6 Расчет систем отопления

6.1 Расчет водяного (парового) отопления

Потери теплоты, кДж/с, через наружные ограждения зданий можно определить с использованием укрупненного показателя – удельной характеристики по следующей формуле:

(1)

где q_о – удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м³·°С), принимаемая по таблице 1 приложения;

V_H – наружный объем всего здания или его отапливаемой части, м³;

t_в – расчетная температура внутреннего воздуха в помещении (таблица 2 приложения);

t_н – расчетная температура наружного воздуха (таблица 3 приложения);

а – поправочный коэффициент, учитывающий влияние местных климатических условий на удельную отопительную характеристику:

(3)

Дополнительные потери теплоты, кДж/с, на инфильтрацию воздуха через притворы фрамуг окон, дверей и ворот в производственных помещениях:

(4)

Количество теплоты, кДж/с, расходуемое на нагрев наружного воздуха, подаваемого системами вентиляции,

(5)

где q_в – удельный расход теплоты на нагрев 1 м³ воздуха, Вт/(м³·°С) (см. таблица 1 приложения) Расходы теплоты на вентиляцию жилых зданий, бытовых и административных помещений включены в их удельные отопительные характеристики и отдельно не учитываются;

t_н – расчетное значение температуры наружного воздуха для проектирования вентиляции (таблица 3 приложения).

Потери теплоты от поглощения его ввозимыми в помещение материалами и оборудованием, кДж/с,

(6)

где К_м – массовая теплоемкость материалов и оборудования, кДж/(кг °С): для железа К_м = 0,48; дерева – 2,52...2,8; для воды К=4,19;

G – масса ввозимых в помещения материалов или оборудования, кг;

t_нм – температура ввозимых в помещение материалов или оборудования, °С: для металлов t_нм = t_н; для несыпучих материалов t_нм = t_н + 10; для сыпучих материалов t_нм = t_н + 20; т – время нагрева материалов или оборудования до температуры помещения, ч.

Количество теплоты, кДж/с, на технологические нужды определяют через расход горячей воды или пара

(7)

где Q – расход воды или пара, кг/ч;

i – теплосодержание воды или пара, кДж/кг (таблица 4 приложения);

i_в – теплосодержание возвращаемого в котел конденсата, кДж/кг (таблица 4 приложения);

Р – количество возвращаемого конденсата, %: при полном возврате конденсата Р=70%, при отсутствии конденсата в системе отопления Р=0.

В ремонтных предприятиях количество теплоты для технологических и коммунально-бытовых нужд согласно скорректированным данным типовых проектов можно принять равным 168...182 Дж на одного работающего.

Источником теплоты в помещениях часто является технологическое оборудование.

Количество теплоты, кДж/с, выделяемое механическим оборудованием, приводимым в действие электродвигателями

(8)

где N – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

К_з = 0,5...0,9 – коэффициент загрузки электродвигателя;

К_о = 0,5... 1 – коэффициент одновременности работы оборудования;

К_т = 0,1…1 – коэффициент, учитывающий долю энергии, переходящую в теплоту: например, для насосов и вентиляторов К_т = 0,1...0,3; для металлорежущих станков К_т = 1.

Для приближенного определения количеств теплоты, выделяемых в механических и механосборочных цехах, можно принять К_зК_оК_т = 0,25.

Теплота, поступающая в помещение от электродвигателей, кДж/с,

(9)

где η – КПД электродвигателя по каталогу: обычно η = 0,75...0,92.

Количество теплоты, кДж/с, от источников искусственного освещения определяют по суммарной мощности светильников

(10)

где N_ос – суммарная мощность установленных в помещении светильников, кВт;

η_о = 0,92...0,97 – коэффициент перехода электрической энергии в тепловую для открытых ламп накаливания. В случае нахождения ламп внутри осветительной арматуры (за стеклом, рассеивателем и т. п.) принимают для люминесцентных ламп η_о = 0,15, для ламп накаливания η_о = 0,45.

