Теплообменные аппараты. Классификация, методы расчёта их размеров. Отопительные приборы, их характеристики, размещение в помещениях

Теплообменные аппараты [1, с.72-73]

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В качестве теплоносителей в них используют пар, горячую воду, дымовые газы и другие тела. По принципу действия и конструктивному оформлению теплообменники разделяются на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативные аппараты (рекуператоры) – теплопередача от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит через разделяющую их твёрдую стенку, например, стенку трубы. Примером таких теплообменников могут быть котельный агрегат, нагревательный прибор и т.п.

 

Рис. 5.1

 

В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей теплообменники этого типа подразделяются на противоточные (рис. 5.1а), прямоточные (рис. 5.1б) и перекрёстные (рис. 5.1в)

Регенеративные аппараты (регенераторы) – процесс теплообмена происходит в условиях нестационарного режима. Имеют специальные насадки из огнеупорного кирпича или других материалов, которые поочерёдно омываются то греющим, то нагреваемым теплоносителями. В первом случае насадка регенератора аккумулирует теплоту от греющего теплоносителя, а затем отдаёт её при омывании насадков нагреваемым теплоносителем.

Примером регенеративных теплообменников могут служить регенераторы стекловаренных и мартеновских печей, куперы доменных печей. С помощью таких теплообменников утилизируется теплота отходящих газов агрегатов и экономится топливо.

Смесительные теплообменники – процесс теплообмена осуществляется при непосредственном соприкосновении и перемешивании теплоносителей. Примером смесительных теплообменников могут служить скруббер, градирня – устройства, в которых теплообмен между газом и жидкостью происходит при контакте распыленной на капли жидкости с газом.

Рекуперативные и регенеративные теплообменники называют поверхностными, а смесительные – контактными.

Расчёт теплообменных аппаратов [1, с.73-76]

Тепловые расчёты теплообменников разделяются на проектные (конструктивные) и поверочные.

Целью конструктивного расчёта является определение площади поверхности теплообмена, необходимой для обеспечения заданного теплового потока (при заданных параметрах греющего и нагреваемого теплоносителей).

Поверочный расчёт теплообменника выполняется, если известна поверхность теплообмена, начальные температуры теплоносителей, их теплоёмкости и расход, а определяемыми являются конечные температуры теплоносителей и передаваемый тепловой поток.

Тепловой расчёт теплообменного аппарата базируется на двух основных уравнениях: теплового баланса и теплопередачи.

При конструктивном тепловом расчёте площадь рабочей поверхности теплообменника F, м², определяется из основного уравнения теплопередачи:

 

F=Q/(kDt_ср), (5.1)

 

где: Q – тепловой поток через поверхность теплообмена, Вт;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²К;

Dt_ср - средний температурный напор по всей поверхности нагрева, °С.

Из этого уравнения следует, что при определении поверхности теплообмена задача сводится к вычислению коэффициента k и среднего по всей поверхности температурного напора Dt_ср.

Коэффициент теплопередачи k зависит от вида и скорости движения теплоносителя, параметров его состояния, материала стенок, через которые передаётся теплота, от степени их загрязнения и др.

В процессе теплообмена температура теплоносителей не остаётся постоянной. Поэтому величина движущей силы теплообмена – температурного напора по длине аппарата меняется и зачастую существенно. В расчётах аппаратов используется среднее значение температурного напора Dt_ср. Если отношение разности температур теплоносителей на входе в аппарат и на выходе из него не превышает 1,7, то Dt_ср определяется как среднеарифметическое большего (Dt_б) и меньшего (Dt_м) перепадов, т.е.:

 

Dt_ср=(Dt_б + Dt_м)/2. (5.2)

 

При Dt_б/Dt_м>1,7, то Dt_ср определяют из выражения:

., (5.3)

 

а температурный напор называется среднелогарифмическим.

Отопительные приборы [1, с.174-188]

Отопительные приборы являются основным элементом системы отопления и должны отвечать комплексу требований.

Теплотехнические требования. Отопительные приборы должны хорошо передавать теплоту от теплоносителя (воды или пара) отапливаемым помещениям, т.е. чтобы коэффициент теплопередачи их был как можно выше (не менее 9-10 Вт/м²К). Для современных конструкций отопительных приборов он находится в пределах 4,5-17 Вт/м²К.

