3.4 Конструирование системы отопления

При проектировании систем отопления необходимо обеспечить расчетную температуру и равномерное нагревание воздуха помещений, гидравлическую и тепловую устойчивость, взрывопожарную безопасность и доступность очистки и ремонта [5]. Для жилых зданий необходимо принимать [1,5] при температуре теплоносителя 95°С двухтрубные и при 105°С - однотрубные системы отопления с радиаторами или конвекторами. Системы отопления проектируются, как правило, из унифицированных узлов и деталей. Вертикальные однотрубные системы обладают лучшей тепловой и гидравлической устойчивостью, чем двухтрубные.

Для отопления жилых и общественных зданий, как правило, рекомендуются регулируемые стояки и стояки с осевыми и смещенными замыкающими участками.

Эти системы обладают высокой гидравлической и тепловой устойчивостью и имеют хорошие экономические показатели по трудозатратам и расходу металла.

Отопительные приборы размещены под световыми проемами.

На подводках к приборам однотрубных стояков, проточно-регулируемых, запроектированы трехходовые краны типа КРТ, D_у 15 и 20 мм с поворотной заслонкой.

В системе отопления предусмотрены устройства для ее опорожнения. На каждом стояке предусмотрена запорная арматура со штуцерами для присоединения шлангов.

В пониженных местах магистралей устанавливают спускные краны для слива теплоносителя.

Арматура в тепловом узле здания предназначена для регулирования и отключения систем отопления и оборудования.

Удаление воздуха из систем водяного отопления предусматривается через краны Маевского для выпуска воздуха, установленные на отопительных приборах верхних.

Компенсацию удлинения подводок к приборам предусматривают в горизонтальных ветвях однотрубных систем путем их изгиба (добавления уток). В ветвях между каждыми пятью-шестью приборами проектируют П-образные компенсаторы.

4. Тепловой расчет отопительных приборов системы водяного отопления

Тепловой расчет системы отопления, заключается в определении площади поверхности отопительных приборов. К расчету приступают после выбора типа отопительных приборов, места установки, способа присоединения к трубам системы отопления, вида и параметров теплоносителя, температуры воздуха в отапливаемом помещении, диаметра труб по результатам гидравлического расчета. Поверхность отопительного прибора должна обеспечить необходимый тепловой поток от теплоносителя к воздуху помещения, равный теплопотерям помещения за вычетом теплоотдачи проложенных в них теплопроводов.

4.1 Расчет площади отопительных приборов в однотрубных системах отопления

Поверхность нагрева отопительных приборов в однотрубных системах отопления рассчитывается с учетом температуры теплоносителя на входе в каждый прибор t_вх , ⁰С, количества теплоносителя, проходящего через прибор G_пр, кг/ч, и величины тепловой нагрузки прибора Q_пр, Вт.

Расчет площади каждого отопительного прибора осуществляется в определенной последовательности:

а) Вычерчивается расчетная схема стояка, принимается тип отопительного прибора и место установки, схема подачи теплоносителя в прибор, конструкция узла прибора. На расчетной схеме проставляются диаметры труб, тепловая нагрузка прибора, равная теплопотерям данного помещения, Q_т.п., Вт.

б) Рассчитывается общее количество воды, кг/ч, циркулирующей по стояку, по формуле:

(4.1)

где - коэффициент учета дополнительного теплового потока, (для данного вида отопительных приборов = 1,02);

=1,02 - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительных приборов у наружных ограждений;

с =4,187 кДж/(кг^.оС) удельная массовая теплоемкость воды;

–суммарные теплопотери в помещениях, обслуживаемых стояком, Вт.