Количество теплоты, кДж/с, выделяемое нагретыми поверхностями

(11)

где Q_ПО – количество теплоты, кДж/с, выделяемое нагретыми поверхностями оборудования, трубопроводов;

Q_ПВ – суммарные выделения теплоты от вертикальных поверхностей, Вт;

Q_ПГ – суммарные выделения теплоты от горизонтальных поверхностей, Вт

Количество теплоты, кДж/с, выделяемое нагретыми поверхностями оборудования, трубопроводов

(12)

где ΣS_i – суммарная площадь нагретых поверхностей, м²;

α_i – коэффициент теплопередачи i-й поверхности, Вт/(м² °С): для вертикальных поверхностей при (t_нп – t_в) < 5 °С α = 3,8...4,1Вт/(м² °С), при (t_нп – t_в) > 5°C α = 5,2...7,5 Вт/(м²°С);

t_{нп i} – температура нагрева i-й поверхности.

Суммарные выделения теплоты (конвекцией и лучеиспусканием), Вт, от нагретых поверхностей производственного оборудования и машин, не имеющих наклонных или сферических поверхностей, определяют по формуле:

для вертикальных поверхностей

(13)

для горизонтальных поверхностей

(14)

где F_В, F_Г – соответственно площадь вертикальных и горизонтальных нагретых поверхностей оборудования, м²;

ΔТ – разность температур нагретой поверхности и воздуха помещения, К;

Т₁ – температура нагретой поверхности, К;

Т₂ – температура поверхности стен внутри помещения, К, обычно принимаемая на 3…5 К ниже температуры воздуха.

Когда температура нагретых поверхностей не превышает 323 К, излучение незначительно, поэтому учитывают только теплоту, поступающую за счет конвекции. При этом:

для вертикальных поверхностей

(15)

для горизонтальных поверхностей

(16)

Количество теплоты, кДж/с, выделяемой людьми, зависит от тяжести выполняемой ими работы и температуры в помещении:

(17)

где п – численность работающих в помещении;

g_я – явное количество теплоты, Дж/с, выделяемое одним человеком (таблица 5 приложения).

Тепловую мощность отопительной системы, кВт,

(18)

Тепловую мощность Р_к, кВт, котельной установки принимают на 10...15 % больше ΣQ с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной и теплопотерь в сетях:

(19)

По полученному значению Р_к подбирают тип и марку котла (таблица 6, 7 приложения). Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты одинаковой тепловой мощности. Число стальных агрегатов должно быть не менее двух и не более четырех, чугунных – не более шести. Следует учитывать, что при выходе из строя одного из агрегатов оставшиеся должны обеспечить 75...80 % расчетной тепловой мощности котельной установки.

Затем находят общую площадь поверхности нагревательных приборов, м²,

(20)

где К – коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе, Вт/(м²·°С), принимаемый по таблице 8 приложения;

t_y – температура воды или пара на входе в нагревательный прибор: для водяных радиаторов низкого давления 85...95°С, высокого давления 120...125°С, для паровых радиаторов 110...115 °С;

t_x – температура воды или пара на выходе из нагревательного прибора: для водяных радиаторов низкого давления 65...75 °С, для водяных и паровых радиаторов высокого давления 95 °С.

По известной площади ΣF определяют требуемое число нагревательных приборов

(21)

где f – площадь поверхности одного нагревательного прибора, м² (таблица 9 приложения).

Количество топлива, кг, требуемое на отопительный период года, ориентировочно подсчитывают по формуле:

(22)

где g_y – годовой расход условного топлива (таблице 3) для повышения температуры на 1 °С в 1 м³ воздуха отапливаемого помещения, кг/(м³ · °С);

V_П – объем помещения, м³;

К_з.н = 1,1...1,2 – коэффициент запаса на неучтенные расходы теплоты.

Таблица 3 – Годовой расход условного топлива в зависимости от объема зданий

Объём здания, м^3	Значения gy, кг/(м^3^0С)
До 1000	0,32
1000…5000	0,245
5000…10000	0,215
10000…20000	0,2

Для перевода условного топлива в натуральное следует использовать коэффициенты, приведенные в таблице 10 приложения.