В.В. Назаревич Расчет отопления административных, жилых и производственных помещений
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра стационарных и транспортных машин
РАСЧЕТ ОТОПЛЕНИЯ АДМИНИСТРАТИВНЫХ, ЖИЛЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Методические указания по выполнению 2 - го раздела курсового проекта по курсу “Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека ” для студентов
специальности 100700 “Промышленная теплоэнергетика”
Составители В.В. НАЗАРЕВИЧ А.Т. КОРОЛЕВ
С.Ю. ХАРЧЕНКО
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 198 от 22.05.02
Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией по специальности 100700 Протокол № 169 от 23.05.02
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2003
1
Общие положения
Расчет отопления административных, жилых и производственных помещений является 2 разделом курсового проекта по курсу “Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека”.
Общие требования к курсовому проекту изложены в методических указаниях 1 раздела.
Расчет отопления
1.Выбор системы и схемы отопления.
2.Расчет площади, размера и числа отопительных приборов.
2.1.В двухтрубных системах.
2.2.В однотрубных системах.
2.3.Гидравлический расчет теплопровода систем отопления.
Расчетная часть
1. Выбор системы и схемы отопления
Выбор систем отопления производят в соответствии с предъявленными к ним санитарно-гигиеническими, экономическими и противопожарными требованиями, характером и назначением отапливаемых помещений зданий, а также с учётом тепловой инерции наружных ограждающих конструкций.
При выборе оборудования, конструкций и материалов системы отопления необходимо учитывать наличие соответствующих производственных баз и материальных ресурсов в районе строительства, избегать необходимости перевозки материалов и оборудования на большие расстояния.
Принятая к разработке система отопления должна быть экономичной, надёжной в работе, гидравлически устойчивой, простой в монтаже и эксплуатации, обеспечивать меньшее загрязнение вредными выделениями помещений здания.
Отопление нужно увязывать с вентиляцией здания, а отопительное оборудование, нагревательные приборы и трубопровод с
2
архитектурным оформлением здания и со строительными конструкциями.
При выборе системы отопления необходимо:
-принять способ циркуляции теплоносителя в системе (естественная или искусственная);
-установить температурный перепад теплоносителя;
-выбрать вид нагревательных приборов;
-в соответствии с конструктивными особенностями стояков и способом присоединения к ним нагревательных приборов выбрать схему трубопроводов (двухтрубную, однотрубную, горизонтальную, вертикальную);
-определить разводку главных магистралей: верхнюю или нижнюю;
-выбрать тупиковую схему отопления или с попутным движением воды;
-установить способ воздухоотделения из систем отопления;
-выбрать схемы присоединения системы отопления к наружным тепловым сетям или к источнику теплоснабжения.
При выборе систем отопления нужно руководствоваться рекомендациями, приведёнными в [2, 3, 4, 5].
С целью снижения расхода металла, уменьшения стоимости и повышения эффективности систем водяного отопления при проектировании следует придерживаться следующих рекомендаций:
-в зданиях от 3 до 12 этажей включительно применяют вертикальные однотрубные системы [7, с. 42, 43, 44, 45];
-теплотехнически целесообразные схемы движения теплоносителя: сверху - вниз в радиаторах однотрубных и двухтрубных систем, снизу – вверх в колончатых радиаторах однотрубных систем при значительном расходе воды.
В целом система отопления должна обеспечивать равномерный нагрев воздуха в отапливаемых помещениях в течение всего отопительного сезона, возможность регулирования теплоотдачи, удобство
вобслуживании, допустимый уровень шума.
3
2.Расчет площади, размера и числа отопительных приборов
2.1.В двухтрубных системах
Площадь теплоотдающей поверхности отопительного прибора определяют в зависимости от принятого вида прибора, его расположения в помещении и схемы присоединения к трубам. В обычных помещениях число приборов определяют по числу оконных проемов. В угловых помещениях действует один прибор, размещенный у глухой торцевой стены.
Задача расчета заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности прибора, обеспечивающей в расчетных условиях необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение. Затем по каталогу приборов, исходя из расчетной площади, подбирают ближайший торговый размер прибора (число секций, марка радиатора, длина конвектора или ребристая труба). Площадь
поверхности отопительных приборов F р с 1984 года измеряют только в м2 (ранее был эквивалентный квадратный метр ЭКМ). Для расчета Fp необходимо определить величину теплового потока отопительного прибора, обусловленного его поверхностной плотностью теплового потока. qпр – тепловой поток, передаваемый от теплоносителя в окружающую среду через 1м2 площади поверхности выбранного для установки нагревательного прибора в расчетных температурных условиях.
qпр = f (qном ),
где qном– номинальная плотность теплового потока при стандартных условиях работы, Вт/м2. Стандартные условия работы: температура теплоносителя tВХ =105°С, tВЫХ = 70°С, ∆tСРСТ = 70°С, расход теплоносителя в приборе GПРСТ = 0,1кгс, атмосферное давле-
ние P0 =1013,3 ГПа , температура воздуха в помещении 18 °С .
