Тепловой расчет отопительных приборов

С теплофизической точки зрения отопительные приборы системы водяного отопления представляют собой рекуперативные теплообменные аппараты, в которых теплота от греющего теплоносителя (горячей воды) передается нагреваемому теплоносителю (воздуху внутри помещения) через разделяющую их металлическую стенку, теплообменной поверхностью, F, м².

Расчетную тепловую мощность отопительных приборов Q_пр, Вт определяют, исходя из полных потерь теплоты Q_ос для каждого помещения.

(5.17)

где – теплоотдача открыто расположенных в пределах помещения труб системы отопления, Вт. В данном курсовом проекте можно не учитывать.

Расчетную площадь теплообменной поверхности отопительного прибора F_пр, м², определяем из уравнения теплопередачи

(5.18)

где K_пр – коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/м^{2 0}С;

- средняя разность температур греющей воды и нагреваемого воздуха (средний температурный напор),⁰С.

Последовательность расчета:

1 Расчетный расход воды через отопительный прибор, G_пр, кг/с

(5.19)

где с_w – средняя теплоемкость воды в интервале температур t_г-t_о, равная 4190 Дж/кг^оС

t_г =95 ⁰С и t_о =70 ⁰С – расчетные температуры горячей и обратной воды..

2 Средний температурный напор

(5.20)

3 Коэффициент теплопередачи К_пр, для упрощения расчетов, принимаем одинаковым независимо от расхода теплоносителя и равным 10,3 Вт/м^{2 0} С.

4 Требуемая площадь теплообменной поверхности отопительного прибора

=

(5.21)

где - поправочный коэффициент на число секций в приборе, уточняется в конце расчета.

- коэффициент, учитывающий характер установки прибора, для чугунных секций, устанавливаемых у наружных стен, под световыми проемами = 1,02 таб.8.3 стр.197 [3]

Таблица 5.2 - Значение коэффициента b₁

Коэффициент	Число секций в приборе
0,95 1,0 1,05 1,1	До 5 6-10 10-20 более 20

5 Требуемое число секций в отопительном приборе

(5.22)

где f_с – площадь теплообменной поверхности одной секции, м².

6 Затем формируем отопительные приборы из отдельных секций. Приборы располагаем под световыми проемами. Если в помещении несколько световых проемов, то желательно установить прибор под каждым световым проемом. И так в каждом отапливаемом помещении.

Результаты расчетов по определению тепловой мощности отопительных приборов и числу секций в них для всех помещений здания сводят в таблицу.

Таблица 5.3 - Тепловой расчет отопительных приборов.

№№ помещ.

Q Па

G кг/с

tв 0C

t t2 - to

fс

Кпр

Fпр

1

Fпр уточ

nc уточ.

К-во секций в приборе

Мощн. отопит. прибора, Qпр

Значение Q_пр указать на планах этажей здания и на аксонометрической схеме.

Гидравлический расчет циркуляционного кольца

Системы отопления

Изменения №3 к СниП 2.04.05-91 требуют обеспечения учета теплоты на каждую квартиру, помещения общественного назначения, расположенных в здании и на все здание в целом.

В каждом проекте необходимо обеспечить учет теплоты в каждой квартире, в спортзале, на жилой сектор и на все здание в целом. Это вызывает некоторую специфику в расположении проектируемой отопительной сети. Система должна быть двухтрубной, в каждую квартиру должно подходить два стояка, один горячей воды, другой обратной воды. От стояка горячей воды к стояку обратной воды прокладывается горизонтальный теплопровод, к которому подсоединяются все отопительные приборы квартиры. Сразу же за стояком, на теплопроводе идущем в квартире, устанавливается теплосчетчик.

Возможно стояки горячей и обратной воды устанавливать на несколько квартир, или на этаж. Возможен вариант проектирования поквартирного отопления, с установкой в каждой квартире автоматизорованных теплогенераторов. Проектирование поквартирного отопления в настоящем проекте решается преподавателем, при выдаче задания.

Перед гидравлическим расчетом необходимо предварительно выполнить:

1. Разместить на планах этажей отопительные приборы, горячие и обратные стояки, стояки пронумеровать.

