Лекция №3

Лекция №3 ПАРОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Системы парового отопления

При паровом отоплении теплота фазового перехода передается нагревательному прибору и от прибора воздуху помещения. Образующийся конденсат удаляется из приборов и направляется снова в котел.

Классификация

1.В зависимости от давления пара системы делятся на: системы низкого давления, системы высокого давления и вакуум-паровые системы. В

системах низкого давления – пар давлением 0,105 – 0,17 МПа, в системах высокого давления – пар давлением 0,17 – 0,47 МПа. Максимальное давление пара ограничивается допустимой температурой нагревательных приборов, которая не должна быть выше 150 С.

2.По способу возврата конденсата системы делятся на замкнутые и разомкнутые. В замкнутых системах конденсат самотеком стекает в котел. В разомкнутых системах конденсат поступает сначала в конденсатный бак, а затем насосом перекачивается в котел.

3.Конденсатопроводы паровых систем подразделяются на сухие, когда конденсат течет по трубопроводу неполным сечением, и мокрые, когда все сечение конденсатопровода заполнено конденсатом.

Ниже на рис. 5.1 приведена тупиковая, замкнутая двухтрубная паровая ситема низкого давления с верхней разводкой. Пар из котла 1 или из паропровода внешних паровых сетей за счет разности давления поступает по главному стояку 2 и паровым стоякам 3 к нагревательным приборам 4. На ответвлениях к нагревательным приборам устанавливают паровые вентили 5. Конденсат после приборов уходит по конденсатному стояку 6 в общий конденсатопровод 8 и направляется в котел или конденсатопровод внешней паровой сети. Необходимо, чтобы столб конденсата уравновешивал давление пара в котле. Воздух из системы при сухом конденсатопроводе отводится через воздушную трубку 9 без запорной арматуры. Присоединение трубки 9 должно быть выше возможного уровня конденсата на 250 мм.

Во избежание проскоков пара через конденсатопровод в системе должен быть установлен конденсатоотводчик или гидравлический затвор. Выпуск воздуха осуществляется через конденсатный бак.

Гидравлический расчет систем парового отопления

Расчет проводят отдельно для паровой части системы (паропроводов) и конденсатной части (конденсатопроводов). Общее кольцо совместно не расчитыватся.

В паровых системах низкого давления гидравлический расчет ведется следующим образом. Расчетное избыточное давление Рр принимается в зависимости от общей длины паропровода l. Рекомендуются следующие

Давление пара перед нагревательным прибором принимают равным 0,1013 – 0,102 МПа, скорость движения пара при попутном движении пара и конденсата – до 30 м/с, при встречном движении – до 20 м/с. Потеря давления на трение принимается в размере 65 % от общей потери на трение.

Для предварительного определения диаметра средняя удельная потеря давления в системе

Rср = 0,65(Рн - Рк)/l,

где Рн и Рк – давление в начале паропровода и в конце еге перед нагревательным прибором, Па;

l – сумма длин участков расчетной ветви, м.

По Rср и тепловой нагрузке по расчетным номограммам и таблицам определяются диаметры трубопроводов на участке, а после выбора стандартных диаметров определяются значения Rl и Z. Допускаемый запас давления на преодоление неучтенных гидравлических сопротивлений составляет 10 % расчетных потерь давления. Невязки давлений в параллельных участках при расчете паропроводов не должны превышать 25 %, конденсатопроводов – 15 %.

При расчете паропроводов высокого давления расчет выполняется не по средней плотности пара для всего паропровода, а по плотности в каждом расчетном участке. Действительная потеря давления и скорость пара определяются по формулам

R = Rусл/ ; w = wусл/ ,

где Rусл, wусл – величины, полученные по таблицам и номограммам, составленных при = 1 кг/м3;

- плотность пара на данном участке.

Остальное так же, как и для паропроводов низкого давления. Гидравлический расчет конденсатопроводов заключается в подборе

диаметров труб по расчетным таблицам.

ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

В системах воздушного отопления воздух нагревается за счет первичного теплоносителя – пара, горячей воды или газов в генераторе теплоты (калорифере) до заданной температуры и подается в отапливаемое помещение. Подаваемый воздух с температурой tп, превышающей температуру воздуха в помещении, отдает теплоту, необходимую для компенсации тепловых потерь.

Классификация

1.По причине, вызывающей движение воздуха, воздушное отопление подразделяют на отопление с естественной циркуляцией и с механическим побуждением за счет вентилятора.

2.По месту приготовления воздуха системы делятся на местные (децентрализованные) и центральные. Местное воздушное отопление применяется в том случае, если отсутствует система приточной вентиляции или объем приточного воздуха незначителен.

В центральной системе воздух нагревается в воздухонагревательной установке, расположенной вне помещения, и каналами подается в одно или несколько помещений.

3.По качеству подаваемого воздуха системы делятся на три типа;

прямоточные, с полной рециркуляцией и с частичной рециркуляцией. В

прямоточных нагревается и подается только наружный воздух. В остальных случаях воздух берется из помещения полностью или частично, нагревается в калорифере и подается снова в помещение.

