10343
.pdf30
заранее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи. Однако в
процессе эксплуатации эта величина остается постоянной.
Температурный напор t характеризует разность температуры теплоносителя tт и температуры воздуха в помещении tв: t = tт – tв. Результаты экспериментов по определению коэффициента теплопередачи обрабатывают в
виде эмпирических зависимостей: |
|
|
|
для теплоносителя – пара |
kпр = m tнn; |
|
(3.7) |
для теплоносителя – вода |
kпр = m tn |
Gр ; |
(3.8) |
|
ср |
отн |
|
где m, n, p – экспериментальные показатели; |
|
||
tн = tнас – tв; |
|
(3.9) |
|
tнас – температура сухого насыщенного пара, оС; |
|
||
tср – разность температур при теплоносителе воде, исходя из |
|||
температуры воды, входящей tвх и выходящей tвых из прибора: |
|
||
tср = tср – tв = 0,5 (tвх + tвых) - tв; |
(3.10) |
Gотн – относительный расход воды в приборе; в настоящее время при испытании образцов приборов принят номинальный расход 360 кг/ч (0,1 кг/с),
поэтому Gотн = Gпр /360.
Среди второстепенных факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи прибора, укажем на схему присоединения прибора к стояку
(рис. 3.6).
Рис. 3.6. Схемы присоединения радиаторов к теплопроводам систем отопления
Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов
получается при схеме присоединения «сверху - вниз» (схема 1). Значение
31
коэффициента теплопередачи будет в этом случае всегда выше, чем при движении воды «снизу – вниз» (схема 2) и особенно «снизу – вверх» (схема 3).
На коэффициент теплопередачи влияют также следующие второстепенные факторы. Увеличение скорости движения воздуха у внешней поверхности прибора повышает значения kпр. Конструкция ограждения прибора понижает величину коэффициента теплопередачи (рис. 3.7) по сравнению со свободно установленным прибором. При окраске прибора состав и цвет краски незначительно влияют на коэффициент теплопередачи.
Рис. 3.7. Способы размещения отопительных приборов:а – в декоративном шкафу; б – в глубокой нише; в – в специальном укрытии; г – за щитом; д – в два яруса
Плотность теплового потока qпр, Вт/м2, передаваемого от теплоносителя через 1 м2 площади прибора в окружающую среду с учетом зависимостей (3.7)
и (3.8) составляет:
- при теплоносителе паре |
q = kпр tн = m tн1 n, |
(3.11) |
- при теплоносителе воде |
q = kпр tср = m tср1 n Gотнр |
(3.12) |
Для сравнения приведем значения номинальной плотности теплового |
||
потока qном, Вт/м2, некоторых типов отопительных приборов: |
|
|
- радиатор чугунный секционный типа МС-90-108 |
790; |
|
- радиатор стальной панельный типа РСВ |
730; |
|
- радиатор чугунный секционный типа М-140 АО |
595; |
|
- конвектор с кожухом типа «Универсал – 20» |
357; |
|
- ребристая чугунная труба |
|
388. |
32
Видно значительное теплотехническое преимущество радиаторов по сравнению с конвекторами.
3.3. Тепловой расчет отопительных приборов
Тепловой расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого прибора, обеспечивающей внешний тепловой поток от теплоносителя в помещение. Тепловая мощность прибора
Qпр определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении.
Расчетная площадь Ар, м2, отопительного прибора независимо от вида теплоносителя равна:
Ар = Qпр / qпр, |
(3.13) |
где Qпр – требуемая теплоотдача прибора в рассматриваемое помещение, |
|
определяемая в соответствии с формулой (3.1): |
|
Qпр = Qп – тр Qтр, |
(3.14) |
где тр = 0,9 – при открытой прокладке; тр = 0,5 – при скрытой в борозде |
|
прокладке; тр = 1,8 – для замоноличенных в тяжелый бетон труб. |
|
Теплоотдачу теплопроводов можно определить по формуле: |
|
Qтр = qвlв + qгlг. |
(3.15) |
с использованием справочной литературы, где даны |
значения |
теплоотдачи 1 м вертикально qв и горизонтально qг протяженных труб; lв и lг –
длины соответственно вертикальных и горизонтальных теплопроводов, м.
После определения расчетной площади нагревательной поверхности
прибора по каталогу подбирается ближайший торговый его размер. |
|
Число секций в радиаторе определяется по формуле: |
|
N = (Ар /а1)( 4 / 3), |
(3.16) |
где а1 – площадь одной секции радиатора, м2; |
|
4 – коэффициент (рис. 3.7); |
|
3 – коэффициент, учитывающий число секций в одном приборе ( 3 = 1,0
при Ар = 2,0 м2), который для радиаторов типа М-140 можно вычислить:
33 |
|
3 = 0,92 + 0,16/Ар. |
(3.17) |
Рассчитанное по (3.16) количество секций редко получается целым.
Допускается уменьшение расчетной площади Ар не более чем на 5 % (но не более чем на 0,1 м2). Как правило, к установке принимают ближайшее
большее число секций.
