Причина нагревания проводника кроется в том, что энергия движущихся в нем электронов (иными словами, энергия тока) при последовательном столкновении частиц с ионами молекулярной элемента преобразуется в тёплый тип энергии, или Q, так образуется понятие «тепловая мощность».

Работу тока измеряют с помощью международной системы единиц СИ, применяя к ней джоули (Дж), определяют как «ватт» (Вт). Отступая от системы на практике, могут применять в том числе и внесистемные единицы, измеряющие работу тока. Среди них ватт-час (Вт × ч), киловатт-час (сокращённо кВт × ч). Например, 1 Вт × ч обозначает работу тока с удельной мощностью 1 ватт и длительностью времени на один час.

Если электроны движутся по неподвижному проводнику из металла, в этом случае вся полезная работа вырабатываемого тока распределяется на нагревание металлической конструкции, и, исходя из положений закона сохранения энергии, это можно описать формулой Q=A=IUt=I 2 Rt=(U 2 /R)*t. Такие соотношения с точностью выражают известный закон Джоуля-Ленца. Исторически он впервые был определён опытным путём учёным Д. Джоулем в середине 19-го века, и в то же время независимо от него ещё одним учёным - Э.Ленцем. Практическое применение тепловая мощность нашла в техническом исполнении с изобретения в 1873 году русским инженером А. Ладыгиным обыкновенной лампы накаливании.

Тепловая мощность тока задействуется в целом ряде электрических приборов и промышленных установок, а именно, в тепловых нагревательного типа электрических печках, электросварочной и инвенторной аппаратуре, очень распространены бытовые приборы на электрическом нагревательном эффекте - кипятильники, паяльники, чайники, утюги.

Находит себя тепловой эффект и в пищевой промышленности. С высокой долей использования применяется возможность электроконтактного нагрева, что гарантирует тепловая мощность. Он обуславливается тем, что ток и его тепловая мощность, оказывая влияние на пищевой продукт, который обладает определённой степенью сопротивления, вызывает в нем равномерное разогревание. Можно привести в пример то, как производятся колбасные изделия: через специальный дозатор мясной фарш поступает в металлические формы, стенки которых одновременно служат электродами. Здесь обеспечивается постоянная равномерность нагрева по всей площади и объёму продукта, поддерживается заданная температура, сохраняется оптимальная биологическая ценность пищевого продукта, вместе с этими факторами длительность технологических работ и расход энергии остаются наименьшими.

Удельная тепловая тока (ω), иными словами - что выделяется в единице объёма за определённую единицу времени, рассчитывается следующим образом. Элементарный цилиндрический объём проводника (dV), с поперечным проводниковым сечением dS, длиной dl, параллельной и сопротивлением составляют уравнения R=p(dl/dS), dV=dSdl.

Согласно определениям закона Джоуля-Ленца, за отведённое время (dt) во взятом нами объёме выделится уровень теплоты, равный dQ=I 2 Rdt=p(dl/dS)(jdS) 2 dt=pj 2 dVdt. В таком случае ω=(dQ)/(dVdt)=pj 2 и, применяя здесь закон Ома для установления плотности тока j=γE и соотношение p=1/γ, мы сразу получаем выражение ω=jE= γE 2. Оно в дифференциальной форме даёт понятие о законе Джоуля-Ленца.

где - расчетные тепловые потери здания, кВт;

- коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины, принимаемый по табл. 1.

Таблица 1

- коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами, расположенными у наружных ограждений при отсутствии теплозащитных экранов, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

- потери теплоты, кВт, трубопроводами, проходящими в неотапливаемых помещениях;

- тепловой поток, кВт, регулярно поступающий от освещения, оборудования и люден, который следует учитывать в целом на систему отопления здания. Для жатых домов величину следует учитывать из расчета 0.01 кВт на 1 м" обшей площади.

При расчетах тепловой мощности систем отопления производственных зданий следует дополнительно учитывать расход теплоты на нагревание материалов, оборудования и транспортных средств.

2. Расчетные тепловые потери , кВт, должны рассчитываться по формуле:

(2)

где: - тепловой поток, кВт, через ограждающие конструкции;

- потери теплоты, кВт, на нагревание вентиляционного воздуха.

Величины и рассчитываются для каждого отапливаемого помещения.

