Лекция №8. Современные системы отопления

Современные системы отопления. Гигиенические требования. Классификация систем отопления.

ЛЕКЦИЯ №7

Введение.

Тепловой баланс организма человека слагается из тепла, вырабатываемого организмом и воспринимаемого им из внешней среды, и из тепла отдавемого во внешнюю среду.

Величина теплообразования фактор субъективный, теплопотери находятся в прямой связи с микроклиматическими условиями и скоростью движения воздуха. Существенно влияние температуры ограждающих конструкций. Суммарные теплопотери взрослого организма в одетом состоянии порядка 115 Вт, причём излучением теряется от45 до 60% общей теплопотери.

Классификация систем отопления.

Требования к системам отопления:

1. Любая система отопления должна возмещать потери тепла помещением через все его ограждающие конструкции – стены, двери, окна, чердачное перекрытие или пол.

2. Необходимо поддерживать установленную гигиеническими нормами температуру.

3. Поддерживать равномерную температуру как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

4. В течении суток колебание температуры воздуха не должно превышать 3 градуса при печном отоплении и 1,5 градуса при центральном отоплении.

5. Регламентируется температура поверхностей ограждения.

6. Средняя температура поверхности нагревательных приборов в жилых помещениях не превышает 85 градусов.

7.

8. В производственных помещениях поддерживается заданный режим по технологической карте призводства.

9. Система отопления должна быть индустриальной в изготовлении, безопасной в пожарном отношении, экономичной.

Системы отопления бывают местные и центральные. К местным относятся системы, радиус действия которых не превышает 30 метров по горизонтали. В центральных системах тепло для отопления вырабатывается на ТЭЦ, в котельных, т.е. за пределами отапливаемого помещения. Тепло транспортируется по трубам в отдельные помещения здания. Пример схемы центрального отопления приведен на схеме.

Системы отопления по типу теплоносителя подразделяются на

-водяные;

-паровые;

-воздушные;

-комбинированные.

Выбор теплоносителя определяется технико-экономическими и санитарно-гигиеническами показателями.

По способу перемещения теплоносителя могут быть с естественной циркуляцией и механическим побуждением движения теплоносителя.

Передача тепла от приборов к воздуху в помещении может осуществляться тремя способами: конвекцией, лучеиспусканием, конвекционно-лучистым путём.

Понятие о тупиковых однотрубных и двухтрубных системах отопления.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя подразделяются:

1. по месту расположения горячего магистрального трубопровода- с верхней и нижней разводкой (вертикальные) и системы с поэтажной разводкой (горизонтальные);

2. по конструкции отопительных стояков – однотрубные и двухтрубные.

Однотрубные отличает простота конструкции и удобство монтажа. Негативная сторона – невозможность отключения и регулирования отдельных приборов при одностороннем расположении их по отношению к стояку.

В сравнении с вертикальными системами преимущество в экономии труб, возможность поэтажного включения системы, стандартность узлов. Нет пробивки отверстий в перекрытиях, проще монтаж, такая система нашла широкое применение в производственных помещениях.

В результате охлаждения воды в нагревательных приборах и трубопроводе возникает естественное давление. Определение его величины можно показать на элементарной схеме, которая приведена на рисунке ниже.

Центральные системы отопления. Выбор и расчёт нагревательных приборов.

В системах с естественной циркуляцией естественное давление имеет небольшую величину. При большой протяжённости трубопроводов диаметры их становятся большими, система становится экономически невыгодной и по затратам на возведение и эксплуатацию. Невыгодны эти системы при потерях уже больших 5 Па/м длины трубопровода. Сейчас как правило строят системы с искусственной циркуляцией. Системы с искусственной циркуляцией принципиально отличаются от систем водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя тем, что в них в дополнение к естественному давлению, возникающему в результате охлаждения воды в приборах и трубах, значительно большее давление создаётся насосом. Применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий с местным источником теплоснабжения.

В системах с искусственной циркуляцией особенно при большой протяжённости применяют попутное движение горячей и охлаждённой воды по схеме предложенной профессором Чаплиным В.М.

В таких схемах равная потеря давления в циркуляционных кольцах и равномерный прогрев всех приборов. Недостаток заключается в том, что

по сравнению с тупиковой – несколько большая общая длина трубопровода.

В последние годы нашли применение однотрубные системы отопления с нижней прокладкой магистралей горячей и охлаждённой воды. Стояки по схемам «б» разделяются на подъёмные и опускные. Стояки по схемам «а,в и г» состоят из подъёмного и опускного участков, но в верхней части, обычно над полом верхнего этажа, они соединяются горизонтальным участком.

Однотрубная система отопления с нижней разводкой удобна для зданий с бесчердачными покрытиями (совмещёнными крышами).

