Книги / Махов Л.М. Отопление учеб. для вузов

ной скоростью. В этом месте (точка А на рис. 10.5, б) и проверяют допустимость полу- чающихся значений скорости движения и температуры воздуха.

2

Рис. 10.4. Напольный воздушно-рециркуляционный отопительный агрегат: 1 - электро-

двигатель; 2 - воздуховыпускной патрубок; 3 - воздухонагреватель; 4 - корпус; 5 - клино-

ременная передача в защитном кожухе

ча; б - сосредоточенная подача; А - расчетная точка в рабочей зоне; В - вершина воздуш-

ной струи

В крупных помещениях отопительные агрегаты размещают так, чтобы получались не-

сколько параллельных компактных или неполных веерных воздушных струй. При парал-

лельных компактных струях (рис. 10.6, а) агрегаты располагают на расстоянии Ъ<ЗНП, при

неполных веерных струях - до 10НП (рис. 10.6, б). В плане агрегаты устанавливают с уче-

том расположения колонн и крупногабаритного оборудования, которые могут нарушать свободное развитие воздушных струй в помещении.

Выбор модели отопительных агрегатов для крупных помещений делают в предположе-

нии, что будет принята наклонная подача воздуха, исходя из длины 1 зоны обслуживания одним агрегатом, рекомендуемой в справочной литературе. Предварительно принимая ширину этой зоны Ь=1, сопоставляют теплопотери обслуживаемой части помещения (с повышающим коэффициентом 1,1) с тепловой мощностью агрегатов. Выбрав окончатель-

301

но модель агрегата, уточняют объем части помещения, приходящийся на один агрегат, и число агрегатов.

раллельных воздушных струях; б - при неполных веерных воздушных струях При наклонной подаче воздуха допустимо получение размера Ь = (0,5...2,0)1.

Экономически выгоднее применять укрупненные отопительные агрегаты. При использо-

вании крупных отопительных агрегатов температура воздуха в помещении может остать-

ся довольно равномерной (отличаться от расчетной не более чем на 2-3 °С, что допустимо во многих производственных зданиях), особенно если там обеспечивается 2-3-кратный воздухообмен.

§10.6. Расчет подачи воздуха, нагретого в отопительном агрегате

Ввысоком помещении нагретый воздух, подаваемый отопительными агрегатами, образу-

ет свободно развивающиеся, постепенно всплывающие круглые воздушные струи. В та-

кой воздушной струе, подаваемой как наклонно вниз, так и горизонтально, происходит теплоаэродинамический процесс затухания скорости ее движения и понижения темпера-

туры при подмешивании окружающего воздуха.

Рассмотрим методику расчета каждого из способов подачи нагретого воздуха в помеще-

ние.

1. Расчет наклонной подачи нагретого воздуха

Траектория и параметры круглой не изометрической воздушной струи зависят от расчет-

ных показателей выбранной модели отопительного агрегата. Перечислим эти показатели:

площадь воздухораспределяющего устройства Ао, м2, начальная скорость подаваемого воздуха Уо, м/с, избыточная температура воздуха (I, - 1В), °С.

Расчет подачи начинается с определения геометрической характеристики воздушной струи Н, создаваемой агрегатом. Значение Н, м, круглой воздушной струи вычисляется по формуле

где т и п - скоростной и температурный коэффициенты воздушной струи, зависящие от конструкции воздухораспределительного устройства (принимаются по справочным дан- ным).

302

Скоростной коэффициент характеризует интенсивность затухания скорости движения

воздушной струи при применении воздухораспределительного устройства той или иной конструкции (клапана, решетки и т.п.), температурный - интенсивность понижения темпе-

ратуры воздуха в струе.

Пример 10.3. Найдем геометрическую характеристику круглой воздушной струи, созда-

ваемой отопительным агрегатом при (1Г - 1В) = 35,8 °С. Принятая модель имеет следующие

технические характеристики: А0=0,25 м2, у0=4,4 </A, H=4,5, ?=3,&.

По формуле (10.8)

Н = 5,45-4.5А4 0.25°^ / (3.8-35.8Я = 6,54 м.

