Студопедия — Ухтинский государственный технический университет, 2008
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Ухтинский государственный технический университет, 2008






169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13

Отдел оперативной полиграфии УГТУ.

169300, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1 Назначение и классификация систем отопления 4

2 Рекомендации по выбору систем отопления 7

3 системЫ водяного отопления 10

4 Системы парового отопления 12

5 Системы воздушного отопления 16

6 РАСЧЕТ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ 19

6.1 Расчет водяного (парового) отопления 19

6.2 Расчет воздушного отопления 24

Задание для выполнения практической работы 29

Приложение 31

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …..39

 


1 Назначение и классификация систем отопления

 

В производственных сооружениях, зданиях и помещениях любого назначения с постоянным или длительным (более 2 часов) пребыванием людей, в помещениях во время проведения основных и ремонтно-восстановительных работ, а также в помещениях, в которых постоянная температура необходима по технологическим условиям, следует предусматривать соответствующую систему отопления для поддержания требуемых температур внутреннего воздуха в холодный период года. Проектируемые системы отопления должны удовлетворять требованиям надежности, пожаро-и взрывобезопасности и энергоэффективности [3].

При выборе системы отопления, видов и параметров теплоносителя, а также типов нагревательных приборов необходимо учитывать тепловую инерцию ограждающих конструкций, а также характер и назначение зданий и сооружений (СНиП 2.04.05-91*) [4].

Системы отопления являются неотъемлемой частью здания, поэтому они должны удовлетворять санитарно-гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным и монтажно-эксплуатационным требованиям.

Санитарно-гигиенические требования предусматривают обеспечение заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях, а также поддержание температуры поверхности отопительных приборов, исключающей возможность ожогов и пригорания пыли.

Технико-экономические требования заключаются в том, чтобы расходы на сооружение и эксплуатацию отопительной системы были минимальны.

Архитектурно-строительные требования предусматривают взаимную увязку всех элементов отопительной системы (отопительных приборов, трубопроводов и другого оборудования) со строительными архитектурно-планировачными решениями помещений, обеспечение сохранности строительных конструкций на протяжении всего срока эксплуатации здания [3].

Монтажно-эксплуатационные требования к системам отопления заключается в том, что системы отопления должны соответствовать современному уровню механизации и индустриализации заготовительных и монтажных работ, обеспечивать надежность работы в течение всего срока их эксплуатации, быть достаточно простыми в обслуживании.

Системы отопления включают в себя три основных элемента: источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.

Системы отопления классифицируют по виду используемого теплоносителя, способу перемещения теплоносителя и месту расположения источника теплоты (таблица 1).

 

Таблица 1 – Классификация систем отопления

По виду теплоносителя По способу перемещения теплоносителя По месту расположения источника теплоты Примечание
Водяные С принудительным побуждением Центральные местные Двух-и однотрубные
С естественным побуждением Местные
Паровые Низкого давления - С самотечным возвратом конденсата
Высокого давления - С конденсатным баком и насосом
Воздушные Совместные с вентиляцией - Прямоточные
Рециркуляционные - -
Печные (огневоздушные) С естественным побуждением Местные печи умеренного прогрева, повышенного прогрева, непрерывного горения, отопительно-варочные Топливо – торф, дрова
Нетеплоемкие и тепломкие Топливо – уголь, газ
Радиационные С естественным побуждением Местные лучистые отопители Топливо – газ
Электрические С промежуточным теплоносителем (вода, специальная жидкость, воздух) Местные -
С непрерывным обогревом помещения Местные -

Наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении системы водяного и парового отопления, в которых в качестве теплоносителя используют соответственно горячую воду и водяной пар. Однако и эти системы применяют с ограничениями. Их установка не допускается в помещениях, в которых хранятся или применяются карбид кальция, калий, натрий, литий и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных веществ, а также в помещениях, в которых возможно выделение в воздух или осаждение на поверхности строительных конструкций и оборудования веществ, способных к самовоспламенению при соприкосновении с горячими поверхностями нагревательных приборов и трубопроводов (например, паров сероуглерода). Во всех случаях поверхности нагревательных приборов не должны иметь температуру выше 150 оС. При наличии в помещениях невзрывоопасной, органической, возгоняемой или неядовитой пыли эта температура не должна превышать 110°С. Известно, что уже при температуре 80 °С могут происходить возгонка, разложение и пригорание органической пыли, сопровождаемое неприятным запахом гари. Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для систематической очистки. Нагретые поверхности отопительных приборов представляют опасность при наличии в пыли органических веществ, например целлулоида, диэтилового эфира и других легковоспламеняющихся и разделяющихся веществ.

Наиболее безопасным является воздушное отопление, при котором нагревание воздуха производится в калориферах. В таких системах в качестве теплоносителя обычно используют горячую воду или пар. Однако в отдельных случаях для подогрева воздуха допускается применение газа (в зданиях I и II степеней огнестойкости с производственными помещениями категорий Г и Д при условии удаления продуктов горения непосредственно наружу) и электрической энергии [3].

 


2 Рекомендации по выбору систем отопления

 

При проектировании системы отопления зданий необходимо принимать решения, обеспечивающие равномерное нагревание воздуха помещений, гидравлическую и тепловую устойчивость системы, ее взрывопожарную безопасность и доступность для очистки и ремонта.

При расчетном расходе теплоты зданием 50 кВт и более систему теплоснабжения следует проектировать с автоматическим регулированием теплового потока.

