Теплопотери через ограждения

Определение числа элементов отопительного прибора или числа отопительных приборов принятого типа

Требуемая теплопередача прибора в рассматриваемое помещение , Вт

, (14.12)

где – суммарная теплопередача открытого проложенных в пределах помещения труб, Вт;

– тепловая нагрузка отопительного прибора, Вт;

0,9 – коэффициент учета полезной теплопередачи, открыто проложенных в помещении труб.

Теплопередача открыто проложенных в помещении труб , Вт, определяется по формуле

, (14.13)

где – коэффициент теплопередачи трубопровода, Вт/м²·ºС;

– наружный диаметр трубопровода, м;

– длина трубопровода, м;

– средняя температура теплоносителя в трубопроводе, ºС;

– температура воздуха в помещении, ºС.

В случае чугунных секционных радиаторов далее определяется коэффициент , учитывающий число секций в приборе, по формуле

, (14.14)

где – ориентировочное число секций в радиаторе, секц.;

– теплопередача секции при стандартных условиях, Вт.

Число секций (ориентировочное) в радиаторе определяется по формуле

, (14.15)

где – теплопередача секции, Вт.

Число секций в радиаторе определяется по выражению

, (14.16)

где – коэффициент, учитывающий способ установки отопительного прибора. Величина коэффициента принимается из таблиц.

Число секций, принимаемое к установке, определяется путем округления величины (если оно дробное) до целого числа в соответствии с известным правилом округления.

Число конвекторов или стальных панелей принятого типа определяется по формуле

, (14.17)

где – теплопередача отопительного прибора, Вт.

Для предварительного выбора типоразмера конвектора или стальной панели можно рекомендовать следующее выражение

, (14.18)

где – требуемых номинальный тепловой поток, Вт;

– комплексный коэффициент приведения номинального теплового потока прибора к расчетным условия.

Некоторые характеристики отопительных приборов

Вид отопительного прибора	Средний коэффициент теплопередачи, Вт/м2×оС	Показатель теплового напряжения металла, Вт/кг×оС	Рабочее давление, МПа
Радиатор чугунный	9,8	0,2÷0,36	1,2
Бетонные панели	9,6	0÷1,6
Стальные панели		0,55÷0,8	0,6
Конвекторы с кожухом и без кожуха	5,9	0,8÷1,3
Гладкотрубные из стальных труб	12,3	0,25÷0,5

Уклоны труб и удаление воздуха и других газов из систем

Отопления

Трубопроводы систем водяного отопления, как правило, прокладываются с уклоном для удаления газов и слива воды из системы при необходимости ее опорожнения. В соответствии с ГОСТ 21.602-79 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» [6] уклон трубопровода показывается на чертежах (рис.8.5) в виде знака, напоминающего знак, применяемый в математике для обозначения угла, причем вершина угла показывает падение линии трубопровода.

Рис.8.5. Обозначение уклона трубопровода на чертежах

Указывается и величина уклона. Минимальная величина уклона трубопровода в системах водяного отопления равна 0,002.

Воздух попадает в систему отопления следующими путями: остается в некоторых точках системы при первоначальном заполнении ее водой, воздух выделяется из воды при ее нагревании, возможен подсос воздуха в систему через неплотности в стыковых соединениях и даже через воздухоудаляющее устройство. Воздух скапливается в трубопроводах, образует воздушные пробки, затрудняющие и даже прекращающие циркуляцию воды. Воздушные скопления в отопительных приборах приводят к выключению из работы части или всей поверхности нагрева. Кроме того в воздухе содержится кислород (примерно 33 %), вызывающий коррозию металлов, из которых выполнены элементы отопительных установок.

При эксплуатации систем отопления с деаэрированной водой в течении отопительного сезона при сравнительно малой коррозии металла могут появиться значительные скопления водорода. В воде происходит медленная химическая реакция с образованием гидрита закиси железа

Fe + H₂O + ½ O₂ = Fe(OH)₂. (8.6)

В горячей воде гидрат закиси железа превращается в окалину-магнетит (осадок, имеющий вид черных частичек) с выделением водорода

3Fe(OH)₂ = 3FeO₄ + 2H₂O + H₂. (8.7)

Для правильного решения вопросов удаления газов из системы следует иметь ввиду, что газы имеют плотность значительно меньшую плотности воды и, следовательно, газовые пузырьки стремятся занять верхние точки системы и принципиальным решением удаления газов из систем водяного отопления является удаление их из верхних точек системы. Растворимость газов в воде уменьшается с возрастанием температуры и понижением давления. Газовые пузырьки захватываются и уносятся потоком воды по горизонтальным (проложенным с уклоном) трубопроводам при скорости движения потока от 0,1 до 0,15 м/с, по вертикальным трубопроводам даже в направлении сверху вниз 0,25 м/с и более. Конструировать систему отопления следует таким образом, чтобы направление движения воды и газовых пузырьков совпадало бы на большей части пути движения до устройств для удаления газов.