3. Тепловой поток , кВт, рассчитывается для каждого элемента ограждающей конструкции по формуле:

(3)

где А - расчетная площадь ограждающей конструкции, м 2 ;

R - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. м 2 °С/Вт, которое должно определяться по СНиП II-3-79** (кроме полов на грунте) с учетом установленных нормативов минимального термического сопротивления ограждений. Для полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, сопротивление теплопередаче следует определять по зонам шириной 2 м. параллельным наружным стенам, по формуле:

(4)

где - сопротивление теплопередаче, м 2 °С/Вт, принимаемое равным 2,1 для I зоны, 4,3 - для второй, 8,6 - для третьей зоны и 14,2 для оставшейся площади пола;

- толщина утепляющего слоя, м, учитываемая при коэффициенте теплопроводности утеплителя <1,2Вт/м 2 °С;

- расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно требованиям норм проектирования зданий различного назначения с учетом повышения ее в зависимости от высоты помещения;

- расчетная температура наружного воздуха, °С, принимаемая по данным приложения 8, или температура воздуха смежного помещения, если его температура более чем на 3 °С отличается от температуры помещения, для которого рассчитываются теплопотери;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху и определяемый по СНнП П-3-79**

- добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, учитываемые:

а) для наружных вертикальных и наклонных ограждений, ориентированных на направления, откуда в январе дует ветер со скоростью, превышающей 4,5 м/с с повторяемостью не менее 15% согласно СНиП 2.01.01-82, в размере 0,05 при скорости ветра до 5 м/с и в размере 0,10 при скорости 5 м/с и более; при типовом проектировании добавочные потерн следует учитывать в размере 0,05 для всех помещений;

б) для наружных вертикальных и наклонных ограждений многоэтажных зданий в размере 0,20 для первого и второго этажей; 0,15 -для третьего; 0,10 -для четвертого этажа здании с числом этажей 16 и более; для 10-15 - этажных здании добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 -для третьего этажа.

4. Потери теплоты , кВт, рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объеме однократного воздухообмена в час по формуле:

где - площадь пола помещения, м 2 ;

- высота помещения от пола до потолка, м, но не более 3,5.

Помещения, из которых организована вытяжная вентиляция с объемом вытяжки, превышающим однократный воздухообмен в час должны, как правило, проектироваться с приточной вентиляцией подогретым воздухом. При обосновании допускается обеспечивать подогрев наружного воздуха отопительными приборами в отдельных помещениях при объеме вентиляционного воздуха, не превышающем двух обменов в час.

В помещениях, для которых нормами проектирования зданий установлен объем вытяжки менее однократного воздухообмена в час, величину следует рассчитывать как расход теплоты на нагревание воздуха в объеме нормируемого воздухообмена от температуры до температуры °С.

Потери теплоты кВт, на нагревание наружного воздуха, проникающего во входные вестибюли (холлы) и лестничные клетки через открывающиеся в холодное время года наружные двери при отсутствии воздушно-тепловых завес следует рассчитывать по формуле:

где

- высота здания, м:

Р - количество людей, находящихся в здании;

В – коэффициент, учитывающий количество входных тамбуров. При одном тамбуре (две двери) в - 1,0; при двух тамбурах (три двери) в = 0,6.

Расчет теплоты на нагревание наружного воздуха, проникающего через двери отапливаемых незадымляемых лестничных клеток с поэтажными выходами на лоджии следует вести по формуле (6) при

, принимая для каждого этажа значение

, разное расстоянию, м. от середины двери рассчитываемого этажа до перекрытия лестничной клетки.

При расчете теплопотерь входных вестибюлей, лестничных клеток и цехов с воздушно-тепловыми завесами: помещений, оборудованных действующей постоянно в течение рабочего времени приточной вентиляцией с подпором воздуха, а также при расчете потерь теплоты через летние и запасные наружные двери и ворота величину учитывать не следует.

Потери теплоты , кВт, на нагревание воздуха, врывающегося через наружные ворота, не оборудованные воздушно-тепловыми завесами, следует рассчитывать с учетом скорости ветра, принимаемой по обязательному приложению 8, и времени открытия ворот.

Расчет потери теплеть: на нагревание инфильтрующегося через неплотности ограждающих конструкций воздуха выполнять не требуется.