В производственных помещениях, в которых на одного работающего приходится более 50 м2 пола, отопление должно обеспечивать расчетную температуру воздуха на постоянных рабочих местах и более низкую температуру (не ниже 10 °С) на непостоянных рабочих местах.

В районах с расчетной температурой наружного воздуха в теплый период года 25 оС и выше можно использовать системы отопления зданий для охлаждения помещений. При этом не допускается переохлаждать воздух у пола помещений (на расстоянии 1 м от прибора) более чем на 2 °С от нормируемой температуры.

На поверхности приборов, используемых для охлаждения помещений, температура должна быть не менее чем на 1 оС выше точки росы воздуха помещения.

Системы поквартирного отопления в зданиях нужно проектировать двухтрубными, предусматривая при этом установку приборов регулирования, контроля и учета расхода теплоты для каждой квартиры.

Среднюю температуру поверхности строительных конструкций со встроенными нагревательными элементами следует принимать, оС, не выше:

Для наружных стен от уровня пола:

до 1 м....................................... 95

2,5 м и выше............................ как для потолков

Для полов помещений с постоянным

пребыванием людей................ 26

Для потолков при высоте помещения:

от 2,5 до 2,8 м......................... 28

от 2,8 до 3 м................................................ 30

от 3 до 3,5 м................................................ 33

Если в помещении находятся самовоспламеняющиеся вещества, то температуру теплоносителя нужно принимать не менее чем на 20 % ниже температуры их самовоспламенения.

Отопительные приборы газового отопления допускается применять при условии закрытого удаления продуктов сгорания непосредственно от газовых горелок наружу.

Системы отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов следует принимать в соответствии с характером и назначением отдельных зданий, сооружений и помещений. При этом следует учитывать степень пожарной и взрывной опасности сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции, а также выделяющихся в процессе производства паров, газов и пыли. Необходимо определить ПДК этих загрязнений с точки зрения пожарной и взрывной безопасности [3].

Основные рекомендуемые и допускаемые для выбора системы отопления зданий, сооружений и помещений различного назначения, виды теплоносителя и нагревательных приборов указаны в таблице 2.

Таблица – 2 Рекомендации по выбору систем отопления

Здания и помещения Рекомендуемые системы отопления
   
Жилые, общественные и административно-бытовые Водяное с радиаторами при температуре теплоносителя для двухтрубных систем 95 оС, для однотрубных – 105 оС. Водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами. Воздушное. Местное (квартирное) водяное с радиаторами или конвекторами при температуре теплоносителя 95 оС
Производственные категорий:  
А, Б без выделений пыли и аэрозолей Воздушное, водяное или паровое при температуре теплоносителя: воды 150 оС; пара 130 оС
А, Б и В с выделением пыли и аэрозолей Воздушное, водяное или паровое при температуре теплоносителя: 110 оС; в помещениях категорий А и Б; 130 оС в помещениях категории В
Г и Д без выделений пыли и аэрозолей Воздушное. Водяное или паровое с ребристыми трубами, радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя: воды 150 оС; пара 130 оС. Водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами и стояками

 


Продолжение таблицы 2

   
Г и Д с повышенными требованиями к чистоте воздуха Воздушное. Водяное с радиаторами (без ореберения), панелями и гладкими трубами при температуре теплоносителя 150 оС. Водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами
Г и Д с выделением негорючих пылей и аэрозолей Воздушное. Водяное или паровое с радиаторами при температуре теплоносителя: воды 150 оС; пара 130 оС. Водяное со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами
Г и Д с выделением горючих пылей и аэрозолей Воздушное. Водяное или паровое с радиаторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя: воды 130 оС; пара 110 оС. Водяное со встроенными в перекрытия и полы нагревательными элементами
Г и Д со значительными влаговыделениями Воздушное. Водяное или паровое с радиаторами и ребристыми трубами при температуре теплоносителя: воды 150 оС; пара 130 оС

 

При расчете любой системы отопления необходимо предусмотреть возмещение отоплением всех потерь теплоты в помещениях, зданиях и сооружениях [2].


3 системЫ водяного отопления

Для систем отопления и внутреннего теплоснабжения в жилом, гражданском и промышленном строительстве в качестве теплоносителя следует применять, как правило, воду; другие теплоносители допускается использовать при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Для зданий в районах с расчетной температурой наружного воздуха -40 °С и ниже допускается применять воду с добавками, предотвращающими ее замерзание. В качестве добавок не следует использовать взрыво- и пожароопасные вещества. При применении труб из полимерных материалов в качестве добавок в воду не следует использовать поверхностно-активные и другие вещества, к которым материал труб не является химически стойким [3].

