3 Тепловой расчет отопительных приборов системы водяного отопления

Тепловой расчет системы отопления заключается в определении площади поверхности отопительных приборов. К расчету приступают после выбора типа отопительных приборов, места установки, способа присоединения к трубам системы отопления, вида и параметров теплоносителя, температуры воздуха в отапливаемом помещении, диаметра труб по результатам гидравлического расчета.

Поверхность отопительного прибора должна обеспечить необходимый тепловой поток от теплоносителя к воздуху помещения, равный теплопотерям помещения за вычетом теплоотдачи проложенных в них теплопроводов.

Методы расчета и подбора отопительных приборов приведены в [6].

3.1 Расчет площади отопительных приборов в однотрубных системах отопления

Поверхность нагрева отопительных приборов в однотрубных системах отопления рассчитывается с учетом температуры теплоносителя на входе в каждый прибор t_вх , ⁰С, количества теплоносителя, проходящего через прибор G_пр, кг/ч, и величины тепловой нагрузки прибора Q_пр, Вт.

Расчет площади каждого отопительного прибора осуществляется в определенной последовательности:

а) Вычерчивается расчетная схема стояка, принимается тип отопительного прибора и место установки, схема подачи теплоносителя в прибор, конструкция узла прибора. На расчетной схеме проставляются диаметры труб, тепловая нагрузка прибора, равная теплопотерям данного помещения, Q_т.п., Вт.

б) Рассчитывается общее количество воды, кг/ч, циркулирующей по стояку, по формуле:

(3.1)

где - коэффициент учета дополнительного теплового потока, (для данного вида отопительных приборов = 1,02);

- коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительных приборов у наружных ограждений, принимаемый по таблице 3.1;

с =4,187 кДж/(кг^.оС) удельная массовая теплоемкость воды;

–суммарные теплопотери в помещениях, обслуживаемых стояком, Вт.

Таблица 3.1 - Коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительных приборов у наружных ограждений

Наименование отопительного прибора	Коэффициент учета, у наружной стены, в том числе под световыми проемами
Радиатор чугунный секционный	1,02

Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательных приборов приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательного прибора

Наименование узла стояка	Диаметр труб Dу, мм
	стояка	замыкающего участка	подводки
1	3	4	5
Этажестояк со смещенным обходным участком	15 20 25 25	15 20 20 25	15 20 25/20 25
Этажестояк с осевым замыкающим участком и краном типа КРП	15 20 25	15 15 20	15 20 20
Этажестояк проточный	15 20 25	- - -	15 20 25
То же	15 20 25 25	15 20 20 25	15 20 25/20 25
Узел верхнего этажа при нижней разводке и кране типа КРП	15 20 25	15 15 20	15 20 25
То же	15 20 25	15 20 25	15 20 20

Тепловая нагрузка Q_ст, Вт и общее количество воды G_ст, кг/ч, циркулирующей по стояку сведены в таблицу 3.3.

Например: Q_ст1 определяется суммированием теплопотерь в помещениях 101, 201, 301; Q_ст2 - в помещениях 102, 202, 302.

Таблица 3.3 - Сводная таблица расчета расхода воды в стояках

№ ст	Qст, Вт	Gст, кг/ч
1
2
3
…
	 Qст	 Gст

в) Определяется температура воды на входе в каждый отопительный прибор проточно-регулируемого стояка по ходу движения теплоносителя:

- для первого прибора:

(3.2)

- для второго прибора:

(3.3)

- для третьего прибора:

(3.4)

- для четвертого прибора:

; (3.5)

и т.д.

Для проточного стояка с односторонним присоединением отопительных приборов температура воды на входе в каждый отопительный прибор определяется:

- для первого прибора:

; (3.6)

(3.7)

где q – теплоотдача 1 м вертикально и горизонтально проложенных трубопроводов, Вт/м, подающего стояка, принимаемый в зависимости от диаметра участка подающего стояка и разности температуры теплоносителя t_г, ⁰С, на входе в помещение и температуры внутреннего воздуха t_в, ⁰С, (таблица 3.4), Вт/м;

q_ст, q_под – теплоотдача соответственно 1 м трубопроводов стояка и подводки к нагревательному прибору, Вт/м;

l_ст, l_под – длина трубопроводов стояка и подводки к нагревательному прибору, м;

- для второго прибора:

, ⁰С (3.8)

и т.д.