5. Потери теплоты , кВт, трубопроводами, проходящими в неотапливаемых помещениях, следует определять по формуле:

(7)

где: - длины участков тепле изолированных трубопроводов различных диаметров, прокладываемых в неотапливаемых помещениях;

- нормированная линейная плотность теплового потока теплоизолированного трубопровода, принимаемая по п. 3.23. При этом толщина теплоизоляционного слоя , м трубопроводов должна. рассчитывается по формулам:

(8)

где - наружный размер трубопровода, м;

- теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м °С);

- средняя за отопительный сезон разность температур теплоносителя и окружающего воздуха.

6. Величину расчетного годового теплопотребления системой отопления здания

, ГДж. следует рассчитывать по формуле:

где - количество градусо-суток отопительного периода, принимаемое по приложению 8;

а - коэффициент, равный 0,8. который необходимо учитывать, если система отопления оборудована приборами автоматического уменьшения тепловой мощности в нерабочее время;

- коэффициент, разный 0,9, который необходимо учитывать, если более 75% отопительных приборов оборудованы автоматическими терморегуляторами;

с - коэффициент, разный 0,95, который необходимо учитывать, если на абонентском вводе системы отопления установлены приборы автоматического пофасадного регулирования.

7. Определенные расчетом величины тепловой мощности и максимального годового теплопотребления

, отнесенные к 1 м 2 общей (для жилых домов) или полезной (для общественных здании) площади, не должны превышать нормативных контрольных значений, приведенных в обязательном приложении 25.

8. Расход теплоносителя ,.кг/ч. а системе отопления следует определять по формуле:

(11)

где с - удельная теплоемкость воды, принимаемая равной 4,2 кДж/(кг 0 С);

- разность температур. °С, теплоносителя на входе в систему и на выходе из нее;

- тепловая мощность системы, кВт. определенная по формуле (1) с учетом бытовых тепловыделений .

9. Расчетную тепловую мощность

, кВт, каждого отопительного прибора следует определять по формуле:

где

следует рассчитывать в соответствии с пп. 2-4 настоящего приложения;

- потери теплоты, кВт, через внутренние стены, отделяющие помещение, для которого рассчитывается тепловая мощность отопительного прибора, от смежного помещения, в котором возможно эксплуатационное понижение температуры при регулировании. Величину

следует учитывать только при расчете тепловой мощности отопительных приборов, на подводках к которым проектируются автоматические терморегулятора. При этом для каждого помещения следует рассчитывать теплопотери

только через одну внутреннюю стену при разности температур между внутренними помещениями 8 0 С;

- тепловой поток. кВт, от неизолированных трубопроводов отопления, прокладываемых в помещении;

- тепловой поток, кВт, регулярно поступающий в помещение от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, коммуникаций, материалов и других источников. При расчете тепловой мощности отопительных приборов жилых, общественных и административно-бытовых зданий величину

учитывать не следует.

Величина бытовых тепловыделении учитывается для всего здания в целом при расчетах тепловой мощности системы отопления и общего расхода теплоносителя.

2.3. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Общие теплопотери здания Q зд принято относить к 1 м 3 его наружного объема и 1°С расчетной разности температуры. Получаемый показательq 0 , Вт/(м 3 К), называют удельной тепловой характеристикой здания:

(2.11)

где V н - объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м 3 ;

(t в -t н.5) - расчетная разность температур для основных помещений здания.

Удельную тепловую характеристику, вычисляемую после расчета теплопотерь, используют для теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений здания, сравнивая ее со средними показателями для аналогичных зданий. Для жилых и общественных зданий оценку производят по расходу теплоты, отнесенному I м 2 общей площади.

Величина удельной тепловой характеристики определяется прежде всего размерами световых проемов по отношению к общей площади наружных ограждений, так как коэффициент теплоотдачи заполнения световых проемов значительно выше коэффициента теплопередачи других ограждений. Кроме того, она зависит от объема и формы зданий. Здания малого объема обладают повышенной характеристикой, как и здания узкие, сложной конфигурации с увеличенным периметром.

Уменьшенные теплопотери и, следовательно, тепловую характеристику имеют здания, форма которых близка к кубу. Еще меньше теплопотери шарообразных сооружений того же объема в связи с сокращением площади внешней поверхности.

Удельная тепловая характеристика зависит также от района строительства здания вследствие изменения теплозащитных свойств ограждения. В северных районах при относительном уменьшении коэффициента теплопередачи ограждений этот показатель ниже, чем в южных.

Значения удельных тепловых характеристик приводятся в справочной литературе.

