10356

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.В. Бодров, В.В. Сухов

ОТОПЛЕНИЕ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Отопление» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01. Строительство,

направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

УДК 697.1

Бодров М.В. Отопление: учебно-методическое пособие / М.В. Бодров, В.В. Сухов ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 199 с. : ил. – Текст : электронный.

Ключевые слова: отопление, отопительные приборы, теплоноситель, тепловая мощность, тепловой баланс здания, сопротивление теплопередаче, тепловой контур здания, автоматизированный индивидуальный тепловой пункт.

В учебно-методическом пособии изложены устройства и принципы действия наиболее распространенных систем отопления зданий. Приведены приемы конструирования индивидуальных тепловых пунктов, систем парового, воздушного, панельно-лучистого, печного, газового и электрического отопления. В пособии рассматриваются различные системы отопления, их конструирование, схемы применения, проектирование, расчет.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для подготовки к лекциям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Отопление» по направлению подготовки 08.03.01. Строительство, профиль Водоснабжение и водоотведение.

.

©М.В. Бодров, В.В. Сухов, 2022

©ННГАСУ, 2022

4

8.6.Вспомогательное оборудование………………………………………………… 112

9.СИСТЕМЫ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ………………………………………………. 113

9.1.Общие положения……………………………………………………………….. 113

9.2.Схемы и устройство систем парового отопления……………………………... 114

9.3.Оборудование систем парового отопления……………………………………. 116

9.4.Гидравлический расчет паропроводов низкого давления…………………….. 120

9.5. Гидравлический расчет паропроводов высокого давления…………………… 122

9.6.Системы пароводяного отопления……………………………………………… 124

10.ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ…………………………………………………………. 127

10.1.Системы воздушного отопления………………………………………………. 127

10.2. Схемы систем воздушного отопления………………………………………… 129

10.3.Количество и температура воздуха для отопления………………………….. 132

10.4.Местное воздушное отопление………………………………………………... 135

10.5.Отопительные агрегаты………………………………………………………... 136

10.6.Рециркуляционные воздухонагреватели……………………………………… 137

11.ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ……………………………………………. 142

11.1.Системы панельно-лучистого отопления…………………………………….. 142

11.2.Температурная обстановка в помещениях при панельно-лучистом отоплении 146

11.3.Конструкции отопительных панелей…………………………………………. 146

11.4.Описание бетонных отопительных панелей………………………………….. 149

11.5. Площадь и температура поверхностей отопительных приборов…………… 154

11.6.Расчет теплопередачи отопительных панелей………………………………... 157

12.ПЕЧНОЕ ОТОПЛЕНИЕ………………………………………………………………... 159

12.1.Характеристика печного отопления…………………………………………... 159

12.5.Конструирование и расчет газоходов теплоемких печей……………………. 169

12.6.Конструирование дымовых труб для печей…………………………………... 170

12.7.Проектирование печного отопления………………………………………….. 172

13.ГАЗОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ………………………………………………………………. 174

13.1.Общие сведения………………………………………………………………… 174

13.2.Газовоздушное лучистое отопление…………………………………………... 175

13.3.Газовое лучистое отопление…………………………………………………… 177

14.ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ……………………………………………………. 179

14.1.Общие сведения………………………………………………………………… 179

14.2.Электрические отопительные приборы………………………………………. 180

15.ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ…………………. 186

15.1.Области применения систем отопления………………………………………. 186

15.2.Условия выбора систем отопления……………………………………………. 191

16.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1…………………………………………………………………………… 196 ПРИЛОЖЕНИЕ 2…………………………………………………………………………… 197 ПРИЛОЖЕНИЕ 3…………………………………………………………………………… 198

5

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Отопление» является профилирующей при подготовке специалистов по теплогазоснабжению и вентиляции. Ее изучение предусматривает получение фундаментальных знаний по конструкциям,

принципам действия и характерным свойствам различных систем отопления, по методам их расчета и приемам проектирования, способам регулирования и управления, перспективным путям развития данной отрасли строительной индустрии.

Выбор способа отопления в большой мере зависит от особенностей конструктивного и архитектурно-планировочного решения зданий, от теплотехнических свойств его ограждений, т.е. вопросов, которые изучаются в общестроительных дисциплинах и в дисциплине «Строительная теплофизика».

Отоплением называется искусственное, с помощью специальной установки или системы, обогревание помещений здания для компенсации теплопотерь и поддержания в них температурных параметров на уровне,

определяемом условиями теплового комфорта для находящихся в помещении людей или требованиями технологических процессов, протекающих в производственных помещениях.

Отопление является отраслью строительной техники. Монтаж отопительной системы производится в процессе возведения здания, ее элементы при проектировании увязываются со строительными конструкциями.

Вместе с тем, отопление – один из видов технологического оборудования.

Параметры работы отопительной системы должны учитывать теплофизические особенности конструктивных элементов здания и быть увязаны с работой других инженерных систем (вентиляции, кондиционирования воздуха и т.п.).

Отопление зданий начинают при устойчивом (в течение 5 суток)

понижении среднесуточной температуры наружного воздуха до 8 °С и ниже, и

заканчивают при устойчивом повышении температуры наружного воздуха до 8 °С. Период отопления зданий в течение года называют отопительным сезоном.

