8. Подбор оборудования и основных элементов системы водяного отопления

8.1. Подбор циркуляционных насосов.

Циркуляционные насосы предусматриваются при теплоснабжении от котельных или местных водонагревателей и устанавливаются в помещении котельной или теплового пункта. Насосы подбираются по двум параметрам: подаче (кг/ч), и расчетному давлению (кПа).

Подача соответствует расходу теплоносителя на отопление обслуживаемого здания или группы зданий. В курсовой работе можно считать, что котельная или тепловой пункт (ТП) обслуживает одно рассчитываемое здание, и подача насоса соответствует расходу воды на первом участке, идущем от водонагревателя к зданию.

Давление насоса ΔР_нас принимается по разд. 6, п. 2.

Марка насоса подбирается по подаче и давлению. Наиболее употребительны насосы типа К, характеристики их даны в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Характеристики насосов типа К

Марка насоса	Подача, м3/ч	Давление, кПа	Мощность, кВт	Размеры в плане, мм	Масса агрегата, кг
К8/18	8	18	1,5	795х286	63,4
К8/18а	9,4	14,2	1,5	795х286	57,8
К8/18б	8	11,4	1,5	784х261	74,7
К20/30	20	30	4,0	867х326	91,2
К20/30а	19,8	25,3	4,0	841х326	78,2
К20/30б	18	18,8	4,0	823х286	132,2

При размещении насосов в подвале здания их устанавливают под лестничной клеткой (во избежание шума) и присоединяют к трубопроводам через гибкие вставки.

В системе должно быть два насоса (рабочий и резервный), вокруг насосов устраивается обводная линия для поддержания циркуляции за счет естественного давления при авариях. Схема установки насосов приведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Схема (в плане) установки циркуляционных насосов:

1 – обратная магистраль; 2 – к теплообменнику или котлу; 3 – насосы

8.2. Подбор гидроэлеватора

Гидроэлеватор устанавливается на вводе в здание в открытых системах теплоснабжения от тепловых сетей (см. рис. 4.2) и за счет подмешивания охлажденной воды из обратного трубопровода к перегретой воде теплосети позволяет получить теплоноситель с расчетной температурой 95–105 °С.

Схема гидроэлеватора приведена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Схема гидроэлеватора: 1 – из теплосети; 2 – из обратной магистрали системы отопления; 3 – в подающую магистраль

По конструкции гидроэлеватор представляет собой водоструйный насос, работающий за счет энергии, создаваемой перепадом давления в прямой и обратной магистралях теплосети.

Гидроэлеватор характеризуется двумя основными параметрами – диаметром горловины dг и диаметром сопла dс.

Диаметр горловины dг, мм, определяют по формуле:

, (8.2)

где G_см – расход теплоносителя на первом участке от элеватора к системе отопления (кг/ч), определяемый по гидравлическому расчету;

ΔР_нас – циркуляционное давление в системе отопления (Па).

По диаметру горловины производится выбор номера серийного гидроэлеватора (ВТИ – Мосэнерго или другого типа) по табл. 8.2.

Таблица 8.2

Стандартные гидроэлеваторы

Номер элеватора	1	2	3	4	5	6	7
Диаметр горловины dг, мм	15	20	25	30	35	47	59

Диаметр сопла d_с , мм, определяют как

d_c = d_г / (1+U), (8.3)

где U – коэффициент смешения элеватора:

U= ,

где T- температура теплоносителя на входе в здание (⁰С).

8.3. Подбор водонагревателя

Водонагреватели устанавливаются в закрытых схемах теплоснабжения или в пароводяных системах. В этих схемах водонагреватель играет роль котла. В зависимости от первичного теплоносителя водонагреватели разделяются на пароводяные и водоводяные. В системах отопления наиболее частое применение имеют скоростные водоводяные секционные водонагреватели, схема сборки которых приведена на рис. 8.3. По конструкции теплообменник представляет собой трубки в трубе. В теплообменных трубках движется горячая вода, а в межтрубном пространстве движется вода из системы отопления.

Промышленность выпускает водонагреватели разных типов, отличающихся в основном поверхностью нагрева. Наружный диаметр их корпуса составляет от 57 до 325 мм, в корпусе одной секции располагается от 4 до 151 трубки.

Устанавливается водонагреватель при теплоснабжении отдельных зданий в подвале или техническом этаже.

Рис. 8.3. Схема скоростного пятисекционного водонагревателя: 1 – ввод из теплосети; 2 – выход в теплосеть; 3 – выход из системы отопления; 4 – ввод в систему отопления; 5 -теплообменные трубки

Выбор водонагревателя производится в следующей последовательности.

