Теплогазоснабжение и вентиляция

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» Кафедра «Гидравлика и водоснабжение» А.В. Путько ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ Методическое пособие по изучению дисциплины Хабаровск Издательство ДВГУПС 2017 УДК 697(075.8) ББК Н 762я73 П 904 Рецензенты: Кафедра «Инженерные системы и техносферная безопасность» Тихоокеанского государственного университета (заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор М.Н. Шевцов) Кандидат технических наук, генеральный директор ООО «САМПО» С.Н.Фомин Путько, А.В. Теплогазоснабжение и вентиляция : метод. пособие по П 904 изучению дисциплины / А.В. Путько. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2017. – 36 с. : ил. Методическое пособие соответствует рабочей программе дисциплины «Теплогазоснабжение и вентиляция». Отражены современные требования к устройству систем отопления и вентиляции зданий. Приведены методики расчета основных элементов отопительных и вентиляционных систем зданий, рекомендации по их проектированию. Предназначено для студентов 3-го курса всех форм обучения по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» по профилям «Промышленное и гражданское строительство», «Водоснабжение и водоотведение», «Экспертиза и управление недвижимостью», специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений». УДК 697(075.8) ББК Н 762я73 2 © ДВГУПС, 2017 ВВЕДЕНИЕ Системы теплоснабжения и вентиляции – инженерные системы, предназначенные для жизнеобеспечения в зданиях, устраиваются для поддержания в помещениях оптимальной температуры, влажности и других параметров воздушной среды. Процесс поддержания в помещениях в холодное время года комфортной температуры воздуха называется отоплением. Тепловая энергия, подаваемая в помещение системой отопления, передается внутреннему воздуху. От внутреннего воздуха поток тепла через наружные ограждения уходит из помещения наружу в окружающую среду. Баланс этих двух процессов обусловливает температуру внутреннего воздуха. В процессе жизнедеятельности человека и при технологических процессах в воздух помещения выделяются так называемые вредности – вещества (газы, пары, пыль), повышенная концентрация которых в воздухе неблагоприятна для человека. Системы вентиляции предназначены для удаления из помещений загрязненного воздуха и подачи в них чистого. В России наиболее широко используются крупные централизованные системы теплоснабжения, обеспечивающие работу систем отопления, горячего водоснабжения и часто систем приточной вентиляции зданий. Сжигание топлива на крупных ТЭЦ позволяет при совместном производстве тепловой и электрической энергии реализовать наиболее эффективные термодинамические циклы, улучшить состояние воздушной среды городов. В последние годы расширяется использование автономных систем теплоснабжения отдельных зданий. В таких системах для приготовления теплоносителя может использоваться электроэнергия или непосредственное сжигание топлива (газ, жидкие нефтепродукты). Повышенная эффективность таких систем обеспечивается высоким коэффициентом полезного действия современных котлов, отсутствием потерь в тепловых сетях, возможностью автоматического регулирования, использованием современных отопительных приборов и оборудования – алюминиевых радиаторов, металлополимерных труб, пластинчатых водонагревателей. В данном издании дан обзор существующих схем отопления и вентиляции зданий, изложена методика выбора основных параметров микроклимата помещений, расчета теплопотерь и соответственно 3 расчетной нагрузки систем отопления и вентиляции, конструирования и расчета этих систем, подбора необходимого оборудования. 1. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗДАНИЙ 1.1. Общие сведения Теплогазоснабжение – наука, изучающая следующие вопросы: – получение тепловой энергии (котельные, ТЭЦ); – транспортирование тепловой энергии (тепловые сети); – использование тепловой энергии (системы отопления, приточной вентиляции и горячего водоснабжения (ГВС)). Система отопления – это комплекс инженерных устройств для обеспечения в обслуживаемых помещениях расчетной температуры внутреннего воздуха tвн . Эта температура устанавливается в соответствии с назначением помещения и районом строительства. Работа системы отопления должна компенсировать теплопотери здания и отдельных помещений через ограждающие конструкции в зимнее время. 1.2. Основы теплопередачи Существуют три способа передачи тепла. 1. Теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты в твердом теле. Количество передаваемого тепла, Вт, описывается уравнением Фурье Qт   Ft ,  где  – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/м С, характеризует его способность проводить теплоту. Теплопроводность строительных материалов, используемых в ограждающих конструкциях зданий, зависит от их объемного веса, который характеризует количество пор, заполненных воздухом и являющихся плохим проводником тепла. Также  зависит от влажности материала (поры могут быть заполнены водой, хорошо проводящей тепло) и температуры (при замерзании воды теплопроводность льда увеличивается);  – толщина ограждения, м; F – площадь ограждения, м2; t – разница температур на внутренней и внешней поверхностях ограждения, С. Такой способ теплообмена действует при прохождении теплового потока через толщу ограждающих конструкций. 4 2. Конвекция – это перенос теплоты совместно с переносом жидкой или газообразной подвижной среды. Тепловой поток, Вт, в этом случае описывается формулой Ньютона Qк   к Ft , где  к – коэффициент конвекции, Вт/м2 С, он зависит от скорости движущейся среды и разницы температур поверхности и подвижной среды, участвующих в теплообмене. Такой способ теплообмена действует на внутренней и наружной поверхности ограждения при восприятии тепла от внутреннего воздуха и передаче его наружному воздуху. 3. Тепловое излучение – перенос теплоты электромагнитными волнами, описывается уравнением Стефана-Больцмана, которое после упрощения имеет вид Qиз   из Ft , где  из – коэффициент излучения, Вт/(м2 С). Он зависит от излучательной способности поверхности, участвующей в теплообмене, выражаемой как доля от интенсивности максимально возможного теплового излучения абсолютно черного тела 5,68 Вт/м2 С (кирпич красный 0,93, штукатурка известковая 0,91, дерево 0,89, алюминий 0,39, сталь оцинкованная 0,3). 1.3. Передача тепла через плоскую стенку Рассмотрим температурный график прохождения теплового потока через плоскую стенку Этот процесс имеет три этапа: – восприятие тепла внутренней поверхностью ограждения, описывается уравнением Qв   в F t в  t вп  , здесь  в – коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности, он включает передачу тепла и конвекцией и излучением  в   вк   виз ; 5 – проход теплового потока сквозь стенку, осуществляется только теплопроводностью  Qст  F t вп  t нп  Q ;  tв – теплоотдача в окружающую среду tвп наружной поверхности ограждения Qн   н F t нп  t н  , tн tнп где  н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, он включает передачу тепла и конвекцией и излучением  н   нк   низ . Рис. 1.1. Прохождение При стабильных значениях внутренней и тепловым потоком плоской Qв  Qст  Qн , наружной температур и стенки совместное решение этих уравнений дает результат 1 1  1 Q  F tв  tн    в  н  1  1       в  н  , в котором выражение обозначается Rо и называется сопротивлением ограждения теплопередаче. Тогда результат решения уравнений примет вид 1 Q  F tв  tн  Ro . Это основное уравнение теплопередачи. 1.4. Передача тепла через воздушные прослойки В этом случае тепло через прослойку передается излучением (до 87 %) и конвекцией. Интенсивность излучения зависит от характера поверхностей прослойки – в ограждениях выгодно использовать материалы с минимальным коэффициентом лучеиспускания. Интенсивность теплопередачи конвекцией зависит от направления теплового потока. В горизонтальных прослойках при направлении теплового потока снизу вверх частицы воздуха, нагревшись у нижней более теплой поверхности стремятся вверх к холодной поверхности. Это усиливает циркуляцию воздуха и конвекционный теплообмен. При направлении теплового потока сверху вниз или горизонтально циркуляция воздуха затруднена, и конвективный теплообмен затруднен. При решении инженерных задач сопротивление воздушной прослойки теплопередаче Rвп принимается по справочным данным. 