Правила размещения элементов водяного отопления в здании смотри: §24, стр 136-145 и §31 стр.188-192 [3], стр 5-8 [13] и изменение №3 к СниП 2.04.05-91

2. Вычертить аксонометрическую схему трубопроводов отопления, указав расположение запорной арматуры. Запорную арматуру устанавливаем с учетом:

- возможности отключения элеватора и всей системы отопления здания от наружных сетей,

- возможности отключения по одной из двух частей здания.

- возможности отключения каждого стояка.
На каждом приборе проставить его тепловую нагрузку, стояки пронумеровать.

3. Определить главное циркуляционное кольцо.

Самым невыгодным циркуляционным кольцом для тупиковой системы является кольцо через наиболее удаленный стояк, это кольцо называют главным и рассчитывают в первую очередь. В курсовом проекте рассчитать только это кольцо.

4. Обозначить на аксонометрической схеме расчетные участки по главному циркуляционному кольцу. Расчетный участок – участок трубопровода с равным расходом воды и постоянной скоростью теплоносителя. Для удобства определения расчетных участков определим и пронумеруем все точки, на главном циркуляционном кольце, где изменяется расход теплоносителя.

Номеруем участки, указав для каждого участка тепловую нагрузку над выносной чертой и длину участка под ней.

Порядковые номера расчетных участков проставляют по ходу теплоносителя от теплового пункта до конечного нагревательного прибора и обратно.

5 Определяем расчетное циркуляционное давление. Для систем с насосной циркуляцией

(5.23)

где - давление создаваемое насосом (элеватором), Па

Е – коэффициент, принимаемый 0,4 – 0,5;

и - естественное дополнительное давление от остывания воды в приборах и трубах, Па.

Давление, создаваемое элеватором принимаем равным 1,2 10⁴ Па.

При определении суммы ( + ) для насосных систем можно воспользоваться формулой:

+ = 1,3 nэт hэт (tг – tо)

(5.24)

где n_эт – число этажей в здании,

h_эт – высота одного этажа.

Если эта сумма меньше 0,1 , то ее не учитывают.

6 Гидравлический расчет кольца. Тепловую нагрузку каждого расчетного участка Q_уч определяем как требуемый тепловой поток теплоносителя, обеспечивающий теплоотдачу всех присоединенных к нему приборов.

Если расчет вести от точки присоединения горячей воды к системе (участок № 1), то тепловая нагрузка каждого последующего участка меньше тепловой нагрузки предшествующего на величину отведенного теплового потока, а в обратной линии – больше на величину подведенного теплового потока.

Результаты гидравлического расчета участков циркуляционного кольца сводим в таблицу 5.5.

Графы 1, 2, 4 заполним по аксонометрической схеме.

Расход теплоносителя определяем по формуле:

, кг/ч

(5.25)

Определяем средние удельные потери на трение по кольцу:

Па,

(5.26)

где для насосных систем = 0,65

При заполнении граф 5,6, 7 надо ориентироваться на R_ср.

Подбор диаметров труб и определение потерь по длине производим по таблице приложения 6 [3]. Фактическая удельная потеря давления на трение – графа 7 – должна быть близка к R_ср.(желательно)

Составляем список местных сопротивлений и определяем их.

Местные сопротивления рассчитываем по формуле:

Z = Па,

(5.27)

где - динамическое давление воды определяем по приложению 7 [3],

- коэффициент местного сопротивления, определяемый по таблице приложения 5 [3].

Гидравлический расчет одного кольца состоит в подборе диаметра труб каждого участка, входящего в кольцо, определение фактических потерь давления на каждом участке и суммарных потерь давления в кольце.

Сравниваем общие потери давления в кольце с расчетным циркуляционным давлением в этом кольце . Должно быть выполнено условие:

(5.28)

На неучтенные местные сопротивления, неточности в монтаже системы и прочие неучтенные потери нужно оставить некоторый запас, но не более 10 %. Если запас окажется больше или меньше надо на отдельных участках сменить диаметр труб, чтобы увеличить или уменьшить потери давления на этом участке. Но обязательно следить, чтобы скорость воды в трубах не превышала предельных допустимых скоростей.

7 Кратко описать способ удаления воздуха из системы отопления в зависимости от расположения разводящих магистралей.

Таблица 5.4 - Таблица гидравлического расчета циркуляционного кольца.

