Файл: Ударственный университет транспорта а. Б. Невзорова теплогазоснабжение, отопление и вентиляция.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 110
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА А. Б. НЕВЗОРОВА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ, ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ
Утверждено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебника для студентов учреждений высшего образования
по специальностям Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, Промышленное и гражданское строительство, Экспертиза и управление недвижимостью Гомель 2014
2
УДК 697.1/8(075.8)
ББК 38.762.1
Н Рецензенты кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция Полоцкого государственного университета (завкафедрой кандидат технических наук, доцент Т. И. Королева завкафедрой Теплогазоснабжение и вентиляция
УО Брестский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент В. Г. Новосельцев
Невзорова, А. Б. Н Теплогазоснабжение, отопление и вентиляция : учеб. / А. Б. Невзорова ;
М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. унт трансп. – Гомель :
БелГУТ, 2014. – 279 с.
ISBN 978-985-554-323-8 Рассмотрены теоретические и практические вопросы по обеспечению теплового режима зданий, теплотехнического расчета ограждающих конструкций, проектирования систем отопления и вентиляции зданий с учетом энергосберегающих технологий, приведены обзор систем кондиционирования воздуха, сведения по тепло- и газоснабжению зданий и основам эксплуатации соответствующего оборудования и систем. Предназначено для студентов учреждений высшего образования по специальностям Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, Промышленное и гражданское строительство, Экспертиза и управление недвижимостью. Будет полезно студентам других специальностей и заинтересованным в этой области читателям.
УДК 697.1/.8(075.8)
ББК 38.762.1
ISBN 978-985-554-323-8
© Невзорова А. Б, 2014
3
© Оформление. УО «БелГУТ», 2014 ОГЛАВЛЕНИЕ ОТ АВТОРА.
6
1 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ
8 1.1 Понятие о тепловом комфорте помещения.
8 1.2 Условия комфортности температурной обстановки в помещении.
11 1.3 Формирование микроклимата помещения в зависимости от влажности и подвижности воздуха
13 1.4 Инженерные системы, обеспечивающие нормативные параметры микроклимата
15 1.5 Характеристика наружного климата холодного периода года
15
2 СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА. 18 2.1 Основы теории теплопередачи. 18 2.2 Теплозащитные свойства ограждающих конструкций. 22 2.3 Сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче. 24 2.4 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. 27 2.5 Воздухопроницаемость конструкций дома.
32 2.6 Учет влажности материалов при расчете теплопередачи. 35 2.7 Теплоустойчивость ограждений. 35
3 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ.
37 3.1 Общие сведения об отоплении. 37 3.2 Общие сведения о теплообменных аппаратах. 39 3.3 Общая классификация систем отопления. 41 3.4 Основные принципы выбора и проектирования систем отопления. 44 3.5 Область применения парового отопления. 46 3.6 Воздушное отопление 48 3.6.1 Основные схемы 50 3.6.2 Расчет количества и температуры воздуха 52 3.6.3 Отопительные агрегаты 55 3.7 Панельно-лучистое отопление. 56 3.7.1 Потолочные и стеновые панели. 59 3.7.2 Напольное отопление. 61 3.8 Местное отопление. 62 3.8.1 Печное отопление. 62 3.8.2 Инфракрасное отопление 68 3.8.3 Электрическое отопление. 72
4 ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 74 4.1 Тепловой баланс помещения. 74
4 4.2 Определение площади ограждений. 75 4.3 Потери теплоты через ограждающие конструкции помещений 76 4.4 Удельная тепловая характеристика здания. 78 4.5 Удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий
80
5 ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. 81 5.1 Требования, предъявляемые к отопительным приборам.
81 5.2 Классификация отопительных приборов. 82 5.3 Характеристика отопительных приборов 84 5.4 Выбор и размещение отопительных приборов. 93 5.5 Определение площади поверхности отопительных приборов. 97 5.6 Основные типы приборных узлов и способы их подключения. 102 5.7 Регулирование теплоотдачи отопительных приборов 105
6 СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ. 110 6.1 Теплопроводы системы отопления размещение и прокладка в здании. 110 6.2 Размещение запорно-регулирующей арматуры. 114 6.3 Материал теплопроводов. 115 6.4 Удаление воздуха из системы отопления 118 6.5 Классификация и основные схемы систем водяного отопления. 123 6.6 Поквартирная разводка систем отопления. 129 6.7 Отопление высотных зданий. 134 6.8 Гидравлический расчет типовых систем водяного отопления. 139 6.9 Особенности гидравлического расчета поквартирных систем водяного отопления 147
7 ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ. 152 7.1 Требования к воздушной среде помещения 152 7.2 Назначение вентиляции и классификация вентиляционных систем. 156 7.3 Исходные данные для расчета вентиляции. 163 7.4 Определение воздухообмена в помещениях 164 7.5 Схемы организации воздухообмена. 166 7.6 Естественная вентиляция в жилых зданиях. 169 7.7 Вентиляционные каналы. 171 7.8 Аэродинамический расчет воздуховодов 172 7.9 Механическая вентиляция для жилых зданий 176 7.10 Рекуператоры (теплоутилизаторы).………………………………………… 180 7.11 Воздушно-тепловые завесы. 184 7.12 Механическая вентиляция промышленных зданий. 188 7.13 Оборудование систем вентиляции. 190
8 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА. 192 8.1 Классификация систем кондиционирования воздуха 192 8.2 Типы кондиционеров. 193 8.3 Принцип действия кондиционера 199 8.4 Подбор кондиционеров. 200 8.5 Инверторный кондиционер. 200 8.6 Расчет мощности кондиционера для внутренних помещений гражданских зданий. 201 8.7 Проект системы кондиционирования
5
9 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ. 206 9.1 Общие сведения о видах топлива и его свойствах. 206 9.2 Системы теплоснабжения и потребление тепловой энергии. 208 9.3 Классификация тепловых сетей 211 9.4 Способы прокладки тепловых сетей 213 9.5 Строительные работы, выполняемые при прокладке тепловых сетей. 219 9.6 Присоединение потребителей к тепловым сетям 219 9.7 Регулирование расхода теплоты в системах отопления 221 9.8 Тепловой пункт системы водяного отопления 225 9.9 Схемы присоединения систем водяного отопления к сетям централизованного теплоснабжения.
230 9.10 Теплоснабжение строительных площадок 240 9.11 Нетрадиционные способы теплоснабжения жилых зданий 243 9.12 Энергосбережение в теплоснабжении зданий и сооружений. 246
10 ГАЗОСНАБЖЕНИЕ. 248 10.1 Свойства газа
248 10.2 Устройство газовых сетей. 249 10.3 Прокладка внутридомовых газопроводов 253 10.4 Бытовое и промышленное газовое оборудование 254 10.5 Газовое отопление. 258
11 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 261 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 265 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
266 ПРИЛОЖЕНИЕ А Контрольные вопросы.
269 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчетная температура воздуха и кратность воздухобмена в помещениях жилых зданий (по СНБ 3.02.04−03)…………. 271 ПРИЛОЖЕНИЕ В Нормативные удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых зданий (по СНБ
4.02.01−03).........
272 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Данные для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления
273 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Номограмма для определения потерь давления на трение в круглых воздуховодах естественной вентиляции
275 ПРИЛОЖЕНИЕ Е Основные термины и определения.
276
6 ОТ АВТОРА
истемы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха имеют многовековую историю. Их развитие неразрывно связано с историей человечества, и по их уровню можно косвенно судить об уровне развития цивилизации. Костер (каменный век, камин, печь (начало нашей эры и средние века, воздушное отопление с подачей в помещение теплого воздуха (Римская Империя и XV век, системы водяного и парового отопления (XVII–
XVIII вв.), изобретение отопительного прибора (1855 г, создание лучистого и панельного отопления, развитие систем центрального отопления, теплофикации и централизованного теплоснабжения начало XX века и до наст. вр.). Если говорить о современных зданиях, то они просто немыслимы без систем жизнеобеспечения людей. Сегодня в любом жилом доме или промышленном сооружении предусмотрены не только системы водоснабжения и канализации, но и системы тепло, электро- и газоснабжения. Важность теплотехнической подготовки инженера-строителя определяется тем, что инженерные сети систем жизнеобеспечения например, отопление, вентиляция и др) являются составными технологическими элементами современных зданий и на них приходится значительная часть капитальных вложений, энергетических затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому в учебнике нашли свое отражение современные тенденции проектирования таких систем с учетом энергосберегающих технологий. Особое значение уделяется вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов при оснащении инженерно- технических систем счетчиками, приборами контроля и автоматического поддержания в помещении температуры воздуха с целью обеспечения теплового комфорта. В учебнике дается общая информация о теоретических положениях и структуре всего курса, приводятся основные определения, С
7 раскрываются области практического приложения. Все это позволяет студенту понять место дисциплины среди других учебных курсов, так как учебник написан в соответствии с требованиями образовательных стандартов Республики
Беларусь:
ОСВО
1-70 04 03-2013 специальность Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, ОСВО 1-70 02 01-2013 (специальность Промышленное и гражданское строительство, ОСВО 1-70 02 02-2013 (специальность Экспертиза и управление недвижимостью) для студентов дневного и заочной форм обучения. Согласно стандартам выпускник (современный инженер-строи- тель гражданских и промышленных зданий и сооружений) должен знать условия формирования микроклимата помещений, определение его параметров устройство систем отопления, теплоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха и газоснабжения принципы расчетов систем отопления и естественной вентиляции зданий современные подходы к строительству и прокладке инженерных сетей с использованием новых материалов и конструкций состав строительных работ, выполняемых дои при прокладке инженерных систем. А также уметь рассчитать тепловой баланс помещений зданий выполнять расчеты и анализ тепловлажностного режима ограждающих конструкций зданий принимать решения по проектированию систем отопления и вентиляции жилых зданий выполнять теплотехнический расчет системы водяного отопления и расчет систем естественной вытяжной вентиляции. Представленный в учебнике материал является лишь ориентиром в море разнообразной информации по отоплению, вентиляции и теплогазоснабжению и носит практикоориентированный характер. Поэтому надеюсь, что содержание данного учебника будет полезно не только студентам, но и читателям, интересующимся вопросами, как сделать свои микроклиматические условия проживания более комфортными за счет совершенствования работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования.
Невзорова Алла Брониславовна, доктор технических наук, профессор, декан факультета магистерской подготовки и профориентации
УО Белорусский государственный университет транспорта
8 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ
1
.1 Понятие о тепловом комфорте помещения каждом обогреваемом здании необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований. Тепловым режимом здания называют его общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое как совокупность тепловых условий в помещениях. Тепловой режим может быть равномерным в зданиях с постоянным пребыванием людей, иметь суточные, недельные и другие циклы изменения, связанные с периодической деятельностью людей и использованием зданий. В общем тепловой комфорт можно определить как приятные ощущения человека в отапливаемом пространстве. На тепловые ощущения человека и его комфорт влияют несколько факторов, из которых самими важными являются
– температура воздуха в помещении в (С
– температура внутренних поверхностей, ограничивающих помещение, – t
R
(°C);
– скорость воздуха в помещении –
(мс
– тепловое сопротивление одежды – R
e
(Вт/(м
2
С);
– уровень активности человека – Q (Вт
– относительная влажность среды – (%). Температура воздуха в помещении в обычно относится к первичным критериям оценки теплового состояния отапливаемого помещения. Этот критерий вместе со скоростью перемещения воздуха определяет конвекционную передачу теплового потока от человека к окружающему его пространству. В
1
9 В отапливаемых помещениях при в =18…20 С допускается движение воздуха не более 0,1–0,3 мс. Идеальное отопление должно обеспечить такое вертикальное распределение воздуха в помещении, при котором температура на уровне высоты головы человека приблизительном над полом) была бы примерно на 2 С ниже, чем на уровне 10 см над полом. Значительное влияние на тепловой комфорт человека имеет температура t
R
, которая должна быть такой, чтобы разница температур стен и пола и температуры воздуха составляла не более 7 С, если человек, например, отдыхает, и не более 10 С, если он работает физически. Среднее арифметическое значение эффективной температуры стен и температуры воздуха в помещении можно определить как внутреннюю температуру в помещении t
п
Если влажность воздуха в помещении варьируется в диапазоне
40−60 %, она не влияет на ощущение теплового комфорта человека. Остальные факторы, влияющие на тепловой комфорт в помещении, можно определить как принадлежащие к более широкому набору микроклиматических условий. К ним относятся частицы пыли в воздухе микроорганизмы или бактерии газы, испарения и запахи разного типа содержание ионов в воздухе. Благодаря метаболизму в организме человека непрерывно вырабатывается и передается окружающей среде теплота, причем организм стремится сохранять постоянную температуру тела (36,6 С. Тепловой баланс организма человека складывается из теплоты, вырабатываемой организмом и воспринимаемой им из внешней среды, и расходуемой теплоты, отдаваемой им во внешнюю среду (рисунок
1).
Q = о
+ к
+ и
+ исп
+ Q
в
Рисунок 1 – Схема терморегуляции человека Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит от его физического состояния, рода занятий, окружающей среды, а
Теплопотери через одежду, конвекцию, излучение, испарение, нагрев вдыхаемого воздуха
Теплопродукция
10 также от температуры воздуха, влияющей на конвективный теплообмен, и от температуры, размеров и расположения охлажденных и нагретых поверхностей, определяющих радиационный теплообмен. Оказывают влияние также скорость движения и относительная влажность воздуха в помещении. Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Нормальное протекание физиологических процессов в организме человека возможно лишь тогда, когда выделяемая организмом избыточная теплота непрерывно отводится в окружающую среду, которая способна её полностью воспринять. В этих условиях у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений холода или перегрева. Величина теплообразования в организме изменяется в зависимости от метаболических функций организма, его возраста, работы мышц и ряда других факторов. Второй элемент теплового баланса – теплопотери – находится в прямой связи с микроклиматическими условиями помещения. Так, если воздух помещения имеет низкую температуру, потеря теплоты организмом увеличивается и, наоборот, с повышением температуры воздуха – уменьшается. Нарушение теплового баланса человека ухудшает его самочувствие и трудоспособность. Тепловыделение человека зависит от его возраста, веса, деятельности. В спокойном состоянии взрослый человек отдает окружающей среде 120 Вт, при легкой работе – допри тяжелой – до 500 Вт. Большая доля тепла передается лучеиспусканием (55 %), меньшая – конвекцией (14–30 %) и испарением. Таким образом, тепловой комфорт
– это наиболее предпочтительное (комфортное) тепловое состояние организма человека характеризуется определенным содержанием и распределением теплоты в поверхностных и глубоких тканях тела при минимальном функциональном напряжении системы терморегуляции. Тепловой комфорт является неотъемлемой составляющей частью микроклимата помещения и определяется основными физическими параметрами температурой, влажностью, скоростью движения воздуха. В зависимости от их сочетания они могут быть оптимальными, допустимыми и дискомфортными. Оптимальные параметры микроклимата – сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное
11 тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чему людей, находящихся в помещении. Допустимые параметры микроклимата
– сочетания количественных показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности Условия окружающей среды, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называют дискомфортными.
1.2 Условия комфортности температурной обстановки в помещении Внутренние тепловые условия в помещении (микроклимат) могут быть заданы с 3 позиций комфортность для человека, оптимальность для технологического процесса, комфортно-технологические требования. Рассмотрим первую позицию. Организм имеет систему терморегуляции, позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий. Однако эта способность организма ограничена небольшим интервалом температуры. За расчетную температуру воздуха в принимают температуру на высоте 1,5 мот пола и не ближе 1 мот наружной стены. За радиационную температуру помещения t
R
принимают осредненную по площади температуру внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов. Комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения в отражается в результирующей температуре помещения – t
п
Комфортные условия в помещении условно можно разделить на условия общего и локального теплового комфорта для находящихся в нем людей. В связи с этим различают первое и второе условия комфортности. Первое (общего теплового комфорта) устанавливает связь между
12 радиационной температурой помещения и температурой внутреннего воздуха, при которых человек, находясь в центре обслуживаемой зоны, не испытывает перегрева или переохлаждения. Обычно для спокойного состояния человека температура п должна быть 21–23 С, при легкой работе – 19–20 С, при тяжелой – 14–16 С. Для холодного периода года первое условие характеризуется формулой
t
R
= 1,57 п
– 0,57 в
± 1,5.
