Вопрос 1.
Отопительный прибор - один из основных элементов большинства существующих и проектируемых систем отопления, является в отдельно взятом помещении источником тепла, необходимого для компенсации тепловых потерь (теплопотерь).
КЛАССИФИКАЦИЯ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Основная классификация отопительных приборов:
-радиаторы - наиболее распространенный тип отопительного прибора в жилом и общественном строительстве. Радиаторы в свою очередь конструктивно делятся на секционные (состоят из соединенных между собой по длине прибора одинаковых элементов, секций, от 2-х и более), -панельные (основным элементом является металлическая штампованная панель от 1-й до 3-х штук в сборе в ширину прибора, нередко с дополнительным оребрением между панелями для увеличения теплоотдачи) и трубчатые (собираются в заводских условиях с применением квадратных и круглых труб);
-конвекторы - применяются в системах отопления повсеместно наряду с радиаторами;
-отопительные панели - горизонтальные панели используют для прогрева достаточно больших помещений (производственных, спортзалов и пр.), вертикальные (в конструкции стен) - в помещениях с особыми требованиями к чистоте;
-регистры (гладкотрубные отопительные приборы из стальных труб диаметром обычно от 50 до 150 мм) - применяются в производственных помещениях, т.к. легко очищаются от возможной грязи и пыли;
-ребристые трубы (литые отопительные приборы, конструктивно представляющие собой трубу с оребрением) - сейчас применяются очень редко, разве что в случаях, когда другие приборы по каким-либо причинам применить невозможно.
О теплопередаче: Существуют три вида теплопередачи:
-теплопроводность - передача тепла на молекулярном уровне благодаря тепловому движению молекул материала. Пример: если вы держите в руке металлический предмет и нагреваете его с одной стороны, через некоторое время другой конец становится теплее;
-конвекция - при нагревании жидкостей или газов плотность материала уменьшается (среда становится легче), и нагретая масса движется вверх, если, конечно, этому движению ничего не препятствует - это явление и называется конвекцией;
-лучистый (радиационный) теплообмен - передача тепла от более нагретого тела к менее нагретому за счет теплового (инфракрасного) изучения. Не пугайтесь связи с радиацией, в разумных пределах это явление безвредно. Пример: солнечная радиация, костер - для сидящих около костра или камина практически все тепло поступает посредством изучения.
По типу теплопередачи отопительные приборы делятся на:
-радиационные - отопительные приборы, передающие излучением не менее 50% общего теплового потока, к этому типу относятся потолочные отопительные панели;
-конвективно-радиационные - передающие конвекцией от 50 до 75% общего теплового потока, сюда входят радиаторы, гладкотрубные приборы, вертикальные отопительные панели (в конструкции стен);
-конвективные - передающие конвекцией более 75% общего теплового потока, к этому типу относятся конвекторы и ребристые трубы.
При выборе приборов обычно учитывают следующие обстоятельства:
- архитектурно-планировочные и строительные решения, предопределяющие высоту, глубину и длину прибора;
-расчетную тепловую мощность одного отопительного прибора;
-категорию производства в помещениях по пожарной опасности;
-требования заказчика к внешнему виду прибора;
-цену прибора, отнесенную к 1 кВт теплового потока;
-качество теплоносителя и принятую схему теплоснабжения здания;
-величину рабочего давления в теплосети, системе отопления, системе ГВС.
Тепловой расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого отопительного прибора, обеспечивающей необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение. Расчет проводится при температуре теплоносителя, устанавливаемой для условий выбора тепловой мощности приборов. Для теплоносителя пара это температура насыщенного пара при заданном его давлении в приборе. Для теплоносителя воды - максимальная средняя температура воды в приборе, связанная с ее расходом.
Тепловая мощность прибора, т. е. его расчетная теплоотдача Qnp, определяется, как известно, теилопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении. Площадь теплоотдающей поверхности зависит от принятого вида прибора, его расположения в помещении и схемы присоединения к трубам. Эти факторы отражаются на значении поверхностной плотности теплового потока прибора.
Если поверхностная плотность теплового потока прибора qnp, Вт/м2 известна, то теплоотдача отопительного прибора Q, Вт, должна быть пропорциональна площади его нагревательной поверхности
Qпр = qпр*Ap.
Отсюда расчетная площадь Ар, м2, отопительного прибора независимо от вида теплоносителя
Ap = Qnp/qnp,
где Qnp - требуемая теплоотдача прибора в рассматриваемое помещение.
