч.

- количество воды, проходящее через стояк.

; и т.д.

Количество секций в приборе рассчитывается:

, шт.

, кг/г

где, - тепловая нагрузка стояка.

Коэффициент теплопередачи отопительного прибора

Передача тепла от теплоносителя — воды или пара — в помещение происходит через стенку отопительного прибора. Интенсивность теплового потока характеризуется коэффициентом теплопередач. Величина коэффициента теплопередачи выражается плотностью теплового потока на внешней поверхности стенки, отнесенного к разности температуры теплоносителя и воздуха, разделенных стенкой. Термин «плотность» в данном случае применен к количеству тепла, переносимого в единицу времени через единицу площади внешней поверхности отопительного прибора.

Коэффициент теплопередачи отопительного прибора численно равен величине, обратной общему сопротивлению Rпp тепловому потоку от теплоносителя через стенку прибора в помещение

Процесс переноса тепла от теплоносителя в помещение осуществляется: от теплоносителя к стенке прибора — конвекцией и теплопроводностью, через стенку — только теплопроводностью, а от стенки в помещение — конвекцией, радиацией и теплопроводностью. В сложном случае передачи тепла основным явлением, как будет выяснено ниже, преимущественно является конвекция.

Известно также, что коэффициент конвективного теплопереноса в слое воздуха значительно меньше такового в слое воды или пара и поэтому сопротивление внешнему теплообмену у стенки отопительного прибора сравнительно велико. Следовательно, для увеличения теплового потока необходимо развивать площадь внешней поверхности отопительного прибора. В отопительных приборах это выполняется путем создания специальных выступов, приливов и оребрения.

Рассмотрим слагаемые выражения применительно к отопительному прибору с несколько развитой площадью внешней поверхности Fnp по сравнению с площадью внутренней поверхности Fв.

Сопротивление теплообмену у внутренней поверхности, отнесенное к площади внешней поверхности прибора.

Коэффициент теплообмена у внутренней поверхности прибора αв изменяется в широких пределах в зависимости от вида теплоносителя: наибольших значений он достигает при паре; при воде его величина порядка сотен и десятков Вт/(м2-К) определяется в основном скоростью движения и температурой воды.

В емких чугунных и стальных радиаторах передача тепла через пограничный слой часто происходит при незначительной скорости движения воды — около 0,001 м/с.

Коэффициент теплообмена в пограничном слое воды у внутренней поверхности стенки радиатора при этом определяется по уравнению подобия