Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
13.56 Mб
Скачать

Температуру открытой теплоотдающей поверхности печи и сред­ ние коэффициенты теплоотдачи принимают по табл. VIII.5.

В заключение расчета проверяют фактическую величину ампли­ туды колебания температуры отапливаемых помещений за проме­ жуток времени от одной топки печи до другой.

Печное отопление можно запроектировать, минуя вышеприве­ денную методику расчета,, если применять в качестве генератора тепла печи из типовых альбомов.

В этих случаях расчет печей ведут в такой последовательности. Определяют теплопотери при той же температуре наружного воз­ духа, которая принята для центрального отопления. По типовым альбомам выбирают отопительную печь с теплоотдачей, соответст­ вующей тепловым потерям помещения.

Выбирать печь по теплоотдаче и проверять теплоустойчивость помещений, т. е. определять амплитуду колебания температуры по­ мещения, следует при топке печи 2 раза в сутки. В случае повы­ шения наружной температуры и уменьшения разности температур внутреннего и наружного воздуха до 60—65% от расчетной можно топить печь 1 раз в сутки. Теплотехнический расчет самой печи в этом случае не производится, так как печь выбирают типовую по альбому.

В случае необходимости проектирования самой печи следует иметь в виду, что до применения печи на практике ее нужно под­ вергнуть лабораторным испытаниям по стандартной методике.

При выборе печи учитывают санитарно-гигиенические требова­ ния помещений. Например, для отопления детских и лечебных уч­ реждений следует применять печи с умеренным прогревом стенок, т. е. с температурой поверхности даже в отдельных точках до 90° С.

ГЛАВА IX

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Электрическое, отопление имеет следующие преимущества: про­ стоту монтажа электропроводки, отсутствие продуктов сгорания, компактность нагревательных приборов, высокий коэффициент по­ лезного действия электрических приборов отопления; не требуются дорогостоящие наружные тепловые сети.

К недостаткам электрического отопления относятся высокая температура теплоотдающих элементов (витков проволоки) в эле­ ктрическом нагревательном приборе, опасность в пожарном отно­ шении и высокая стоимость электроэнергии.

В настоящее время электроэнергию применяют в технике тепло­ снабжения в виде следующих устройств:

прямого радиаторного^ отопления на базе электрорадиаторов (например, приборы рд-34, и рд-35 конструкции НИИ сантехники мощностью 0,5 и 1 кВт) ;

электротеплонасорного отопления на базе полупроводниковых тепловых насосов;

отопления с использованием греющих кабелей; теплоснабжения с применением электродных котлов; электроаккумуляционного отопления.

Перспективным является электроотопление с использованием полупроводниковых тепловых насосов, потребляющих электроэнер­ гии в 3—4 раза меньше, чем при прямом электроотоплении. Кроме того, систему электроотопления при помощи тепловых насосов мож­ но в летнее время переключать на охлаждение помещений.

Принцип получения тепла, а также холода из теплого окружа­ ющего воздуха или воды с использованием полупроводников в схе­ ме теплового насоса основан на эффекте Пельтье (1834). Это явле­ ние, научно объясненное русским ученым Ленцем в 1838 г., заклю­ чается в следующем. Если через разнородные соединенные друг с другом металлы (особенно полупроводники) пропустить постоянный электрический ток, то в месте контакта положительного полупро­ водника с отрицательным при направлении тока от «+ » к «—» вы­ деляется тепло, а при обратном направлении тока в месте контакта (спая) тепло поглощается.

Физический смысл этого явления заключается в том, что проис­ ходит перемещение тепла от холодной среды к горячей за счет элек­ трической энергии.

Теоретический отопительный коэффициент электрической систе­ мы отопления на полупроводниковых тепловых насосах /Сот

гг _

-,

7Y

>

n ot—

-,

 

J2—' 1

 

где Г1 — абсолютная температура

холодного спая, К; Гг — то же,

горячего спая.

 

 

 

Пример. При температуре горячего спая 300К (27° С) и холод­ ного 290К (17° С) отопительный коэффициент будет равен

К ОТ

300

30.