(1) Второе условие комфортности определяет локальный тепловой комфорт. Оно ограничивает интенсивность радиационного теплообмена человека, находящегося на границе обслуживаемой зоны, с нагретыми или охлажденными поверхностями. Поэтому второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения, те. в непосредственной близости от этих поверхностей. Влияние температуры вина комфортное состояние человека приведено на рисунке 2. Опытами установлено, что для приблизительного соблюдения условий температурного комфорта понижению температуры в должно соответствовать определенное повышение температуры t
R
. Голова человека чувствительнее к радиационному перегреву и переохлаждению, а для ног важны температура поверхности пола, которая может быть ниже температуры воздуха помещения не более чем на 2–2,5 С, поскольку с ней соприкасается стопа человека, и отсутствие холодных токов воздуха вдоль пола. Радиационная температура поверхностей, t
R Температура воздуха в помещении в
13 Рисунок 2 – Влияние сочетаний температур t
R ив на комфортные условия состояния человека Заметная разница между t
R
ив возникает при панельном лучистом) или воздушном (конвективном) отоплении, а также при сильно развитых холодных поверхностей наружных ограждений в помещении (две и более наружных поверхностей. Комфортные параметры внутреннего микроклимата зависят от индивидуальных характеристики требований людей. Поэтому параметры внутреннего микроклимата должны иметь возможность индивидуального регулирования с целью соответствия субъективным ощущением комфорта потребителя.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА А. Б. НЕВЗОРОВА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ, ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ
Утверждено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебника для студентов учреждений высшего образования
по специальностям Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, Промышленное и гражданское строительство, Экспертиза и управление недвижимостью Гомель 2014
2
УДК 697.1/8(075.8)
ББК 38.762.1
Н Рецензенты кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция Полоцкого государственного университета (завкафедрой кандидат технических наук, доцент Т. И. Королева завкафедрой Теплогазоснабжение и вентиляция
УО Брестский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент В. Г. Новосельцев
Невзорова, А. Б. Н Теплогазоснабжение, отопление и вентиляция : учеб. / А. Б. Невзорова ;
М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. унт трансп. – Гомель :
БелГУТ, 2014. – 279 с.
ISBN 978-985-554-323-8 Рассмотрены теоретические и практические вопросы по обеспечению теплового режима зданий, теплотехнического расчета ограждающих конструкций, проектирования систем отопления и вентиляции зданий с учетом энергосберегающих технологий, приведены обзор систем кондиционирования воздуха, сведения по тепло- и газоснабжению зданий и основам эксплуатации соответствующего оборудования и систем. Предназначено для студентов учреждений высшего образования по специальностям Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, Промышленное и гражданское строительство, Экспертиза и управление недвижимостью. Будет полезно студентам других специальностей и заинтересованным в этой области читателям.
УДК 697.1/.8(075.8)
ББК 38.762.1
ISBN 978-985-554-323-8
© Невзорова А. Б, 2014
3
© Оформление. УО «БелГУТ», 2014 ОГЛАВЛЕНИЕ ОТ АВТОРА.
6
1 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ
8 1.1 Понятие о тепловом комфорте помещения.
8 1.2 Условия комфортности температурной обстановки в помещении.
11 1.3 Формирование микроклимата помещения в зависимости от влажности и подвижности воздуха
13 1.4 Инженерные системы, обеспечивающие нормативные параметры микроклимата
15 1.5 Характеристика наружного климата холодного периода года
15
2 СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА. 18 2.1 Основы теории теплопередачи. 18 2.2 Теплозащитные свойства ограждающих конструкций. 22 2.3 Сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче. 24 2.4 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. 27 2.5 Воздухопроницаемость конструкций дома.
32 2.6 Учет влажности материалов при расчете теплопередачи. 35 2.7 Теплоустойчивость ограждений. 35
3 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ.
37 3.1 Общие сведения об отоплении. 37 3.2 Общие сведения о теплообменных аппаратах. 39 3.3 Общая классификация систем отопления. 41 3.4 Основные принципы выбора и проектирования систем отопления. 44 3.5 Область применения парового отопления. 46 3.6 Воздушное отопление 48 3.6.1 Основные схемы 50 3.6.2 Расчет количества и температуры воздуха 52 3.6.3 Отопительные агрегаты 55 3.7 Панельно-лучистое отопление. 56 3.7.1 Потолочные и стеновые панели. 59 3.7.2 Напольное отопление. 61 3.8 Местное отопление. 62 3.8.1 Печное отопление. 62 3.8.2 Инфракрасное отопление 68 3.8.3 Электрическое отопление. 72
4 ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 74 4.1 Тепловой баланс помещения. 74
4 4.2 Определение площади ограждений. 75 4.3 Потери теплоты через ограждающие конструкции помещений 76 4.4 Удельная тепловая характеристика здания. 78 4.5 Удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий
80
5 ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. 81 5.1 Требования, предъявляемые к отопительным приборам.
81 5.2 Классификация отопительных приборов. 82 5.3 Характеристика отопительных приборов 84 5.4 Выбор и размещение отопительных приборов. 93 5.5 Определение площади поверхности отопительных приборов. 97 5.6 Основные типы приборных узлов и способы их подключения. 102 5.7 Регулирование теплоотдачи отопительных приборов 105
6 СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ. 110 6.1 Теплопроводы системы отопления размещение и прокладка в здании. 110 6.2 Размещение запорно-регулирующей арматуры. 114 6.3 Материал теплопроводов. 115 6.4 Удаление воздуха из системы отопления 118 6.5 Классификация и основные схемы систем водяного отопления. 123 6.6 Поквартирная разводка систем отопления. 129 6.7 Отопление высотных зданий. 134 6.8 Гидравлический расчет типовых систем водяного отопления. 139 6.9 Особенности гидравлического расчета поквартирных систем водяного отопления 147
7 ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ. 152 7.1 Требования к воздушной среде помещения 152 7.2 Назначение вентиляции и классификация вентиляционных систем. 156 7.3 Исходные данные для расчета вентиляции. 163 7.4 Определение воздухообмена в помещениях 164 7.5 Схемы организации воздухообмена. 166 7.6 Естественная вентиляция в жилых зданиях. 169 7.7 Вентиляционные каналы. 171 7.8 Аэродинамический расчет воздуховодов 172 7.9 Механическая вентиляция для жилых зданий 176 7.10 Рекуператоры (теплоутилизаторы).………………………………………… 180 7.11 Воздушно-тепловые завесы. 184 7.12 Механическая вентиляция промышленных зданий. 188 7.13 Оборудование систем вентиляции. 190
8 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА. 192 8.1 Классификация систем кондиционирования воздуха 192 8.2 Типы кондиционеров. 193 8.3 Принцип действия кондиционера 199 8.4 Подбор кондиционеров. 200 8.5 Инверторный кондиционер. 200 8.6 Расчет мощности кондиционера для внутренних помещений гражданских зданий. 201 8.7 Проект системы кондиционирования
5
9 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ. 206 9.1 Общие сведения о видах топлива и его свойствах. 206 9.2 Системы теплоснабжения и потребление тепловой энергии. 208 9.3 Классификация тепловых сетей 211 9.4 Способы прокладки тепловых сетей 213 9.5 Строительные работы, выполняемые при прокладке тепловых сетей. 219 9.6 Присоединение потребителей к тепловым сетям 219 9.7 Регулирование расхода теплоты в системах отопления 221 9.8 Тепловой пункт системы водяного отопления 225 9.9 Схемы присоединения систем водяного отопления к сетям централизованного теплоснабжения.
230 9.10 Теплоснабжение строительных площадок 240 9.11 Нетрадиционные способы теплоснабжения жилых зданий 243 9.12 Энергосбережение в теплоснабжении зданий и сооружений. 246
10 ГАЗОСНАБЖЕНИЕ. 248 10.1 Свойства газа
248 10.2 Устройство газовых сетей. 249 10.3 Прокладка внутридомовых газопроводов 253 10.4 Бытовое и промышленное газовое оборудование 254 10.5 Газовое отопление. 258
11 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 261 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 265 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
266 ПРИЛОЖЕНИЕ А Контрольные вопросы.
269 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчетная температура воздуха и кратность воздухобмена в помещениях жилых зданий (по СНБ 3.02.04−03)…………. 271 ПРИЛОЖЕНИЕ В Нормативные удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых зданий (по СНБ
4.02.01−03).........
272 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Данные для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления
273 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Номограмма для определения потерь давления на трение в круглых воздуховодах естественной вентиляции
275 ПРИЛОЖЕНИЕ Е Основные термины и определения.
276
6 ОТ АВТОРА
истемы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха имеют многовековую историю. Их развитие неразрывно связано с историей человечества, и по их уровню можно косвенно судить об уровне развития цивилизации. Костер (каменный век, камин, печь (начало нашей эры и средние века, воздушное отопление с подачей в помещение теплого воздуха (Римская Империя и XV век, системы водяного и парового отопления (XVII–
XVIII вв.), изобретение отопительного прибора (1855 г, создание лучистого и панельного отопления, развитие систем центрального отопления, теплофикации и централизованного теплоснабжения начало XX века и до наст. вр.). Если говорить о современных зданиях, то они просто немыслимы без систем жизнеобеспечения людей. Сегодня в любом жилом доме или промышленном сооружении предусмотрены не только системы водоснабжения и канализации, но и системы тепло, электро- и газоснабжения. Важность теплотехнической подготовки инженера-строителя определяется тем, что инженерные сети систем жизнеобеспечения например, отопление, вентиляция и др) являются составными технологическими элементами современных зданий и на них приходится значительная часть капитальных вложений, энергетических затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому в учебнике нашли свое отражение современные тенденции проектирования таких систем с учетом энергосберегающих технологий. Особое значение уделяется вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов при оснащении инженерно- технических систем счетчиками, приборами контроля и автоматического поддержания в помещении температуры воздуха с целью обеспечения теплового комфорта. В учебнике дается общая информация о теоретических положениях и структуре всего курса, приводятся основные определения, С
7 раскрываются области практического приложения. Все это позволяет студенту понять место дисциплины среди других учебных курсов, так как учебник написан в соответствии с требованиями образовательных стандартов Республики
Беларусь:
ОСВО
1-70 04 03-2013 специальность Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, ОСВО 1-70 02 01-2013 (специальность Промышленное и гражданское строительство, ОСВО 1-70 02 02-2013 (специальность Экспертиза и управление недвижимостью) для студентов дневного и заочной форм обучения. Согласно стандартам выпускник (современный инженер-строи- тель гражданских и промышленных зданий и сооружений) должен знать условия формирования микроклимата помещений, определение его параметров устройство систем отопления, теплоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха и газоснабжения принципы расчетов систем отопления и естественной вентиляции зданий современные подходы к строительству и прокладке инженерных сетей с использованием новых материалов и конструкций состав строительных работ, выполняемых дои при прокладке инженерных систем. А также уметь рассчитать тепловой баланс помещений зданий выполнять расчеты и анализ тепловлажностного режима ограждающих конструкций зданий принимать решения по проектированию систем отопления и вентиляции жилых зданий выполнять теплотехнический расчет системы водяного отопления и расчет систем естественной вытяжной вентиляции. Представленный в учебнике материал является лишь ориентиром в море разнообразной информации по отоплению, вентиляции и теплогазоснабжению и носит практикоориентированный характер. Поэтому надеюсь, что содержание данного учебника будет полезно не только студентам, но и читателям, интересующимся вопросами, как сделать свои микроклиматические условия проживания более комфортными за счет совершенствования работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования.
Невзорова Алла Брониславовна, доктор технических наук, профессор, декан факультета магистерской подготовки и профориентации
УО Белорусский государственный университет транспорта
8 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ
1
.1 Понятие о тепловом комфорте помещения каждом обогреваемом здании необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований. Тепловым режимом здания называют его общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое как совокупность тепловых условий в помещениях. Тепловой режим может быть равномерным в зданиях с постоянным пребыванием людей, иметь суточные, недельные и другие циклы изменения, связанные с периодической деятельностью людей и использованием зданий. В общем тепловой комфорт можно определить как приятные ощущения человека в отапливаемом пространстве. На тепловые ощущения человека и его комфорт влияют несколько факторов, из которых самими важными являются
– температура воздуха в помещении в (С
– температура внутренних поверхностей, ограничивающих помещение, – t
R
(°C);
– скорость воздуха в помещении –
(мс
– тепловое сопротивление одежды – R
e
(Вт/(м
2
С);
– уровень активности человека – Q (Вт
– относительная влажность среды – (%). Температура воздуха в помещении в обычно относится к первичным критериям оценки теплового состояния отапливаемого помещения. Этот критерий вместе со скоростью перемещения воздуха определяет конвекционную передачу теплового потока от человека к окружающему его пространству. В
1
9 В отапливаемых помещениях при в =18…20 С допускается движение воздуха не более 0,1–0,3 мс. Идеальное отопление должно обеспечить такое вертикальное распределение воздуха в помещении, при котором температура на уровне высоты головы человека приблизительном над полом) была бы примерно на 2 С ниже, чем на уровне 10 см над полом. Значительное влияние на тепловой комфорт человека имеет температура t
R
, которая должна быть такой, чтобы разница температур стен и пола и температуры воздуха составляла не более 7 С, если человек, например, отдыхает, и не более 10 С, если он работает физически. Среднее арифметическое значение эффективной температуры стен и температуры воздуха в помещении можно определить как внутреннюю температуру в помещении t
п
Если влажность воздуха в помещении варьируется в диапазоне
40−60 %, она не влияет на ощущение теплового комфорта человека. Остальные факторы, влияющие на тепловой комфорт в помещении, можно определить как принадлежащие к более широкому набору микроклиматических условий. К ним относятся частицы пыли в воздухе микроорганизмы или бактерии газы, испарения и запахи разного типа содержание ионов в воздухе. Благодаря метаболизму в организме человека непрерывно вырабатывается и передается окружающей среде теплота, причем организм стремится сохранять постоянную температуру тела (36,6 С. Тепловой баланс организма человека складывается из теплоты, вырабатываемой организмом и воспринимаемой им из внешней среды, и расходуемой теплоты, отдаваемой им во внешнюю среду (рисунок
1).
Q = о
+ к
+ и
+ исп
+ Q
в
Рисунок 1 – Схема терморегуляции человека Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит от его физического состояния, рода занятий, окружающей среды, а
Теплопотери через одежду, конвекцию, излучение, испарение, нагрев вдыхаемого воздуха
Теплопродукция
10 также от температуры воздуха, влияющей на конвективный теплообмен, и от температуры, размеров и расположения охлажденных и нагретых поверхностей, определяющих радиационный теплообмен. Оказывают влияние также скорость движения и относительная влажность воздуха в помещении. Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Нормальное протекание физиологических процессов в организме человека возможно лишь тогда, когда выделяемая организмом избыточная теплота непрерывно отводится в окружающую среду, которая способна её полностью воспринять. В этих условиях у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений холода или перегрева. Величина теплообразования в организме изменяется в зависимости от метаболических функций организма, его возраста, работы мышц и ряда других факторов. Второй элемент теплового баланса – теплопотери – находится в прямой связи с микроклиматическими условиями помещения. Так, если воздух помещения имеет низкую температуру, потеря теплоты организмом увеличивается и, наоборот, с повышением температуры воздуха – уменьшается. Нарушение теплового баланса человека ухудшает его самочувствие и трудоспособность. Тепловыделение человека зависит от его возраста, веса, деятельности. В спокойном состоянии взрослый человек отдает окружающей среде 120 Вт, при легкой работе – допри тяжелой – до 500 Вт. Большая доля тепла передается лучеиспусканием (55 %), меньшая – конвекцией (14–30 %) и испарением. Таким образом, тепловой комфорт
– это наиболее предпочтительное (комфортное) тепловое состояние организма человека характеризуется определенным содержанием и распределением теплоты в поверхностных и глубоких тканях тела при минимальном функциональном напряжении системы терморегуляции. Тепловой комфорт является неотъемлемой составляющей частью микроклимата помещения и определяется основными физическими параметрами температурой, влажностью, скоростью движения воздуха. В зависимости от их сочетания они могут быть оптимальными, допустимыми и дискомфортными. Оптимальные параметры микроклимата – сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное
11 тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чему людей, находящихся в помещении. Допустимые параметры микроклимата
– сочетания количественных показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности Условия окружающей среды, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называют дискомфортными.
1.2 Условия комфортности температурной обстановки в помещении Внутренние тепловые условия в помещении (микроклимат) могут быть заданы с 3 позиций комфортность для человека, оптимальность для технологического процесса, комфортно-технологические требования. Рассмотрим первую позицию. Организм имеет систему терморегуляции, позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий. Однако эта способность организма ограничена небольшим интервалом температуры. За расчетную температуру воздуха в принимают температуру на высоте 1,5 мот пола и не ближе 1 мот наружной стены. За радиационную температуру помещения t
R
принимают осредненную по площади температуру внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов. Комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения в отражается в результирующей температуре помещения – t
п
Комфортные условия в помещении условно можно разделить на условия общего и локального теплового комфорта для находящихся в нем людей. В связи с этим различают первое и второе условия комфортности. Первое (общего теплового комфорта) устанавливает связь между
12 радиационной температурой помещения и температурой внутреннего воздуха, при которых человек, находясь в центре обслуживаемой зоны, не испытывает перегрева или переохлаждения. Обычно для спокойного состояния человека температура п должна быть 21–23 С, при легкой работе – 19–20 С, при тяжелой – 14–16 С. Для холодного периода года первое условие характеризуется формулой
t
R
= 1,57 п
– 0,57 в
± 1,5.