Qпp = Qп - kтр*Qтр;
Qп - теплопотребность помещения, Вт; Qтр - суммарная теплоотдача проложенных в пределах помещения нагретых труб стояка (ветви) и подводок, к которым непосредственно присоединен отопительный прибор, а также транзитного теплопровода, если он имеется в помещении, Вт; kтр - поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении (kтр составляет при прокладке труб: открытой - 0,9, скрытой в глухой борозде стены - 0,5, замоноличенной в тяжелый бетон - 1,8 (возрастание теплоотдачи обгоняется увеличением площади теплоотдающей поверхности))
Вопрос 5. Воздушное отопление
Основные типы систем воздушного отопления
В зависимости от расположения центра нагрева воздуха все системы воздушного отопления можно разделить на два основных вида: центральная и местная системы.Центральная система воздушного отопления - канальная. Воздух нагревается до необходимой температуры в воздухонагревателях расположенных в тепловом центре здания или снаружи (при наружном исполнении агрегатов) и подается в помещения по воздуховодам через воздухораспределители.
Одно из достоинств применяемой центральной системы воздушного отопления - отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помещениях. При данной системе есть возможности установки оборудования как внутри помещения, так и снаружи (применяется наружное исполнение агрегатов).
Однако, если радиус действия системы воздушного отопления сужается до одного помещения, то воздухонагреватель может устанавливаться непосредственно в этом помещении, и тогда система становится местной.
Обычно местную систему воздушного отопления устанавливают в том случае,если в помещении отсутствует центральная система приточной вентиляции, а также при незначительном объеме приточного воздуха, подаваемого в течение 1 ч (менее половины объема помещения).
Системы воздушного отопления также можно разделить на три:
рециркуляционные, прямоточные, системы с частичной рециркуляцией.
Рециркуляционная система воздушного отопления отличается меньшими первоначальными вложениями и эксплуатационными затратами. Система может применяться, если в помещении допускается рециркуляция воздуха, не требуется вентиляция, а температура поверхности воздухонагревателя соответствует требованиям гигиены, пожаро- и взрывобезопасности этого помещения.
Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией устанавливается с механическим побуждением движения воздуха и является наиболее гибкой. Она может действовать в различных режимах; в помещениях помимо частичной, могут осуществляться полная замена, а также полная рециркуляция воздуха. При этих трех режимах система работает как отопительно-вентиляционная, чисто вентиляционная и чисто отопительная. Все зависит от того, забирается ли и в каком количестве воздух снаружи и до какой температуры нагревается воздух в воздухонагревателе.
Прямоточная система воздушного отопления применяется тогда, когда требуется вентиляция помещений в объеме не меньшем, чем объём воздуха для отопления, а также тогда, когда рециркуляция в обслуживаемом помещении не допускается (например, в помещениях вредных, категорийных, где выделяются вещества, взрывоопасные и пожароопасные). Для уменьшения теплозатрат в прямоточной системе при сохранении ее основного преимущества - полной вентиляции помещений - используют систему с рекуперацией, где дополнительно применяется воздухо-воздушный теплообменник, позволяющий утилизировать часть теплоты уходящего воздуха для нагревания приточного наружного воздуха. Однако следует иметь в виду, что применение утилизаторов тепла вытяжного воздуха в составе установки системы воздушного отопления должно производиться в тех случаях, если это допустимо действующими нормами проектирования.
Рисунок 1. Схемы систем воздушного отопления: а - прямоточная; б - с частичной рециркуляцией; в - полностью рециркуляционная; 1 - воздухозаборная шахта; 2, 4, 10 - решетки; 3 - выбросная шахта; 5 - приточный воздуховод; 6 - калорифер; 7 - вентилятор; 8 - рабочая зона; 9 – клапан
Для нагревания воздуха в системах воздушного отопления применяют калориферы различных конструкций, ими также комплектуют отопительные агрегаты и приточные вентиляционные камеры. В калориферах воздух нагревается за счет энергии теплоносителя (горячая вода, пар, дымовые газы) или электроэнергии.)
Расчёт. Воздух для отопления подается в помещение нагретым до такой температуры tг, чтобы в результате его смешения с внутренним воздухом и теплообмена с поверхностью ограждений температура в обслуживаемом помещения не опускалась ниже расчётной. Из основного калориметрического тождества следует, что расчётное количество аккумулированной воздухом теплоты должно быть равно Qп - максимальной теплопотребности для поддержания в помещении расчетной температуры tв в помещении, при расчётной температуре наружного воздуха для проектирования отопления в заданном населённом пункте
Qп =Gот c(tг - tв).
Отсюда расход нагретого воздуха Gот, кг/с, для отопления помещения
Gот = Qп/[с(tг - tв)],
где c - удельная массовая теплоемкость воздуха, равная 1005 Дж/(кг .°С).
Для получения расхода воздуха в кг/ч следует выражение умножить на 3600.
Объем подаваемого воздуха Lот, м3/ч, при температуре tг нагретого воздуха
Lот = Gот/ρг.
Воздухообмен Lп, м3/ч, в помещении несколько отличается от Lот, так как определяется при температуре tВвнутреннего воздуха
Lп = Gот/ρв,
где ρг и ρг - плотность воздуха, кг/м3, при его температуре tг и tв.
Вопрос 6.