По значению геометрической характеристики струи проверяется выбранная длина 1 зоны обслуживания отопительным агрегатом

Выражение (10.9) получено как среднее для соотношения х / 1 = 0,3...0,5, где х - координа- та вершины воздушной струи (точка В на рис. 10.5, а, определяемая по формуле

Вторую координату вершины струи находят по формуле

Тогда длина струи з от агрегата до ее вершины составит

Пример 10.4. Определим по условиям примера 10.3 длины зоны обслуживания агрегатом

и воздушной струи от агрегата до ее вершины.

По формулам (10.9) - (10.12) найдем длину зоны обслуживания отопительным агрегатом 1

= 1,58-6,54 = 10,3 м, а также длину струи до ее вершины з = 0,70-6,54 = 4,6 м при х = 0,635-6,54 = 4,15 м и 2 = 0,307-6,54 = 2,0 м.

В вершине воздушной струи максимальная скорость ее движения у8, м/с, и избыточная температура Д1§, °С, определяются по формулам

Получаемые по формулам (10.13) и (10.14) значения скорости движения и температуры в вершине воздушной струи сопоставляют с соответствующими предельно допустимыми (нормативными) значениями для рабочей зоны помещения. Если они не превышают нор- мативных значений, то предварительно выбранную высоту установки отопительного агре-

гата (на 2 выше вершины струи) можно оставить без изменения. Если же вычисленные

303

значения скорости у8 и температуры Д13 превышают нормируемые, то для их уменьшения

следует поднять вершину воздушной струи над уровнем рабочей зоны помещения.

Пример 10.5. Вычислим скорость движения и избыточную температуру в вершине воз-

душной струи (в точке В на рис. 10.5, а) по условиям примеров 10.3 и 10.4.

По формулам (10.13) и (10.14) получим

= 4,54,4-0,250'5 ! 4,6 = 2, 15 м/с и

Д15 = 3,8-35,8 0,250-5 / 4,6 = 14,8 °С.

Найденные значения скорости движения и избыточной температуры в вершине воздуш- ной струи превышают предельно допустимые.

В этом случае определяют величину дополнительного превышения (Ьп на рис. 10.5, а) вершины воздушной струи над уровнем рабочей зоны. Дополнительное превышение Ьп

вычисляют из двух нижеследующих формул (подставляя в них нормативные значения

Выбирая большее из полученных значений Ьп (но не более 2 м), устанавливают оконча- тельно высоту установки отопительного агрегата над поверхностью пола

Во всех расчетах (Ь - Ьр з) должно быть не менее 2 м. В развитие примера 10.5 расчетами по приведенным формулам получено, что при наклонной подаче нагретого воздуха отопи-

тельный агрегат, рассмотренной в примере модели, следует установить на высоте 4,7 м от

уровня пола. При этом в рабочей зоне помещения (в точке А на рис. 10.5, а) скорость

движения воздуха составит урз=0,4 м/с, а его избыточная температура - Л1рз=6 °С. Если

полученное по формулам (10.15) и (10.16) значение Ьп превышает 2 м, то рекомендуется либо уменьшить отклонение оси выпускаемой воздушной струи от горизонтали (угол =35° на рис. 10.5, а),либо понизить температуру подаваемого воздуха 1п используя более об-

щую формулу

Наконец, можно заменить наклонную подачу нагретого воздуха сосредоточенной.

2. Теплоаэродинамический расчет сосредоточенной подачи воздуха, нагретого в отопи-

тельном агрегате

При сосредоточенной подаче начальная температура струи нагретого воздуха во избежа- ние быстрого ее "всплывания" не должна превышать полученной по формуле

304

где Ь - расстояние между отопительными агрегатами, м; Нп - высота помещения, м (ос- тальные обозначения - см. формулу (10.8)).

Агрегаты устанавливают на высоте над поверхностью пола помещения, вычисляемой по

Расчет сосредоточенной подачи воздуха сводится к определению максимальной скорости движения воздуха в рабочей зоне помещения, т.е. в обратном потоке воздуха (в точке А на

рис. 10.5, б) по формуле

где к - поправочный коэффициент, учитывающий число отопительных агрегатов, устанав- ливаемых в один ряд (изменяется от 1,15 при двух агрегатах и 1,05 при четырех до 0,9 при

десяти агрегатах в ряду).