Таблица 3.4 – Теплоотдача открыто проложенных трубопроводов (вертикальных – верхняя, горизонтальных – нижняя строка) систем водяного отопления)

tг – tв, 0C	Условный диаметр,мм	Теплоотдача, q, 1 м трубы, Вт/м, при tг – tв, 0C, через 10С
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
70	10	46 63	48 64	49 65	49 66	50 67	51 68	52 70	52 71	53 73	55 73
	15	59 77	60 79	61 80	63 81	64 82	65 84	66 86	67 87	68 89	70 91
	20	74 93	75 95	77 96	78 97	80 100	81 102	83 103	84 105	86 107	87 108
	25	93 113	94 114	96 116	97 118	100 121	101 123	103 125	107 128	107 128	109 131
	32	117 138	119 141	121 143	123 145	125 148	128 151	130 153	133 156	135 159	137 162
	40	132 155	135 157	137 160	140 163	143 166	145 168	148 172	151 174	152 178	154 180
	50	165 187	167 191	171 194	174 198	178 202	180 205	185 208	187 213	191 215	194 218
80	10	56 75	57 75	58 78	58 79	59 80	60 81	61 82	63 84	64 85	65 86
	15	71 92	72 93	73 94	74 96	75 98	77 100	78 101	79 101	81 102	81 105
	20	88 109	89 111	92 114	93 115	94 117	96 120	98 121	99 123	101 125	102 127
	25	110 134	113 136	114 138	116 141	119 143	120 145	122 146	124 149	125 151	128 153
	32	139 164	142 166	144 170	146 172	149 174	151 178	153 180	156 182	158 186	162 188
	40	158 184	160 186	165 189	166 192	169 195	173 198	174 201	177 204	180 208	182 210
	50	196 223	200 227	203 230	207 235	210 238	214 242	217 246	221 250	224 253	228 257

Продолжение таблицы 3.4

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
90	10	65 87	66 88	67 91	68 91	70 93	71 93	72 95	72 96	73 97	74 99
	15	82 107	84 108	86 110	87 112	88 114	89 115	91 117	92 119	93 120	94 122
	20	103 128	106 131	107 132	108 135	110 137	112 138	114 141	115 143	116 144	118 146
	25	130 156	131 158	134 160	136 163	137 164	138 167	139 170	142 172	146 175	148 177
	32	164 191	166 194	168 196	171 200	173 201	175 204	179 208	181 212	184 214	186 216
	40	186 214	188 217	190 220	194 223	196 227	200 229	202 232	206 236	208 238	212 242
	50	231 260	235 265	238 270	243 272	246 275	250 280	253 284	257 288	260 293	264 296
100	10	75 101	77 102	78 103	79 105	80 106	81 107	82 108	83 110	84 112	85 113
	15	95 122	97 124	99 126	100 128	100 129	101 131	102 134	103 135	105 136	106 138
	20	120 149	122 152	123 155	124 156	127 158	129 159	130 162	132 164	134 166	136 169
	25	149 180	150 182	152 186	154 188	157 191	159 194	162 195	164 199	166 200	167 203
	32	188 222	191 224	193 228	196 231	199 235	202 237	204 239	206 243	209 246	212 250
	40	214 246	217 250	220 253	223 257	227 260	230 265	233 267	236 271	239 274	242 278
	50	268 300	272 305	275 309	279 314	284 318	287 322	292 327	295 330	299 335	303 339

Примечание: Теплоотдача труб принята: при d_у до 50 мм включительно для труб легких и обыкновенных по ГОСТ 3262 – 75*; при d_у свыше 50 мм – для труб стальных электросварных прямошовных по ГОСТ 10704 – 76*.

г) Рассчитывается расход воды, кг/ч, проходящий через каждый отопительный прибор G_пр, кг/ч, с учетом коэффициента затекания , по формуле:

(3.9)

где коэффициент затекания воды в отопительный прибор, определяемый по таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Значения коэффициента затекания воды в приборных узлах

Приборный узел	Присоединение приборов к стояку	Подводка с замыкающим участком	Коэффициент затекания,
С проходным краном КРП	одностороннее	смещенным	0,5
		осевым	0,33
С проходным краном КРП	двухстороннее	смещенным	0,20
		осевым	0,17

д) Определяется средняя температура воды, в каждом отопительном приборе по ходу движения теплоносителя:

- для первого прибора:

(3.10)

- для второго прибора:

(3.11)

- для третьего прибора:

(3.12)

и т.д.;

е) Рассчитывается средний температурный напор в каждом отопительном приборе по ходу движения теплоносителя, ^оС:

- для первого прибора:

(3.13)

- для второго прибора:

(3.14)

- для третьего прибора:

(3.15)

и т.д.