300 — 290

 

 

Это означает, что на 1 кВт затраченной электрической мощности можно получить 30 кВт полезного тепла и 29 кВт холода (практи­ чески /Сот = 4—5 в зависимости от качества полупроводников).

В СССР выпускают полупроводниковые тепловые насосы типа «воздух — вода» и «воздух — воздух», характеристики которых при­ ведены в табл. IX. 1.

Преимущество тепловых насосов ПТН состоит в возможности регулировать в широких пределах теплопроизводительность за счет изменения силы тока. Однако системы отопления с применением тепловых насосов могут получить распространение в будущем толь­ ко в местностях с дешевым тарифом электроэнергии и при сниже­ нии стоимости тепловых насосов.

Понятие об электроаккумуляционном отоплении. В последние годы начали применять электроотопление с использованием внепи­ ковой электроэнергии. Себестоимость ее, по данным «Энергосетъ-

 

 

 

 

Т а б л и ц а IX. I

Технические данные некоторых полупроводниковых тепловых насосов

 

 

 

Типоразмер ПТН

 

 

Показатели

ТН-3

ТН-5

 

 

 

Номинальная

производительность; ккал/ч:

3000

5Q00

по теплу

 

.

по холоду .

2000

3300

Производительность по воздуху, м3/ч

360

720

Расход воды,

л/ч

. . . .

200

400

Потребляемая

мощность при / =10 А, Вт

1200

2000

проекта», в 1,7—2,3 раза ниже средней себестоимости электро­ энергии.

Использовать внепиковую электроэнергию для отопления можно при условии создания установок с материалами, аккумулирующими тепло. Аккумулирующие материалы должны обладать максималь­ ной теплоемкостью, высокой рабочей температурой, объемной мас­ сой, теплопроводностью и приемлемой стоимостью.

Основными способами аккумуляции тепла могут служить способ сохранения тепла в предварительно нагретом материале, использо­ вание скрытого тепла между двумя фазами материала и примене­ ние реакции обратимого химического процесса.

В центральных системах отопления аккумулирующим материа­ лом является вода.

Расчеты теплоаккумуляционного электрического отопления про­ изводят с учетом теплоаккумуляционной способности зданий, при­ боров электрического отопления, электрокотлов и других емкостей.

Коэффициент аккумуляции теоретически можно определить по формуле, используемой в трудах проф. Е. Я. Соколова

где F — поверхность стен, м2; ô — толщина стен, м; у — объемная масса стен, кг/м3; к — отопительная характеристика здания, ккал/м3•ч-град; V — объем здания, м3; с — теплоемкость огражде­ ний, ккал/кг-град.

Для жилых зданий р= 30—60 при водяном центральном отопле­ нии.

Зная коэффициент аккумуляции, можно найти предельное время отключения Z системы электроотопления:

где tB — внутренняя температура воздуха в помещении в момент прекращения подачи тепла; tz '— то же, через Z ч; /н — расчетная наружная температура.

Расчет нужно вести на те помещения, которые охлаждаются наи­ более быстро (например, угловые квартиры).

При отоплении помещений электропечами тепло аккумулируется в печах, интерес к установке которых наблюдается в ряде зару­ бежных стран.

Расчет электронагревательных приборов. Количественная сторо­ на преобразования электроэнергии в тепловую выражена законом Джоуля— Ленда: количество тепла Q, выделенного током на уча­ стке цепи, прямо пропорционально квадрату силы тока /, сопро­ тивлению участка R и времени прохождения тока t.

Q= PRt.

При расчете электронагревательных приборов следует иметь в виду, что количество тепла, выделяемого проводниками, зависит от способа их соединения: последовательного или параллельного.

При последовательном соединении проводников (потребителей) тока имеем

Q i = PRit\ Q2=

Разделив почленно эти равенства и сократив на I и получим

Qi = Ri

Q2 R2

Иными словами, количество тепла, выделенного током в от­ дельных участках цепи при последовательном соединении, прямо пропорционально сопротивлениям участков.

