829
.pdfК тепловым потерям относят отвод теплоты из помещения теплопередачей через ограждения и теплоту, потребную на нагрев воздуха поступающего в помещение при приточной вентиляции и инфильтрации через окна, двери и т.п. Отсюда
. |
(6.2) |
Тепловые потери через ограждения зависят от:
–температуры и относительной влажности воздуха, скорости его перемещения как с одной, так и с другой сторон поверхности ограждения, солнечного излучения;
–объемно – планировочных решений сооружения (этажности, конфигурации, размещения, ориентации по странам света);
–качества теплозащиты ограждения;
–состояния и степени автоматизации индивидуального теплового
пункта;
–уровня эксплуатации системы отопления;
–наличия системы индивидуального коммерческого учета тепловой мощности.
Расчет потерь через ограждения трудоемок, к тому же недостаточно
точен, .
Расчет теплоты, затраченной на нагрев воздуха при вентиляции и инфильтрации, в некоторой степени является тоже приближенным (в основном из-за сложности определения массы воздуха при инфильтрации).
Тепловая мощность, потребная для поддержания комфортной температуры в сооружении, определяется, прежде всего, предназначением объекта. В
самом общем случае |
|
||
|
, |
(6.3) |
|
где |
|
тепловая мощность отопительных приборов (батарей, конвекто- |
|
|
|||
ров, калориферов, тепловентиляторов и т. п.); |
|
лучистый поток солнечной энергии, попадающий внутрь объек-
та;
мощность освещения; теплота, выделяемая в единицу времени живыми организ-
мами (людьми, животными, птицами, продуктами сельхозпроизводства); суммарная мощность всех электроустановок (станков, элек-
троплит, компьютеров и т.п.).
Как правило, при организации отопления объекта искомой является мощность отопительных приборов. Используя уравнение теплового баланса
из (6.2) и (6.3) получим |
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
(6.4) |
|
|
|
|||||
Полученная величина |
позволяет определить поверхность теплопе- |
редачи выбранных тепловых приборов. Примеры расчетов по определению
61
тепловой мощности систем отопления некоторых объектов обитания при-
ведены в |
|
|
|
|
В централизованных водяных системах отопления удобнее использо- |
||
вать |
понятие ч а с о в о й т е п л о в о й н а г р у з к и, которая обознача- |
||
ется |
и измеряется в |
. Тогда мощность отопительных приборов |
|
|
через часовую |
тепловую нагрузку отопления |
как |
|
/ 3600. |
|
|
|
При отсутствии проектной информации часовую тепловую нагрузку |
отопления отдельного сооружения можно ориентировочно оценить по рекомендуемому в
|
|
|
|
|
|
|
, |
(6.5) |
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
|
|
удельная отопительная характеристика здания, кДж/м3 ч К; |
||||
|
|
|
||||||
V |
|
|
объем здания по наружному обмеру, м3; |
|
||||
|
|
|
||||||
t вн, и tнар – температура внутреннего и наружного воздуха, соответ- |
||||||||
ственно, 0 С; |
|
|
|
|
||||
|
– поправочный коэффициент, учитывающий отличие температуры |
|||||||
наружного воздуха от расчетной, принятой при определении |
за – 30 0 С. |
|||||||
Значения |
и определяются из табл. 6.1 и 6.2. заимствованных |
из
Таблица 6.1 –Зависимость удельной отопительной характеристики от объема объекта
V – наружный |
|
|
|
|
V – наружный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
строительный объ- |
характеристика, |
|
строительный |
характеристика, |
||||
ем, м3 |
|
объем, м3 |
||||||
|
кДж/м3 ч К |
|
|
кДж/м3 ч К |
||||
100 |
3,85 |
|
4000 |
1,97 |
||||
200 |
3,43 |
|
4500 |
1,93 |
||||
300 |
3,27 |
|
5000 |
1,88 |
||||
400 |
3,10 |
|
6000 |
1,80 |
||||
500 |
2,97 |
|
7000 |
1,76 |
||||
600 |
2,89 |
|
8000 |
1,72 |
||||
700 |
2,85 |
|
9000 |
1,67 |
||||
800 |
2,80 |
|
10000 |
1,63 |
||||
900 |
2,76 |
|
11000 |
1,59 |
||||
1000 |
2,72 |
|
12000 |
1,57 |
||||
1100 |
2,60 |
|
13000 |
1,55 |
||||
1200 |
2,51 |
|
14000 |
1,55 |
||||
1300 |
2,47 |
|
15000 |
1,55 |
||||
1400 |
2,43 |
|
20000 |
1,55 |
||||
1500 |
2,39 |
|
25000 |
1,53 |
||||
1700 |
2,30 |
|
30000 |
1,51 |
||||
2000 |
2,22 |
|
35000 |
1,48 |
||||
2500 |
2,18 |
|
40000 |
1,46 |
||||
3000 |
2,09 |
|
45000 |
1,44 |
||||
3500 |
2,01 |
|
50000 |
1,42 |
||||
|
|
|
|
62 |
|
|
|
