Методическое пособие 530

Б. П. Новосельцев, К. В. Гармонов, А. А. Мерщиев, Р. А. Шепс

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Лабораторный практикум

Воронеж 2019

2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет»

Б. П. Новосельцев, К. В. Гармонов, А. А. Мерщиев, Р. А. Шепс

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Лабораторный практикум

Издание третье, исправленное и дополненное

Воронеж 2019

УДК 697.431 ББК 38.762.1 С409

Рецензенты:

кафедра теплогазоводоснабжения Юго-Западного государственного университета (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. Н. Е. Семичева);

руководительУчебногоЦентраОООДанфосспоЦФОА.П.Пустовалов

Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2019. – 110 с.

ISBN 978-5-7731-0808-5

Третье издание лабораторного практикума содержит методику проведения основных пусконаладочных и исследовательских работ систем отопления зданий и сооружений, позволяющих оптимизировать режим работы указанных систем.

Издание направлено на углубление и закрепление теоретических знаний студентов, развитие навыков экспериментирования, приобретение практических основ специальности.

Предназначено для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» (профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция») и может быть полезно студентам других строительных направлений по дисциплине «Отопление».

Ил. 29. Табл. 19. Библиогр. 12 назв.

УДК 697.431 ББК 38.762.1

Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета

ISBN 978-5-7731-0808-5 © Новосельцев Б. П., Гармонов К. В.,

Мерщиев А. А., Шепс Р. А., 2019

©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2019

ВВЕДЕНИЕ

Основными направлениями совершенствования образования в стране предусматривается усиление индивидуального подхода к обучению студентов, развитию творческих способностей будущих бакалавров и магистров, опираясь на их самостоятельную работу, активные формы и методы обучения: семинарские, практические и лабораторные занятия.

Для овладения теоретическими и практическими знаниями, относящимися к дисциплине «Отопление», необходимо понимать, какие процессы происходят в системах отопления.

Поэтому изучение указанной дисциплины сопровождается выполнением лабораторных работ. В третьем издании лабораторного практикума существенно увеличено количество лабораторных работ; лабораторные установки выполнены из современных материалов и изделий, использованы современные приборы для контроля параметров теплоносителя и воздуха.

Настоящий практикум составлен на основе действующего стандарта и рабочей программы и включает основные исследовательские лабораторные работы систем отопления.

Каждая лабораторная работа построена таким образом, что после ее выполнения студент имеет возможность установить влияние параметров лабораторной установки на повышение эффективности ее работы, выбрать оптимальный режим работы отдельных элементов, узлов и установки в целом.

Студент должен быть теоретически подготовлен к выполнению каждой лабораторной работы, иметь ясное представление о ее цели и задачах работы, необходимых условиях, обеспечивающих получение достоверных и точных результатов.

3

Перед началом проведения опытов преподаватель выясняет степень теоретической подготовки студентов по теме работы, используя программированный контроль. Студент должен вычертить схему установки, подготовить необходимые таблицы для записи показаний измерений приборов и координатные сетки для построения графиков.

Студенты включают лабораторную установку только после разрешения преподавателя, проверившего правильность выполнения подготовленной работы.

Проделав необходимые измерения, выполнив требуемые расчеты, студент составляет отчет о работе, где дает краткое описание установки и проведения опытов, основные формулы, результаты опытов, анализ полученных результатов и соответствующие выводы, а также дает оценку погрешности измерений.

Перед началом работы в лаборатории преподаватель, ведущий занятие, проводит со студентами инструктаж по технике безопасности. В специальном журнале отмечается дата, содержание и место проведения инструктажа, фамилии инструктируемых, а также ставятся подписи преподавателя и студентов.

При подготовке учебного пособия учтен опыт выполнения лабораторных работ кафедрами отопления и вентиляции ВГАСУ, МГСУ, а также многолетний опыт авторов, приобретенный ими при проведении пусконаладочных работ систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИАЦИОННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

ПОМЕЩЕНИЯ

1.1. Цель работы

Определить результирующую температуру помещения по температурам внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов.

1.2. Основные теоретические сведения

Около 80 % жизни люди проводят в помещениях, которые защищают их от неблагоприятных климатических воздействий. Естественным или искусственным путём в помещениях создаётся определённый микроклимат. Микроклимат помещения по [1] - это состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

В организме человека непрерывно вырабатывается теплота, количество которой зависит от характера выполняемой работы, возраста и пола. Эта теплота частично расходуется на поддержание постоянной температуры организма около 36,6 °С, постоянство температуры обеспечивается системой терморегуляции. Большая часть вырабатываемой теплоты должна быть отдана окружающей среде; причём количество отданной теплоты может быть различным в зависимости от возраста, степени тяжести выполняемой работы и др. Например, в спокойном состоянии организм взрослого человека отдаёт окружающей среде около 120 Вт, при тяжёлой работе до 470 Вт, а при кратковременных максимальных нагрузках до 1000 Вт.

При обычных условиях в спокойном состоянии человек отдаёт теплоту излучением (окружающим поверхностям)

5

приблизительно 50 %, конвекцией (воздуху помещения) приблизительно 25 % и на испарение влаги (пота) около 25 %.