Например, к стояку 1 относятся следующие помещения 101+108, 201+208, 301+308. Суммируя значения теплопотерь для каждого помещения (табл.5.2), получим:

(кг/ч)

Аналогично для остальных стояков. Тепловая нагрузка Q_ст, Вт и общее количество воды G_ст, кг/ч, циркулирующей по стояку сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.1 - Коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительных приборов у наружных ограждений

Наименование отопительного прибора	Коэфф. учета, у наружной стены, в том числе под световыми проемами
Радиатор чугунный секционный	1,02
Радиатор стальной панельный	1,04

Таблица 4.3 - Сводная таблица расчета расхода воды в стояках

№ ст	Qст, Вт	Gст, кг/ч
1	5638,09	451,583
2	2839,53	172,57
3	3731,60	295,37
4	3991,82	102,02
5	2957,78	275,60
6	6105,10	156,04
7	6129,75	156,67
8	3605,91	192,16
	 Qст =50264,63	 Gст =1284,68

в) Определяется температура воды на входе в каждый отопительный прибор проточно-регулируемого стояка по ходу движения теплоносителя:

- для первого прибора: (4.2)

-для второго прибора: (4.3)

- для третьего прибора: (4.4) и т.д.

г) Рассчитывается расход воды, кг/ч, проходящий через каждый отопительный прибор G_пр, кг/ч, с учетом коэффициента затекания , по формуле:

(4.9)

где коэффициент затекания воды в отопительный прибор с трехходовым краном, определенный по таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Значения коэффициента затекания воды в приборных узлах

Приборный узел	Присоединение приборов к стояку	Подводка с замыкающим участком	Коэффициент затекания
С трехходовым краном	одностороннее	-	1,00
	двухстороннее	-	0,5
С проходным краном КРП	одностороннее	смещенным	0,5
		осевым	0,33
С проходным краном КРП	двухстороннее	смещенным	0,20
		осевым	0,17

д) Определяется средняя температура воды, в каждом отопительном приборе по ходу движения теплоносителя:

- для первого прибора: (4.10)

- для второго прибора: (4.11) и т.д.;

е) Рассчитывается средний температурный напор в каждом отопительном приборе по ходу движения теплоносителя, ^оС:

- для первого прибора:(4.13)

- для второго прибора:(4.14)

и т.д.

ж) Определяется плотность теплового потока, Вт/м², для каждого отопительного прибора по ходу движения теплоносителя по формулам (4.16-4.18):

- для первого прибора:(4.16)

- для второго прибора:(4.17)

и т.д.,

где q_ном =595 Вт/м² - номинальная плотность теплового потока отопительного радиатора чугунного секционного МС-140-АО при стандартных условиях (таблица 4.6);

n, р – показатели для определения теплового потока отопительного прибора, приниматся по таблице 4.7 в зависимости от G_пр, кг/ч, и схемы подачи теплоносителя в приборы.

Таблица 4.6 - Номинальная плотность теплового потока отопительных

приборов при движении воды «сверху-вниз»

Наименование и обозначение отопительного прибора	Номинальная плотность теплового потока, qном , Вт/м^2
Радиаторы чугунные секционные (ГОСТ 8690-75)
МС-140-108	758
МС-140-98	725
МС-140-АО	595
МС-140-А	646
МС-90	700
МС-90-108	802

Таблица 4.7 - Значения показателей n, p для определения теплового потока отопительных приборов

Тип отопительного прибора	Направление движения теплоносителя	Расход теплоносителя G, кг/ч	n	p
Радиатор чугунный секционный	снизу-вверх	18-61	0,25	0,12
		65-900	0,25	0,04
		90-900	0,35	0,07

з) Вычисляется расчетная наружная площадь, м², отопительного прибора по ходу движения теплоносителя по формулам (4.19-4.21):

- для первого прибора: (4.19)

- для второго прибора: (4.20)

и т.д.

и) Число секций чугунных радиаторов, шт., определяют по формуле:,(4.22)

где а₁ =0,299 м² – площадь одной секции радиатора (таблица 4.8);

β₄=1,03– поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении (таблица 4.9);

β₃=1– поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе (таблица 4.10);

Таблица 4.8 - Техническая характеристика отопительных приборов

Обозначение прибора	Площадь нагревательной поверхности f, м^2	Номинальный тепловой поток QT, Вт (кКал/ч)	n1 и n2		Строительные размеры, мм				Масса, кг
			n1	n2	l	l1	l2	l3
Радиаторы чугунные секционные (ГОСТ 8690-75)
МС-140-106	0,244	185 (159)	-	-	500	558	140	108	7,62
МС-140-98	0,240	174 (150)	-	-	500	558	140	98	7,4
М-140 АО	0,299	178 (153)	-	-	500	582	140	96	8,45
М-140А	0,254	164 (141)	-	-	500	582	140	96	7,8
М-90	0,2	140 (120)	-	-	500	582	90	96	6,15
МС-90-108	0,187	150 (129)	-	-	500	588	90	108	6,15