Применяя ее, определяют потери теплоты зданием по укрупненным показателям:

где β t - поправочный коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики при отклонении фактической расчетной разности температур от 48°:

(2.13)

Подобные расчеты теплопотерь позволяют установить ориентировочную потребность в тепловой энергии при перспективном планировании тепловых сетей и станций.

3.1 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Отопительные установки проектируют и монтируют в процессе возведения здания, увязывая их элементы со строительными конструкциями и планировкой помещений. Поэтому отопление считают отраслью строительной техники. Затем отопительные установки действуют в течение всего срока службы сооружения, являясь одним из видов инженерного оборудования зданий. К отопительным установкам предъявляют следующие требования:

1 - санитарно-гигиенические: поддерживание равномерной температуры помещений; ограничение температуры поверхности нагревательных приборов, возможность их очистки.

2 - экономические: невысокие капитальные вложения и эксплуатационные затраты, а также небольшой расход металла.

3 - архитектурно-строительные: соответствие планировке помещений, компактность, увязка со строительными конструкциями, согласование со сроками строительства зданий.

4 - производственно-монтажные: механизация изготовления деталей и узлов, минимальное число элементов, сокращение трудовых затрат и повышение производительности при монтаже.

5 - эксплуатационные: безотказность и долговечность, простота и удобство управления и ремонта, бесшумность и безопасность действия.

Каждое из указанных требований следует учитывать при выборе отопительной установки. Однако основными считаются санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования. Установка должна обладать способностью передавать в помещение изменяющиеся в соответствии с теплопотерями количество теплоты.

Система отопления - совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепловой энергии во все обогреваемые помещения.

Система отопления состоит из следующих основных конструктивных элементов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Принципиальная схема системы отопления

1- теплообменник; 2 и 4 –подающий и обратный теплопроводы; 3- отопительный прибор.

теплообменника 1 для получения тепловой энергии при сжигании топлива или от другого источника; отопительных приборов 3 для теплопередачи в помещение; теплопроводов 2 и 4 - сети труб или каналов для теплопереноса от теплообменника к отопительным приборам. Теплоперенос осуществляется теплоносителем - жидким (вода) или газообразным (пар, воздух, газ).

1.В зависимости от вида системы делятся на:

Водяные;

Паровые;

Воздушные или газовые;

Электрические.

2. В зависимости от расположения источника теплоты и обогреваемого помещения:

Местные;

Центральные;

Централизованные.

3. По способу циркуляции:

С естественной циркуляцией;

С механической циркуляцией.

4. Водяные по параметрам теплоносителя:

Низкотемпературные TI ≤ 105°С;

Высокотемпературные Tl>l05 0 C.

5. Водяные и паровые по направлению движения теплоносителя в магистралях:

Тупиковые;

С попутным движением.

6. Водяные и паровые по схеме соединения нагревательных приборов с трубами:

Однотрубные;

Двухтрубные.

7. Водяные по месту прокладки подающих и обратных магистралей:

С верхней разводкой;

С нижней разводкой;

С опрокинутой циркуляцией.

8. Паровые по давлению пара:

Вакуум-паровые Р а <0.1 МПа;

Низкого давления P a =0.1 - 0.47 МПа;

Высокого давления P a > 0.47 МПа.

3.2. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ

Теплоносителем для системы отопления может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещении, позволяющая регулировать отпуск теплоты, в том числе автоматически. Кроме того, теплоноситель должен способствовать выполнению требований, предъявляемых к системам отопления.

Наиболее широко в системах отопления используют воду, водяной пар и воздух, поскольку эти теплоносители в наибольшей степени отвечают перечисленным требованиям. Рассмотрим основные физические свойства каждого из теплоносителей, которые оказывают влияние на конструкцию и действие системы отопления.

Свойства воды : высокая теплоемкость, высокая плотность, несжимаемость, расширение при нагревании с уменьшением плотности, повышение температуры кипения при повышении давления, выделение абсорбируемых газов при повышении температуры и понижении давления.

Свойства пара : малая плотность, высокая подвижность, высокая энтальпия за счет скрытой теплоты фазового превращения (табл. 3.1), повышение температуры и плотности с возрастанием давления.

Свойства воздуха : низкая теплоемкость и плотность, высокая подвижность, уменьшение плотности при нагревании.

Краткая характеристика параметров теплоносителей для системы отопления приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Параметры основных теплоносителей.

*Скрытая теплота фазового превращения.