Санитарно-гигиенические требования. Конструкция и форма (вид) поверхности прибора не должны приводить к скоплению пыли и позволяли её легко удалять.

Технико-экономические требования: минимальная заводская стоимость; минимальный расход металла; соответствие конструкции прибора требованиям технологии их массового производства; секционность, позволяющая компоновать прибор с требуемой площадью поверхности нагрева.

Архитектурно-строительные требования. Сокращение площади, занимаемой отопительными приборами, и обеспечение их приятного внешнего вида.

Монтажные требования. Конструкция прибора должна благоприятствовать автоматизации производства и быть удобной в монтаже. Приборы должны быть прочными, удобными для транспортировки и монтажа, а их стенки паро- и водонепроницаемыми, температуроустойчивыми.

Отопительные приборы, применяемые в системах центрального отопления, подразделяются:

- по преобладающему способу теплоотдачи:

· радиационные (подвесные панели);

· конвективно-радиационные (приборы с гладкой внешней поверхностью);

· конвективные (конвекторы с ребристой поверхностью и ребристые трубы);

- по виду материала:

· металлические (чугунные из серого чугуна и стальные из листовой стали и стальных труб);

· малометаллические (комбинированные);

· неметаллические (керамические радиаторы, бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми трубами или с пустотами, вообще без труб и др.);

- по характеру внешней поверхности:

· гладкие (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы);

· ребристые (конвекторы, ребристые трубы, калориферы).

Радиаторы чугунные. Промышленность выпускает секционные и блочные чугунные радиаторы. Секционные радиаторы собирают из отдельных секций, блочные – из блоков в две-четыре секции. Секции радиаторов, в зависимости от числа вертикальных каналов, подразделяются на одно-, двух- и многоканальные. Наибольшее распространение получили двухканальные секции (лучше отвечают санитарно-гигиеническим требованиям).

Отдельные блоки или секции соединяют между собой посредством ниппелей из ковкого чугуна, имеющих наружную правую и левую резьбу и два выступа внутри для ключа. Ниппели ввёртывают одновременно вверху и внизу в две секции или в два блока.

 

Рис. 5.2

 

Наиболее распространены чугунные радиаторы МС-140, МС-90, М-90 с двумя колоннами по глубине (рис. 5.2).

Радиаторы МС-140 и МС-90 рассчитаны на избыточное давление до 0,9 МПа, что расширяет область их применения, все остальные чугунные радиаторы – до 0,6 МПа. У всех названных радиаторов в отличие от снятого с производства радиатора М-140-АО отсутствует межколонное оребрение, что наряду с другими конструктивными особенностями определяет их улучшенные гигиенические и эстетические качества.

По монтажной высоте радиаторы подразделяют на высокие – 1000 мм, средние – 500 мм, низкие – 300 мм. Наиболее широко применяют средние радиаторы. Каждый радиатор имеет четыре чугунные пробки, ввёрнутые в ниппельные отверстия крайних секций; две из них – сквозные, с внутренней резьбой 15-20 мм – служат для присоединения приборов к трубопроводам.

 

Рис. 5.3

Рис. 5.4

 

Производство чугунных радиаторов требует большого расхода металла, приводит к загрязнению окружающей среды, они трудоёмки в изготовлении и монтаже. Поэтому, несмотря на их достоинства (коррозионностойкость, отлаженность технологии изготовления и др.) их производство сокращается.

Радиаторы стальные. Промышленностью выпускаются однорядные и двухрядные стальные панельные радиаторы: штампованные колончатые типа РСВ1 и штампованные змеевиковые типа РСГ2.

Однорядный стальной штампованный радиатор типа РСВ1 (рис. 5.3а) состоит из двух штампованных стальных листов толщиной 1,4-1,5 мм, соединённых между собой контактной сваркой и образующих ряд параллельных вертикальных каналов, объединённых сверху и снизу горизонтальными коллекторами.

Панель стального радиатора РСГ2 (рис. 5.3б), как и радиатора РСВ1 состоит из двух стальных листов толщиной 1,4-1,5 мм, соединённых между собой контактной сваркой и образующих ряд горизонтальных каналов для прохода теплоносителя.

