10372

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.В. Бодров

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОТОПИТЕЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта (включая рекомендации

по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Энергоэффективные отопительно-вентиляционные системы производственных зданий»

для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника

направленность (профиль) Тепломассообменные процессы и установки

Нижний Новгород

2022

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.В. Бодров

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОТОПИТЕЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта (включая рекомендации

по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Энергоэффективные отопительно-вентиляционные системы производственных зданий»

для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника

направленность (профиль) Тепломассообменные процессы и установки

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

3

4

1. Инженерное оборудование зданий и сооружений

1.1.Системы отопления

1.1.1 Основные элементы систем отопления: классификация, характеристика и назначение

Система отопления – это совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания.

Основные конструктивные элементы системы отопления:

-теплоисточник (теплогенератор при местном или теплообменник при централизованном теплоснабжении), предназначенный для получения теплоты;

-теплопроводы (элементы для переноса теплоты от теплоисточника к отопительным при-

борам);

-отопительные приборы (элементы для передачи теплоты в помещение).

Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость – антифриз) или газообразная (пар, воздух) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

Расчетная тепловая система отопления выявляется в результате сопоставления теплового баланса в обогреваемых помещениях при расчетной температуре наружного воздуха – средней температуре наиболее холодной пятидневки tн.р с обеспеченностью kоб = 0,92 (рис. 1.1). Расчетная тепловая мощность в течение отопительного сезона, продолжительностью zо.п, должна использоваться частично при текущей температуре наружного воздуха tн.i и только при tн.р – полностью.

Рис. 1.1. Изменение среднесуточной температуры наружного воздуха в течение года в Москве: tп – температура помещения; tн1 – минимальная среднесуточная температура наружного воздуха

Требования, предъявляемые к системам отопления

1)Санитарно-гигиенические: поддержание заданной температуры воздуха и внутренних поверхностей ограждений помещений во времени при допустимой подвижности воздуха; ограничение температуры поверхности отопительных приборов.

2)Экономические: минимальные капитальные вложения, экономный расход тепловой энергии при эксплуатации.

3)Архитектурно-строительные: компактность; увязка со строительными конструкциями.

4)Производственно-монтажные: минимальное количество унифицированных узлов и деталей; механизация их изготовления; сокращение ручного труда при монтаже.

5)Эксплуатационные: эффективность действия в течение всего периода работы; долговечность, ремонтнопригодность, безотказность; безопасность и бесшумность действия.

Наиболее важны санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования, от которых зависит поддержание заданной температуры в помещениях в течение отопительного сезона.

Классификация систем отопления

5

Системы отопления подразделяются на местные и центральные.

В местных системах для отопления, как правило, одного помещения все три элемента конструктивно объединяются в одной установке, непосредственно в которой происходит получение, перенос и передача теплоты в помещение. Примером местной системы отопления являются отопительные печи, конструкции и расчет которых будут рассмотрены далее, а также системы отопления с использованием электрической энергии.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. Котлы или теплообменники могут размещаться непосредственно в обогреваемом здании (в котельной или местном тепловом пункте) либо вне здания – в центральном тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящая котельная) или ТЭЦ.

Теплопроводы центральных систем подразделяются на:

-магистрали (подающие, по которым подается теплоноситель, и обратные, по которым отводится охладившийся теплоноситель);

-стояки (вертикальные трубы) и ветви (горизонтальные трубы), связывающие магистрали

сподводками к отопительным приборам. Центральная система отопления называется районной, когда группа зданий отапливается из отдельно стоящей центральной тепловой станции.