4.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Водяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение. Для уяснения устройства и принципа действия системы водяного отопления рассмотрим схему системы, представленную на рис. 4.1.

Рис.4.1.Схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией.

Вода, нагретая в теплогенераторе К до температуры Т1 , поступает в теплопровод - главный стояк I в подающие магистральные теплопроводы 2. По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 9. Затем по подающим подводкам 13 горячая вода поступает в отопительные приборы 10 , через стенки которых теплота передается воздуху помещения. Из отопительных приборов охлажденная вода с температурой Т2 по обратным подводкам 14, обратным стоякам II и обратным магистральным теплопроводам 15 возвращается в теплогенератор К, где она снова подогревается до тем­пературы Т1 и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

Система водяного отопления гидравлически замкнута и имеет определенную вместимость отопительных приборов, теплопроводов, арматуры, т.е. постоянный объем заполняющей ее воды. При повышении температуры воды она расширяется и в замкнутой, заполненной водой системе отопления внутреннее гидравлическое давление может превысить механическую прочность ее элементов. Чтобы этого не произошло, в системе водяного отопления имеется расширительный бак 4 , предназначенный для вмещения прироста объема воды при ее нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу, как при заполнении системы водой, так и в период ее эксплуатации. Для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к ним устанавливают регулировочные краны 12.

Перед пуском в действие каждая система заполняется водой из водопровода 17 через обратную линию до сигнальной трубы 3 в расширительный бак 4 . Когда уровень воды в системе повысится до уровня переливной трубы и вода будет вытекать в раковину, находящуюся в котельной, кран на сигнальной трубе закрывают и прекращают заполнение системы водой.

При недостаточном прогреве приборов вследствие засорения трубопроводов или арматуры, а также в случае появления утечки, вода из отдельных стояков может быть спущена без опорожнения и прекращения работы других участков системы. Для этого закрывают вентили или краны 7 на стояках. Из тройника 8 , установленного в нижней части стояка, вывертывают пробку, и к штуцеру стояка присоединяют гибкий шланг, по которому вода из теплопроводов и приборов стекает в канализацию. Чтобы вода быстрее стекала и стекла полностью, из верхнего тройника 8 вывертывают пробку. Представленные на рис. 4.1-4.3 системы отопления называются системами с естественной циркуляцией. В них движение воды осуществляется под действием разности плотностей охлажденной воды после отопительных приборов, и горячей воды, поступающей в систему отопления.

Вертикальные двухтрубные системы с верхней разводкой применяют в основном при естественной циркуляции воды в системах отопления зданий до 3-х этажей включительно. Эти системы по сравнению с системами при нижней разводке подающей магистрали (рис.4.2) имеют большее естественное циркуляционное давление, в их проще воздухоудаление из системы (через расширительный бак).

Рис. 7.14. Схема двухтрубной системы водяного отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией

К-котел; 1-главный стояк; 2, 3, 5-соединительная, переливная, сигнальная трубы расширительного бака; 4 - расширительный бак; 6-воздушная линия; 7 - воздухосборник; 8 - подающие подводки; 9 - регулировочные краны у отопительных приборов; 10-отопительные приборы; 11-обратные подводки; 12-обратные стояки (охлажденной воды); 13-подающие стояка (горячей воды); 14-тройник с пробкой для спуска воды; 15- краны или вентили на стояках; 16, 17-подающий и обратный магистральные теплопроводы; 18-запорные вентили или задвижки на магистральных теплопроводах для регулирования и отключения отдельных веток; 19 - воздушные краны.

Рис.4.3.Схема однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией

Двухтрубная система с нижним расположением обеих магистралей и естественной циркуляцией (рис.4.3) перед системой с верхней разводкой имеет преимущество: монтаж и пуск систем может производиться поэтажно по мере возведения здания: удобнее эксплуатация системы, т.к. вентили и краны на подающем и обратном стояках находятся внизу и в одном месте. Двухтрубные вертикальные системы с нижней разводкой применяют в малоэтажных зданиях с кранами двойной регулировки у отопительных приборов, что объясняется большой гидравлической и тепловой устойчивостью в сравнении с системами с верхней разводкой.

Удаление воздуха из этих систем осуществляется воздушными кранами 19 (рис.4.3).

Основное преимущество двухтрубных систем независимо от способа циркуляции теплоносителя - поступление воды с наивысшей температурой TI к каждому отопительному прибору, что обеспечивает максимальную разность температур TI-T2 и, следовательно, минимальную площадь поверхности приборов. Однако в двухтрубной системе, особенно с верхней разводкой, имеет место значительный расход труб и усложняется монтаж.

