книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1
.pdfто мере действие естественного давления и чтобы всю систему воздуховодов можно было рассчитать с допустимой невязкой рас полагаемого давления и гидравлических «потерь.
Методика расчета разветвленных систем воздушного отопления. Вначале определяют располагаемые давления для гидравлического расчета каналов воздушного отопления.
В системе с естественным побуждением «общее располагаемое давление для ветвей с ответвлениями, по которым подается нагре тый -воздух -соответственно на 1-й этаж (pi), на 2-й (р2) и'3-й (р3), будет равно:
Р\ = (А?+ hi) Y„ — (Л"уП+ AIY„);
P2={hl2+ h2)YH~ (*2Yn + h2ya)l
Pa—[hi + h3) y H — {hiY " + A3YB)t
где h\n, h*p и hi — высота столбов нагретого воздуха (расстояния от середины калорифера до середины выпусков нагретого воздуха соответственно в 1, 2 и 3-й этажи, рис. VI 1.2, а)\ hu h2 и Л3— расстояния от вытяжных отверстий этих этажей до устья вытяжной шахты; у1*, YH и ув — объемные массы воздуха нагретого, воздуха помещения и наружного (при tu= +5°С).
Систему воздушного отопления с «механическим побуждением (рис. VII.2, б) целесообразно рассчитывать через наиболее уда ленный стояк (для подачи нагретого воздуха), определяя распо лагаемое механическое давление в точках присоединения стояков к магистральному воздухораспределительному каналу [2 (/?/+£)]. Тогда располагаемое давление для гидравлического расчета каж дого стояка рст будет равно
Per = 2 ( ^ |
+ Z)K+ Рест> |
где 2(/?/+Z) к—располагаемое |
«механическое давление в точке |
присоединения стояка; рест— естественное давление, определяемое по формулам располагаемого давления в системе воздушного ото пления с естественным побуждением.
Отсюда видно, что каждый стояк будет иметь неодинаковое располагаемое давление (для гидравлического расчета). С целью погашения избыточных давлений ввиду отсутствия обширного сор тамента каналов «рекомендуется устанавливать «регулировочные диафрагмы.
Принцип расчета диафрагм. Гидравлическою сопротивление стояка-канала при перемещении заданного количества нагретого воздуха G «составляет рф. Если располагаемое давление рСт>РФ, то требуется установить диафрагму для погашения избыточного дав ления Др
Ьр = р„ —рф.
Определим площадь живого сечения диафрагмы /: или Д />=С -*-(у)2
Отсюда |
|
|
|
|
|
f = Q |
л/ ~ — |
или f |
= G \ f |
-Y- , |
|
J |
V |
2 A p |
j |
V |
2 g A p |
где G — расход воздуха, м3/с; |
£— коэффициент, объединяющий |
различные факторы сопротивления диафрагмы, отнесенный к ско рости в живом сечении диафрагмы (может быть указан в паспорте диафрагмы); р — плотность воздуха.
У с т р о й с т в о ц е н т р а л ь н о й с и с т е м ы в о з д у ш н о г о о т о п л е н и я с е с т е с т в е н н о й ц и р к у л я ц и е й отличается от центральной системы воздушного отопления с 'механическим побуждением лишь отсутствием вентилятора и электромотора. Воз-
Рис. VII.3. Воздушное отопление с со |
Рис. VI 1.4. |
Воздушное |
отопление |
с |
|
средоточенной подачей воздуха с па |
сосредоточенной подачей |
воздуха |
с |
||
раллельным направлением воздушных |
веерным |
направлением |
|
воздушных |
|
струй: |
|
струй: |
|
— с восемью |
|
а — с одной струей; б ■*— с двумя струями; |
а — с четырьмя струями; |
б |
|||
направленными навстречу друг другу |
струями из центра, помещения |
|
дух здесь перемещается за счет разности объемных масс холодного
и нагретого воздуха.
Воздушное отопление с сосредоточенным выпуском воздуха по лучило применение в больших помещениях производственного на*-
значения.
В таких системах предусматривается выпуск воздуха с большой скоростью одной или несколькими горизонтальными -струями с па раллельным (рис. VII.3) или веерным направлением их (рис. VII.4).
Высоту выпуска воздуха над уровнем пола помещения прини мают при высоте помещения 8 м от 3,5 до 6 м, при высоте более 8 м — от 5 до 7 м.
