Цель и задачи дисциплины. Отопление. Назначение отопления. Тепловое окружение и условия комфорта в помещении. Требования, предъявляемые к системе отопления

Содержание

Цель и задачи дисциплины. Отопление. Назначение отопления. Тепловое окружение и условия комфорта в помещении. Требования, предъявляемые к системе отопления.

1.1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.

1.2 Гигиенические основы отопления.

1.3 Требования, предъявляемые к системе отопления.

2. Тепловой баланс помещения. Потери теплоты через ограждения помещений. Дополнительные потери тепла. Потери тепла через полы. Тепловая мощность системы отопления.

2.1 Тепловой баланс помещения

2.2 Потери теплоты через ограждения помещений

2.2.1 Определение площадей ограждающих конструкций

2.2.2 Сопротивление теплопередаче ограждения

2.2.3 Расчётная температура внутреннего воздуха

2.2.4 Расчётная температура наружного воздуха

2.2.5 Добавочные потери тепла

2.2.6 Потери тепла на нагрев вентиляционного воздуха

3. Потери тепла через полы. Расчёт потерь тепла по укрупнённым показателям

3.1 Потери тепла через полы

3.2 Удельная тепловая характеристика

3.3 Расчёт потерь тепла по укрупнённым показателям

3.4 Особенности расчёта теплопотерь в других странах

4. Классификация систем отопления. Теплоносители.

4.1. Требования, предъявляемые к системе отопления.

4.2. Классификация систем отопления.

4.3. Теплоносители.

5. Материал и размещение теплопроводов.

5.1. Классификация и материал теплопроводов.

5.2. Размещение теплопроводов в здании

5.3. Присоединение теплопроводов к отопительным приборам

5.4. Размещение запорно-регулирующей арматуры

5.5. Удаление воздуха из системы отопления

6. Нагревательные приборы.

6.1. Общие сведения.

6.2 Требования, предъявляемые к нагревательным приборам

6.3 Классификация нагревательных приборов

6.4 Виды и характеристики нагревательных приборов

6.5 Выбор и размещение нагревательных приборов

6.6 Присоединение нагревательных приборов к трубам

6.7. Расчёт числа элементов нагревательных приборов

6.8 Регулирование теплоотдачи

7. Запорно-регулирующая арматура.

7.1 Размещение запорно-регулирующей арматуры

7.2 Современная запорно-регулирующая арматура

7.3 Терморегуляторы

8. Присоединение систем отопления к наружным тепловым сетям.

8.1 Присоединение систем отопления к наружным тепловым сетям.

8.2 Отопление высотных зданий.

8.3 Критерии усвоения

9. Расширительныe баки системы водяного отопления

Тепловой пункт системы водяного отопления

10.1 Тепловой пункт системы отопления

10 2 Модернизация тепловых пунктов

10.3 Автоматизация существующих тепловых пунктов

10.4 Блочные тепловые пункты

Циркуляционный насос системы водяного отопления

11.1 Общие сведения

11.2 Характеристика насоса

11.3 Мощность насоса

12. Естественное давление в системах отопления. Определение располагаемого давления.

12.1 Естественное циркуляционное давление

12.2 Расчёт естественного циркуляционного давления в системе отопления

12.2.1 Вертикальные однотрубные системы отопления

12.2.2 Вертикальные двухтрубные системы отопления

12.2.3 Горизонтальные однотрубные системы отопления

12.3 Расчёт циркуляционного давления в системе отопления

13.Смесительная установка системы водяного отопления

13.1 Общие сведения

13.2 Смесительная установка с насосами

13.3 Смесительная установка с элеватором

13.4. Смесительная установка для системы «Теплый пол».

14.Динамика давления в системах водяного отопления.

14.1 Общие сведения

14.2 Изменение давления при движении воды в трубах

14.3 Динамика давления в системе водяного отопления

14.3.1 Динамика давления в системе отопления с расширительным баком

14.3.2 Динамика давления в системе отопления без расширительного бака

Общие сведения и понятия гидравлической и тепловой устойчивости водяных систем отопления.

15.1. Общие понятия о гидравлической и тепловой устойчивости гидравлической и тепловой устойчивости водяных систем отопления.

15.2 Горизонтальная устойчивость водяной системы отопления.

15.3. Вертикальная устойчивость водяной системы отопления.

16. Энергоресурсрсберегающие системы отопления

16.1 Системы отопления с использованием высокотемпературной воды

16.2 Системы отопления с использованием низкопотенциального тепла

17. Испытание и наладка систем отопления.