Таблица 6.2 – Влияние наружной температуры на коэффициент
|
Температура наруж- |
0 |
-5 |
-10 |
-15 |
-20 |
-25 |
-30 |
-35 |
-40 |
-45 |
|
ного воздуха, 0 С |
||||||||||
|
|
2,05 |
1,67 |
1,45 |
1,29 |
1,17 |
1,08 |
1,00 |
0,95 |
0,90 |
0,85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельную отопительную характеристику |
|
при отсутствии в табл. 6.1 |
соответствующего строительного объема можно определить по формуле
При отоплении конкретного объекта опорной величиной часовой теп-
ловой нагрузки для поставщика теплоносителя является |
, |
вычисленной |
при так называемой расчетной температуре наружного воздуха, |
tнар.р . За рас- |
четную температуру в каждой местности принимается средняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период наблюдений. Такие значения tнар. р определены для большинства регионов
страны и приведены в СНиП. Определенная таким образом |
является |
максимальной, она гарантирует надежное отопление объекта. С |
повышени- |
ем температуры наружного воздуха часовая тепловая нагрузка снижется и достигает нулевого значения при прекращении отопительного сезона.
С целью планово-экономической работы теплоснабжающих предприятий и снижения стоимости оплаты полученной теплоты потребителями, получили распространение графики расхода теплоты по месяцам года. Такой график для одного из объектов представлен на рис. 6.1.
ГДж / мес.
70
60
50
Потребление теплоты,
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
|
|
|
Месяцы года |
|
|
|
|
|
||
Рис. 6.1. Помесячный график потребления теплоты |
|
|
|
63
В течение месяца часовая тепловая нагрузка непостоянна, она изменяется с изменением температуры наружного воздуха. На графике указывается суммарное количество теплоты за месяц, переданное с ИТП на отопление объекта.
С целью анализа возможности реализации теплоты по графику, запишем уравнения тепловой мощности теплоносителей
где «1» – индекс относится к теплоносителю, подводимому к теплообменному аппарату из тепловых сетей; «2» индекс относится к теплоносителю, подводимому к теплообменному аппарату из объекта отопления;
– секундные массовые подачи теплоносителей;
– теплоемкости теплоносителей;
– температуры теплоносителей на входе в теплообменник;
– температуры теплоносителей на выходе из теплообменника.
Для теплообменного аппарата в общем случае . Регулирование тепловой мощность первого теплоносителя возможно
за счет массовой подачи (называют количественным регулированием)
и температуры (качественное регулирование). Регулирование потребляемой мощности объектом отопления возможно лишь массовой подачей теплоносителя . В настоящее время широко внедряются автоматические системы регистрации теплой мощности и ее регулирования при изменениях температуры наружного воздуха.
6.1.3. Системы водяного отопления В зависимости от удаления источника тепловой энергии различают
централизованные системы отопления (от районной котельной или ТЭЦ) и индивидуальные системы (для каждого объекта свой преобразователь энергии). В этих системах подача теплоносителя к нагревательным приборам может осуществляться как естественной, так и вынужденной циркуляцией.
При централизованной системе отопления теплоноситель для обогрева объекта поступает с теплового пункта. Конструктивное выполнение подвода теплоносителя к отопительным приборам выполняется по различным схемам. Независимо от того, как в системе осуществляется циркуляция теплоносителя – естественным или искусственным путем, используются следующие схемы:
системы с верхней и нижней разводкой (в зависимости от уровня прокладки трубы, подающей горячую воду, по отношению расположения нагревательных приборов;
однотрубные и двухтрубные системы (по способу присоединения
64
нагревательных приборов к подающим стоякам);
–системы с вертикальными и горизонтальными стояками (по расположению стояков);
–системы с тупиковой схемой и с попутным движением воды в трубопроводах (по схеме прокладки магистрали).
При верхней разводке горячая вода поднимается по главному стояку в магистральный трубопровод верхней разводки, расположенный обычно в чердачном помещении, и направляется через стояки к нагревательным приборам (радиаторам), см. рис. 6.2.