Проектируя сосредоточенные выпуски воздуха, необходимо про верить возникающую при этом подвижность воздуха .в рабочей зоне помещения. Для этого используют расчетные формулы дви жения свободных струй, определяя параметры -струи на ее пути.
Существующие рекомендации по расчету струй сводятся к сле дующему.
Число струй К определяют: при параллельной схеме выпуска по формуле K=V/BHl\ при веерной схеме выпуска — K=V/0AR2Hf
в которых V —внутренний объем помещения; В — ширина зоны помещения, обслуживаемой одной струей; Я — высота помещения; / и R — дальнобойность струй соответственно для параллельной и веерной схем выпусков воздуха.
Дальнобойность воздушных струй при параллельном направле нии струи с выпуском воздуха на высоте Л>0,6Я (Я —высота по мещения, м) определяют в м по формуле
При выпуске воздуха на высоте /г^0,6Я
4тр—0.71 — VF \
CL
при веерном направлении струй радиус действия
R = (C '(afH ,
где а — коэффициент турбулентной структуры струи, изменяющий ся в зависимости от угла .раскрытия струи и типа насадки в пре делах 0,07—0,24; С и С '—поправочные коэффициенты. Коэффи циент С ЗаВИСИТ ОТ ПОДВИЖНОСТИ ВОЗДуХа В рабочей ЗОНе Омане и от соотношения величин ширины В и высоты Я обслуживаемой зоны;
коэффициент С' при веерной схеме |
выпуска |
воздуха |
зависит от |
||||
Омане (табл. VII. 1 ) ; F — площадь |
поперечного сечения зоны |
поме |
|||||
щения, обслуживаемой одной струей, м2. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
VII. 1 |
|
|
Значения коэффициентов С и С' |
|
|
|
|||
|
Максимальная скорость воздуха в рабочей зоне |
||||||
|
в |
|
рмакс- |
м/с |
|
|
|
Коэффициенты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,75 |
С при параллельном |
<АН |
0,28 |
0,33 |
0,35 |
0,37 |
0,38 |
0.4 |
направлении струи |
>АН |
0 ,2 |
0,23 |
0,25 |
0,26 |
0,27 |
0,28 |
Спри веерном на
правлении струи — 0 ,2 0,25 0,27 0,29 0,3 0,32
Дальнобойность струи / и радиус действия R должны быть рав ны длине обслуживаемой ею зоны помещения. Изменять дально бойность струи можно подбором насадки (влияние величины а) и изменением подвижности воздуха.
Важным критерием эффективности воздушного отопления с со средоточенной подачей воздуха является характеристика кратно сти циркуляции воздуха.
Рекомендуемая кратность циркуляций п в системах с полной ре циркуляцией воздуха при параллельной схеме выпуска воздуха равна '
при веерной схеме выпуска
|
|
|
\5v |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п = |
макс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример. Определить основные параметры устройства воздушного |
отопления |
|||||||||
с сосредоточенной |
подачей воздуха в механическом цехе. Длина |
цеха |
/ = 120 м, |
|||||||
|
|
|
ширина В = 48 |
м, высота |
# = 1 0 |
м |
||||
Разрез |
|
^ |
(рис. VI 1.5). Внутренний |
объем |
цеха |
V= |
||||
|
' |
, Фонарь |
= 120-48-10=57 600 м3.2* |
|
параллельную |
|||||
|
""I |
|
Р е ш е н и е . |
Выбираем |
||||||
\н-1° |
|
I |
схему |
выпуска воздуха. |
Принимая разме |
|||||
|
щение |
агрегатов |
отопления с обеих сторон |
|||||||
|
|
|
цеха, |
определяем |
дальнобойность |
струи: |
||||
|
|
|
|
|
/стр = |
120/2 = |
60 |
м. |
|
|
|
|
|
|
Определяем |
количество струй К: |
|
Рис. VI 1.5. Схема воздушного
отопления |
механического, |
цеха с |
|
сосредоточенной |
подачей |
нагрето |
|
го воздуха |
(к |
примеру |
расчета) |
v 57600
ВН1СТр 48-10-60
Принимаем подачу воздуха четырьмя параллёльными струями из четырех агрега тов, установленных по два в каждом тор це помещения.
Ширина зоны помещения,, обслуживае мой одной струей,
48 В ^ — = 24 м.
2
Величина В получилась меньше произведения 4 # (4# = 4 -10=40), что удов летворяет требованию.
Определяем поправочный коэффициент С. Задаемся допустимой подвижно стью воздуха в помещениях, в которых выполняется легкий физический труд
(^макс= 0,5 м/с). |
и 0макс=О,5 м/с величину С=0,37. |
По табл. VII.1 находим при # < 4 # |
|
Определяем наивыгоднейшую кратность циркуляции |
|
ЗО^макс |
300-0,52’ , _ |
л = ---- ---------= |
------—-----= 1 ,2 5 . |
/стр |
§0 |
Объем подаваемого воздуха четырьмя агрегатами
^ = 1,25-57 600 = 72 000 м3/ч.
Производительность каждого агрегата
^стр = 72 000:4 = 18 000 м3/ч, или 5 м3/с .
Коэффициент турбулентной структуры для цилиндрической трубы а=0,08 [19].
204
Определяем дальнобойность струи / Стр по формуле
/стр = — У л / г _ l § l L 9 _ 240 м2; /стр = ^ / 2 4 0 = 7 2 > 6 0 м .
Принимаем подачу воздуха на высоте Лв = 7 м, т. е. /гв>0,6//, что допустимо,
Дальнобойность струи получилась больше 60 м, поэтому для размеров цеха считаем возможным пересчета не производить.
Определим диаметр приточной насадки при параллельном направлении воз душных струй:
d = |
0,88£стр |
0,88-5 |
|
---------------— |
= ------------------ Т Г ^ - = 0 ,8 |
м, |
|
|
«макс? V F |
0,5 -0 .7У 240 |
|
где ф — коэффициент, |
принимаемый равным 0,7 при В>4Н |
(в нашем примере |
|
48>40). |
|
|
|
Этому диаметру отвечает площадь сечения насадки /=0,5 м2. |
|||
Скорость в выхлопном сечении насадки составит |
|
||
|
|
18 000 |
|
|
V |
= 10 м/с. |
|
3600-0,5
По полученным данным подбирают отопительные агрегаты.
ГЛАВА VIII
ПЕЧНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
Развитие отопительной техники началось с печного отопления. Конструкции печей появились в глубокой древности — более 3 ты сяч лет тому назад. Но и до настоящего времени печи применяют
для отопления небольших |
(до |
двух этажей) |
|
зданий, |
строящихся |
|||||||
в сельской местности и в ма |
) |
|
|
|
б) |
2 |
||||||
лых городах. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Применение печей |
объяс |
]Г |
|
|
г- |
|
||||||
няется небольшой |
стоимостью |
~ ~ | п |
|
>. |
I T |
|||||||
устройства их по сравнению с |
|
|||||||||||
другими |
видами |
отопления, |
U |
|
|
|
||||||
простотой |
конструкции и |
об |
г -------------- 1— |
|
J \ |
л |
|
|||||
служивания. Вместе с тем леч- |
|
|
||||||||||
|
Печь |
|
|
Радиатор |
|
|||||||
ное отопление имеет много не |
Рис. VII 1.1. Схемы перемещения |
воз |
||||||||||
достатков. |
Главными из |
«их |
||||||||||
|
духа в помещении: |
|
||||||||||
являются |
высокая |
|
трудоем |
|
|
|||||||
|
а — при |
печном |
отоплении; |
б — при |
цент |
|||||||
кость их индивидуального |
об |
|
|
ральном |
|
|
||||||
служивания, низкий |
эксплуа |
|
|
|
|
|
|
|
тационный коэффициент полезного действия, пожарная опасность, загрязнение помещений топливом, золой, а также уменьшение на 5—8% полезной площади помещений и возникновение токов отно сительно холодного воздуха (рис. VIII.1). По этим причинам, а также из-за большой трудоемкости сооружения кирпичных печей применение печного отопления сокращается с каждым годом.
Каждая печь состоит из следующих основных элементов: топ ливника для сжигания топлива, каналов (или камер), по которым перемещаются дымовые газы, и дымохода, отводящего охлажден ные газы в атмосферу. Тепло, выделяющееся в результате сгорания топлива, воспринимается топливником и каналами, от которых оно через теплоотдающие поверхности передается ,в помещение.
а).п 6) |
I) |
г) |
|
|
ТоплиВник
Рис. VII 1.2. Основные схемы движения дымовых газов в печи
Печ'и характеризуют следующими признаками: теплоемкостью, схемой движения .газов внутри печи, толщиной стенок, формой в плане, этажностью, типом устройства дымоходов (дымовых труб), основным материалом, из которого сложена течь.
а) |
5) |
В) |
ТоплиВник ТоплиВник |
ТоплиВник ТоплиВник |
ТоплиВник |
ТоплиВник |
Рис. VIII.3. Типы печей с движе |
Рис. VIII.4. |
Типы печей с движе |
|
нием дымовых |
газов по каналам |
нием газов |
по комбинированной |
|
|
системе каналов |
По теплоемкости печи подразделяют на теплоемкие и нетепло емкие. К теплоемким относят печи, имеющие объем активно на греваемого массива не менее 0,2 м3. При этом стенки топливника должны быть не тоньше 6 см, а стенки каналов — 4 ом. Теплоемкие печи топят 1—2 раза в сутки. Нетеплоемкие печи — в основном металлические — иногда снабжают футеровкой и топят непрерывно или с небольшими перерывами.
По схеме движения газов внутри «печи делят в основном на три
типа |
(рис. VIII.2): |
(рис. VIII.2, а, б); |
|
1) |
печи с движением газа по каналам |
||
2) |
печи с движением газов по |
камерам |
(колпаковые, |
рис. VIII.2, в)\ |
|
системе (ка- |
|
3) |
печи с движением газов по комбинированной |
||
нально-колпаковые, рис. VIII.2, г). |
|
|
К каждому из указанных типов относится ряд печей. Например, к первому типу печей с движением газов по каналам относят печи с каналами, соединенными последовательно: однооборотные (рис. VIII.3, а), двухоборотные (рис. VIII.3, б), многооборотные с вос ходящим движением газов и с короткими вертикальными каналами (рис. VIII.3, в), а также печи с каналами, соединенными парал лельно— однооборотные (рис. VIII.3, г ) .
Аналогична конструкция печей, в которых газы движутся по комбинированным системам каналов: последовательно (рис. VIII.4, а), параллельно (рис. VIII.4, б), а также по каналам ниж него прогрева и с 'воздухонагревательной камерой (рис. VIII.4, в).
По толщине стенок печи считают толстостенными с толщиной стенок 12 см и более и тонкостенными с толщиной стенок в топ ливнике до 12 см и других стенок до 7 см. По форме в плане ус траиваются печи прямоугольные, квадратные, круглые и угловые.
В зависимости от высоты печи подразделяют на одно- и двух этажные.
По способу отведения дыма или устройству дымоходов разли чают печи с дымовыми трубами в виде каналов, размещаемых в толще стен, а также с отдельно стоящими коренными трубами из кирпича или бетонных блоков. Кроме того, очень часто из пе чей, особенно в деревянных зданиях, дым отводят через насадные трубы, которые устраивают непосредственно на печах.
По основному материалу печи подразделяют на кирпичные, об лицованные изразцами, кирпичные оштукатуренные, печи из бе тонных или изразцовых блоков, печи из кирпича в металлических кожухах, стальные с футеровкой внутри, чугунные.
По назначению печи могут |
быть отопительные, пищеварные, |
универсальные (русские печи), печи-сушилки, камины. |
|
§ 40. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПЕЧЕЙ |
|
Теплоемкие печи. Пе чь 1. |
На рис. VI11.5 показана конструк |
ция кирпичной двухоборотной печи с последовательным соедине нием каналов. Из топливника, предназначенного для сжигания дров, дымовые газы поступают в подъемный канал /, из которого переходят в опускной канал //, далее, опустившись по этому ка налу вниз, дымовые газы переходят в подъемный канал III и затем в .насадную дымовую трубу. В канале III установлены две дымо вые задвижки, которые перекрывают сечение канала после оконча ния топки.
Продольный |
Поперечный |
разрез |
разрез |
Рис. VIII.5. Двухоборотная печь |
Рис. VIII.6. Печь с движением газов по комбинирован |
с последовательным соединением |
ной системе каналов |
каналов |
|
Преимуществами этой печи являются сравнительная простота конструкции и хороший прогрев низа печи, недостатком — неравно мерность прогрева стенок по периметру вследствие разной темпе
ратуры газов в каналах. |
|
|
газов |
по |
комбинированной системе |
|||||
Пе ч ь |
|
2 — с движением |
||||||||
каналов |
(рис. VIII.6). |
отноше- |
|
|
|
|||||
В теплотехническом |
|
|
|
|||||||
нии эту печь можно характеризо |
|
Продольный |
Поперечный |
|||||||
вать как рациональную. Преиму |
|
|||||||||
ществом печи является |
хороший |
|
разрез |
разрез |
||||||
прогрев |
низа, |
недостатком —от |
|
|
|
|||||
носительная |
сложность |
конст |
|
|
|
|||||
рукции. |
|
3 (рис. VIII.7) |
с дви |
|
|
|
||||
Пе ч ь |
|
|
|
|
||||||
жением |
газов |
по |
комбинирован |
|
|
|
||||
ной схеме. |
В теплотехническом |
|
|
|
||||||
отношении такая |
печь |
относится |
|
|
|
|||||
к числу рациональных из-за хо |
|
|
|
|||||||
рошего прогрева |
ее низа. |
|
|
|
|
|
||||
К преимуществам печи следу |
|
|
|
|||||||
ет отнести форму в плане, позво |
|
|
|
|||||||
ляющую устанавливать ее в |
пе |
|
|
|
||||||
регородке |
для |
отопления |
двух |
|
|
|
||||
комнат с топкой из коридора. |
|
|
|
|||||||
Пе ч ь |
4 |
(рис. VIII.8)— кол- |
|
Гидроизоляция |
||||||
паковая, |
бесканальная. В |
отли |
|
|||||||
чие от |
принципиальной |
схемы |
|
|
|
|||||
печи, показанной на рис. VIII.2, в, |
Рис. |
VII 1.7. Печь |
нижнего про |
|||||||
в данном |
случае с целью увели |
грева с движением газов по ком |
||||||||
чения поверхности, воспринимаю |
|
бинированной схеме |
||||||||
щей тепло, и массива, аккумули |
|
|
|
|||||||
рующего |
тепло, |
предусмотрена |
|
|
образует со |
|||||
решетчатая |
кирпичная |
кладка (насадка), которая |
общающиеся между собой горизонтальные и вертикальные ходы. Газы из топливника попадают в колпак, в котором после охлаж дения' от соприкосновения со стенками и поверхностью насадки опускаются до уровня перекрытия топливника и уходят в трубу.
Колпаковые печи рекомендуется топить дровами, торфом, то щим углем. Если топить печь длиннопламенны1М каменным углем, •насадка быстро засоряется сажей, что уменьшает теплоотдачу печи.
В колпаковых печах особенно интенсивно прогревается верхняя часть (колпак), куда устремляются газы. Поэтому такие печи не должны быть высокими.
Колпаковые печи обладают рядом эксплуатационных преиму ществ. Если задвижки в дымовой трубе будут закрыты неплотно, поступающий через топочную или поддувальную дверку воздух из помещения устремится в печь и далее в дымовую трубу. В отличие
от всех других печей в колпаковой печи .воздух кратчайшим путем попадает из топливника в последний дымоход-трубу, .минуя колпак, поскольку там уже находится горячий воздух. Следовательно, печь в основной части охлаждаться не будет и сохранит значительную часть тепла даже при неплотно закрытых задвижках.
Нетеплоемкие печи. Такие печи устраивают для отопления по мещения временного характера и помещений с периодическим пре быванием людей. Нетеплоемкие печи относят к числу простейших:
А-А |
Б -Б |
В-В |
Ч Г7? / Г / / Т Т Л .
|
|
г г г |
Рис. VIII.8. |
Печь |
|
|
бесканальная |
с |
|
|
|
Г а ^ |
колпаком |
наса |
|
ц |
дочного типа |
||
«Г |
ЪХ |
1 а |
|
|
|
|
|||
|
ш |
|
нередко их конструкция ограничивается одним топливником. ïça правило, это металлические печи, изготовляемые из листовой ст>^ к или отливаемые из чугуна. Улучшенные конструкции нетепл^/1*1 кнх печей имеют футеровку из кирпича или шамотных плит (в ^ м‘
дышей). |
' |
а* |
Пе ч ь |
5. На рис. VIII.9 изображена нетеплоемкая цилиндру |
|
окая печь из листовой стали, футерованной шамотными вкладц^®' ми в виде отдельных элементов. В такой печи можно сжигать ч,а' московный уголь, дрова, кокс, каменный уголь, брикеты.