10525

180

Для уменьшения расхода топлива целесообразно применять отопитель-

ные установки с использованием тепловых насосов. Коэффициент использова-

ния топлива при отпуске теплоты потребителю у различных источников тепло-

снабжения меняется в следующих пределах: от ТЭЦ 68…75 %, от котельных мощностью более 60 МВт 66...73 %, от котельных мощностью менее 60 МВт

58...70 %, от автономных котлов отечественных 65...75 %, от автономных кот-

лов 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 раз-

личных вариантов отопления здания. При сравнении исходят из стоимости топ-

лива или электроэнергии с учетом их транспортирования и потерь при этом, ко-

эффициента использования топлива, стоимости сооружения и эксплуатации си-

стем отопления и теплоснабжения. Принимают также во внимание возмож-

ность регулирования теплоотдачи приборов и понижения температуры поме-

щения в нерабочее время. Оценивают улучшение социально-гигиенических условий при применении электроотопления.

В современных условиях сниженного потребления электроэнергии про-

мышленностью электроотопление довольно часто применяется в городских зда-

ниях для дополнительного отопления в межсезонье и при отсутствии газовых се-

тей в загородных коттеджах в качестве единственного источника теплоты.

14.2. Электрические отопительные приборы

Электрические приборы с прямым преобразованием электрической энер-

гии в тепловую, как и обычные отопительные приборы, подразделяют по пре-

обладающему способу теплоотдачи на лучистые, конвективные и лучисто-

конвективные. При температуре греющей поверхности ниже 70 °С их относят к

181

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 кон-

струкции электрические отопительные приборы называют электроконвектора-

ми, электрокалориферами, электротепловентиляторами. Выпускают также электрические печи, электрические воздушно-тепловые завесы, подвесные па-

нели, греющие обои, панели с греющим кабелем.

Панели электрического отопления с греющим кабелем делают совмещен-

ными со строительными конструкциями и приставными к ним.

По принципу тепловыделения нагревательные кабели, используемые в панельном отоплении, относятся к резистивным. У резистивных кабелей тепло-

та выделяется нагревательной жилой, окруженной изоляцией, экранами и за-

щитными оболочками. Они могут запитываться с двух или одного конца

(двухжильные кабели). Преимуществами таких кабелей является простота кон-

струкции, высокая технологичность (монтаж нагревательных секций на объекте занимает мало времени и несложен) и относительно низкая стоимость. Недо-

статком 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 по-

вышении температуры сопротивление пластмассы возрастает и тепловыделение падает, благодаря чему создается эффект саморегулирования. Конструкция окружена электроизолирующими и защитными оболочками и экранами и запи-

тывается с одного конца. Большим преимуществом такого кабеля является воз-

183

Переносные электроотопительные приборы применяют для дополнитель-

ного отопления жилых и общественных зданий, садовых домиков.

Распространенным электроотопительным прибором является электрока-

мин, который по исполнению может быть настенным, напольным, универсаль-

ным. 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, сва-

ренных между собой. Теплоотдача электрорадиатора излучением составляет 50 % общего теплового потока. Максимальная температура поверхности радиато-

ра 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 боль-

шинство электрорадиаторов, позволяет поддерживать необходимую температу-

ру 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 Джоу-

ля-Ленца, применительно к переменному току имеющий следующее выражение:

Q = I2/r = UIk = U2k/r, (14.1)

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 изменя-

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

В расчетах количества теплоты, выделяемой греющим кабелем, учиты-

вают зависимость активного сопротивления проводника от его температуры.

184

Для металлических (из стали, алюминия, меди) токопроводящих жил

греющих кабелей сопротивление rt, Ом, при температуре до 100 °С составляет:

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 вы-

полняют в предположении равномерности температурного поля на поверхно-

сти. При этом для панели площадью Апан, м2, с шагом раскладки кабеля s, м,

После подстановки (14.2) и (14.3) в (14.1) получим уравнение с двумя не-

известными s и tпр. Поэтому в расчетах используют уравнение, в котором на ос-

нове 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 тыль-

При проектировании греющей панели электрического лучистого отопле-

ния может быть принят следующий порядок расчета.

– назначают площадь отопительной панели Апан, м2, и по заданной тепло-

вой 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 лучисто-

го л.лиц и конвективного к.лиц теплообмена.