Рис. 6.2. Схема однотрубной вертикальной системы с верхней разводкой:
1 – труба верхней разводки; 2 – отопительные приборы; 3 – регулирующий вентиль; 4 – трехходовой кран; 5 – вертикальный стояк; 6 и 7 – перемычки; 8 –воздушноспусковой вентиль; 9 – расширительный бачок; 10 – линия подачи; 11 – труба обратки; 12 – теплообменник; 13 – насос
Здесь римскими цифрами указаны стояки с различным подключением нагревательных приборов: I – нагревательные приборы 2 подсоединены к стояку параллельно; II – подсоединение аналогично предыдущему, но тепловая мощность приборов может регулироваться вентилями 3; III – приборы подсоединены параллельно с перемычками 6; IV – при подсоединении использованы трехходовые вентили 4, что дает более широкий диапазон регулирования; V – подсоединение аналогично предыдущему, только с одним нагревательным прибором. По этой схеме принудительная циркуляция осуществляется насосом 13, устанавливаемым на обратном трубопроводе (обратке). Теплоноситель нагревается в теплообменнике 12 и по линии подачи 10 поступает к верхней разводке 1. Расширительный бачок 9 выполняет роль компенсатора при изменении объема теплоносителя. Воздушноспускной вентиль 8 позволяет удалить воздух из системы при ее заполнении.
65
Системы отопления с верхней разводкой целесообразно применять В одноэтажных индивидуальных домах.
При нижней разводке (рис. 6.3) высокотемпературный теплоноситель поступает в магистральную трубу , расположенную ниже отопительных приборов (как правило в подвалах) и затем распределяется по стоякам. Независимо от типа разводки (верхней или нижней) расширительный бачек должен быть расположен в наиболее высокой точке отопительной системы, т. е. на чердаке.
Рис. 6.3. Схема однотрубной системы отопления с нижней разводкой теплоносителя: 1 – подающая труба; 2 – нагревательные приборы; 3 – регулирующие вентили; 4 – трехходовой кран; 5 – перемычка; 6 – расширительный бачок; 7 – теплообменник; 8 – циркуляционный насос
Однотрубные системы водяного отопления не имеют обратных стояков, их можно устраивать по нескольким вариантам, обозначенным на рис. 6.3 римскими цифрами.
В варианте I, называемым проточным, вода из стояка проходит последовательно через все радиаторы, начиная с верхнего. Здесь в нижележащие радиаторы поступает уже охлажденная вода. В проточной системе нельзя ставить регулировочные краны, так как если уменьшить или перекрыть кран у того или иного радиатора, то уменьшится или перекроется подача воды во всех радиаторах, присоединенных к данному стояку.
В варианте II параллельно с отопительным прибором установлена перемычка, поэтому к нижним батареям подводится смесь охлажденной и горячей воды. Температура этой смешанной воды естественно будет ниже температуры воды в отопительных приборах, расположенных выше. Поэтому, чтобы увеличить отдачу теплоты, поверхность нагрева нижних при-
66
боров должна быть увеличена. В этом варианте возможно регулировать кранами количество поступающей в радиаторы воды.
Вварианте III из стояка часть воды поступает в верхние нагревательные приборы, остальная вода направляется по стояку к радиаторам, расположенным ниже. Горячая вода, проходя через верхние нагревательные приборы, охлаждается и возвращается в подающие стояки. В нижние нагреватель приборы поступает горячая вода от стояка и охлажденная вода из верхних радиаторов.
Вварианте IV проточная схема движения теплоносителя, как и в варианте I, но здесь трехходовые вентили не перекрывают полностью магистраль.
Вдвухтрубных системах водяного отопления теплоноситель по подающим стоякам поступает по все нагревательные приборы и далее из нагревательных приборов собирается в стояках обратки, см. рис. 6.4.
Двухтрубные системы водяного отопления с вертикальными стояками с верхней или нижней разводкой целесообразно использовать как в одноэтажных, так и многоэтажных домах.
Рис. 6. 4. Двухтрубной схема отопления с нижней разводкой, вертикальными стояками системы и принудительной циркуляцией:
1 – подающая магистраль 2 – обратная магистраль; 3 – нагревательные приборы 4 – регулирующие вентили; 5 – расширительный бачок; 6 – циркуляционная труба; 7 – выпуск воздуха; 8 – циркуляционный насос; 9 – теплообменник
Возможны и другие варианты устройства двухтрубных систем отопления.
На рис. 6.5 изображена принципиальная схема квартирной системы отопления с насосной циркуляцией теплоносителя.
67
:
Рис. 6.5. Схема индивидуальной системы отопления с насосной циркуляцией теплоносителя:
1 – аккумулирующий бак; 2 – вентили; 3 – расширительный бачек; 4 –главный стояк; 5 – котел; 6 – нагревательные приборы; 7 – циркуляционный насос; 8 – обратный клапан
Воздушное отопление и отопление сооружений защищенного грунта достаточно полно рассмотрены в , ,
6.2Общие сведения о горячем водоснабжении
Вжизнедеятельности человека потребность в горячей воде все больше увеличивается. Горячую воду расходуют на санитарно-гигиенические процедуры, бытовые и производственные нужды. В зависимости от назначения
еепотребляют в смеси с холодной водой или самостоятельно.