Определяется также максимальная избыточная температура обратного потока в рабочей

зоне по формуле

Скорость движения обратного потока воздуха в рабочей зоне не должна превышать 0,7 м/с, избыточная температура обратного потока - 2 °С.

При выборе тепловой мощности модели отопительных агрегатов, предназначенных для сосредоточенной подачи нагретого воздуха, к тепло-потерям помещения вводят повы- шающий коэффициент 1,25 (при наклонной подаче воздуха - 1,1). Это объясняется тем,

что в горизонтальной нагретой воздушной струе действует сила, вызывающая ее подъем. При ускоренном (по сравнению с наклонной подачей) подъеме нагретого воздуха пере-

гревается верхняя зона, вследствие чего увеличиваются теплопотери через покрытие по- мещения, и недогревается рабочая зона.

Равномерность температуры воздуха по площади и высоте связана с кратностью воздухо-

обмена в помещении

где Ьп - воздухообмен, м3/ч, в помещении объемом Уп, м3.

Температура воздуха по высоте помещения выравнивается с увеличением кратности воз-

духообмена от 1 до 3. Дальнейшее увеличение кратности воздухообмена практически не

влияет на температуру воздуха в верхней зоне. При соблюдении описанных выше условий

в отношении высоты выпуска воздуха и кратности воздухообмена сосредоточенная пода-

ча нагретого воздуха вызывает изменение температуры воздуха всего на 0,1...0,15 °С на 1

м высоты, и температура воздуха в верхней зоне высоких цехов отличается от температу-

ры в рабочей зоне не более, чем на 3°С.

305

Длину обслуживаемого одним отопительным агрегатом объема помещения (так называе- мую дальнобойность воздушной струи) проверяют по выражению

гата (см. примеры 10.3 - 10.5) получено, что для обеспечения примерно тех же параметров

воздуха в рабочей зоне помещения как и при наклонной подаче, агрегат при сосредото-

ченной подаче воздуха следует установить на высоте 3,4 м от поверхности пола (на 1,3 м ниже), а дальнобойность воздушной струи составит 12... 15 м (на 3 м больше, чем при на- клонной подаче).

Пример 10.6. Рассчитаем систему воздушного отопления агрегатами, обогреваемыми во-

дой (температура 150-70 °С), с наклонной подачей воздуха в цехе длиной 50, шириной 20

и высотой 9 м, если теплопотери цеха 170 кВт, 1в = 15 °С, Vнорм 0,5 м/с и Д1норм 3 °С.

Выбираем подачу воздуха четырьмя отопительными агрегатами по схеме, изображенной

на рис. 10.6, а, когда зона обслуживания 1=10 м.

Необходимая тепловая мощность одного отопительного агрегата

О, = 1,1 -170 / 4 = 46,8 кВт.

Принимаем к установке агрегаты тепловой мощностью по 47,7 кВт при подаче 4000 м3/ч воздуха.

Получающаяся кратность воздухообмена по формуле (10.23)

кп = 4000-4 / (50 20-9) = 1,8 1/ч

удовлетворяет условию равномерности температуры воздуха в цехе.

Найдем необходимую высоту установки отопительных агрегатов над поверхностью пола цеха, используя результаты расчетов в примерах 10.3 - 10.5.

Определим дополнительное превышение вершины воздушной струи над уровнем рабочей зоны по формулам (10.15) и (10.16).

Из формулы (10.15) при C8=2,15 </A 8 7=4,6 < получим Пп=0,65 м. Из формулы (10.16) при

Д1В=14,8 °С найдем Ьп=0.95 м.

Тогда при высоте рабочей зоны 2,0 м определим высоту установки отопительных агрега-

тов по формуле (10.17)

Ь -2, 0 -0,95 + 2,0 - 5,0 м.

Пример 10.7. Проверим, можно ли использовать отопительные агрегаты, принятые к уста-

новке по условиям примера 10.6, для отопления того же цеха при сосредоточенной гори-

зонтальной подаче нагретого воздуха.