6 1.5. Передача тепла через полы по грунту Q min tн Qmax Rmax Rmin tв Величина теплового потока через любой участок пола зависит от его расстояния до наружной стены (фундамента). В инженерных расчетах для определения теплопотерь помещений принято делить пол на зоны шириной 2 м вдоль наружных стен. Сопротивления теплопередаче пола в этих зонах устанавливается   R  Rну     , Рис. 1.2. Тепловые потоки через полы по грунту где Rну – сопротивление теплопередаче неутепленного пола, принимается для 1-й зоны – 2,1 Вт/(м2 С), для 2-й зоны – 4,3 Вт/(м2 С), для 3-й зоны    – 8,6 Вт/(м2 С);    – сопротивление теплопередаче дополнительного утепления пола;  и  – характеристики слоев утепления. 1.6. Определение теплопотерь помещений При проектировании систем отопления отдельных помещений, Вт, определяются расчетные теплопотери Qрасч  Qогр  Qинф  Qбыт , где Qогр – суммарный тепловой поток через ограждающие конструкции рассчитываемого помещения (стены, окна, полы, потолок и др.); Qинф – теплопотери на инфильтрацию – расход тепла на нагрев наружного воздуха, поступающего в помещение через неплотности в ограждающих конструкциях (в основном – окнах); Qбыт – бытовые тепловыделения от электрических приборов, освещения и других источников тепла, принимаются для жилых помещений и кухонь не менее 10 Вт на 1 м2 площади пола. Тепловой поток Qогр для каждого из ограждений определяется по формуле F Qогр  tвн  tнБ n1   Ro , где F – расчетная площадь ограждений, м2; Ro – расчетное сопротивление теплопередаче этих ограждений, Вт/(м2 С); tнБ – 7 расчетная температура наружного воздуха для района строительства (температура наиболее холодной пятидневки по параметру Б обеспеченностью 0,92), для Хабаровска до 2012 г. назначалась –31 С, сейчас –29 С; tвн – расчетная температура внутреннего воздуха, для жилых комнат назначается минимальная из оптимальных температур 20 С (в районах с расчетной температурой наружного воздуха –31 С и ниже назначается 21 С), для кухонь – 19 С; n – понижающий коэффициент на разность температур, учитывается, когда ограждение не соприкасается непосредственно с наружным воздухом (перекрытие над подвалом и чердачное);  – добавки теплопотерь, учитывающие неблагоприятную ориентацию ограждений по сторонам света и неблагоприятное положение угловых помещений (назначаются по справочным материалам). Теплопотери на инфильтрацию Qинф определяются по формуле Qинф  0,28L внс t вн  t нБ  , где L вн – масса воздуха, поступающего в помещение (L – расход воздуха, м3/ч,  вн – плотность внутреннего воздуха, кг/м3). Qинф определяется по 2-м методикам: 1-я методика – расчет ведется на воздухообмен, необходимый по санитарным нормам; расход воздуха, поступающего в жилые помещения, принимается из расчета 3 м3/ч на 1 м2 жилой площади; 2-я методика – расход воздуха, поступающего в помещение, определяется на основе учета внешних факторов – скорости ветра, естественного перепада наружного и внутреннего давлений, возникающего вследствие работы вытяжной вентиляции с естественным побуждением, сопротивления окон воздухопроницанию. При вычислении расчетных теплопотерь помещений Qрасч учитывается только одно бо́льшее из полученных значений Qинф. Вследствие высокого сопротивления воздухопроницанию современных конструкций окон, как правило, бо́льшее значение теплопотерь дает 1-я методика. 1.7. Определение теплопотерь зданий Такие расчеты выполняются для всех отапливаемых помещений. Сумма теплопотерь всех помещений в здании является расчетной мощностью системы отопления, она необходима при проектировании котельных установок, обеспечивающих теплоносителем отапливаемые здания, и подборе диаметров тепловых сетей, а также при расчете годового расхода топлива. 8 При отсутствии проектных данных расчетная нагрузка на систему отопления определяется как сумма нормы расхода тепла на возмещение теплопотерь через ограждающие конструкции здания без учета инфильтрации и нормы расхода тепла на вентиляцию зданий с учетом инфильтрации. Норма расхода тепла на возмещение теплопотерь через ограждающие конструкции здания Qот, Вт, определяется по формуле Qот  Vзд (tв  tн )qот , где Vзд – расчетный наружный объем здания, определяемый по паспорту здания, м3; tв – расчетная внутренняя температура, °С; tн – расчетная температура наружного воздуха, °С; qот – теоретическая удельная отопительная характеристика здания, кДж/(м3ч°С), т. е. величина теплопотерь через внешние ограждения, отнесенная к 1 м3 расчетного объема здания и к 1 °С разности внутренней и наружной температур, назначается по справочным материалам. Норма расхода тепла на вентиляцию здания с учетом инфильтрации Qвент, Вт, определяется Qвент  Vзд (t в  t н )qвент, где qвент – теоретическая удельная вентиляционная характеристика здания (удельный расход тепла на вентиляцию), кДж/(м3ч°С), учитывающая нормативный воздухообмен в здании. qот и qвент назначаются по справочным материалам. 2. СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ 2.1. Основные схемы систем отопления Система отопления – это комплекс трубопроводов, устройств и оборудования для компенсации теплопотерь здания и поддержания в помещениях расчетной температуры внутреннего воздуха. Основные элементы системы – генератор тепла (котельная, ТЭЦ), теплопроводы для транспортировки тепла к местам потребления (теплотрасса), устройства для передачи тепла обслуживаемым помещениям (отопительные приборы). Системы, в которых все 3 элемента объединены в одно целое называются местными (печи, камины, газовое и электрическое отопление). Центральными называются системы, в которых теплогенератор удален от обслуживаемых помещений. По используемому 9 теплоносителю различают водяные, паровые и воздушные системы отопления. В водяных системах горячая вода от котла по теплотрассе и внутренним сетям подается в отопительные приборы, охлаждается и возвращается в котел для многократного использования. Температура подаваемой воды определяется назначением здания – чем более высокие санитарно-гигиенические требования предъявляются к микроклимату помещений, тем ниже должна быть температура теплоносителя. В больницах и жилых зданиях повышенной комфортности 85 С (в обратном трубопроводе 60 С), в жилых и административно-бытовых зданиях 95 С (70 С), в спортивных и производственных зданиях до 150 С (70 С), в жилых зданиях при однотрубной схеме и большом количестве последовательно присоединенных приборов 105 С (70 С). 2.2. Конструирование систем водяного отопления Различают системы отопления с верхней и нижней разводкой. Лучшие эксплуатационные показатели имеет вертикальная схема с верхней разводкой – весь расход теплоносителя от теплового узла по главному стояку подается на чердак или технический этаж и там распределяется между рабочими стояками, которые прокладываются вдоль наружных стен и снабжают теплоносителем отопительные приборы. В подвале отработанный теплоноситель собирается от всех рабочих стояков и возвращается в тепловой узел (рис. 2.1). 