В системах гравитационных с верхней разводкой воздух обычно удаляется через открытый расширительный сосуд при соответствующих уклонах трубопроводов, в системах с нижней разводкой – через воздушные краны устанавливаемые в верхних точках системы. В системах с искусственной циркуляцией при верхней разводке наиболее частным решением является установка проточных горизонтальных воздухосборников на концевых участках магистралей (рис.8.6).

Рис. 8.6. Схема установки горизонтального проточного воздухосборника на концевом участке магистрали: – воздушная трубка с краном для выпуска воздуха

Воздухосборник называется горизонтальным потому что размер его пот горизонтали (L) больше размера по вертикали (D), а называется проточным так как поток воды с воздушными пузырьками через него протекает. Вследствие увеличения площади сечения потока в воздухосборнике скорость потока резко уменьшается, воздушные пузырьки всплывают и собираются в верхней части воздухосборника откуда периодически (при ручном обслуживании) удаляются через воздушную трубку. В системах с нижней разводкой магистралей наиболее часто применяемым решением является установка кранов для выпуска воздуха в верхних точках (например, в верхних пробках радиаторов верхних этажей) кранов для выпуска возуха. Наиболее известным и часто применяемым краном для выпуска воздуха является кран конструкции инженера И.Б. Маевского. Другим решением (в настоящее время используемым редко) является, так называемая воздушная линия (рис.8.7).

Рис. 8.7. Схеме воздушной линии: 1-воздушная линия; 2- трубопроводы к стоякам системы отопления; 3- петля из труб; 4- непроточный вертикальный воздухосборник

Воздушная линия прокладывается без уклона под потолком отапливаемого верхнего этажа здания из стальных оцинкованных труб. Для предотвращения циркуляции воды через воздушную линию на ней предусматриваются петли. Воздух, выходящий из системы, заполняет верхнюю часть петли и образует в ней воздушную трубку, препятствующую проходу воды. Высота петли принимается равной 500мм.

Воздухосборник 4 является вертикальным непроточным. Вертикальным он называется потому, что размер его по вертикали H больше размера по горизонтали D, а непроточным, так как вода через него не протекает. При удалении воздуха из систем с нижней разводкой через воздушную линию, в случае установки запорной арматуры на стояках, на каждой воздушной трубке, идущей от подающих стояков к горизонтальным воздушным линиям под потолком, следует устанавливать запорную арматуру.

В системах с опрокинутой циркуляцией газы удаляются обычно через воздухосборники для централизованного их удаления. (рис.8.8).

Воздухосборник 1 является проточным вертикальным. В случае автоматического отведения газов вентиль 3 закрыт, а вентиль 4 открыт.

Большинство автоматических воздухоотводчиков по своей конструкции являются поплавковыми (рис. 8.9).

Известны автоматические воздухоотводчики, в которых применяются фильтрующие материалы, пропускающие воздух, но не пропускающие воду. Впервые воздухосборник подобной конструкции предложен в 1953 г. А.Н. Каневским. В качестве фильтрующего материала был применен технический брезент. Воздух скапливается в верхней части воздухосборника и постепенно проникает через технический брезент, но ввиду его несмачиваемости вода сквозь брезент не проходит. Однако опыт применения воздухоотводчиков решенных на основе технического брезента оказался неудачным, поскольку при смачиваемости брезента конденсатом он лишался фильтрующих свойств.

Рис. 8.8. Схема установки воздухосборника для централизованного удаления газов: 1-воздухосборник; 2-главный обратный стояк; 3,4 –вентили; 5-автоматический воздухоотводчик	Рис. 8.9. Принципиальная схема автоматического воздухоотводчика поплавкового типа: 1- поплавок; 2 – отверстие для выпуска воздуха; 3 – корпус

Проточные воздухосборники обычно подбираются по скорости движения потока в них, которая принимается равной 0,05 м/с. Размер L (см. рис.8.6) принимается равным (2÷2,5)D. При скорости движения воды в трубопроводе менее 0,1 м/с воздухосборник может быть непроточным. Воздухосборники следует устанавливать на расстоянии 5-6 диаметров трубопровода от ближайшего местного сопротивления, чтобы завихрения потока не мешали бы спокойному выделению воздушных пузырьков. Воздухосборники следует устанавливать на 200÷300 мм ниже днища открытого расширительного бака для их нормальной работы, воздухоотводящие трубки от воздухосборников допускается отводить в канализационную раковину в узле управления системой. Воздухоотводящие трубки от воздухосборников рекомендуется прокладывать в пределах холодных помещений под слоем общей тепловой изоляции рядом с отопительной магистралью и выводить в обогреваемые помещения, как правило, в ближайшую отапливаемую лестничную клетку. На конце трубы на высоте 2 м от уровня верхней площадки лестничной клетки следует устанавливать запорную арматуру.

