10513
.pdf170
верхности которых, непосредственно омываемые дымовыми газами, являются тепловоспринимающими.
Газоходы конструируют таким образом, чтобы за счет теплообмена на тепловоспринимающих поверхностях температура дымовых газов понижалась до 110...130 °С, т.е. до уровня, ниже которого возможна: конденсация водяного пара и интенсивное выпадение сажи.
При конструировании печей с последовательными дымооборотами (рис. 12.2, а, б) число оборотов ограничивают. В старых многооборотных печах (рис. 12.2, в) наблюдался неравномерный прогрев газоходов, вызывавший появление трещин в кладке. Вследствие повышения потерь давления в печах приходилось увеличивать высоту дымовых труб. Также увеличенным было число мест, где скапливалась сажа.
Последовательные дымообороты делают преимущественно верти-
кальными, а не горизонтальными, избегая явления подогрева нижних стенок горизонтальных каналов, что приводит к понижению КПД печей.
При расчете скорости движения газов в каналах печи проверяется ско-
рость движения газов в характерных местах газоходов. Скорость движения га-
зов vг, м/с, определяют по видоизмененной формуле (12.5):
vг = GL0(1 + (tг / 273))/(3600mАкан), (12.6)
где tг − среднее значение температуры дымовых газов в отдельных частях газоходов печи, °С, (при расчетах принимают по приложению 2);
Акан − площадь поперечного сечения каналов, м2.
Получаемые при расчетах значения скорости движения должны находиться в пределах, указанных в приложении 2, что будет свидетельствовать об их допу-
стимости в отношении возможных потерь давления в печи при естественной тяге.
12.6. Конструирование дымовых труб для печей
Для каждой печи прокладывают отдельный дымовой канал в стене или дымовую трубу. Как исключение, к одной дымовой трубе можно присоединить две печи, расположенные в одной квартире на одном этаже здания, но с устрой-
171
ством в трубе рассечки высотой не менее 1 м от низа присоединительных па-
трубков печей. Предпочтение отдают дымовым каналам в стенах, и только в тех случаях, когда их устроить невозможно, применяют насадные и коренные трубы.
Размер поперечного сечения дымовых каналов и труб зависит от тепло-
вой мощности печей и определяется, исходя из скорости движения дымовых газов 1,5...2 м/с. На практике принимают каналы и трубы размером 0,14×0,14 м
при тепловой мощности печей до 3,5 кВт, 0,14×0,2 м – от 3,5 до 5,2 кВт, 0,14×0,27 – от 5,2 до 7 кВт.
Дымовые трубы должны быть вертикальными, хотя в случае необ-
ходимости возможно отклонение трубы от вертикали в сторону (увод), которое делают под углом 30°, с относом по осям не более 1 м.
Трубы выкладывают из глиняного кирпича на известковом растворе со стенками толщиной 0,12 м или из жаростойкого бетона толщиной не менее 0,06
м. Высоту дымовых труб (включая высоту печей от уровня колосниковой ре-
шетки) принимают не менее 5 м для создания достаточной естественной тяги.
При этом оголовки труб устраивают таким образом, чтобы их устье:
-возвышалось не менее чем на 0,5 м над плоской кровлей, парапетом или коньком скатной крыши при выводе труб на расстояние до 1,5 м от конька;
-располагалось не ниже парапета или конька кровли при расстоянии от
1,5 до 3 м;
-размещалось не ниже линии, проведенной от конька вниз под углом 10°
кгоризонту при расстоянии более 3 м.
По этим же правилам выводят оголовки печей по отношению к кровли более высокого здания, пристроенного к зданию с печным отоплением.
Зонты и другие насадки над устьем дымовых труб не устраивают. Преду-
сматривают лишь искроуловители из металлической сетки с отверстиями не более 5x5 мм, если здание имеет кровлю, выполненную из горючих материалов.
Устье кирпичных труб покрывают на высоту 0,02 м слоем цементного раствора.
Естественная тяга возникает вследствие различия в плотности от-
носительно холодного наружного воздуха и горячих дымовых газов по высоте
172
печи и дымовой трубы. Чем больше разность температуры газов и воздуха, а,
следовательно, и их плотности, тем больше естественная тяга, как разность аэростатического давления.
Разность аэростатического давления наружного воздуха и дымовых газов
(естественное циркуляционное давление при воздушном отоплении) ре, Па,
при высоте печи h1, м, (от колосниковой решетки до верха газоходов) и дымо-
вой трубы h2, м, (от верха газоходов печи до устья дымовой трубы) можно счи-
тать равной:
ре = g(h1 (ρн – ρ1) + h2 (ρн – ρ2)) = h1 ( н - 1) + h2 ( н - 2), |
(12.7) |
где н, 1, 2 - средний удельный вес, Н/м3, соответственно, наружного воздуха, дымовых газов по высоте печи и дымовой трубы.
Располагаемую для расчетов разность давления определяют при сравни-
тельно высокой температуре наружного воздуха (0 °С), имея в виду, что печь при этой температуре должна исправно действовать, обеспечивая необходимую тягу.
12.7. Проектирование печного отопления
Прежде всего выбирают печь, подходящую для отопления помещения, с
учетом требований, предъявляемых к ее конструкции (рис. 12.2). Желателен вы-
бор печи типовой конструкции, причем тепловая мощность, указанная в ее тех-
ническом паспорте, должна равняться расчетным теплопотерям помещения.
Точного совпадения этих показателей обычно не достигают (при выборе печи допустимо отклонение ±15%), поэтому после выбора теплоемкой печи прихо-
дится приводить ее теплоотдачу в соответствие с теплопотерями помещения.
Для этого уточняют размеры и показатели элементов печи с учетом вида топлива и расположения ее в помещении: проверяют высоту топливника (12.4); тепло-
восприятие; скорость движения газов в каналах; теплоаккумулирующую способ-
ность; плотность теплового потока на теплоотдающей поверхности (12.5).
Проектирование печного отопления завершают разработкой противопо-
жарных мероприятий. Печи устанавливают так, чтобы соблюдались следую-
щие правила:
173
-расстояние от топочной дверцы до противоположной стены должно быть не менее 1250 мм;
-высота от поверхности пола до дна зольника и газооборотов – не ме-
нее 210 мм; - высота от верха перекрыши до незащищенного от возгорания потолка -
не менее 350 мм для печей с периодической топкой и 1000 мм для печей дли-
тельного горения (при защищенном потолке - соответственно 250 и 700 мм).
Конструкции здания из горючих или трудногорючих материалов, примы-
кающие к печам и дымовым трубам, защищают от возгорания разделками -
вставками из негорючих материалов. Вертикальные разделки у печей и дымо-
вых труб, установленных в проемах стен из горючих материалов, предусматри-
вают на всю их высоту в пределах помещений, причем толщину разделок при-
нимают не менее толщины стены. Горизонтальные разделки устраивают в тех местах, где конструкции здания из горючих или трудногорючих материалов примыкают к дымовым каналам. Разделки выполняют в виде утолщения кладки каналов. Верх разделки делают выступающим на 70 мм над полом вышерас-
положенного помещения.
При расположении печей и дымовых труб вдоль стен устраивают воз-
душные полости - отступки на всю их высоту (шириной не менее 130 мм при толстостенных печах и 250 мм при тонкостенных). Стены и перегородки в от-
ступках из горючих или трудногорючих материалов защищают теплоизоляци-
онными негорючими материалами.
В чердачных помещениях расстояние от наружной поверхности дымовых каналов до конструкции из горючих и трудногорючих материалов принимают в свету не менее 130 мм. При конструкциях из металла или железобетона рассто-
яние не менее 130 мм считают от внутренней поверхности стенок каналов.
Пол из горючих или трудногорючих материалов перед фронтом печей защищают металлическими листами, пол под каркасными печами на ножках -
металлическими листами по асбестовому картону толщиной 10 мм.
174
13. ГАЗОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ
13.1. Общие сведения
Из всех видов топлива газ – экологически наиболее чистое топливо, т.к.
при правильной организации процесса его сжигания содержание вредных ве-
ществ (канцерогенов, окислов азота, оксида углерода) в продуктах сгорания минимально. Около 30 % потребляемого в России газа расходуется на нужды теплоснабжения. Использование газа экономически выгодно, что обусловлено повышением КПД агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким ре-
гулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем про-
странстве отопительных установок. Значительно упрощается и эксплуатация теплогенерирующих агрегатов.
В России используют природные и сжиженные газы. Природные газы со-
стоят в основном из метана, других углеводородов метанового ряда, а также небольшого количества азота и углекислого газа. Низшая теплота сгорания су-
хих природных газов Qнр = 36000...40000 кДж/м3, плотность ρ = 0,73...1,0 кг/м3.
Сжиженные углеводородные газы (СУГ), которые получают на специальных заводах в результате переработки нефти и природных газов, состоят из пропана и бутанов. Хранят и транспортируют пропан-бутаны на большие расстояния в сжиженном виде, а перед использованием жидкий газ испаряют. Низшая тепло-
та сгорания паров СУГ (смесь 50 % пропана и 50 % бутанов) примерно 110000
кДж/м3, а плотность 2,35 кг/м3. Газовое топливо имеет два основных недостат-
ка: взрывоопасность газовоздушных смесей и токсичность самого газа (особен-
но продуктов его неполного сгорания), в связи с чем необходимо предусматри-
вать систему безопасности, а также предъявлять повышенные требования при эксплуатации установок газового отопления.
Для отопления газ используют в различных установках: обычных или специальных котлах, комнатных печах, приборах квартирного или местного отопления, в газовых отопительно-вентиляционных агрегатах. Под термином
«газовое отопление» понимают системы отопления:
175
с комнатными печами, работающими на газе;
с газовыми водонагревателями;
с газовыми нетеплоемкими отопительными приборами;
с газовоздушными теплообменниками;
с газовоздушными излучателями;
с газовыми горелками инфракрасного излучения.
Первый и третий виды систем газового отопления – местные, остальные могут устраиваться как центральными, так и местными.
13.2.Газовоздушное лучистое отопление
Всистеме газовоздушного отопления с излучателями функцию отопи-
тельных приборов выполняют теплоизлучающие трубы, проложенные в верх-
ней зоне (не ниже 5 м от поверхности пола) помещения (рис. 13.1). Внутри за-
мкнутого контура теплоизлучающих труб циркулирует смесь нагретого воздуха с продуктами сгорания. Теплоотдача с поверхности труб в помещение происхо-
дит преимущественно излучением (до 60 %). Излучатели собирают на фланцах из тонкостенных стальных труб (толщина стенки 0,7 мм) диаметром 400 мм и длиной 6 м. Для уменьшения теплопотерь в верхнюю зону помещения теплоиз-
лучающие трубы покрывают сверху теплоизоляцией, а сбоку устанавливают продольные вертикальные стальные экраны (козырьки).
Смесь воздуха с продуктами сгорания газа проходит через теплогенера-
тор. Принципиальная схема движения потоков в теплогенераторе показана на рисунке 13.2. Охладившийся в системе отопления до температуры 80...90 оС
теплоноситель в теплогенераторе разделяется на два потока. Основной смеши-
вается с новой порцией продуктов сгорания газа.
Газ сгорает в дутьевой горелке, которая может работать с переменным коэффициентом расхода воздуха. Далее нагретая смесь с температурой до 340 °С поступает в систему отопления.
176
Рис. 13.1. Система газовоздушного отопления с теплоизлучающими трубами в межферменном пространстве цеха: 1 – теплоизлучающие трубы; 2 – теплогенератор; 3 – теплоизоляция; 4 – козырьки
Рис. 13.2. Принципиальная схема движения газовоздушных потоков в теплогенераторе: 1 – газовая горелка; 2 – дутьевой радиальный вентилятор; 3 – теплоутилизатор
Другая часть теплоносителя в объеме, равном объему продуктов сгора-
ния, проходит через теплоутилизатор (ТУ) и выбрасывается в атмосферу. В ТУ за счет теплоты теплоносителя нагревается воздух, забираемый из помещения и направляемый в горелку для сжигания газа. При этом несколько снижается рас-
ход газа и повышается КПД установки (до 96 %).
Преимущества газовоздушного лучистого отопления по сравнению с
177
воздушным отоплением: экономия тепловой энергии за счет уменьшения гра-
диента температуры по высоте помещения, возможность снижения тем-
пературы воздуха в рабочей зоне при сохранении условий теплового комфорта,
автономность, незамерзаемость, удобство регулирования.
13.3. Газовое лучистое отопление
Отопительными приборами в этой системе отопления являются горелки инфракрасного излучения. Систему лучистого отопления наиболее целесооб-
разно применять в больших помещениях со значительными теплопотерями.
Особенно эффективна она при обогревании частично или полностью открытых рабочих площадок (монтажных, сборочных, открытых стоянок автомобилей и т. д.). Небольшие размеры и масса инфракрасных горелок делают их удобными для размещения в отапливаемых помещениях. Их теплопередающая поверх-
ность по площади почти в 10 раз меньше, чем площадь нагревательной поверх-
ности отопительных приборов водяного отопления. Газовое лучистое отопле-
ние применяется также в различных сельскохозяйственных и складских поме-
щениях. Существуют системы газолучистого отопления крупных сборочных,
прокатных и литейных цехов машиностроительных заводов.
На рисунке 13.3 показана унифицированная газовая горелка инфра-
красного излучения тепловой мощностью 3,7...4,4 кВт. Излучающая огне-
упорная огневая насадка горелки собрана из 10 керамических плиток размером
65x45x12 мм каждая.
В каждой плитке имеется большое количество (около 1000) цилиндриче-
ских каналов диаметром 1,5 мм.
При температуре излучающей поверхности 850 °С около 60 % теплоты,
выделившейся при сгорании газа, передается излучением, в основном, в виде инфракрасных лучей с длиной волны 2,5,..2,7 мкм.
Расчеты систем отопления с излучающими горелками для помещений различного назначения могут значительно отличаться.
178
Так, для помещений с малоили нетеплоемкими ограждающими кон-
струкциями, а также для отопления рабочих мест на открытом воздухе или в случае зонного обогрева отопительную нагрузку можно определить по условию комфортной облученности человека. В остальных случаях нагрузку следует определять с учетом теплопотерь помещения и лучисто-конвективного тепло-
обмена системы отопления с помещением.
Рис. 13.3. Газовая горелка инфракрасного излучения: 1 – излучатель; 2 – сетка; 3 – сопло; 4 – смеситель; 5 – кронштейн
Размещение горелок (число рядов, расстояние между горелками в ряду,
высоту их подвески над полом, угол наклона горелок) определяют, исходя из норм облученности и в зависимости от типа горелок.
179
14. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ
14.1. Общие сведения
При электрическом отоплении получение теплоты связано с преоб-
разованием электрической энергии. По способу получения теплоты электрическое отопление может быть с прямым преобразованием электрической энергии в теп-
ловую и с трансформацией электричества в теплоту в тепловых насосах.
Системы электрического отопления подразделяются на местные, когда электроэнергия преобразуется в тепловую в обогреваемых помещениях или в непосредственной близости от них, и центральные, например, с электрокотлами.
По степени использования электроэнергии для отопления различают си-
стемы с полным покрытием отопительной нагрузки и с частичным ее покрыти-
ем (комбинированное отопление), в качестве как фоновой (базисной), так и до-
гревающей частей системы.
Системы электрического отопления могут работать по свободному и вы-
нужденному (например, только ночью) графикам.
Достоинствами систем электрического отопления являются высокие ги-
гиенические показатели, малый расход металла, простота монтажа при сравни-
тельно небольших капитальных вложениях, транспортабельность, управляе-
мость в широких пределах с автоматизацией регулирования. Возможность гиб-
кого управления процессом получения теплоты позволяет создавать системы отопления, быстро реагирующие на изменение теплопотребности помещений.
К недостаткам электрического отопления относят, в первую очередь,
неэкономичное использование топлива, высокую температуру греющих эле-
ментов, повышенную пожарную опасность, хотя в последние годы у применяе-
мых отопительных приборов и греющих кабелей значительно снижена опас-
ность возгорания. Распространение электрического отопления в стране сдержи-
вается также ограниченным уровнем выработки электроэнергии. Отпускная стоимость энергии высокая из-за значительных капитальных вложений в элек-
тростанции и линии передач, потерь при транспортировании.