22. Конструкция воздухонагревателей и их расчет

Воздухонагреватели – это специализированная аппаратура, обеспечивающая быстрый и продолжительный нагрев воздуха в любом помещении.

Воздухонагреватели применяются для обогрева производственных, складских и торговых помещений, строительных объектов и сооружений агропромышленного комплекса.

Различают воздухонагреватели электрические и работающие на газовом или дизельном топливе (тепловые пушки).

По способу нагрева воздуха воздухонагреватели бывают прямого нагрева и непрямого, или косвенного нагрева.

Воздухонагреватели прямого нагрева – поток горячего воздуха содержат продукты сгорания, КПД около 100%.

Воздухонагреватели непрямого нагрева – поток горячего воздуха не содержат продукты сгорания, отработанные газы отводятся по отдельному шлангу за пределы помещения, КПД до 82%.

Для нагревания воздуха используют калориферы - нагревательные аппараты гладкотрубной или оребренной конструкции. Термодинамический процесс нагревания воздуха в калорифере протекает при постоянном влагосодержании, но с повышением температуры воздуха его относительная влажность падает. Воздух в калорифере должен быть с предельным содержанием химически агрессивных веществ по ГОСТ 12. 1. 005-88 с запыленностью не более 0,5 мг/м3 и не содержать липких веществ и волокнистых материалов.

Калорифер может быть электрическим и водяным. Электрический калорифер в качестве тепловыделяющего элемента содержит ТЭНы. Водяной калорифер -это трубчатый теплообменник

Калорифер состоит из теплоотдающих элементов, трубных решеток, крышек с патрубками для подвода (отвода) теплоносителя и съемных боковых щитков. Калорифер должен устанавливаться, эксплуатироваться при горизонтальном расположении теплообменных труб.

Калорифер создает большой перепад температуры проходящего воздуха (от 70 до 110 °С), что позволяет использовать его для приточной вентиляции с подачей наружного воздуха с отрицательными температурами до -25 °С. В теплое время калорифер может использоваться как высокопроизводительный вентилятор.

Методика расчета калорифера строится следующим образом: задаются значением длины и количеством труб, соответствующие ширине секции и количеству труб в калорифере с минимальной поверхностью теплообмена; определяют требуемую поверхность теплопередачи и по таблице выбирают необходимое количество калориферов (чтобы их суммарная поверхность была больше или равна расчетной) или один калорифер с требуемой поверхностью теплопередачи.

23. Конструкции воздухоохладителей и их расчет

Охлаждение воздуха при кондиционировании осуществляют с помощью специальных теплообменных аппаратов - воздухоохладителей, которые изготовляют двух типов: поверхностные «сухие» и «мокрые».

В поверхностных «сухих» охладителях воздух вступает в контакт с охлаждающей поверхностью ребристых или гладких труб, в которых циркулирует холодная вода, рассол или специальный холодильный агент.

В воздухоохладителях «мокрого» типа воздух охлаждается в результате непосредственного его соприкосновения с капельками холодной воды в оросительной камере или со смоченной поверхностью, образованной металлическими или фарфоровыми кольцами, постоянно орошаемыми холодной водой или рассолом. Встречаются конструкции охладителей, в которых воздух охлаждается при прохождении через натуральный дробленый лед.

Охлаждаться воздух может только в том случае, если у охлаждающей поверхности температура, ниже температуры охлаждаемого воздуха. В воздухоохладителях «сухого» типа при температуре охлаждающей поверхности ниже температуры охлаждаемого воздуха по сухому термометру, но выше точки росы процесс охлаждения происходит при постоянном влагосодержании - от воздуха отводится только явная теплота, в результате чего его температура понижается. В тех случаях, когда температура поверхности «сухого» воздухоохладителя ниже точки росы, процесс охлаждения сопровождается конденсацией водяных паров из воздуха. При этом воздух охлаждается и одновременно осушается.

В охладителях «мокрого» типа при температуре разбрызгиваемой воды, равной температуре мокрого термометра, воздух в процессе охлаждения отдает явную теплоту и его температура понижается. Температура воды, несмотря на теплообмен, не повышается, так как теплота, отдаваемая ей воздухом, идет полностью на испарение. Следовательно, в этом случае температура воздуха понижается, а влагосодержание несколько возрастает, т. е. воздух увлажняется.

Расчет воздухоохладителей производится исходя из величины требуемой холодильной мощности, скорости движения воздуха, расчетной температуры и давления хладоносителя.