10 3 При отсутствии чердака может использоваться схема с нижней разводкой 2 – теплоноситель в подвале распределяется между парными рабочими стояками, 1 5 восходящая часть которых доходит до 6 4 последнего этажа, а нисходящая Рис. 2.1. Вертикальная однотрубная возвращается в подвал. Отопительные схема водяного отопления с верхней разводкой, с двусторонним приборы могут устанавливаться и на и односторонним присоединением восходящей и на нисходящей части отопительных приборов: 1 – стояка. тепловой узел; 2 – главный стояк; 3 Схемы систем отопления могут быть – подающая магистраль; 4 – однотрубные и двухтрубные. В рабочий стояк; 5 – отопительный однотрубных системах – одна труба прибор; (стояк) используется и для подачи горячей 6 – обратная магистраль воды к отопительным приборам и для отвода отработанной охлажденной воды 4 (рис. 2.2). Такая схема имеет минимальную материалоемкость и строительную 5 стоимость, но отопительные приборы находятся в неравных условиях – 3 последние по ходу воды приборы 1 6 получают частично отработанный теплоноситель с низкой температурой. Рис. 2.2. Вертикальная Присоединение приборов к стояку однотрубная схема водяного возможно одностороннее (высокий отопления с нижней разводкой с коэффициент затекания в прибор) и односторонним присоединением двустороннее (затекание, конечно, меньше, но уменьшается количество стояков в здании). В двухтрубных системах подача горячей и отвод отработанной воды производится по отдельным трубопроводам (рис. 2.3). Расход труб в этом случае, конечно, больше, но зато все отопительные приборы получают теплоноситель с начальными параметрами, что позволяет увеличить их теплоотдачу и облегчить регулирование. В этой схеме возможна верхняя и нижняя разводка, одностороннее и двустороннее присоединение приборов. В малоэтажных зданиях с помещениями большой площади целесообразно использовать горизонтальные схемы – магистральные трубопроводы располагаются вдоль стен непосредственно в обслуживаемых помещениях (рис. 2.4). Может использоваться как однотрубная схема, так и двухтрубная. 11 а б 7 8 8 7 8 Рис. 2.3. Вертикальная двухтрубная схема водяного отопления с верхней (a) и нижней (б) разводкой с двухсторонним и односторонним присоединением приборов: 1–6 – см. рис. 2.1–2.2; 7 – подающий стояк; 8 – обратный (циркуляционный) стояк б а 7 3 8 Рис. 2.4. Горизонтальные однотрубная (а) и двухтрубная (б) системы отопления: 1–8 – см. рис. 2.1–2.3 В случаях, когда не требуется точная регулировка теплоотдачи отдельных приборов, и возможна регулировка сразу нескольких приборов, установленных в одном помещении (помещения большой площади), и в помещениях с пониженными требованиями к комфортности (лестничные клетки) отопительные приборы могут устанавливаться без замыкающих участков – весь расход теплоносителя в стояке или магистрали проходит через отопительный прибор. 2.3. Порядок конструирования системы водяного отопления Для конструирования системы водяного отопления существует следующий порядок. 1. На плане этажа производится расстановка отопительных приборов. 2. На основе анализа конструктивных характеристик здания производится выбор схемы отопления (верхняя или нижняя разводка, однотрубная или двухтрубная, схема присоединения приборов). 12 3. В соответствии с принятыми решениями производится расстановка стояков на планах этажа и подвала (и чердака). 4. На плане подвала устанавливается место расположения теплового узла, производится трассировка подающих и обратных трубопроводов в подвале (и на чердаке), назначаются отметки трубопроводов. 5. Выполняется расчетная аксонометрическая схема трубопроводов системы отопления здания. На отопительных приборах указывается их тепловая нагрузка – теплопотери соответствующих помещений. Эта схема служит основой для предстоящего гидравлического расчета системы отопления. 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ 3.1. Задача расчета Расчет заключается в подборе диаметров трубопроводов таким образом, чтобы при пропуске расчетных расходов теплоносителя потери давления в циркуляционных кольцах Rl  Z  не превышали расчетного циркуляционного давления Pр Рр  Rl  Z  , где Rl – потери давления по длине; Z – местные потери давления на участке. 3.2. Порядок расчета 1. На расчетной схеме выбирается большое кольцо – самое невыгодное кольцо наибольшей длины. На нем нумеруются участки с одинаковым расходом теплоносителя. Определяются тепловые нагрузки Q1 этих участков – суммарная тепловая нагрузка отопительных приборов, получающих теплоноситель по этим участкам. Определяются расчетные потоки теплоты на участках кольца Qуч  Q11 2  Q2  Q3 , где Q2 и Q3 – потери тепла от остывания воды в магистралях и стояках, в инженерных расчетах обычно не учитываются; 1 и  2 – коэффициенты условий работы отопительных приборов, принимаются по справочным данным. 13 2. В соответствии с назначением помещений и требованиями к их комфортности назначаются параметры теплоносителя. 3. Определяется расчетное циркуляционное давление Pр в расчетном большом кольце.  В системах с естественной циркуляцией Pр  Ре  Ре,пр  Ре,тр , где Ре,пр и Ре,тр – циркуляционное давление, возникающее в кольце вследствие остывания теплоносителя соответственно в приборах и трубах. В двухтрубных системах и при верхней и при нижней разводке расчетным является кольцо, проходящее через наиболее удаленный прибор нижнего этажа (рис. 3.1) При нижней разводке температура снижается ступенчато и на восходящем и на нисходящем стояках. Рис. 3.1 Схема определения циркуляционного давления в двухтрубных системах Ре,пр  gh1  o   г   gh2  4  1   gh3 3   2  . Температура воды на промежуточных участках стояка в однотрубных системах определяется Q Qст , tг tr t1 t2 где tг – температура горячей воды, подаваемой в систему отопления; tст – перепад температур теплоносителя в стояке, равный разности (tг – tо); 14 h1 t  tг  tст t0 h3 Ре,пр  gh1  o   г   gh2  2   г   gh3 1   г  . tr h2 В однотрубных системах Ре,пр возникает вследствие разных температур и плотности воды в восходящих и нисходящих стояках. При верхней разводке весь восходящий главный стояк заполнен горячей водой, имеющей меньшую плотность, на нисходящем рабочем стояке температура ступенчато снижается, плотность растет, возникает циркуляционное давление (рис. 3.2) h Ре,пр  gh o   г  . t0 Рис. 3.2. определения циркуляционного Схема h1 h2 h3 Q – суммарная тепловая нагрузка приборов на стояке, расположенных выше (ранее) рассматриваемого участка по ходу воды; Qст – тепловая нагрузка всего стояка. Ре,тр Давление образуется при остывании воды в t2 t3 высокорасположенной подающей магистрали, учитывается только в системах с верхней разводкой, t1 величина назначается по справочным t4 данным.  В системах с насосной циркуляцией tr Рр  Pнас  ЕPе , t0 где Pнас – давление, создаваемое насосом, – назначается по каталогу Рис. 3.3. Схема определения насосов (предварительно 10–12 кПа), циркуляционного давления в после гидравлического расчета может однотрубных системах с нижней быть скорректировано; Е – доля естественного давления, которую целесообразно учесть, для двухтрубных систем рекомендуется Е = 0,5, для однотрубных Е = 1.  В системах с гидроэлеватором В той же формуле Pнас – циркуляционное давление в системе отопления, обусловленное перепадом давления в тепловой сети Pнас Pc 2 = 1,4 1 U  , где Pс – перепад давлений в подающей и обратной магистралях ТЭЦ; U – коэффициент смешения – отношение расхода подмешиваемой охлажденной воды к расходу воды, забираемой из теплосети U Tг  t г tг  to , где Tг – температура воды в подающей магистрали ТЭЦ; tг и t o – принятые температуры воды на входе и выходе системы отопления. Определяются расходы теплоносителя на участках расчетного циркуляционного кольца Qуч Gуч  1,16 tг  to  . 15 Назначаются предварительные диаметры трубопроводов участков большого циркуляционного кольца. При этом рекомендуется принимать такие диаметры, для которых при расчетных расходах Gуч удельные потери давления на трение R примерно соответствуют среднему значению удельных потерь давления в расчетном циркуляционном кольце Rср Rср  0,65 Pр L , где 0,65 – ориентировочная доля потерь давления по длине от общих потерь; Pр – расчетное циркуляционное давление для рассчитываемого кольца; L – суммарная длина участков этого кольца, м. Расчет ведется с помощью таблиц или номограммы для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления. Назначаются диаметры для всех участков кольца и определяются параметры их работы. В итоге суммарные потери давления всех участков в расчетном кольце (Rl + Z) должны быть меньше расчетного циркуляционного давления Рр с запасом 10–15 %. При неудовлетворительном результате гидравлического расчета большого кольца следует изменить диаметры трубопроводов на одном или нескольких участках, что приведет к увеличению или уменьшению потерь давления на этих участках и (Rl + Z). Это позволит добиться нужного соотношения между циркуляционным давлением и потерями давления. Для того чтобы общий расход теплоносителя распределялся по всем циркуляционным кольцам и стоякам в соответствии с их расчетной нагрузкой, необходимо обеспечить во всех кольцах равенство потерь давления при пропуске расчетных расходов теплоносителя. Для этого производится гидравлический расчет малого кольца, сравниваются потери давления, и при необходимости делается корректировка диаметров. Если урегулировать потери давления путем изменения диаметров невозможно, допускается выравнивание потерь давления в циркуляционных кольцах за счет установки на малом кольце дополнительного гидравлического сопротивления – диафрагмы, диаметр которой, мм, определяется по формуле d  11,3 G 10 P , где G – расход теплоносителя, проходящий через диафрагму, кг/ч; Р – потери напора, Па, которые должна создать диафрагма – чрезмерно большая 16 разница потерь напора в большом и малом кольцах. Но диафрагмы с отверстием менее 10 мм склонны к зарастанию и засорению, и вместо них для регулирования перепада давления рекомендуется использование автоматических балансировочных клапанов, например, серии АВ-QМ по каталогам фирмы Danfoss. Такие клапаны регулируют и поддерживают необходимый перепад давлений, а также позволяют производить слив теплоносителя. 4. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 4.1. Основные свойства приборов Отопительными приборами называют устройства для передачи тепловой энергии от теплоносителя непосредственно отапливаемому помещению. Приборы отдают тепло излучением и конвекцией. Лучистое тепло воспринимается различными поверхностями внутри помещения и уже от них передается внутреннему воздуху. При этом лучше прогревается нижняя зона помещения, что более комфортно для людей. Конвективное тепло снимается с поверхности приборов движущимися частицами воздуха, которые при контакте нагреваются, перемещаются в пространстве, отдают тепло другим холодным поверхностям и концентрируются в верхней зоне помещения, что приводит к нежелательному перегреву этой зоны. Теплоотдача излучением преобладает в приборах, имеющих плоскую поверхность, обращенную к помещению, – встроенные в стены и полы греющие панели, плоские стальные радиаторы, современные алюминиевые радиаторы. Такие приборы должны использоваться в помещениях с повышенными требованиями к комфортности. Теплоотдача конвекцией преобладает в приборах, имеющих разветвленную ребристую поверхность – ребристые трубы, чугунные радиаторы, конвекторы. 4.2. Классификация приборов Чугунные радиаторы – собираются из отдельных секций с помощью чугунных ниппелей, – втулок, имеющих наружную резьбу, с одной стороны левую, с другой – правую. При вращении ниппеля он ввертывается одновременно в две секции, сближая их. Каждая секция присоединяется к радиатору двумя ниппелями. В крайних секциях вместо ниппелей устанавливаются глухие или сквозные пробки. Такую конструкцию отопительных приборов изобрел российский предприниматель Сан-Галли и внедрил в 1855 г. в оранжерее Царского 17 Села. Наибольшее распространение получили двухколонные радиаторы с расстоянием между пробками 500 мм глубиной 140 мм. Гидроизоляция на стыках секций выполняется из картона, пропитанного олифой, или специальных полимерных материалов. Одним из основных показателей эффективности отопительных приборов является номинальная плотность теплового потока – теплоотдача 1 м2 поверхности прибора в стандартных условиях. Для стандартных чугунных радиаторов qном= 720–760 Вт/м2. Алюминиевые радиаторы – конструкция и способ соединения секций аналогичны чугунным радиаторам. Имеют меньшую глубину 70–80 мм, привлекательный дизайн и относительно большую плоскую поверхность, обращенную к помещению, что увеличивает теплоотдачу излучением. Кроме того в секциях устраиваются узкие вертикальные каналы, в которых возникает естественная тяга нагревающегося воздуха, увеличивается скорость воздуха и теплоотдача конвекцией. Имеют меньшую массу, что облегчает монтаж. Используются в помещениях с повышенными требованиями к комфорту. Тепловая мощность одной секции около 200 Вт. Биметаллические радиаторы – секционные отопительные приборы, в которых внутренние каналы, по которым протекает теплоноситель, выполнены из стали, а наружная нагревательная часть секций – из алюминия. Наличие стальных элементов позволяет использовать повышенное рабочее давление теплоносителя – до 2,5 МПа. Слой алюминия обеспечивает высокую теплопроводность. Такие приборы обладают низкой тепловой инерцией, могут быстро менять свою температуру, поэтому с успехом могут применяться в системах с режимом терморегуляции. Тепловая мощность одной секции 160–200 Вт. Стальные радиаторы – состоят из двух штампованных стальных листов, сваренных по периметру и образующих канал в форме змеевика или регистра для прохода теплоносителя. Имеют сравнительно меньшую массу, стоимость, затраты при монтаже. Но сталь подвержена коррозии, требуется специальная обработка воды. Номинальный тепловой поток qном = = 600–700 Вт/м2. Гладкие стальные трубы – исторически самые старые отопительные приборы, имеют меньшую эффективность, громоздки, но могут быть устроены из подручных материалов. Используются в производственных помещениях. Ребристые трубы (чугунные и стальные) – громоздки, преобладает конвективная теплоотдача, затруднено удаление пыли. qном = 400 Вт/м2. Конвекторы – гладкие или ребристые трубы, помещенные в специальный кожух для создания тяги воздуха, увеличения его скорости и 18 улучшения конвективного теплообмена. Чем выше кожух, тем больше теплоотдача. qном = 300–400 Вт/м2. Используются в помещениях с высокой подвижностью воздуха и с невысокими требованиями к комфортности (пассажирские вагоны, лестничные клетки и т.п.). Бетонные отопительные панели – содержат змеевики или регистры из труб, замоноличенные в плоскую бетонную плиту толщиной 40–50 мм, и приставляются к наружной стене с усиленной теплоизоляцией. Дают самую высокую долю лучистого тепла, позволяют производить индустриальный монтаж, но подвержены коррозии, требуют специальной обработки воды. Греющие полы – в конструкцию монолитного пола заложены змеевики из полимерных труб, в которые подается теплоноситель. Обеспечивают максимальный комфорт в нижней зоне помещений. 4.3. Размещение отопительных приборов Отопительные приборы располагают, как правило, у наружных стен, преимущественно под окнами – это уменьшает холодные токи воздуха от стен и окон. Приборы устанавливают на кронштейнах или подставках. Для улучшения конвективного теплообмена рекомендуются расстояния от прибора: до подоконника 50 мм, до пола 60 мм, до поверхности стены 25 мм. 4.4. Расчет отопительных приборов Расчет заключается в определении площади поверхности нагрева, марки и числа элементов отопительных приборов и выполняется в следующем порядке. 1. Назначается тип нагревательных приборов и по справочным данным устанавливается номинальная плотность теплового потока в стандартных условиях (расход теплоносителя Gпр = 360 кг/час, разница температур теплоносителя и внутреннего воздуха t  70 С), qном , Вт/м2. 2. Определяется расчетная плотность теплового потока qпр – с учетом условий работы, отличающихся от стандартных 1 n  t  qпр  qном    70  p  Gпр    Спр 360   , где в однотрубных системах величина t определяется отдельно для каждого рассчитываемого прибора, а Gпр имеет для всех приборов одинаковое значение, обусловленное соотношением диаметров стояка и 19 подводок. В двухтрубных системах температуры теплоносителя на входе и выходе всех приборов и t одинаковы, а расход в каждом приборе вычисляется отдельно; n, p и Gпр – коэффициенты, учитывающие условия работы приборов. 3. Определяется расчетная площадь поверхности прибора Qпр Fp  1 2 qпр , где Qпр – расчетная теплоотдача прибора; 1 и  2 – поправочные коэффициенты, учитывающие условия работы. 4. При использовании стальных радиаторов и конвекторов по площади Fp выбирается марка и (или) количество приборов; при использовании чугунных радиаторов определяется необходимое количество секций Np  Fp  4 f 3 , где f – поверхность нагрева одной секции. При использовании импортных алюминиевых радиаторов допустимо использование методик расчета производителей, которые обычно предусматривают учет только одного фактора условий работы – нестандартной разницы температур t Qпр Np  qckт , где qc – расчетная теплоотдача одной секции; kт – поправочный коэффициент на t (по данным производителя). 