(1) Второе условие комфортности определяет локальный тепловой комфорт. Оно ограничивает интенсивность радиационного теплообмена человека, находящегося на границе обслуживаемой зоны, с нагретыми или охлажденными поверхностями. Поэтому второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения, те. в непосредственной близости от этих поверхностей. Влияние температуры вина комфортное состояние человека приведено на рисунке 2. Опытами установлено, что для приблизительного соблюдения условий температурного комфорта понижению температуры в должно соответствовать определенное повышение температуры t
R
. Голова человека чувствительнее к радиационному перегреву и переохлаждению, а для ног важны температура поверхности пола, которая может быть ниже температуры воздуха помещения не более чем на 2–2,5 С, поскольку с ней соприкасается стопа человека, и отсутствие холодных токов воздуха вдоль пола. Радиационная температура поверхностей, t
R Температура воздуха в помещении в
13 Рисунок 2 – Влияние сочетаний температур t
R ив на комфортные условия состояния человека Заметная разница между t
R
ив возникает при панельном лучистом) или воздушном (конвективном) отоплении, а также при сильно развитых холодных поверхностей наружных ограждений в помещении (две и более наружных поверхностей. Комфортные параметры внутреннего микроклимата зависят от индивидуальных характеристики требований людей. Поэтому параметры внутреннего микроклимата должны иметь возможность индивидуального регулирования с целью соответствия субъективным ощущением комфорта потребителя.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА А. Б. НЕВЗОРОВА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ, ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ
Утверждено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебника для студентов учреждений высшего образования
по специальностям Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, Промышленное и гражданское строительство, Экспертиза и управление недвижимостью Гомель 2014
2
УДК 697.1/8(075.8)
ББК 38.762.1
Н Рецензенты кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция Полоцкого государственного университета (завкафедрой кандидат технических наук, доцент Т. И. Королева завкафедрой Теплогазоснабжение и вентиляция
УО Брестский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент В. Г. Новосельцев
Невзорова, А. Б. Н Теплогазоснабжение, отопление и вентиляция : учеб. / А. Б. Невзорова ;
М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. унт трансп. – Гомель :
БелГУТ, 2014. – 279 с.
ISBN 978-985-554-323-8 Рассмотрены теоретические и практические вопросы по обеспечению теплового режима зданий, теплотехнического расчета ограждающих конструкций, проектирования систем отопления и вентиляции зданий с учетом энергосберегающих технологий, приведены обзор систем кондиционирования воздуха, сведения по тепло- и газоснабжению зданий и основам эксплуатации соответствующего оборудования и систем. Предназначено для студентов учреждений высшего образования по специальностям Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, Промышленное и гражданское строительство, Экспертиза и управление недвижимостью. Будет полезно студентам других специальностей и заинтересованным в этой области читателям.
УДК 697.1/.8(075.8)
ББК 38.762.1
ISBN 978-985-554-323-8
© Невзорова А. Б, 2014
3
© Оформление. УО «БелГУТ», 2014 ОГЛАВЛЕНИЕ ОТ АВТОРА.
6
1 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ
8 1.1 Понятие о тепловом комфорте помещения.
8 1.2 Условия комфортности температурной обстановки в помещении.
11 1.3 Формирование микроклимата помещения в зависимости от влажности и подвижности воздуха
13 1.4 Инженерные системы, обеспечивающие нормативные параметры микроклимата
15 1.5 Характеристика наружного климата холодного периода года
15
2 СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА. 18 2.1 Основы теории теплопередачи. 18 2.2 Теплозащитные свойства ограждающих конструкций. 22 2.3 Сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче. 24 2.4 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. 27 2.5 Воздухопроницаемость конструкций дома.
32 2.6 Учет влажности материалов при расчете теплопередачи. 35 2.7 Теплоустойчивость ограждений. 35
3 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ.
37 3.1 Общие сведения об отоплении. 37 3.2 Общие сведения о теплообменных аппаратах. 39 3.3 Общая классификация систем отопления. 41 3.4 Основные принципы выбора и проектирования систем отопления. 44 3.5 Область применения парового отопления. 46 3.6 Воздушное отопление 48 3.6.1 Основные схемы 50 3.6.2 Расчет количества и температуры воздуха 52 3.6.3 Отопительные агрегаты 55 3.7 Панельно-лучистое отопление. 56 3.7.1 Потолочные и стеновые панели. 59 3.7.2 Напольное отопление. 61 3.8 Местное отопление. 62 3.8.1 Печное отопление. 62 3.8.2 Инфракрасное отопление 68 3.8.3 Электрическое отопление. 72
4 ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 74 4.1 Тепловой баланс помещения. 74
4 4.2 Определение площади ограждений. 75 4.3 Потери теплоты через ограждающие конструкции помещений 76 4.4 Удельная тепловая характеристика здания. 78 4.5 Удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий
80
5 ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. 81 5.1 Требования, предъявляемые к отопительным приборам.
81 5.2 Классификация отопительных приборов. 82 5.3 Характеристика отопительных приборов 84 5.4 Выбор и размещение отопительных приборов. 93 5.5 Определение площади поверхности отопительных приборов. 97 5.6 Основные типы приборных узлов и способы их подключения. 102 5.7 Регулирование теплоотдачи отопительных приборов 105
6 СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ. 110 6.1 Теплопроводы системы отопления размещение и прокладка в здании. 110 6.2 Размещение запорно-регулирующей арматуры. 114 6.3 Материал теплопроводов. 115 6.4 Удаление воздуха из системы отопления 118 6.5 Классификация и основные схемы систем водяного отопления. 123 6.6 Поквартирная разводка систем отопления. 129 6.7 Отопление высотных зданий. 134 6.8 Гидравлический расчет типовых систем водяного отопления. 139 6.9 Особенности гидравлического расчета поквартирных систем водяного отопления 147
7 ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ. 152 7.1 Требования к воздушной среде помещения 152 7.2 Назначение вентиляции и классификация вентиляционных систем. 156 7.3 Исходные данные для расчета вентиляции. 163 7.4 Определение воздухообмена в помещениях 164 7.5 Схемы организации воздухообмена. 166 7.6 Естественная вентиляция в жилых зданиях. 169 7.7 Вентиляционные каналы. 171 7.8 Аэродинамический расчет воздуховодов 172 7.9 Механическая вентиляция для жилых зданий 176 7.10 Рекуператоры (теплоутилизаторы).………………………………………… 180 7.11 Воздушно-тепловые завесы. 184 7.12 Механическая вентиляция промышленных зданий. 188 7.13 Оборудование систем вентиляции. 190
8 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА. 192 8.1 Классификация систем кондиционирования воздуха 192 8.2 Типы кондиционеров. 193 8.3 Принцип действия кондиционера 199 8.4 Подбор кондиционеров. 200 8.5 Инверторный кондиционер. 200 8.6 Расчет мощности кондиционера для внутренних помещений гражданских зданий. 201 8.7 Проект системы кондиционирования
5
9 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ. 206 9.1 Общие сведения о видах топлива и его свойствах. 206 9.2 Системы теплоснабжения и потребление тепловой энергии. 208 9.3 Классификация тепловых сетей 211 9.4 Способы прокладки тепловых сетей 213 9.5 Строительные работы, выполняемые при прокладке тепловых сетей. 219 9.6 Присоединение потребителей к тепловым сетям 219 9.7 Регулирование расхода теплоты в системах отопления 221 9.8 Тепловой пункт системы водяного отопления 225 9.9 Схемы присоединения систем водяного отопления к сетям централизованного теплоснабжения.
230 9.10 Теплоснабжение строительных площадок 240 9.11 Нетрадиционные способы теплоснабжения жилых зданий 243 9.12 Энергосбережение в теплоснабжении зданий и сооружений. 246
10 ГАЗОСНАБЖЕНИЕ. 248 10.1 Свойства газа
248 10.2 Устройство газовых сетей. 249 10.3 Прокладка внутридомовых газопроводов 253 10.4 Бытовое и промышленное газовое оборудование 254 10.5 Газовое отопление. 258
11 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 261 ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 265 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
266 ПРИЛОЖЕНИЕ А Контрольные вопросы.
269 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчетная температура воздуха и кратность воздухобмена в помещениях жилых зданий (по СНБ 3.02.04−03)…………. 271 ПРИЛОЖЕНИЕ В Нормативные удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых зданий (по СНБ
4.02.01−03).........
272 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Данные для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления
273 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Номограмма для определения потерь давления на трение в круглых воздуховодах естественной вентиляции
275 ПРИЛОЖЕНИЕ Е Основные термины и определения.
276
6 ОТ АВТОРА
истемы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха имеют многовековую историю. Их развитие неразрывно связано с историей человечества, и по их уровню можно косвенно судить об уровне развития цивилизации. Костер (каменный век, камин, печь (начало нашей эры и средние века, воздушное отопление с подачей в помещение теплого воздуха (Римская Империя и XV век, системы водяного и парового отопления (XVII–
XVIII вв.), изобретение отопительного прибора (1855 г, создание лучистого и панельного отопления, развитие систем центрального отопления, теплофикации и централизованного теплоснабжения начало XX века и до наст. вр.). Если говорить о современных зданиях, то они просто немыслимы без систем жизнеобеспечения людей. Сегодня в любом жилом доме или промышленном сооружении предусмотрены не только системы водоснабжения и канализации, но и системы тепло, электро- и газоснабжения. Важность теплотехнической подготовки инженера-строителя определяется тем, что инженерные сети систем жизнеобеспечения например, отопление, вентиляция и др) являются составными технологическими элементами современных зданий и на них приходится значительная часть капитальных вложений, энергетических затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому в учебнике нашли свое отражение современные тенденции проектирования таких систем с учетом энергосберегающих технологий. Особое значение уделяется вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов при оснащении инженерно- технических систем счетчиками, приборами контроля и автоматического поддержания в помещении температуры воздуха с целью обеспечения теплового комфорта. В учебнике дается общая информация о теоретических положениях и структуре всего курса, приводятся основные определения, С
7 раскрываются области практического приложения. Все это позволяет студенту понять место дисциплины среди других учебных курсов, так как учебник написан в соответствии с требованиями образовательных стандартов Республики
Беларусь:
ОСВО
1-70 04 03-2013 специальность Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов, ОСВО 1-70 02 01-2013 (специальность Промышленное и гражданское строительство, ОСВО 1-70 02 02-2013 (специальность Экспертиза и управление недвижимостью) для студентов дневного и заочной форм обучения. Согласно стандартам выпускник (современный инженер-строи- тель гражданских и промышленных зданий и сооружений) должен знать условия формирования микроклимата помещений, определение его параметров устройство систем отопления, теплоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха и газоснабжения принципы расчетов систем отопления и естественной вентиляции зданий современные подходы к строительству и прокладке инженерных сетей с использованием новых материалов и конструкций состав строительных работ, выполняемых дои при прокладке инженерных систем. А также уметь рассчитать тепловой баланс помещений зданий выполнять расчеты и анализ тепловлажностного режима ограждающих конструкций зданий принимать решения по проектированию систем отопления и вентиляции жилых зданий выполнять теплотехнический расчет системы водяного отопления и расчет систем естественной вытяжной вентиляции. Представленный в учебнике материал является лишь ориентиром в море разнообразной информации по отоплению, вентиляции и теплогазоснабжению и носит практикоориентированный характер. Поэтому надеюсь, что содержание данного учебника будет полезно не только студентам, но и читателям, интересующимся вопросами, как сделать свои микроклиматические условия проживания более комфортными за счет совершенствования работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования.
Невзорова Алла Брониславовна, доктор технических наук, профессор, декан факультета магистерской подготовки и профориентации
УО Белорусский государственный университет транспорта
8 ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ
1
.1 Понятие о тепловом комфорте помещения каждом обогреваемом здании необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований. Тепловым режимом здания называют его общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое как совокупность тепловых условий в помещениях. Тепловой режим может быть равномерным в зданиях с постоянным пребыванием людей, иметь суточные, недельные и другие циклы изменения, связанные с периодической деятельностью людей и использованием зданий. В общем тепловой комфорт можно определить как приятные ощущения человека в отапливаемом пространстве. На тепловые ощущения человека и его комфорт влияют несколько факторов, из которых самими важными являются
– температура воздуха в помещении в (С
– температура внутренних поверхностей, ограничивающих помещение, – t
R
(°C);
– скорость воздуха в помещении –
(мс
– тепловое сопротивление одежды – R
e
(Вт/(м
2
С);
– уровень активности человека – Q (Вт
– относительная влажность среды – (%). Температура воздуха в помещении в обычно относится к первичным критериям оценки теплового состояния отапливаемого помещения. Этот критерий вместе со скоростью перемещения воздуха определяет конвекционную передачу теплового потока от человека к окружающему его пространству. В
1
9 В отапливаемых помещениях при в =18…20 С допускается движение воздуха не более 0,1–0,3 мс. Идеальное отопление должно обеспечить такое вертикальное распределение воздуха в помещении, при котором температура на уровне высоты головы человека приблизительном над полом) была бы примерно на 2 С ниже, чем на уровне 10 см над полом. Значительное влияние на тепловой комфорт человека имеет температура t
R
, которая должна быть такой, чтобы разница температур стен и пола и температуры воздуха составляла не более 7 С, если человек, например, отдыхает, и не более 10 С, если он работает физически. Среднее арифметическое значение эффективной температуры стен и температуры воздуха в помещении можно определить как внутреннюю температуру в помещении t
п
Если влажность воздуха в помещении варьируется в диапазоне
40−60 %, она не влияет на ощущение теплового комфорта человека. Остальные факторы, влияющие на тепловой комфорт в помещении, можно определить как принадлежащие к более широкому набору микроклиматических условий. К ним относятся частицы пыли в воздухе микроорганизмы или бактерии газы, испарения и запахи разного типа содержание ионов в воздухе. Благодаря метаболизму в организме человека непрерывно вырабатывается и передается окружающей среде теплота, причем организм стремится сохранять постоянную температуру тела (36,6 С. Тепловой баланс организма человека складывается из теплоты, вырабатываемой организмом и воспринимаемой им из внешней среды, и расходуемой теплоты, отдаваемой им во внешнюю среду (рисунок
1).
Q = о
+ к
+ и
+ исп
+ Q
в
Рисунок 1 – Схема терморегуляции человека Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит от его физического состояния, рода занятий, окружающей среды, а
Теплопотери через одежду, конвекцию, излучение, испарение, нагрев вдыхаемого воздуха
Теплопродукция
10 также от температуры воздуха, влияющей на конвективный теплообмен, и от температуры, размеров и расположения охлажденных и нагретых поверхностей, определяющих радиационный теплообмен. Оказывают влияние также скорость движения и относительная влажность воздуха в помещении. Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Нормальное протекание физиологических процессов в организме человека возможно лишь тогда, когда выделяемая организмом избыточная теплота непрерывно отводится в окружающую среду, которая способна её полностью воспринять. В этих условиях у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений холода или перегрева. Величина теплообразования в организме изменяется в зависимости от метаболических функций организма, его возраста, работы мышц и ряда других факторов. Второй элемент теплового баланса – теплопотери – находится в прямой связи с микроклиматическими условиями помещения. Так, если воздух помещения имеет низкую температуру, потеря теплоты организмом увеличивается и, наоборот, с повышением температуры воздуха – уменьшается. Нарушение теплового баланса человека ухудшает его самочувствие и трудоспособность. Тепловыделение человека зависит от его возраста, веса, деятельности. В спокойном состоянии взрослый человек отдает окружающей среде 120 Вт, при легкой работе – допри тяжелой – до 500 Вт. Большая доля тепла передается лучеиспусканием (55 %), меньшая – конвекцией (14–30 %) и испарением. Таким образом, тепловой комфорт
– это наиболее предпочтительное (комфортное) тепловое состояние организма человека характеризуется определенным содержанием и распределением теплоты в поверхностных и глубоких тканях тела при минимальном функциональном напряжении системы терморегуляции. Тепловой комфорт является неотъемлемой составляющей частью микроклимата помещения и определяется основными физическими параметрами температурой, влажностью, скоростью движения воздуха. В зависимости от их сочетания они могут быть оптимальными, допустимыми и дискомфортными. Оптимальные параметры микроклимата – сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное
11 тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чему людей, находящихся в помещении. Допустимые параметры микроклимата
– сочетания количественных показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности Условия окружающей среды, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называют дискомфортными.
1.2 Условия комфортности температурной обстановки в помещении Внутренние тепловые условия в помещении (микроклимат) могут быть заданы с 3 позиций комфортность для человека, оптимальность для технологического процесса, комфортно-технологические требования. Рассмотрим первую позицию. Организм имеет систему терморегуляции, позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий. Однако эта способность организма ограничена небольшим интервалом температуры. За расчетную температуру воздуха в принимают температуру на высоте 1,5 мот пола и не ближе 1 мот наружной стены. За радиационную температуру помещения t
R
принимают осредненную по площади температуру внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов. Комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения в отражается в результирующей температуре помещения – t
п
Комфортные условия в помещении условно можно разделить на условия общего и локального теплового комфорта для находящихся в нем людей. В связи с этим различают первое и второе условия комфортности. Первое (общего теплового комфорта) устанавливает связь между
12 радиационной температурой помещения и температурой внутреннего воздуха, при которых человек, находясь в центре обслуживаемой зоны, не испытывает перегрева или переохлаждения. Обычно для спокойного состояния человека температура п должна быть 21–23 С, при легкой работе – 19–20 С, при тяжелой – 14–16 С. Для холодного периода года первое условие характеризуется формулой
t
R
= 1,57 п
– 0,57 в
± 1,5.