18. Паровое отопление.

18.1 Система парового отопления

18.2 Схемы и устройство систем парового отопления

18.3 Оборудование системы парового отопления

18.4 Системы вакуум-парового и субатмосферного отопления.

18.5 Выбор начального давления пара в системе

18.6 Гидравлический расчёт паропроводов низкого давления

18.7 Гидравлический расчёт конденсатопроводов

18.8 Система пароводяного отопления

18.9 Монтаж системы парового отопления

19. Воздушное отопление.

19.1. Система воздушного отопления.

19.2.  Схемы систем воздушного отопления

19.3. Количество и температура воздуха для отопления.

19.4. Местное воздушное отопление.

19.5. Отопительные агрегаты.

Печное отопление.

20.1 Печное отопление, достоинства и недостатки.

20.2 Классификация печей.

20.3 Устройство печного отопления.

21. Электрическое отопление.

 

 

Лекция 1

Цель и задачи дисциплины. Отопление. Назначение отопления. Тепловое окружение и условия комфорта в помещении. Требования, предъявляемые к системе отопления.

Конвекция– способ передачи тепла за счёт движения воздушных потоков.

 

Излучение - способ передачи тепла за счёт разности температур поверхности

 

Теплопроводность – способ передачи тепла через разделительную стенку

 

Срок эксплуатации строительных конструкций – время, в течение которого строительные конструкции сохраняют несущую способность. Зависит от параметров окружающей среды.

 

Содержание темы.

 

1.1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.

1.2 Гигиенические основы отопления.

1.3 Требования, предъявляемые к системе отопления.

 

1.1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.

        

Цель изучения дисциплины Отопление – использование полученных знаний для проектирования, монтажа и эксплуатации систем отопления зданий различного назначения.

Система отопления является инженерной системой здания.

 

Система отопления – инженерная система здания, обеспечивающая тепловой комфорт нормативный срок эксплуатации зданий и сооружений и технологический процесс.

 

Функционирует в течение отопительного сезона

 

Отопительный сезон - период времени года с устойчивыми температурами наружного воздуха ниже +8 °С. Начинается когда средняя температура наружного воздуха в течение 3-х суток не повышается выше +8°С и заканчивается когда средняя температура наружного воздуха в течение 3-х суток не понижается ниже +8°С.

Назначение отопления --- обеспечение:

теплового комфорта, необходимого для жизнедеятельности человека;

 

Тепловой комфорт- сочетание температур внутреннего воздуха и радиационной температуры, при которых организм человека функционирует без напряжения

 

-    сохранности зданий и сооружений;

-   технологических процессов.

Срок эксплуатации  зданий и сооружений зависит от параметров окружающей среды.

Технологический процесс получения и хранения ряда продуктов, изделий и веществ (точных приборов, ламп, пряжи, киноплёнки, бумаги, шоколада и др.) требуют точного поддержания заданной температуры помещений.

 

         1. 2 Гигиенические основы отопления

       В каждом обогреваемом помещении необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований.

Тепловой режим здания - общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое, как совокупность тепловых условий в помещениях. Тепловой режим может быть равномерным в зданиях с постоянным пребыванием людей, иметь суточные, недельные и другие циклы изменения, связанные с периодической деятельностью людей и использованием зданий.

 

Тепловые условия в помещениях создаются при взаимодействии поверхностей нагретых и охлажденных ограждений, материалов, приборов и оборудования, масс нагретого и холодного воздуха, между которыми происходит теплообмен, в котором участвуют находящиеся в помещении люди. На тепловые условия влияют также подвижность и влажность воздуха.

Как известно, в организме человека непрерывно вырабатывается и передается окружающей среде теплота, причем организм стремится сохранять постоянную температуру - 36.6°С. Количество вырабатываемой им теплоты различно и зависит от возраста, индивидуальных особенностей, состояния и интенсивности работы, а также теплозащитных свойств одежды. В спокойном состоянии организм взрослого человека отдает в окружающую среду около 120 Дж/С.

Теплоотдача с поверхности тела человека происходит конвекцией, излучением, теплопроводностью и при испарении влаги.

Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит от температуры воздуха и от температуры, размеров и расположения огражденных поверхностей

Соотношение между количествами тепла, переданными разными способами теплообмена изменяется в зависимости от температуры воздуха в помещении, температур поверхностей ограждающих конструкций и нагревательных приборов.

