Нормирование метеорологических параметров воздуха внутри и снаружи отапливаемых помещений

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ

РАСХОД ТЕПЛОТЫ НА ПОДОГРЕВ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА,

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ И РАСХОД

ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ

 

Производственные, жилые и другие здания в холодный период года, когда температура наружного воздуха становится ниже внутренней, теряют теплоту через ограждения Q_огр и на нагрев инфильтрирующегося воздуха Q_и.

В то же время в их помещения поступает теплота, выделяемая технологическими аппаратами, людьми, осветительными приборами и др., Q_тв, а также от размещенных в здании отопительных систем Q_о. Поддержание фиксированных значений температур воздуха внутри здания возможно только в тех случаях, когда в любой момент времени его суммарные теплопотери Q_тп = Q_огр + Q_и (кривая 3 на рис. 2.3) будут

полностью компенсироваться суммарными теплопритоками Q_тв + Q_о, т.е. будет выполняться соотношение:

 

(2.38)

 

Используя уравнения (2.1) и (2.28), из (2.38) получаем выражение для определения количества теплоты Q_о.зд^пр, кВт, необходимое для отопления промышленного здания с непрерывным технологическим процессом с постоянным температурным режимом:

 

 

, (2.39)

где: – показатель инфильтрации, (°С)^0.667; dt_т.в= Q_тв/(q_о·V_зд) – эквивалентная температура внутренних тепловыделений, °С, представляющая собой численное значение понижения температуры внутреннего воздуха Dt_в при сохранении уровня теплопотерь помещения, но при прекращении поступления внутренних тепловыделений.

 

Температура наружного воздуха t , °С

 

Рис.2.3. Графики изменения величины теплопотерь промышленного здания и теплопритоков в него, при различных температурах наружного воздуха: 1 – потери теплоты через ограждающие конструкции, Q_огр ; 2а и 2б – затраты теплоты на покрытие теплопотерь с инфильтрацией, соответственно, при расчетной скорости ветра, Q''_и и при безветрии, Q'_и; 3 – полные теплопотери здания при безветрии, Q_тп= Q_орг+Q'_и; 4а и 4б - соответственно, величина теплопритоков в здание за счет внутренних тепловыделений в смену с максимальным числом работающего оборудования и обслуживающего персонала, Q_т.в^макс и в смену с минимальным числом персонала и работающего оборудования, Q_т.в^мин; 5 – необходимый теплоприток в здание от системы отопления, Q_о = Q_т.п - Q_т.в^мин.

 

Из (2.39) следует, что расход теплоты на отопление зданий возрастает при понижении температуры наружного воздуха (кривая 5 на рис.2.3) от нуля при t = t_но до максимальной величины Q^пр_о.р.зд при t_н = t^Б_н.х и Q_т.в = Q_т.в^мин. При переменном режиме работы технологического оборудования, сменности работы и т.п., тепловыделения могут быть переменными во времени. В этом случае, расчетное количество теплоты Q_о.р.зд^пр, кВт, необходимое для отопления промышленного здания определяется:

 

(2.40)

 

где: t^Б_н.х ¾ расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления по параметрам группы Б; dt_т.в^мин = Q_тв^мин/(q_о·V_зд) – эквивалентная температура внутренних тепловыделений при минимальном значении Q_т.в^мин, °С.

 

При дальнейшем понижении t_н ниже t_н.х.^Б расход теплоты на отопление оставляют постоянным и равным Q^пр_о.р.зд (кривая 5 на рис.2.3).

В производственных цехах, при наличии в них внутренних тепловыделений, включение в работу системы отопления и выключение ее из работы производят при температуре t_н.о^пр, полученной из условия Q_огр + Q_и - Q_т.в^мин = 0:

 

(2.41)

 

Производственные здания промышленного предприятия различаются своими объемами и отопительными характеристиками, а в их помещениях могут наблюдаться или поддерживаться существенно отличающиеся друг от друга значения внутренних тепловыделений, показателей инфильтрации, температуры внутреннего воздуха. Эти обстоятельства приводят к тому, что начало отопительного периода и закономерности изменения отпуска теплоты из систем отопления в разных зданиях и цехах не могут быть едиными, а должны быть индивидуальными для каждого цеха или здания.