(1) Второе условие комфортности определяет локальный тепловой комфорт. Оно ограничивает интенсивность радиационного теплообмена человека, находящегося на границе обслуживаемой зоны, с нагретыми или охлажденными поверхностями. Поэтому второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения, те. в непосредственной близости от этих поверхностей. Влияние температуры вина комфортное состояние человека приведено на рисунке 2. Опытами установлено, что для приблизительного соблюдения условий температурного комфорта понижению температуры в должно соответствовать определенное повышение температуры t
R
. Голова человека чувствительнее к радиационному перегреву и переохлаждению, а для ног важны температура поверхности пола, которая может быть ниже температуры воздуха помещения не более чем на 2–2,5 С, поскольку с ней соприкасается стопа человека, и отсутствие холодных токов воздуха вдоль пола. Радиационная температура поверхностей, t
R Температура воздуха в помещении в
13 Рисунок 2 – Влияние сочетаний температур t
R ив на комфортные условия состояния человека Заметная разница между t
R
ив возникает при панельном лучистом) или воздушном (конвективном) отоплении, а также при сильно развитых холодных поверхностей наружных ограждений в помещении (две и более наружных поверхностей. Комфортные параметры внутреннего микроклимата зависят от индивидуальных характеристики требований людей. Поэтому параметры внутреннего микроклимата должны иметь возможность индивидуального регулирования с целью соответствия субъективным ощущением комфорта потребителя.
1.3 Формирование микроклимата помещения в зависимости от влажности и подвижности воздуха Ноне только температурные параметры определяют микроклимат в помещении. Условия теплового комфорта всегда определяются с учетом относительной влажности в и скорости движения воздуха в помещении. Влияние влажности на организм человека неразрывно связано с температурой воздуха. Повышенная или низкая влажность воздуха усиливает неблагоприятное воздействие на человека и окружающую среду как высоких, таки низких температур. Рассмотрим основные зоны влияния относительной влажности и температуры на ощущения человека. Зоны дискомфорта а) в > 60 %, в 25 С. Высокая влажность в сочетании с повышенной температурой воздуха способствует перегреванию организма вследствие затруднения отдачи теплоты путем испарения воды с поверхности кожи. В результате перегревания наблюдаются ухудшение самочувствия, ощущение тяжести и духоты, понижается работоспособность и т. д. Также это оказывает влияние и на состояние окружающей обстановки наблюдается образование плесени, появление пылевых клещей б) в > 60 %, в 16 С. Высокая влажность в сочетании с низкой температурой воздуха способствует охлаждению организма человека. Это объясняется тем, что теплоемкость водяных паров больше теплоемкости воздуха, поэтому на нагревание холодного сырого воздуха расходуется больше теплоты. В результате конденсации влаги из воздуха кожа и ткани одежды увлажняются и
14 становятся более теплопроводными (теплопроводность воды враз больше теплопроводности воздуха. Продолжительное пребывание людей в сырых, плохо отапливаемых помещениях понижает сопротивляемость организма к простудным, инфекционными другим заболеваниям. Сырой воздух вреден для организма человека как при высокой, таки при низкой температуре в) в 40 %, в 25 С. При этих значениях у человека возникает сухость кожи и слизистых дыхательных путей, кроме того, в воздухе повышается содержание пыли, возникает опасность появления электростатического заряда на поверхности ковровых покрытий, возрастает воздействие на человека бактерий, вирусов, происходит обострение аллергии. Зона пограничного комфорта в = 0…40 %, в 16 С. Небольшая влажность помогает легче переносить низкую температуру воздуха. Также и колебания температуры в сухом климате человек выдерживает легче, чем в сыром. Зона комфорта оптимальной относительной влажностью считают в = 40…60 %, допустимые граничные параметры – 30 и 70
%, при температурном интервале 16 в 25 С. Для поддержания нормативной влажности воздуха в жилых помещениях необходимо соблюдать нормативы по воздухообмену, изолировать стены зданий от атмосферной влаги и др. Подвижность воздуха определяется скоростью его движения – это осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха. В жилых помещениях принято считать нормальной скорость движения воздуха
= 0,1…0,3 мс зимой и 0,2…0,5 мс летом. При меньшей скорости имеет место недостаточный воздухообмен, ощущение застойного, неподвижного и спертого воздуха, при этом резко ухудшается терморегуляция организма человека и затрудняется дыхательный процесс Скорость движения воздуха, превышающая 0,3 мс, вызывает неприятное ощущение сквозняка, который, как правило, является причиной простудных заболеваний. Таким образом, оптимальные параметры микроклимата формируются из совокупного воздействия внутренней температуры
t
в
, влажности вскорости воздуха
и температур внутренних поверхностей ограждений, мебели и т.д.), что и обеспечивает комфортность среды.
15 С гигиенической точки зрения наиболее благоприятный уровень температуры, поддерживаемой в жилом помещении, составляет 22 С, а допустимые колебания от 21 до 23 Си подвижность воздуха в пределах от 0,1 до 0,3 мс. Более низкая температура воздуха, рекомендуемая в нормативных материалах при проектировании отопительных систем 18 С, оценивается человеком как прохладно. Допустимые и оптимальные параметры воздушной среды – температура, влажность и подвижность воздуха, а также гигиенические требования к ней в зависимости от назначения помещения и времени года регламентируются нормативно- техническими документами Республики Беларусь СНБ 4.02.01-03 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, СНБ
3.02.04-03 Жилые здания.
1.4 Инженерные системы, обеспечивающие нормативные параметры микроклимата Для создания комфортного микроклимата в помещении используются следующие инженерные системы в холодный период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 Си ниже, – различные системы отопления и вентиляции, увлажнения воздуха. В зимний период времени (при работающей системе отопления) параметры температурно-влажностного состояния помещений определяются тепловой мощностью системы отопления и теплозащитными качествами наружных ограждающих конструкций зданий. Вт плый период года – период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 С, – системы вентиляции и кондиционирования воздуха. В летний период (при отключённой системе отопления) в помещении с некондиционируемым микроклиматом формируется температурно-влажностный режим, близкий по параметрам к наружной воздушной среде, а его параметры определяются теплозащитными качествами наружных ограждающих конструкций и естественным воздухообменом в помещении. Значения параметров микроклимата следует принимать согласно нормативной базе в зависимости от назначения помещения, категории работ и периода года, исходя из требований комфорта для находящихся в помещении людей и (или) нормального
16 протекания технологического процесса.
1.5 Характеристика наружного климата холодного периода года Продолжительность отопительного сезона зависит от географического местоположения здания. Начало и окончание работы системы отопления должно отвечать созданию оптимального микроклимата в помещениях здания в холодный период года. Для жилых и общественных зданий отопительный сезон определяется как отрезок времени со среднесуточной температурой наружного воздуха н + 8 о
С. При этом необходимо учитывать параметры наружной среды, к которым относятся температура наружного воздуха, скорость ветра, зона влажности в районе строительства, интенсивность солнечной радиации. Наиболее значимым параметром холодного периода года для выбора теплозащитных конструкций наружных ограждений и определения мощности системы отопления считается температура наружного воздуха
t
н
. Приводимые ТКП 45-2.04-43−2006 и СНБ 2.04.02−2000, а также в таблице 1 расчетные параметры температур наружного воздуха базируются на статистических наблюдениях, проводимых по всем областям Республики Беларусь в течение последних 50 лет. Для расчета приняты значения расчетной н для каждого географического пункта Республики Беларусь. Эти температуры определены по восьми суровым зимам за последние пятьдесят лет, те. в нормативной методике с учетом принятого ряда метеорологических данных заложен коэффициент обеспеченности 0,92. Таблица 1 – Расчетные климатические характеристики отопительного периода для РБ [2] Область Температура наружного воздуха н, С Продолжительность отопительного периода
Z, сут Средняя температура отопительного периода
t
н.от.п
, С Средняя скорость ветра в зимний период времени
v, мс наиболее холодных суток наиболее холодных суток
0,92
í наиболее холодной пятидневки
0,92
í Минская
–33
–28
–24 202 220
–1,6
–0,9 4,05 Гомельская
–32
–28
–24 194 212
–1,6
–0,8 4,3 Гродненская
–31
–26
–22 194 213
–0,5
–0,4 5,3
17 Витебская
–37
–31
–25 207 222
–2,0
–1,4 5,3 Брестская
–31
–25
–21 187 205 0,2 0,8 3,6 Могилевская
–34
–29
–25 204 221
–1,9
–1,1 5,0 Примечание – Над чертой отопительный период начинается при температуре наружного воздуха 8 С, под чертой – при 10 С. Годовые затраты теплоты на отопление зависят от продолжительности отопительного сезона Z и средней наружной температуры воздуха t
н.от.п
В последнее десятилетие теплозащита зданий была значительно улучшена, поэтому расчетной н для теплотехнического расчета ограждающих конструкций стала средняя температура наиболее холодной пятидневки
0,92
í 5
t
. Этаже температура является расчетной и для определения теплопотерь зданий. Обеспеченность условий показывает в долях единицы или процентах число случаев, когда недопустимо отклонение от расчетных условий. Зная коэффициент обеспеченности, можно сказать, в скольких случаях возможно отклонение от расчетных условий. Например, если об = 0,92, это означает, что только в четырех зимах из 50 (или виз) в периоды наибольших зимних похолоданий могут быть отклонения условий в помещении от расчетных. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания может быть оптимизировано за счет выбора формы здания для зданий прямоугольной формы принимаются в расчет такие параметры, как его размеры и ориентация, расположения и площадей заполнения световых проемов, регулирования фильтрационных потоков. Методология проектирования систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха основана на расчетах тепловых и воздушных балансов здания для характерных периодов года. Например, для Беларуси этими периодами года являются наиболее холодная пятидневка, отопительный период, самый жаркий месяц, переходный период, расчетный год. В этом случае оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания за счет выбора его формы и ориентации даст следующие результаты
– для наиболее холодной пятидневки – снижение установочной мощности системы отопления
– для отопительного периода – снижение затрат теплоты на
18 отопление
– для самого жаркого месяца – снижение установочной мощности системы кондиционирования воздуха
– для переходного периода – снижение затрат энергии на нагрев (или охлаждение) внутреннего воздуха в помещениях здания
– для расчетного года – оптимизация затрат энергии на обогрев здания.
19 СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
троительная теплофизика
− научная дисциплина, рассматривающая процессы передачи теплоты, переноса влаги и поступление воздуха в здания через их конструкции и разрабатывающая инженерные методы расчёта этих процессов. Большое значение в строительной теплофизике имеет методика определения теплофизических характеристик строительных материалов и конструкций, которая используется при проектировании ограждающих конструкций, предназначенных для создания необходимых температурно-влажностных и санитарно- гигиенических условий (с учётом действия систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) в жилых, общественных и производственных зданиях. В данном разделе рассматриваются только те законы теплофизики, которые позволят инженеру-строителю увязать материал ограждающих конструкций и их толщину с инженерными сетями отопления и вентиляции, эффективно защищающими человека от холода и создающими тепловой и воздушный микроклимат в помещениях здания.
2.1 Основы теории теплопередачи Передача теплоты в среде происходит при наличии разности температур. При этом теплота распространяется из области повышенных температур в область пониженных. Например, зимой в отапливаемых зданиях теплопередача происходит через наружные ограждения из здания, а летом при сильном нагреве поверхностей стен за счет солнечной радиации – в здание. Чем больше эта разность, тем интенсивнее происходит теплообмен. Теплообмен – это самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты (точнее, энергии в форме теплоты) между телами С
2
20 или в пространстве с различной температурой. Движущиеся среды, участвующие в теплообмене и интенсифицирующие его, называются теплоносителями (обычно капельные жидкости, газы и пары, реже – сыпучие материалы. Известны два основных способа проведения тепловых процессов путем теплоотдачи и теплопередачей. Теплоотдача – теплообмен между поверхностью раздела фаз чаще твердой поверхностью) и теплоносителем. Теплопередача – теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку либо межфазную поверхность. Существует три простых вида теплообмена, различных по своей природе теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Теплопроводность – молекулярный процесс переноса теплоты в сплошной среде (твердой, жидкой или газообразной, обусловленный наличием градиента (перепада) температуры. Количественным показателем способности конкретного вещества проводить тепловую энергию служит коэффициент теплопроводности материалов (Вт/(мС)) – это количество теплоты, Дж, переносимой через 1 м изотермической поверхности в единицу времени при разности температур поверхностей ограждения, равной единице. Например, если теплопроводность стали = 50 Вт/(мС), это означает, что при изменении температуры на расстоянии 1 м на 1 К через 1 м
2
изотермической поверхности внутри стали проводится тепловая мощность 50 Вт. Для расчетов значения принимают по справочным таблицам. Для сравнения некоторых материалов их значения приведены ниже таблица 2). Таблица 2 – Коэффициент теплопроводности различных материалов Материал
, Вт/(мС) Газы и пар
0,005−0,5 Воздух при t = 0 С
0,02 Жидкости
0,08−0,7 Вода
0,06 Медь
395 Алюминий
210 Висмут
8 Гранит
3,5 Железобетон
1,69 Кирпич
0,3
21 Древесина
0,09 Пенополистирол
0,04 Если 0,2 Вт/(мС), то эти материалы относятся к теплоизоляционным. Определяется экспериментальным путем и зависит от температуры, плотности, структуры, пористости и влажности материала. Для большинства случаев увеличение плотности, влажности и температуры материала приводит к повышению величины . Так, если для сухого кирпича = 0,3, то для влажного = 0,9 Вт/(мС). Конвекция – процесс переноса теплоты в жидкой, газообразной или сыпучей средах из области с одной температурой в область с другой. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Его наиболее распространенный случай – теплоотдача – конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью ее раздела с другой средой (твердым телом, жидкостью или газом. Существует конвекция естественная, которая возникает за счет температурного перепада в пределах среды, и искусственная, вызванная каким-либо внешним возбуждением, например, работой вентилятора. При движении среды у поверхности твердого тела за счет разности температур возникает конвективный теплообмен. Количество теплоты в этом случае определяется законом
Ньютона−Рихмана
Q = F (ст – ж, (2) где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м
2
С); ст и ж – соответственно температуры стенки и жидкости (или газа, С. Обычно при инженерных расчетах определяется конвективный теплообмен между жидкостью (газом) и твердой стенкой, называемый теплоотдачей. Согласно закону Ньютона−Рихмана тепловой поток Q от стенки к жидкости пропорционален поверхности теплообмена и разности температур между температурой твердой стенки ст и температурой жидкости t
ж
Физический смысл – количество теплоты, которым обмениваются среда им поверхности твердого тела при разности температур между ними в один градус за единицу времени
Вт/(м
2
С). Главная трудность расчета заключается в определении
22 коэффициента теплоотдачи α, зависящего отряда факторов
− характера конвекции (естественная или вынужденная
− режима течения жидкости (ламинарное, вихревое, переходное, турбулентное
− скорости движения теплоносителей
− направления теплового потока (нагревание или охлаждение
− физических свойств теплоносителей (, с, , t, );
− площади поверхности стенки F, омываемой теплоносителем
− формы стенки, ее размеров и других факторов. Тепловое излучение (лучистый теплообмен) – перенос теплоты от одних тел к другим электромагнитными волнами за счёт их тепловой энергии. В этом процессе внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного поля, поглощаемую другим телом и выделяемую в виде теплоты. Закон Стефана-Больцмана определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры
E = σT
4
,
(3) где σ – постоянная Больцмана
Т – температура, К. Из формулы видно, что при повышении температуры светимость тела возрастает в четвертой степени. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, те. на длины волн от 0,74 до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но ив вакууме. Конечный результат такого обмена и представляет собой количество теплоты, переданной посредством излучения Q, которое называют эффективным излучением Различают радиационно-конвективный и радиационно-кондуктив- ный переносы теплоты.
Радиационно-конвективный
– теплообмен, обусловленный совместным переносом теплоты излучением, теплопроводностью и конвекцией.