4.5. Регулирование теплоотдачи приборов При проектировании систем отопления рассчитывается гидравлический и тепловой режим при расчетной температуре наружного воздуха tнБ . При более высоких наружных температурах теплоотдача приборов должна уменьшаться пропорционально уменьшению разницы температур внутреннего и наружного воздуха. Для этого производится централизованное регулирование – качественное (регулируется температура теплоносителя) или количественное (регулируется расход теплоносителя). Но необходимо и местное регулирование теплоотдачи непосредственно потребителем тепла. Для этого могут предусматриваться: 20 – трехходовые краны – устанавливаются на стояке в точке присоединения одной из подводок прибора, позволяют регулировать коэффициент затекания в прибор от ноля до единицы; – краны двойной регулировки – устанавливаются на подводке к прибору, позволяют регулировать расход теплоносителя в рамках, заданных при пусконаладочных работах (обычно от ноля до 0,6); – радиаторные терморегуляторы – устанавливаются на подводке к прибору, содержат термоэлемент с сильфоном, заполненным жидкостью, имеющей высокий коэффициент температурного расширения. При изменении температуры внутреннего воздуха сильфон деформируется и автоматически регулирует поступление теплоносителя в прибор. 5. ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ 5.1. Тепловые узлы При зависимой схеме в систему отопления здания подается горячая вода непосредственно из тепловой сети (рис. 5.1). На входе в тепловой узел она имеет очень высокую температуру (до 150 С). Для получения расчетной температуры теплоносителя tг (80–105 С) в гидроэлеваторе производится подмешивание отработанного теплоносителя из обратного трубопровода (обычно 70 С). При независимой схеме первичный теплоноситель из тепловых сетей в теплообменнике отдает тепло вторичному теплоносителю и возвращается в тепловую сеть (рис. 5.2). В качестве вторичного теплоносителя используется вода из водопроводной сети, которой система отопления заполняется в начале отопительного сезона. РТ 5 1 Тепловая сеть 2 4 3 6 Система отопления Рис. 5.1. Схема теплового узла при зависимой схеме присоединения к тепловой сети: 1 – гидроэлеватор; 2 – грязевик; 3 – датчик расхода воды; 4 – регулирующий клапан с электродвигателем; 5 – регулятор подачи теплоты; 6 – датчик температуры 21 РТ Система отопления Тепловая сеть 7 8 Рис. 5.2 . Схема теплового узла при независимой схеме присоединения к тепловой сети: 7 – теплообменник; 8 – насос 5.2. Циркуляционные насосы Предусматриваются при теплоснабжении от котельных и местных водонагревателей (теплообменников) для обеспечения циркуляции. Устанавливаются в помещении котельной или теплового пункта на циркуляционном трубопроводе. Предусматривается установка двух насосов – рабочего и резервного, устраивается обводная линия, которая позволяет поддерживать некоторую циркуляцию в системе при перебоях в электроснабжении. Марка насоса подбирается по двум параметрам – подаче (производительности) и расчетному давлению pнас. Для заполнения системы отопления водой при независимой схеме при недостаточном давлении в водопроводе могут дополнительно использоваться подпиточные насосы. 5.3. Гидроэлеваторы Для создания нужных параметров теплоносителя в гидроэлеваторе, установленном на подающем трубопроводе, устраивается сопло, на выходе из которого скорость потока возрастает, а давление по законам гидравлики падает. В эту зону пониженного давления и подсасывается охлажденная вода. Стандартный гидроэлеватор dc d2 подбирается по диаметру горловины, и для него рассчитывается диаметр 1 3 сопла. dг  87,4 d G dc  г 1 u , 1000 Pнас ; 22 2 Рис. 5.3. Схема гидроэлеватора: 1 – из подающего трубопровода тепловой сети; 2 – из обратной магистрали системы отопления; 3 – в подающую магистраль системы где Рнас – циркуляционное давление в системе отопления, обусловленное перепадом давлений в теплосети; G – расход теплоносителя, проходящего через гидроэлеватор; u – коэффициент смешения. 5.4. Теплообменники Устанавливаются в системах отопления, работающих по независимой схеме, служат для передачи тепла от первичного теплоносителя вторичному теплоносителю, циркулирующему в системе отопления. Выполняют функции котла. В зависимости от вида первичного теплоносителя различают водонагреватели пароводяные и водоводяные. Наиболее распространены горизонтальные секционные кожухотрубные водонагреватели, в которых пучок трубок (до 150 штук) размещен в трубе-кожухе. Теплоноситель и нагреваемая вода движутся с противотоком по трубкам и межтрубному пространству. Более эффективны пластинчатые нагреватели, в которых греющая и нагреваемая вода движутся с противотоком между сваренными по периметру пластинами. Благодаря малой толщине каналов возрастают скорости и теплопередача конвекцией – коэффициент теплопередачи возрастает в 3–7 раз. Существенно уменьшаются и габариты теплообменника. 5.5. Электрические котлы Содержат электрический нагревательный элемент, используются для подготовки теплоносителя воды в отдельных зданиях. Позволяют автоматизировать процесс отопления за счет регулирования работы нагревательных элементов и режима работы циркуляционного насоса. Подбор марок котлов осуществляется по их мощности, которая должна соответствовать тепловой нагрузке системы отопления. Должен предусматриваться резервный котел. 5.6. Расширительные сосуды и удаление воздуха Расширительные сосуды необходимы в системах отопления, гидравлически независимых от тепловой сети, они предназначены для приема избыточного объема воды при её температурном расширении. При обычных параметрах теплоносителя необходимый объем, л, определяется W  0,93Q , 23 где Q – мощность системы отопления, кВт. В системах с верхней разводкой этот открытый бак ставится в верхней точке, лучше в центре системы и дополнительно используется для удаления воздуха. С этой целью трубопроводы на чердаке укладываются с уклонами: на участках, где направление движения воды и пузырьков воздуха совпадает – 0,003, не совпадает – 0,005. Должен быть обеспечен постоянный водообмен в баке. В системах с нижней разводкой используют расширительные установки, содержащие герметичный бак, разделенный мембраной на две части – одна с водой, другая – со сжатым воздухом. Такой бак устанавливается в тепловом узле и не может использоваться для удаления воздуха. Эти функции должны выполнять воздухоотводчики – небольшие емкости в верхних точках, в которых воздух аккумулируется и периодически сбрасывается в атмосферу вручную или автоматически. В системах с нижней разводкой воздух аккумулируется в радиаторах последнего этажа и сбрасывается через радиаторные краны Маевского. 5.8. Поквартирные системы отопления В традиционных вертикальных системах отопления стояк последовательно обеспечивает теплоносителем приборы в разных квартирах, и сложно учесть количество тепла, потребленное каждым хозяином. В современных многоэтажных зданиях в специальных служебных помещениях устраиваются вертикальные магистральные подающий и обратный стояки. К ним на этажах присоединяется отдельно каждая квартира. Врезка в стояки делается на доступной высоте, а далее подводки к отопительным приборам прокладываются в толще бетонного пола каждой квартиры. Такая схема дает возможность поквартирного регулирования расхода теплоносителя и учета потребленного тепла. 