Температура наружного воздуха t ,°С

Рис.2.4. Зависимость расхода теплоты на отопление от наружной температуры воздуха:
1 – промышленное здание в рабочую смену; 2 – промышленное здание в нерабочий период (дежурное отопление); 3 – жилое здание

Суммарных расход теплоты на отопление всех М_зд зданий предприятия Q^пр_о, кВт определяют путем суммирования расходов теплоты каждого здания или корпуса, подсчитанных по (2.40) (кривая 1 на рис. 2.4):

 

(2.42)

 

Для жилых, детских, лечебных и аналогичных помещений со стабильным температурным режимом, внутренние тепловыделения при определении потребности в теплоте для отопления не учитываются, так как они малы и нерегулярны. Затраты теплоты на инфильтрацию этих помещений в холодный период года, когда все щели в окнах и дверях уплотняют, рассчитывают только путем увеличения на 5-10% отопительной характеристики зданий.

С учетом изложенного, для жилых и административных зданий выражения (2.38), (2.39) преобразуются к виду:

 

Q_о = 1,1Q_огр. (2.43)

 

(2.44)

 

Из уравнения (2.44) следует, что потребность в подводе теплоты для систем отопления этих зданий исчезает при повышении наружной температуры t_н до уровня температуры воздуха внутри помещений. Следовательно, температура начала работы отопления должна быть численно равной t_вр. Однако зданий, не имеющих внутренних тепловыделений, практически не существует и учитывая тепловую инерционность ограждений, строительные нормы и правила [6] рекомендуют включать системы отопления в этих зданиях при устойчивом понижении в течение трех суток подряд суточной температуры наружного воздуха t_нсс до 8°С и выключать из при соответственно повышении t_нсс выше 8°С. Таким образом, температура начала отопления директивно устанавливается: t^ж_н.о = 8°С.

Для производственных зданий и корпусов с переменным режимом работы (одно или двухсменный), а также для торговых, зрелищных и аналогичных предприятий, в которых люди находятся меньшую часть суток, расход теплоты на отопление и необходимую мощность отопительных систем определяют раздельно для рабочего и нерабочего времени. В рабочий период для производственных зданий используют выражение (2.39), а для зданий торговых, зрелищных и аналогичных предприятий (2.44). В нерабочее время в помещениях этих зданий включают «дежурное» отопление, которое при отсутствии внутренних тепловыделений поддерживает в них температуру воздуха t^д_вр < t^о_вр но не ниже 5°С. Расход теплоты на дежурное отопление Q_о^д, кВт (кривая 2 на рис. 2.4) определяют:

- для производственных цехов:

(2.45)

 

- для торговых и аналогичных предприятий:

 

(2.46)

 

Максимальная мощность «дежурного» отопления Q^д_о.р.зд, кВт:

- для производственных зданий:

 

(2.47)

- для торговых и аналогичных предприятий:

 

(2.48)

 

На рис. 2.4 приведены графики изменения Q_о = f(t_н) по выражениям (2.45), (2.46) и (2.47) при Q^пр_о.р.зд = Q^ж_о.р.зд.

Обычно в помещении цеха монтируют одну систему отопления, а переход от рабочего к «дежурному» режиму ее работы и наоборот осуществляют выключением или включением определенной части отопительных приборов.

Годовое количество теплоты для отопления зданий определяется с целью выявления потребностей в топливе, для разработки режимов работы оборудования источников теплоты и т.п. Подсчет годовой потребности в теплоте на последующие годы Q_ог, кВт·ч/год, проводят для усредненного эталонного года с продолжительностью стояния n_i, ч каждого значения температуры наружного воздуха t_нi, °С (см.приложение 1). При подсчете годовой потребности в теплоте сначала для каждого значения температуры наружного воздуха t_нi за время отопительного периода (t_но ³ t_н.i ³ t^б_н.х) по формулам (2.39) – для промышленных зданий, (2.44) – для жилых, (2.45) –для «дежурного» отопления подсчитывают расходы теплоты Q_оi и Q^д_оi на отопление каждого здания.