Радиационно-кондуктивный теплообмен – передача теплоты теплопроводностью и излучением. Процессы передачи теплоты в зданиях и их ограждающих
23 конструкциях связаны со всеми видами теплопередачи, те. в реальных условиях происходит сложный теплообмен. При этом в воздушной среде у поверхности ограждений, в воздушных прослойках и пустотах преобладает теплообмен конвекцией и излучением. В твердых материалах строительных конструкций основным видом передачи тепла является теплопроводность. В тепловых процессах внутри здания присутствуют все три вида теплообмена. В генераторе тепловой энергии (котле) за счет теплопроводности нагревается поверхность змеевика, далее за счёт конвекции теплоноситель теплоту передает отопительному прибору. В отопительном приборе теплота за счет теплопроводности переносится на наружную поверхность, где нагревает воздух вблизи отопительного прибора. За счет возникшей естественной конвекции воздух нагревает стены. Сквозь толщу стены тепло переходит за счет теплопроводности на ее наружную сторону, а от неё конвективным теплообменом – в окружающую атмосферу. Внутри двойной рамы окна теплота также передается конвекцией, и чем больше расстояние между стеклами, тем больше конвективный поток. Теплотехнические свойства строительных материалов в основном определяются коэффициентом теплопроводности , который зависит от плотности материала ограждения, влажности воздуха, от средней температуры, при которой происходит теплопередача. Чем больше этот коэффициент, тем интенсивнее передается теплота. Наиболее характерна его зависимость от плотности (кг/м
3
): чем плотнее материал, тем лучше он передает тепло, поэтому пористые материалы – хорошие теплоизоляторы. Увлажнение материала также повышает коэффициент теплопроводности, те. ухудшает теплоизолирующие свойства материалов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24
2.2 Теплозащитные свойства ограждающих конструкций К строительным ограждающим конструкциям относится всё то, что ограждает внутренние помещения здания от перепадов температур, влаги, ветра и др. Это – наружные стены полы по грунту покрытия, перекрытия над верхними этажами, подвалами, техническими подпольями, проездами заполнения проемов (окна, витражи, витрины, двери, ворота внутренние ограждающие конструкции между помещениями (ТКП 1-2.04-43−2006).
24 Ограждения зданий должны обладать требуемыми теплозащитными свойствами и быть в достаточной степени воздухо- и влагонепроницаемыми. Задача обеспечения необходимых теплотехнических качеств наружных ограждающих конструкций решается приданием им требуемых теплоустойчивости и сопротивления теплопередаче. Допустимая проницаемость конструкций ограничивается заданным сопротивлением воздухопроницанию. Нормальное влажностное состояние конструкций достигается уменьшением начального влагосодержания материала и устройством влагоизоляции, а в слоистых конструкциях, кроме того, – рациональным расположением конструктивных слоев, выполненных из материалов с различными свойствами. Сопротивление теплопередаче должно быть достаточно высоким, стем, чтобы в наиболее холодный период года обеспечивать гигиенически допустимые температурные условия на поверхности конструкции, обращенной в помещение. Теплоустойчивость конструкций оценивается их способностью сохранять относительное постоянство температуры в помещениях при периодических колебаниях температуры воздушной среды, граничащей с конструкциями, и проходящего через них теплового потока. Таким образом, теплозащитные свойства наружных ограждений определяют двумя показателями величиной сопротивления теплопередаче R и теплоустойчивостью, которую оценивают по величине тепловой инерции ограждения D. Величина R определяет сопротивление ограждения передаче теплоты в стационарных условиях, а теплоустойчивость D характеризует сопротивляемость ограждения передаче изменяющихся во времени периодических тепловых воздействий. При проектировании, реконструкции и ремонте зданий и сооружений различного назначения требуется провести теплотехнический расчет ограждающих конструкций для климатических условий заданного района Беларуси [2]. Наружные ограждающие конструкции с целью повышения их теплозащитных качеств следует конструировать, как правило, многослойными, учитывая прочностные и теплофизические функции каждого слоя. При этом отдельные слои могут частично совмещать указанные
25 функции. При расположении слоев в многослойной наружной ограждающей конструкции нужно выполнять следующие требования
− материалы с более высокими коэффициентами теплопроводности и теплоусвоения и более низким коэффциентом паропроницаемости целесообразно располагать в конструкции со стороны помещения
− материалы с более низкими коэффициентами теплопроводности и теплоусвоения и более высоким коэффциентом паропроницаемости – с наружной стороны, что обеспечивает более высокую температуру внутренней поверхности, повышает теплоустойчивость ограждающих конструкций и помещений при колебаниях температуры наружного воздуха и теплоотдачи отопительных приборов в системах отопления периодического действия, а также улучшает влажностной режим материалов в конструкции. При конструировании ограждающих конструкций необходимо предусматривать мероприятия по предотвращению увлажнения материалов в конструкции от воздействия атмосферной и грунтовой влаги, влаги производственных и хозяйственно-бытовых процессов. Ограждающие конструкции зданий с нормируемыми температурой или температурой и относительной влажностью воздуха должны иметь определенное значение сопротивления теплопередаче, от которого зависят санитарно-гигиенические условия помещений и затраты на эксплуатацию зданий.
2.3 Сопротивление ограждающей конструкции теплопередаче Термическое сопротивление R, или тепловое сопротивление, способность тела (его поверхности или какого-либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул через него. Термическое сопротивление численно равно температурному напору, необходимому для передачи единичного теплового потока
(1 Вт/м
2
) к поверхности тела или через слой вещества выражается в
(м
2
С)/Вт. Различают
− термическое сопротивление слоя, равное отношению толщины слоя к его коэффициенту теплопроводности :
26
R =
(4)
− поверхностное термическое сопротивление – величину, обратную коэффициенту теплоотдачи :
R =
1
;
(5)
− полное термическое сопротивление – величину, обратную коэффициенту теплопередачи k (k – величина, которая показывает, сколько теплоты (Вили Дж/с) теряется через ограждение площадью
1 м при разнице температур между наружными внутренним воздухом в 1 градус, Вт/(м
2
С)):
R
o
=
1
k
(6) Термическое сопротивление многослойной строительной конструкции равно сумме те слов т =
1
n
i
i
i=
(7) Удельный тепловой поток q, Вт/м
2
, проходящей через 1 м поверхности ограждения в единицу времени, зависит от температурного перепада q = k (в – н) =
0 в – н. (8)
Теплопотери через ограждения помещений, возникающие под воздействием низкой наружной температуры воздуха и ветра, являются сложным физическим процессом теплопередачи с участием конвекции, излучения и теплопроводности (рисунок 3).
t, Св Конвективный теплообмен
на внутренней поверхности ограждения
х
t
ст1 ст н н в Конвективный теплообмен на наружной поверхности ограждения Излучение с поверхности тела Наружный воздух Внутренний воздух
27 Рисунок 3 – Модель процесса теплопередачи через однослойную ограждающую конструкцию Важной составляющей, формирующей тепловой режим помещения, является конвективный теплообмен на нагретой внутренней в и охлажденной наружной н поверхностях ограждения. Теплообмен на наружной поверхности ограждений в основном определяется направлением и скоростью ветра. На рисунке 4 представлены схемы процессов теплопередачи через однослойную и многослойную конструкции. В условиях стационарной передачи теплоты, те. когда температура и другие параметры процесса остаются неизменными во времени, тепловой поток q из помещения последовательно преодолевает сопротивления теплообмену на внутренней поверхности в, термического материала толщи ограждения т и теплообмена на наружной поверхности н, поэтому сопротивление теплопередаче однослойного ограждения равно сумме этих сопротивлений (см. рисунок 4, а
о = в + R + н = в + + н. (9) Рисунок 4 – Стационарная теплопередача через однослойное ограждение (а, многослойное с воздушной прослойкой (б) и определение температуры Излучение с поверхности тела а) б) в)
28 в произвольном сечении ограждения (в) Если многослойное ограждение состоит из нескольких слоев материала, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, то общее сопротивление теплопередаче сложной многослойной конструкции
о = в +
1
n
i
i
i=
+ н. (10) Коэффициент теплопередачи ограждения k
0
â
í
1 1
1 /
(
/
) 1 /
i
i
k
R
=
=
+
+
. (11) Температуру в любом произвольно принятом сечении х (см. рисунок 4, в) можно определить из формулы
â
í
â
í
0
(
)
õ
x
R
t
t
t
t
R
−
= −
−
, (12) где R
в-х
– сопротивление теплопередаче от внутреннего воздуха до сечениях Теплотехнический расчет ограждающих конструкций Ограждающие конструкции совместно с системами инженерного оборудования (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) должны обеспечивать нормируемые параметры микроклимата помещений при оптимальном энергопотреблении. Для теплотехнического расчета ограждающих конструкций необходимо использовать Технический кодекс установившейся практики
ТКП
45-2.04-43−2006 Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования, который устанавливает обязательные показатели сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, теплоустойчивости помещений, теплоусвоения поверхности полов, сопротивления воздухопроницанию и паропроницанию ограждающих конструкций и порядок их назначения при теплотехнических расчетах. В настоящее время значительное повышение требований к уровню теплозащиты зданий при проектировании конструкций
29 наружных ограждений различного назначения обусловило широкое применение эффективных утеплителей, например, из минваты и пенопласта, а использование конструкций из обыкновенного кирпича становится нецелесообразным, так как приводит к чрезмерно большой толщине ограждения, а следовательно, к удорожанию стоимости конструкций. Целью теплотехнического расчета является определение требуемого приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции согласно требованиям
ТКП Строительная теплотехника, а также определение толщины слоя утеплителя. Теплотехнический расчет проводится для всех наружных ограждений для холодного периода года с учетом района строительства, условий эксплуатации, назначения здания, санитарно- гигиенических требований, предъявляемых к ограждающим конструкциями помещению. Теплотехнический расчет внутренних ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий) проводится, если разность температур воздуха в помещениях более 3 С. Теплофизические характеристики строительных материалов при расчетах строительных конструкций следует принимать с учетом зоны влажности и влажностного режима помещения, так как некоторые стройматериалы тела капиллярно-пористые, интенсивно поглощающие влагу из окружающей среды. Влажностный режим помещений зданий в зимний период следует устанавливать в зависимости отв ив, С [1, таблица 1]. С учетом влажностного режима помещений и зоны влажности выбирают условия эксплуатации (А или Б) для ограждающих конструкций. Исходя из условий эксплуатации А или Б для материалов ограждающих конструкций выбираются значения коэффициентов теплопроводности и теплоусвоения по ТКП [11, приложение А. Согласно [1] наружные ограждающие конструкции должны иметь сопротивление теплопередаче травное экономически целесообразному R
тэк
, определенному исходя из условия обеспечения наименьших приведенных затратно не менее требуемого сопротивления теплопередаче
òð
0
R по санитарно-гигиеническим
30 условиями не менее нормативного сопротивления теплопередаче т норм [1]. С учетом изменения № 1 к [1] нормативные значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R
т.норм
,
(м
2
С)/Вт, зданий применительно к строительству, реконструкции и модернизации зданий записаны следующие
− для наружных стен − 3,2;
− совмещенных покрытий, чердачных перекрытий и перекрытий над проездами – 6,0;
− перекрытий над неотапливаемыми подвалами и техническими подпольями − 2,5;
− заполнения световых проемов (окно) − 1,0. Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию не должен превышать 40 кВт∙ч/м
2
(для зданий от 4 до 9 этажей) или
90 кВт∙ч/м
2
в год для зданий малой этажности (1–3 этажа) для энергоэффективных зданий. Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче следует определять на основе выбора толщины теплоизоляционного слоя по формуле
4
òý î ò
â
í î ò
ò.ýê
ò.òð
ì
ò.òð
5, 4 10
(
)
0,5
,
C Z
t
t
R
R
Ñ
R
−
−
=
+
(13) где R
т.тр
– требуемое сопротивление теплопередаче, (м
2
о
С) / Вт,
â
í
ò.òð
â
â
(
)
n t
t
R
t
−
=
(14) В этих формулах в
− расчетная температура внутреннего воздуха, С таблица 3); Таблица 3 – Расчетная температура внутреннего воздуха Помещение в, С Жилая комната
18 Угловая комната
20 Совмещенный санузел
25 Кухня
18 Лестничная клетка, коридор
16 н – расчетная зимняя температура наружного воздуха, С (см. таблицу 1), принимаемая с учетом тепловой инерции
31 ограждающих конструкций D таблица 6);
n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху таблица 4); Таблица 4 – Значения коэффициента Ограждающие конструкции
n Наружные стены и покрытия, перекрытия чердачные с кровлей из штучных материалов и перекрытия над подъездами
1 Перекрытия над холодными подвалами, сообщающиеся с наружным воздухом перекрытия чердачные с кровлей из рулонных материалов
0,9 Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли
0,6 Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями
0,4 в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций в – расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции таблица 5); нот средняя за отопительный период температура наружного воздуха, Сот продолжительность отопительного периода, сут
С
тэ
– стоимость тепловой энергии, руб./ГДж, принимаемая по действующим ценам См – стоимость материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции, руб./м
3
, принимаемая по действующим ценам
– коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации. Таблица 5 – Нормативный температурный перепад в [1] Здания и помещения Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности в, С наружные стены покрытия и чердачные перекрытия перекрытия над подвалами Жилые и гражданские здания
6 4
2 Тепловую инерцию ограждающей конструкции D следует
32 определять по формуле
1 1
2 2
n
n
D
R S
R S
R S
=
+
+ +
, (15) где S
1
, S
2
, …, S
n
– расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м
2
·С), принимаемые по таблице А [11]. Расчетную зимнюю температуру наружного воздуха н в зависимости от тепловой инерции D наружной ограждающей конструкции принимают по таблице 6, ад ля чердачных и подвальных перекрытий расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается равной средней температуре холодной пятидневки нс обеспеченностью 0,92 независимо от массивности перекрытия. Климатические характеристики отопительного периода для областей Беларуси приведены в таблице 1. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции т,
(м
2
°С)/Вт,
R
0
= в + т + н, (17) где в, н – коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей конструкции для зимних условий, в = 8,7 Вт/(м
2
∙°С), н = 23 Вт/(м
2
∙°С); Коэффициент теплоусвоения воздушных прослоек принимается равным нулю. Слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитываются. Таблица 6 – Выбор наружной температуры воздуха в зависимости от степени инерционности стены Степень инерционности стены
D
t
н
Безынерционная
1,5 Средняя температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 0,98
í Малая
1,5 D 4,0 Тоже обеспеченностью 0,92 0,92
í Средняя
4,0 D 7,0 Средняя температура наиболее холодных трех суток
0,92
í 3
t
= (
0,92
í 1
t
+
0,92
í 5
t
)/2 0,92
í Большая
7,0 Средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 0,92
í 5
t
33 В теплотехническом отношении полы подразделяются на утепленные и неутепленные на грунте и лагах. При строительстве жилых и общественных зданий применяются только утепленные полы. Известно, что температурное поле грунта подполом различно чем ближе к наружной стенке, тем температура грунта ниже. Принято такие полы разграничивать на четыре зоны шириной 2 м, начиная от наружной поверхности стены вовнутрь здания с условно постоянной температурой в каждой из зон. Функциональные характеристики окон в последние годы резко возросли, особенно по параметрам тепло- и звукоизоляции. В современных энергоэффективных домах устанавливаются окна с сопротивлением теплопередаче, равным единице. Этому параметру отвечают окна современной конструкции на основе двойных и тройных стеклопакетов в деревянных, пластмассовых или металлических переплетах. При проектировании или термореновации зданий в зависимости от его назначения выбирается соответствующий теплоизоляционный материал для наружных стен и производится расчет его толщины. Утепляющими слоями считаются слои из материалов, имеющих коэффициент теплопроводности 0,2 Вт/(м·С). В таблице 7 в качестве примера приведены теплофизические свойства некоторых из наиболее часто используемых теплоизоляционных материалов при строительстве или теплореновации зданий в Беларуси при условиях эксплуатации Б. Термическое сопротивление теплоизоляционного слоях норм
– (R
1
+ R
2
+… + R
n-1
). (17) Предварительная толщина слоя утеплителях норм – (в + к + 1/
н
)]
х
. (18) Вычисленное значение х должно быть скорректировано в соответствии с требования унификации конструкций ограждений. Толщина наружных стен из кирпичной кладки может приниматься 0,38;
0,51; 0,64; 0,77 м, а наружных стеновых панелей – 0,20; 0,25; 0,30; 0,40 м. После выбора общей толщины конструкции ом, и толщины утеплителях, м, уточняем фактическое общее сопротивление теплопередаче R
о.факт
(м
2
·С)/Вт. Эффективность системы утепления достигается при условии R
расч
> или = норм
34 Таблица 7 – Теплофизические характеристики теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций зданий и сооружений [1] Наименование плотность , кг/м
3
, Вт/(м·С)
s, Вт/(м
2
·С) Маты минераловатные прошивные 100 0,048 0,57 Плиты
… минераловатные на синтетическом связующем 125 0,054 0,67 Плиты пеностирольные; 50 0,052 0,55
Пенополиуретан; 80 0,05 0,70
Пеностекло и газостекло; 200 0,086 1,034
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24
2.5 Воздухопроницаемость конструкций дома Сквозь толщу строительных конструкций, швы и стыки воздух проникает в том случае, если они воздухопроницаемы, и при условии, что существует разница между внутренними наружным давлением, которая может быть вызвана действием гравитационных сил или изменением кинетической энергии ветра. Явление, при котором наружный воздух проникает в здание под действием перепада давления по обе стороны ограждающей конструкции, называется инфильтрацией воздуха в случаях, когда внутренний воздух проникает из здания во внешнюю среду говорят об
эксфильтрации. Инфильтрация воздуха в холодный период года через наружные ограждения снижает температуру на внутренней поверхности конструкции. Это можно компенсировать или за счет увеличения толщины конструкции или путем повышения в для того, чтобы избежать ухудшения теплового режима помещения. В первом случае увеличиваются капитальные затраты на конструкции, а во втором – тепловые потери и прибавление затрат тепловой энергии на отопление. Инфильтрация воздуха через уплотнение притворов окон и дверей заметно ухудшает тепловой режим зданий и увеличивает тепловые потери. Количество воздуха, проникающего в здание, тем больше, чем хуже герметичность притворов и больше скорость ветра.