По рекомендуемой скорости движения нагреваемой воды V_р = 1 м/с определяют рекомендуемую площадь сечения трубок нагревателя (м²):

f_тр = G/(3600 ^. ρ ^.V_р), (8.4)

где G – расход воды в системе отопления (кг/ч);

ρ ≈1000 кг/м³ – плотность воды.

По табл. 8.3 подбирают марку водонагревателя с близким значением площади трубок. Для выбранной марки по табл. 8.3 для одной секции водонагревателя находят площадь нагрева f, площадь сечения трубок f_{тр.факт}.

Таблица 8.3

Конструктивные характеристики секций скоростных водонагревателей.

Номер водонагрева теля	Диаметр корпуса, мм	Длина, мм	Число трубок	Поверхность нагрева f, м2	Площадь живого сечения, м2
					трубок fтр	межтрубного пространства fм.п
1	57	2220	4	0,37	0,00062	0,00116
2	57	4220	4	0,75
3	76	2300	7	0,65	0,00108	0,00233
4	76	4300	7	1,31
5	89	2340	12	1,11	0,00185	0,00189
8	114	4424	19	3,54	0,00293	0,005
9	168	2620	37	3,4	0,0057	0,0122

Определяют фактическую скорость нагреваемой воды (м/с):

V = G/(3600 ^. ρ ^.f_{тр. факт.}). (8.5)

По табл.8.4 определяют коэффициент теплопередачи k, соответствующий фактической скорости нагреваемой воды V и рекомендуемой скорости движения греющей воды 1,0–1,5м/с.

Таблица 8.4

Значения коэффициентов теплопередачи k, Вт/ м² °С

Скорость греющей воды, м/с	Скорость нагреваемой воды, м/с
	0,5	0,75	1,0	1,5
0,5	1102	1276	1392	1508
0,75	1241	1450	1566	1740
1,0	1334	1566	1740	1972
1,5	1508	1798	2030	2320

Рассчитывают необходимую площадь поверхности нагрева водонагревателя (м²),

F = 1,07 Q /(k ^. Δt), (8.6)

где Q – расчетный поток теплоты для отопления здания (Вт), определяемый по формуле 6.1;

k – коэффициент теплопередачи (Вт/м² °С);

t – средний температурный напор между греющей и нагреваемой водой (°С).

Для определения Δt сначала подсчитывают разности температур между греющей и нагреваемой водой на противоположных концах нагревателя при работе с противотоком:

Δt₁ = Т₁ – t_г ; Δt₂ = Т₂ – t_о , (8.7)

где Т₁ , Т₂ – температуры греющей и обратной воды в теплосети; t_г , t_о – то же горячей и охлажденной воды в системе отопления.

Большей из этих разностей присваивают индекс «б», меньшей – «м» и определяют средний температурный напор:

Δt = ( Δt_б – Δt_м) / ln ( Δt_б / Δt_м) . (8.8)

Число секций водонагревателя:

m =F/f , (8.9)

где f – поверхность нагрева одной секции.

Скорость движения воды в водонагревателе во избежание шума не должна превышать 1,5 м/с, если это условие не соблюдается, секции подогревателя соединяют параллельно. Характеристики некоторых нагревателей приведены в табл. 8.3.

8.4. Расширительные сосуды

Расширительные сосуды устанавливают в здании при подключении к тепловой сети по закрытой схеме (см. рис. 4.3) или при отоплении от местной котельной. Схемы установки расширительных сосудов приведены на рис. 8.4. Они предназначены для вмещения избыточного объема воды при ее температурном расширении.

Устанавливают расширительные сосуды в высшей точке системы и утепляют. В бесчердачных зданиях сосуды устанавливают в утепленных будках на кровле.

Рис. 8.4. Схемы установки расширительных сосудов: А – в системе с естественной циркуляцией; Б – в системе с циркуляционным насосом; 1 – магистрали; 2 – переливной трубопровод; 3 – контрольная трубка; 4, 5 – циркуляционный и присоединительный трубопровод; 6 – из системы отопления; 7 – насос; 8 – в водонагреватель

Объем сосуда определяют по формуле:

V_бака = 0,0465 V_сист, (8.10)

где V_сист – объем воды в системе отопления, составляющий при применении чугунных радиаторов около 20 л на 1000 Вт тепловой мощности системы.

9. ВЫБОР И КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Выбор способа организации воздухообмена и типа вентиляции зависит от назначения здания и помещений, а также от количества выделяемых вредностей. Этот выбор регламентируется нормами на проектирование соответствующих зданий. В данном пособии даются рекомендации по проектированию и расчету канальной вентиляции с естественным побуждением, наиболее часто применяемой в жилых зданиях, где она рекомендуется нормами СНиП 2.08.01-89. Жилые здания [1].