Системы водяного отопления классифицируют:

· по способу циркуляции воды – на системы с естественным и принудительным побуждением;

· по схеме отопительных стояков – на системы двухтрубные (рисунок 1) и однотрубные (рисунок 2);

· по способу прокладки магистральных трубопроводов горячей воды – на системы с верхней разводкой (прокладкой) магистралей (рисунок 2, а), и системы с нижней разводкой (рисунок 2, б);

· по конструкции магистральных трубопроводов горячей воды – на тупиковые (рисунок 2, а, б) и с попутным движением (рисунок 2, в);

 

а б

а – с верхней прокладкой горячих магистралей; б –снижней прокладкой

1 –котел; 2 –главный стояк; 3 – расширительный бак; 4 – магистраль горячей воды; 5 – воздухосборник; 6 –воздушная линия; 7 – кран двойной регулировки; 8 – двухтрубный стояк; 9 – отопительный прибор; 10 – магистраль охлажденной воды; 11 – циркуляционный насос; Т1, Т2 – подающий и обратный трубопроводы

Рисунок 1 – Системы водяного отопления с принудительным побуждением

 

а

б в

а – тупиковая с верхней прокладкой горячих магистралей; б –стояк (П-образный) при системе отопления с нижней прокладкой горячих магистралей; в –система с горизонтальными стояками и попутным движением:

1 – котел; 2 – главный стояк; 3 – расширительный бак; 4 – магистраль верхнего разлива; 5 – воздухосборник; 6 – кран двойной регулировки; 7 – отопительный прибор; 8 – стояк со смешанным замыкающим участком; 9 – трехходовой регулирующий кран; 10 – вентиль для отключения стояка; 11 – вентиль для спуска воды; 12 – магистраль охлажденной воды; 13 – вертикальный стояк; 14 – циркуляционный насос; 15 – однотрубный проточный вертикальный стояк; 16 – воздушный кран; 17 – горизонтальный проточно-регулируемый стояк

Рисунок 2 – Однотрубные системы водяного отопления с принудительном побуждением

 


4 Системы парового отопления

 

Если нагревать воду в открытом сосуде при атмосферном давлении, то ее температура будет непрерывно повышаться до тех пор, пока вся масса воды не прогреется и не закипит. В процессе нагревания испарение воды происходит с ее открытой поверхности, при кипении пар из воды образуется на нагреваемой поверхности и частично во всем объеме жидкости. Температура воды остается при этом постоянной (равной в рассматриваемом случае около 100 оС), несмотря на продолжающийся извне подвод теплоты к сосуду. Это явление объясняется тем, что при кипении подводимая теплота расходуется на работу по расщеплению частичек воды и образование из них пара [3].

При нагревании воды в закрытом сосуде ее температура повышается также лишь до тех пор, пока вода не закипит. Выделяющийся из воды пар скапливается в верхней части сосуда над поверхностью уровня воды; его температура равна температуре кипящей воды. Такой пар называют насыщенным.

Если пар из сосуда не отводится, а подвод теплоты к нему (извне) продолжается, то давление во всем объеме сосуда будет увеличиваться. Вместе с увеличением давления станет увеличиваться и температура кипящей воды и образующегося из нее пара. Опытным путем установлено, что каждому давлению соответствуют своя температура насыщенного пара и равная ей температура кипения воды а также свой удельный объем пара.

Так, при атмосферном давлении (0,1 МПа) вода начинает кипеть и превращается в пар при температуре около 100 оС (точнее при 99,1 оС ) при давлении 0,2 МПа– при 120 оС, придавлении 0,5 МПа – при 151,1 оС; при давлении 10 МПа – при 310 оС. Из приведенных примеров видно, что с ростом давления температура кипения воды и равная ей температура насыщенного пара увеличиваются. Удельный объем пара с ростом давления, наоборот, уменьшается.

При давлении 22,5 МПа нагреваемая вода переходит в насыщенный пар мгновенно, поэтому скрытая теплота парообразования при этом давлении равна нулю. Давление пара 22,5 МПа называют критическим.

Если насыщенный пар охлаждать, то он станет конденсироваться, т. е. превратится в воду; при этом он будет отдавать свою теплоту парообразования охлаждающему телу. Указанное явление имеет место в системах парового отопления, в которые насыщенный пар поступает из котельной или паровой магистрали. Здесь он охлаждается воздухом помещения, отдает воздуху свою теплоту, за счет чего последний нагревается, а пар конденсируется.

Состояние насыщенного пара является весьма неустойчивым: даже небольшие изменения давления и температуры приводят к конденсации части пара или же, наоборот, к испарению капелек воды, имеющихся в насыщенном паре. Насыщенный пар, совершенно не содержащий капелек воды, называют сухим насыщенным; насыщенный пар с капельками воды называют влажным.

В качестве теплоносителя в системах парового отопления применяют насыщенный пар, температура которого соответствует определенному давлению.

Системы парового отопления классифицируют по следующим признакам:

· по начальному давлению пара – системы низкого давления (ризб < 0,07 МПа);

· способу возврата конденсата – системы с самотечным возвратом (замкнутые) и с возвратом конденсата с помощью питательного насоса (разомкнутые);

· конструктивной схеме прокладки трубопроводов – системы с верхней, нижней и промежуточной прокладкой распределительного паропровода, а также с прокладкой сухого и мокрого конденсатопровода.

Схема системы парового отопления низкого давления с верхней прокладкой паропровода показана на рисунке 3, а. Насыщенный пар, образующийся в котле 1, пройдя сухопарник (сепаратор) 12, попадает в паропровод 5 и далее поступает в отопительные приборы 7. Здесь пар отдает свою теплоту через стенки приборов воздуху отапливаемого помещения и превращается в конденсат. Последний стекает по возвратному конденсатопроводу 10 в котел 1, преодолевая при этом давление пара в котле за счет давления столба конденсата, который поддерживается высотой 200 мм по отношению к уровню воды в сухопарнике 12.

В верхнюю часть возвратного конденсатопровода 10вмонтирована трубка 4,соединяющая его с атмосферой для продувки в момент ввода и вывода системы из эксплуатации.