По сравнению с двухтрубными системами отопления вертикальные однотрубные системы с замыкающими участками (рис. 4.3, левая часть) имеют ряд преимуществ: меньшая первоначальная стоимость, более простой монтаж и меньшая длина теплопроводов, более красивый внешний вид. Если приборы, находящиеся в одном помещении, присоединены по проточной схеме к стояку с двух сторон, то у одного из них (правый стояк на рис. 4.3) устанавливают регулировочный кран. Такие системы применяют в малоэтажных производственных зданиях.

На рис. 4.5 показана схема однотрубных горизонтальных систем отопления. Горячая вода в таких системах поступает в отопительные приборы одного и того же этажа из теплопровода, проложенного горизонтально. Регулировка и включение отдельных приборов в горизонтальных системах с замыкающими участками (рис. 4.5 б) достигается также легко, как и вертикальных системах. В горизонтальных проточных системах (рис. 4.5 а, в) регулировка может быть только поэтажной, что является существенным их недостатком.

Рис. 4.5. Схема однотрубных горизонтальных систем водяного отопления

а, в- проточная; б- с замыкающими участками.

Рис. 4.6 Системы водяного отопления с искусственной циркуляцией

1 - расширительный бак; 2 - воздушная сеть; 3- насос циркуляционный; 4- теплообменник

К основным достоинствам однотрубных горизонтальных систем относятся меньший, чем в вертикальных системах, расход труб, возможность поэтажного включения системы и стандартность узлов. Кроме того, горизонтальные системы не требуют пробивки отверстий в перекрытиях, и монтаж их в сравнении с вертикальными системами гораздо проще. Они довольно широко применяются в производственных и общественных помещениях.

Общими преимуществами систем с естественной циркуляцией воды, предопределяющими в некоторых случаях их выбор, являются относительная простота устройства и эксплуатации; отсутствие насоса и потребности в электроприводе, бесшумность действия; сравнительная долговечность при правильной эксплуатации (до 30-40 лет) и обеспечение равномерной температуры воздуха в помещении в течение отопительного периода. Однако в системах водяного отопления с естественной циркуляцией естественное давление имеет очень большую величину. Поэтому при большой протяженности циркуляционных колец (>30м), а, следовательно, при значительных сопротивлениях движению воды в них, диаметры трубопроводов по расчету получаются очень большими и система отопления называется экономически невыгодной как по первоначальным затратам, так и в процессе эксплуатации.

В связи с изложенным область применения систем с естественной циркуляцией ограничена обособленными гражданскими зданиями, где недопустимы шум и вибрация, квартирным отоплением, верхними (техническими) этажами высоких зданий.

Системы отопления с искусственной циркуляцией (рис. 4.6-4.8) принципиально отличаются от систем водяного отопления с естественной циркуляцией тем, что в них в дополнение к естественному давлению, возникающему в результате охлаждения воды в приборах и трубах, значительно большее давление создается циркуляционным насосом, который устанавливается на обратном магистральном трубопроводе у котла, а расширительный бак присоединен не к подающему, а к обратному теплопроводу около всасывающего патрубка насоса. При таком присоединении расширительного бака воздух из системы через него отводиться не может, поэтому для удаления воздуха из сети теплопроводов и отопительных приборов служат воздушные линии, воздухосборники и воздушные краны.

Рассмотрим схемы вертикальных двухтрубных систем отопления с искусственной циркуляцией (рис.4,6). Слева показана система с верхним расположением подающей магистрали, а справа - система с нижним расположением обеих магистралей. Обе системы отопления относятся к так называемым тупиковым системам, в которых нередко получается большая разница в потере давления в отдельных циркуляционных кольцах, т.к. длины их разные: чем дальше расположен прибор от котла, тем большую протяженность имеет кольцо этого прибора. Поэтому в системах с искусственной циркуляцией, особенно при большой протяженности теплопроводов, целесообразно применять попутное движение воды в подающих и охлаждённых магистралях по схеме, предложенной проф. В. М. Чаплиным. По этой схеме (рис. 4.7) длина всех циркуляционных колец почти одинакова, вследствие чего легко получить равную потерю давления в них и равномерный прогрев всех приборов. СНиП рекомендует такие системы устраивать при числе стояков в ветви более 6. Недостатком этой системы по сравнению с тупиковой является несколько большая общая длина теплопроводов, и, как следствие, большая на 3-5% первоначальная стоимость системы.