При параллельном соединении проводников одинаковы напря­ жения и на обеих ветвях:

иЧ

Qi Ri

После деления этих равенств почленно и сокращения на и и t по­ лучим

Qi _ R2

О2 R i

т. е. количество тепла, выделившегося в параллельно соединенных проводниках, обратно пропорционально сопротивлениям участков.

Расчет реостатных отопительных электроприборов. В основу расчета положено условие о том, что проводник при нагревании должен отдать в окружающее пространство требуемое проектом количество тепла. Для этого проводник должен иметь определенные геометрические параметры (/ — длину, d — диаметр) и температуру поверхностей /Пов. Эти условия выражены двумя уравнениями, при­ веденными ниже.

1. Количество тепла в ккал/ч, отдаваемое проводником, равно

a F

andl

где а — коэффициент теплоотдачи [а=/(йюв, d)], ккал/м2 • ч-град. По опытным данным, а принимают при 6юв=100°С и диаметрах проволоки от 0,5 до 2 мм в пределах 35—45 ккал/м2-ч • град; при этом меньшим диаметрам соответствуют большие значения a; F — поверхность проводника ndl, м2; £Пов— температура поверхности проводника (практически равна температуре проводника); /в — температура воздуха в помещении.

2. Количество тепла, выделяемое проводникам при переходе эле­ ктрической энергии в тепловую, определяют по формуле

Q = 9,86а2//?,

где 0,86=1 Вт*4= (0,86 ккал).

Сопротивление проводника R можно выразить отношением

Р _ c l_ 4cl Н~ / ~ я*2 ’

где с — удельное сопротивление проводника, ом*мм2/м; I и f — длина и площадь сечения.

Подставляя значение R, получим

Q=0,86

4cl

Из первого уравнения находим значение d

^1000Q

аяI (<г ов —tB)

После подстановки получим

Q= 0,86

-----ц2я-10002(?------

.

 

4 с / я 2 /2 а 2 (^ 10в- ^

в)2

Отсюда получаем формулу для определения длины проводника в м:

1=41

u2Q

са2 (tnQB—^в)2

ГЛАВА X

КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Комбинированными системами отопления называют такие, в ко­ торых, как правило, имеются два теплоносителя: первый — грею­ щая среда, второй — нагреваемая среда или теплоноситель собст­ венно системы отопления.

К комбинированным системам относят: центральные пароводя­ ные системы, водоводяные, паро- и водовоздушные (рассмотренные выше), системы с использованием перегретой воды и пара. Рас­ смотрим некоторые из названных систем.

Центральная пароводяная система (рис. Х.1) применяется в тех случаях, когда генераторами тепла служат паровые котлы, выраба­ тывающие пар для технологических нужд предприятий.

Установка работает следующим образом. Пар из котла 1 посту­ пает в емкостный водонагреватель 2, в змеевике 3 которого пар кон­ денсируется, отдавая скрытое тепло парообразования (конденса­ ции) циркулирующему через водонагреватель теплоносителю (во­ де) системы отопления.

 

 

Рис.

Х.2.

Схема

отопления

 

 

с

водоводяным

подогрева­

/ — котел; 2 — емкостный водо-

 

 

 

телем:

 

 

 

подогреватель;

3 — змеевик; 4

1 — трубопроводы

тепловой

се­

система водяного отопления с

ти;

2 — водоподогреватель;

3 —

естественной

циркуляцией

насос;

4 — система

водяного

 

 

отопления

с насосной

циркуля­

 

 

 

 

цией; 5 — задвижка

 

Ввиду относительно больших размеров водоподогревателя ско­ рость воды в нем мала. Следовательно, невелико и гидравлическое сопротивление водоподогревателя, вследствие чего можно приме­ нять систему пароводяного отопления с естественной циркуляцией, как показано на рис. Х.1. Относительно большая емкость водоподо­ гревателя, а следовательно, и большая его теплоаккумулирующая способность позволяют регулировать теплоотдачу системы отопле­ ния пропусками, т. е. подавать пар в водоподогреватель с переры­ вами.