Длительность отопительного сезона устанавливают на основании многолетних

6

наблюдений как среднее число дней в году с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха 8 °С.

Состояние отопительной техники, как и любой другой отрасли техники,

определяется уровнем развития производительных сил и характером производственных отношений общества. О развитии техники отопления в России можно ознакомиться в специальной литературе, например [5]. Следует отметить, что на теплоснабжение гражданских и производственных зданий расходуется более одной трети всего добываемого в нашей стране органического топлива.

Предлагаемый курс лекций разработан на кафедре «Отопление,

вентиляция и кондиционирование воздуха» Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета (ННГАСУ) в соответствии с действующей типовой программой по курсу «Отопление».

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

1.1. Общие положения

Система отопления – это совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания.

Основные конструктивные элементы системы отопления: теплоисточник

(теплогенератор при местном или теплообменник при централизованном теплоснабжении), предназначенный для получения теплоты; теплопроводы

(элементы для переноса теплоты от теплоисточника к отопительным приборам); отопительные приборы (элементы для передачи теплоты в помещение).

Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость – антифриз) или газообразная (пар, воздух) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

7

Расчетная тепловая система отопления выявляется в результате сопоставления теплового баланса в обогреваемых помещениях при расчетной температуре наружного воздуха – средней температуре наиболее холодной пятидневки tн.р с обеспеченностью kоб = 0,92 (рис. 1.1). Расчетная тепловая мощность в течение отопительного сезона, продолжительностью zо.с, должна использоваться частично при текущей температуре наружного воздуха tн.i и

только при tн.р – полностью.

Требования, предъявляемые к системам отопления:

1)санитарно-гигиенические: поддержание заданной температуры воздуха

ивнутренних поверхностей ограждений помещений во времени при допустимой подвижности воздуха; ограничение температуры поверхности отопительных приборов;

2)экономические: минимальные капитальные вложения, экономный расход тепловой энергии при эксплуатации;

3)архитектурно-строительные: компактность; увязка со строительными конструкциями;

4)производственно-монтажные: минимальное количество унифицирован-

ных узлов и деталей; механизация их изготовления; сокращение ручного труда при монтаже;

5) эксплуатационные: эффективность действия в течение всего периода работы; долговечность, ремонтнопригодность, безотказность; безопасность и бесшумность действия.

Наиболее важны санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования, от которых зависит поддержание заданной температуры в помещениях в течение отопительного сезона.

Классификация систем отопления

Системы отопления подразделяются на местные и центральные.

В местных системах для отопления, как правило, одного помещения все три элемента конструктивно объединяются в одной установке, непосредственно в которой происходит получение, перенос и передача теплоты в помещение.

8

Примером местной системы отопления являются отопительные печи,

конструкции и расчет которых будут рассмотрены далее, а также системы отопления с использованием электрической энергии.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. Котлы или теплообменники могут размещаться непосредственно в обогреваемом здании (в котельной или местном тепловом пункте) либо вне здания – в центральном тепловом пункте

(ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящая котельная) или ТЭЦ.

Теплопроводы центральных систем подразделяются на магистрали

(подающие, по которым подается теплоноситель, и обратные, по которым отводится охладившийся теплоноситель), стояки (вертикальные трубы) и ветви

(горизонтальные трубы), связывающие магистрали с подводками к отопительным приборам. Центральная система отопления называется районной,

когда группа зданий отапливается из отдельно стоящей центральной тепловой станции.

Теплоноситель (как правило, вода) нагревается на тепловой станции,

перемещается по наружным (t1) и внутренним (внутри здания tг t1)

теплопроводам в помещения к отопительным приборам и, охладившись,

возвращается на тепловую станцию (рис. 1.2).

9

Рис. 1.1. Изменение среднесуточной температуры наружного воздуха в течение года в Москве: tп – температура помещения; tн1 – минимальная среднесуточная температура наружного воздуха

Рис. 1.2. Схема районной системы отопления: 1 – тепловая станция; 2 – местный тепловой пункт; 3 и 5 – подающий и обратный стояки системы отопления; 4 – отопительные приборы; 6 и 7 – наружные подающий и обратный теплопроводы; 8 – циркуляционный насос наружного теплопровода

Используются, как правило, два теплоносителя. Первичный высокотемпературный теплоноситель от тепловой станции перемещается по городским распределительным теплопроводам к ЦТП или местным тепловым пунктам зданий и обратно. Вторичный теплоноситель после нагревания в теплообменниках или смешения с первичным поступает по внутренним теплопроводам к отопительным приборам обогреваемых помещений и возвращается в ЦТП или местный тепловой пункт. Первичным теплоносителем обычно служит вода, реже пар или газообразные продукты сгорания топлива.

Если, например, первичная высокотемпературная вода нагревает вторичную воду, то такая система центрального отопления называется водоводяной.

Аналогично могут существовать водовоздушная, пароводяная, газовоздушная и другие системы центрального отопления. По виду вторичного теплоносителя местные и центральные системы отопления называют системами водяного,

парового, воздушного или газового отопления.

Теплоносители в системе отопления