Стальные радиаторы типа РСВ1 и РСГ2 по сравнению с литыми чугунными имеют примерно вдвое меньшую массу, на 25-30% дешевле, на транспортирование и монтаж требуются меньшие затраты. Благодаря малой строительной глубине их удобно устанавливать открыто под окнами и у стены.

Область применения стальных радиаторов-панелей ограничена системами отопления, использующими обработанную теплофикационную воду, корродирующее действие которой незначительно.

Ребристые трубы. Ребристые трубы изготавливают чугунными длиной 0,5; 0,75; 1; 1,5 и 2 м с круглыми рёбрами и поверхностью нагрева 1; 1,5; 2; 3 и 4 м² (рис. 5.4). На концах трубы предусмотрены фланцы для присоединения их к фланцам трубопроводов системы отопления.

Оребрённость прибора увеличивает теплоотдающую поверхность, но затрудняет очистку его от пыли и понижает коэффициент теплопередачи. Ребристые трубы в помещениях с продолжительным пребыванием людей не устанавливают.

Рис. 5.5

Конвекторы. В последние годы стали широко применяться конвекторы – отопительные приборы, передающие теплоту в основном конвективным путём.

Конвектор «Аккорд» (рис. 5.5) – предназначен для систем отопления жилых, общественных и производственных зданий с температурой теплоносителя до 150°С и давлением до 1 МПа. Состоит из двух электросварных труб диаметром 20 мм и П-образных пластин оребрения, изготовляемых из листовой стали толщиной 0,8 мм. Поверхность конвекторов покрывается эмалью ПФ-115.

Выпускается восемь типоразмеров конвекторов (проходных и концевых) в однорядном исполнении с площадью поверхности 0,98-3,26 м² и восемь типоразмеров конвекторов (концевых) в двухрядном по высоте исполнении с площадью поверхности нагрева 1,95-6,50 м². Высота конвекторов 300 мм (однорядного) и 645 мм (двухрядного).

Конвектор «Север» по конструкции аналогичен конвектору «Аккорд», но П-образные пластины штампуются из дюралюминиевой ленты или листа толщиной 1 мм. Выпускается 18 типоразмеров конвекторов «Север» (проходных и концевых).

Также выпускаются промышленностью и другие типы конвекторов - конвектор «Ритм» с кожухом напольный низкий, предназначенный для общественных зданий; «Комфорт»; КВ; «Универсал» и другие.

Размещение и установка отопительных приборов в помещении [1, с.188-193]

Отопительные приборы системы центрального отопления размещают у наружных стен (рис. 5.6), преимущественно под окнами, так как в результате уменьшаются холодные токи воздуха вблизи окон. С целью минимального выступа приборов в помещение в стене часто делают ниши глубиной до 130 мм. При такой глубине коэффициент теплопередачи прибора принимают такой же, как и для прибора, установленного без ниши.

Тип отопительного прибора выбирают в соответствии с характером и назначением данного здания и помещения. При повышенных санитарно-гигиенических требованиях рекомендуются приборы с гладкой поверхностью, лучше всего панельные, совмещённые со строительными конструкциями; при нормальных санитарно-гигиенических требованиях можно применять приборы с гладкой и с ребристой поверхностью, причём следует выбирать не более одного-двух типов приборов для всего здания; при пониженных санитарно-гигиенических требованиях в помещениях, предназначенных для кратковременного пребывания людей, используются приборы любого вида, предпочтение следует отдавать приборам с высокими технико-экономическими показателями.

 

Рис. 5.6

 

Рекомендации по выбору отопительных приборов и предельная температура на их поверхности приведены в приложении 10 [4].

 

Лекция 6

 

Системы отопления. Классификация и характеристики различных систем отопления. Теплопроводы систем отопления, их размещение

Системы отопления. Общие сведения [1, с.121-123]

Система отопления (СО) представляет собой комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Каждая СО включает в себя три основных элемента (рис. 6.1): теплогенератор 1, служащий для получения теплоты и передачи её теплоносителю; система теплопроводов 2 для транспортировки по ним теплоносителя от теплогенератора к отопительным приборам; отопительные приборы 3, передающие теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения 4.