Организм имеет систему терморегуляции, позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий. Однако эта способность организма ограничена небольшим интервалом температур.

ОБРАТИТЕ      Система терморегуляции организма человека обеспечивает      ВНИМАНИЕ    его жизнеспособность в диапазоне температур 32-42°С.

                      

Комфортными считаются условия, в которых сохраняется нормальное функциональное и тепловое состояние организма без напряжения системы терморегуляции. Такие условия создают предпосылки для высокого уровня работоспособности человека. Близкие к комфортным условия называют допустимыми.

Различают два условия тепловой комфортности.

 Первое условие тепловой комфортности в помещении определяет сочетание температуры воздуха и радиационной температуры температуры его поверхностей, при которых человек, находясь в середине рабочей зоны помещения, не испытывает чувства пере­гревания или переохлаждения.

 

Радиационная температура – средняя температура поверхностей, обращённых внутрь помещения.

 

Комфортные тепловые условия выражает осредненная температура помещения tп. При практических расчетах в условиях конвективного отопления за температуру помещения принимают значения температуры воздуха tв, приведенные в СниП, ГОСТ и ДБН.

Первое условие комфортности обеспечивает условие общей теплоотдачи.

Но на самочувствие человека влияют условия, в которых находятся его голова и ноги. Голова особенно чувствительна к радиационному нагреванию и охлаждению. Ноги могут перегреваться и переохлаждаться при соприкосновении с поверхностью нагретого или холодного пола. Потоки холодного воздуха вдоль пола могут вызвать простудные заболевания.

Второе условие тепловой комфортности в помещении определяет температуру нагретой или охлажденной поверхности, допустимую для человека, находящегося непосредственно около этой поверхности, и связано с интенсивностью лучистого теплообмена.

Температура поверхности потолка и стен (в зоне свыше I м от пола) должна быть не выше:

τ_наг=19.2+8.7/φ_ч-п˚С                                         (1.1)

и не ниже:

τ_охл=23-5/φ_ч-п˚С                                      (1.2)

где φ_ч-п коэффициент облученности со стороны нагретой поверхности. Минимально допустимая температура поверхности окон:

τ_охл.ок.=14-4.4/φ_ч-п˚С                                         (1.3)

 

Температура поверхности холодного пола может быть ниже температуры воздуха в помещении на 2-2.5°С, иди не должна превышать 26°С.

Таким образом, тепловой комфорт в помещениях в холодное время года можно обеспечить, если, прежде всего, поддерживать определенные температуру воздуха, температуру внутренней поверхности ограждений и температуру поверхности отопительных приборов.

На рис. 1.1 показаны зоны теплового комфорта – 1, а также зоны переохлаждения 2 и перегрева 3 для человека, находящегося в покое при относительной влажности  φ= 55 % и умеренной подвижности воздуха. Пунктирная линия отделяет области конвективного (слева вверху) и лучистого (справа внизу)

 

Конвективное отопление – система отопления, при которой температура внутреннего воздуха выше радиационной температуры.

Лучистое отопление – система отопления, при которой радиационная температура выше температуры внутреннего воздуха.

 

 Как видно из рисунка, при конвективном отоплении, отличительной характеристикой которого является преобладание tв над τп зона теплового комфорта сужается. При лучистом отоплении, когда средняя температура поверхности ограждений превышает температуру внутреннего воздуха в помещении τп > tв эта зона существенно расширяется. При одной и той температуре воздуха (например 20°С) ощущуние человека в помещении могут характеризоваться оценками ХОЛОДНО, НОРМАЛЬНО, ЖАРКО в зависимости от температуры поверхности ограждений.

На рис.1 можно также отметить точки, лежащие на наклонной линии, проведённой в пределах зоны комфорта, определяющие наиболее благоприятные сочетания tв и τп. К ним относятся, например, точка А (tв = 28ºС и τп = 10ºС) в области конвективного отопления и точки В (tв = 15ºС и

τп = 25ºС) в области лучистого отопления, в которых значительно отличаются температуры внутреннего воздуха и поверхности ограждений.

Для нормального самочувствия человека оказывается также полезным изменение температуры воздуха в течение дня в связи с изменением интенсивности обмена веществ и деятельности. В учреждениях

целесообразно поддерживать с утра температуру 19ºС повышая её до 21ºС перед обедом и понижая до 18ºС после обеда. В жилых помещениях рекомендуется периодически изменять температуру в течение дня и понижать её на 2-3º ночью.