Рис.4.7. Схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды в подающей и обратной магистралях и искусственной циркуляцией

1 - теплообменник; 2, 3, 4, 5 - циркуляционная, соединительная,сигнальная, переливная трубы расширительного бака; 6 - расширительный бак; 7- подающий магистральный теплопровод; 8 - воздухосборник; 9 - отопительный прибор; 10 - кран двойной регулировки; 11 - обратный теплопровод; 12 –насос.

В последние годы широко применяют однотрубные системы отопления с нижней прокладкой магистралей горячей и охлажденной воды (рис.4.8) с искусственной циркуляцией воды.

Стояки систем по схемам б разделяются на подъемные и опускные. Стояки систем по схемам а ,в иг состоят из подъемного и опускного участков, по верхней части, обычно под полом верхнего этажа, они соединяются горизонтальным участком. Стояки прокладывают на расстоянии 150 мм от края оконного проема. Длина подводок к нагревательным приборам принимается стандартной - 350 мм; отопительные приборы смещены от оси окна в сторону стояка.

Рис 4.8.Разновидности (в, б, в, е) однотрубных систем водяного отопления с нижней разводкой

Для регулирования теплопередачи отопительных приборов устанавливают трехходовые краны типа КРТП, а при смещенных замыкающих участках - шиберные краны пониженного гидравлического сопротивления типа КРПШ.

Однотрубная система с нижней разводкой удобна для зданий с бесчердачным перекрытием, она обладает повышенной гидравлической и тепловой устойчивостью. Преимущества однотрубных систем отопления заключаются в меньшем диаметре труб, благодаря большему давлению, создаваемому насосом; большем радиусе действия; более простом монтаже, и большей возможности унификации деталей теплопроводов, приборных узлов.

К недостаткам систем относится перерасход отопительных приборов по сравнению с двухтрубными системами отопления.

Область применения однотрубных систем отопления разнообразная: жилые и общественные здания с числом этажей более трех, производственные предприятия и т.д.

4.2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Систему отопления выбирают в зависимости от назначения и режима эксплуатации здания. Учитывают требования, предъявляемые к системе. Принимают во внимание категории пожаровзрывоопасности помещений.

Главным фактором, определяющим выбор системы отопления, является тепловой режим основных помещений здания.

Учитывая экономические, заготовительно-монтажные и некоторые эксплуатационные преимущества, СНиП 2.04.05-86, п.3.13 рекомендует проектировать, как правило, однотрубные системы водяного отопления из унифицированных узлов и деталей; при обосновании допускается применение двухтрубных систем.

Тепловой режим помещений одних зданий необходимо поддерживать неизменным в течение всего отопительного сезона, других зданий -можно изменять для сокращения трудозатрат с суточной и недельной периодичностью, на время праздников, проведения наладочных, ремонтных и других работ.

Гражданские, производственные и сельскохозяйственные здания с постоянным тепловым режимом можно разделить на 4 группы:

1) здания больниц, родильных домов и тому подобных лечебно-профи-лактических учреждений круглосуточного использования (кроме психиатрических больниц), к помещениям которых предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования;

2) здания детских учреждений, жилые, общежития, гостиницы, дома отдыха, санатории, пансионаты, поликлиники, амбулатории, аптеки, психиатрические больницы, музеи, выставки, библиотеки, бани, книгохранилища;

3) здания плавательных бассейнов, вокзалов, аэропортов;

4) здания производственные и сельскохозяйственные при непрерывном технологическом процессе.

Например, в зданиях второй группы предусматривают водяное отопление с радиаторами и конвекторами (кроме больниц и бань). Предельную температуру теплоносителя воды принимают в двухтрубных.системах равной 95°С, в однотрубных системах зданий (кроме бань, больниц и детских учреждений) -105°С (при конвекторах с кожухом до 130°С). Для отопления лестничных клеток возможно повышение расчетной температуры до 150°С. В зданиях с круглосуточной действующей приточной вентиляцией, в первую очередь в зданиях музеев, картинных галерей, книгохранилищ, архивов (кроме больниц и детских учреждений) устраивают центральное воздушное отопление.

Системы отопления следует проектировать с насосной циркуляцией, нижней разводкой, тупиковые с открытой прокладкой стояков в первую очередь.

