10343

190

автономных котлов импортных 85...99 %, при электрическом отоплении с приборами прямого преобразования в теплоту 25...45 %, при электрическом отоплении с тепловыми насосами 65...75 %. То есть тепловые насосы имеют приблизительно такой же коэффициент использования топлива как отопление от ТЭЦ или отечественных автономных котельных.

Целесообразность применения электрического отопления в конкретном случае определяют путем сравнения технико-экономических показателей различных вариантов отопления здания. При сравнении исходят из стоимости топлива или электроэнергии с учетом их транспортирования и потерь при этом,

коэффициента использования топлива, стоимости сооружения и эксплуатации систем отопления и теплоснабжения. Принимают также во внимание возможность регулирования теплоотдачи приборов и понижения температуры помещения в нерабочее время. Оценивают улучшение социально-

гигиенических условий при применении электроотопления.

В современных условиях сниженного потребления электроэнергии промышленностью электроотопление довольно часто применяется в городских зданиях для дополнительного отопления в межсезонье и при отсутствии газовых сетей в загородных коттеджах в качестве единственного источника теплоты.

14.2. Электрические отопительные приборы

Электрические приборы с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую, как и обычные отопительные приборы, подразделяют по преобладающему способу теплоотдачи на лучистые, конвективные и лучисто-

конвективные. При температуре греющей поверхности ниже 70 °С их относят к низкотемпературным, выше 100°С – к высокотемпературным.

Электроотопительные приборы могут быть стационарными и пере-

носными (напольными, настольными, настенными, потолочными); безы-

нерционными и с аккумуляцией теплоты; нерегулируемыми и со ступенчатым,

бесступенчатым и автоматическим регулированием. В зависимости от конструкции электрические отопительные приборы называют

191

электроконвекторами, электрокалориферами, электротепловентиляторами.

Выпускают также электрические печи, электрические воздушно-тепловые завесы, подвесные панели, греющие обои, панели с греющим кабелем.

Панели электрического отопления с греющим кабелем делают совмещенными со строительными конструкциями и приставными к ним.

По принципу тепловыделения нагревательные кабели, используемые в панельном отоплении, относятся к резистивным. У резистивных кабелей теплота выделяется нагревательной жилой, окруженной изоляцией, экранами и защитными оболочками. Они могут запитываться с двух или одного конца

(двухжильные кабели). Преимуществами таких кабелей является простота конструкции, высокая технологичность (монтаж нагревательных секций на объекте занимает мало времени и несложен) и относительно низкая стоимость.

Недостатком является необходимость использования секций строго заданной длины.

Современные греющие кабели имеют токопроводящую жилу, вы-

полненную из материалов, обладающих низким температурным коэффици-

ентом сопротивления, что значительно упрощает тепловые расчеты. В на-

стоящее время разработана принципиально новая конструкция кабеля, теп-

лоотдача которого определяется только напряжением питания. В этих само-

регулирующихся кабелях теплота выделяется в полупроводящей пластмассе,

заполняющей пространство между двумя токопроводящими жилами. При повышении температуры сопротивление пластмассы возрастает и теп-

ловыделение падает, благодаря чему создается эффект саморегулирования.

Конструкция окружена электроизолирующими и защитными оболочками и экранами и запитывается с одного конца. Большим преимуществом такого кабеля является возможность использования произвольными длинами, от-

резаемыми по месту. При таких кабелях необходимая плотность теплового потока будет достигаться варьированием шага их раскладки. Саморегулиру-

ющиеся кабели не перегреваются и не перегорают. Недостатком кабеля следует считать большой стартовый ток, превышающий номинальный в 1,5...2 раза.

192

Кроме того, к недостаткам относят невозможность обеспечить форсированный обогрев. Саморегулирующийся кабель довольно дорог.

Резистивные кабели имеют линейную мощность от 15 до 25 Вт/м.

Рекомендуется устройство шага раскладки кабеля с таким расчетом, чтобы поверхностная мощность системы не превышала 150 Вт/м2 у малоинерционных панелей и 200 Вт/м2 у аккумулирующих теплоту. Шаг раскладки кабеля должен лежать в пределах 10...20 см. При этом, как правило, допускается минимальный радиус изгиба кабеля 150 мм. Нагревательные секции при изменении длины от

5 до 125 м увеличивают свою мощность приблизительно от 100 до 2500 Вт.