Длина конвекторов с кожухом определяется размерами выпускаемых полностью готовых приборов с площадью а1, м2. Например, настенные конвекторы типов «Комфорт – 20» и «Универсал – 20» отличаются по длине на
100 мм. Число конвекторов составляет: |
|
N = Ар /а1 |
(3.18) |
Число элементов конвекторов без кожуха или ребристых труб в ярусе |
|
по вертикали и в ряду по горизонтали определяют по формуле: |
|
N = Ар /nа1, |
(3.19) |
где n – число ярусов и рядов элементов, составляющих прибор. |
|
Длина греющей трубы l, м, в ярусе или в ряду гладкотрубного прибора |
|
составляет: |
|
l = Ар 4 / nа1, |
(3.20) |
где а1 – площадь 1 м открытой горизонтальной трубы принятого диаметра, м2/м.
3.4. Регулирование теплопередачи отопительного прибора
Для поддержания теплового режима помещений на заданном уровне необходимо в процессе эксплуатации регулировать теплоотдачу отопительных приборов. Эксплуатационное регулирование теплового потока отопительных приборов может быть качественным и количественным.
Качественное регулирование достигается изменением температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления. Качественное регулирование по месту осуществления может быть центральным, проводимым на тепловой станции, и местным, выполняемым в тепловом пункте здания. В жилищном строительстве проводят также групповое регулирование в центральных
34
тепловых пунктах (ЦТП).
Местное качественное регулирование должно дополнять центральное регулирование, которое проводится с ориентацией на некоторое обезличенное здание. При местном регулировании учитывают особенности каждого здания,
системы отопления и даже ее отдельной части.
В системе парового отопления пределы качественного регулирования ограничены, и такое регулирование, как правило, не проводится.
Количественное регулирование теплопередачи приборов осуществляется изменением количества теплоносителя (воды или пара), подаваемого в систему или прибор. По месту проведения оно может быть не только центральным и местным,
но и индивидуальным, т.е. выполняемым у каждого нагревательного прибора.
Количественное регулирование может осуществляться пропорционально теплоотдаче или с перерывами. В первом случае проводится так называемое пропорциональное регулирование, во втором – регулирование «пропусками». В
системах парового отопления применяют также индивидуальное количественное регулирование теплопередачи приборов.
Таким образом, в процессе эксплуатации паровых систем отопления осуществляется только количественное регулирование, водяных систем отопления – качественно-количественное регулирование теплопередачи приборов.
4. ТЕПЛОПРОВОДЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
4.1. Классификация и материалы теплопроводов
Трубы (теплопроводы) систем центрального водяного и парового отопления предназначены для подачи в приборы и отвода из них необходимого количества теплоносителя. Теплопроводы вертикальных систем отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки, а в горизонтальных системах дополнительно имеются горизонтальные ветви.
Движение теплоносителя в подающих (разводящих) и обратных
(сборных) магистралях может совпадать по направлению или быть встречным.
35
В зависимости от этого системы отопления называют: с попутным движением воды и тупиковыми.
В зависимости от места прокладки магистралей различают системы с верхней разводкой, когда подающая магистраль расположена выше отопительных приборов, и с нижней разводкой, когда и подающая, и обратная магистрали проложены ниже приборов. При водяном отоплении бывают системы с «опрокинутой» циркуляцией воды, когда подающая магистраль находится ниже, а обратная – выше приборов.
Для пропуска теплоносителя используют трубы: металлические
(стальные, из цветных металлов) и неметаллические. Свинцовые и чугунные трубы встречаются в системах отопления, смонтированных в начале XX века.
В России наиболее часто используют стальные шовные (сварные) и редко стальные бесшовные (цельнотянутые) трубы. В системах отопления используют неоцинкованные (черные) сварные водогазопроводные трубы
(ГОСТ 3262-75*) Dу = 10…50 мм трех типов: легкие, обыкновенные и усиленные (в зависимости от толщины стенки). Усиленные трубы применяют редко – в уникальных сооружениях при скрытой прокладке. Обыкновенные трубы используют при скрытой прокладке и в системах парового отопления.
Легкие трубы предназначены для открытой прокладки. Размер водогазопроводной трубы обозначают цифрой условного диаметра в мм
(например Dу = 20). Труба Dу = 20 мм имеет наружный диаметр 26,8 мм, а ее внутренний диаметр изменяется в зависимости от толщины стенки от 20,4 (усиленная труба) до 21,8 мм (легкая труба). Это обстоятельство необходимо учитывать при гидравлическом расчете теплопроводов для пропуска теплоносителя. Стальные электросварные трубы (ГОСТ 10704-91*) Dу = 10…400
мм. Соединение стальных теплопроводов между собой, с отопительными приборами и арматурой может быть неразборным – сварным и разборным -
резьбовым и болтовым. Резьбовое разборное соединение предусматривают у отопительных приборов и арматуры. Фланцевая арматура крупного размера соединяется болтами с контрфланцами, привариваемыми к концам стальных
36
труб.
За последние годы все чаще используют трубы, изготовленные из медных сплавов. Медные трубы выпускают в виде прямых отрезков длиной 2…6 м или в бухтах длиной до 50 м.