В качестве теплогенератора для СО может служить отопительный котельный агрегат, в котором сжигается топливо, а выделяющаяся теплота передаётся теплоносителю, или любой другой теплообменный аппарат, использующий иной, чем в СО теплоноситель.

Требования к СО:

 

Рис. 6.1

 

- санитарно-гигиенические – обеспечение требуемых соответствующими нормами температур воздуха в помещении и поверхностей наружных ограждений;

- экономические – обеспечение минимума приведенных затрат по сооружению и эксплуатации, минимальный расход металла;

- строительные – обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и инструктивным решениям здания;

- монтажные – обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров;

- эксплуатационные – простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надёжность, безопасность и бесшумность действия;

- эстетические – хорошая сочетаемость с внутренней архитектурной отделкой помещения, минимальная площадь, занимаемая СО.

Классификация систем отопления [1, с.123-128]

1. По взаимному расположению основных элементов СО.

- центральные – предназначены для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор (котельная, ТЭЦ). В таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельные помещения здания. Теплота при этом через отопительные приборы передаётся воздуху отапливаемых помещений, а теплоноситель возвращается в тепловой пункт.

Центральными могут быть системы водяного, парового и воздушного отопления. Примером центральной СО может служить система водяного отопления здания с собственной (местной) котельной.

- местные – такие СО, в которых все три основных элемента конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении.

Примером местной СО может служить отопительная печь (теплогенератор – топливник; теплопроводы – газоходы печи; отопительные приборы – стенки печи). Кроме того, к местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, а также воздушно-отопительными агрегатами.

2. По виду теплоносителя.

- водяные;

- паровые;

- воздушные;

- комбинированные (пороводяные, паровоздушные).

3. По способу циркуляции теплоносителя.

- с естественной циркуляцией – за счёт разности плотностей холодного и горячего теплоносителя;

- с искусственной циркуляцией – за счёт работы насоса.

4. По параметрам теплоносителя.

- водяные низкотемпературные – с водой, нагретой до 100°С;

- водяные высокотемпературные – с температурой воды более 100°С;

- паровые низкого давления – давление пара р=0,1-0,17 МПа;

- паровые высокого давления - давление пара р=0,17-0,3 МПа;

- вакуум-паровые - давление пара р<0,1 МПа.

Системы водяного отопления. Устройство, принцип действия [1, с.129-135, 146-151]

 

Рис. 6.2

 

Водяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение. Для уяснения устройства и принципа действия системы водяного отопления рассмотрим схему системы на рис. 6.2.

Вода, нагретая в теплогенераторе (например, котле или другом источнике тепловой энергии) 4 до температуры t_г поступает через теплопровод – главный стояк 5 в подающие магистральные теплопроводы (соединительные трубы между главным стояком и подающими стояками) 6. По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 7 (соединительные трубы между подающими магистралями и подающими подводками к отопительным приборам). Затем по подающим подводкам (соединительным трубам между стояками и отопительными приборами) 8 горячая вода поступает в отопительные приборы 9, через стенки которых теплота передаётся воздуху помещения. Из отопительных приборов охлаждённая вода с температурой t_о по обратным подводкам 10, обратным стоякам 11 и обратным магистральным теплопроводам 12 возвращается в теплогенератор 4, где она снова подогревается до температуры t_г, и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

В системе отопления имеется расширительный бак 1, предназначенный для вмещения прироста объёма воды при её нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу как при заполнении системы водой, так и в период её эксплуатации (в случае открытого расширительного бака). Для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к ним устанавливают регулировочные краны.

Как видно из вышеизложенного, системы водяного отопления включают в себя следующие основные элементы: теплогенератор, главный стояк, магистральные теплопроводы, стояки (ветви), подводки, отопительные приборы, расширительный бак, запорно-регулирующую арматуру.