5.7. Системы парового отопления 24 В таких системах в котлах вырабатывается пар, который по паропроводам подается в отопительные приборы и там конденсирует. При этом выделяется скрытая теплота парообразования ~2200 кДж/кг – в 20 раз больше, чем можно получить от 1 4 кг теплоносителя воды при остывании 3 её от 95 до 70 С. Для такой системы требуется меньшее количество теплоносителя и меньшие диаметры 2 5 6 труб. Конденсат по конденсатопроводам 1 возвращается в котел самотеком или 7 8 аккумулируется в открытом конденсатном баке, откуда насосом Рис. 5.4. Схема системы парового перекачивается в котел. Расчет систем отопления: 1 – паровой котел; 2 – парового отопления заключается в сухопарник; 3 – паропровод; 4 – система отопления; 5 – определении давления в котле и конденсатопровод; 6 – назначении таких диаметров труб, при конденсатоотводчик; 7 – бак; 8 – которых у приборов будет обеспечено давление, обеспечивающее конденсацию пара. 6. ВЕНТИЛЯЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ 6.1. Общие сведения Системы вентиляции и кондиционирования воздуха – это комплекс устройств, предназначенных для организации воздухообмена и удаления из помещений вредных выделений и обеспечения в них нормируемых величин температуры, влажности, подвижности и загрязненности воздуха. В процессе эксплуатации помещений в них выделяются вредности – это выделения в помещении газов и паров в результате жизнедеятельности людей и технологических процессов, высокая концентрация которых может вредно воздействовать на человека. 6.2. Нормирование воздухообмена Расчет нормативного воздухообмена производится в соответствии с классификацией вредностей. 1. Газы. Самые разные вредные газы выделяются при технологических процессах. Человек при дыхании выделяет углекислый газ СО2 – в 25 состоянии покоя 45 г/ч, при легкой работе 60 г/ч. Нормативный воздухообмен в помещении L , м3/ч, определяется G L kнорм  kпр  , где G – количество выделяющихся в помещении вредных газов; kнорм – предельно допустимая концентрация (ПДК) данного вредного газа в рассчитываемом помещении; kпр – концентрация этого газа в приточном воздухе;  – плотность воздуха. При нормировании в помещении СО2 ПДК назначается: в больницах – 1,0 г/кг, в помещениях с периодическим пребыванием людей – 1,75 г/кг, в помещениях с кратковременным пребыванием людей – 3,0 г/кг. Концентрация СО2 в наружном воздухе принимается: в городах – 0,9 г/кг, в сельской местности – 0,6 г/кг. Для учебной аудитории на 100 студентов и одного преподавателя нормативный воздухообмен по углекислому газу LCO2 составляет 4470 м3/ч. 2. Влага. Выделяется при многих технологических процессах, человек в состоянии покоя выделяет 40 г/час, при легкой работе – 75 г/ч. Нормативный воздухообмен по влаге определяется W L dух  dпр  , где W – количество выделяющейся в помещении влаги; dух и dпр – влагосодержание воздуха, уходящего из помещения, и приточного воздуха, г/кг. Для той же аудитории нормативный воздухообмен по влаге 472 м3/ч. 3. Избыточное тепло. Выделяется при технологических процессах, вследствие солнечной радиации, работы искусственного освещения. Человек при температуре 20 С в состоянии покоя выделяет 90 Вт, при легкой работе 100 Вт. Нормативный воздухообмен по теплу определяется L 3,6 Q t ух  tпр  , где Q – тепловыделения в помещении; t ух и tпр – температура воздуха, уходящего из помещения, и приточного воздуха. Для рассматриваемой аудитории нормативный воздухообмен по избыткам тепла 666 м3/ч. После расчета нормативного воздухообмена по всем выделяющимся вредностям система вентиляции рассчитывается на максимальное 26 значение нормативного воздухообмена L . Такие расчеты производятся отдельно на теплый, холодный и переходный периоды. Для помещений со схожими вредностями и одинаковыми технологическими режимами воздухообмены по каждой вредности обычно не рассчитываются, а нормируется кратность воздухообмена – отношение воздухообмена к объему помещения, т.е. L = Vn. Например, для канализационных насосных станций нормативная кратность воздухообмена n = 5 м3/ч на м2. Для однородных помещений с примерно одинаковой высотой нормируется воздухообмен на 1 м2 площади пола, т.е. L = Fn . Для жилых комнат принимается n = 3 м3/ч на м2. Для помещений со стандартным источником вредностей нормируется непосредственно воздухообмен: туалет – 25 м3/ч, ванная комната – 25 м3/ч, кухня с 4-конфорочной газовой плитой – 90 м3/ч, с электрической плитой – 60 м3/ч. 6.3. Классификация систем вентиляции Системы вентиляции классифицируются: по назначению – приточные и вытяжные; по зоне обслуживания – общеобменные и местные; по способу побуждения – гравитационные и с механическим побуждением. 6.4. Системы вентиляции жилых зданий В жилых зданиях, как правило, приточные системы вентиляции не устраиваются. Предусматривается неорганизованный приток наружного воздуха через неплотности в ограждающих конструкциях. Создаются системы только вытяжной вентиляции из помещений, где наибольшее выделение вредностей – кухня, туалет, ванная комната. Каждое вентилируемое помещение оборудуется самостоятельным каналом. Через эти помещения транзитом вентилируются и помещения, не оборудованные вентиляцией. Допускается использовать общий канал только для туалета и ванной комнаты одной квартиры. При этом канал размещается в стене туалета, воздух в канал поступает непосредственно из туалета, а также транзитом через отверстие в перегородке из ванной комнаты (рис. 6.1). 27 1 2 Туалет 2 1 3 Ванная комната Рис. 6.1. Фрагмент плана 2-го этажа двухэтажного здания: 1 – каналы 1-го этажа; 2 – каналы 2-го этажа; 3 – вентиляционное отверстие между туалетом и ванной комнатой 5 4 3 2 1 Рис. 6.2. Схема вентиляции двухэтажного чердачного здания: 1 – жалюзийная решетка; 2 – вертикальный канал; 3 – горизонтальный канал; В жилых зданиях удаление воздуха производится через жалюзийные решетки, устанавливаемые на расстоянии 0,2–0,5 м от потолка. Далее воздух поступает в вертикальные каналы, устраиваемые в толще внутренних стен (толщина кирпичных стен должна быть не менее 380 мм – 1,5 кирпича), либо в приставные вертикальные каналы. В панельных зданиях устраиваются специальные вентиляционные панели с встроенными каналами во внутренних стенах и перегородках. Каналы могут предусматриваться как прямоугольного так и круглого сечения диаметром не менее 100 мм. В чердачных зданиях вертикальные каналы на уровне чердачного перекрытия объединяются утепленными горизонтальными коробами. Они подают воздух к вытяжной шахте, которая выводится выше кровли (рис. 6.2). В устье шахты для защиты от атмосферных осадков устанавливается зонт либо дефлектор, который способен за счет использования скорости ветра при любом его направлении создавать вакуум в устье шахты и дополнительную тягу во всей системе вентиляции. В бесчердачных зданиях вертикальные каналы выводятся на 0,5–1,0 м выше кровли, каждый канал автономен и сообщается непосредственно с атмосферой. Блок близко расположенных каналов защищается от осадков общим зонтом. 28 В зданиях повышенной этажности (более пяти) нет возможности разместить большое количество вертикальных каналов в стенах, примыкающих к 2 санузлам. В этих случаях для обеспечения вентиляции 1 на всю высоту здания устраивается сборный вытяжной канал (шахта), с которым каждая квартира соединяется посредством попутчика (отдельного канала высотой один этаж или больше). Система монтируется из типовых бетонных блоков заводского изготовления (рис. 6.3). В таких зданиях часто воздух из вертикальных сборных каналов выпускается непосредственно в Рис. 6.3. Схема вентиляции в помещение чердака, который в этом случае многоэтажном здании: 1 – становится «теплым». Для обеспечения общая шахта; 2 – отдельный воздухообмена в чердачном помещении канал с этажа предусматривается общая вытяжная шахта, она обслуживает все системы вентиляции здания или отдельного блока. 7. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПОБУЖДЕНИЕМ 7.1. Общие сведения Такие системы применяются в помещениях, где необходимо круглогодичное обеспечение воздухообмена и большая кратность воздухообмена. Возможно использование комбинированных систем – в зимнее время они работают как гравитационные с естественным побуждением, а летом и в моменты пиковых нагрузок – за счет работы вентилятора. В зависимости от особенностей помещения оно может оборудоваться и вытяжной и приточной системой вентиляции. 