Уровень воды в сухопарнике контролируют с помощью водомерного стекла 3. Для предупреждения повышения давления пара в системе выше заданного уровня устанавливают гидравлический затвор 2 с рабочей высотой жидкости, равной h.

Регулировку системы парового отопления производят паровыми вентилями 6 и контрольными тройниками 8 с пробками, добиваясь, чтобы при работе парового котла в расчетном режиме в каждый отопительный прибор поступало такое количество пара, которое успевало бы полностью в нем сконденсироваться. В этом случае из предварительно открытого контрольного тройника выделение пара практически не наблюдается и вероятность «проскока» конденсата в воздушную трубку 4 ничтожна мала. Потери конденсата в системе парового отопления компенсируют подпиткой барабана котла специально обработанной водой (освобожденной от солей жесткости), подаваемой по трубопроводу 11.

 

 

а б

а – схема системы с верхней прокладкой паропровода; б – стояк с нижней разводкой пара:

1 – котел; 2 – гидравлический затвор; 3 – водомерное стекло; 4 – воздушная трубка; 5 – подающий паропровод; 6 – паровой вентиль; 7 – отопительный прибор; 8 – тройник с пробкой; 9 – конденсатопровод сухой; 10 – конденсатопровод мокрый; 11– трубопровод подпитки; 12 – сухопарник; 13 – перепускная петля

Рисунок 3 – Система парового отопления низкого давления

 

Системы парового отопления, как уже отмечалось, бывают с верхней и нижней разводками паропровода. Недостатком нижней разводки пара (рисунок 3, б) является то, что образующийся конденсат в подъемных и вертикальных стояках стекает навстречу пару и иногда перекрывает паропровод, вызывая гидравлические удары. Более спокойный слив конденсата происходит, если паропровод 5 проложен с уклоном в сторону движения пара, а конденсатопровод 9 – в сторону котла. Для слива попутного конденсата из паропровода в конденсатопровод систему снабжают специальными перепускными петлями 13.

На промышленных предприятиях, имеющих производственные потребители пара повышенного давления, системы парового отопления подключают к теплофикационным магистралям по схемам высокого давления (рисунок 4). Пар от собственной или районной котельной поступает в распределительную гребенку 1, где давление его контролируют манометром 3. Затем по отходящим от гребенки 1 паропроводам 2 пар направляют к производственным потребителям, а по паропроводам Т1 – к потребителям системы парового отопления. Паропроводы Т1 подсоединены к гребенке 6 парового отопления, а гребенка 6 – к гребенке 1 через редукционный клапан 4. Редукционный клапан дросселирует пар до давления не более 0,3 МПа. Разводку паропроводов высокого давления систем парового отопления выполняют, как правило, поверху. Диаметры паропроводов и поверхности нагрева отопительных приборов этих систем несколько меньше, чем у систем парового отопления низкого давления [3].

 

 

1– распределительная гребенка; 2 – паропровод; 3 – манометр; 4 – редукционный клапан; 5 – байпас (обводная линия); 6 – гребенка системы отопления; 7 – грузовой предохранительный клапан; 8 – неподвижная опора; 9 – компенсаторы; 10 – паровые вентили; 11 – конденсатопровод; 12 – конденсатоотводчики

Рисунок 4 – Схема парового отопления высокого давления

 

Недостатком систем парового отопления является трудность регулирования теплопроизводительности отопительных приборов, что, в конечном счете, приводит к перерасходу топлива в течение отопительного сезона.

К эксплуатационным преимуществам систем парового отопления относятся: простота пуска системы в работу; отсутствие циркуляционных насосов; низкая металлоемкость; возможность использования в ряде случаев отработавшего пара.

Недостатками систем парового отопления являются: низкая долговечность трубопроводов из-за повышенной коррозии внутренних поверхностей, вызываемой влажным воздухом в периоды прекращения подачи пара; шум, обусловленный большой скоростью движения пара по трубам; частые гидравлические удары от встречного движения попутного конденсата в подъемных паропроводах; низкие санитарно-гигиенические качества из-за высокой температуры (более 100°С) поверхности отопительных; приборов и труб, пригорания пыли и возможности ожогов людей.

В производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха, а также в жилых, общественных, административных и административно-бытовых зданиях применять паровое отопление нельзя. Системы парового отопления допускается использовать только в непожаро- и невзрывоопасных производственных помещениях с кратковременным пребыванием людей [3].


5 Системы воздушного отопления

Системы воздушного отопления следует предусматривать для помещений, указанных в таблице 2.

Воздушное отопление, воздушное душирование и воздушно-тепловые завесы проектируют для обеспечения допустимых параметров воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах).

В качестве теплоносителя для обогрева помещений используют наружный воздух. Это позволяет в одной системе объединить функции отопления и вентиляции, что приводит к существенной экономии топливно-энергетических ресурсов. Системы воздушного отопления при возможности конструируют с рециркуляцией, когда воздух частично или полностью забирается не снаружи, а из отапливаемого помещения.