– находят требуемую среднюю температуру tcp, °C, на оси заложения

185

греющего провода или кабеля:

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 изо-

ляции кабеля tк, используя уравнение (14.1), а также некоторые эмпирические зависимости.

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

ном случае делают перерасчет.

186

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 по-

селков, применяют в гражданских и производственных зданиях.

Системы парового отопления из-за санитарно-гигиенических и эксплуа-

тационных недостатков запрещено применять в гражданских зданиях. Паровое отопление можно устраивать в производственных зданиях, в лестничных клет-

ках, 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 при-

меняют в первую очередь в производственных, а также гражданских зданиях с механической приточной вентиляцией. Системы местного воздушного отопле-

ния 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 тем-

пературы теплоносителя в зависимости от строительно-технологических осо-

бенностей зданий (по положениям, принятым в России).

Тепловой режим помещений одних зданий поддерживают неизменным в

187

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 разде-

лить 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 пре-

дельной температурой теплоносителя tт или теплоотдающей поверхности tпов,

указанных для вертикальных отопительных приборов, расположенных на высо-

те 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 прибо-

ры) с тем, чтобы средняя температура поверхности отопительных приборов не превышала 75 °С.

В детских дошкольных учреждениях, жилых домах, общежитиях, гости-

ницах, домах отдыха, санаториях, пансионатах и пионерских лагерях, поликли-

никах, амбулаториях, аптеках, здравпунктах, банях и душевых павильонах, му-

зеях, выставкаx, книгохранилищах, архивах, библиотеках, административно-

бытовых зданиях при непрерывном производственном процессе - системы во-

дяного отопления с радиаторами и конвекторами (в больницах, банях и душе-

вых павильонах - только с радиаторами) при tт = 95 °С (105 °С – для однотруб-

ных систем в перечисленных зданиях, кроме больниц, детских учреждений,

бань и душевых павильонов, и до 130 °С – для однотрубных систем при кон-

векторах 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 воздуш-

ного отопления водяного отопления с радиаторами и гладкими трубами при tт = 150 °С; парового отопления при tт = 130 °С.

188

В помещениях категории В допустимо применение электрического и га-

зового отопления при tпов = 110°С.

При выделении пыли и аэрозолей в помещениях категории А и Б пре-

дельную температуру теплоносителя принимают 110 °С, в помещениях катего-

рии 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 ка-

лориферов 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 тех-

нологическом процессе:

- без выделения пыли и аэрозолей – системы воздушного отопления, во-

дяного 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 отоп-

ления при tт = 130 °С, электрического и газового отопления при tпов = 150 °C;

- при выделении горючих пылей и аэрозолей - системы воздушного отоп-

ления, водяного отопления с радиаторами и гладкими трубами при tт = 130 °С;

парового отопления при tт = 110 °С;

- при значительных влаговыделениях – системы воздушного отопления;

189

водяного отопления с радиаторами и ребристыми трубами при tт = 150 °С, па-

рового отопления при tт = 130оС, газового отопления при tпов = 150 °C.

В производственных помещениях с выделением возгоняемых ядовитых ве-

ществ 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 отоп-

ления со встроенными в строительные конструкции нагревательными элемен-

тами. Предельно допустимая средняя температура теплоотдающей поверхности строительных конструкций для этих случаев приведена в 11.6.

В зданиях и помещениях с переменным тепловым режимом в течение су-

ток применяют нижеследующие системы отопления.

В школах и других учебных заведениях, зданиях управлений, научных и проектных учреждений, конструкторских бюро, читальных залах, на предприя-

тиях связи и обслуживания населения (при работе сидя близ световых прое-

мов), в административно-бытовых зданиях - системы водяного отопления с ра-

диаторами и конвекторами (конвекторы в школах во вспомогательных помеще-

ниях) 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 элек-

трического и газового при tпов = 95 °C.

В театрах, 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, имею-

щих температуру выше 115 °С), воздушного отопления или электрического при tпов = 115 °С. Системы водяного и электрического отопления должны обеспечи-

вать понижение теплоотдачи в помещения в нерабочее время. Системы воз-

душного отопления - работу с рециркуляцией воздуха для дежурного отопле-

ния. В магазинах, столовых (кроме ресторанов), кафе, буфетах и закусочных,

прачечных, в спортивных сооружениях (кроме плавательных бассейнов) – си-

стемы водяного отопления с радиаторами, конвекторами (кроме прачечных) и