Эксфильтрация воздуха через конструкцию может быть причиной повышенной конденсации водяных паров в ее толще. При эксфильтрации, количество водяных паров, проникающих в конструкцию, будет больше, чем при обычной диффузии пара. Инфильтрация и эксфильтрация воздуха через строительные
35 конструкции, швы и стыки нежелательны с теплотехнической точки зрения. Однако с гигиенической точки зрения определенный обмен воздуха в зданиях необходим. Процесс обмена внутреннего воздуха с наружной средой и соседними помещениями называется воздушным режимом здания При проектировании отопления расчет воздушного режима упрощают и сводят к вычислению количества инфильтрующегося воздуха. Это количество воздуха зависит от температуры наружного и внутреннего воздуха, направления и скорости ветра, планировки и высоты здания. При расчетах принято исходить из воздухопроницаемости ограждений, условно отнесенной к единице их площади (площади окон, дверей, ворот, фонарей, стен и т. д. Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха и, Вт, определяется при расчетной температуре холодного периода года
и = св – н , (19) где 0,28 – коэффициент перевода Дж в Вт
L
n
– расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, м
3
/ч;
– плотность воздуха в помещении, кг/м
3
; с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг∙С);
f – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 – для стыков панелей стен и окон стройным переплетом, 0,8 – для окон и балконных дверей с раздельными переплетами, 1,0 – для одинарных окон. В ТКП 45-2.04-43−2006 сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций зданий и сооружений в должно быть не менее требуемого R
в.тр
, (м
2
чПа)/кг, которое должно обеспечить нормативную воздухопроницаемость воздуха норм (для стен – 0,5–
1,0; для входных дверей в в квартиры – 1,5, для окон – 8–30 кг/(м
3
·ч)) при расчетном перепаде давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях наружного ограждения
R
в.тр
= р норм, (20) где р – расчетная разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па
[2]. Нормативное сопротивление воздухопроницаемости заполнений световых проемов зданий и сооружений в, (м
2
∙ч∙Па)/кг, принимаем
36 конструктивно по приложению Д [1]. Воздухопроницаемость стыков между панелями наружных стен жилых зданий норм должна быть не более 0,5 кг/(м∙ч). Сопротивление воздухопроницаемости многослойной ограждающей конструкции в, (м
2
∙ч∙Па)/кг,
òð
â
R
= в, (21) где в сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции. Для стены по принятому значению вделается проверка на отсутствие конденсации влаги на ее поверхности. Конденсация влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности наружного ограждения, особенно при понижении температуры, является основной причиной увлажнения наружных ограждений. Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции в, если не допускается выпадения конденсата, должна быть больше температуры точки росы внутреннего воздуха р при расчетной зимней температуре наружного воздуха. Относительную влажность внутреннего воздуха для определения точки росы для жилых зданий следует принимать 55 %:
в = в (в – н) / (в
(22)
р
= 20,1 – (5,75 – в) где в
– упругость водяных паров в воздухе помещения [1], Пав+ в, (24)
– относительная влажность воздуха в помещении.
2.6 Учет влажности материалов при расчете теплопередачи Особенности строения строительных материалов определяют большую изменчивость теплофизических характеристик в конструкциях ограждений в зависимости от их влажностного состояния. Влажность материалов в ограждении зависит от его конструкции, внешних и внутренних условий, времени года.
Влажностное состояние ограждений условно может быть разделено на эксплуатационное, соответствующее основному периоду продолжительной и регулярной эксплуатации, и начальное,
37 соответствующее первым годам эксплуатации здания. Начальное состояние связано с внесением в конструкцию строительной влаги, эксплуатационное наступает после того, как влагосодержание материалов приблизится к некоторому стабильному состоянию, равновесному относительно воздействующих на ограждение внутренней и наружной сред.
Влагосодержание материалов периодически изменяется в течение года, возрастая в апреле – мае и уменьшаясь к концу лета. Зимой (в декабре – январе) влагосодержание близко к среднему значению за год. Эксплуатационное влажностное состояние материалов в ограждении определяется категориями Аи Б. Категория А относится к сухому режиму эксплуатации помещений здания сот до 50 %, категория Б – к нормальному режиму эксплуатации помещений здания сот до 60 % [1]. Зная влажностную зону района строительства и влажностной режим помещения (таблица 4.2 [1]), находят категорию эксплуатационной влажности и, пользуясь ею, по таблице норм (таблица А [1]) устанавливают расчетные значения теплофизических характеристик материалов в ограждении.
2.7 Теплоустойчивость ограждений Теплоустойчивость наружных ограждений не должна допускать больших изменений температуры на внутренней поверхности зимой – при разовых понижениях температуры, летом – при суточных колебаниях температуры и интенсивности солнечной радиации. Как известно, температура наружного воздуха, скорость и направление ветра, интенсивность солнечной радиации, а также температура воздуха и теплопоступления в помещении изменяются, поэтому в наружных ограждениях происходят процессы нестационарной теплопередачи, которые применительно к задаче теплового режима помещений можно разделить на две основные группы [28, 29]:
1 – переходные тепловые процессы. При изменении подачи теплоты в помещение, вызывающем процесс одностороннего нагрева или охлаждения, необходимо определить допустимое изменение во времени температуры поверхности (во избежание перегрева, образования конденсата и т.д.) ив любом сечении х
2 – периодические тепловые процессы При периодически изменяющихся внешних и внутренних тепловых воздействиях в
38 ограждениях помещения происходят тепловые процессы, определяемые их теплоустойчивостью. Теплоустойчивость выражает свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при колебаниях внешних тепловых воздействий и обеспечивать комфортные условия в помещении. Проявляется относительно колебаний внутренних тепловых воздействий и изменений наружной температуры. Теплоустойчивость помещения – это его свойство поддерживать относительное постоянство температуры при периодически изменяющемся теплопоступлении. Амплитуда колебаний температуры внутреннего воздуха в течение суток А
в не должна превышать 3 Сот расчетного значения. Теплоустойчивость пола приконтактном теплообмене можно характеризовать показателем теплоусвоения поверхности пола, который должен быть не более нормативной величины = 12…14 Вт/(м
2
С). Наиболее рационально первый внутренний слой конструкции пола должен иметь минимальное значение теплоусвоения S и максимальное значение термического сопротивления R [11].
39 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
3.1 Общие сведения об отоплении помещениях с длительным пребыванием человека, в том числе производственных, где по условиям технологии требуется поддержание положительных температур в холодное время года, необходимо устройство отопительных систем [22, 23, 26,
27]. Система отопления СО) – это совокупность технических элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи вовсе обогреваемые помещения количества теплоты, необходимого для поддержания температуры внутреннего воздуха на заданном уровне. Системы отопления должны отвечать основным общим требованиям, которые условно делятся на пять групп, относящиеся как к периоду проектирования и строительства, таки эксплуатации здания
− санитарно-гигиенические – системы отопления должны поддерживать заданную температуру внутреннего воздуха и внутренних поверхностей ограждений помещения во времени, в плане и по высоте при допустимой подвижности воздуха, при ограничении температуры на поверхности отопительных приборов, отвечающие СНБ 4.02.01−03
[4];
− экономические – приведенные затраты на отопление зданий должны быть минимальными, а при эксплуатации должно соблюдаться условие экономного расхода тепловой энергии
− архитектурно-строительные – системы отопления должны соответствовать интерьеру помещений, быть компактными и увязываться со строительными конструкциями и сроком строительства здания
− монтажные – должны обеспечивать качественный монтаж систем отопления индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления В
3
40 при минимальном количестве типоразмеров
− эксплуатационные – системы отопления должны быть просты, удобны в управлении и ремонте, бесшумны и безопасны. Отопительная установка должна отдавать помещениям столько теплоты, сколько нужно для компенсации теплопотерь, обладая при этом необходимой теплоустойчивостью в соответствии с изменяющимися внешними и внутренними факторами. Передача теплоты в системах отопления осуществляется при помощи жидкой или газообразной среды, называемой теплоносителем. Виды теплоносителей вода, воздух, пар (водяной, минеральные масла, дымовые газы, антифриз водный раствор этиленпропиленгликоля), вода с добавками. Основные характеристики теплоносителей представлены в таблице 8. Таблица 8 – Достоинства и недостатки теплоносителей Теплоноситель Достоинства Недостатки
Вода
Высокая теплоёмкость в 4 раза больше, чему воздуха при такой же температуре, хорошие гигиенические качества Возможность замерзания, высокое давление в системе отопления, возможность гидроударов, высокая плотность большое гидростатическое давление, тепловая инерционность СО Воздух Малая плотность, малая инерционность СО, отсутствие отопительных приборов, совмещение СО с вентиляцией Низкая теплоёмкость, большие сечения воздуховодов, большой расход металла СО Пар Малая плотность, малая инерционность, интенсивная теплоотдача при конденсации, малое гидростатическое давление Шум при движении пара щелчки, стуки, удары, слишком высокая температура поверхности отопительных приборов, плохая регулируемость СО Антифриз Незамерзающий Высокая стоимость, теплоёмкость на 15−20 % ниже воды, высокая токсичность, высокая текучесть Дымовые газы Энергосбережение за счёт использования выбрасываемых в атмосферу газов Однократное использование, низкая экологичность
41 Теплоносители разделяются на первичные – циркулирующие в наружной тепловой сети, вторичные – циркулирующие в системе отопления здания. Теплоносители отопительных систем должны обладать большой способностью аккумулировать теплоту, при которой расход энергии на перемещение теплоносителя по теплопроводам был бы незначительным не ухудшать санитарно-гигиенических и экологических условий отапливаемых помещений (не выделять вредные газы, не загрязнять воздух помещения быть достаточно дешевыми. В настоящее время чаще всего используются вода и воздух, реже – остальные
3.2 Общие сведения о теплообменных аппаратах Теплопередача – теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность − в стенке, теплоотдачу − от стенки к более холодной подвижной среде. Интенсивность передачи теплоты при теплопередаче характеризуется коэффициентом теплопередачи k, численно равным количеству теплоты, которое передаётся через единицу площади поверхности стенки в единицу времени при разности температур между теплоносителями в 1 градус. Коэффициент k зависит от температурного напора t и теплового потока Q через элемент поверхности раздела F:
Q
k
F t
=
(25) Для передачи тепловой энергии используют теплоноситель движущаяся среда – жидкое (вода, масло и т.п.) или газообразное вещество (пари др. Теплоносители используются в любых приборах и инженерных системах, служащих для передачи/распределения теплоты, например системы отопления зданий, холодильник, кондиционер, масляный обогреватель, тепловой пункт, котельная, солнечный коллектор, солнечный водонагреватель и др. Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом вещества. Совместный молекулярный и конвективный перенос
42 массы называют конвективным массообменом, тепломассообменом. Теплообменный аппарат – устройство для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В теплообменных аппаратах могут происходить процессы нагрева, испарения, кипения, конденсации и т.д. В зависимости от технологического назначения теплообменники могут называться подогревателями, испарителями, конденсаторами, паропреобразователями и т.д. Для теплообменников первостепенное значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и единовременном действии теплопроводности и конвекции. Процессы теплообмена существуют в теплообменных аппаратах разных типов и конструкций. По конструктивным признакам теплообменники делятся на 2 группы поверхностного типа и смесительные. Поверхностные теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные аппараты – аппараты непрерывного действия, ив них передача теплоты осуществляется от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку, как правило, металлическую. Тепловой поток направлен от горячего теплоносителя к холодному. Регенеративные аппараты – аппараты периодического действия и работают циклами, в которых одна и та же поверхность омывается то горячим, то холодным теплоносителями. Смесительные теплообменные аппараты – аппараты, в которых происходит непосредственное смешение горячего и холодного теплоносителей. Различают два вида расчета теплообменных аппаратов поверхностного типа
1 – проектный (конструктивный Цель определить поверхность теплообмена и конструктивные размеры аппарата.
F = Q/(k·Δt
ср
). При этом заданы теплопроизводительность аппарата, вид теплоносителей, начальные и конечные параметры теплоносителя
2 – проверочный. Цель определить теплопроизводительность агрегата и конечные параметры (температуры) теплоносителей. При этом заданы поверхность теплообмена и конструктивные размеры аппарата, вид теплоносителей и их начальные параметры. Тепловой расчет любого теплообменника сводится к совместному
43 решению уравнений теплового баланса и теплопередачи. Уравнение теплового баланса, Вт,
1 1 1
1 2 2 2
2
(
)
(
) ,
Q
m c t
t
m c t
t
=
− где m
1
, m
2
– расход теплоносителей, кг/с;
с, сих средние, массовые теплоемкости, Дж/(кгК);
– КПД теплообменника индексы 1, 2, (', '') соотносят с горячими холодным теплоносителями и их температурами на входе и выходе. При конструктивном расчете из-за более высокой средней разности температур необходимая поверхность теплопередачи для противотока получается меньше, то есть противоточные теплообменники компактнее и требуют меньшего расхода материалов на их изготовление. При поверочном расчете переданная теплота для противотока выше, то есть противоточные теплообменники эффективнее. Кроме теплового расчета теплообменников выполняется их гидродинамический расчет, в результате которого определяются гидравлические сопротивления движению теплоносителей и мощность насоса или вентилятора, необходимая для прокачки жидкости или газа через теплообменный аппарат [32, 36].
3.3 Общая классификация систем отопления Системы отопления состоят из трех основных элементов (рисунок 5):
– генератора (теплообменника) для получения теплоты 1;
– теплопроводов для транспорта теплоносителя от места выработки к отапливаемому помещению 2 и обратно к теплогенератору 3;
– отопительных приборов 4 – элементов для передачи теплоты в помещения.
Ограждающие конструкции
1
Т
Т
Теплопоступления
3 4
Теплопотери
t
н
t
в
t
R
2
44 Рисунок 5 – Принципиальная схема системы отопления Общую классификацию систем отопления можно провести последующим признакам.