Значения qном для основных типов нагревательных приборов даны в табл. 1 приложения.
4
Для теплоносителя – вода:
|
∆t |
|
1+n G |
ПР |
P |
|
|||
qПР = qНОМ |
|
СР |
|
|
|
aПР, |
(1) |
||
|
0,1 |
||||||||
|
70 |
|
|
|
|
|
где qНОМ - номинальная плотность теплового потока отопительного прибора, при стандартных условиях работы, Вт/м2; ∆tСР- температурный напор, равный разности полусуммы расчетных тем-
ператур теплоносителя на входе tВХ и выходе tВЫХ отопительного
прибора и температуры воздуха помещения t В , |
|
|||||||
|
∆tСР = [0,5(tВХ +tВЫХ )−tВ ],°С |
(2) |
||||||
GПР |
- действительный расход воды в отопительном приборе, |
|||||||
|
G |
ПР |
= |
QОТ |
|
, кг |
с |
(3) |
|
CР(tВХ −tВЫХ ) |
|||||||
|
|
|
|
|
||||
где QОТ - расчетная мощность отопительной системы (разд.1 |
||||||||
формула 19), Вт; |
|
|
|
|
|
|
|
|
CР |
- теплоемкость воды 4,19 кДж(кг К); |
|
|
n, p – экспериментальные значения показателей степени (табл. 1 приложения);
aПР - коэффициент, учитывающий схему присоединения ото-
пительного прибора и изменения показателя степени «p» в различных диапазонах расхода теплоносителя, (табл.1 приложения).
Для теплоносителя – пар:
|
∆t |
|
1+n |
(4) |
|
qПР = qНОМ |
|
Н |
, |
||
|
70 |
|
|
|
где ∆tН - температурный напор, равный разности температуры насыщенного пара и температуры воздуха помещения,
∆tH = (tН.П. −tВ ),°C . |
|
|
|
|
(5) |
|||
Расчетная площадь отопительного прибора: |
|
|
|
|
||||
F |
= |
QOT −0,9QTP |
β |
1 |
β |
2 |
, |
(6) |
|
||||||||
P |
|
qПР |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
5
где QOT - расчетная мощность отопительной системы, Вт;
QТР - суммарная теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения стояков, подводок, к которым непосредственно присоединен прибор;
QTP = qB lB + qГ lГ . |
(7) |
где qВ, qГ - теплоотдача 1 м вертикально и горизонтально
проложенных труб, Вт/м, в зависимости от диаметра и разности температур воды в трубе и воздуха в помещении. В практических расчётах величины теплопоступлений можно принимать при температурах: горячей воды в стояках tГ=(+50-+55)°С, а внутри помещения tВ=(+18-+20)°С от труб диаметром: 15 мм – 20 Вт/м; 20 мм – 23 Вт/м; 25 мм – 27 Вт/м; 32 мм – 30 Вт/м.
lВ,lГ - длина вертикально и горизонтально проложенных трубопроводов в пределах помещения, м;
0,9 – коэффициент, учитывающий долю теплового потока от теплопроводов, полезную для поддержания температуры воздуха в помещении;
β1 - коэффициент учета дополнительного теплового потока ус-
танавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины (табл. 2 приложения);
β2 - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты ото-
пительными приборами и наружных ограждений (табл. 3 приложения).
Число секций нагревательных приборов:
- чугунных радиаторов |
|
|
|
N P = |
FP β4 |
, |
(8) |
|
|||
|
f1 β3 |
|
где f1 - площадь поверхности нагрева одной секции, м2, зави-
сящая от типа радиатора, принятого к установке в помещении (табл. 1 приложения);
β3 - коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, принимаемый из табл. 4 приложения;
6
β4 - коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении (табл. 5 приложения).
Расчетные значения, полученные по формуле (8), можно округлять в сторону уменьшения не более чем на 5% (но не более чем на
60Вт);
-панельных радиаторов типа РСВ1 и РСВ2 или конвекторов с кожухом
N P = FP |
; |
(9) |
|
f1 |
|
- конвекторов без кожуха или ребристых труб по вертикали и в ряду по горизонтали
N P = FP |
(n f1 ) |
; |
(10) |
|
|
|
где n – число ярусов и рядов элементов, составляющих прибор;
f1 - площадь одного элемента конвектора или одной ребристой трубы, м2.
Для наглядности, упрощения и контроля расчеты сводят в общую таблицу.
Расчет отопительных приборов
|
|
С |
|
С |
C |
Расход теплоносителя G, кг/ч |
Расчетная плотность теплово- |
го потока прибора |
|
|
|
С |
O |
|
|||||
|
|
О |
О |
, |
2 |
||||
|
|
, |
О |
, |
CP |
||||
|
|
В |
, |
ВЫХ |
Вт/м |
||||
|
|
ВХ |
|||||||
помещения№ |
Тепловая мощностьпотрQ, Вт |
Температура воздухаповмещенииt |
Температура теплоносителяна входеt |
Температура теплоносителяна выходеt |
Температурныйнапор∆t |
, |
|||
ПР |
|||||||||
q |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поправочные
коэффициенты
β1 β2
9 10
7
Продолжение табл.