Человек чувствует себя хорошо, если в его теле не изменяется количество теплоты за некоторый промежуток времени. Если количество теплоты увеличивается, то повышается и температура тела человека, т. е. человеку становится жарко. При уменьшении количества теплоты температура тела снижается и человеку становится холодно.

Главное требование к микроклимату помещения - это поддержание условий, благоприятных для находящихся в помещении людей.

Санитарно-гигиенические требования к воздуху помещений сводятся к обеспечению: температуры воздуха tв, °С, относительной влажности воздуха, %, скорости движения (подвижности) воздуха V, м/с, газового состава (главным образом содержание кислорода и углекислого газа) и чистоты воздуха.

На тепловое состояние человека, кроме воздействия воздушной среды, оказывает лучистый теплообмен. Интенсивность отдачи теплоты человеком характеризуется радиационным охлаждением (радиационными условиями), т. е. радиационной температурой, размерами и расположением нагретых и охлаждённых поверхностей. Отметим, что температура поверхностей отдельных зон и участков конструкций может быть различной, поэтому при расчёте систем отопления в инженерной практике используют понятие о средней радиационной температуре поверхностей ограждающих строительных конструкций и оборудования, называемой радиационной температурой помещения tR, которую определяют по формуле

где τв -средняя температура каждой из поверхностей, включая и отопительные приборы, °С;

6

Ав - соответствующие площади поверхностей, м2. Когда температуры воздуха tв и поверхностей tR равны, в

помещении имеется «температура помещения» tп, равная этой температуре, т. е. tп= tв= tR.

Интенсивность суммарного лучисто-конвективного теплообмена характеризуется результирующей температурой помещения tп, которую для помещений с небольшой подвижностью воздуха определяют по формуле

Температурная обстановка в помещении определяется двумя условиями комфортности.

Первое условие комфортности температурной обстановки определяет такую область сочетаний tв и tR, при которых человек, находясь в середине помещения, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения. Для холодного периода года первое условие принято записывать в виде

tR 1,57tп 0,57tв 1,5,

где

Например, для жилых зданий в холодный период года, согласно [1], оптимальная температура воздуха для жилой комнаты составляет 20 - 22 °С, а допустимая 18 - 24 °С, а для общественных зданий - оптимальная температура составляет 19-21 °С, а допустимая от 18 до 23 °С.

Второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых и охлаждённых поверхностей при нахождении человека близко от них. Чтобы избежать радиационного перегрева или переохлаждения голова человека, поверхность потолка и стен могут быть нагреты до

7

допустимой температуры нагрдоп ≤19,2+8,7/φ или охлаждены до

температуры нагрдоп ≥23-5/φ, где φ - коэффициент облучённости. Например, температура пола в холодный период года может быть на 2 - 2,5 °С ниже температуры воздуха в помещении, но и не выше 22 - 34 °С в зависимости от

назначения помещения [2].

1.3. Описание лабораторной работы

Измерение температур внутренних поверхностей ограждающих конструкций и оборудования (отопительных приборов и трубопроводов системы отопления и др.) проводятся непосредственно в помещении учебной лаборатории или других аудиториях.

Для измерения температуры воздуха применяют жидкостные термометры (спиртовые) с ценой деления не более 0,1 °С, т. е. термопары. Температура поверхностей измеряется термощупами, поверхностными или электронными приборами.

При измерении температуры воздуха жидкостными термометрами необходимо защитить резервуар с жидкостью от источников лучистой теплоты. Показания термометров следует записывать после того, как полностью прекратится изменение уровня жидкости в капилляре. Для измерения размеров ограждающих конструкций и нагретых поверхностей используют рулетку или измерительную линейку с ценой деления не более 1 мм.

Для проведения лабораторной работы требуются следующие приборы: жидкостный термометр с ценой деления не более 0,1 °С; рулетка; измерительная линейка с ценой деления не более 1 мм; электронный прибор для измерения температуры поверхностей с ценой деления не более 0,1 °С.

8

1.4. Порядок проведения работы

Рулеткой измеряют размеры (длину, ширину и высоту) ограждающих конструкций и нагретого оборудования (отопительные приборы, отопительные стояки и подводки).

Измерение показателей микроклимата проводят с соблюдением рекомендаций, изложенных в [1].

В холодный период года измерения следует выполнять при температуре наружного воздуха не выше минус 5 °С, а в теплый период года - при температуре наружного воздуха не ниже 15 °С; в обоих случаях не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток. Измерение температуры воздуха следует проводить в обслуживаемой зоне на высоте 0,1; 0,6 и 1,7 м от поверхности пола - при пребывании людей в помещении преимущественно в сидячем положении;

0,1; 1,1 и 1,7 м от поверхности пола — в помещениях, где люди преимущественно стоят или ходят;

в центре обслуживаемой зоны и на расстоянии 0,5 м от внутренней поверхности наружных стен и стационарных отопительных приборов; в помещениях площадью более 100 м2 измерения следует проводить на равновеликих участках, площадь которых должна быть не более 100 м2.

Температуру внутренней поверхности стен, перегородок, пола, потолка следует измерять в центре соответствующей поверхности.

Для наружных стен со световыми проемами и отопительными приборами температуру на внутренней поверхности следует измерять в центрах участков, образованных линиями, продолжающими грани откосов светового проема, а также в центре остекления и отопительного прибора. Результаты измерений сводят в таблицу.

9