Рециркуляция воздуха не допускается:

· в помещениях, в которых максимальный расход наружного воздуха определяется массой выделяющихся вредных веществ 1-го и 2-го классов опасности;

· помещениях, в воздухе которых имеются болезнетворные бактерии или грибки в опасных концентрациях, либо резко выраженные неприятные запахи;

· помещениях, в которых имеются вредные вещества, возгоняющиеся при соприкосновении с нагретыми поверхностями воздухонагревателей, если перед воздухонагревателем не предусмотрена очистка воздуха;

· помещениях категорий А и Б (кроме воздушных или воздушно-тепловых завес у наружных ворот и дверей);

· пятиметровых зонах вокруг оборудования, расположенного в помещениях категорий В, Г и Д, если в этих зонах могут образовываться взрывоопасные смеси из горючих газов, паров, аэрозолей с воздухом;

· системах местных отсосов вредных веществ и взрывоопасных смесей с воздухом;

· тамбурах-шлюзах;

· лабораторных помещениях научно-исследовательского назначения, в которых могут производиться работы с вредными или горючими газами, парами и аэрозолями.

Рециркуляция воздуха допускается в системах местных отсосов пылевоздушных смесей (кроме взрывоопасных пылевоздушных смесей) после их очистки от пыли.

При проектировании воздушного отопления для надежности его работы нужно предусматривать резервный вентилятор или устанавливать не менее двух отопительных агрегатов.

При выходе из строя вентилятора допускается снижение температуры воздуха в помещении ниже нормируемой, но не более чем на 5 °С при обеспечении подачи наружного воздуха.

Температура подаваемого в помещение подогретого воздуха должна быть не менее чем на 20 % ниже температуры самовоспламенения газов, паров, аэрозолей и пыли, выделяющихся в помещении. При нагревании воздуха в приточных и рециркуляционных установках следует принимать температуру теплоносителя (воды, пара и др.) воздухонагревателей и теплоотдающих поверхностей электровоздухонагревателей, а также газовоздухонагревателей в соответствии с категорией помещений для вентиляционного оборудования или назначением помещения, в котором размещены указанные установки, но не выше 150 оС.

Системы воздушного отопления классифицируют по следующим признакам:

· по роду энергоносителя – системы с водяными, паровыми, электрическими, газовыми калориферами;

· характеру перемещения нагреваемого воздуха – с естественным и механическим побуждением, создаваемым вентилятором;

· схеме вентилирования отапливаемых помещений – прямоточные (рисунок 5, а), с частичной (рисунок 5, б) и полной (рисунок 5, в) рециркуляцией;

· месту нагревания воздуха – местные (нагревание воздуха местными отопительными агрегатами) и центральные (нагревание воздуха в общем центральном агрегате с последующей транспортировкой его по отапливаемым помещениям) [3].

а б в

а –прямоточная; б – с частичной рециркуляцией; в – полностью рециркуляционная:

1 – воздухозаборная шахта; 2, 4, 10 – решетки; 3 – выбросная шахта; 5 – приточный воздуховод; 6 – калорифер; 7 – вентилятор; 8 – рабочая зона; 9 – клапан

Рисунок 5 – Схемы систем воздушного отопления

 

Для нагревания воздуха в системах воздушного отопления применяют калориферы различных конструкций, ими также комплектуют отопительные агрегаты и приточные вентиляционные камеры. В калориферах воздух нагревается за счет энергии теплоносителя (горячая вода, пар, дымовые газы) или электроэнергии.

Отопительные агрегаты используют для нагревания рециркуляционного воздуха. Они состоят из калорифера, вентилятора с электродвигателем и направляющего аппарата, который формирует струю горячего воздуха, подаваемого в отапливаемое помещение. Отопительные агрегаты применяют для воздушного отопления крупных производственных помещений (например, вагоносборочных цехов и т.п.), в которых по санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям в рабочее время допускается рециркуляция воздуха, а также в качестве дежурного отопления в нерабочее время.

Для уменьшения объема проникающего в помещение холодного воздуха при открывании наружных дверей и ворот в холодное время года применяют специальные устройства – воздушные тепловые завесы, которые в остальное время могут использоваться как рециркуляционные установки.

К достоинствам систем воздушного отопления можно отнести:

· снижение первоначальных затрат за счет сокращения расходов на отопительные приборы и трубопроводы;

· обеспечение высоких санитарно-гигиенических условий воздушной среды в помещениях благодаря более равномерному распределению температуры воздуха в объеме помещения, предварительному обеспыливанию и увлажнению воздуха.

Недостатками систем воздушного отопления являются: значительные размеры воздуховодов; большие потери теплоты при движении воздуха по протяженным воздуховодам [3].

 


6 РАСЧЕТ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

 

6.1 Расчет водяного (парового) отопления

 

Потери теплоты, кДж/с, через наружные ограждения зданий можно определить с использованием укрупненного показателя – удельной характеристики по следующей формуле:

 

(1)

 

где qо – удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м3·°С), принимаемая по таблице 1 приложения;

VH – наружный объем всего здания или его отапливаемой части, м3;

tв – расчетная температура внутреннего воздуха в помещении (таблица 2 приложения);

tн –расчетная температура наружного воздуха (таблица 3 приложения);

а –поправочный коэффициент, учитывающий влияние местных климатических условий на удельную отопительную характеристику:

 

(3)

 

Дополнительные потери теплоты, кДж/с, на инфильтрацию воздуха через притворы фрамуг окон, дверей и ворот в производственных помещениях:

 

(4)

 

Количество теплоты, кДж/с, расходуемое на нагрев наружного воздуха, подаваемого системами вентиляции,

 

(5)

 

где qв – удельный расход теплоты на нагрев 1 м3 воздуха, Вт/(м3·°С) (см. таблица 1 приложения) Расходы теплоты на вентиляцию жилых зданий, бытовых и административных помещений включены в их удельные отопительные характеристики и отдельно не учитываются;

tн – расчетное значение температуры наружного воздуха для проектирования вентиляции (таблица 3 приложения).