В зависимости от источника теплоснабжения системы отопления подразделяются на местные и центральные. К местным системам относят электрическое, газовое (с автономными отопительными установками) и печное отопление. Радиус действия местных систем отопления ограничен одним-двумя помещениями. К местным относятся и поквартирные системы, у которых котел устанавливается на одну квартиру (рисунок 6). Рисунок 6 – Котлы для местных систем отопления а – твердотопливный б – газовый настенный в – электрический напольный Центральными называют системы, предназначенные для отопления многих зданий, предприятий, микрорайонов из одного теплового центра (теплоэлектроцентраль (ТЭЦ, котельная. Тепловой центр может обслуживать одно обогреваемое сооружение или группу сооружений (в этом случае систему отопления именуют районной) рисунок 7). а)
баб в)
45 Рисунок 7 – Генераторы центральных систем отопления а – модульная блочная котельная б – ТЭЦ В зависимости от вида первичного теплоносителя системы бывают водоводяные, водовоздушные, пароводяные, паровоздушные, газовоздушные и др. В этом случае первичный высокотемпературный теплоноситель перемещается от ТЭЦ или станции по городским распределительным теплопроводам к центральному тепловому пункту (ЦТП) и обратно. Вторичный теплоноситель после нагревания в теплообменниках (или смешения с первичным) поступает по наружным (внутриквартальными внутренним теплопроводам к отопительным приборам, устанавливаемым в каждом обогреваемом помещении. К комбинированным системам относят водовоздушные, паровоздушные, электровоздушные, водоводяные и газовоздушные, те. такие, в которых основной теплоноситель (горячая вода или воздух) подогревается с помощью другого теплоносителя (пара, перегретой воды, электроэнергии, газа. В зависимости от вида основного (вторичного) теплоносителя системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и газовые. Водяные системы гигиеничнее паровых (меньшая и достаточно постоянная температура на поверхности нагревательных приборов, поэтому они и получили наибольшее распространение в помещениях с длительным пребыванием людей (жилые, больничные, общественные здания. Паровые и воздушные системы в основном применяются в промышленных сооружениях. Воздушное отопление устраивают в помещениях значительного объема, в том числе в зданиях общественного назначения. По способу перемещения теплоносителя системы центрального отопления подразделяются на системы
– с естественным побуждением (гравитационные, действующие за счет разности давлений столбов охладившейся и горячей воды или охладившегося и нагретого воздуха
– искусственной циркуляцией насосные, в которых движение воды достигается с помощью насоса или водоструйного элеватора, а движение воздуха в системах воздушного отопления – с помощью
46 вентилятора. По способу передачи теплоты системы отопления классифицируют натри группы конвекционные, лучистые и
конвекционно-лучистые. Примером конвекционной системы может служить система отопления с конвекторами. К лучистым системам отопления относят системы, при работе которых средневзвешенная температура поверхностей ограждающих конструкций выше температуры воздуха помещения. Такие условия достигаются развитой, умеренно нагретой поверхностью (потолка, стены, пола) и подвесными нагретыми панелями. Печное отопление и системы с радиаторами относят к
конвекционно-лучистой группе.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24
3.4 Основные принципы выбора и проектирования систем отопления Система отопления всегда являлась одной из основных составляющих строительства любого сооружения с постоянным пребыванием людей. Поэтому важным является правильное проектирование систем отопления с использованием передовых технологий, инженерных достижений и индивидуального похода в зависимости от функционального их назначения
[51]. Целесообразная расстановка источников теплоты, правильный выбор типа и схемы системы отопления, определение теплопотерь в помещении и т.д. – основа расчета на стадии проектирования. При этом необходимо учитывать предъявляемые нормы и требования по проектированию СО, а также особенности современного отопительного оборудования. Вся проектная документация должна согласовываться и основываться на действующих ТНПА и ГОСТах, предусмотренных Законом Республики Беларусь О техническом нормировании и стандартизации. Начальной стадией при проектировании является сбор данных об объекте
− определение функций помещений для поддержания определенной температуры
− тип и назначение объекта (жилой, промышленный и др
− ознакомление с планировкой объекта, отапливаемой площадью
− учет климатологических условий местности
− изменение температурного режима
− толщина стен и перекрытий, тип и материал фундамента,
47 площадь остекления, ориентация по сторонам света и объемный коэффициент здания
− необходимое количество теплоты для каждого помещения
− составление технического задания на проектирование
− выбор схемы систем отопления
− составление предварительной ориентировочной сметы
− концепция-эскиз проекта системы отопления. Все тепловые расчеты должны соответствовать требованиям
ТКП 45-2.04-43−2006 Строительная теплотехника, СНБ 4.02.01−03 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, ТКП 45-4.01-
52−2007 Системы внутреннего водоснабжения зданий и основываться на методике расчета потерь тепловой энергии в сетях теплоснабжения с учетом их износа, срока и условий эксплуатации. При составлении пояснительной записки к проекту учитывается соответствие ГОСТ 19431−84 Энергетика и электрификация. Термины и определения и ГОСТ 26691−85 Теплоэнергетика. Термины и определения. Тепловой режим. Тепловой расчет систем отопления определяет потребность объекта в тепловой энергии, годовое и суточное потребление топливно-энергетических ресурсов и включает расчеты основных теплопотерь, потерь на нагревание инфильтрирующего неорганизованный воздухообмен, возникающий под действием ветровых и гравитационных сил (окна, щели, двери т.д.)) воздуха, добавочные теплопотери в каждом помещении, трансмиссионные потери (теплообмен через ограждающие конструкции, определение тепловых нагрузок. Полученные при расчете данные используются для выбора оптимальной системы отопления, из которых выделим четыре схемы водяная, паровая, воздушная и инфракрасная. Водяная система отопления состоит из трубопроводов, радиаторов, котла и насоса. По принципу движения теплоносителя разделяют на систему с принудительной и естественной циркуляцией. Тепловым генератором водяной системы служит котел газовый, электрический или др. Газовый котел работает на природном газе, являясь более экономичными независимым электроэнергия. В электрическом котле теплоноситель (вода) получает энергию от термоэлектрического нагревателя. Основное достоинство таких котлов – простота монтажа и эксплуатации. Важную роль при проектировании систем водяного отопления играет
48 выбор отопительных приборов, различающихся по материалу, конструкции, цене и теплоотдаче. Паровое отопление. При разработке парового отопления следует учитывать, что согласно строительным нормами правилам оно запрещено к эксплуатации в жилых и общественных зданиях (СНиП
2.04.05−91 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Теплоносителем в паровой системе отопления является водяной пара источник теплоты – отопительный паровой котел. Преимущества разработки такой схемы отопления быстрый прогрев помещений. Недостаток схемы – высокая температура на поверхности отопительных приборов. Воздушное отопление Теплоносителем в такой схеме является воздух начальных расчетных параметров, который нагревается в специальной печи (газовой или дизельной) и при помощи вентилятора подается в помещения. Подача тёплого воздуха в воздушной системе осуществляется по воздуховодам, которые выполняют и рециркуляционную функцию, возвращая остывший воздух обратно в печь. Очистка воздуха осуществляется в фильтрах. Преимуществами воздушного отопления являются высокий КПД, простота монтажа и экономичность в эксплуатации. Инфракрасное отопление. Обогрев помещения поданной схеме производится благодаря излучающим тепловым потокам, которые нагревают предметы, а не окружающий воздух. Путем теплообмена нагретые предметы аккумулируют и передают теплоту окружающему воздуху. Проектирование инфракрасных излучателей чаще всего используют для обогрева рабочих зон помещений. Преимуществом такой схемы является простота монтажа (кронштейны) и высокий КПД
(90 %). Гидравлический расчет систем отопления выполняется после выбора схемы конструкции системы и расчета тепловых нагрузок. Гидравлический расчет определяет гидравлические потери, оптимальный диаметр труб для циркуляции теплоносителя на каждом участке объекта. Учитывая все произведенные расчеты, проектирование переходит к следующему этапу – конструированию системы. Этот этап включает размещение согласованных с расчетами отопительных приборов, расположение запорно-регулирующей арматуры, место узла управления.
49 Завершающий этап при разработке – согласование проекта в соответствующих органах Беларуси. При согласовании проекта соответствующая служба регламентирует использование тех или иных инженерно-технических решений, применение качественных и сертифицированных оборудования и материалов.
3.5 Область применения парового отопления Свойства водяного пара как теплоносителя для отопления зданий и сооружений весьма эффективны. Добавим, что водяной пар в системе отопления состоит из смеси сухого насыщенного пара и капелек воды во взвешенном состоянии, те. находится во влажном состоянии. Влажное состояние изменяется при движении пара по трубам. По пути движения происходит попутная конденсация части пара вследствие его охлаждения через стенки труб в окружающую среду, поэтому по паропроводам перемещается пароконденсатная смесь. Плотность влажного пара вычисляется по плотности сухого насыщенного пара с учетом его долив смеси (степени сухости пара) приданном содержании влаги. Основное преимущество парового отопления по сравнению с водяным – возможность быстро нагревать помещения при подаче пара в отопительные приборы. Понятно, что столь же быстро прекращается их отопление при выключении подачи пара. При своей малой тепловой инерции паровое отопление более пригодно, чем водяное, для прерывистого отопления помещений. При устройстве парового отопления сокращаются по сравнению с водяным капитальные вложения уменьшается расход металла на теплопроводы и отопительные приборы. Пар как среда малой плотности может подаваться на значительную высоту для отопления, например, верхней части высотных зданий. Однако эксплуатационные недостатки парового отопления настолько существенны, что значительно ограничивают область его применения. К недостаткам парового отопления относятся
− невозможность регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры теплоносителя, те. невозможность качественного регулирования
− постоянно высокая температура (более 100 С) поверхности теплопроводов и отопительных приборов, что вынуждает устраивать
50 перерывы в подаче пара, которые вызывают колебание температуры воздуха в помещениях, те. приводят к понижению уровня теплового комфорта
− увеличение бесполезных теплопотерь паропроводами, когда они проложены в необогреваемых помещениях
− шум при действии систем, особенно при возобновлении работы после перерыва
− сокращение срока службы теплопроводов. Вследствие этих недостатков паровое отопление не допускается в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление может применяться в производственных помещениях без выделения пыли или с выделением негорючей и неядовитой пыли, негорючих и не поддерживающих горение газов и паров, со значительными влаговыделениями, а также для обогревания лестничных клеток и высоких и сверхвысоких зданий. Во всех случаях паровое отопление допускается применять при обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства. Отметим, что в настоящее время в Республике Беларусь при реконструкции предприятий имеющиеся системы парового отопления заменяются водяными. Так как паровые системы не нашли широкого применения в коммунальном хозяйстве и агропромышленном комплексе нашей страны, тов данном учебнике паровые системы не рассматриваются.
3.6 Воздушное отопление Область применения систем воздушного отопления весьма широка. Они незаменимы в цехах, на складах готовой продукции, в актовых залах, столовых, больших офисах, торговых галереях и других помещениях, нуждающихся в притоке значительных объемов воздуха. В системах воздушного отопления атмосферный воздух используется в качестве теплоносителя для обогрева помещений. Воздух нагревается за счет первичного теплоносителя – пара, горячей воды или газов в теплогенераторе до заданной температуры и подается в помещение (рисунок 8). Подаваемый воздух с температурой п, превышающей температуру воздуха помещения, отдает теплоту,
51 необходимую для компенсации тепловых потерь. Таким образом, система воздушного отопления фактически становится комбинированной – водовоздушной, паровоздушной, газовоздушной, электровоздушной и т.д. В системе воздушного рециркуляционного отопления теплый воздух отдает избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания. Этот процесс может осуществляться двумя способами
1) нагретый воздух, попадая в помещение, смешивается с окружающим воздухом и охлаждается до температуры этого воздуха
2) нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а перемещается в окружающих помещение каналах. В настоящее время распространен первый способ, который мы и рассмотрим в данном разделе. Второй способ после натурной проверки в жилых зданиях вначале второй половины ХХ века не получил широкого распространения из-за больших потерь при воздухораспределении по каналам.
Преимуществом воздушного отопления является снижение первоначальных затрат за счет сокращения расходов на нагревательные приборы и повышенные санитарно-гигиенические показатели (высокая равномерность распределения температур по помещению, возможность создания благоприятной подвижности воздуха, возможность подачи очищенного и увлажненного воздуха. Достоинством системы является также меньшая металлоемкость и малая инерционность, дающая возможность получения быстрого отопительного эффекта при внезапных охлаждениях помещений (открывании ворот, внесении холодных массивных изделий и др. Кроме того, воздушное отопление возможно совместить с системами вентиляции и кондиционирования воздуха, что обеспечит их применение в различного типа зданиях. Распределение теплого воздуха по каналам
52 Рисунок 8 – Общая схема газового теплогенератора для центральной системы воздушного отопления
(http://www.conditionery.ru/catalog/0/164/descr/) К недостаткам систем воздушного отопления, ограничивающих их распространение, следует отнести необходимость увеличения сечений воздуховодов и каналов для транспортирования с помощью воздуха больших количеств теплоты вследствие малой плотности и малой теплоемкости воздуха значительные потери тепла при транспортировании нагретого воздуха по каналам большого сечения эксплуатационные расходы в связи с дополнительной потребностью в электроэнергии для привода вентиляторов. Существенным недостатком систем воздушного отопления для жилых зданий является и наличие холодных токов воздуха от поверхностей, особенно окон и наружных стен из-за отсутствия радиаторов.
3.6.1 Основные схемы Дымоход Воздуховод или распределительные решетки Горячий воздух Теплообменник Камера сгорания Горелка Холодный воздух Вентилятор Рециркуляция Приточная вентиляция
53 Системы воздушного отопления классифицируются по нескольким признакам. 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 (рисунок 9). Рисунок 9– Принципиальные схемы центральной системы воздушного отопления а – полностью рециркуляционная; б – частично рециркуляционная; в – прямоточная г – рекуперативная 1 – теплообменник-калорифер; 2 – канал нагретого воздуха с воздухораспределителем на конце 3 – канал внутреннего воздуха 4 – вентилятор 5 – канал наружного воздуха 6 – рекуператор (теплообменник 7 – рабочая зона Одно из достоинств применяемой центральной системы воздушного отопления − отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помещениях. Приданной системе есть возможности установки оборудования как внутри помещения, таки 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 а) б) в) г)
54 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. По способу использования наружного воздуха системы подразделяются на рециркуляционные, прямоточные и комбинированные см. рисунок Правилами гигиены устанавливается верхний предел температуры воздуха – 60 С для систем воздушного отопления помещений с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей. В рециркуляционных системах воздух, забираемый из помещений, после нагревания в теплогенераторе калорифере) вновь возвращается в них для отопления (рисунок 9, а. Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией рисунок 9, б)применяется с механическим побуждением движения воздуха и является наиболее управляемой. 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 оттого, забирается ли ив каком количестве воздух снаружи и до какой температуры нагревается воздух в воздухонагревателе. В прямоточных системах (рисунок 9, в) происходит нагрев только свежего наружного воздуха. Они характерны для помещений с высокими требованиями к вентиляции. При организации таких систем необходимо также предусмотреть мощную систему вытяжной вентиляции. Систему, построенную по принципу рециркуляции внутреннего воздуха, не всегда возможно использовать в связи с требованием санитарных норм, строительных нормативов и правил. В любом случае при проектировании системы важно учитывать тепловые потери не только от ограждающих конструкций здания, но и связанные с организацией активной вентиляции здания, а также динамические переохлаждения, вызываемые, например, открытием
55 въездных ворот. Комбинированные системы воздушного отопления применяются, когда имеется значительная разница в необходимости подачи тепла и подогрева приточного воздуха в течение дня со значительным воздухообменом в рабочее время, при односменном режиме работы либо при прерывистом рабочем цикле. Вне зависимости от способа и типа организации системы воздушного отопления обогрев помещения происходит по принципу подачи перегретого воздуха в помещение. И здесь важным фактором является высота помещения и кратность воздухообмена в нем. В традиционных системах воздушного отопления воздух после нагрева в теплогенераторе попадает в помещение с более высокой температурой, по сравнению со средней в рабочей обогреваемой зоне. Попадая в помещение, более теплый и легкий воздух за счет гравитации устремляется вверх. При этом всем известно, что перегрев потолочной зоны вызывает повышенные тепловые потери в зоне кровли и верхней части стен, и происходит нерациональное расходование теплоты. Именно поэтому горячий воздух следует подавать через специальные воздухораспределители струйного или равномерного распределения в нижнюю или среднюю область помещения, в противном случае горячий воздух будет скапливаться в потолочной зоне, и прогрев помещения будет неравномерным.
3.6.2 Расчет количества и температуры воздуха Количество воздуха G, кг/ч, необходимого для системы воздушного отопления,
ï ð
â
0, 28
(
)
Q
G
c t
t
=
−
, (27) где 0,28 – коэффициент перевода кДж в Вт.
