Добавочные теплопотери

№ п/п	Тип ограждения	Условия	Добавочные тепло- потери β, доли
1	2	3	4
1	Наружные двери, не оборудованные воздушной завесой при высоте здания Н, м	Тройные двери с двумя тамбурами между ними	0,2 Н
		Двойные двери с тамбуром между ними	0,27 Н
		Двойные двери без тамбура	0,37 Н
		Одинарные двери	0,22 Н
2	В угловых помещениях дополнительно для стен, окон и дверей	Одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад	0,05
		В других случаях	0,1

Графа 13 – «Множитель для учета дополнительных потерь теплоты (1 + ∑β)».

Графа 14 – «Потери теплоты через ограждающие конструкции Q_огр, Вт».

Определяется по формуле

Q_огр = F · (t_int – t_ext) · (1 + ∑β) · n · k_огр, Вт , (12)

где F – расчетная площадь ограждающей конструкции, м² (графа 7 табл. 11); t_int – расчетная температура воздуха в помещении, ^оС; t_ext – расчетная температура наружного воздуха, ^оС, табл. П1.1; (1 + ∑β) – добавочные теплопотери, в долях от основных потерь, графа 13 табл. 11; n – поправочный коэффициент, графа 9 табл. 11; k_огр – коэффициент теплопередачи рассчитываемых ограждающих конструкций, Вт/(м² · ^оС), табл. 10.

Графа 15 – «Потери теплоты помещением через ограждающие конструкции ∑Q_огр, Вт».

Определяется как сумма потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции данного помещения.

Графа 16 – «Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося через ограждающие конструкции наружного воздуха Q_инф, Вт».

В результате действия теплового и ветрового давления через поры и неплотности в наружных ограждениях происходит просачивание холодного наружного воздуха внутрь помещения (инфильтрация). Для упрощения расчетов в курсовом проекте принимается Q_инф = 0,3 ∑Q_огр.

Графа 17 – «Бытовые теплопоступления Q_быт, Вт».

Количество теплоты, которое выделяется в процессе жизнедеятельности в комнатах и кухнях жилых домов, следует принимать не менее чем 10 Вт на 1 м² площади пола помещения.

Графа 18 – «Полные потери теплоты помещениями Q_пом, Вт».

Определяется по формулам:

- для жилых комнат и кухонь

Q_пом = ∑Q_огр + Q_инф – Q_быт, Вт; (13)

- для лестничных площадок

Q_пом = ∑Q_огр + Q_инф, Вт. (14)

Результат должен быть округлен до 10 Вт.

Полные потери теплоты помещениями всего жилого здания Q_зд, равны

, Вт, (15)

где n – количество рассчитываемых помещений в здании.

Зная теплопотери, можно приближенно определить годовой расход топлива на отопление всего здания по формуле [17]

, т/год, (16)

где k – коэффициент, учитывающий потери тепла в трубопроводах, k = 1,1…1,2; Q_зд – полные потери теплоты помещениями всего жилого здания, Вт, определяемое по формуле (15); z_ht – продолжительность отопительного периода, сут, табл. 1; 3,6 – коэффициент, учитывающий перевод Вт в кДж/ч; – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, для заданного топлива табл. П1.10 рассчитывается по [18]; η_КУ – коэффициент полезного действия котельной установки, равный 0,7…0,8.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Выбор системы отопления начинается с выбора источника теплоснабжения, в качестве которого могут быть тепловые сети централизованного теплоснабжения или собственный источник тепла (котельная). В курсовом проекте источник теплоснабжения и параметры теплоносителя заданы, прил. П1. 6. Конструирование системы отопления производится в соответствии с требованиями [7].

Подключение систем отопления к тепловым сетям возможно по зависимой (открытой, рис. 4) и независимой (закрытой, рис. 5) схемам теплоснабжения.

В открытых схемах подключение системы отопления к тепловой сети производится через гидроэлеватор (водоструйный насос). Элеватор осуществляет снижение температуры сетевой воды перед системой отопления от 130…150 ^оС до 95…105 ^оС путем подмешивания охлажденной воды из обратного трубопровода системы отопления. Для нормальной работы гидроэлеватора требуется разность давлений в подающем и обратном трубопроводе.