Системы с рециркуляцией применяются при условии, что в воздухе помещения не содержится вредных веществ 1-го, 2-го и 3-го классов опасности.

Рис. 5.4. Местная система воздушного отопления с полной рециркуляцией воздуха. 1 – помещение; 2 – воздухонагревательная установка; 3 – вентилятор воздухонагревательной установки; tВ – температура воздуха внутри помещения; tПР – температура воздуха на выходе из воздухонагревательной установки; tГ и tО – соответственно температуры теплоносителя (пар, вода) на входе и выходе воздухонагревательной установки.

Рис. 5.5. Центральная система воздушного отопления прямоточная. Обозначения позиций те же, что и на рис. 4.4. tН – температура наружного воздуха; tУХ – температура воздуха, удаляемого из помещения; ВУ – вытяжная установка; ПУ – приточная установка.

Рис. 5.6. Центральная система воздушного отопления с частичной рециркуляцией воздуха. Обозначения позиций те же, что и на рис. 4.4. 4 – рециркуляционный воздуховод.

Распределение воздуха в помещении

Выпуск нагретого воздуха в помещении при сосредоточенной подаче осуществляется компактными или веерными струями через регулируемые решетки, устанавливаемые на высоте hп от пола (см. рис.5.7).

Рис. 5.7. Схема размещения воздухораспределителей при сосредоточенной подаче воздуха.

При высоте помещения Нп 8 м и hп = 0,85Нп при Нп 8 м hп = (0,35 – 0,65)Нп. Скорость выходящего воздуха определяется расчетом с таким

условием, чтобы в рабочей зоне допустимая подвижность воздуха 0,25 – 0,7 м/с, и составляет обычно 3 – 6 м/с.

Число струй при сосредоточенной подаче или число агрегатов определяется размерами помещения и допускаемым расстоянием В между струями в плане. Величина В не должна превышать трех высот помещения, т.е. В 3Нп. Длина l участка, обслуживаемого струей, зависит от дальнобой-

ности струи и принимается не более mFn , где m – скоростной коэффициент

воздухораспределительного устройства (из опыта); Fп – площадь поперечного сечения помещения, приходящегося на одну струю.

Основы расчета воздушного отопления

Количество воздуха G, необходимое для систем воздушного отопления, кг/с

G = Q/с(tп – tв),

где Q – тепловая нагрузка системы отопления, кВт; с = 1,005 кДж/(кг К) – теплоемкость воздуха;

tп – температура воздуха, подаваемого в помещение (приточного воздуха), К (С);

tв – температура воздуха в помещении, К (С).

При подаче воздуха в пределах рабочей зоны допускается tп до 45 С, но не ниже + 5 С. При подаче воздуха на любой высоте tп определяется расчетом.

Расход теплоты на нагрев воздуха зависит от типа системы: при прямоточной системе Qп = G с(tп – tн);

при полной рециркуляции Qп = G с(tп – tв);

при частичной рециркуляции Qп = Gн с(tп – tн) + Gр с(tп – tв), где Gн и Gр – расходы наружного и циркуляционного воздуха.

Температура приточного воздуха при известных Q и G определяется по формуле

tп = tв + Q/ G с.

Поверхности нагрева калориферов для систем отопления

F = Q/k t,

где k – коэффициент теплопередачи калорифера, кВт/(м2К);

t – расчетная разность температур t = ( 1 + 2)/2 - (t1 + tп)/2; здесь

1 и 2 – температуры греющего теплоносителя на входе и выходе из калорифера;

t1 – температура воздуха на входе в калорифер (в прямоточной системе t1 = tн, в рециркуляционной – t1 = tв, в системах с частичной рециркуляцией t1 равна температуре смеси наружного и рециркуляционного воздуха).

ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Панельно-лучистое отопление представляет собой отопление плоскими нагретыми поверхностями – панелями, устанавливаемыми в помещении. Панель – бетонная плита, в которую заложены трубы для прохода теплоносителя. В качестве теплоносителя используют горячую воду, пар исключается вследствие большой опасности коррозии труб. Панелями могут служить также элементы конструкции здания – пол, потолок, стены. Температура поверхности панелей невысокая – в пределах 30 – 50 С.

При конвективном способе отопления радиационная температура tR, как правило, ниже температуры воздуха в помещении tв. При лучистом отоплении – tR tв, т.к. температура нагретых поверхностей в помещении выше, чем температура воздуха. В таких условиях теплоотдача человеческого тела за счет лучеиспускания уменьшается и, следовательно, комфортные условия могут быть достигнуты при меньших tв.

СН предписывает некоторые ограничения температур поверхностей нагрева.

наг 19,2 + 8,7/ ч-п.

Коэффициент облучения с человека на панель ч-п = 1 – 0,8(y/lп), здесь y

–расстояние от человеческой головы до потолочной панели (для стеновой панели y = 1 м); lп – размер отопительной панели (осредненный): lп = Fп0,5, Fп

–площадь панели.