Появились секции греющего кабеля, закрепленные на пластиковой сетке.

Плоскостные секции на сетке выполняются различной длины шириной 0,5 м.

Для отопления производственных помещений большого объема применяют подвесные электропанели. Тепловую мощность подвесных панелей рассчитывают по балансам теплоты в верхней (над панелью) и нижней (под панелью) частях помещения. При этом считают, что теплопотери верхней зоны компенсируются теплоотдачей панели вверх, а теплопотери нижней зоны - теплоотдачей вниз. На рисунке 14.1 дана схема конструкции подвесной панели. При изолированном кабеле плотность теплового потока в них составляет около 460 Вт/м2 (теплоотдача вниз 85 %), при неизолированном кабеле – около 840 Вт/м2 (теплоотдача вниз около 88 %).

Рис. 14.1. Подвесная панель с греющим электрокабелем: 1 – стальной кожух; 2 – теплоизоляция; 3 – нагреватель в виде изолированного кабеля

Переносные электроотопительные приборы применяют для дополнительного отопления жилых и общественных зданий, садовых домиков.

Распространенным электроотопительным прибором является электрокамин, который по исполнению может быть настенным, напольным,

193

универсальным. Нагревательные элементы бывают сосредоточенными или линейными с температурой 750...800 °С.

Электрорадиаторы делают напольными (с промежуточным тепло-

носителем – минеральным маслом) мощностью 0,5...3 кВт. Они бывают па-

нельными и секционными, когда корпус собирается из отдельных секций,

сваренных между собой. Теплоотдача электрорадиатора излучением составляет

50 % общего теплового потока. Максимальная температура поверхности радиатора достигает 110 °С, а средняя – 85…95 °С. Электрорадиаторы, как правило, имеют термоограничитель, отключающий прибор при достижении температуры 130 °С на корпусе. Выносной терморегулятор, которым укомплектовано большинство электрорадиаторов, позволяет поддерживать необходимую температуру в обогреваемом помещении.

Вэлектроконвекторах теплоотдача осуществляется преимущественно (90 %) естественной конвекцией.

Воснове расчетов тепловой мощности Q, Вт, отопительных приборов с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую лежит закон Джоуля-Ленца, применительно к переменному току имеющий следующее выражение:

где I – сила тока, проходящего по проводнику, А; r – активное сопротивление проводника, Ом;

U – напряжение, подаваемое на проводник, В;

k – коэффициент мощности проводника (при частоте тока 50 Гц k

изменяется от 0,96 до 0,98 и его приравнивают к единице, но вводят некоторый запас мощности).

Врасчетах количества теплоты, выделяемой греющим кабелем,

учитывают зависимость активного сопротивления проводника от его темпе-

ратуры. Для металлических (из стали, алюминия, меди) токопроводящих жил греющих кабелей сопротивление rt, Ом, при температуре до 100 °С

составляет:

(14.2)

где 0 – удельное электрическое сопротивление провода или кабеля,

Ом м, при температуре 0 °С;

lк – длина греющего элемента, м;

а – площадь поперечного сечения провода или кабеля, м2; tпр – температура греющего элемента, °С;

0 – температурный коэффициент сопротивления при 0°С, 1/°С.

Расчет теплоотдачи панели при шаге раскладки кабелей 0,04...0,2 м

выполняют в предположении равномерности температурного поля на поверхности. При этом для панели площадью Апан, м2, с шагом раскладки ка-

беля s, м, длину греющего кабеля lк, м, определяют по формуле:

lк = Апан / s. (14.3)

После подстановки (14.2) и (14.3) в (14.1) получим уравнение с двумя неизвестными s и tпр. Поэтому в расчетах используют уравнение, в котором на основе экспериментальных данных температура на поверхности изоляции кабеля tк связывается с шагом раскладки кабеля s и теплоотдачей 1 м2 греющей панели qк.

Теплоотдачу qк, Вт/м2, складывают из теплоотдачи лицевой qлиц и

тыльной qтыл сторон:

При проектировании греющей панели электрического лучистого отопления может быть принят следующий порядок расчета.