В закрытых системах теплоснабжения (рис. 5) присоединение к теплосетям производится с помощью водонагревателя. В результате система отопления является гидравлически изолированной от тепловой сети, давление в которой не влияет на давление в системе отопления.

Рис. 4. Тепловой пункт системы отопления, присоединяемой к теплосетям

по зависимой (открытой) схеме:

1 – грязевик; 2 – регулятор расхода; 3 – гидроэлеватор; 4 – расходомер;

5 – система отопления

Рис. 5. Тепловой пункт системы отопления с естественной циркуляцией и независимой (закрытой) схемой:

1 – грязевик; 2 – регулятор расхода; 3 – гидроэлеватор; 4 – расходомер;

5 – система отопления; 6 – водонагреватель; 7 – расширительный сосуд

Классификация систем водяного отопления проводится по следующим основным признакам.

По схеме подключения отопительных приборов к стояку системы отопления подразделяют на двухтрубные (рис. 6), в которых горячая вода поступает в отопительный прибор по одним подающим стоякам, а охлажденная отводится по другим, и однотрубные (рис. 7), в которых горячая вода подводится к приборам и охлажденная вода отводится от них по одному стояку.

а) б)

Рис. 6. Двухтрубная система водяного отопления:

а – с верхней разводкой; б – с нижней разводкой; Т1 – подающая магистраль;

Т2 – обратная магистраль; 1 – отопительный прибор;

2 – кран двойной регулировки; 3 – краны для выпуска воздуха (верхние) и для спуска воды (нижние); 4 – проходные краны или вентили;

5 – подающий стояк; 6 – обратный стояк; 7 – воздушный кран

В реальных условиях в одной системе, как правило, применяется одна из указанных схем [15].

По месту расположения магистральных трубопроводов горячей и охлажденной воды системы отопления называют с верхней разводкой, при прокладке подающей магистрали выше отопительных приборов (рис. 6, а и 7, а) и с нижней разводкой, при расположении обеих магистралей ниже приборов (рис. 6, б и 7, б).

а)

б)

Рис. 7. Однотрубная система водяного отопления:

а – с верхней разводкой; б – с нижней разводкой; Т1 – подающая магистраль;

Т2 – обратная магистраль; 1 – отопительный прибор; 2 – кран трехходовой;

3 – краны для выпуска воздуха (верхние) и для спуска воды (нижние);

4 – проходные краны или вентили; 5 – кран проходной; 6 – осевой замыкающий участок; 7 – смешанный замыкающий участок; 8 – воздушный кран

По направлению движения воды в подающей и обратной магистралях системы отопления бывают с тупиковым (в противоположных направлениях) и попутным (в одном направлении) движением воды в магистралях (рис. 8).

а) б)

Рис. 8. Системы отопления:

а – с тупиковым; б – с попутным движением воды в магистралях

Тепловой пункт предназначен для приема, учета, подготовки и подачи теплоносителя в системы отопления и горячего водоснабжения. Тепловой пункт располагают в отдельном подвальном помещении вблизи лестничной клетки под нежилой комнатой.

Конструирование системы отопления начинается с расстановки на поэтажных планах отопительных приборов. Отопительные приборы следует размещать под световыми проемами в местах, доступных для осмотра, ремонта и очистки. Желательно, чтобы длина прибора составляла не менее 50 % длины оконного проема.

В лестничных клетках многоэтажных зданий (до 12 этажей) отопительные приборы располагают внизу за пределами входного тамбура, применяя высокие конвекторы.

В малоэтажных зданиях (рассматриваемых в курсовом проекте) используются отопительные приборы того же типа, который принят для отопления основных помещений. Располагают так, чтобы не сокращать ширину маршей, не образовывать выступы плоскости стен на уровне движения людей.

Присоединение отопительных приборов к теплопроводам может осуществляться по трем схемам (рис. 9). Наиболее эффективна схема сверху-вниз, при которой плотность теплового потока отопительного прибора всегда выше за счет более равномерной и высокой температуры поверхности прибора, чем при схеме снизу-вниз и особенно снизу-вверх.