Потери теплоты от поглощения его ввозимыми в помещение материалами и оборудованием, кДж/с,

 

(6)

 

где Км – массовая теплоемкость материалов и оборудования, кДж/(кг °С): для железа Км = 0,48; дерева – 2,52...2,8; для воды К= 4,19;

G – масса ввозимых в помещения материалов или оборудования, кг;

tнм – температура ввозимых в помещение материалов или оборудования, °С: для металлов tнм = tн; для несыпучих материалов tнм = tн + 10; для сыпучих материалов tнм = tн + 20; т – время нагрева материалов или оборудования до температуры помещения, ч.

Количество теплоты, кДж/с, на технологические нужды определяют через расход горячей воды или пара

 

(7)

 

где Q – расход воды или пара, кг/ч;

i – теплосодержание воды или пара, кДж/кг (таблица 4 приложения);

iв – теплосодержание возвращаемого в котел конденсата, кДж/кг (таблица 4 приложения);

Р – количество возвращаемого конденсата, %: при полном возврате конденсата Р=70%, при отсутствии конденсата в системе отопления Р=0.

В ремонтных предприятиях количество теплоты для технологических и коммунально-бытовых нужд согласно скорректированным данным типовых проектов можно принять равным 168...182 Дж на одного работающего.

Источником теплоты в помещениях часто является технологическое оборудование.

Количество теплоты, кДж/с, выделяемое механическим оборудованием, приводимым в действие электродвигателями

 

(8)

 

где N – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Кз = 0,5...0,9 – коэффициент загрузки электродвигателя;

Ко = 0,5... 1 – коэффициент одновременности работы оборудования;

Кт = 0,1…1 – коэффициент, учитывающий долю энергии, переходящую в теплоту: например, для насосов и вентиляторов Кт = 0,1...0,3; для металлорежущих станков Кт = 1.

Для приближенного определения количеств теплоты, выделяемых в механических и механосборочных цехах, можно принять КзКоКт = 0,25.

Теплота, поступающая в помещение от электродвигателей, кДж/с,

 

(9)

 

где η – КПД электродвигателя по каталогу: обычно η = 0,75...0,92.

Количество теплоты, кДж/с, от источников искусственного освещения определяют по суммарной мощности светильников

 

(10)

 

где Nос – суммарная мощность установленных в помещении светильников, кВт;

ηо = 0,92...0,97 – коэффициент перехода электрической энергии в тепловую для открытых ламп накаливания. В случае нахождения ламп внутри осветительной арматуры (за стеклом, рассеивателем и т. п.) принимают для люминесцентных ламп ηо = 0,15, для ламп накаливания ηо = 0,45.

Количество теплоты, кДж/с, выделяемое нагретыми поверхностями

 

(11)

 

где QПО – количество теплоты, кДж/с, выделяемое нагретыми поверхностями оборудования, трубопроводов;

QПВ – суммарные выделения теплоты от вертикальных поверхностей, Вт;

QПГ – суммарные выделения теплоты от горизонтальных поверхностей, Вт

Количество теплоты, кДж/с, выделяемое нагретыми поверхностями оборудования, трубопроводов

 

(12)

 

где ΣSi – суммарная площадь нагретых поверхностей, м2;

α i – коэффициент теплопередачи i -й поверхности, Вт/(м2 °С): для вертикальных поверхностей при (tнпtв) < 5 °С α = 3,8...4,1Вт/(м2 °С), при (tнпtв) > 5°C α = 5,2...7,5 Вт/(м2°С);

tнп i – температура нагрева i -й поверхности.

Суммарные выделения теплоты (конвекцией и лучеиспусканием), Вт, от нагретых поверхностей производственного оборудования и машин, не имеющих наклонных или сферических поверхностей, определяют по формуле:

для вертикальных поверхностей

 

(13)

 

для горизонтальных поверхностей

 

(14)

 

где FВ, FГ – соответственно площадь вертикальных и горизонтальных нагретых поверхностей оборудования, м2;

ΔТ – разность температур нагретой поверхности и воздуха помещения, К;

Т1 – температура нагретой поверхности, К;

Т2 – температура поверхности стен внутри помещения, К, обычно принимаемая на 3…5 К ниже температуры воздуха.

Когда температура нагретых поверхностей не превышает 323 К, излучение незначительно, поэтому учитывают только теплоту, поступающую за счет конвекции. При этом:

для вертикальных поверхностей

 

(15)

 

для горизонтальных поверхностей

 

(16)

 

Количество теплоты, кДж/с, выделяемой людьми, зависит от тяжести выполняемой ими работы и температуры в помещении:

 

(17)

 

где п – численность работающих в помещении;

gя – явное количество теплоты, Дж/с, выделяемое одним человеком (таблица 5 приложения).

Тепловую мощность отопительной системы, кВт,

(18)

 

Тепловую мощность Рк, кВт, котельной установки принимают на 10...15 % больше ΣQ с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной и теплопотерь в сетях:

 

(19)

 

По полученному значению Рк подбирают тип и марку котла (таблица 6, 7 приложения). Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты одинаковой тепловой мощности. Число стальных агрегатов должно быть не менее двух и не более четырех, чугунных – не более шести. Следует учитывать, что при выходе из строя одного из агрегатов оставшиеся должны обеспечить 75...80 % расчетной тепловой мощности котельной установки.