Годовой расход теплоты на отопление j-го здания промышленного предприятия с непрерывным режимом работы или жилого Q_огj, кВт · ч/год определяют, суммируя произведения годового времени стояния n_i, ч, данной температуры t_нi на соответствующий расход теплоты Q_oi:

 

(2.49)

 

Годовой расход теплоты на отопление всех М_зд зданий предприятия с непрерывным режимом работы или жилого микрорайона Q_ог, кВт · ч/год:

 

(2.50)

 

Для зданий с переменным температурным режимом допускается, что время работы основной и дежурной систем отопления при любой температуре наружного воздуха t_нi в течение отопительного периода распределяется пропорционально отношению времени работы каждой из систем за неделю (n^о_нед и n^д_нед) к общей продолжительности недельного времени n_нед .

С учетом указанного допущения подсчет годового расхода теплоты j-го здания Q^ор_о.г.j проводится раздельно для основной Q^о_о.г.j и дежурной Q^д_о.г.j систем его отопления с последующим суммированием:

 

(2.51)

где: К_р.нед=n^о_нед/n_нед и (1-К_р.нед)=n^д_нед/n_нед ¾ относительная продолжительность работы соответственно основной и «дежурной» систем отопления.

 

Годовой расход теплоты на отопление всех М_зд зданий с переменным температурным режимом работы Q^пр_о.г, кВт · ч/год:

(2.52)

 

В течение суток температура наружного воздуха t_н не остается постоянной (кривая 1 на рис. 2.5). Изменение ее вызывает изменение теплопотерь здания (кривая 3 на рис. 2.5), и для поддержания стабильного значения температуры воздуха внутри помещения t_вр (кривая 8 на рис. 2.5) должен соответственно меняться график теплопритока от системы отопления.

В помещениях с высокими и повышенными уровнями требований к температурному режиму отопительные установки или приборы систем отопления необходимо обеспечивать средствами автоматизированного поддержания температуры воздуха внутри цеха.

Суточный график отпуска теплоты от систем отопления этих зданий (кривая 4 на рис. 2.5) повторяет с некоторым запаздыванием суточный

график изменения теплопотерь, и температура воздуха в помещении (кривая 6 на рис. 2.5) колеблется незначительно.

Для выявления суточного графика отпуска теплоты от систем отопления в помещениях с низкими и средними уровнями требований к температурному режиму определяют средние значения температуры наружного воздуха за каждую смену (кривая 2 на рис. 2.5). Отпуск теплоты из отопительных систем этих зданий (кривая 5 на рис. 2.5) осуществляют в соответствии с уровнем усредненного значения температуры наружного воздуха за предшествующую смену. Температура воздуха в помещении (кривая 7 на рис. 2.5) в этом случае колеблется значительнее.

Для определения экономичных режимов работы энергетического оборудования, генерирующего теплоту в котельных, ТЭЦ и других источниках теплоты, выбора оптимальных параметров, используемых теплоносителей и других технико-экономических сопоставлений вариантов элементов систем теплоснабжения широко используют годовой график тепловых нагрузок по продолжительности их стояния (график Россандера), изображенный кривыми 1, 2, 3 и 4 на рис.2.6.

При построении этого ступенчатого графика для отопительной нагрузки по оси абсцисс нарастающим итогом от t^б_н.х до t_но откладывают продолжительности ni, ч, стояния каждой температуры наружного воздуха t_нi, °С, за отопительный период, а по оси ординат соответствующие теплопоступления из системы отопления Q_оi, кВт, при каждом значении этих температур t_нi, °С. Численные значения Q_оi можно определять непосредственно по (2.39 – 2.42) или использовать их графическую интерпретацию (см. рис. 2.4). Для промышленных зданий со стабильным температурным режимом (рис. 2.6), откладываемая по оси абсцисс величина , ч, есть годовая продолжительность работы системы отопления предприятия (здания), а площадь под ступенчатой кривой 2 эквивалентна годовой потребности в теплоте предприятия (здания) Q_о.г^пр, кВт · ч/год. При том же расчетном расходе теплоты жилым районом (зданием) продолжительность отопительного периода и годовая потребность в теплоте Q^ж_о.г, кВт · ч/год, эквивалентная площади под кривой 1 на рис. 2.6, выше чем у промышленных зданий.

Для зданий с переменным температурным режимом (рис. 2.6) график Россандера для основной системы отопления строят аналогично, только по оси абсцисс нарастающим итогом откладывают величины произведений

(К_р.нед · n_i), которые представляют собой продолжительности стояния каждого значения t_нi в период ежегодного времени ее работы.