Системы водяного отопления классифицируют по следующим признакам:

- по способу создания циркуляции – с естественной циркуляцией (гравитационные) и с искусственной циркуляцией (насосные);

- по схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь – двухтрубные (отопительные приборы присоединены по теплоносителю параллельно) и однотрубные (приборы присоединены по теплоносителю последовательно);

- по направлению объединения отопительных приборов – вертикальные (приборы, расположенные на разных этажах последовательно присоединяются к общему вертикальному теплопроводу-стояку) и горизонтальные (к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже);

- по месту расположения подающих и обратных магистралей – с верхним расположением подающих магистралей (верхняя разводка) (подающие - по чердаку или под потолком верхнего этажа, обратные – по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах) и с нижним расположением обеих магистралей (нижняя разводка) (по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах);

- по направлению движения воды в подающих и обратных магистралях – тупиковые (горячая и охлаждённая вода в магистралях движется в противоположных направлениях) и с попутным движением.

Теплопроводы систем отопления [1, с.136-145]

В системах центрального отопления трубы предназначены для подачи в отопительные приборы и отвода из них расчётного количества теплоносителя, поэтому их называют теплопроводами.

Теплопроводы вертикальных систем отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки к отопительным приборам. В горизонтальных системах также имеются и горизонтальные ветви.

В системах центрального отопления рекомендуются к использованию при теплоносителе воде и наружных диаметрах до 60 мм стальные неоцинкованные (чёрные) водогазопроводные лёгкие трубы, а при теплоносителе паре – обыкновенные трубы (ГОСТ 3262-75*). Электросварные трубы (по ГОСТ 10704-76*) могут применяться как при воде, так и при паре независимо от диаметра. Наиболее распространение в технике отопления имеют трубы водогазопроводные обыкновенные. Трубы электросварные применяются в основном для магистральных теплопроводов. Соединяются они посредством сварки и с помощью фланцев.

Водогазопроводные трубы отличаются более толстыми стенками (что позволяет нарезать на концах труб резьбу). Для соединения водогазопроводных труб, изменения их направления и диаметра применяют соединительные части (муфты, тройники, крестовины, футорки).

 

Рис. 6.3

 

Теплопроводы систем отопления следует прокладывать открыто; скрытая прокладка (в бороздах) должна быть обоснована (например, для помещений, к которым предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования). Трубы, проходящие через перекрытия, внутренние стены и т.п. прокладывают в гильзах, чтобы обеспечить их свободное перемещение при температурном расширении.

Размещение стояков. Стояки размещают, как правило, у наружных стен, в угловых помещениях – в холодных углах.

Размещение магистралей. Определяется назначением и шириной здания, видом системы отопления. В производственных зданиях магистрали прокладывают по стенам, колоннам под потолком, в средней зоне или у пола. В ряде случаев по технологическим соображениям магистрали размещают в технических этажах и подпольных каналах.

Схемы прокладки магистральных трубопроводов систем водяного отопления гражданских зданий показаны на рис. 6.3 (а,б,в – на чердаках; г, д, е – в подвалах; а, б, г, д – тупиковая схема; в, е – попутная схема движения теплоносителя).

Компенсация удлинения теплопроводов. Поскольку температура теплоносителя в СО составляет 30-150°С, то стальные теплопроводы, нагреваясь, удлиняются.

Температурное удлинение теплопроводов, Dl, мм, определяется по формуле:

 

Dl=a(t₁-t₂)l, (6.1)

 

где: a - коэффициент линейного расширения мягкой стали, равный 0,012 мм/(м°С);

t₁ - температура теплопроводов, °С;

t₂ - температура воздуха, окружающего теплопровод, °С;

l - длина участка теплопровода, м.

В системах водяного отопления, где колебания температуры и длина прямолинейных участков сравнительно невелики, а также имеется много углов и поворотов, компенсаторы не требуются. В зданиях высотой более семи этажей для компенсации удлинения стояков, главных стояков и длинных прямолинейных участков магистралей применяют П-образные компенсаторы, размеры которых рассчитывают.

Изоляция теплопроводов. При прокладке теплопроводов в местах, где возможно замерзание теплоносителя или где наличие горячих поверхностей опасно в пожарном отношении, а также для снижения бесполезных потерь теплоты на участках, где теплоотдача не нужна, теплопроводы покрывают теплоизоляцией. На теплопроводы наносят мастику (материал в тестообразном состоянии), либо обматывают их слоем стекловаты или теплоизоляционными жгутами и лентами, либо покрывают заранее заготовленными сегментами.