Q – тепловая нагрузка системы отопления, Вт
с – теплоемкость воздуха, с = 1 кДж/(кгС);
пр – температура приточного воздуха, подаваемого в помещение, С. Величина G определяет сечение воздуховодов и расход электроэнергии на отопительно-вентиляционную установку. Для уменьшения расхода воздуха необходимо, чтобы пр была по возможности высокой. При подаче воздуха в пределах рабочей зоны допускается пр до
56
+45 С, ноне ниже +25 С. При подаче воздуха на любой высоте пр определяется расчетом с условием, что в рабочей зоне обеспечивается заданная температура воздуха. Объем подаваемого воздуха от, м
3
/ч, при температуре нагретого воздуха г от G
н
/
г
. (28) Воздухообмен в помещении пр, м
3
/ч, несколько отличается от от, так как определяется при температуре внутреннего воздуха, в
пр = отв, (29) где г ив плотность воздуха, кг/м
3
, при его температуре г и t
в
Если пренебречь влиянием барометрического давления и влажности, то плотность воздуха при температуре t
ρ = 353 / (273 + t). (30) Температура воздуха г должна быть возможно более высокой для уменьшения количества подаваемого воздуха. В связи с этим, соответственно, сокращаются размеры каналов, а также снижается расход электроэнергии при механическом побуждении движения воздуха. Согласно [4] установлен определенный верхний предел температуры для завесу внешних вороти технологических проемов пр ≤ 70 С для завесу наружных входных дверей – пр ≤ 50 С. Конкретные значения температуры подаваемого воздуха при воздушном отоплении зависят от схемы воздухораспределения. Когда система воздушного отопления совмещена с приточной вентиляцией, то количество подаваемого в помещение воздуха устанавливают следующим образом
– если от ≥ G
вент количество воздуха для отопления оказывается равным количеству воздуха, необходимому для вентиляции, или превышает его, то за расчётное принимают количество воздуха, определённое по формуле (27), а систему устраивают прямоточной при от
= вентили с частичной рециркуляцией (при от
> G
вент
);
– если G
вент
> от (количество вентиляционного воздуха превышает количество воздуха, которое необходимо для отопления, то принимают в качестве расчётного количество воздуха, необходимое для вентиляции, систему устраивают прямоточной, а
57 температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле
г = в + п
/ (сG
вент
). (31) Количество воздуха для отопления помещения или его температуру определяют с учётом постоянных тепловыделений. При центральной отопительно-вентиляционной системе температура нагретого воздуха может оказаться для каждого помещения различной. Однако проще подавать вовсе помещения воздух при одинаковой температуре. Для этого общую температуру воздуха принимают равной низшей из расчетных для отдельных помещений, а количество подаваемого воздуха пересчитывают по формуле (28). После уточнения воздухообмена определяют теплозатраты на нагревание воздуха по формулам
– для рециркуляционной системы воздушного отопления
пот п – в
(32)
– для частично рециркуляционной отопительно-вентиляционной системы
пот п – н + G
вент
c( п – в (33)
– для прямоточной отопительно-вентиляционной системы
п 0,28G
вент
c( п – н, (34) где от и вен – расход воздуха для целей отопления и вентиляции соответственно, кг/ч. Воздушное отопление успешно применяется для обогрева помещений, где предусматривается прерывистый характер работ. Малая инерционность данного вида отопления обусловливает эффективность его применения в качестве догрева. В нерабочее время происходит быстрое снижение температуры воздуха в помещении, что снижает теплопотери здания и обеспечивает экономию энергоресурсов. К началу рабочего дня воздушное отопление обеспечит быстрый прогрев охлажденных помещений. Применение рециркуляции снижает расход теплоты на подогрев воздуха в теплогенераторах (калориферах, поэтому наиболее экономична работа систем по рециркуляционной схеме, а наименее экономична − по прямоточной схеме.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24
47 площадь остекления, ориентация по сторонам света и объемный коэффициент здания
− необходимое количество теплоты для каждого помещения
− составление технического задания на проектирование
− выбор схемы систем отопления
− составление предварительной ориентировочной сметы
− концепция-эскиз проекта системы отопления. Все тепловые расчеты должны соответствовать требованиям
ТКП 45-2.04-43−2006 Строительная теплотехника, СНБ 4.02.01−03 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, ТКП 45-4.01-
52−2007 Системы внутреннего водоснабжения зданий и основываться на методике расчета потерь тепловой энергии в сетях теплоснабжения с учетом их износа, срока и условий эксплуатации. При составлении пояснительной записки к проекту учитывается соответствие ГОСТ 19431−84 Энергетика и электрификация. Термины и определения и ГОСТ 26691−85 Теплоэнергетика. Термины и определения. Тепловой режим. Тепловой расчет систем отопления определяет потребность объекта в тепловой энергии, годовое и суточное потребление топливно-энергетических ресурсов и включает расчеты основных теплопотерь, потерь на нагревание инфильтрирующего неорганизованный воздухообмен, возникающий под действием ветровых и гравитационных сил (окна, щели, двери т.д.)) воздуха, добавочные теплопотери в каждом помещении, трансмиссионные потери (теплообмен через ограждающие конструкции, определение тепловых нагрузок. Полученные при расчете данные используются для выбора оптимальной системы отопления, из которых выделим четыре схемы водяная, паровая, воздушная и инфракрасная. Водяная система отопления состоит из трубопроводов, радиаторов, котла и насоса. По принципу движения теплоносителя разделяют на систему с принудительной и естественной циркуляцией. Тепловым генератором водяной системы служит котел газовый, электрический или др. Газовый котел работает на природном газе, являясь более экономичными независимым электроэнергия. В электрическом котле теплоноситель (вода) получает энергию от термоэлектрического нагревателя. Основное достоинство таких котлов – простота монтажа и эксплуатации. Важную роль при проектировании систем водяного отопления играет
48 выбор отопительных приборов, различающихся по материалу, конструкции, цене и теплоотдаче. Паровое отопление. При разработке парового отопления следует учитывать, что согласно строительным нормами правилам оно запрещено к эксплуатации в жилых и общественных зданиях (СНиП
2.04.05−91 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Теплоносителем в паровой системе отопления является водяной пара источник теплоты – отопительный паровой котел. Преимущества разработки такой схемы отопления быстрый прогрев помещений. Недостаток схемы – высокая температура на поверхности отопительных приборов. Воздушное отопление Теплоносителем в такой схеме является воздух начальных расчетных параметров, который нагревается в специальной печи (газовой или дизельной) и при помощи вентилятора подается в помещения. Подача тёплого воздуха в воздушной системе осуществляется по воздуховодам, которые выполняют и рециркуляционную функцию, возвращая остывший воздух обратно в печь. Очистка воздуха осуществляется в фильтрах. Преимуществами воздушного отопления являются высокий КПД, простота монтажа и экономичность в эксплуатации. Инфракрасное отопление. Обогрев помещения поданной схеме производится благодаря излучающим тепловым потокам, которые нагревают предметы, а не окружающий воздух. Путем теплообмена нагретые предметы аккумулируют и передают теплоту окружающему воздуху. Проектирование инфракрасных излучателей чаще всего используют для обогрева рабочих зон помещений. Преимуществом такой схемы является простота монтажа (кронштейны) и высокий КПД
(90 %). Гидравлический расчет систем отопления выполняется после выбора схемы конструкции системы и расчета тепловых нагрузок. Гидравлический расчет определяет гидравлические потери, оптимальный диаметр труб для циркуляции теплоносителя на каждом участке объекта. Учитывая все произведенные расчеты, проектирование переходит к следующему этапу – конструированию системы. Этот этап включает размещение согласованных с расчетами отопительных приборов, расположение запорно-регулирующей арматуры, место узла управления.
49 Завершающий этап при разработке – согласование проекта в соответствующих органах Беларуси. При согласовании проекта соответствующая служба регламентирует использование тех или иных инженерно-технических решений, применение качественных и сертифицированных оборудования и материалов.
3.5 Область применения парового отопления Свойства водяного пара как теплоносителя для отопления зданий и сооружений весьма эффективны. Добавим, что водяной пар в системе отопления состоит из смеси сухого насыщенного пара и капелек воды во взвешенном состоянии, те. находится во влажном состоянии. Влажное состояние изменяется при движении пара по трубам. По пути движения происходит попутная конденсация части пара вследствие его охлаждения через стенки труб в окружающую среду, поэтому по паропроводам перемещается пароконденсатная смесь. Плотность влажного пара вычисляется по плотности сухого насыщенного пара с учетом его долив смеси (степени сухости пара) приданном содержании влаги. Основное преимущество парового отопления по сравнению с водяным – возможность быстро нагревать помещения при подаче пара в отопительные приборы. Понятно, что столь же быстро прекращается их отопление при выключении подачи пара. При своей малой тепловой инерции паровое отопление более пригодно, чем водяное, для прерывистого отопления помещений. При устройстве парового отопления сокращаются по сравнению с водяным капитальные вложения уменьшается расход металла на теплопроводы и отопительные приборы. Пар как среда малой плотности может подаваться на значительную высоту для отопления, например, верхней части высотных зданий. Однако эксплуатационные недостатки парового отопления настолько существенны, что значительно ограничивают область его применения. К недостаткам парового отопления относятся
− невозможность регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры теплоносителя, те. невозможность качественного регулирования
− постоянно высокая температура (более 100 С) поверхности теплопроводов и отопительных приборов, что вынуждает устраивать
50 перерывы в подаче пара, которые вызывают колебание температуры воздуха в помещениях, те. приводят к понижению уровня теплового комфорта
− увеличение бесполезных теплопотерь паропроводами, когда они проложены в необогреваемых помещениях
− шум при действии систем, особенно при возобновлении работы после перерыва
− сокращение срока службы теплопроводов. Вследствие этих недостатков паровое отопление не допускается в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление может применяться в производственных помещениях без выделения пыли или с выделением негорючей и неядовитой пыли, негорючих и не поддерживающих горение газов и паров, со значительными влаговыделениями, а также для обогревания лестничных клеток и высоких и сверхвысоких зданий. Во всех случаях паровое отопление допускается применять при обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства. Отметим, что в настоящее время в Республике Беларусь при реконструкции предприятий имеющиеся системы парового отопления заменяются водяными. Так как паровые системы не нашли широкого применения в коммунальном хозяйстве и агропромышленном комплексе нашей страны, тов данном учебнике паровые системы не рассматриваются.
3.6 Воздушное отопление Область применения систем воздушного отопления весьма широка. Они незаменимы в цехах, на складах готовой продукции, в актовых залах, столовых, больших офисах, торговых галереях и других помещениях, нуждающихся в притоке значительных объемов воздуха. В системах воздушного отопления атмосферный воздух используется в качестве теплоносителя для обогрева помещений. Воздух нагревается за счет первичного теплоносителя – пара, горячей воды или газов в теплогенераторе до заданной температуры и подается в помещение (рисунок 8). Подаваемый воздух с температурой п, превышающей температуру воздуха помещения, отдает теплоту,
51 необходимую для компенсации тепловых потерь. Таким образом, система воздушного отопления фактически становится комбинированной – водовоздушной, паровоздушной, газовоздушной, электровоздушной и т.д. В системе воздушного рециркуляционного отопления теплый воздух отдает избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания. Этот процесс может осуществляться двумя способами
1) нагретый воздух, попадая в помещение, смешивается с окружающим воздухом и охлаждается до температуры этого воздуха
2) нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а перемещается в окружающих помещение каналах. В настоящее время распространен первый способ, который мы и рассмотрим в данном разделе. Второй способ после натурной проверки в жилых зданиях вначале второй половины ХХ века не получил широкого распространения из-за больших потерь при воздухораспределении по каналам.
Преимуществом воздушного отопления является снижение первоначальных затрат за счет сокращения расходов на нагревательные приборы и повышенные санитарно-гигиенические показатели (высокая равномерность распределения температур по помещению, возможность создания благоприятной подвижности воздуха, возможность подачи очищенного и увлажненного воздуха. Достоинством системы является также меньшая металлоемкость и малая инерционность, дающая возможность получения быстрого отопительного эффекта при внезапных охлаждениях помещений (открывании ворот, внесении холодных массивных изделий и др. Кроме того, воздушное отопление возможно совместить с системами вентиляции и кондиционирования воздуха, что обеспечит их применение в различного типа зданиях. Распределение теплого воздуха по каналам
52 Рисунок 8 – Общая схема газового теплогенератора для центральной системы воздушного отопления
(http://www.conditionery.ru/catalog/0/164/descr/) К недостаткам систем воздушного отопления, ограничивающих их распространение, следует отнести необходимость увеличения сечений воздуховодов и каналов для транспортирования с помощью воздуха больших количеств теплоты вследствие малой плотности и малой теплоемкости воздуха значительные потери тепла при транспортировании нагретого воздуха по каналам большого сечения эксплуатационные расходы в связи с дополнительной потребностью в электроэнергии для привода вентиляторов. Существенным недостатком систем воздушного отопления для жилых зданий является и наличие холодных токов воздуха от поверхностей, особенно окон и наружных стен из-за отсутствия радиаторов.
3.6.1 Основные схемы Дымоход Воздуховод или распределительные решетки Горячий воздух Теплообменник Камера сгорания Горелка Холодный воздух Вентилятор Рециркуляция Приточная вентиляция
53 Системы воздушного отопления классифицируются по нескольким признакам. 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 (рисунок 9). Рисунок 9– Принципиальные схемы центральной системы воздушного отопления а – полностью рециркуляционная; б – частично рециркуляционная; в – прямоточная г – рекуперативная 1 – теплообменник-калорифер; 2 – канал нагретого воздуха с воздухораспределителем на конце 3 – канал внутреннего воздуха 4 – вентилятор 5 – канал наружного воздуха 6 – рекуператор (теплообменник 7 – рабочая зона Одно из достоинств применяемой центральной системы воздушного отопления − отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помещениях. Приданной системе есть возможности установки оборудования как внутри помещения, таки 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 а) б) в) г)
54 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. По способу использования наружного воздуха системы подразделяются на рециркуляционные, прямоточные и комбинированные см. рисунок Правилами гигиены устанавливается верхний предел температуры воздуха – 60 С для систем воздушного отопления помещений с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей. В рециркуляционных системах воздух, забираемый из помещений, после нагревания в теплогенераторе калорифере) вновь возвращается в них для отопления (рисунок 9, а. Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией рисунок 9, б)применяется с механическим побуждением движения воздуха и является наиболее управляемой. 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 оттого, забирается ли ив каком количестве воздух снаружи и до какой температуры нагревается воздух в воздухонагревателе. В прямоточных системах (рисунок 9, в) происходит нагрев только свежего наружного воздуха. Они характерны для помещений с высокими требованиями к вентиляции. При организации таких систем необходимо также предусмотреть мощную систему вытяжной вентиляции. Систему, построенную по принципу рециркуляции внутреннего воздуха, не всегда возможно использовать в связи с требованием санитарных норм, строительных нормативов и правил. В любом случае при проектировании системы важно учитывать тепловые потери не только от ограждающих конструкций здания, но и связанные с организацией активной вентиляции здания, а также динамические переохлаждения, вызываемые, например, открытием
55 въездных ворот. Комбинированные системы воздушного отопления применяются, когда имеется значительная разница в необходимости подачи тепла и подогрева приточного воздуха в течение дня со значительным воздухообменом в рабочее время, при односменном режиме работы либо при прерывистом рабочем цикле. Вне зависимости от способа и типа организации системы воздушного отопления обогрев помещения происходит по принципу подачи перегретого воздуха в помещение. И здесь важным фактором является высота помещения и кратность воздухообмена в нем. В традиционных системах воздушного отопления воздух после нагрева в теплогенераторе попадает в помещение с более высокой температурой, по сравнению со средней в рабочей обогреваемой зоне. Попадая в помещение, более теплый и легкий воздух за счет гравитации устремляется вверх. При этом всем известно, что перегрев потолочной зоны вызывает повышенные тепловые потери в зоне кровли и верхней части стен, и происходит нерациональное расходование теплоты. Именно поэтому горячий воздух следует подавать через специальные воздухораспределители струйного или равномерного распределения в нижнюю или среднюю область помещения, в противном случае горячий воздух будет скапливаться в потолочной зоне, и прогрев помещения будет неравномерным.
3.6.2 Расчет количества и температуры воздуха Количество воздуха G, кг/ч, необходимого для системы воздушного отопления,
ï ð
â
0, 28
(
)
Q
G
c t
t
=
−
, (27) где 0,28 – коэффициент перевода кДж в Вт.
Q – тепловая нагрузка системы отопления, Вт
с – теплоемкость воздуха, с = 1 кДж/(кгС);
пр – температура приточного воздуха, подаваемого в помещение, С. Величина G определяет сечение воздуховодов и расход электроэнергии на отопительно-вентиляционную установку. Для уменьшения расхода воздуха необходимо, чтобы пр была по возможности высокой. При подаче воздуха в пределах рабочей зоны допускается пр до
56
+45 С, ноне ниже +25 С. При подаче воздуха на любой высоте пр определяется расчетом с условием, что в рабочей зоне обеспечивается заданная температура воздуха. Объем подаваемого воздуха от, м
3
/ч, при температуре нагретого воздуха г от G
н
/
г
. (28) Воздухообмен в помещении пр, м
3
/ч, несколько отличается от от, так как определяется при температуре внутреннего воздуха, в
пр = отв, (29) где г ив плотность воздуха, кг/м
3
, при его температуре г и t
в
Если пренебречь влиянием барометрического давления и влажности, то плотность воздуха при температуре t
ρ = 353 / (273 + t). (30) Температура воздуха г должна быть возможно более высокой для уменьшения количества подаваемого воздуха. В связи с этим, соответственно, сокращаются размеры каналов, а также снижается расход электроэнергии при механическом побуждении движения воздуха. Согласно [4] установлен определенный верхний предел температуры для завесу внешних вороти технологических проемов пр ≤ 70 С для завесу наружных входных дверей – пр ≤ 50 С. Конкретные значения температуры подаваемого воздуха при воздушном отоплении зависят от схемы воздухораспределения. Когда система воздушного отопления совмещена с приточной вентиляцией, то количество подаваемого в помещение воздуха устанавливают следующим образом
– если от ≥ G
вент количество воздуха для отопления оказывается равным количеству воздуха, необходимому для вентиляции, или превышает его, то за расчётное принимают количество воздуха, определённое по формуле (27), а систему устраивают прямоточной при от
= вентили с частичной рециркуляцией (при от
> G
вент
);
– если G
вент
> от (количество вентиляционного воздуха превышает количество воздуха, которое необходимо для отопления, то принимают в качестве расчётного количество воздуха, необходимое для вентиляции, систему устраивают прямоточной, а
57 температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле
г = в + п
/ (сG
вент
). (31) Количество воздуха для отопления помещения или его температуру определяют с учётом постоянных тепловыделений. При центральной отопительно-вентиляционной системе температура нагретого воздуха может оказаться для каждого помещения различной. Однако проще подавать вовсе помещения воздух при одинаковой температуре. Для этого общую температуру воздуха принимают равной низшей из расчетных для отдельных помещений, а количество подаваемого воздуха пересчитывают по формуле (28). После уточнения воздухообмена определяют теплозатраты на нагревание воздуха по формулам
– для рециркуляционной системы воздушного отопления
пот п – в
(32)
– для частично рециркуляционной отопительно-вентиляционной системы
пот п – н + G
вент
c( п – в (33)
– для прямоточной отопительно-вентиляционной системы
п 0,28G
вент
c( п – н, (34) где от и вен – расход воздуха для целей отопления и вентиляции соответственно, кг/ч. Воздушное отопление успешно применяется для обогрева помещений, где предусматривается прерывистый характер работ. Малая инерционность данного вида отопления обусловливает эффективность его применения в качестве догрева. В нерабочее время происходит быстрое снижение температуры воздуха в помещении, что снижает теплопотери здания и обеспечивает экономию энергоресурсов. К началу рабочего дня воздушное отопление обеспечит быстрый прогрев охлажденных помещений. Применение рециркуляции снижает расход теплоты на подогрев воздуха в теплогенераторах (калориферах, поэтому наиболее экономична работа систем по рециркуляционной схеме, а наименее экономична − по прямоточной схеме.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 24