 

Рис. 2.5. Суточный график изменения температуры наружного и внутреннего воздуха, а также расхода теплоты отопительной системы: а – график изменения температур наружного воздуха; б – график изменения расходов теплоты; в – изменение температур внутри помещений; 1 – фактическое изменение температуры наружного воздуха; 2 – усредненная за смену температура наружного воздуха; 3 – фактическое изменение теплопотерь помещения; 4 – суточный график отпуска из отопительных систем теплоты в помещения с повышенным уровнем требований к температурному режиму; 5 – то же, но в помещения с низким и средним уровнем требований к температурному режиму; 6 – расчетная температура воздуха внутри помещения; 7 – характер реальных изменений температуры воздуха в помещениях с повышенным уровнем требований к температурному режиму; 8 – то же, но в помещениях с низким и средним уровнями требований к температурному режиму.

Годовое время работы основной системы отопления в этих зданиях , ч, а площадь под ступенчатой кривой 3 эквивалентна ее годовой потребности в теплоте Q^о_о.г, (кВт · ч)/год. Для дежурного отопления этих зданий построение проводят аналогично, только по оси абсцисс нарастающим итогом от точки n^о_о откладывают произведения (1 - К_р.нед)n_i, которые представляют продолжительность стояния t_нi в период ежегодной продолжительности его работы. По оси ординат откладывают тепловые нагрузки «дежурного» отопления Q^д_о.i, кВт при соответствующих значениях температур наружного воздуха t_нi, °С. Годовое время работы «дежурного» отопления площадь под ломаной линией 4 эквивалентна годовой потребности в теплоте Q^д_о.г, кВт · ч/год, данной системы. Общая годовая потребность в теплоте для систем отопления потребителей с переменным температурным режимом Q_о.г=Q^о_о.г+Q^д_о.г, а общая продолжительность работы отопительных систем n'_о.пр=n^о_о+n^д_о, ч.

Как правило, общая продолжительность работы отопительных систем в зданиях с переменным температурным режимом n'_о больше, чем время работы системы в зданиях с постоянным режимом n_о.пр, и менее, чем время работы отопительных систем жилых зданий n_ож . В том же соотношении находятся и годовые расходы теплоты на отопление этих потребителей.

На рис. 2.6 представлен график часовой продолжительности тепловой нагрузки систем отопления за отопительный период [1].

Громоздкие и трудоемкие расчеты по определению текущих и годовых расходов теплоты на отопление промышленных и жилых зданий рекомендуется проводить на ЭВМ с использованием соответствующего программного обеспечения, к примеру, MathCAD.

 

 

Рис. 2.6. График продолжительности тепловой нагрузки отопления (график Россандера): 1 – жилое здание; 2 – промышленное здание с постоянным температурным режимом в отапливаемом помещении; 3 – промышленное здание с переменным температурным режимом в рабочий период; 4 – то же, в период работы дежурного отопления.

 

Изменения климатических параметров в течение года обычно характеризуется изменениями их среднемесячных значений, полученных по данным многолетних наблюдений. Кривые годовых изменений имеют плавный характер и приближаются по своему очертанию к правильным гармоническим. Годовой ход изменения температуры наружного воздуха следует за годовым ходом интенсивности солнечной радиации с некоторым запаздыванием, что связано с нестационарным характером теплообмена в приземном слое. Годовой минимум температуры наружного воздуха обычно приходится на январь. Изменение в течение года влажности воздуха, а для большинства районов России и скорости ветра, связаны с температурой.

Гармонический характер изменения параметров климата позволяет определить их функцией времени года в виде тригонометрического ряда. Изменение любого параметра климата «у» (температуры t_н, интенсивности солнечной радиации J, энтальпии h_н) можно считать равным [2]:

 

У = У_Г + А_У∙cos(2πz / 365), (2.53)

 

где: У_г – среднегодовое значение параметра; А_у – амплитуда изменения параметра; z – период времени от момента максимума, сут.

Значения величин, входящих в формулу (2.53), для различных климатических параметров и географических районов могут быть получены по данным метеорологических наблюдений, приведенным, в частности, в [5]. Для примера, в табл. 2.7 приведены параметры климата для Москвы.