ж) Определяется плотность теплового потока, Вт/м², для каждого отопительного прибора по ходу движения теплоносителя по формулам:

- для первого прибора:

(3.16)

- для второго прибора:

(3.17)

- для третьего прибора:

(3.18)

и т.д.,

где q_ном - номинальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях, Вт/м², принимаемая по таблице 3.6;

n, р – показатели для определения теплового потока отопительного прибора Q_T, принимаемые по таблице 3.7 в зависимости от G_пр, кг/ч, и схемы подачи теплоносителя в приборы (рисунок 2.1).

Таблица 3.6 - Номинальная плотность теплового потока отопительных приборов при движении воды «сверху-вниз»

Наименование и обозначение отопительного прибора	Номинальная плотность теплового потока, qном , Вт/м2
Радиаторы чугунные секционные (ГОСТ 8690-75)
МС-140-АО	595

Таблица 3.7 - Значения показателей n, p для определения теплового потока отопительных приборов

Тип отопительного прибора	Направление движения теплоносителя	Расход теплоносителя G, кг/ч	n	p
Радиатор чугунный секционный	сверху-вниз	15-50	0,3	0,02
		54-536	0,3	0
		536-900	0,3	0,01
	снизу-вниз	18-115	0,15	0,08
		119-900	0,15	0
	снизу-вверх	18-61	0,25	0,12
		65-900	0,25	0,04
		90-900	0,35	0,07

з) Вычисляется расчетная наружная площадь, м², отопительного прибора по ходу движения теплоносителя по формулам:

- для первого прибора:

(3.19)

- для второго прибора:

(3.20)

- для третьего прибора:

(3.21)

и т.д.

После определения А_пр по каталогам или [6], выбирают ближайший типовой размер прибора (число секций радиаторов).

и) Число секций чугунных радиаторов, шт., определяют по формуле:

, (3.22)

где а₁ – площадь одной секции радиатора, м² (таблица 3.8);

β₄ – поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении (таблица 3.9);

β₃ – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, , (таблица 3.10).

Для радиаторов марки МС 140-АО с числом секций до 15, β₃=1,0.

Таблица 3.8 - Техническая характеристика отопительных приборов

Обозначение прибора	Площадь нагревательной поверхности а1, м2	Номинальный тепловой поток QT, Вт(кКал/ч)	n1 и n2		Строительные размеры, мм				Масса, кг
			n1	n2	l	l1	l2	l3
Радиаторы чугунные секционные (ГОСТ 8690-75)
М 140 АО	0,299	178 (153)	-	-	500	582	140	96	8,45

Таблица 3.9 - Значения поправочного коэффициента β₄, учитывающего способ установки отопительных приборов

Эскиз установки прибора	Способ установки прибора	А, мм	β4
1	2	3	4
	У стены без ниши, перекрыт доской в виде полки	40 80 100	1,05 1,03 1,02
	У стены без ниши и закрыт шкафом: в верхней доске шкафа прорезана щель Б, ширина которой не менее глубины прибора. Спереди шкаф закрыт деревянной решеткой, не доходящей до пола на расстояние А (не менее 100 мм)	100	1,15
	У стены без ниши и закрыт экраном, не доходящим до пола на расстояние 0,8А		0,9

Продолжение таблицы 3.9

1	2	3	4
	В стенной нише	40 80 100	1,11 1,07 1,06
	У стены без ниши, закрыт деревянным шкафом со щелями в его передней стенке у пола и в верхней доске	260 220 180 150	1,12 1,13 1,19 1,25
	То же, но со щелями в верхней части передней доски: - открытыми - закрытыми стенками	130 130	1,2 1,4

Таблица 3.10 - Значения поправочного коэффициента β₃, учитывающего число секций в одном радиаторе

Число секций	до 15	15-20	21-25
β3	1,0	0,98	0,96

При округлении дробного числа элементов приборов любого типа до целого допускается уменьшать их расчетную площадь А_пр не более чем на 5% (0,1 м²). При других условиях принимается ближайший нагревательный прибор.

Результаты расчетов отопительных приборов каждого стояка системы водяного отопления сведены в таблицу 3.11.

Таблица 3.11 - Результаты расчета отопительных приборов системы водяного отопления

№ стояка	этаж	tвх, 0С	tвых, 0С	tср, 0С	tср, 0С	qном, Вт/м2	А, м2	N, секц.
	1
	2
	3