Предварительный расчет
№№ уч-ов	Q уч Вт	G уч. кг/ч	l уч. м	d мм	w м/с	R Па/м	Rl Па		Рд	Z Па	Re+ z Па

Окончательный расчет
d, мм	w, м/c	R, Па/м	Rl, Па	Z, Па	Rl + Z, Па

Таблица 5.5 - Предельные скорости движения воды в трубах.

Предельная скорость, м/с	Диаметр труб, мм
						Более 50
0,3	0,5	0,8	1.0	1,5	1,5	1,5

Спецификация материалов

В спецификации надлежит перечислить все необходимые для выполнения работ материалы и оборудование: трубы, запорно-регулирующую арматуру, санитарно-технические приборы и другое оборудование.

Форма спецификации приведена в приложении 3.

Тепловые пункты

Тепловые пункты подразделяются на:

- индивидуальные тепловые пункты (ИТП) — для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок одного здания или его части;

- центральные тепловые пункты (ЦТП) — то же, двух или более зданий.

Устройство ИТП обязательно для каждого здания независимо от наличия ЦТП, при этом в ИТП предусматриваются только те функции, которые необходимы для присоединения систем потребления теплоты данного здания и не предусмотрены в ЦТП.

При теплоснабжении от котельных мощностью 35 МВт и менее рекомендуется предусматривать в зданиях только ИТП.

В тепловых пунктах предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляется:

- преобразование вида теплоносителя или его параметров;

- контроль параметров теплоносителя;

- учет тепловых потоков, расходов теплоносителя и конденсата;

- регулирование расхода теплоносителя и распределение по системам потребления теплоты;

- защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя;

- заполнение и подпитка систем потребления теплоты;

- сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества;

- аккумулирование теплоты;

- водоподготовка для систем горячего водоснабжения.

В помещениях ТП допускается размещать оборудование санитарно-технических систем зданий и сооружений, в том числе повысительные насосные установки, подающие воду на хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды.

Учет и регистрация отпуска и потребления тепловой энергии организуются с целью:

- осуществления взаимных финансовых расчетов между энергоснабжающими организациями
и потребителями тепловой энергии;

- контроля за тепловыми и гидравлическими режимами работы систем теплоснабжения и
теплопотребления;

- контроля за рациональным использованием тепловой энергии и теплоносителя;

- документирования параметров теплоносителя: массы (объема), температуры и давления.

В тепловом пункте в зависимости от его назначения и местных условий могут осуществляться все перечисленные мероприятия или только их часть.

Требования к помещению ТП

1 - Тепловые пункты по размещению на генеральном плане подразделяются:

- на отдельно стоящие;

- пристроенные к зданиям и сооружениям;

- встроенные в здания и сооружения.

Индивидуальные тепловые пункты должны быть встроенными в обслуживаемые ими здания.

Встроенные в здания тепловые пункты, как правило, следует размещать в отдельных помещениях на первом этаже у наружных стен. Допускается размещать ИТП в технических подпольях или в подвалах зданий и сооружений.

2 - Высоту помещений от отметки чистого пола до низа выступающих конструкций перекрытия (в свету) рекомендуется принимать для ИТП – 2,2 м. При размещении ИТП в подвальных и цокольных помещениях, а также в технических подпольях зданий допускается принимать высоту помещений и свободных проходов к ним не менее 1,8 м.

Подающий трубопровод двухтрубных водяных тепловых сетей при прокладке его в одном ряду с обратным трубопроводом следует располагать справа по ходу теплоносителя от источника теплоты.

4 – В помещениях тепловых пунктов следует предусматривать отделку ограждений долговечными, влагостойкими материалами, допускающими легкую очистку, при этом необходимо выполнить:

- штукатурку наземной части кирпичных стен;

- затирку цементным раствором заглубленной части бетонных стен;

- расшивку швов панельных стен;

- побелку потолков;

- бетонное или плиточное покрытие полов.

Стены тепловых пунктов покрываются плитками или окрашиваются на высоту 1,5 м от пола масляной или другой водостойкой краской, выше 1,5 м от пола – клеевой или другой подобной краской.

5 - Проемы для естественного освещения тепловых пунктов предусматривать не требуется.

Двери и ворота должны открываться из помещения или здания теплового пункта от себя.