Таблица 2.7

Параметры климата Москвы [2]

Параметры климата	Температура воздуха, tн,0С	Энтальпия hн, Дж/кг	Интенсивность солнечной радиации, J, Вт/м2, при ориентации поверхности
Горизон-тальной	Ю	С	З, В
Среднегодовое значение Уг Амплитуда АУ Месяц максимума Месяц минимума	4.1   14,15 VII I	VII I	VI XII	VI I	VI I	VI I

 

 

Пример расчета тепловой нагрузки системы отопления здания

Исходные данные:

Наружные параметры здания A,B,H: 90х30х8 м.

Город: Иркутск.

Условия труда II-A.

Расположение продольной оси здания: З-В.

Материал стен: глиняный кирпич на цементно-песчаном растворе с двусторонней штукатуркой (Прил.3):

· плотность глиняного кирпича: кг/м3

· теплоемкость глиняного кирпича: Дж/(кг · К)

· теплопроводность глиняного кирпича: Вт/(м · К)

· плотность песчано-цементной штукатурки: кг/м3

· теплоемкость песчано-цементной штукатурки: Дж/(кг · К)

· теплопроводность песчано-цементной штукатурки: Вт/(м · К)

· толщина штукатурки: м

Конструкция и материал пола: пол на грунте,

под полом утепляющий слой - Вт/(м · К), м

(К · м2)/Вт

Конструкция и материал потолка: железобетонные плиты с керамзитовой засыпкой, над потолком чердак с кровлей из черепицы:

· толщина железобетонных плит: м

· теплопроводность керамзитового гравия: Вт/(м · К)

· плотность железобетонных плит: кг/м3

· теплоемкость железобетонных плит: Дж/(кг · К)

· теплопроводность железобетонных плит: Вт/(м · К)

Параметры окон:

· площадь окон: м2

· верхняя отметка окон: м

· нижняя отметка окон: м

Количество людей, работающих в смену: чел.

Количество установленных в цеху электродвигателей и мощность каждого из них: , кВт

Количество установленных теплообменных аппаратов и тепловая мощность каждого из них: , кВт

Внешний вид здания с указанием габаритных размеров приведен на рис. 2.7.

Инфильтрация через окна

Определяем расчетную разность давлений на наружной и внутренней сторонах окна, предварительно приняв из СНиП м/с

Па

Определяем минимально допустимое сопротивление воздухопроницанию окна, приняв из СНиП значение нормативной воздухопроницаемости окна:

кг/ч

Максимальное количество воздуха, инфильтрирующегося в помещение через окно на боковой наветренной стене (южной):

 

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ

Система отопления представляет собой комплекс взаимосвязанных элементов, основными из которых, в общем случае, являются: источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы. Передача теплоты от источника теплоты к отопительным приборам осуществляется теплоносителем, циркулирующим по теплопроводам от источника теплоты к отопительным приборам, где отдав теплоту, возвращается к источнику (Рис. 3.1).

 

 

 

Рис. 3.1. Схема системы водяного отопления: τ₀₁, τ₀₂ – температура сетевой воды для систем отопления в подающем и обратном теплопроводах; τ₀₃, τ₀₄ – температура циркулирующей воды на выходе из теплообменника 2 и на входе соответственно; 1 – источник теплоты; 2 – теплообменник; 3 – подающий теплопровод; 4 – обратный теплопровод; 5 – отопительные приборы; 6 – расширительный бак; 7 – устройство для выпуска воздуха; 8 – циркуляционный насос

 

В зависимости от способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным или лучистым.

К конвективному относят отопление, в котором теплота от отопительных приборов поступает в помещение в результате конвективного теплообмена наружной стенки отопительного прибора с внутренним воздухом помещения. При этом, радиационная (средневзвешенная) температура обращенных к человеку поверхностей окружающих твердых предметов ниже температуры воздуха внутри помещения ( <t ).

Лучистым называют отопление, при котором радиационная (средневзвешенная) температура обращенных к человеку поверхностей окружающих твердых предметов выше температуры воздуха внутри помещения (t < ).