Теплопотери через ограждения

В холодный период года в наружных ограждениях помещений имеет место тепловой поток, направленный в сторону более низкой температуры, т.е. из помещения наружу. Этот тепловой поток называется теплопотерями через ограждение.

Теплопотери имеют место и через внутренние ограждения, разделяющие отапливаемые и неотапливаемые помещения, или два отапливаемых помещения, если в одном из помещений температура воздуха ниже, чем в другом.

В соответствии с [1] теплопотери через внутренние ограждения, которые разделяют отапливаемые помещения, следует учитывать при разности температур в этих помещениях более 3 ^оС.

Потери теплоты через ограждения Q, Вт, определяются по формуле

, (4.2)

где F – площадь поверхности теплотеряющего ограждения, м²;

t_в – расчетная температура воздуха в помещении, ^оС;

t_ext – температура наружного воздуха или температура воздуха в неотапливаемом помещении, или температура воздуха в отапливаемом, но более холодном помещении, ^оС;

b – добавочные потери теплоты в долях единицы;

n – коэффициент, учитывающий положение ограждения по отношению к наружному воздуху, принимается по [4];

R_Т – сопротивление теплопередаче рассматриваемого ограждения, (м²·^оС)/Вт.

Площади ограждений определяются по формулам для вычисления площадей плоских геометрических фигур, которые вычисляются с точностью до 0,1 м².

Линейные размеры ограждений при вычислении площадей принимаются по особым правилам. Эти правила учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждений и предусматривают условное увеличение или уменьшение площадей, когда фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим формулам.

При вычислении теплопотерь через полы и вертикальные ограждения на высоту до 4м от уровня пола вместо t_вв формулу (4.2) подставляется температура в, так называемой, рабочей (обслуживаемой) зоне t_р.з ,^оС.

При высоте помещения более 4м при вычислении теплопотерь через потолок вместо t_вв формулу (4.2) подставляется температура в, так называемой, верхней зоны t_в.з, ^оС_.. При вычислении теплопотерь через вертикальные ограждения на высоту более 4м вместо t_вв формулу (4.2) подставляется средняя температура из двух указанных выше температур t_ср, ^оС, вычисляемая по формуле

(4.3)

где - температура воздуха в рабочей зоне помещения, ^оС;

- температура воздуха в верхней зоне помещения, ^оС.

Температура воздуха в верхней зоне помещения, ^оС, может быть определена по формуле

, (4.4)

где - температура воздуха в рабочей зоне, ^оС;

- коэффициент повышения температуры воздуха по высоте помещения , так называемый, температурный градиент, ^оС /м;

- высота помещения, м;

2 – высота рабочей зоны, м.

Величина может быть принята равной:

1. ^оС /м - для помещений с незначительными тепловыделениями равными или менее 24 Вт/м³;

2. ^оС /м для помещений со значительными тепловыделениями более 24 Вт/м³.

4.3. Добавочные потери теплоты

Добавочные потери теплоты учитывают влияние на теплопотери факторов, которые не были учтены формулой для подсчета основных теплопотерь через ограждение. Добавочные потери теплоты исчисляются в долях единицы.

Различают следующие виды добавочных теплопотерь:

а) на ориентацию ограждения по сторонам света, которая учитывает интенсивность облучения солнцем ограждений имеющих разную ориентацию по сторонам света, принимаются при расчете теплопотерь в помещениях любого назначения, при подсчете теплопотерь через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад – 0,1, на юго-восток и запад – 0,05, на юг и юго-запад – 0.

б) на наличие в помещение двух или более наружных стен имеющих разную ориентацию по сторонам света, которые учитывают понижение радиационной температуры в помещениях с развитой поверхностью наружных ограждений, в общественных, административных, бытовых и производственных помещениях при подсчете теплопотерь через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна – 0,05.

в) на нагревание холодного воздуха поступающего через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты:

0,2 Н – для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;

0,27 Н – для двойных дверей с тамбуром между ними;

0,34 Н – для двойных дверей без тамбура;

0,22 Н – для одинарных дверей.

г) на нагревание холодного воздуха поступающего через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, 3 – при отсутствии тамбура и 1 – при наличии тамбура у ворот.

д) в помещениях (при типовом проектировании) через стены, двери и окна обращенных на любую из сторон света – 0,08 при одной наружной стене и 0,13 – в угловых помещениях, а во всех жилых помещениях – 0,13 независимо от количества наружных стен.

Примечание: Для летних и запасных наружных дверей, и ворот добавочные потери теплоты по перечислениям в) и г) не следует учитывать.