Для аппаратов кондиционирования с непосредственным контактом воздуха с водой отношение количества воды W, кг/ч, вступающей в контакт с охлаждаемым воздухом в количестве G, кг/ч, называют коэффициентом орошения

Этот коэффициент существенно зависит от начального и конечного удельного теплосодержания обрабатываемого воздуха и от начальной и конечной температуры воды, вступающей с ним в контакт.

Вопрос № 24. Газоуловители. Устройство.

ЗАО "Гримма-Миасс-Нефтемаш" изготавливает газоуловители типа НХ 107.xx.000 для системы контроля наличия газовой фазы в магистралях, разработанной ООО "Конверсия-Нефть".

Система контроля НХ 108.000 предназначена для установки, в соответствии с требованиям «Общих правил взрывобезопасности...» ПБ 09-540-03, на системы оборотного водоснабжения теплообменников, используемых для охлаждения взрывоопасных и токсичных газов. Может использоваться и в любых других системах водоснабжения для контроля наличия газовой фазы.

Система улавливает пузырьковые включения газов в потоке воды и выдает сигнал (замыкание - размыкание контактов реле) по достижении критических объемов газа в емкости уловителя.

Достоинства системы контроля:

• не имеет конкурентоспособных аналогов в России и за рубежом по выявлению в реальных производственных условиях не только аварийных, но и предаварийных (незначительные выделения газа из микротрещин) состояний теплообменников;

• надежно работает с неочищенной водой, насыщенной окислами металлов и солями;

• в ней реализованы уникальные технические решения, конструкция газоуловителя, сигнализатора и способ контроля запатентованы;

• обладает высокой эффективностью, достоверно и безопасно определяет наличие газа в магистрали с надежностью, близкой к 100%;

• низкое гидросопротивление газоуловителя, не требующее изменения режима работы насосной.

Принцип действия и другие достоинства системы описаны в журнале "Химическая техника" №5 за 2003 год.

В состав системы контроля входят :

1. Газоуловитель НХ 107.xx.000 из типоразмерного ряда, аттестованныйна взрывозащищенность.

2. Комплект сигнализатора раздела фаз НХ 106.000 в составе:

• двух сигнализаторов раздела фаз СРФ НХ 64.000 в комплекте "БРИЗ",

• двухканального блока искрозащитного "БРИЗ" НХ 71.000,

• двухканального преобразователя ПРС НХ 79.000,

• четырехпроводной кабельной линии длиной до 1000 м (прокладывается Заказчиком).

На применение Системы контроля в опасных производственных объектах по­лучено Разрешение Госгортехнадзора № РРС 04-7089.

При авариях временной интервал от прорыва газа в теплообменник до срабатывания сигнализации фактически определяется только расстоянием по магистрали между теплообменником и газоуловителем и скоростью потока.

В странах Запада используются значительно более сложные системы с воздушными теплообменниками для охлаждения газов.

Расходы на эксплуатацию наших систем контроля практически отсутствуют.

Имеется положительный опыт эксплуатации с 1992 года более 60 систем контроля на опасных производственных объектах ряда предприятий г. Уфы в установках каталитического риформинга и гидроочистки, сернокислого алкилирования и т.п.

№ 25. Расчет теплопотерь промышленных зданий и сооружений

Для обеспечения в помещениях параметров воздуха в пределах допустимых норм, при расчете тепловой мощности системы отопления необходимо учитывать:

— потери теплоты через ограждающие конструкции зданий и помещений;

— расход теплоты на нагревание инфильтрующегося в помещения наружного воздуха;

— расход теплоты на нагревание материалов и транспортных средств, поступающих в помещения;

— приток теплоты, регулярно поступающей в помещения от электрических приборов, освещения, технологического оборудования и других источников.

Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений не учитывают, если разность температур в этих помещениях менее 10 °С.

При выборе оборудования для отопления зданий исходным является расчет тепловых потерь сквозь наружные строительные ограждения здания - стены, перекрытия, покрытия, полы и проемы (окна, фонари, двери и ворота).

Основные потери теплоты здания Q, Вт, складываются из потерь теплоты всеми ограждающими конструкциями:

где Q_i - потери теплоты каждой i-й ограждающей конструкцией. Они определяются по формуле

где F_i - расчетная площадь i-й ограждающей конструкции, м²; k_i - коэффициент теплопередачи i-й ограждающей конструкции, Вт/(м²· °С), t_H - расчетная температура наружного воздуха, °С, t_B - расчетная температура воздуха рабочей зоны помещения, °С, n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху

Расчетную площадь Fi каждого элемента ограждающих конструкций определяют путем перемножения его линейных размеров (с точностью до 0,1 м2)

Необходимо учитывать состояние стен, полов, потолков, так как через них происходят наибольшие теплопотери. При наличии утеплителя в конструкции пола нужно обязательно учитывать термическое сопротивление слоя утеплителя

где R_пол - сопротивление теплопередаче пола без утеплителя, (м² • °С)/Вт;  - толщина слоя утеплителя, м; - коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, Вт/(м·°С).