 

 

3.1.1 Теплоносители в системах отопления

В качестве теплоносителей в системах отопления используют жидкостные (вода, антифризы) или газообразные (пар, воздух, продукты сгорания природного газа) среды.

Вода представляет собой жидкую среду. Практически несжимаема. Имеет значительную плотность и теплоемкость. Плотность, объем и вязкость изменяются в зависимости от температуры. Температура кипения зависит от давления. Способна сорбировать или выделять растворимые в ней газы при изменении температуры и давления.

При использовании воды в качестве теплоносителя обеспечивается достаточно равномерная температура помещения. Возможно регулирование температуры поверхности отопительных приборов. Сокращается площадь поперечного сечения труб по сравнению с другими теплоносителями и достигается бесшумность движения в теплопроводах. К недостаткам следует отнести следующие: значительный расход металла; значительное гидростатическое давление в системах; тепловая инерционность воды, замедляющая регулирование теплопередачи отопительных приборов.

Антифриз – незамерзающая жидкость, иногда используемая в качестве теплоносителя в суровых зимних условиях. Антифризом являются водные растворы этиленгликоля, пропиленгликоля и других гликолей. Используются также растворы некоторых неорганических солей.

Следует отметить, что антифризы являются достаточно токсичными веществами и требуют особого с ними обращения. Кроме того, его использование в системе отопления может привести к ускорению процессов коррозии, снижению теплообмена, изменению гидравлических характеристик и т.п. В связи с этим, применение антифриза в качестве теплоносителя должно быть обосновано в каждом конкретном случае.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении. Во время конденсации пара на внутренней поверхности отопительного прибора выделяется теплота конденсации. При этом теплоотдача значительно превышает теплоотдачу при конвективном теплообмене. Однако пар как теплоноситель в системах отопления в большинстве случаев уступает воде. Так как температура поверхности отопительных приборов превышает 100⁰С, происходит возгонка органической пыли, оседающей на эти поверхности, что приводит к выделению в помещение вредных веществ и неприятных запахов.

Воздух является легкоподвижной и легкодоступной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью. При изменении температуры изменяются его плотность и объем. Безопасен в пожарном отношении. Применение воздушных систем позволяет обеспечивать необходимую температуру воздушной среды в помещениях. Однако, из-за низкой удельной теплоемкости и плотности для удовлетворения заданной тепловой нагрузки расход воздуха может быть значительным, что приводит к увеличению сечения каналов воздуховодов, увеличению скорости, повышению гидравлического сопротивления и, следовательно, увеличению расхода электроэнергии. Поэтому, особенно на промышленных предприятиях, систему воздушного отопления совмещают с системами вентиляции и кондиционирования помещений.

Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, имеют высокую температуру и удельную энтальпию. При транспортировке газа к потребителю имеются значительные тепловые потери. Применяются в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-техническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускаться непосредственно в помещение или сооружения, но при этом ухудшается состояние их воздушной среды. Кроме того необходимо решать экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды продуктами сгорания вблизи отапливаемых объектов.

В отличие от горячих газов вода, пар, воздух используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей среды.

В табл. 3.1 представлены сравнительные характеристики основных теплоносителей для систем отопления и соотношения площадей поперечного сечения для теплопроводов при одинаковом количестве теплоты передаваемой в помещение [2]. В расчетах принято, что для отопления используются: вода, температура, температура которой понижается с 150 до 70⁰С; пар с избыточным давлением 0,17 МПа (температура 130⁰С); воздух, охлаждающийся с 60⁰С до 15⁰С.

 

Таблица 3.1

Параметры	Теплоноситель
вода	пар	воздух
Температура, разность температур, ОС	150-70=80		60-15=45
Плотность, кг/м3		1,5	1,03
Удельная массовая теплоемкость, кДж/(кг∙ОС)	4,31	1,84	1,0
Удельная теплота конденсации, кДж/кг	-	2 175	-
Количество теплоты для отопления в 1 м3 теплоносителя, кДж	316 370	3 263	46,4
Скорость движения, м/с	1,5
Соотношение площади поперечного сечения теплопроводов		1,8

 

3.1.2 Требования к системам отопления

Системы отопления должны удовлетворять различным требованиям: санитарно-гигиеническим; экономическим; строительным; монтажным; эксплуатационным [3].