Затем находят общую площадь поверхности нагревательных приборов, м2,

 

(20)

 

где К –коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 8 приложения;

ty – температура воды или пара на входе в нагревательный прибор: для водяных радиаторов низкого давления 85...95°С, высокого давления 120...125°С, для паровых радиаторов 110...115 °С;

tx – температура воды или пара на выходе из нагревательного прибора: для водяных радиаторов низкого давления 65...75 °С, для водяных и паровых радиаторов высокого давления 95 °С.

По известной площади ΣF определяют требуемое число нагревательных приборов

 

(21)

 

где f – площадь поверхности одного нагревательного прибора, м2 (таблица 9 приложения).

Количество топлива, кг, требуемое на отопительный период года, ориентировочно подсчитывают по формуле:

(22)

 

где gy – годовой расход условного топлива (таблице 3) для повышения температуры на 1 ° С в 1 м3 воздуха отапливаемого помещения, кг/(м3 · °С);

VП – объем помещения, м3;

Кз.н = 1,1...1,2 – коэффициент запаса на неучтенные расходы теплоты.

 

Таблица 3 – Годовой расход условного топлива в зависимости от объема зданий

Объём здания, м3 Значения gy, кг/(м3×0С)
До 1000 0,32
1000…5000 0,245
5000…10000 0,215
10000…20000 0,2

 

Для перевода условного топлива в натуральное следует использовать коэффициенты, приведенные в таблице 10 приложения.

 

6.2 Расчет воздушного отопления

 

Сначала определяют расход теплоты на нагрев воздуха внутри помещения. Для помещений без выделений вредных веществ или при их концентрации, не превышающей ПДК, расход теплоты

 

(23)

 

где GB – часовой объем нагреваемого воздуха, м3/ч;

с – удельная теплоемкость воздуха: с = 1 кДж/(кг ×°С);

rк – плотность воздуха при его температуре, достигнутой после прохождения калорифера, кг/м3;

tк – температура выходящего из калорифера воздуха, °С: t к = tB + (5...8) °С;

tB –расчетная температура внутреннего воздуха.

Для помещений, в которых концентрация вредных веществ превышает ПДК или выделяется значительное количество водяных паров,

 

(24)

 

где GН – часовой объем наружного нагреваемого воздуха, м3/ч;

rв – плотность воздуха помещения при его расчетной температуре tB (если в помещении имеются источники выделения теплоты, то tB снижают на 5...8 °С);

tH – температура наружного воздуха на входе в калорифер, °С: для районов с температурой наиболее холодной пятидневки -10 °С и ниже величину tH принимают равной расчетной отопительной температуре, для остальных районов tH принимают равной расчетной зимней вентиляционной температуре.

Для помещений, в которых выделяются вредные вещества или водяные пары при частичной рециркуляции воздуха,

 

(25)

 

где GР – часовой объем рециркуляционного воздуха, м3/ч.

Задавая массовую скорость воздуха в экономически выгодных пределах, предварительно определяют живое сечение калориферной установки, м2:

 

(26)

 

где υм – массовая скорость воздуха, кг/(м2 × с): для паровых калориферов 3... 7 кг/(м2 × с); для водяных – 7 ... 10кг/(м2 × с).

Затем по расчетной площади живого сечения и техническим данным подбирают модель и номер калорифера (таблица 11 приложения). Калориферы КВП, К4ПП – одноходовые, пластинчатые; КФСО, КФБО – спирально-навивные, оребренные. Калориферы КФСО, КФБО имеют зигзагообразное расположение трубок, что увеличивает коэффициент теплопередачи по сравнению с калориферами КФС с коридорным расположением трубок. Цифра в марке означает число рядов трубок по ходу движения воздуха.

Для выбранного калорифера рассчитывают массовую скорость воздуха, кг/(м2 × с),

 

(27)

 

где Fк.ф. – фактическое живое сечение выбранных калориферов, м2.

Скорость движения теплоносителя в трубках калорифера, м/с,

 

(28)

 

где rт – плотность теплоносителя, кг/м3: плотность воды определяют по рисунку 6, для пара с температурой 120 °С rп = 2,775 кг/м3;

сТ – массовая теплоемкость теплоносителя: для воды св = 4,19кДж/(кг·°С), для пара сп = 2120кДж/(кг·°С);

fТ – площадь живого сечения трубок калорифера по теплоносителю, м2 (таблица 11 приложения);

Δt – разность температур теплоносителя на входе в калорифер и выходе из него, °С: для водяных калориферов Δt = 20 °С, для паровых калориферов – 15...20 °С.

 

Рисунок 6 – Зависимость плотности чистой воды от температуры

 

Оптимальная средняя скорость воды в трубках калорифера должна находиться в пределах 0,2...0,5 м/с.

Расчетная поверхность нагрева калориферов, м2,

 

(29)

 

где КТ – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 × К); значения КТ находят по формулам, приведенным в таблице 12 приложения;

Тср.Т = 0,5(ТГ + ТО)– средняя температура теплоносителя, К; ТГ, ТО– температура воды соответственно на входе в калорифер и выходе из него (если теплоноситель – пар, то среднюю температуру его принимают равной температуре насыщения при соответствующем давлении пара, при давлении пара до 0,13 МПа допускается принимать Тср.Т =373 К;

Тср.В = 0,5(ТКН) – средняя температура воздуха, К; ТК, ТН– температура воздуха соответственно на выходе из калорифера и входе него, К.