Воздух удаляется из тех помещений, где происходит наибольшее выделение вредностей. Для этого в каждой квартире предусматриваются вытяжные каналы из кухни, ванной комнаты и туалета или совмещенного санузла. Для удаления воздуха из туалета и ванной одной квартиры допускается использовать один канал. Приток воздуха предусматривается неорганизованный, через неплотности в ограждающих конструкциях. Схемы таких систем вентиляции см. на рис. 9.1, а также в издании К.В. Тихомирова [4, § 49].

Рис. 9.1. Схема естественной канальной системы вентиляции в здании с чердаком:

А – план верхнего этажа; Б – план чердака; В – аксонометрическая схема воздуховодов с отметками осей каналов; h – расстояние (по высоте) от центра жалюзийной решетки первого этажа до устья шахты.

Вытяжка воздуха производится через жалюзийные решетки, устанавливаемые на расстоянии 0,2–0,5 м от потолка. Вертикальные вентиляционные каналы устраивают только во внутренних кирпичных стенах.

Размеры таких каналов должны соответствовать размерам кирпича (140 х 140 мм, 140 х 270 мм и т. п.). Для размещения каналов толщина стены должна быть не менее 380 мм (1,5 кирпича). Минимальное расстояние между каналами из однородных помещений – полкирпича, разнородных – один кирпич.

В панельных зданиях вентиляция осуществляется через приставные или встроенные каналы во внутренних стенах и перегородках. Здесь могут быть также приняты каналы круглого сечения диаметром не менее 100 мм из асбестоцементных труб или специальные вентиляционные панели.

В бесчердачных зданиях вертикальные каналы выводятся на 0,5–1,0 м выше кровли, и каждый из них непосредственно сообщается с атмосферой.

В чердачных зданиях вертикальные каналы объединяются коробами, которые отводят воздух к вытяжной вентиляционной шахте, выводимой выше кровли. Устье шахты располагается на 4–5 м выше верха чердачного перекрытия.

В здании имеется несколько независимых систем, так как радиус действия системы вентиляции с естественным побуждением ограничен, расстояние от оси вытяжной шахты до оси наиболее удаленного канала не должно превышать 8 м. Размеры сборных каналов (коробов) и шахт принимаются кратными 0,2 м, но не менее 200 х 200 мм. Каналы и шахты выполняются из материалов, рекомендованных нормами СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование [2]: асбестоцемент, гипсокартон, гипсобетон и др. Сборные каналы на чердаке размещают по железобетонному перекрытию с подстилкой одного ряда плит.

На рис. 9.1 приведена принципиальная схема вентиляции двухэтажного жилого дома с чердаком, с кирпичными стенами и высотой этажа 3,0 м.

Вытяжка воздуха в представленной системе вентиляции производится из кухонь и санузлов. Вентиляция жилых комнат производится также через вытяжки в этих помещениях. Регулируемые жалюзийные решетки расположены в 0,5 м от поверхности потолка.

Из каждого вентилируемого помещения идет собственный вентиляционный канал. Вертикальные каналы выполнены в процессе кладки кирпичных стен.

Сборные каналы на чердаке и шахта выполнены из шлакогипса. Размеры сечения воздуховодов и шахты определяются аэродинамическим расчетом.

Во избежание конденсации влаги в каналах на чердаке термическое сопротивление их должно быть не менее 0,5 (м² °С)/Вт.

Из помещений воздух отводится в каналы через жалюзийные решетки, которые могут быть с неподвижными или подвижными жалюзи. Последние, позволяют регулировать расход воздуха. Решетки имеют стандартные размеры: 100х150; 150х200; 2х300; 250х350; 300х450 мм и др.

После выполнения решений по конструированию системы должна быть вычерчена аксонометрическая схема одной из систем вентиляции с указанием отметок жалюзийных решеток, каналов и устья шахты. Примеры такой схемы приведены на рис. 9.1В.

10. РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА

Расход воздуха, удаляемого согласно нормам проектирования [1] через вытяжную вентиляцию в жилых домах, приведен в прил. 1.

Количество удаляемого воздуха из кухни Lкух, туалета Lтуал и ванной Lванн (м³/ч) задано конкретной величиной, расход удаляемого воздуха из жилых комнат (м³/ч), определяют как:

Lжил.комн = 3 Fпола, (10.1)

где Fпола – суммарная площадь пола жилых комнат (м²).

3 – нормативный воздухообмен для жилых помещений в м³/ч на 1 м² жилой площади.

Вентиляция жилых комнат производится через вентиляционные каналы кухни, туалета и ванной, поэтому должно выполняться условие:

Lкух + Lванн + Lтуал ≥ Lжил.комн . (10.2)

Если это условие не выполняется – воздухообмен кухни следует увеличить на необходимую величину.

На аксонометрической схеме должен быть указан расход воздуха из помещений через каждую жалюзийную решетку.