Уклоны теплопроводов. Чтобы обеспечить удаление воздуха из системы водяного отопления, попадающего в неё при заполнении системы, а также растворённого в воде, теплопроводы прокладывают с уклоном к горизонтали не менее 0,002 (2 мм на 1 м длины). В системах водяного отопления с естественной циркуляцией уклон увеличивают до 0,05-0,01. Иногда по местным условиям допускается прокладка теплопроводов горизонтально (без уклонов). При этом должна быть обеспечена скорость движения воды более 0,25 м/с.

Запорно-регулирующая арматура. Для пуска системы в работу по частям, а также выключения отдельных ветвей системы для ремонта на магистральных теплопроводах устанавливают вентиля, задвижки или краны пробковые сальниковые (рис. 6.4а, в). На стояках систем водяного отопления для гидравлической регулировки, отключения и опорожнения их ставятся запорные прямоточные вентили с косым шпинделем (рис. 6.4б) и краны пробковые сальниковые бронзовые (рис. 6.4в).

 

Рис. 6.4

 

В зданиях высотой до трёх этажей отключающая арматура на стояках не ставится, за исключением лестничных клеток, где она должна быть предусмотрена независимо от этажности здания.

На подводках к приборам двухтрубных систем водяного отопления устанавливают краны двойной регулировки типа КРДШ (рис. 6.4г) и типа «Термис», обладающие повышенным гидравлическим сопротивлением, что способствует равномерности распределения воды по отопительным приборам.

На подводках к приборам однотрубных систем водяного отопления используют трёхходовые краны КРТП (рис. 6.4е) и КРПШ (с поворотной заслонкой и шиберные), обладающие пониженным гидравлическим сопротивлением, что обеспечивает затекание в отопительные приборы достаточного количества воды для их хорошего прогрева.

Удаление воздуха из СО.

 

Лекция 7

 

Гидравлический расчёт систем отопления

Общие положения [1, с.151-159]

Системы отопления (СО) представляют собой разветвлённую сеть теплопроводов, выполняющих важную функцию распределения теплоносителя по отопительным приборам. Целью гидравлического расчёта является определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчётном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.

При движении реальной жидкости по трубам всегда имеют место потери давления на преодоление сопротивления двух видов – на трение и в местных сопротивлениях. К местным сопротивлениям относятся тройники, крестовины, отводы, вентиля, краны, отопительные приборы, котлы и т.д. (другими словами, это локальные элементы системы, в которых скорость движения теплоносителя изменяется или по величине, или по направлению).

Потери давления R _т, Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом теплоносителя и неизменным диаметром, определяется по формуле:

 

, (7.1)

 

где: d – диаметр теплопровода, м;

l - коэффициент гидравлического трения;

w – скорость движения теплоносителя, м/с;

r - плотность теплоносителя, кг/м³;

R – удельные потери давления, Па/м;

l - длина участка теплопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па, определяются так:

 

, (7.2)

 

где: Sz – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке теплопровода.

Суммарные потери давления, возникающие при движении теплоносителя в теплопроводе циркуляционного кольца, должны быть меньше расчётно-циркуляционного давления, устанавливаемого для данной системы. Под расчётным циркуляционным давлением понимается давление, необходимое для поддержания принятого гидравлического режима СО.

При расчёте главного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении циркуляционного контура) рекомендуется предусматривать запас давления на неучтённые сопротивления, но не более 10% расчётного давления:

 

S(Rl+Z) _гцк =0,9Dр_р. (7.3)

Методика гидравлического расчёта [1, с.159-171]

1. До гидравлического расчёта теплопроводов выполняют аксонометрическую схему СО со всей запорно-регулирующей арматурой. К составлению такой схемы приступают после того, как:

- подсчитана тепловая мощность СО здания;

- выбран тип отопительных приборов и определено их число для каждого помещения;

- размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, подающие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала – подающие и обратные магистрали;

- выбрано место для теплового пункта или котельной;

- показано на плане чердака или верхнего этажа (при совмещённой крыше) размещение расширительного бака и приборов воздухоудаления.