  Организм человека не приспособлен к неравномерному охлаждению. При адаптации к тепловой обстановке помещения человек ощущает изменение температуры на 0,5--1º. Неравномерное нагревание или охлаждение отдельных участков поверхности тела вызывают простудные заболевания. Эти факторы, связанные с физиологическим воздействием окружающей среды на человека, необходимо учитывать при расположении отопительных приборов в помещении и выбора режима действия отопления.

Следовательно, основная роль отопления заключается в обеспечении благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей путём создания тепловой комфортной обстановки в помещении в холодное время года, т.е. поддержанием достаточно равномерной температуры воздуха и определённой температуры внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов.

 Распределение температуры воздуха по высоте помещения показано на рис. 1.2. На всех графиках сплошной линией изображено идеальное распределение. Температура у ног человека равна примерно 26 °С, а у головы — примерно 20 °С.

Рис. 1.2 Влияние способа отопления на распределение температуры воздуха по высоте помещения. 1 – идеальное распределение температуры воздуха.

 

При использовании радиаторов для отопления перегревается верхняя зона помещения, что увеличивает теплопотери через наружные ограждающие конструкции. Увеличиваются также теплопотери с вентиляционным воздухом, т.к. решетки для его удаления расположены в зоне перегрева. Еще больший перегрев верхней зоны происходит при использовании конвекторов. Примерно такое же распределение температур в помещении с системой отопления, выполненной в виде нагреваемого потолка, либо с воздушным отоплением, в том числе и фенкойлами.

Наиболее близкими к обеспечению идеального распределения температур являются системы с нагреваемым полом в холодный период года и с охлаждаемым потолком в теплый период года. В первых системах теплый поток воздуха поднимается от пола вверх и охлаждается за счет теплопотерь помещения. Во вторых системах прохладный поток воздуха опускается от потолка и нагревается за счет теплопоступлений помещения. В обоих случаях создаются комфортные условия для человека.

  Тепловой комфорт в помещении достигается только при использовании автоматизированных систем микроклимата, основным элементом которых является терморегулятор. Автоматическое поддержание теплового комфорта в помещении должно обеспечиваться в пределах отклонения, нормируемого ISO 7730, либо другими аналогичными санитарно-гигиеническими нормами.

 

     1.3 Требования, предъявляемые к системам отопления.

К системе отопления, как одной из инженерных систем здания, предъявляются разнообразные требования. Все требования, наиболее полно выражаются применительно к помещениям постоянного или длительного  

пребывания людей, можно разбить на 5 групп.

Санитарно-гигиенические

Санитарно-гигиенические требования к системе отопления – поддержание определённой и равномерной  температуры во времени, в плане и по высоте помещения без усиленной подвижности воздуха, а та ограниченной температуре поверхности отопительных приборов.

 

Экономические 

Экономические требования к системе отопления-- ограничение первоначальной стоимости и стоимости эксплуатации, уменьшение расхода металла.
Архитектурно-строительные
	Архитектурно-строительные требования к системе отопления – соблюдение соответствия архитектурно-планировочному решению помещения, размещение отопительных элементов в увязке, а иногда совмещено со строительными конструкциями, ограничение срока монтажных работ, осуществление ремонта без повреждения основных конструкций здания.

 

Производственно-монтажные

Производственно-монтажные требования к системе отопления– изготовление минимального числа обезличенных (не типовых) элементов в заводских условиях, сокращение затрат ручного труда при сборке в целях повышения производительности труда.

 

Эксплуатационные (

Эксплуатационные требования к системе отопления – обеспечение долговечности, простоты. Удобства управления и ремонта, бесшумность и безопасность действия, тепловая надёжность и малая тепловая инерционность.

 

     Тепловая инерция системы отопления

Тепловая инерция системы отопления—способность системы отопления во времени изменять температурную обстановку в помещении.

зависит от количества воды в нагревательном приборе, от способа циркуляции и от материала, из которого изготовлен нагревательный прибор. Чем больше воды в нагревательном приборе, менее теплопроводен материал, из которого изготовлен нагревательный прибор и меньше скорость циркуляции теплоносителя, тем более инерционная система отопления.

 Каждое требование по-своему важно и все их необходимо учитывать при составлении и выборе той или иной отопительной установки. Но всё же основным следует считать требование обеспечения надлежащих санитарно-гигиенических условий при тепловой надёжности действия в течение срока эксплуатации здания.

Лекция 2