, |
|
|
Расчетная приборовплощадь F |
Попра- |
|
|
Установочное секцийчислоN |
||
Теплоотдача теплопроводовQ |
Вт |
Q *Q |
|
|
|
|
Расчетное секцийчислоN |
||
ТР |
|
0,9* - |
|
вочные коэф- |
|
P |
УСТ |
||
|
|
|
|
фициенты |
|
|
|
|
|
|
|
ПОТР |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
=Q Вт, |
β3 |
|
β4 |
|
|
|
|
|
|
ПР ТР |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
12 |
13 |
1 |
|
|
1 |
16 |
17 |
|
4 |
|
5 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2. В однотрубных системах
Если в двухтрубных системах среднюю температуру теплоносителя в обогревательном приборе tПР принимают одинаковой для всех приборов системы отопления, то в однотрубных системах средняя температура теплоносителя каждого из приборов неодинакова и ее требуется определять расчетом.
Схема однотрубной системы с замыкающим участком: 1 – стояк; 2 – замыкающий участок; 3 – регулировочный кран; 4 – отопительный прибор.
8
В однотрубных системах водяного отопления температура на
входе в приборы tВХ и температурные перепады ∆tПР для различных приборов неодинаковы. Горячая вода последовательно проходит через приборы, присоединенные к стояку. Частично охладившись в одном приборе, вода поступает в следующий.
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑QПР |
|
|
|||
t |
ВХ |
= t |
Г |
− |
|
1 |
|
,°C |
(11) |
|
C |
P |
G |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
CT |
|
|
Здесь tГ – температура горячей воды, поступающей в стояк, ОС;
n
∑QПР - суммарная теплоотдача нагревательных приборов;
1
CP - теплоемкость воды |
Дж |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
кг °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
GCT |
- количество воды, проходящей через стояк и вычисляе- |
||||||||||||||||||
|
|
|
мой по формуле |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
GCT = |
|
|
QCT |
|
|
, кг/с |
|
|
(12) |
||||||||
|
|
C (t |
Г |
−t ) |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
P |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где QCT – тепловая нагрузка стояка, равная теплоотдаче всех |
|||||||||||||||||||
приборов, присоединенных к нему, Вт; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
t0 – температура охлажденной воды, выходящей из стояка, ОС. |
|||||||||||||||||||
Средняя температура воды в нагревательном приборе |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
tCP.ПР = tBX − |
∆tПР |
|
°С |
|
|
(13) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Температурный перепад в приборе вычисляют по формуле |
|||||||||||||||||||
|
|
∆t |
ПР |
= |
|
|
QПР |
|
|
= |
|
|
QПР |
,°C |
|
(14) |
|||
|
|
|
С |
|
|
|
α G |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Р |
G |
ПР |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CT |
|
|
|
|||||
где |
|
QПР– теплоотдача прибора, Вт; |
|
|
|
|
|||||||||||||
G |
ПР |
– количество воды, протекающей через прибор, кг |
с |
; |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CР – теплоёмкость воды;
9
α – коэффициент затекания воды в прибор. Этот коэффициент показывает, какая часть воды, протекающей по стояку G, попа-
дает в нагревательный прибор: |
|
|
|
α = |
GПР |
. |
(15) |
|
|||
|
G |
|
|
|
CT |
|
Чем больше коэффициент затекания, тем больше воды пройдёт через приборы и, следовательно, тем меньшая поверхность нагрева приборов будет нужна, но в то же время потребуется больший диаметр подводок к приборам. Однако, учитывая, что стоимость нагревательных приборов составляет примерно 70 % всей стоимости системы отопления, уменьшение поверхности нагрева приборов делает более дешёвой систему в целом.
Величина коэффициента затекания зависит от сочетания диаметров труб радиаторного узла (стояка dCT, замыкающего участка
d З.У . и подводок dПОДВ ), а также от скорости воды в стояке. При
двустороннем присоединении приборов к стоякам увеличение длины подводки к одному из приборов очень мало влияет на изменение
величины α , поэтому в практических расчётах при равенстве диаметров подводок коэффициенты затекания принимают одинаковыми независимо от длины подводок.
В проточных системах отопления при одностороннем присоединении α = 1, а при двустороннем α = 0,5.
Коэффициенты затекания для однотрубных систем с осевыми замыкающими участками можно брать по табл.6, а для систем со смещёнными замыкающими участками – по табл.7.
Для определения коэффициентов затекания воды в приборы надо предварительно определить диаметры стояков и подводок.
В проточных системах при одностороннем присоединении приборов диаметр подводки dПОДВ принимают равным диаметру
стояка d CT , а при двустороннем dПОДВ берут на один сортамент меньше d CT