Все большее распространение в России получают трубы из полимерных материалов. Эти трубы отличаются высокой коррозионной стойкостью и длительным сроком службы (до 50 лет) с сохранением их первоначальных гидравлических свойств. Они легче стальных труб (в 6…7 раз), отличаются высокими шумопоглощающими свойствами и пластичностью. Однако практика использования полимерных труб в системах отопления выявила существенный недостаток – высокую проницаемость атмосферного воздуха через их стенки и насыщение теплоносителя кислородом со всеми вытекающими отсюда последствиями. Этого недостатка лишены металлополимерные трубы, в стенки которых добавляется защитный слой в виде алюминиевой фольги.
4.2. Размещение теплопроводов в здании
Прокладка труб в помещениях может быть открытой и скрытой.
Открытая прокладка более простая и дешевая. По технологическим,
гигиеническим или архитектурно-планировочным требованиям прокладка труб может быть скрытой. Магистрали переносят в технические помещения, стояки и подводки к отопительным приборам размещают в специальных шахтах и бороздах или встраивают в них. При этом в местах расположения разборных соединений и арматуры устраивают лючки. При прокладке теплопроводов учитывают их удлинение по сравнению с монтажной длиной в процессе эксплуатации системы отопления. Температурное удлинение нагреваемой трубы – приращение ее длины l, м, определяют по формуле:
l = α (tт – tн)l, |
(4.1) |
где α – коэффициент линейного расширения материала трубы (для стали при t = 150°С, α = 1,2 10−5 1/°С);
tт – температура теплопровода, близкая к температуре теплоносителя, °С;
37
tн – температура окружающего воздуха в период производства монтажных работ, °С, tн = 5°С;
l – длина теплопровода, м.
Установлено, что один метр подающей стальной трубы предельно удлиняется при низкотемпературной воде приблизительно на 1 мм, обратной трубы – на 0,8 мм, а при высокотемпературной воде удлинение каждого метра трубы доходит до 1,75 мм. Поэтому при размещении теплопроводов необходимо предусматривать компенсацию усилий, возникающих при удлинении подводок, стояков и магистралей.
Размещение стояков – соединительных труб между магистралями и подводками – зависит от положения магистралей и размещения подводок к отопительным приборам. Обязательным является обособление стояков для отопления лестничных клеток, а также расположение стояков в наружных углах помещений. Стояки располагают у наружных стен – открыто (на расстоянии 35
мм от поверхности стен до оси труб Dу ≤ 32 мм) либо скрыто в бороздах стен или массиве стен и перегородок. Двухтрубные стояки размещают на расстоянии 80 мм между осями труб, причем подающие стояки располагают справа (при взгляде из помещения). В 4…7-этажных зданиях однотрубные стояки для компенсации изгибают в местах присоединения к подающей и к обратной магистралям (рис. 4.1). В зданиях более 7 этажей, кроме изгибов труб,
используют П-образные компенсаторы. В местах пересечения междуэтажных перекрытий трубы заключают в гильзы для обеспечения свободного их движения.
38
Рис. 4.1. Схемы присоединении стояков к магистралям систем водяного отопления зданий различной этажности: а – двух-трехэтажных; б – четырех-семиэтажных при верхней разводке; г – то же при нижней разводке; в - восьмиэтажных и более высоких; 1 – спускной кран (проходной или шаровой, внизу – со штуцером для подключения водоотводящего шланга); 2 – запорный (проходной или шаровой) кран
В гражданских зданиях шириной до 9 м магистрали можно прокладывать вдоль их продольной оси. Так же размещают магистрали при стояках,
находящихся у внутренних стен здания. В гражданских зданиях шириной более
9 м рационально использовать две разводящие магистрали вдоль каждой фасадной стены (рис. 4.2). В чердачных помещениях магистрали подвешивают на расстоянии 1…1,5 м от наружных стен, для удобства монтажа и эксплуатации.
В системах водяного отопления уклон горизонтальных магистралей необходим для отвода скопления воздуха и самотечного спуска воды из труб.
Строго горизонтальная прокладка магистралей Dу 50 мм допустима при скорости движения воды более 0,25 м/с. Нижние магистрали всегда прокладывают с уклоном в сторону теплового пункта.
39
Рис. 4.2. Размещение магистралей систем отопления в чердачных (слева), подвальных и технических (справа) помещениях зданий: а – в зданиях шириной ≤ 9 м; б – в зданиях шириной
9 м при тупиковом движении теплоносителя в магистралях; в – то же при попутном движении
Всистемах парового отопления уклон горизонтальных магистралей необходим для самотечного удаления конденсата. Паропроводы рекомендуется прокладывать с уклоном по направлению движения пара. Самотечные конденсатопроводы имеют уклон в сторону стояка конденсата. Рекомендуемый уклон магистралей: для водяных насосных, паровых и напорных конденсатных
0,002…0,003; подающих магистралей гравитационных систем, самотечных конденсатных магистралей 0,005; паропроводов, имеющих уклон против движения пара, 0,006; водяных магистралей верхней разводки насосных систем по движению воды 0,01.
4.3. Присоединение теплопроводов к отопительным приборам
Присоединение теплопроводов к отопительным приборам может быть