– назначают площадь отопительной панели Апан, м2, и по заданной тепловой нагрузке определяют требуемую плотность теплового потока qлиц,

Вт/м2, панели в сторону расчетного помещения.

–вычисляют температуру лицевой поверхности панели tп.лиц с проверкой допустимости ее как для панели водяного отопления и коэффициенты лучистого л.лиц и конвективного к.лиц теплообмена.

–находят требуемую среднюю температуру tcp, °C, на оси заложения греющего провода или кабеля:

195

где tв.лиц, tв.тыл – температура воздуха с лицевой и тыльной сторон панели, °С;

Rлиц, Rтыл – сопротивления теплопередаче от оси источников к воздуху с лицевой и тыльной сторон панели, м2 °С/Вт.

– по вычисленному значению qтыл рассчитывают температуру по-

верхности панели с тыльной стороны tп.тыл и плотность теплового потока панели qк, Вт/м2.

– определяют шаг раскладки кабеля s и температуру на поверхности изоляции кабеля tк, используя уравнение (14.1), а также некоторые эм-

пирические зависимости.

– если tк оказалась ниже предельно допустимой, a s - больше минимально возможного (10...15Dк), то по формуле (14.3) находят длину кабеля. В

противном случае делают перерасчет.

196

15.ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

15.1.Области применения систем отопления

Тепловой режим помещений определяется назначением, конструкцией и условиями эксплуатации зданий. Особенности теплового режима отражаются на конструкции, параметрах и режиме действия систем отопления. Технические и экономические показатели центральных систем отопления, а также свойства теплоносителей определяют общие области их применения.

Системы водяного отопления, надежные и гигиенически приемлемые,

получившие широкое распространение в условиях теплофикации городов и поселков, применяют в гражданских и производственных зданиях.

Системы парового отопления из-за санитарно-гигиенических и эксплуатационных недостатков запрещено применять в гражданских зданиях.

Паровое отопление можно устраивать в производственных зданиях, в ле-

стничных клетках, пешеходных переходах и вестибюлях, его рекомендуют для прерывистого или дежурного (в нерабочее время) отопления помещений.

Возможность сочетания отопления и вентиляции способствует рас-

пространению воздушного отопления. Центральное воздушное отопление применяют в первую очередь в производственных, а также гражданских зданиях с механической приточной вентиляцией. Системы местного воздушного отопления используют для прерывистого или дежурного обогревания помещений производственных и общественных зданий.

В сельскохозяйственных зданиях (животноводческих, птицеводческих,

культивационных) применяют центральное или местное воздушное и водяное отопление в зависимости от задаваемого теплового режима, наличия и режима действия приточной вентиляции.

Рассмотрим выбор предпочтительного вида отопления и расчетной температуры теплоносителя в зависимости от строительно-технологических особенностей зданий (по положениям, принятым в России).

Тепловой режим помещений одних зданий поддерживают неизменным в

197

течение всего отопительного сезона, других зданий - изменяют для экономии тепловой энергии с суточной и недельной периодичностью, в праздничные дни,

во время каникул, проведения наладочных, ремонтных и других работ.

Здания с постоянным и переменным тепловыми режимами можно разделить в зависимости от санитарно-гигиенических и технологических требований на отдельные группы.

В зданиях и помещениях с постоянным тепловым режимом в течение отопительного сезона применяют нижеследующие системы отопления (с

предельной температурой теплоносителя tт или теплоотдающей поверхности tпов, указанных для вертикальных отопительных приборов, расположенных на высоте не более 1 м от поверхности пола).

Вбольницах и стационарах - системы водяного отопления с радиаторами

ипанелями при tт = 85 °С (металлические приборы) и 95 °С (бетонные приборы) с тем, чтобы средняя температура поверхности отопительных приборов не превышала 75 °С.

Вдетских дошкольных учреждениях, жилых домах, общежитиях,

гостиницах, домах отдыха, санаториях, пансионатах и пионерских лагерях,

поликлиниках, амбулаториях, аптеках, здравпунктах, банях и душевых павильонах, музеях, выставкаx, книгохранилищах, архивах, библиотеках,

административно-бытовых зданиях при непрерывном производственном процессе - системы водяного отопления с радиаторами и конвекторами (в

больницах, банях и душевых павильонах - только с радиаторами) при tт = 95 °С (105 °С – для однотрубных систем в перечисленных зданиях, кроме больниц,

детских учреждений, бань и душевых павильонов, и до 130 °С – для однотрубных систем при конвекторах с кожухом, если они допустимы в указанных зданиях, за исключением жилых домов и детских учреждений).