Теплопроизводитёльность емкостного подогревателя зависит от величины поверхности змеевика, устраиваемого обычно из U-образ- ных трубок.

На рис. Х.2 показана система отопления с водоводяным подогре­ вателем, обычно называемым скоростным (рис. Х.З). В таком водоподогревателе первичным теплоносителем служит перегретая вода (150° С), получаемая из тепловых сетей ТЭЦ.

Вторичным теплоносителем здесь является вода собственно си­ стемы отопления. Вследствие относительно большого гидравличе­ ского сопротивления водоподогревателя системы отопления

(имеется в виду толщина материала стенки и слоя загрязнения); л — коэффициент теплопроводности слоя стенки (соответственно материала стенки, накипи, шлама).

Значения коэффициентов теплоотдачи ai и <х2 определяют по формулам, полученным на основе экспериментальных и теоретиче­ ских данных:

a = f ( v , d, дт),

где V — скорость движения жидкости, м/с; d — диаметр трубки (или эквивалентный гидравлический диаметр), м; Ат — разность темпе­ ратур стенки и воды, стенки и кипящей воды (или насыщенного пара).

Поверхность нагрева водоподогревателя должна составлять

F — ndcpln,

где rfCp — средний диаметр трубки, м; I — длина трубки, м; п — чис­ ло трубок.

Средняя разность температур теплоносителя определяется по формуле

At

A7*i - ДГ2

АГ1

In дг2

где ДT i = T 2/ 1; АГ2=7’1—/2; Т\ и Т 2— начальная и конечная тем­ пература греющей жидкости (первичного теплоносителя); t\ и t2— начальная и конечная температура нагреваемой жидкости (вторич­ ного теплоносителя).

В водоводяных скоростных подогревателях коэффициент тепло­ передачи достигает 1000—2000 ккал/м2•ч-град при скорости воды 0,5—1,5 .м/с, в емкостных водоподогревателях — не выше 600 ккал/м2 • ч-град.

Г и д р а в л и ч е с к о е с о п р о т и в л е н и е в о д о п о д о г р е ­ в а т е л я . Методика определения гидравлического сопротивления водоподогревателя не отличается от методики определения, гидрав­

лических потерь трубопроводами

(например,

систем

отопления).

Гидравлическое сопротивление

водоподогревателя

определяют

в кг/м2 по формуле

 

 

 

 

 

где %— коэффициент

сопротивления трения

труб, составляющих

поверхность нагрева

водоподогревателя;

— сумма

коэффициен­

тов местных сопротивлений; d — диаметр трубы или эквивалентный диаметр сечения прохода теплоносителя, принимаемый равным 4//S; I — общая длина труб последовательно составляющих длину пути теплоносителя, м; v — скорость теплоносителя, м/с; у — объ­

емная масса

теплоносителя, кг/м3; g — ускорение силы тяжести,

равное 9,81

м/с2; f — площадь

сечения прохода теплоносителя, м2;

5 — периметр сечения прохода

теплоносителя, м.

Гидравлическое сопротивление в скоростных водоподогревателях может составлять 1000—9000 кг/м2.

Широко распространен способ присоединения местных систем отопления к тепловым сетям ТЭЦ через элеватор (рис. Х.4), пред­ ложенный проф. В. М. Чаплиным в 1903 г.

Элеватор предназначен для смешивания горячей и охлажден­ ной воды. Он состоит из следующих элементов (рис. Х.5): рабочего сопла 1, через которое под давлением поступает горячая вода ъз

Рис. Х.4. Присоединение системы водя-:

Рис. Х.5. Водоструйный элеватор:

ного отопления к тепловым сетям через

1 — рабочее сопло; 2 — камера всасывания;

элеватор:

3 — смесительный конус; 4 — диффузор

/ — тепловые сети; 2 — элеватор; 3 — система

 

водяного отопления; 4 — воздухосборник

 

тепловой сети; камеры всасывания 2, в которую поступает (подса­ сывается) охлажденная вода из местной системы; смесительного конуса 3, в котором горячая вода 'смешивается с охлажденной; диф­ фузора 4, в котором увеличивается статическое давление воды бла­ годаря конической форме диффузора по причине падения скорости.