Остальные системы принимаются в зависимости от местных условий: архитектурно-планировочного решения, требуемого теплового режима, вида и параметров теплоносителя в наружной тепловой сети и т.д.

Принцип работы теплогенератора

Мощность тепловая теплогенератора - это количество теплоты , образуемое при сгорании топлива, подводимое к топке (горелке) в единицу времени. Характеризующим показателем тепловой мощности отопительного агрегата на твердом топливе принято считать значение КВт за 1 час работы. С одной стороны – это удобно, с другой стороны – это не совсем корректно. Просто, даже сам производитель не может сказать, однозначно и точно, какую тепловую мощность имеет отопительный агрегат, он знает только из собственных расчетов (теоритических или практических). Но самое главное, то что показатель тепловой мощности агрегата варьируется от паспортного значения при условиях эксплуатации. Основный условия эксплуатации можно выявить при значениях теплотворной способности топлива , количества закладного топлива в камеру сгорания и тяговых свойствах агрегата (как рабочие, так и холостые).

Расчет тепловой мощности

Для расчета необходимой тепловой мощности нужно взять следующую формулу: P=V ∆T K

• где Р – это значение внесистемной единицы измерения количества работы и энергии (ккал/час);
• V – расчетный объем обогреваемого помещения, которое вычисляется перемножением длины на ширину и на высоту помещения, измеряемое в транскрипции как м 3 ;
• ΔT – это разница температуры между нужной (достигаемой) температурой прогреваемого помещения и внешней климатической температурой (°C);
• К – коэффициент теплового рассеивания , это условное значения тепловой потери (рассеивания), которое характеризует прогреваемое помещение по значениям:
  • K=0,1-0,5 Утепленное помещение с гидробарьерными и паробарьерными изоляционными материалами . К таким помещениям можно отнести парильные помещения (бани, сауны), термопроизводственные помещения, камеры и хранилища. Очень хорошая теплоизоляция.
  • K=0,6-0,9 Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией , небольшое число окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала. Хорошая теплоизоляция.
  • K=1,0-1,9 Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей. Средняя теплоизоляция.
  • K=2,0-2,9 Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши. Небольшая теплоизоляция.
  • K=3,0-4,0 Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа. Без теплоизоляции.

В окончании расчетов Вы получите значение в ккал/час . Чтобы перевести это значение в кВт , просто разделите это значение на 860 и получите требуемую мощность в КВт.

Расчет тепловой мощности котла

При обеспечении тепловой тепловой энергией контура приготовления горячей воды следует учесть все факторы влияющие на нормальный режим обеспечения горячей водой потребителей для получения наиболее надёжного, эффективного и экономичного варианта. Это может быть режим водопотребления, конструктивные особенности водонагревателя и котельной установки, требуемые объёмы горячей воды и тд. Например в частном домостроении в связи с малыми объёмами потребления горячей воды часто применяют переменный режим работы котельной установки между отоплением помещений и приготовлением горячей воды. Что позволяет существенно снизить мощность котлов а следовательно и затраты на оборудование и последующую эксплуатацию системы отопления.

При наличии в системе отопления дополнительных контуров их теплопотребление учитывается надбавкой к отопительной мощности в размере максимального значения теплопотребления каждого контура. Тепловая мощность на приготовления горячей воды в зданиях с значительным потреблением горячей воды (бани, сауны, парикмахерские и тд.) обязательно включается как дополнительная тепловая нагрузка.

При выборе тепловой мощности котельной установки с атмосферными горелками следует учитывать сезонные колебания давления газа . При снижении давления газа мощность газового котла резко падает. Желательно при выборе тепловой мощности газового котла учесть полутора кратное превышение паспортной мощности котла. При этом рекомендуют, для предотвращения преждевременного выхода из строя котла постоянно работающего с максимальной тепловой нагрузкой, в любом случае предусматривать при выборе 30% запас.

При применении в системе проточных водонагревателей значительных объёмов приготовления горячей воды мощность котельной установки не может быть меньше мощности потребляемой водонагревателем при максимальном водопотреблении горячей воды. Если мощность требуемая на отопление превышает теплопотребление проточного водонагревателя то достаточно пятидесяти процентной надбавки от мощности требуемой для приготовления горячей воды.

В случае применения котельных установок с переменным режимом обеспечения теплопотребления контура ГВС и отопления (двухконтурный котел) следует учесть что