Теплоноситель (как правило, вода) нагревается на тепловой станции, перемещается по

наружным (t1) и внутренним (внутри здания tг t1) теплопроводам в помещения к отопительным приборам и, охладившись, возвращается на тепловую станцию (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема районной системы отопления: 1 – тепловая станция; 2 – местный тепловой пункт; 3 и 5 – подающий и обратный стояки системы отопления; 4 – отопительные приборы; 6 и 7 – наружные подающий и обратный теплопроводы; 8 – циркуляционный насос наружного теплопровода

Используются, как правило, два теплоносителя. Первичный высокотемпературный теплоноситель от тепловой станции перемещается по городским распределительным теплопроводам к ЦТП или местным тепловым пунктам зданий и обратно. Вторичный теплоноситель после нагревания в теплообменниках или смешения с первичным поступает по внутренним теплопроводам к отопительным приборам обогреваемых помещений и возвращается в ЦТП или местный тепловой пункт. Первичным теплоносителем обычно служит вода, реже пар или газообразные продукты сгорания топлива. Если, например, первичная высокотемпературная вода нагревает вторичную воду, то такая система центрального отопления называется водоводяной. Аналогично могут существовать водовоздушная, пароводяная, газовоздушная и другие системы центрального отопления. По виду вторичного теплоносителя местные и центральные системы отопления называют системами водяного, парового, воздушного или газового отопления.

6

Теплоносители в системе отопления

Теплоноситель аккумулирует теплоту и затем передает ее в обогреваемое помещение. Это подвижная жидкая или газообразная среда: вода, атмосферный воздух, реже пар или нагретые газы. Сравнение основных теплоносителей для отопления приведено в таблице 1.1.

Проанализируем преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления. При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности нагревательных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплоотдачи приборов.

При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарногигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что затрудняет регулирование теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается значительным шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совместить отопление с вентиляцией помещений, достичь бесшумность его движения в воздуховодах и каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площади поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине.

Основные виды систем отопления

В настоящее время в России применяют центральные системы водяного и парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а также печное отопление.

При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается к теплоисточнику для последующего нагревания. Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением (насосные). В гравитационной системе (рис. 1.3, а) используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры.

7

В насосной системе (рис. 1.3, б) используется насос с электрическим приводом для создания разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды.

По температуре теплоносителя различают системы:

-низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tг 70 оС;

-среднетемпературные при tг от 70 до 100 оС;

-высокотемпературные при tг 100 оС. Максимальное значение температуры воды ограничивается 150 оС.

По положению труб системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные. Если каждый прибор разделен условно на две части, в которых вода движется в противоположных направлениях и теплоноситель последовательно проходит через обе части, то такая однотрубная система называется бифилярной. При паровом отоплении в приборах выделяется теплота фазового превращения в результате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровой котел.

Рис. 1.3. Схемы систем отопления: а – с естественной циркуляцией; б – насосная; 1 – теплообменник; 2 – подающий теплопровод (Т1); 3 – расширительный бак; 4 – отопительный прибор; 5 – обратный теплопровод (Т2); 6 – циркуляционный насос; 7 – устройство для выпуска воздуха из системы

Системы парового отопления по способу возвращения конденсата в котел разделяются на замкнутые (рис. 1.4, а) с самотечным возвращением конденсата и разомкнутые (рис. 1.4, б) с перекачкой конденсата насосом.

Взамкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел под действием разности давления, выраженного столбом конденсата высотой h (рис. 1.4, а) и давления пара рп в паросборнике котла. В связи с этим отопительные приборы должны находиться достаточно высоко над паросборником.

Вразомкнутой системе парового отопления конденсат из отопительных приборов самотеком непрерывно поступает в конденсатный бак и по мере накопления периодически перекачивается в котел. Давление пара в котле поддерживается давлением насоса. В зависимости от давления пара системы парового отопления подразделяются на субатмосферные, вакуум-паровые, низкого и высокого давления (табл. 1.2).

Теплопроводы систем парового отопления делятся на паропроводы, по которым перемещается пар, и конденсатопроводы для отвода конденсата. Конденсатопроводы могут быть самотечными и напорными. Самотечные трубы прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата. В напорных трубах конденсат перемещается под действием давления, создаваемого насосом.

8