Добавочные потери теплоты ограждающими конструкциями помещений оценивают в долях от основных потерь с помощью коэффициентов ₁ и _2.

В помещениях любого назначения добавочные потери теплоты через наружные вертикальные и наклонные стены, двери и окна, ориентированные на север, восток, северо-восток и северо-запад учитывают при помощи коэффициента ₁ принимаемого равным 0,1, на юго-восток и запад - 0,05; в угловых помещениях - дополнительно по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из указанных ограждений ориентировано на север, восток, северо-восток или северо-запад, и по 0,1 в других случаях.

При помощи коэффициента ₂ учитывают добавочные потери:

— через необогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха -40 °С и ниже (параметры Б); в этом случае ₂ = 0,05;

— через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами. Для тройных дверей с двумя тамбурами между ними принимают ₂ = 0,2Н; для двойных дверей с тамбурами между ними ₂ = 0,27Н; для двойных дверей без тамбура ₂ = 0,34Н; для одинарных дверей ₂ = 0,22Н, где Н - высота здания, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты;

— через наружные ворота, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами; принимают ₂ = 3 при отсутствии тамбура и ₂ = 1 при наличии тамбура у ворот.

Общие потери теплоты определяют, суммируя основные и добавочные потери теплоты через каждую из ограждающих конструкций,

Полученный результат округляют до 10 Вт.

№26. Составление теплового баланса помещений

Расчет систем отопления

а) Расчётная тепловая мощность систем отопления

Температ. обстановка в производ. и офисных помещениях зависит от тепловой мощности систем отопления, расположения обогревательных устройств, теплофизических свойств, наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников тепла, потерь теплоты.

Система отопления для выполнения возложенной на неё задачи должна обладать определённой тепловой мощностью. Расчётная тепловая мощность системы выявляется в результате составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха t_н.р,

t_н.р = 0,92 t _{наружн. за 5 дней}

Расчётная тепловая мощность в течение отопительного сезона используется частично в зависимости от изменения теплопотерь помещений при текущем значении температуры наружного воздуха t _н и только при t _н.р - полностью.

б) Эксплуатационное регулирование систем отопления

Изменение текущей теплопотребности на отопление имеет место в течение всего отопительного сезона, поэтому теплоперенос к отопительным приборам должен изменяться в широких пределах, то есть теплообмен в помещениях должен быть регулируем.

в) Расчет теплового баланса помещения

В холодное время года помещение теряет теплоту в основном через наружное ограждение и в какой-то мере через внутреннее ограждение.

Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений естественным путем или в процессе работы системы вентиляции, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают в помещение снаружи.

В установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от людей, технологического и бытового оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов, изделий, в результате воздействия на здание солнечной радиации. В производственных помещениях могут осуществляться технологические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учёт всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении теплового баланса помещений здания

Для определения расчётной тепловой мощности системы отопления Qот составляет баланс расходов теплоты для расчётных условий холодного периода года в виде:

Qот = dQ = Qогр + Qи(вент) ± Qт(быт)

где Qогр - потери теплоты через наружные ограждения; Qи(вент) - расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха; Qт(быт) - технологические или бытовые выделения или расход теплоты.

Методики расчета отдельных составляющих теплового баланса, входящих в формулу, нормируются СНиП.

г) Потери теплоты через наружное ограждение

Основные теплопотери через ограждения помещения Qогр определяют в зависимости от его площади, приведенного сопротивления теплопередаче ограждения и расчетной разности температуры помещения и снаружи ограждения.

д) Расчет теплоты на нагрев поступающего в помещение воздуха

Расход может составлять 30...40% и более от основных теплопотерь. Количество наружного воздуха зависит от конструкции и внешних условий помещения.

е) Технологические потери

Эта составляющая теплового баланса обычно учитывается при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Определение технологических выделений или расхода тепла производится на основе разности t оборудования.

Для теплотехнической оценки здания пользуются показателем - удельная тепловая характеристика здания q, Вт/(м³·°С)

q = Qзд / (V(tв - tн.р))

где Qзд - расчётные теплопотери всеми помещениями здания, Вт; V - объём отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3; (tв - tн.р) - расчётная разность температуры для основных (наиболее представительных) помещений здания,°C.