Работа элеватора состоит в следующем. Горячая вода, проходя по соплу, приобретает при выходе из него большую скорость. Дав­ ление при.этом в камере всасывания снижается до величины мень­ шей, чем в патрубке, через который поступает охлажденная вода. Вследствие этого охлажденная вода подсасывается в камеру всасы­ вания и смешивается с горячей водой из сопла.

Главной характеристикой элеватора является коэффициент под­ мешивания U, т. е. отношение веса подмешиваемой охлажденной G2 (обратной) воды к весу горячей воды Gь поступающей из теп­ ловой сети:

U = G 2:GU

Значение U можно определить из теплового баланса при смеше­ нии горячей и охлажденной воды:

(С?!+ G2) ch = G \d\+ G2ct2,

(a)

где t\ — температура горячей воды из тепловой сети; h — темпера­ тура охлажденной воды местной системы; U — температура сме­ шанной воды, поступающей в местную систему; с — теплоемкость

воды, принимаемая равной 1 ккал/кг-град.

Из уравнения теплового баланса

(а) находят значение U

ц _ ^ 2 _ 11— ^3

G\

Н

Расчет элеватора заключается в определении размеров основ­ ных его элементов.

Гидравлическое сопротивление местной системы, определяемое при расчете трубопроводов, представляет собой разность давлений у входных патрубков элеватора. Ее можно найти путем практиче­

ских измерений

 

PcР2 Р»

 

где рс — гидравлическое сопротивление

системы отопления, кг/м2;

Р2 — давление воды после элеватора;

/?3 — давление в обратной

системе отопления (в .месте присоединения перемычки). Потери давления в элеваторе составляют (в кг/м2):

Рэ— Р\ /?2»

где Р \ — давление до элеватора, кг/м2;рг — давление после элева­ тора.

Расчет элеватора ведут по формулам, полученным на основании теоретических и экспериментальных последований.

На рис. Х.4 представлена схема установки элеватора в узле уп­ равления системы отопления.

П р и м е р . П о д о б р а т ь э л е в а то р (с м . р и с . Х .5 ) д л я с л е д у ю щ и х у с л о в и й : т е п л о - м о щ н о с т ь м е с тн о й с и с те м ы о т о п л е н и я — 4 0 0 00 0 к к а л /ч ; т е м п е р а т у р а го р я ч е й в о д ы в т е п л о в о й с е ти — / i = 1 5 0 ° C , о х л а ж д е н н о й — ^ = 7 0 ° С ; т е м п е р а т у р а г о р я ­ чей в о д ы в м е с тн о й с и с те м е о т о п л е н и я / 3 = 9 5 ° С , о х л а ж д е н н о й — / 2= 70° С ; г и д ­ р а в л и ч е с ко е с о п р о т и в л е н и е м е с тн о й с и с те м ы о т о п л е н и я — р с = Ю 0 0 к г / м 2.

Р е ш е н и е . 1. К о л и ч е с т в о в о д ы G 3, ц и р к у л и р у ю щ е й в м е с тн о й с и с те м е о т о п л е н и я , о п р е д е л я е м п о ф о р м у л е

G 3 = G х + G 2 ,

гд е G 2 — к о л и ч е с т в о в о д ы , п о с т у п а ю щ е й и з го р я ч е й м а ги с т р а л и т е п л о в о й с е ти ; G 3 — ко л и ч е с т в о в о д ы , п о д м е ш и в а е м о й и з о б р а т н о й с и с те м ы о т о п л е н и я .

О

С3 = *3-*2

4 0 0 000

16 000 кг/ч.

9 5 . - 7 0

2 . О п р е д е л я е м ко э ф ф и ц и е н т п о д м е ш и в а н и я

<?2

_ h — h

G\

h — h

Q

400 000

GY

^ = 5 0 0 0 к г / ч ;

t i - t i

150 — 70