306

Максимальная скорость движения воздуха в обратном потоке в рабочей зоне составит по формуле (10.21)

1,15-4,4(0.25 / (25 9)>°5 -0, 17 м/с < Vнорм’

Максимальную избыточную температуру обратного потока воздуха в рабочей зоне най-

дем по формуле (10.22)

ДГобр -1,4-35,8(0,25 / (25 9))0 5 -1,7 °С < Д:норм*

Однако тепловая мощность агрегатов принятой модели (47,7 кВт) недостаточна, так как при сосредоточенной подаче нагретого воздуха потребуются агрегаты, имеющие тепло-

вую мощность не менее

= 1,25-170 / 4 = 53,1 кВт.

Воздушное отопление с помощью отопительных агрегатов автоматизируется. Принципи-

альная схема автоматического регулирования их работы дана на рис. 10.7.

I / 2

3 4У.

г

5.

8- 7

6"8

Рис. 10.7. Схема автоматического регулирования работы воздушного отопительного агре-

гата: 1 - калорифер; 2 - вентилятор; 3 - электродвигатель; 4 - магнитный пускатель; 5 -

промежуточное реле; б - датчик температуры; 7 - исполнительный механизм; 8 - регули- рующий орган

§ 10.7. Квартирная система воздушного отопления

Квартирным принято называть отопление группы помещений, предназначенных для

проживания одной семьи и размещенных в индивидуальном жилом доме или, что реже, в

отдельной квартире жилого многоквартирного дома. Квартирное воздушное отопление

можно отнести к канальной системе местного воздушного отопления. Ее принципиальная

схема близка к схеме, изображенной на рис. 10.1, в. Нагретый воздух подается в жилые

комнаты, обеспечивая не только их отопление, но и, как правило, вентиляцию. Из жилых

комнат воздух перетекает во вспомогательные помещения квартиры: в кухню, ванную и уборную, откуда он удаляется наружу с помощью системы вытяжной вентиляции. С це-

307

лью экономии тепловой энергии в системе может использоваться частичная рециркуляция воздуха.

В качестве отопительно-вентиляционного агрегата квартирного воздушного отопления может быть использован подвесной (см. рис. 10.3, 5) или напольный (см. рис. 10.4) агре-

гат. Подвесной агрегат можно разместить в подшивке под потолком коридора или любого

другого вспомогательного помещения. Для размещения напольного агрегата потребуется выделение в квартире специального помещения.

Для транспортировки воздуха в квартире прокладываются воздуховод наружного воздуха с воздухозаборной решеткой, рециркуляционный и приточные воздуховоды с регули- рующим клапаном в каждой жилой комнате.

В жилые комнаты может подаваться только наружный воздух, воздух при частичной и полной рециркуляции (например, при отсутствии людей). При наличии хладоносителя данная система может также использоваться для летнего охлаждения воздуха комнат квартиры.

Часто, особенно для отопления малоэтажных зданий, применяют чисто рециркуляцион-

ную квартирную систему воздушного отопления. Нагретый до 40...45 °С воздух выпуска- ется, как правило, в нижнюю зону комнат - на высоте 0,3...0,5 м от пола. Возможна также подача воздуха, нагретого до более высокой температуры, на высоте 1,5 м от пола и под потолком помещений.

В рециркуляционной квартирной системе воздух может забираться из отапливаемых ком- нат, а также из прилегающих к комнатам коридоров. В первом случае обеспечивается бо- лее ровная температура помещений.

Преимуществами квартирного воздушного отопления являются независимое отопление отдельных квартир, малая тепловая инерция и простое регулирование.

К его недостаткам относится шум, возникающий при действии электровентилятора, осо-

бенно ощутимый ночью, и необходимость разработки специальных мероприятий по зву-

коизоляции.

§ 10.8. Рециркуляционные воздухонагреватели

Рециркуляционный воздухонагреватель с естественным движением воздуха - это отопительный прибор типа высокого конвектора, обогреваемый теплоносителем - водой

(см. рис. 4.11). По способу отопления помещения, связанному с интенсивной циркуляцией

воздуха при сосредоточенном его нагревании, рециркуляционный воздухонагреватель

считают прибором местного водовоздушного отопления.

Рециркуляционные воздухонагреватели по тепловой мощности занимают промежуточное

место между обычными отопительными приборами систем водяного и парового отопле-

ния и отопительными агрегатами систем воздушного отопления. Их мощность составляет от 5 до 25 кВт. Применяют их для отопления отдельных помещений, не имеющих посто- янных рабочих мест у наружных ограждений и периодически используемых людьми, в

первую очередь, для отопления лестничных клеток многоэтажных зданий.