Давление пара принимают в зависимости от протяженности паропровода, соединяющего котел с наиболее удаленным калорифером, из следующих значений:

Протяженность паропроводов, м   50,1...100 100,1...200 200,1...300
Давление пара ризб, кПа        

Число устанавливаемых калориферов

 

(30)

 

где Fк.т – табличное значение площади поверхности нагрева одного калорифера выбранной модели, м2 (таблица 11 приложения).

Сопротивление калориферов Нк проходу воздуха находят по формулам, приведенным в таблице 12 приложения и принимают с запасом в 10%.

Пример. В мастерской по ремонту электрооборудования требуемый воздухообмен по условию снижения концентрации вредных веществ до ПДК составляет 12480 м3/ч. Определить необходимое для отопления здания число устанавливаемых калориферов, если расчетная температура внутреннего воздуха составляет 20 оС. Теплоноситель вода с температурой 75 оС.

Решение. Расход теплоты на нагрев воздуха внутри помещения

 

Вт,

 

Принимая для водяных калориферов массовую скорость воздуха υм =8 кг/(м2∙с), определют живое сечение калориферной установки

 

м2

 

По таблице 11 приложения выбирают калорифер КВБ-10 с площадью живого сечения по воздуху Fк.ф = 0,558 м2. Для выбранного калорифера массовая скорость воздуха

кг/(м2 × с),

 

Скорость движения воды в трубках калорифера

 

м/с

 

Коэффициент теплопередачи калорифера рассчитывают по формуле приведенной в таблице 12 приложения:

 

Вт/(м2∙К)

 

Принимая Тср.Т – Тср.В = 46 К, определяют расчетную поверхность нагрева калориферов, м2:

 

м2

 

Число устанавливаемых калориферов

 

 

Сопротивление калориферов проходу воздуха находят по формулам, приведенным в таблице 12 приложения:

 

Па

 

С учетом коэффициента запаса kз = 1,1 окончательно принимают

 

Па


Задание для выполнения практической работы

 

1. Определить тепловую мощность котельной установки и количество нагревательных приборов, если наружный объем здания VH, м3, масса ввозимых в помещение материалов или оборудования G, кг, время нагревания материалов или оборудования τ;, ч, в помещении установлено n, штук светильников, каждый мощностью Nсв, Вт, номинальная мощность электродвигателя N, кВт, площадь вертикальных нагретых поверхностей оборудования FВ, м2, площадь горизонтальных нагретых поверхностей оборудования FГ, м2, разность температур нагретой поверхности и воздуха помещения, ΔТ, К, численность работающих в помещении пч (данные выбираются из таблицы 4 в соответствии с последней цифрой зачетной книжки).

 

2. В мастерской необходимо обеспечить воздухообмен GВ, м3/ч по условию снижения концентрации вредных веществ до ПДК. Определить необходимое для отопления здания число устанавливаемых калориферов, если расчетная температура внутреннего воздуха составляет 20 оС. Теплоноситель вода с температурой 75 оС (данные выбираются из таблицы 5 в соответствии с последней цифрой зачетной книжки).


Таблица 4 – Данные для выполнения задания 1

вариант                    
город Волгоград Екатеринбург Иркутск Казань Киров Кострома Курск Москва Ярославль Уфа
вид помещения гараж столярная мастерская столовая гараж столярная мастерская столовая
категория работ средней тяжести тяжелая средней тяжести тяжелая средней тяжести тяжелая средней тяжести тяжелая средней тяжести тяжелая
VH, м3                    
ввозимый материал железо дерево вода железо дерево вода
G, тыс. кг     0,3 0,4       0,5 0,6  
пч                    
τ;, ч   2,5   2,5    
n, штук              
Nсв, Вт            
N, кВт            
FВ, м2   - -   - -
FГ, м2 - -   - -  
ΔТ, К   -   -    

Таблица 5 – Данные для выполнения задания 2

вариант                    
город Волгоград Екатеринбург Иркутск Казань Киров Кострома Курск Москва Ярославль Уфа
GВ, м3                    







Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 794. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Патристика и схоластика как этап в средневековой философии Основной задачей теологии является толкование Священного писания, доказательство существования Бога и формулировка догматов Церкви...

Основные симптомы при заболеваниях органов кровообращения При болезнях органов кровообращения больные могут предъявлять различные жалобы: боли в области сердца и за грудиной, одышка, сердцебиение, перебои в сердце, удушье, отеки, цианоз головная боль, увеличение печени, слабость...

Вопрос 1. Коллективные средства защиты: вентиляция, освещение, защита от шума и вибрации Коллективные средства защиты: вентиляция, освещение, защита от шума и вибрации К коллективным средствам защиты относятся: вентиляция, отопление, освещение, защита от шума и вибрации...

Виды и жанры театрализованных представлений   Проживание бронируется и оплачивается слушателями самостоятельно...

Что происходит при встрече с близнецовым пламенем   Если встреча с родственной душой может произойти достаточно спокойно – то встреча с близнецовым пламенем всегда подобна вспышке...

Реостаты и резисторы силовой цепи. Реостаты и резисторы силовой цепи. Резисторы и реостаты предназначены для ограничения тока в электрических цепях. В зависимости от назначения различают пусковые...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия