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

Так как (^вен^С^и* в качестве расчетных принимаем значение С>веНг как для помещений первого, так и второго этажа. Результат заносим в табл. 2.1 (колонка 14) примера 2.1.

В лестничной клетке инфильтрация осуществляется через не плотности наружной двери

( 82=0,14 м2* ч* Па1/2/кг) и окно (Кн 1 =0,13 М2-ч* Па2/3/кг, раздельный переплет). При высоте от поверхности земли до верха окна 4,1 м, до верха наружной двери 2,2 м и условном дав-

лении в лестничной клетке ро=11,72 Па расчетная разность давления в зоне наружной две-

ри равна Др1=7,63 Па, в зоне окна - Др2=4,08 Па.

М = 7,631/2 1 ,98/0, 14 + 0,214,08^4, 8/0, 13 = 46,5 кг/ч.

Расход инфильтрующегося воздуха через не плотности закрытой наружной двери и окна составит:

Ои = 0,28 46,5* 1 (12 + (-26))0,3 = 396 Вт.

Полученный результат меньше величины дополнительных теплопотерь на врывание хо- лодного воздуха при открывании наружной двери О = 2,48-310 = 769 Вт (см. табл. 2.1

примера 2.1). Поэтому в качестве расчетных принимаем теплопотери лестничной клеткой

впериод времени с открытой наружной дверью.

§2.4. Учет прочих источников поступления и затрат теплоты

Кроме теплопотерь через ограждения и затрат теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, в отапливаемых помещениях могут быть и другие источники поступлений и по- терь теплоты. В производственных зданиях это могут быть тепловыделения от технологи-

ческого оборудования, нагретых материалов и изделий, освещения, солнечной радиации,

людей и затраты теплоты на испарение воды в мокрых цехах, на нагревание материалов,

транспортных средств и пр., которые холодными поступают в помещение с улицы. Все перечисленные возможные составляющие теплового баланса рассматриваются при реше-

нии задачи ассимиляции избыточной теплоты или компенсации недостатка в теплоте, ко-

торую в производственном помещении чаще всего решает система вентиляции, совме-

щенная с отоплением. Поэтому их расчет рассматривается в курсах "Теоретические осно-

вы создания микроклимата в помещении" и "Вентиляция".

В общественных и административно-бытовых зданиях зимой, когда работает система цен-

трального отопления, также возможны как теплопоступления от людей, солнечной радиа-

ции, освещения и работающего электрооборудования, так и дополнительные затраты теп-

лоты на нагревание материалов, одежды и пр. Эти составляющие теплового баланса обычно учитываются при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воз-

духа, без которых в настоящее время не обходится практически ни одно подобное здание.

Если в помещении не предусмотрены другие, помимо отопительной, системы кондицио-

нирования микроклимата, то указанные дополнительные источники должны быть учтены

при определении расчетной мощности системы отопления.

При проектировании системы отопления жилого здания согласно СНиП учет дополни-

тельных (бытовых) теплопоступлений в комнатах и кухне нормируется величиной не ме-

нее Об 10 Вт на 1 м2 площади квартиры, которая вычитается из расчетных теплопотерь

ЫТ

"

этих помещений.

Если в здании предусмотрена система дежурного отопления, функционирующая в нера-

бочее время, ее расчетная мощность учитывает только теплопотери через ограждения и на

41

нагревание инфильтрующегося воздуха. Температура внутреннего воздуха при этом при-

нимается, как правило, ниже расчетной (от 5 до 15 °С в зависимости от назначения поме- щения).

§ 2.5. Определение расчетной тепловой мощности системы отопления

Отопительный прибор предназначен для компенсации дефицита теплоты в помещении. Использование приборов той или иной конструкции и их размещение в помещении не должны приводить к заметному перерасходу теплоты. Показателем, оценивающим эти

свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отношение ко-

личества фактически затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении задан-

ных условий теплового комфорта к расчетным потерям теплоты помещением.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом обладают панельно-лучистые прибо-

ры, установленные в верхней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка.

Отопительный эффект таких приборов равен 0,9...0,95, т.е. теплоотдача потолочных пане-

лей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помещения без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в кон- струкции пола, около 1,0. Однако подоконная панель, встроенная в конструкцию наруж-

ной стены, может иметь заметные бесполезные потери теплоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.

Наиболее распространенные приборы - секционные или панельные радиаторы устанавли-

вают обычно около поверхности наружной стены. Заприборная поверхность стены при

этом перегревается, и через нее бесполезно теряется некоторое количество теплоты. В ре-

зультате отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04... 1,06. В этом от- ношении более эффективными оказываются конвекторы, располагаемые вдоль наружной

стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора около 1,03. В целом в

зависимости от вида прибора и способа его установки у наружного ограждения эта вели-

чина может изменяться от 1,02 до 1,1.

Выпускаемые промышленностью отопительные приборы обычно имеют определенный

шаг номенклатурного ряда. При определении установочной площади теплоотдающей по-

верхности прибора число его элементов (например, количество секций радиатора) или его

длину (например, для панельных радиаторов или конвекторов) округляют, чаще всего, в

большую сторону. Связанное с этим увеличение теплового потока в зависимости от теп-

лоотдачи отдельного элемента прибора может менять его отопительный эффект от 1,02 до

1,1.

Кроме потерь, связанных с конструкцией или размещением отопительных приборов, в

системе отопления возникают бесполезные, приводящие к попутному охлаждению тепло-

носителя, потери теплоты трубами, встроенными в конструкции наружных ограждений, а

также проложенными в не отапливаемых помещениях здания.

Так как все указанные выше дополнительные потери теплоты неизбежны и всегда суще-

ствуют, нормами предлагается учитывать их в виде дополнительных коэффициентов при

определении окончательной расчетной тепловой мощности системы отопления 0ОТ, Вт,

для конкретного помещения или системы в целом по формуле вида

42

где АС) - расчетный дефицит теплоты в помещении, Вт, определяемый по формуле (2.1) (2

-при определении тепловой мощности отопления здания в целом); к - поправочный коэф-

фициент, учитывающий (при определении тепловой мощности системы отопления в це-

лом) дополнительные теплопотери, связанные с охлаждением теплоносителя в магистра-

лях, проходящих в не отапливаемых помещениях (при прокладке обеих магистралей в

техподполье или подвале к=1,03; при прокладке одной из магистралей на чердаке к=1,1); (З1

-коэффициент учета дополнительного теплового потока отопительных приборов за счет

округления их площади сверх расчетной величины; (З2 - коэффициент учета дополнитель-

ных потерь теплоты приборами, расположенными у наружных ограждений.

Согласно СНиП [1] суммарная величина дополнительных теплопотерь должна быть не более 7 % тепловой мощности системы отопления. В связи с этим при определении мощ-

ности системы отопления и отсутствии необходимых данных для выбора указанных выше

коэффициентов их произведение принимают равным допустимой величине, т.е.

кр102=1,О7.

Пример 2.3. Определим расчетную тепловую мощность для отопления помещений обще-

жития, изображенных на рис. 2.2. Конструкцию и способ установки отопительных прибо-

ров принимаем соответствующими коэффициентам 01=1,04 и 02=1,ОЗ(к=1,О).

Расчетная тепловая мощность определяется величиной теплопотерь помещений в целом

(см. табл. 2.1) за вычетом бытовых теплопоступлений ()быт (см.§2.4).

Расчет тепловой мощности проведен по формуле (2.9) и сведен в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Расчет тепловой мощности для отопления помещений (к примеру 2.3)

§ 2.6. Удельная тепловая характеристика здания и расчет теплопотребности на отопление по укрупненным показателям

Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений, а

также для ориентировочного расчета теплопотерь здания пользуются показателем -

удельная тепловая характеристика здания ц, Вт/(м3-°С), которая при известных теплопоте-

рях здания равна

43

где С>зд - расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт; V - объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3; (1п- *н) - расчетная разность температуры для основных (наиболее представительных) помещений здания, °С.

где ^о - эталонная удельная тепловая характеристика, соответствующая разности темпера-

туры А10 = 18 - (-30) = 48 °С, Вт/(м3-°С); (3! - температурный коэффициент, учитывающий

отклонение фактической разности температуры от Д1о-

Эталонная удельная тепловая характеристика может быть определена с учетом норматив-

ных требований

где Ко - сопротивление теплопередаче наружной стены, м2-°С/Вт; цок - коэффициент, учи-

тывающий увеличение теплопотерь через окна по сравнению с наружными стенами;

м2-°С/Вт; Цок - коэффициенты, учитывающие уменьшение по сравнению с наружными

стенами теплопотерь через, соответственно, потолок и пол; Ас, Ап - площадь, соответст-

венно, наружных стен и здания в плане, м3.

Преобразуем эту формулу, пользуясь принятыми нормативными данными и обозначения- ми и приняв за основу характеристики для жилых зданий,

где б - доля площади наружных стен, занятая окнами.

Температурный коэффициент (3( равен

Формула (2.14) соответствует значениям коэффициента (Зь которые обычно приводятся в справочной литературе.

Характеристикой ц удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конст-

руктивно-планировочных решений здания. Ее величину обычно приводят в перечне ос-

новных характеристик проекта его отопления. На рис. 2.3 показана зависимость с]о от раз-

личных характеристик здания. Реперная точка на графике, через которую проходят все

кривые, соответствует значению цо=0,415 Вт/(м3-°С) для здания со следующими характе-

ристиками: У=2О103 м3, ширина Ъ=11 м, длина 1=30 м, Ко=0,86 м2-°С/Вт, 6=0,25. Каждая

кривая соответствует изменению одной из характеристик (дополнительные шкалы по оси абсцисс) при прочих равных условиях. Из графика видно, что наибольшее влияние на Цо

оказывает изменение степени остекленности б и ширины Ь здания.

Значение удельной тепловой характеристики используют для приблизительного подсчета теплопотерь здания

44

Рис. 2.3. Зависимость удельной тепловой характеристики здания от его конструктивно-

планировочного решения

Применение |с о для определения отопительной нагрузки приводит к значительным по-

грешностям в расчете. Объясняется это тем, что в до учитываются только теплопотери че- рез ограждения, между тем как отопительная нагрузка имеет более сложную структуру,

описанную выше.

Для определения расчетной отопительной нагрузки 0,,, вместо удельной тепловой харак-

теристики необходимо использовать более полный показатель

где Р - коэффициент, учитывающий неизбежные потери теплоты арматурой, трубами и

т.д. в системе отопления; цогр - удельная тепловая характеристика, учитывающая теплопо-

тери через наружные ограждения с учетом добавок; цн - то же, учитывающая теплопотери

на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха; &B5E= -B> же, учитывающая техно-

логические или бытовые теплопоступления.

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным показателям использу-

ют только для ориентировочных подсчетов и при определении потребности в теплоте района, города, т.е. при проектировании централизованного теплоснабжения.

Если принять, как это, например, имеет место для жилых зданий, что теплопотери на на- гревание инфильтрующегося наружного воздуха приблизительно компенсируются тепло-

выми и технологическими теплопоступлениями, а также исходить из предельно допусти-

мых дополнительных потерь в системе отопления, то установочная тепловая мощность

системы по укрупненным показателям может быть принята равной

45

если согласно СНиП [1] дополнительные теплопотери принять равными 7 %. Формула

(2.17) приближенная, и ее надо рассматривать как первое приближение при укрупненных расчетах.

§ 2.7. Годовые затраты теплоты на отопление зданий

При проектировании систем отопления необходимо представлять режим их работы и ре- гулирования не только в расчетных условиях, но и в течение отопительного сезона при

изменении внешних климатических воздействий и составляющих теплового баланса по-

мещения. Годовой ход изменения и суммарные затраты теплоты на отопление зданий не-

обходимо знать, например, для грамотного прогнозирования потребности в топливе для целей теплоснабжения.

Изменения климатических параметров в течение года обычно характеризуют изменения-

ми их среднемесячных значений, полученных по данным многолетних наблюдений. Кри-

вые годовых изменений имеют плавный характер и приближаются по своему очертанию к правильным гармоническим. Годовой ход изменения температуры наружного воздуха

следует за годовым ходом интенсивности солнечной радиации с некоторым запаздывани- ем, что связано с нестационарным характером теплообмена в приземном слое. Годовой минимум температуры наружного воздуха обычно падает на январь. Изменения в течение

года влажности воздуха, а для большинства районов России и скорости ветра, связаны с температурой.

Гармонический характер изменения параметров климата позволяет определить их функ- цией времени года в виде тригонометрического ряда. Изменение любого параметра кли- мата у (температуры ( н интенсивности солнечной радиации I, энтальпии щ) можно считать равным

где уг - среднегодовое значение параметра; Ау - амплитуда изменения параметра; 2- пери- од времени от момента максимума, сут.

Значения величин, входящих в формулу (2.18), для различных климатических параметров и географических районов могут быть получены по данным метеорологических наблюде-

ний, приведенным, в частности, в СНиП [3]. Параметры климата для Москвы, как пример,

приведены в табл. 2.3.

46

Таблица 2.3. Параметры климата Москвы

Интенсивность солнечной

В таблице приведены средние по многолетним наблюдениям данные, соответствующие

коэффициенту обеспеченности КОб=0,5. В отдельные годы отклонение от средних значе-

ний может быть значительными. В Москве были годы, когда /,,г отличалась от средней на

8 °С и более.

Тепловой баланс помещения изменяется также в течение года. Изменения в годовом ходе

происходят медленно. Поэтому тепловой баланс помещения в каждый момент времени

года может рассматриваться как стационарный. Тепловое состояние помещения в годовом

ходе, принимая гармонический характер изменчивости влияющих на него факторов, так-

же можно представить в виде (7,,

нениягде (^п..г - среднее за год значение теплового баланса помещения; Ап - амплитуда его изме-

Расход теплоты на отопление в любой момент отопительного сезона определяется вели- чиной С)п. Потребность в отоплении появляется в момент времени, когда тепловой баланс помещения становится отрицательным, т.е.

Решение уравнения (2.19) при условии (2.20) позволяет определить продолжительность

отопительного сезона 2о с? сут, как обратную тригонометрическую функцию

Годовой расход теплоты на отопление Оот.г? следовательно, можно представить в виде ин- теграла

который приближенно может быть записан

47

где 2С - число часов работы системы отопления в сутки; 2Н - число дней работы в неделю.

Годовой расход теплоты на отопление может быть рассчитан с учетом заданного К0б- Для этого в формулу (2.23) необходимо подставить соответствующие значения характеристик

климата. Учет обеспеченности при определении годовых расходов теплоты имеет важное

практическое значение, так как позволяет правильно планировать распределение тепло- вых нагрузок между различными категориями потребителей, что способствует экономии тепловой энергии и повышению надежности работы систем отопления.

В СНиП [3], исходя из предположения о незначительном различии теплового баланса зда- ний основных потребителей, продолжительность 20 С и средняя температура отопительно- го сезона 10.с определяются для всех зданий числом дней в году с устойчивой среднесу-

точной температурой наружного воздуха 8 °С и ниже (по средним многолетним данным

наблюдений). Считают, что только трансмиссионные теплопотери определяют мощность

системы отопления, поэтому

где с]о| - расчетная удельная тепловая мощность системы, определяемая по формуле (2.16).

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Как определяется дефицит теплоты в тепловом балансе помещения, указывающий на необходимость отопления помещения?

2. Почему расчетные теплопотери помещения в период резкого похолодания не рав-

ны сумме наибольших теплопотерь через отдельные ограждения?

3. Почему при инфильтрации через наружное ограждение воздух поступает в поме-

щение несколько подогретым?

4. Почему и на сколько могут отличаться расчетные теплопотери здания от устано-

вочной мощности системы отопления?

5. Какой физический смысл и как определяется продолжительность и средняя темпе-

ратура отопительного сезона для здания с внутренними тепловыделениями?

6. Как определяется годовая потребность в тепловой энергии на отопление здания?

48

РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

ГЛАВА 3. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ

§ 3.1. Теплоснабжение системы водяного отопления

Теплоисточником для системы водяного отопления до середины XX в. являлась главным

образом местная водогрейная котельная (местное теплоснабжение), размещаемая в отап-

ливаемом здании или близ него. Встречалось также, чаще на территории промышленных

предприятий, паровое теплоснабжение с применением пароводяного теплообменника в

системе водяного отопления.

Во второй половине XX в. распространилось централизованное водяное теплоснабже- ние, при котором используется высокотемпературная вода, поступающая в здание из от-

даленного теплоисточника - ТЭЦ или центральной тепловой станции (см. рис. 1.4).

В зависимости от источника теплоснабжения изменяются оборудование местного тепло-

вого пункта системы отопления и ее принципиальная схема (рис. 3.1).

8A. 3.1. Схемы системы насосного водяного отопления: а - при местном теплоснабжении;

б - с присоединением к наружным теплопроводам централизованного теплоснабжения по независимой схеме; в - то же по зависимой схеме со смешением воды; г - то же по зависи-

мой прямоточной схеме; 1 - циркуляционный насос; 2 - теплогенератор (водогрейный ко-

тел); 3 -подача топлива; 4 - расширительный бак; 5 - отопительные приборы; 6 - водопро- вод; 7 - теплообменник; 8 - подпиточный насос; 9,10 - наружные, соответственно, подаю- щий и обратный теплопроводы; 11 - смесительная установка

49

Принципиальная схема системы насосного водяного отопления при местном теплоснаб-

жении от собственной водогрейной котельной в отапливаемом здании показана на рис.

3.1, а. Воду, нагреваемую в котлах, перемещает циркуляционный насос, включенный в общую подающую или обратную магистраль, к которой, как изображено на схеме, при- соединен также расширительный бак. Систему заполняют водой из водопровода.

При централизованном водяном теплоснабжении применяют три способа присоедине-

ния системы насосного водяного отопления к наружным теплопроводам.

Независимая схема присоединения системы насосного водяного отопления (см. рис. 3.1,

б) близка по своим элементам к схеме при местном теплоснабжении (см. рис. 3.1, а). Лишь котлы заменяют теплообменниками и систему заполняют деаэрированной водой (лишен- ной растворенного воздуха) из наружной тепловой сети, используя высокое давление в

ней или специальный подпиточный насос, если это давление недостаточно высоко. Воду для заполнения системы, как правило, забирают из обратного теплопровода (показано на

рисунке). Возможна, однако, подача воды и из подающего теплопровода, если давление

высокотемпературной воды, передающееся при этом в систему, допустимо для всех ее

элементов.

При независимой схеме создается местный теплогидравлический режим в системе ото-

пления при пониженной температуре греющей воды (1Г<11). Первичная вода после тепло-

обменников должна иметь температуру выше температуры обратной воды в системе ото-

пления (Ь>1о)- Если, например, расчетная температура 1о=70 °С, то для сокращения площа-

ди нагревательной поверхности теплообменников температура Ь должна быть не ниже

75 °С.

Независимую схему присоединения применяют, когда в системе не допускается повыше- ние гидростатического давления (по условию прочности элементов системы отопления и,

прежде всего, отопительных приборов) до давления, под которым находится вода в на-

ружном обратном теплопроводе.

Преимуществом независимой схемы, кроме обеспечения теплогидравлического режима,

индивидуального для каждого здания, является возможность сохранения циркуляции с

использованием теплосодержания воды в течение некоторого времени, обычно достаточ-

ного для устранения аварийного повреждения наружных теплопроводов. Система отопле- ния при независимой схеме служит дольше, чем система с местной котельной, вследствие уменьшения коррозионной активности воды.

Зависимая схема присоединения системы отопления со смешением воды (см. рис. 3.1, в)

проще по конструкции и в обслуживании. Стоимость ее ниже стоимости независимой

схемы, благодаря исключению таких элементов, как теплообменники, расширительный бак и подпиточный насос, функции которых выполняются централизованно на тепловой

станции.

Эту схему выбирают, когда в системе требуется температура воды [ДСД] и допускается

повышение гидростатического давления до давления, под которым находится вода в на-

ружном обратном теплопроводе.

Смешение обратной воды из системы отопления с высокотемпературной водой из наруж-

ного подающего теплопровода осуществляют при помощи смесительного аппарата - насо-

са или водоструйного элеватора. Насосная смесительная установка имеет преимущество

перед элеваторной. Ее КПД выше, в случае аварийного повреждения наружных теплопро-

50