а) б) в)

Рис. 9. Схемы подачи и отвода воды из отопительных приборов:

а – сверху-вниз; б – снизу-вниз; в – снизу-вверх

В двух- и однотрубных системах с верхней разводкой наиболее целесообразно размещать приборы по отношению к стоякам таким образом, чтобы каждый стояк имел двустороннюю нагрузку (рис. 6, а и 7, а, левые части системы). На практике чаще используется одностороннее присоединение, позволяющее унифицировать узел «обвязки» прибора, что важно для зданий массового строительства. Присоединение приборов по схеме снизу-вниз чаще всего осуществляется на верхнем этаже при вертикальных системах с нижней разводкой (рис. 6, б и 7, б). Присоединение приборов по схеме снизу-вверх применяется в системах отопления с нижней разводкой (рис. 7, б).

К стоякам, питающим приборы лестничных площадок, нельзя присоединять приборы других помещений. Питание приборов лестничных клеток (ЛК) осуществляется по однотрубной проточной схеме.

В жилых и гражданских зданиях отопительные приборы оборудуются запорно-регулирующей арматурой, позволяющей осуществлять монтажную и эксплуатационную регулировку. У приборов лестничных клеток (ЛК) запорно-регулирующая арматура не ставится.

На подводках к отопительным приборам устанавливают следующую запорно-регулирующую арматуру:

1) в однотрубной системе – регулирующие краны (только для эксплуатационного регулирования), имеющие пониженный (до 5) коэффициент местного сопротивления. Это могут быть ручные краны – проходные и трехходовые, автоматические краны;

2) в двухтрубной системе – регулирующие краны (для пуско-наладочного и эксплуатационного регулирования), имеющие повышенный коэффициент местного сопротивления. Например, ручные краны двойного регулирования, краны ручные проходные с дросселирующим устройством, автоматические краны.

Регулирующие краны у отопительных приборов не устанавливаются в местах, где может замерзать циркулирующая вода. Это относится к приборам, устанавливаемым при входе в лестничные клетки, у ворот, у загрузочных наружных проемов и т. д.

Арматуру на стояках в малоэтажных (от 1-го до 3-х этажей) зданиях не ставят (рис. 10, а) [13]. В четырех-, семиэтажных зданиях на стояках устанавливают пробочные краны (рис. 10, б, в), вместо спускных кранов можно применять тройники или муфты с пробками для выпуска воздуха и воды.

а) б)

в) г)

Рис. 10. Схемы присоединения стояков к магистралям систем отопления двух-, трехэтажных зданий (а), четырех-, семиэтажных при верхней разводке (б) и при нижней разводке (в), восьмиэтажных и более высоких зданий (г) [15]

В зданиях, имеющих восемь и более этажей (рис. 10, г), обязательна установка спускных кранов (вместо тройников с пробками); проходные краны заменяют вентилями также и при гидростатическом давлении, превышающем 0,6 МПа.

На стояках в лестничных клетках (ЛК) запорные краны устанавливают независимо от числа этажей.

Компенсация теплового удлинения стояков в малоэтажных зданиях обеспечивается естественными изгибами в местах присоединения к подающим магистралям (рис. 10, а). В более высоких четырех-, семиэтажных зданиях стояки изгибают не только в местах присоединения к подающей, но и в обратной магистрали (рис. 10, б, в).

В зданиях, имеющих более семи этажей, таких изгибов труб недостаточно, и для компенсации удлинения средней части стояков применяют дополнительные изгибы труб с относом отопительных приборов от оси стояка (рис. 10, г).

В гражданских зданиях шириной до 9 м магистрали можно прокладывать вдоль их продольной оси (рис. 11, а).

а)

б)

в)

Рис. 11. Размещение магистралей систем отопления в чердачных (слева) и подвальных (справа) помещениях зданий шириной 9 м (а), шириной более 9 м при тупиковом (б) и попутном (в) движении теплоносителя в трубах

В гражданских зданиях шириной более 9 м предусматривают прокладку магистралей, обеспечивающую разделение системы отопления на две пофасадные части. При этом не только сокращается протяженность труб, но и становится возможным эксплуатационное регулирование теплоотдачи отдельно для каждой стороны здания – пофасадное регулирование.

Магистрали систем отопления гражданских зданий размещают, как правило, в чердачных и технических помещениях. В чердачных помещениях магистрали располагают на расстоянии 1…1,5 м от наружных стен (рис. 11, б, в) для удобства монтажа и ремонта, а также для обеспечения компенсации теплового удлинения стояков. В подвальных помещениях, в технических этажах магистрали для экономии места укрепляют на стенах на высоте 0,3…0,5 м ниже потолка. Магистральные трубопроводы теплоизолируются.

Арматуру на магистралях необходимо устанавливать для отключения отдельных частей системы отопления. В качестве такой арматуры используют муфтовые проходные краны и вентили, а также фланцевые задвижки на трубах крупного калибра (d_у ≥ 42 мм). В пониженных местах на магистралях устанавливают спускные краны, в повышенных местах водяных магистралей – воздушные краны или воздухосборники.

При размещении магистралей предусматривают свободный доступ к ним для осмотра, ремонта и замены. Уклон магистралей следует принимать не менее 0,002.

В насосной системе с верхней разводкой для перемещения пузырьков воздуха к воздухосборникам уклон магистралей рекомендуется делать против направления воды (рис. 12).

Рис. 12. Способ удаления воздушных скоплений из систем водяного отопления с верхней разводкой:

1 – горизонтальный проточный воздухосборник; 2 – спускной кран;

3 – автоматический воздухоотводчик

В стояках насосной однотрубной системы с нижней разводкой рекомендуется скорость движения воды не менее 0,25…0,3 м/с для уноса пузырьков воздуха. Воздушные краны, устанавливаемые на отопительных приборах (рис. 13), предназначены для использования при проведении пуско-наладочных и ремонтных работ.

Рис. 13. Способ удаления воздушных скоплений из отопительного прибора

верхнего этажа в системах водяного отопления с нижней разводкой

Таким образом, основными конструктивными элементами системы отопления многоэтажного здания являются:

1) тепловой узел;

2) магистральные и распределительные трубопроводы;

3) отопительные приборы;

4) запорно-регулирующая арматура;

5) арматура для удаления воздуха и спуска воды.

На основе принятых решений по выбору типа системы отопления намечают места установки нагревательных приборов. Приборы должны быть установлены под каждым окном, в угловых комнатах должен быть прибор и у наружной стены, даже при отсутствии в ней окна. Нагревательные приборы на лестничных площадках размещают, как правило, только на первом этаже, в зданиях повышенной этажности приборы могут дополнительно устанавливаться на лестничных площадках до 3–4-го этажа.

Следующий этап конструирования – размещение стояков. Обязательна установка стояков в углах помещений, образованных наружными стенами. В жилых зданиях рекомендуется открытая прокладка стояков. Для отопления лестничной клетки предусматривается отдельный стояк (или два стояка – восходящий и нисходящий при нижней разводке магистралей). Главный стояк (при верхней разводке) устанавливается на лестничной клетке или в общем коридоре.

В курсовом проекте студент должен сделать выбор конструкции системы отопления и обосновать решения. После расстановки стояков на плане первого этажа (прил. рис. П4.1) места их размещения переносят на план подвала (прил. рис. П4.2) и производят трассировку подающих и обратных магистралей вдоль стен здания, назначают места ввода теплоносителя в подвал здания и размещают тепловой пункт.

Затем строится аксонометрическая схема системы отопления с указанием всех отопительных приборов, стояков, магистралей (прил. рис. П4.3).

Кроме того, на схеме необходимо показать:

- запорно-регулировочную арматуру (вентили, задвижки, тройник с пробкой и т. п.);

- воздухосборники;

- уклоны трубопроводов;

- присоединение магистральной системы водяного отопления к тепловому пункту;

- устройства для выпуска воздуха и слива воды;

- тепловой центр с подключением магистралей наружной сети.

5. РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

В жилых зданиях допускается применение радиаторов (чугунных или стальных), панелей и конвекторов, а также отопительных элементов, встроенных в стены, перекрытия и полы. Нагревательные приборы отдают тепловую энергию помещению конвекцией и тепловым излучением (радиацией). Расчет отопительных приборов производится в целях определения площади их поверхности, обеспечивающей передачу в помещение необходимого для компенсации тепловых потерь количества теплоты и числа элементов отопительных приборов.