ГВС (система горячего водоснабжения) – совокупность устройств, обеспечивающих нагрев холодной воды и распределение ее по водоразборным приборам.
Воду, как правило, нагревают в теплообменных аппаратах до температуры 60…75 °С и с помощью насосов подают по трубопроводам в жилые, общественные и производственные здания. Вода в системах бытового и производственно-бытового горячего водоснабжения должна быть питьевого качества, она не должна быть жесткой и агрессивной по отношению к материалу труб. Содержание кислорода, растворенного в воде, не должно превышать 5 мг/л, свободной углекислоты 20 мг/л. В точках водоразбора горячая вода должна иметь температуру не ниже 50°С. При пользовании ею потребитель может снижать ее температуру до требуемой,
68
подмешивая к ней холодную воду в смесителях, установленных в местах водоразбора. Нормы расхода горячей воды для бытовых нужд зависят от назначения объекта. Для жилых и общественных зданий нормы расхода приведены в соответствующих строительных нормах и правилах, расход горячей воды на производственные нужды определяется требованиями технологии процесса.
Применяются системы горячего водоснабжения местные и централизованные.
Вместных системах ГВС в качестве источника теплоты применяются преобразователи энергии малой мощности, например, водогрейные колонки, электронагреватели, кипятильники, небольшие водогрейные котлы, гелиоустановки и др.
Вцентрализованных системах вода для ГВС нагревается в теплообменниках тепловых пунктов либо забирается непосредственно из теплосети.
Системы ГВС можно классифицировать по нескольку признаков. По обеспечению давления горячей воды:
–под давлением холодного водопровода;
–под давлением тепловой сети;
–под давлением, создаваемым насосом, установленным на холодном или горячем водопроводе;
–под статическим давлением, создаваемым баком холодной или горячей воды.
По месту прокладки распределительных трубопроводов системы могут
быть:
–с нижней разводкой;
–с верхней разводкой.
По наличию и способу обеспечения циркуляции:
–без циркуляции;
–с естественной циркуляцией;
–с насосной циркуляцией.
По принципу приготовления горячей воды централизованные системы делят на закрытые и открытые.
В закрытых ГВС поступающая из водопровода холодная вода нагревается в теплообменниках индивидуальных или центральных тепловых пунктов. Достоинство закрытых систем горячего водоснабжения – высокое качество горячей воды, недостаток – сложная система ее подачи потребителю.
В открытых ГВС используют теплоноситель, циркулирующий в системе теплоснабжения. Так как температуры воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети постоянны и зависят от температуры наружного воздуха, для получения горячей воды с нужной температурой применяют автоматические смесители, регулирующие отбор воды.
Для снижения расходов теплоносителя и соответственно затрат на его транспортировку разработана двухступенчатая схема, позволяющая использовать тепло обратной воды системы отопления для предварительного подо-
69
грева исходной холодной воды. В основу положен принцип экономайзера и догревателя, т.е. приготовление воды горячего водоснабжения ведется на двух теплообменниках. Теплообменник первой ступени устанавливается на обратном трубопроводе системы отопления последовательно с ней. Он работает как экономайзер. В нем холодная вода подогревается до 30-40 °С. Затем подогретая вода подается во вторую ступень и догревается до требуемой температуры, обычно 60°С, горячим теплоносителем. Вторая ступень включается параллельно или последовательно системе отопления в зависимости от схемы.
Применение двухступенчатых схем позволяет при одинаковой нагрузке ГВС экономить до 40% теплоносителя относительно его расхода для параллельной схемы. Это плюс, так как помимо экономии теплоносителя в таких схемах температура "обратки" существенно ниже, чем требуется по температурному графику, что ведет к увеличению КПД источника тепла.
Циркуляционные трубопроводы устраивают для естественной или искусственной циркуляции воды в сети через водоподогреватель, чтобы при отсутствии или недостаточном водоразборе вода не остывала. На рис. 6.6 представлена одна из распространенных схем ГВС.
Рис. 6.6. Схема закрытой циркуляционной двухтрубной с нижней разводкой системы горячего водоснабжения:
1 – полотенцесушитель; 2 – водоразборные приборы; 3 – подающий коллектор; 4 – водосборный коллектор; 5 – магистраль холодной воды; 6 – прибор учета; 7 – теплообменник; 8 – циркуляционный насос
Холодная вода из центральной системы водообеспечения по магистрали 5, проходя через приборы учета 6, поступает в теплообменник 7. Сюда же
70