Выбор и расчёт нагревательных приборов.

Основной элемент всякой системы отопления – нагревательный прибор. Он должен отвечать определённым тепловым, санитарно-гигиеническим и технико-экономическим требованиям. В помещениях с продолжительным пребыванием людей в них температура поверхности прибора не должна превышать 95во избежании сухой возгонки оседающей на приборе пыли.

Классифицировать приборы можно по следующим признакам:

- по материалу;

- по внешней поверхности.

Распространение получили чугунные приборы и стальные штампованные.

Количество тепла Q, Вт, отдаваемого прибором, пропорционально площади поверхности его нагрева , , коэффициенту теплопередачи прибора k и разности температур теплоносителя в приборе и омывающего его воздуха в помещении .

Исходя из этого, можно написать

откуда

Коэффициенты теплопередачи некоторых приборов при Δt=64,5приводятся в табл.11.7

Средняя температура теплоносителя в приборе при водяном отоплении равна

При учёте дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу приборов, формула принимает общий вид

коэффициенты учитывают охлаждение воды в трубах, способ установки прибора, способ подводки теплоносителя к прибору и относительный расход воды через прибор, число секций в приборе, табл. 11.8-9

Следует учитывать теплопередачу неизолированными трубопроводами, проложенными в помещении, чтобы сэкономить на установке нагревательных приборов.

Теплопередача трубопроводами определяется по формуле

При учёте теплопоступлений от трубопроводов общая формула для определения необходимой площади поверхности нагрева приборов имеет вид

F

После нахождения число секций в радиаторах определяется по формуле

N=

Особенности расчёта для однотрубных систем отопления. Уточнение расчета

поверхности нагревательных приборов. Выбор насосов. Тепловые пункты.

Выбор и расчёт основного оборудования тепловых пунктов.

Расчёт трубопроводов однотрубных систем водяного отопления производят в основном по формулам методики, применяемой при работе двухтрубной системы отопления.

Отличительным показателем для однотрубных систем с замыкающими участками является коэффициент затекания :

- определяют по графикам, построенным на основании экспериментальных данных. Если в 2-х трубных системах температура горячей воды величина const, то в однотрубных эта величина изменяется по этажам в пределах расчётного перепада температур.

Для определения величины естественного циркуляционного давления в однотрубных системах и поверхности нагревательных приборов необходимо знать температуру смеси воды, поступающей в приборы

Температура смеси

,

температурный перепад теплоносителя по стояку.

Для системы с замыкающими участками температурный перепад можно определить по формуле

в проточных системах с односторонним присоединением приборов

Естественное давление в однотрубной системе с верхней разводкой с осевыми и смещёнными участками замыкания:

При гидравлическом расчёте

Выбор насосов.

коэффициент, учитывающий потери теплоты (1,1-1,2);

плотность воды при 70.

При этом давление должно быть таким, чтобы обеспечивалось преодоление всех сопротивлений движущейся воды в системе. Это давление принимается по потерям в самом невыгодном циркуляционном кольце за вычетом минимума естественного давления.

При подборе насосов иметь ввиду

Мощность электродвигателя насоса

При этом установочная мощность на определённую величину больше, называемую коэффициентом запаса

Особое внимание уделяется борьбе с шумом, когда насос устанавливается в котельной.

Тепловые пункты. Выбор и расчёт основного оборудования

тепловых пунктов.

В настоящее время широко применяются системы присоединения к тепловой сети посредством элеватора, это и однотрубные, двухтрубные, с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с попутным движением теплоносителя. Выпускаются чугунные и стальные элеваторы. Наиболее широко распространены элеваторы типа ВТИ МОСЭНЕРГО. Основные части элеватора конусообразное сопло, камера всасывания, горловина и диффузор.

Принципиальная схема элеватора.

В диффузоре скорость движения смешанной воды снижается, а давление повышается до величины, обеспечивающей циркуляцию воды в системе отопления.

Основная расчётная характеристика коэффициента смешения

Наиболее важным является размер диаметра горловины

Если расход воды в системе в кг/сек, а давление в Па, то формула примет вид

Пользуясь номограммой можно выбрать элеватор, зная расход

Ниже на рисунке приводится схема теплового пункта для присоединения системы отопления по зависимой схеме, через элеватор.

Система водяного отопления, непосредственно присоединённая к тепловой сети через водоструйный элеватор, представлена на рисунке.

1- элеватор; 2- воздухосборник.

Присоединение системы отопления к тепловой сети через элеватор имеет пока ещё большое применение. Так присоединяют все ранее рассмотренные системы: однотрубные и двухтрубные, с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с попутным движением воды. Промышленность выпускает водоструйные элеваторы чугунные и стальные.