Классификация

1.По месту размещения – стеновые, напольные и потолочные. Пото-

лочные панели передают лучеиспусканием до 70 – 75 % теплоты, вертикаль-

ные – (30 – 60) %. наг не должна превышать следующих значений: для напольных 26 С; для потолочных при высоте помещения Н = 2,5 – 2,9 м 28 С,

при Н = 2,9 – 3,0 м 30 С, при Н = 3,1 – 3,4 м 33 С; для перегородок и стен на высоте 1 м от пола 35 С, выше 1 м 45 С. Отсюда видно, что стеновые панели получили большее распространение.

2.По конструктивному исполнению различают два типа панелей:

совмещенные и приставные.

Преимущества. Комфортные условия для людей достигаются при более низких температурах воздуха. На гладких поверхностях меньше отлагается пыль, легче очистка. Совмещение со стенами экономит полезную площадь помещений, интерьер лучше.

Недостатки. Облучение материалов, мебели и др. предметов снижает срок их службы; большая тепловая инерция; трудность ремонта.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Показателем теплотехнической и технико-экономической оценки

приборов служит тепловое напряжение металла, Вт/(кг К):

= Qпр/(Gм t),

где Qпр – количество теплоты, передаваемой прибором (тепловая нагрузка прибора), Вт;

Gм – масса металла прибора, кг;

t – разность температур поверхности прибора и окружающего воздуха,

С.

Современные приборы имеют = 0,5 – 0,7 Вт/(кг К).

Виды нагревательных приборов

Нагревательные приборы делятся на несколько групп:

-по материалу, из которого изготовляются приборы – металлические (чугунные, стальные и др. металлы), неметаллические (керамические, бетон-

ные и др.) и комбинированные;

-по характеру поверхности – с гладкой и ребристой поверхностью;

-по конструктивному признаку, определяющего способ передачи теплоты – радиаторы, конвекторы, панели, приборы из гладких и ребристых труб (регистры и змеевики), калориферы.

Радиаторы – это приборы конвективно-радиационного типа. На рис.

5.8показана схема установки прибора.

Рис. 5.8.

Чугунные радиаторы изготовляются методом отливки, стальные – штамповкой с последующей сваркой отдельных частей. Стойкость к коррозии, компактность, относительно высокий коэффициент теплопередачи (9,1 – 10,6 Вт/м2 К). Недостатки – металлоемки, очистка их затруднена.

Стальные радиаторы выпускаются в виде панелей и состоят из двух штампованных листов толщиной 1,5 мм, сваренных по периметру. Масса их меньше, чем у чугунных, легко очищаются. Но сталь должна быть антикоррозонной – это делает их дорогими.

Приборы из гладких труб собираются из нескольких горизонтальных труб (регистров), соединенных для подвода и отвода теплоносителя. Легко очищаются от пыли. Однако, громоздки, металлоемки, неудобны для размещения.

Ребристые чугунные трубы компактны, температура ребер обычно невысока, но затруднена очистка поверхности, неэстетичный вид. Коэффициент теплопередачи равен 4,7 – 5,8 Вт/(м2 К).

Конвекторы – это приборы конвективного типа (рис. 5.9).

Рис. 5.9.

Схема конвектора.

Конвектор состоит из нагревателя 1, кожуха 2 и регулирующего клапана 3. Нагревателями являются стальные ребристые трубы. Конвекторы обладают высокими экономическими показателями. Масса конвектора при одинаковой поверхности почти в 2 раза меньше, чем у стальных панелей, и в 4 раза меньше, чем у радиаторов. Несложны в изготовлении, удобны при монтаже. Однако, они имеют низкие показатели k =4,7 – 6,5 Вт/(м2 К).

Бетонные нагревательные приборы представляют змеевик или ре-

гистр из водогазопроводных труб диаметром 15 и 20 мм, заделанных в плоскую бетонную плиту толщиной 40 – 50 мм. К = 7,5 – 11,5 Вт/(м2 К).

Калориферы – приборы для нагревания воздуха, изготовленные промышленным способом. Тип нагревательного прибора выбирается из справочников с учетом назначения помещения, вида и параметров теплоносителя, степени удовлетворения требований к приборам конкретного типа.

Расчет поверхности нагрева приборов.

Поверхность нагрева приборов, м2,

Fпр = [Qпр 103/(k(tср – tв)] ,

где Qпр – тепловая нагрузка прибора, кВт;

k – коэффициент теплопередачи прибора, Вт/(м2 К);

tср – средняя температура теплоносителя в приборе, С; tв – температура воздуха помещения, С;

- коэффициент, зависящий от ряда факторов, влияющих на теплопередачу прибора и не учтенных k (влияние охлаждения воды в трубах, способа установки приборов, способ подводки теплоносителя к прибору, относительный расход воды через прибор, число секций в приборе).