Расчет тепловой мощности отопительных устройств

Тепловую мощность отопительных приборов Q_np, Вт, размещаемых в каждом отапливаемом помещении, определяют с учетом общих потерь теплоты через ограждающие конструкции Q_oбщ, теплоты, расходуемой на нагревание подаваемого принудительной вентиляцией или инфильтрующегося воздуха Q_воз, поступающих в цех холодных материалов и въезжающих в помещения цехов средств транспорта Q_мт, а также теплоты от бытовых источников в жилых помещениях Q_быт (газовые или электрические плиты, стиральные машины, кухонные комбайны), оборудования и теплоизлучающих материалов в производственных цехах Q_об (печи, ванны, металлопрокат и др.), электроосвещения и электрооборудования Q_эл.

Для производственных помещений

Знак «+» - потери, «-» - поступления

Для промышленных предприятий затраты теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха определяют по формуле

где G_воз - масса инфильтрующегося в единицу времени воздуха через все ограждающие конструкции помещения, кг/ч; с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С); t_B, t_H - расчетные температуры, °С, воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период года (параметры Б); К - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и для окон с тройными переплетами, 0,8 для окон с раздельными переплетами и 1 для одинарных окон и открытых проемов.

Затраты теплоты на нагревание воздуха, удаляемого из помещений жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемые подогретым приточным воздухом,

где L_n - объемный расход удаляемого воздуха, м³/ч; ? - плотность наружного воздуха, кг/м³.

Количество воздуха, инфильтрующегося в помещение через неплотности наружных ограждающих конструкций, определяют по формуле

где F₁, R_и1 - соответственно площадь окон и фонарей и их сопротивление воздухопроницанию; F₂, R_и2 - соответственно площадь наружных и внутренних дверей, ворот и открытых проемов и их сопротивление воздухопроницанию

p₁ - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окон и фонарей; р₂ - то же, наружных дверей, ворот и открытых проемов; р₃ - то же, стыков стеновых панелей; l - длина стыков стеновых панелей, м.

Коэффициенты R_и1 учитывают вид остекления и вид уплотнений теплоизоляции, R_и2 – сопротивление воздухопроникновению через двери.

Данные коэффициенты учитывают строение и конструкцию помещений.

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях i-й ограждающей конструкции определяют по формуле

где Н - высота здания от уровня земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или шахты; h_i - расчетная высота от уровня земли до верха окон, дверей, ворот проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей; _н, _в - удельный вес, Н/м³, соответственно наружного воздуха и воздуха помещения, = 3463/(273 + t);  - плотность наружного воздуха кг/м³; v - скорость ветра, м/с,; С_нав и С_под - аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаемые по СНиП 2.01.070-85; р_вн - условно постоянное давление воздуха в помещении (здании), при расчете р_вн следует учитывать дисбаланс масс воздуха, подаваемых и удаляемых этими системами из помещения (здания); k_н - коэффициент учета изменения скоростного давления в зависимости от высоты здания (k_н=1, если шкала расположена на открытом месте; k_н=0,5 – на горизонтальных территориях, среди деревьев и др.; k_н=0,4 – в городском массиве).

Затраты теплоты на нагревание холодных материалов Q_M и транспортных средств, въезжающих в производственные помещения, Q_тp определяют по формулам

где G_м - масса поступающего в цех (в единицу времени) холодного однородного материала кг/ч; с - удельная массовая теплоемкость материала, кДж/(кг·°С); t_в - температура воздуха внутри помещения, °С; t_м - температура поступающего материала, °С; q - затраты теплоты на нагревание транспортных средств (берутся по справочнику, например [11]); - коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения теплоты материалом или транспортным средством (берется по СНиП 2.04.05-91).

Общие затраты на нагревание материалов и транспорта Q_M.T = Q_M + Q_тр.

Тепловыделения в помещениях имеют весьма разнообразное происхождение - это тепловые потоки от технологического оборудования, людей, электроосвещения, нагретых изделий, материалов и др.

Тепловой поток Q_быт, поступающий в комнаты и кухни жилых зданий от бытовых источников, = 10 Вт на 1 м² пола.

Тепловой поток от работающего электротехнического оборудования и освещения

где N_эл - мощность электротехнического и осветительного оборудования, Вт; k_о - коэффициент, учитывающий одновременность работы оборудования и долю перехода электроэнергии в теплоту, поступающую в помещения (для электроосвещения k_o= 0,95).