На планах этажей, чердака и подвала подающие и обратные стояки СО должны быть пронумерованы, а на аксонометрической схеме кроме стояков нумеруют все расчётные участки циркуляционных колец, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка.

Расчётным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимается кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах – кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка.

 

3. Определяют расчётное циркуляционное давление Dр_р.

 

Dр_р = Dр_нас+Dр_е = Dр_нас+E(Dр_е.пр+Dр_е.тр). (7.4)

 

где: Dр_нас – циркуляционное давление, создаваемое насосом или элеватором, Па;

E – коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчётных условиях;

Dр_е.пр – давление, возникающее в системе за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па;

Dр_е.тр – давление, возникающее в системе за счёт охлаждения воды в теплопроводах, Па.

4. При расчёте по методу удельных потерь давления для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу:

 

, (7.5)

 

где: k – коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления от общей величины расчётного циркуляционного давления (k =0,35 – для СО с искусственной циркуляцией, k =0,5 – для СО с естественной циркуляцией);

Sl – общая длина расчётного циркуляционного кольца;

Dр_р – расчётное циркуляционное давление, Па.

5. Определяют расходы воды на расчётных участках G_уч, кг/ч:

 

, (7.6)

где: Q_уч – тепловая нагрузка участка, составленная из тепловых нагрузок отопительных приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой, Вт;

c – теплоёмкость воды, кДж/(кг×К);

t_г-t_о – перепад температур воды в системе, °С;

b₁ и b₂ – коэффициенты, учитывающие условия установки отопительных приборов;

3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученные значения R_ср и G_уч с помощью специальных таблиц можно подобрать оптимальные диаметры труб расчётного кольца. Обычно все данные, получаемые при расчёте теплопровода, заносят в специальную таблицу.

При расчёте отдельных участков теплопровода необходимо иметь в виду следующее:

- местные сопротивления тройников и крестовин относят к расчётным участкам с меньшим расходом теплоносителя;

- местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним участке.

Если по произведённому расчёту с учётом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше расчётного давления Dр_р, то на отдельных участках кольца следует изменить диаметры труб.

После расчёта главного циркуляционного кольца рассчитывают параллельные циркуляционные кольца, которые состоят из участков главного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих) участков, ещё не рассчитанных. Производится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллельно соединённых дополнительных участках других колец и не общих участках главного кольца.

 

Лекция 8

 

Вентиляция помещений. Элементы систем вентиляции. Расчёт размеров вентиляционных каналов. Кондиционирование воздуха

Общие сведения о вентиляции [1, с.159-171]

Современные условия жизни человека требуют эффективных искусственных средств оздоровления воздушной среды. Этой цели служит техника вентиляции.

Система вентиляции – комплекс инженерных систем и организационных мероприятий, направленных на создание в помещении воздушной среды, удовлетворяющей требованиям санитарных норм. Этого добиваются в результате удаления загрязнённого воздуха из помещения и подачи чистого наружного воздуха.

К факторам, вредное действие которых устраняется с помощью вентиляции, относятся:

- избыточная теплота (конвекционная, вызывающая повышение температуры воздуха, и лучистая);

- избыточная влага – водяные пары, содержащиеся в воздухе;

- газы и пары химических веществ общетоксического или раздражающего действия;

- токсичная и нетоксичная пыль;

- радиоактивные вещества.

Воздухообменом n называется частичная или полная замена воздуха, содержащего вредные выделения, чистым атмосферным воздухом. Количество воздуха L, подаваемого или удаляемого за 1 ч из помещения, отнесённое к его внутреннему объёму V _п, принято называть кратностью воздухообмена. При этом знаком (+) обозначается воздухообмен по притоку, знаком (-) – по вытяжке, т.е.:

±n=L/V _п, (8.1)

Так, если говорят, что кратность воздухообмена равна, например, +2 или –3, то это значит, что в это помещение за 1 ч подаётся двукратное и удаляется из него трёхкратное к объёму помещения количество воздуха.

Классификация систем вентиляции [1, с.159-171]

Системы вентиляции подразделяются:

- по назначению – на приточные (подача чистого наружного воздуха в помещение) и вытяжные (удаление из помещения