В учебной литературе приводятся различные методики по расчету отопительных приборов, в частности, расчет нагревательных приборов с введением понятия «экм» (эквивалентного квадратного метра) [16; 19], по рекомендациям ООО «ВИТАТЕРМ» [15] и др.

В методических указаниях рассматривается теплотехнический расчет отопительных приборов, рассмотренный в [13].

В курсовом проекте требуется выбрать тип по табл. П1.6, рассчитать отопительные приборы, присоединенные только к стояку основного циркуляционного кольца.

Основным циркуляционным кольцом считается наиболее протяженное и/или наиболее загруженное кольцо системы. В курсовом проекте расчет выполняется для кольца, проходящего через стояк 1 (Ст. 1), так как это самое большое кольцо (прил. рис. П4.3).

Тепловая мощность каждого прибора Q_пр, Вт, определяется путем деления тепловых потерь помещения на число установленных в нем отопительных приборов (рис. 14).

Расчет отопительных приборов ведется в следующей последовательности:

1. Вычерчивается расчетная аксонометрическая схема основного циркуляционного кольца, на котором вычерчивают расчетный стояк вместе с отопительными приборами с указание тепловой нагрузки Q_пр, Вт, каждого прибора (рис. 15).

Поскольку стояк (Ст. 1) отапливает угловые помещения, теплопотери этих помещений распределены между двумя радиаторами, причем на радиаторы, присоединенные к восходящей части стояка с более высокой температурой, назначена большая часть тепловой нагрузки.

Рис. 14. Теплоотдача отопительного прибора и труб для компенсации

теплопотребности помещения

Разницу между тепловой нагрузкой нагревательных приборов восходящей и нисходящей отопительных линий принять по 300 Вт (между 1 и 6, 2 и 5 нагревательными приборами), для приборов, находящихся в одинаковых температурных условиях (приборы 3 и 4), – 100 Вт, рис. 15. Так как приборы 1, 2 и 3 находятся в неравных условиях (один – первый, а другой – последний по ходу воды на стояке), теплоотдача первого прибора принимается больше, чем второго.

2. В процессе расчета в первую очередь определяются температуры воды на последовательных участках Ст. 1.

Рис. 15. Схема распределения тепловых нагрузок на стояке 1

Для однотрубной системы водяного отопления температуру на входе в нагревательный прибор определяют по формуле

, ^оС, (17)

где t_г – температура горячей воды, подаваемой в систему отопления, ^оС (обычно принимается 95 ^оС, в однотрубных системах допускается до 105 ^оС, в закрытых системах принимается по заданию); – суммарная тепловая нагрузка приборов на стояке, расположенных выше (ранее) рассматриваемого участка по течению воды, Вт; Δt_ст – перепад температур теплоносителя на стояке, равный разности Δt_ст = t_г – t_о, ^оС; t_о – температура воды на выходе из системы отопления, ^оС, табл. П1.6; Q_cт – тепловая нагрузка стояка, Вт, по табл. 11.

Температура на выходе из нагревательного прибора определяется по формуле

, ^оС, (18)

где Q_пр – тепловая нагрузка прибора, Вт, табл.11; – удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг · °С); G_пр – расход воды, проходящий через прибор, кг/ч, для однотрубной системы отопления

G_пр = α · G_ст, кг/ч, (19)

где α – коэффициент затекания воды в отопительный прибор, принимаемый по табл. 14; G_ст – расход воды по стояку, кг/ч.

Массовый расход воды в стояке G_ст для однотрубных систем отопления определяется по выражению:

, кг/ч, (20)

где t_г и t_о – температуры воды на входе в стояк и на выходе из него, принимаемые равными соответственно 105 и 70 °С (рис. 14); β₁ – коэффициент, учитывающий влияние шага номенклатурного ряда отопительных приборов (прил. табл. П5.2); β₂ – коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла отопительным прибором у наружного ограждения (прил. П5.3).

Таблица 14