Полный тепловой поток (явная теплота плюс скрытая), выделяемый мужчинами, зависит от интенсивности выполняемой работы: в состоянии покоя он равен 93... 140 Вт; при легкой работе - 140... 175 Вт; при работе средней тяжести - 175...290 Вт; при тяжелой работе - более 290 Вт.

Тепловой поток, исходящий от занятых физическим трудом женщин и детей, принимают равным соответственно 85 и 75 % теплового потока, исходящего от мужчин.

Определив тепловую мощность отопительных устройств, можно вычислить тепловую мощность всей системы отопления

где Qnp - тепловая мощность отопительных приборов в каждом помещении;  - коэффициент, учитывающий дополнительные потери через участки наружных ограждений, расположенные за отопительными приборами, а также в результате остывания теплоносителя в трубопроводах, проложенных в неотапливаемых помещениях (принимают равным не более 1,07).

Определения тепловых потоков и потерь теплоты через ограждающие поверхности по приведенным формулам весьма сложны в связи с тем, что необходимо производить расчеты для отдельных ограждающих поверхностей здания с различными термическими сопротивлениями и различными разностями температур внутреннего и наружного воздуха. Ориентировочно тепловые потери можно подсчитать, используя укрупненный измеритель - удельную тепловую характеристику здания, представляющую собой тепловой поток, Вт, приходящийся на 1 м³ здания (по наружному обмеру) при разности температур внутреннего и наружного воздуха 1 °С.

Вопрос №27 Системы отопления предприятий сервиса

1. Назначение, виды систем отопления

2. Расчет систем отопления

№ 1 Назначение, виды систем отопления

В производств. зданиях и помещениях любого назначения с постоянными или длительными (более 2ч) пребываниями персонала при проведении разл. видов работ следует предусмотреть соотв. систему отопления для создания требуемой t воздуха в холодное время воздуха.

При выборе системы отопления, вида и параметров теплоносителя, нагреват. приборов необходимо учитывать тепловую энергию ограждающих конструкций, характер и назначение зданий и сооружений.

Основа выбора обогревательных элементов – СниП 2.04.05.-91

Система отопления – неотъемлемая часть зданий и сооружений, должна удовлетворять санитарно-гигиеническим, технико-экономич., архитектурно-строительным и монтажно-эксплуатационным требованиям.

Система отопления включает:

1. Источник теплоты

2. Теплопроводы

3. Теплообменники (отопительные приборы)

Система отопления	Теплоноситель	По способу перемещения	По месту расположения источника	По конструктивному исполнению
Водяные системы отопления	вода	естеств. побуждение (за счет разности t); принудительное побуждение (создание давления насосами)	Центральное; Местное;	Однотрубные; Двухтрубные;
Паровые системы отопления	нагретый пар	низкого давления; высокого давления;	Центральное; Местное;	с самотечным возвратом конденсата; с конденсаторным баком и насосом
Воздушные системы		Рециркуляционное; совмещенное с вентиляцией	Местные	Прямоточные
Печные системы		с естественным побуждением за счет конвекции	Местные (умеренного прогрева); повышенного прогрева; печи непрерывного горения; отопительно-варочные печи; нетеплоемкие/теплоемки печи
Радиационные		с естественным побуждением за счет движения воздуха	Местные; лучистые; отопительные
Электрические		С промежуточным теплоносителем (вода, масло); С естественным обогревом	Местные

Наиболее эффективные в санитарно-гигиеническом отношении – системы водяного и парового отопления. Но их нельзя использовать в помещениях, где имеются вещества, способные при взаимодействии с водой загораться или взрываться; где возможно выделение в воздух веществ, способных к самовоспламенению.

Поверхность нагревательных приборов не должна иметь t больше 150 С, т.к. при t больше 80 С может происходить возгонка, разложение, пригорание органич. пыли, сопровождаемое неприятным запахом гари.

Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для чистки; исключать возможность контакта с веществами, способными к самовозгоранию при опр. t.

Наиболее безопасные – системы воздушного отопления: нагрев воздуха в спец. калориферах, теплоноситель – горячая вода или нагретый пар, м.б. использованы газовые горелки с отводом продуктов горения.

Для обогрева офисов и производ. помещений м.б. использована люба система отопления, выбор ограничивается сан.-гигиеническими и технико-эксплуатац. требованиями.

№2 Расчет систем отопления

а) Расчётная тепловая мощность систем отопления

Температ. обстановка в производ. и офисных помещениях зависит от тепловой мощности систем отопления, расположения обогревательных устройств, теплофизических свойств, наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников тепла, потерь теплоты.

Система отопления для выполнения возложенной на неё задачи должна обладать определённой тепловой мощностью. Расчётная тепловая мощность системы выявляется в результате составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха t_н.р,

t_н.р = 0,92 t _{наружн. за 5 дней}

Расчётная тепловая мощность в течение отопительного сезона используется частично в зависимости от изменения теплопотерь помещений при текущем значении температуры наружного воздуха t _н и только при t _н.р - полностью.

б) Эксплуатационное регулирование систем отопления

Изменение текущей теплопотребности на отопление имеет место в течение всего отопительного сезона, поэтому теплоперенос к отопительным приборам должен изменяться в широких пределах, то есть теплообмен в помещениях должен быть регулируем.

в) Расчет теплового баланса помещения

В холодное время года помещение теряет теплоту в основном через наружное ограждение и в какой-то мере через внутреннее ограждение.

Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений естественным путем или в процессе работы системы вентиляции, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают в помещение снаружи.

В установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от людей, технологического и бытового оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов, изделий, в результате воздействия на здание солнечной радиации. В производственных помещениях могут осуществляться технологические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учёт всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении теплового баланса помещений здания

Для определения расчётной тепловой мощности системы отопления Qот составляет баланс расходов теплоты для расчётных условий холодного периода года в виде:

Qот = dQ = Qогр + Qи(вент) ± Qт(быт)

где Qогр - потери теплоты через наружные ограждения; Qи(вент) - расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха; Qт(быт) - технологические или бытовые выделения или расход теплоты.

Методики расчета отдельных составляющих теплового баланса, входящих в формулу, нормируются СНиП.

г) Потери теплоты через наружное ограждение

Основные теплопотери через ограждения помещения Qогр определяют в зависимости от его площади, приведенного сопротивления теплопередаче ограждения и расчетной разности температуры помещения и снаружи ограждения.

д) Расчет теплоты на нагрев поступающего в помещение воздуха

Расход может составлять 30...40% и более от основных теплопотерь. Количество наружного воздуха зависит от конструкции и внешних условий помещения.

е) Технологические потери

Эта составляющая теплового баланса обычно учитывается при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Определение технологических выделений или расхода тепла производится на основе разности t оборудования.

Для теплотехнической оценки здания пользуются показателем - удельная тепловая характеристика здания q, Вт/(м³·°С)

q = Qзд / (V(tв - tн.р))

где Qзд - расчётные теплопотери всеми помещениями здания, Вт; V - объём отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3; (tв - tн.р) - расчётная разность температуры для основных (наиболее представительных) помещений здания,°C.

расчет тепловой мощности отопительных устройств

Тепловую мощность отопительных приборов Q_np, Вт, размещаемых в каждом отапливаемом помещении, определяют с учетом общих потерь теплоты через ограждающие конструкции Q_oбщ, теплоты, расходуемой на нагревание подаваемого принудительной вентиляцией или инфильтрующегося воздуха Q_воз, поступающих в цех холодных материалов и въезжающих в помещения цехов средств транспорта Q_мт, а также теплоты от бытовых источников в жилых помещениях Q_быт (газовые или электрические плиты, стиральные машины, кухонные комбайны), оборудования и теплоизлучающих материалов в производственных цехах Q_об (печи, ванны, металлопрокат и др.), электроосвещения и электрооборудования Q_эл.

Для производственных помещений

Знак «+» - потери, «-» - поступления

Для промышленных предприятий затраты теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха определяют по формуле

где G_воз - масса инфильтрующегося в единицу времени воздуха через все ограждающие конструкции помещения, кг/ч; с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С); t_B, t_H - расчетные температуры, °С, воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период года (параметры Б); К - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и для окон с тройными переплетами, 0,8 для окон с раздельными переплетами и 1 для одинарных окон и открытых проемов.

Затраты теплоты на нагревание воздуха, удаляемого из помещений жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемые подогретым приточным воздухом,

где L_n - объемный расход удаляемого воздуха, м³/ч; ? - плотность наружного воздуха, кг/м³.

Количество воздуха, инфильтрующегося в помещение через неплотности наружных ограждающих конструкций, определяют по формуле

где F₁, R_и1 - соответственно площадь окон и фонарей и их сопротивление воздухопроницанию; F₂, R_и2 - соответственно площадь наружных и внутренних дверей, ворот и открытых проемов и их сопротивление воздухопроницанию

p₁ - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окон и фонарей; р₂ - то же, наружных дверей, ворот и открытых проемов; р₃ - то же, стыков стеновых панелей; l - длина стыков стеновых панелей, м.