Таблица 4.9 - Значения β₄, учитывающего способ установки отопительных приборов

Эскиз установки прибора	Способ установки прибора	А, мм	β4
	У стены без ниши, перекрыт доской в виде полки	40 80 100	1,05 1,03 1,02

Таблица 4.10 - Значения поправочного коэффициента β₃, учитывающего

число секций в одном радиаторе

Число секций	до 15	15-20	21-25
β3	1,0	0,98	0,96

Результаты расчетов отопительных приборов каждого стояка системы водяного отопления сведены в таблицу 4.11.

Таблица 4.11. Результаты расчета отопительных приборов системы водяного отопления

№ стояка	Этаж	tвх, ^0С	tвых, ^0С	tср, ^0С	tср, ^0С	qном, Вт/м^2	А, м^2	N, секц.
1	1	105,00	92,19	98,60	78,60	662,96	3,11	11
	2	92,19	83,07	87,63	67,63	549,46	2,67	9
	3	83,07	70	76,54	56,54	439,19	4,80	16
2	1	105,00	91,38	98,19	80,19	661,43	1,67	6
	2	91,38	84,46	87,92	69,92	557,28	1,01	4
	3	84,46	70	77,23	59,23	452,88	2,59	9
3	1	105,00	91,45	98,23	80,23	669,06	2,16	8
	2	91,45	84,36	87,90	69,90	563,25	1,34	5
	3	84,36	70	77,18	59,18	457,37	3,35	12
4	1	105,00	91,39	98,20	80,20	670,54	2,31	8
	2	91,39	84,45	87,92	69,92	564,91	1,40	5
	3	84,45	70	77,22	59,22	459,04	3,59	12
5	1	105,00	91,24	98,12	80,12	661,75	1,76	6
	2	91,24	84,67	87,95	69,95	558,50	0,99	4
	3	84,67	70	77,33	59,33	454,63	2,73	10
6	1	105,00	92,26	98,63	78,63	665,43	3,34	11
	2	92,26	82,99	87,62	67,62	551,13	2,93	10
	3	82,99	70	76,50	56,50	440,19	5,15	18
7	1	105,00	91,85	98,43	78,43	663,38	3,47	12
	2	91,85	82,64	87,25	67,25	547,36	2,95	10
	3	82,64	70	76,32	56,32	438,55	5,05	17
8	1	105,00	91,26	98,13	80,13	667,14	2,12	7
	2	91,26	84,63	87,95	71,95	583,09	1,17	4
	3	84,63	70	77,32	61,32	477,47	3,16	11
9	лк	105	70	87,50	71,50	582,63	7,37	24
10	1	105,00	90,69	97,85	79,85	657,72	1,75	6
	2	90,69	85,44	88,07	70,07	558,62	0,76	3
	3	85,44	70	77,72	59,72	457,48	2,72	9
11	1	105,00	92,10	98,55	78,55	672,29	4,47	16
	2	92,10	83,23	87,66	67,66	557,90	3,70	13
	3	83,23	70	76,61	56,61	446,46	6,90	23

5.Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет проводится по законам гидравлики. Правильный гидравлический расчет предопределяет работоспособность системы отопления.

На основе гидравлического расчета осуществляется выбор диаметра труб d, мм, обеспечивающий при располагаемом перепаде давления в системе отопления, , Па, пропуск заданных расходов теплоносителяG, кг/ч (обеспечено затекание необходимого количества воды в каждое ответвление, стояк, отопительный прибор). Перед гидравлическим расчетом должна быть выполнена пространственная схема системы отопления в аксонометрической проекции.

При гидравлическом расчете системы отопления расчет стояков и магистральных трубопроводов (в пределах подвального помещения) проводится методом удельных потерь давления.