7.2. Вытяжная система вентиляции с механическим побуждением Удаление воздуха из помещений производится в направлении его естественного движения – вверх. Через регулируемые вытяжные отверстия по каналам воздух отводится в вентиляционную камеру на чердаке или техническом этаже, откуда вентилятором через шахту выводится в атмосферу. Рис. 7.1. Схема вытяжной вентиляции с механическим побуждением: 1 – регулируемые вытяжные отверстия; 2 – 29 вентиляционные вентилятор; 4 – шахта 4 каналы; 3 – 3 2 1 7.3. Приточная система вентиляции с механическим побуждением Наружный воздух для подачи в помещения забирается из атмосферы через воздухозаборную шахту из относительно чистой зоны с высоты не менее 2 м от поверхности земли. После обработки (нагрева и очистки) этот воздух вентилятором по системе воздуховодов через приточные отверстия с решетками распределяется по обслуживаемым помещениям. Приточная камера устраивается в подвале, нагретый воздух движется вверх. 5 1 2 3 6 Рис. 7.2. Схема приточной вентиляции с механическим побуждением: 1 – воздухозаборная шахта; 2 – фильтр; 3 – калорифер; 4 – вентилятор; 5 – воздуховод; 6 – насадки для раздачи воздуха 4 7.4. Аэродинамический расчет систем вентиляции В системах с гравитационным побуждением задачей расчета является подбор таких сечений воздуховодов, при которых суммарные потери давления при пропуске расчетных расходов воздуха не будут превышать Pе   Rl  Z  , естественное располагаемое давление. где располагаемое давление Pе  hg н   вн  ; h – разница отметок устья вентиляционной шахты и жалюзийной решетки на рассчитываемой ветви. Плотность внутреннего воздуха принимается по расчетной внутренней температуре, наружного воздуха для любого района строительства – по расчетной температуре +5 С. При этой температуре система вентиляции 30 должна обеспечивать нормативный воздухообмен в помещении, при более низких температурах плотность наружного воздуха возрастает, располагаемое давление увеличивается – расход воздуха в системе тоже увеличивается, что увеличивает воздухообмен и обеспечивает улучшение качества воздуха в помещении. При температуре наружного воздуха выше +5 С система вентиляции не работоспособна, однако, появляется возможность обеспечить воздухообмен в помещениях за счет проветривания через открываемые окна и двери. В многоэтажных зданиях помещения нижних этажей имеют бо́льшие значения h, бо́льшие значения естественного располагаемого давления и, соответственно, лучшие условия для работы вентиляции. Расчет выполняется для отдельных ветвей, начинающихся на жалюзийных решетках (вытяжных отверстиях) в помещениях и заканчивающихся на устье канала, выпускающего воздух в атмосферу. Количество расчетных ветвей равно количеству жалюзийных решеток (обслуживаемых помещений), при этом некоторые участки, например шахта, могут включаться в несколько расчетных ветвей. В системах с механическим побуждением задачей расчета является определение потерь давления в расчетных ветвях при пропуске расчетных расходов воздуха и подбор вентилятора, компенсирующего эти потери давления. При этом сечения воздуховодов назначаются конструктивно по расчетным расходам воздуха и предельным скоростям – в гражданских зданиях до 12 м/с, в производственных зданиях – до 14 м/с. 7.5. Местные системы вентиляции Местная вентиляция, как и общеобменная, может быть вытяжная и приточная. Местная вытяжная вентиляция предусматривается, если есть возможность локализации и удаления вредных выделений непосредственно в местах их образования. Для этого используют местные отсосы в виде различных укрытий – вытяжные шкафы в лабораториях, зонты над технологическим оборудованием и кухонными плитами, бортовые отсосы у ванн, кожухи у станков. К местной приточной вентиляции относятся воздушные души – устройства, создающие сосредоточенный поток воздуха, направленный на рабочее место. Применяются в горячих цехах для создания комфортных условий рабочим, обслуживающим печи и другое горячее оборудование. Поток воздуха направляется на открытые части тела (лицо, грудь, руки) и снимает с их поверхности избыточное тепло. В души может подаваться как наружный воздух (после подогрева или охлаждения), так и 31 внутренний воздух того же помещения (при необходимости – после обработки). 7.6. Вентиляторы По принципу действия и назначению различают вентиляторы центробежные (радиальные) и осевые. Центробежные вентиляторы состоят из рабочего колеса с лопатками, насаженного на вал, и улиткообразного кожуха. При вращении рабочего колеса в заполняющем его воздухе возникают центробежные силы, воздух вытесняется в спиральный кожух и направляется в выходное отверстие. Приток воздуха происходит в осевом направлении в центральную зону колеса. Различают вентиляторы общего назначения – для перемещения малозапыленного воздуха с температурой до 80 С, коррозионно-стойкие (из винипласта и др.), искрозащищенные, пылевые. Такие вентиляторы могут создавать значительное давление (более 3000 Па). Осевые вентиляторы состоят из рабочего колеса (пропеллера), размещенного в кожухе, при его вращении возникает движение воздуха вдоль оси вентилятора, что и определяет его название. Осевые вентиляторы не способны создавать большие давления и используются для подачи больших объемов воздуха при малом аэродинамическом сопротивлении систем вентиляции (до 200 Па). Кроме того различают крышные вентиляторы – устанавливаются на бесчердачном покрытии зданий в устье систем вытяжной вентиляции, имеют вертикальное положение вала. Потолочные вентиляторы – используются для перемешивания воздуха в помещении и увеличения его скорости до комфортной в теплый период, крепятся к потолку, оборудуются регулятором частоты вращения. Работа вентиляторов сопровождается шумом, величина которого зависит от окружной скорости колеса. В гражданских зданиях эта скорость ограничена 25 м/сек. Для уменьшения шума вентиляторы устанавливаются на виброизолирующие прокладки и соединяются с воздуховодами с помощью специальных эластичных вставок. Подбор марки вентилятора производится по двум параметрам – подаче (производительности) и создаваемому давлению. 7.7. Системы воздушного отопления Теплоносителем является воздух, он централизованно нагревается и по системе воздуховодов подается в обслуживаемые помещения, где смешивается с внутренним воздухом и компенсирует теплопотери. Такие системы применяются в зданиях и помещениях с повышенными архитектурными и санитарно-гигиеническими требованиями и при устройстве приточной вентиляции. Эти системы дешевле, чем водяные, 32 имеют минимальную тепловую инерцию (тепловой эффект при включении системы достигается немедленно). Температура приточного воздуха назначается при подаче воздуха до 3,5 м от пола – до 45 С, при большей высоте – до 70 С. В зависимости от количества и характера вредных выделений назначается степень рециркуляции. Расход подаваемого воздуха определяется: при полной рециркуляции (воздух не загрязняется) 3,6 Qрасч L tпр  tвн  c ; в проточных схемах L 3,6 Qрасч tпр  tн  c , НВ Qрасч– расчетные где теплопотери помещения; tпр – назначенная температура приточного воздуха; tвн и tн – температуры соответственно внутреннего и наружного воздуха. ВВ Рис. 7.3. Схема воздушного отопления: НВ – наружный воздух; ВВ – внутренний 8. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА 8.1. Общие сведения Обработка воздуха может включать в себя следующие процессы: Нагревание. Используются калориферы – контактные теплообменники, в которых нагреваемый воздух проходит через блок из 3-х или 4-х рядов трубок с пластинами, пропускающих теплоноситель (горячую воду или пар). Калориферы могут устанавливаться параллельно и последовательно по воздуху и по теплоносителю (рис. 8.1). Охлаждение. Могут использоваться те же Т калориферы, в которые подается холодная вода или рассол (с температурой ниже 0 С). В кондиционерах для охлаждения воздуха используется хладагент – фреон, хладон и др. Увлажнение. Осуществляется за счет В В разбрызгивания воды в специальных камерах через форсунки, образующие факел распыла в Т виде пленочного конуса. Рис. 8.1. Схема 33 параллельной установки калориферов: Т – теплоноситель; В – По мере расширения конуса толщина пленки убывает и она распадается на капли. Факелы перекрывают все сечение воздуховода. Испаряется 2–3 1% разбрызгиваемой воды, остальная вода выпадает в поддон и вновь насосом подается на форсунки В (рис. 8.2). В Сушка. Производится на тех же установках, но используется вода с температурой ниже точки росы, и пары воды, содержащиеся в воздухе, 3 конденсируют на факеле. 