6 - В полу теплового пункта следует устанавливать трап, а при невозможности самотечного отвода воды — устраивать водосборный приямок размером не менее 0,5´0,5´0,8 м. Приямок должен быть перекрыт съемной решеткой.

Для откачки воды из водосборного приямка в систему канализации, водостока или попутного дренажа следует предусматривать один дренажный насос. Насос, предназначенный для откачки воды из водосборного приямка, не допускается использовать для промывки систем потребления теплоты.

7 - Из теплового пункта должны предусматриваться выходы:

- при длине помещения теплового пункта 12 м и менее и расположении его на расстоянии менее 12 м от выхода из здания наружу - один выход в соседнее помещение, коридор или лестничную клетку, а при расположении теплового пункта на расстоянии более 12 м от выхода из зданий — один самостоятельный выход наружу;

- при длине помещения теплового пункта более 12 м — два выхода, один из которых должен быть непосредственно наружу, второй — в соседнее помещение, лестничную клетку или коридор.

Помещения тепловых пунктов потребителей пара должны иметь не менее двух выходов независимо от габаритов помещения.

8 - Для тепловых пунктов следует предусматривать приточно-вытяжную вентиляцию, рассчитанную на воздухообмен, определяемый по тепловыделениям от трубопроводов и оборудования. Расчетную температуру воздуха в рабочей зоне в холодный период года следует принимать не выше 28 °С, в теплый период года - на 5°С выше температуры наружного воздуха по параметрам А.

При размещении тепловых пунктов в жилых и общественных зданиях следует производить проверочный расчет теплопоступлений из теплового пункта в смежные с ним помещения. В случае превышения в этих помещениях допускаемой температуры воздуха, установленной СНиП 2.04.05-91*, следует предусматривать мероприятия по дополнительной теплоизоляции ограждающих конструкций смежных помещений.

9-В тепловых пунктах следует предусматривать мероприятия по предотвращению превышения уровней шума, допускаемых для помещений жилых и общественных зданий.

Тепловые пункты, оборудуемые насосами (кроме бесшумных), не допускается размещать смежно, под или над помещениями жилых квартир, спальных и игровых детских дошкольных учреждений, спальными помещениями школ-интернатов, гостиниц, общежитий, санаториев, домов отдыха, пансионатов, палатами и операционными больниц, помещений с длительным пребыванием больных, кабинетами врачей, зрительными залами зрелищных предприятий.

10 - По взрывопожарной и пожарной опасности помещения тепловых пунктов следует относить:

к категории Д - при теплоносителе воде и паре с температурой менее 300°С;

к категории Г — при теплоносителе паре с температурой 300°С и более.

Тепловые пункты, размещаемые в помещениях категории Г и Д производственных и складских зданий, а также административно-бытовых зданиях промышленных предприятий, в жилых и общественных зданиях, должны отделяться от других помещений перегородками или ограждениями, предотвращающими доступ посторонних лиц в тепловой пункт.

11 - Для перемещения оборудования и арматуры или неразъемных частей блоков оборудования следует предусматривать инвентарные подъемно-транспортные устройства.

При невозможности применения инвентарных устройств допускается предусматривать стационарные подъемно-транспортные устройства:

при массе перемещаемого груза от 0,1 до 1,0 т — монорельсы с ручными талями и кошками или краны подвесные ручные однобалочные;

то же, более 1,0 до 2,0 т - краны подвесные ручные однобалочные;

то же, более 2,0 т — краны подвесные электрические однобалочные.

Допускается предусматривать возможность использования подвижных подъемно-транспортных средств.

12 – Для обслуживания оборудования и арматуры, расположенных на высоте от 1,5 до 2,5 м от пола, должны предусматриваться передвижные или переносные площадки. В случаях невозможности создания проходов для передвижных площадок, а также для обслуживания оборудования и арматуры, расположенных на высоте 2,5 м и более, необходимо предусматривать стационарные площадки с ограждением и постоянными лестницами. Расстояние от уровня стационарной площадки до потолка должно быть не менее 1,8 м.

13. Расстояние от поверхности теплоизоляционной конструкции трубопровода до строительных конструкций или до поверхности теплоизоляционной конструкции других трубопроводов после теплового перемещения трубопроводов должно быть в свету не менее 30 мм.

Таблица 6.1 - Минимальные расстояния в свету от трубопроводов