Санитарно-гигиенические – поддержание заданной температуры воздуха, равномерной по объему рабочей или обслуживаемой зоны. При этом температуры внутренних поверхностей наружных ограждений, нагревательных приборов и технологических установок должны находиться в пределах допустимых.

Экономические – минимизация затрат на сооружение и эксплуатацию систем отопления с учетом расхода металла, затрат труда на изготовление и монтаж оборудования. В связи с этим проводится технико-экономический анализ различных вариантов систем отопления.

Строительные – соответствие архитектурно-планировочному решению помещений. Размещение отопительных элементов должно быть увязано со строительными конструкциями.

Монтажные – унификация деталей и узлов, изготовление элементов систем отопления преимущественно в заводских условиях, минимизация ручного труда.

Эксплуатационные – обеспечение надежности поддержания заданных температур воздуха. Надежность системы отопления обуславливается ее долговечностью, безотказностью, простотой регулирования, управления и ремонта. Кроме того, система отопления должна быть безопасной и бесшумной в эксплуатации, создавать наименьшее загрязнение вредными выбросами окружающей среды.

 

 

3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Системы отопления можно классифицировать по различным признакам.

В зависимости от числа обслуживаемых объектов, системы отопления делятся на местные и центральные.

Местные системы отопления предназначены для обогрева одного помещения. Все элементы системы отопления находятся внутри обогреваемого помещения. В качестве примеров можно привести следующие: печное отопление; электрическое; водяное, в котором используются – газовый или электрокотел, насос, теплопроводы и отопительные приборы; воздушное с использованием электрокалориферов и т.д.

Центральные системы отопления обеспечивают теплоносителями несколько потребителей теплоты (помещения, здания) из одного центра, где находятся теплогенерирующие установки (котельная, ТЭЦ и т.п.). Произведенная в них теплота по теплопроводам поступает к отопительным приборам потребителей.

По виду теплоносителя делятся на системы водяного, парового, воздушного, электрического и газового инфракрасного (лучистого) обогрева.

В водяных системах отопления используется циркулирующая вода, которая нагревается в теплогенераторе, по теплопроводу поступает к отопительным приборам, где охлаждается, передавая теплоту внутреннему воздуху помещения, и далее возвращается к теплогенератору по обратному теплопроводу.

В паровых системах отопления в качестве теплоносителя используется пар. От источника теплоты (парогенератора) пар по паропроводу поступает к отопительным приборам, где конденсируются, отдавая теплоту фазового перехода. Конденсат под действием гравитационных или побудительных сил возвращается к парогенератору. В парогенераторе происходит парообразование с резким увеличением энтальпии теплоносителя.

В воздушных системах отопления воздух, используемый в системах отопления, нагревается до температуры, обычно не превышающей 60⁰С, в специальных теплообменниках – калориферах. В калориферах для нагрева воздуха могут использоваться: вода, пар, электроэнергия, горячие газы. Системы воздушного отопления при этом соответственно называются водовоздушными, паровоздушными, электровоздушными, газовоздушными.

В панельно-лучистой системе отопления используются специальные панели с температурой стенки, обращенной во внутреннюю область помещения, превышающую температуру воздуха в рабочей или обслуживаемой зоне. Греющие панели – отопительные приборы со сплошной гладкой нагревательной поверхностью, обычно выполняются в виде плиты, в которую заложены трубы для прохода теплоносителя. Греющие панели совместно с теплопроводами образуют систему панельно-лучистого отопления.

 

3.3. СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

В настоящее время водяное отопление с искусственным побуждением циркуляции воды при помощи насосов – насосное водяное отопление – получило наибольшее распространение перед другими системами отопления.

Водяное отопление с естественной циркуляцией – гравитационное – применяют сравнительно редко.

Системы водяного отопления имеют гигиенические и технические преимущества перед другими системами отопления. При водяном отоплении (по сравнению с паровым) поддерживается относительно невысокая температура поверхности отопительных приборов и теплопроводов, равномерная температура помещений. Системы водяного отопления обладают большой надежностью, значительным сроком эксплуатации, просты и удобны в обслуживании и ремонте, бесшумны в работе.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы водяного отопления подразделяются на однотрубные и двухтрубные.

В однотрубных системах отопления отопительные приборы одной ветви присоединяются одной труб