2 Очистка от пыли. Применяется и в приточной и в вытяжной вентиляции. Рис. 8.2. Схема форсуночной очистки зависит от камеры: 1 – форсунка; 2 – насос; 3 – Способ особенностей пыли. каплеотделитель Для грубой очистки используются пылеосадочные камеры, в которых воздух движется со столь малой скоростью, что пыль успевает осесть на дно камеры. Для такой очистки на текстильных фабриках используются так называемые пыльные подвалы. Для тонкой очистки используют фильтры – бумажные, тканевые, масляные – кассеты 52527 см, содержащие 12 или 17 рядов сеток с ячейками 0,25–0,35 мм, покрытых тонким слоем масла. При прохождении воздуха пыль прилипает к масляной поверхности. Для очистки кассеты погружают в ванну с каустической содой, вновь заряжают, погружая в ванну с маслом. Для очистки от тяжелой грубой пыли используются В инерционные пылеотделители – циклоны, содержащие В цилиндрический корпус, в который по касательной подается пыльный воздух (рис. 8.3). При вращении воздуха частицы пыли центробежными силами отжимаются к стенкам, теряют скорость и ссыпаются вниз. Обеспыленный воздух резко поворачивает вверх и уходит через центральную трубу. Для повышения эффекта на внутреннюю поверхность корпуса может Рис. 8.3. подаваться вода, которая смачивает пыль, эффект Схема циклона очистки возрастает до 90 %. 8.2. Кондиционирование воздуха Это создание и автоматическое поддержание в помещении постоянных температуры, влажности, чистоты и скорости воздуха, наиболее благоприятных для пребывания людей (или технологических процессов). Кондиционирование устраивается в тех случаях, когда обеспечение 34 санитарно-гигиенических требований за счет работы вентиляции невозможно. Различают кондиционеры – центральные и автономные. В центральных кондиционерах приготовление воздуха с необходимыми параметрами производится в одном центре. Далее воздух по системе воздуховодов раздается в обслуживаемые помещения с возможностью дополнительной регулировки параметров на месте. Такой кондиционер составляется из отдельных блоков заводского изготовления – приемный блок, блок фильтров, камера орошения, блок воздухонагревателей и др. В зависимости от количества и вида вредностей, выделяющихся в помещениях, может предусматриваться полная и частичная рециркуляция внутреннего воздуха либо прямоточная схема (используется только наружный воздух). Предусматривается автоматическое управление всеми процессами обработки воздуха. Автономные кондиционеры – обслуживают отдельные помещения, имеют собственную холодильную машину, способны охлаждать, осушать воздух и очищать его от пыли. Широко применяются оконные кондиционеры, в которых благодаря работе компрессора циркулирует хладагент (рис. 8.4). В испарителе хладагент испаряется, забирает для этого тепло из омывающего его внутреннего воздуха; в конденсаторе хладагент конденсирует и отдает скрытую теплоту парообразования наружному воздуху. Таким образом, происходит перенос тепла – внутренний воздух охлаждается, а наружный воздух нагревается. Для перемещения наружного и внутреннего воздуха используются два 2 1 отдельных вентилятора, приводимых в действие одним электродвигателем. Такие кондиционеры работают в режиме 8 рециркуляции – после обработки ВВ НВ возвращают в помещение внутренний воздух, но имеется возможность через регулируемое отверстие производить подсос наружного воздуха. Широкое распространение получили 3 автономные кондиционеры split-sistem, 7 5 4 6 имеющие два раздельных блока. Один Рис. 8.4. Схема оконного блок устанавливается в помещении и автономного кондиционера: 1 – обрабатывает внутренний воздух, другой фреоновый компрессор; 2 – снаружи – наружный. Каждый блок пластинчатый испаритель фреона; 3 имеет свой электродвигатель и – фреоновый конденсатор; 4 – 5 – вентилятор, система циркуляции электродвигатель; центробежный вентилятор хладагента общая, расстояние между внутреннего воздуха; 6 – осевой 35 вентилятор нагруженного воздуха; 7 – бумажный фильтр; 8 – форточка для подсоса; ВВ – внутренний блоками до 15 м по длине. Современные автономные кондиционеры могут работать в реверсивном режиме – производить нагрев внутреннего воздуха и охлаждение наружного. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Научно-методическое построение учебного издания дает возможность изучить системы отопления и вентиляции в их взаимной связи. По каждой системе изложены теоретические, практические, методические и справочные материалы, необходимые для расчетов, проектирования, строительства и эксплуатации, а также для дальнейших научнотехнических разработок по совершенствованию систем жизнеобеспечения зданий, для использования отечественных и зарубежных достижений. Для более глубокого изучения отдельных вопросов по отоплению, вентиляции и созданию комфортного микроклимата в зданиях различного назначения приведен библиографический список. В условиях повышения требований к микроклимату и комфортности помещений внимание к данной дисциплине и другим системам жизнеобеспечения зданий будет возрастать. Автор выражает надежду, что методическое пособие будет полезно студентам при изучении специальных дисциплин, а также инженернотехническим работникам проектных организаций и жилищнокоммунального хозяйства. 36 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. СП 54.13330.2011. Свод правил «Здания жилые многоквартирные. Актуализация». – М., 2012. 2. СП 60.13330.2012. Свод правил «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция». – М., 2012. 3. СП 131.13330. 2012. Свод правил «СНиП Строительная климатология». – М., 2012. 4. СП 50.13330. 2012. Свод правил «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*». – М., 2012. 5. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. – М., 2013. 6. Богословский, В.Н. Отопление и вентиляция / В.Н. Богословский, В.Н. Щеглов, Н.Н. Разумов. – М. : Стройиздат, 1990. – 295 с. 7. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. I. Отопление, водопровод, канализация : справочник проектировщика / под ред. И.Г. Староверова. – М. : Стройиздат, 1990. – 430 с. 8. Гусев, В.М. Теплоснабжение и вентиляция : учеб. для вузов / В.М. Гусев. – Л. : Стройиздат, 1973. – 232 с. 9. Крупнов, Б.А. Отопительные приборы, производимые в России и в ближнем зарубежье : учеб. пособие / Б. А. Крупнов. – М. : ИАСВ, 2002. – 64 с. 10. Отопление : учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / В.И. Полушкин [и др.]. – М. : Академия, 2010. – 256 с. 11. Путько, А.В. Отопление и вентиляция здания : учеб. пособие / А.В. Путько, Е.В. Устинова – 4-е изд., перераб. и доп. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013. – 99 с. 12. Теплогазоснабжение и вентиляция : учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / О.Н. Брюханов [и др.]. ; под ред. О.Н. Брюханова. – М. : Академия, 2011. – 400 с. 13. Тихомиров, К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция : учеб. для вузов / К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко. – М. : Стройиздат, 1991. – 480 с. 37 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗДАНИЙ 4 2. СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ 9 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ 12 4. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 16 5. ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ 20 6. ВЕНТИЛЯЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ 24 7. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПОБУЖДЕНИЕМ 27 8. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА 31 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 35 Учебное издание Путько Александр Витальевич ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ Методическое пособие по изучению дисциплины Отпечатано методом прямого репродуцирования. ––––––––––––––––––––––––––——————————————————————————–––––––––––––––––––––––––––– 38 План 2017 г. Поз. 4.33. Подписано в печать 18.05.2017 г. Формат 60 841/16. Гарнитура «Times New Roman». Уч.-изд. л. 2,3. Усл. печ. л. 2,1. Зак. 131. Тираж 50 экз. Цена 95 руб. ––––––––––––––––––––————————————————————————––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Издательство ДВГУПС. 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47. 39 40