Коэффициенты R_и1 учитывают вид остекления и вид уплотнений теплоизоляции, R_и2 – сопротивление воздухопроникновению через двери.

Данные коэффициенты учитывают строение и конструкцию помещений.

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях i-й ограждающей конструкции определяют по формуле

где Н - высота здания от уровня земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или шахты; h_i - расчетная высота от уровня земли до верха окон, дверей, ворот проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей; _н, _в - удельный вес, Н/м³, соответственно наружного воздуха и воздуха помещения, = 3463/(273 + t);  - плотность наружного воздуха кг/м³; v - скорость ветра, м/с,; С_нав и С_под - аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаемые по СНиП 2.01.070-85; р_вн - условно постоянное давление воздуха в помещении (здании), при расчете р_вн следует учитывать дисбаланс масс воздуха, подаваемых и удаляемых этими системами из помещения (здания); k_н - коэффициент учета изменения скоростного давления в зависимости от высоты здания (k_н=1, если шкала расположена на открытом месте; k_н=0,5 – на горизонтальных территориях, среди деревьев и др.; k_н=0,4 – в городском массиве).

Затраты теплоты на нагревание холодных материалов Q_M и транспортных средств, въезжающих в производственные помещения, Q_тp определяют по формулам

где G_м - масса поступающего в цех (в единицу времени) холодного однородного материала кг/ч; с - удельная массовая теплоемкость материала, кДж/(кг·°С); t_в - температура воздуха внутри помещения, °С; t_м - температура поступающего материала, °С; q - затраты теплоты на нагревание транспортных средств (берутся по справочнику, например [11]); - коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения теплоты материалом или транспортным средством (берется по СНиП 2.04.05-91).

Общие затраты на нагревание материалов и транспорта Q_M.T = Q_M + Q_тр.

Тепловыделения в помещениях имеют весьма разнообразное происхождение - это тепловые потоки от технологического оборудования, людей, электроосвещения, нагретых изделий, материалов и др.

Тепловой поток Q_быт, поступающий в комнаты и кухни жилых зданий от бытовых источников, = 10 Вт на 1 м² пола.

Тепловой поток от работающего электротехнического оборудования и освещения

где N_эл - мощность электротехнического и осветительного оборудования, Вт; k_о - коэффициент, учитывающий одновременность работы оборудования и долю перехода электроэнергии в теплоту, поступающую в помещения (для электроосвещения k_o= 0,95).

Полный тепловой поток (явная теплота плюс скрытая), выделяемый мужчинами, зависит от интенсивности выполняемой работы: в состоянии покоя он равен 93... 140 Вт; при легкой работе - 140... 175 Вт; при работе средней тяжести - 175...290 Вт; при тяжелой работе - более 290 Вт.

Тепловой поток, исходящий от занятых физическим трудом женщин и детей, принимают равным соответственно 85 и 75 % теплового потока, исходящего от мужчин.

Определив тепловую мощность отопительных устройств, можно вычислить тепловую мощность всей системы отопления

где Qnp - тепловая мощность отопительных приборов в каждом помещении;  - коэффициент, учитывающий дополнительные потери через участки наружных ограждений, расположенные за отопительными приборами, а также в результате остывания теплоносителя в трубопроводах, проложенных в неотапливаемых помещениях (принимают равным не более 1,07).

Определения тепловых потоков и потерь теплоты через ограждающие поверхности по приведенным формулам весьма сложны в связи с тем, что необходимо производить расчеты для отдельных ограждающих поверхностей здания с различными термическими сопротивлениями и различными разностями температур внутреннего и наружного воздуха. Ориентировочно тепловые потери можно подсчитать, используя укрупненный измеритель - удельную тепловую характеристику здания, представляющую собой тепловой поток, Вт, приходящийся на 1 м³ здания (по наружному обмеру) при разности температур внутреннего и наружного воздуха 1 °С.

Система отопления

1. Водяное отопление

2. Воздушное отопление

№1

Система водяного отопления (СВО) – для отопления и внутреннего теплоснабжения объектов различного функционального назначения. Теплоноситель - вода.

Для зданий и сооружений при t менее 40С теплоноситель – это вода со спец. добавками, предотвращающими ее замерзание. В качестве добавок нельзя применять вещества, которые могут попасть в воздух окр. среды (помещения), а также вещества, приводящие к хим. коррозии поверхности труб.

Использование добавок запрещает к применению теплоноситель, находящийся в системах отопления.

Основные узлы СВО:

• магистральные трубопроводы

• подающие стояки

• отопительные приборы (радиаторы)

• обратные магистрали

• генератор тепла (котельная)

СВО классифицируются

1. по способу циркуляции воды

• с естественным (за счет разности t) побуждением

• побудительным побуждением

2. по схеме отопительной сети

• двухтрубные (2 стояка – подающий и обратный)

• однотрубный

3. по способу прокладки магистрал. трубопроводов

• системы с верхней разводкой

• системы с нижней разводкой

4. по конструкции магистральных трубопроводов

• тупиковые

• с попутным движением

5. по способу присоединения отопительных приборов к стояку

• системы одностороннего присоединения

• системы двухстороннего присоединения

Основные типы СВО:

• двухтрубная

• однотрубная

Особенностью однотрубной системы является то, что прокладка происходит за счет использования 1 стояка.

1) Однотрубная система

а) верхняя прокладка

1. нагреватель (котел)

2. магистраль горячей воды (от котельной до дома)

3. расширительный бачок

4. главный стояк

5. воздухосборник

6. однотрубная система подачи и разводки горячей воды

7. отопители (радиаторы)

8. магистраль охлажд. воды

9. насос

У однотрубной системы есть 1 недостаток: в начале подачи воды t начала больше t конца за счет того, что вода по стояку охлаждается.

б) Системы с нижней прокладкой

Главные стояки располагаются внизу здания и присоединяются к общим магистралям подающей и охлажденной воды

В однотруб. системах возможно регулирование t в помещении за счет установки кранов подачи воды на каждый радиатор.

М.б. с проточными стояками; со стояками, замыкающими участками (тупиковыми). Очень часто однотрубную систему используют для создания горизонтальной распределительной системы. Данные системы возможны только в помещениях большой протяженности

2) Двухтрубная система

Основные отличия:

При разводке она имеет 2 типа стояков:

• подающей (горячей) воды

• охлажденной (обратной) воды

Применение 2 стояков дает возможность получить одинаковую t обогревателя во всех помещениях и обеспечивает их независимую работу

№2

Системы применительны для создания необходимого температурного фона в помещениях.

По принципу действия и создания теплового потока

• системы отопления

• системы воздушного душирования

• воздушно-тепловые завесы

В качестве теплоносителя – наружный воздух, это позволяет объединить в данных системах функции отопления и вентиляции, это значит. экономия ден. средств.

Классификация систем:

1. по роду энергоносителя

• с водяным

• паровым

• электрическим

• газовым калорифером (нагревателем)

2. по характеру перемешивания воздуха

• с естественным

• с принудительным побуждением (за счет вентилятора)

3. по схеме вентилирования помещения

• прямоточная

• с частичной или полной рециркуляцией воздуха

4. по месту нагрева воздуха

• местные

• центральные

Расход воздуха для воздушного отопления, не связанного с вентиляцией, определяется по формуле

Qпр – полный тепловой поток для отопления помещений

с – теплоемкость воздуха

t_пр.- t приточного воздуха в помещение

t_вн – внутренняя t в помещении

t_пр. = t _{наруж.воздуха} +t_{нагревателя}+0,001р

При проектировании воздушного отопления для обеспечения его надежности необходимо предусмотреть резерв. вентилятор, либо 2 параллельные отопительные системы. Очень часто в промышл. помещениях для нагрева воздуха в калориферах используется система вторичных теплоносителей.

Воздушные тепловые завесы применяются в помещениях, где необходимо уменьшить объем холодного воздуха, попадающего в помещение при открывании наружных дверей. Тепловые завесы используются в холодное время года.

Целесообразно применять в сл. случаях:

1. у постоянно открытых проемов и дверей в помещениях, либо дверей, открывающихся более 5 раз и не менее чем на 40 минут в одну смену; в районах с t наружного воздуха менее -15С

2. наружные двери вестибюлей администр. и офисных зданий

3. наружные двери и проемы помещений со спец. режимом

4. наружные двери помещений, оборудованные системой кондиционирования

5. у проемов во внутр. перегородках для препятствия перетекания воздуха из одного помещения в другое

Воздушные тепловые системы могут применяться как рециркуляционные системы. t воздуха у тепловых завес должна быть 50 С у дверей, 70 С у ворот.

«+» систем воздушного отопления

1. снижение затрат на отопление и отопительные приборы при создании здания

2. обеспечение высоких санитарно-гигиенических условий воздушной среды в помещениях за счет распределения воздуха, его очистки, увлажнения

« - »

1. наличие воздуховодов большого сечения

2. большие потери теплоты при движении воздуха по воздуховодам.

Воздушные системы целесообразно применять в больших по площади производственных помещениях.