В лестничной клетке, отапливаемой рециркуляционным воздухонагревателем, помещен-

ным близ наружной входной двери (рис. 10.8, а) обеспечивается более ровная температура

308

воздуха, чем при водяном отоплении приборами, расположенными на нескольких лест- ничных площадках. Этому способствует усиленное прогревание наружного воздуха, про- никающего через открываемую входную дверь.

о)

рециркулнционныи

воздухомагреаатель

Рис. 10.8. Применение рециркуляционного воздухонагревателя для отопления: а - лест-

ничной клетки в многоэтажном здании; б - низкого помещения; в - высокого помещения

В общественных и вспомогательных помещениях (в вестибюлях, холлах, торговых залах,

складах и т.п.), имеющих значительную площадь при ограниченной высоте и сообщаю-

щихся с наружным воздухом, рециркуляционные воздухонагреватели устанавливают при

входах (рис. 10.8, б). Они поддерживают равномерную температуру, вовлекая в циркуля- цию и нагревая как внутренний, так и холодный наружный воздух, поступающий в поме- щения.

Рециркуляционные воздухонагреватели применяют также для отопления помещений, ок-

руженных по периметру постоянно отапливаемой частью здания и охлаждающихся в ос-

новном через покрытие (рис. 10.8, в). К таким помещениям относятся зрительные залы те-

атров, концертные и другие залы, а также цехи.

Рециркуляционный воздухонагреватель состоит из двух элементов - нагревателя и канала. Нагреватель собирают из стандартных отопительных приборов - гладких или ребристых труб, радиаторов или калориферов. При равной площади, занимаемой в помещении, теп-

ловая мощность рециркуляционных нагревателей с калориферами получается в несколько раз больше их тепловой мощности с другими нагревателями, что объясняется значитель-

ной площадью теплоотдающей поверхности калориферов. Калориферы выбирают пла- стинчатого типа для уменьшения их аэродинамического сопротивления и многоходовые для увеличения скорости движения теплоносителя.

Канал высотой 1,5...3 м выполняют встроенным во внутреннюю стену (рис. 10.9, а),или

приставным из неметаллических (рис. 10.9, б) и металлических (рис. 10.9, в) строительных

материалов. Ширина канала равняется длине нагревателя, а его глубина определяется в

зависимости от количества циркулирующего воздуха или ширины нагревателя (как на

рис. 10.9,6).

309

Рис. 10.9. Конструкции рециркуляционных воздухонагревателей: а - со встроенным кана-

лом; б - приставной с каналом из строительных материалов; в - приставной металличе-

ский; 1 - нагреватель; 2 - канал горячего воздуха; Ан - площадь нагревателя; Ак - площадь поперечного сечения канала

Достоинствами рециркуляционных воздухонагревателей являются:

•- создание сильного восходящего потока нагретого воздуха, вызывающего интен- сивную циркуляцию воздуха с выравниванием температуры по площади и высоте

помещения;

•- простота устройства и эксплуатации, надежность действия без специального на- блюдения;

•- пониженные стоимость (например, для отопления лестничной клетки в 1,5 раза по

сравнению с радиаторным отоплением) и расход металла (в том же примере - поч-

ти в 2 раза) на отопительную установку;

•- количественное саморегулирование, характерное для системы отопления с есте-

ственной циркуляцией воды (см. § 8.7).

Количественное саморегулирование в данном случае заключается в изменении количе-

ства циркулирующего воздуха по мере изменения его температуры. Температура нагрето-

го воздуха определяется температурой теплоносителя в нагревателе. Если этим теплоно-

сителем является горячая вода, то изменение ее температуры (по графику регулирования в

зависимости от температуры наружного воздуха) отражается в результате на интенсивно-

сти циркуляции воздуха в помещении. При этом по мере изменения температуры наруж- ного воздуха усиливается теплопередача от теплоносителя к воздуху и возрастает крат-

ность воздухообмена в помещении. Это ценное свойство улучшать прогревание помеще-

ний при низкой температуре наружного воздуха отличает рециркуляционные воздухонаг- реватели от отопительных установок с искусственной циркуляцией воздуха.

310