В производственных помещениях категорий А, Б и В при непрерывном технологическом процессе без выделения пыли и аэрозолей – системы воздушного отопления водяного отопления с радиаторами и гладкими трубами при tт = 150 °С; парового отопления при tт = 130 °С.

198

В помещениях категории В допустимо применение электрического и газового отопления при tпов = 110 °С.

При выделении пыли и аэрозолей в помещениях категории А и Б предельную температуру теплоносителя принимают 110 °С, в помещениях категории В – 130 °С.

Водяное и паровое отопление не устраивают в помещениях категорий А и Б в тех случаях, когда в них хранят или применяют вещества, образующие при контакте с водой или водяными парами взрывоопасные смеси, или вещества,

способные к самовозгоранию или взрыву при взаимодействии с водой.

Кроме того, температуру теплоносителя в системах отопления с ме-

стными отопительными приборами в помещениях категорий А, Б и В и для калориферов рециркуляционных воздушных завес, размещаемых в этих по-

мещениях, принимают не менее чем на 20 % ниже температуры самовос-

пламенения газов, паров, пыли или аэрозолей, выделяющихся в помещениях.

В производственных помещениях категорий Г и Д при непрерывном технологическом процессе:

- без выделения пыли и аэрозолей – системы воздушного отопления,

водяного отопления с ребристыми трубами, радиаторами и конвекторами при tт = 150 °С, парового отопления при tт = 130 °C, электрического и газового отопления с высокотемпературными темными излучателями;

-при повышенных требованиях к чистоте воздуха - системы воздушного отопления, водяного отопления с радиаторами, панелями и гладкими трубами при tт = 150 °С;

-при выделении негорючих пыли и аэрозолей – системы воздушного

отопления, водяного отопления с радиаторами при tт = 150 °С, парового отопления при tт = 130 °С, электрического и газового отопления при tпов = 150 °C;

- при выделении горючих пылей и аэрозолей - системы воздушного отопления, водяного отопления с радиаторами и гладкими трубами при tт = 130 °С; парового отопления при tт = 110 °С;

199

- при значительных влаговыделениях – системы воздушного отопления;

водяного отопления с радиаторами и ребристыми трубами при tт = 150 °С, парового отопления при tт = 130оС, газового отопления при tпов = 150 °C.

В производственных помещениях с выделением возгоняемых ядовитых веществ систему отопления выбирают по специальным нормативным документам.

Во всех перечисленных зданиях и помещениях, кроме производственных помещений категорий А, Б и В, могут быть применены системы водяного отопления со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами. Предельно допустимая средняя температура теплоотдающей поверхности строительных конструкций для этих случаев приведена в 11.6.

Взданиях и помещениях с переменным тепловым режимом в течение суток применяют нижеследующие системы отопления.

Вшколах и других учебных заведениях, зданиях управлений, научных и проектных учреждений, конструкторских бюро, читальных залах, на предприятиях связи и обслуживания населения (при работе сидя близ световых проемов), в административно-бытовых зданиях - системы водяного отопления с радиаторами и конвекторами (конвекторы в школах во вспомогательных помещениях) при tт = 95 °С для двухтрубных систем, 105 °С для однотрубных систем (до 130 °С для однотрубных систем при конвекторах с кожухом с изоляцией труб, имеющих температуру выше 105 °С), воздушного отопления или электрического и газового при tпов = 95 °C.

Втеатрах, кинотеатрах, клубах, зрительных залах, ресторанах - системы водяного отопления с радиаторами и конвекторами при tт = 115 °С (до 130 °С

для однотрубных систем при конвекторах с кожухом с изоляцией труб,

имеющих температуру выше 115 °С), воздушного отопления или электрического при tпов = 115 °С. Системы водяного и электрического отопления должны обеспечивать понижение теплоотдачи в помещения в нерабочее время. Системы воздушного отопления - работу с рециркуляцией воздуха для дежурного отопления. В магазинах, столовых (кроме ресторанов),

кафе, буфетах и закусочных, прачечных, в спортивных сооружениях (кроме