Книги / Махов Л.М. Отопление учеб. для вузов

1

4

5

5

7

8

9

7

Рис. 14.1. Греющий кабель в перекрытиях зданий: а - замоноличенный; б - в воздушной прослойке; в - замоноличенный под воздушной прослойкой; 1 - покрытие пола; 2 - стяжка

толщиной 20...30 мм; 3 - монолитный слой толщиной 40...50 мм; 4 - греющий кабель; 5 -

звуко-теплоизоляция; 6 - несущая железобетонная плита; 7 - воздушная прослойка толщи- ной 40...50 мм; 8 - лага 50x50 мм; 9 - настил пола толщиной 20 мм; 10 - монолитный слой

толщиной 20 мм; 11 - воздушная прослойка толщиной 30 мм

Взданиях с бетонными перекрытиями применяют замоноличивание греющего кабеля в

конструкцию пола (рис. 14.1, а). Термическое сопротивление слоев, расположенных меж-

ду кабелем и покрытием пола, принимают и пределах 0,045...0,2 м2-°С/Вт.

Взданиях с полами на лагах греющий кабель располагают в воздушной прослойке (рис.

14.1, б) для выравнивания температуры поверхности пола. При этом менее вероятно мест-

ное перегревание кабеля. Его укладывают на металлическую сетку таким образом, чтобы

он не касался утеплителя, так как в противном случае может произойти перегрев кабеля

или изоляции.

Для интенсификации конвективного теплообмена в воздушной прослойке в углах поме-

щения оставляют вентиляционные отверстия, перекрытые решетками. Недостатком кон-

струкции является перерасход кабеля из-за уменьшения его теплоотдачи.

В зданиях с полами на лагах применяют также замоноличивание кабеля и устройство воз-

душной прослойки над замоноличивающим слоем (рис. 14.1, в). Такая конструкция со-

вмещает в себе преимущества первых двух: увеличенную теплоотдачу и предотвращение

местного перегревания кабеля.

Регулирование теплоотдачи панели электрического отопления выполняют двухпозицион-

но.

Для отопления производственных помещений большого объема применяют подвесные

электропанели. Тепловую мощность подвесных панелей рассчитывают по балансам теп-

лоты в верхней (над панелью) и нижней (под панелью) частях помещения. При этом счи-

411

тают, что теплопотери верхней зоны компенсируются теплоотдачей панели вверх, а теп-

лопотери нижней зоны - теплоотдачей вниз. На рис. 14.2 дана схема конструкции подвес-

ной панели. При изолированном кабеле плотность теплового потока в них составляет око- ло 460 Вт/м2 (теплоотдача вниз 85 %), при неизолированном кабеле - около 840 Вт/м2 (те- плоотдача вниз около 88 %).

700	;2
*тшшшшшшшшшт
	/
I	О
3

830

Рис. 14.2. Подвесная панель с греющим электрокабелем: 1 - стальной кожух; 2 - теплоизо- ляция; 3 - нагреватель в виде изолированного кабеля

Для отопления отдельных помещений используют электронагревательные печи ПЭТ (рис. 14.3). В печи под перфорированным кожухом помещены на фарфоровых колодках трубча- тые электронагревательные элементы (ТЭН) мощностью 0,5...1 кВт. Температура поверх- ности ТЭН на 130..150 °С выше температуры окружающего воздуха. При монтаже печи как в горизонтальном, так и вертикальном положении (с электропитанием снизу) к болту заземления присоединяют заземляющий провод.

Щ ^4

625	4	3

Рис. 14.3. Электронагревательная печь (боковой вид): 1 - трубчатые электронагреватели; 2

- стальной кожух; 3 - крышки; 4 - контакт заземления; 5 - перемычки; 6 - токоведущие шпильки; 7 - дно; 8 - отверстие для ввода электропитания

Переносные электроотопительные приборы применяют для дополнительного отопле-

ния жилых и общественных зданий, садовых домиков.

Распространенным электроотопительным прибором является электрокамин, который по

исполнению может быть настенным, напольным, универсальным. Нагревательные эле-

менты бывают сосредоточенными или линейными с температурой 750...800 °С.

Выпускают электрокамины чисто функциональные, предназначенные только для отопле-

ния, и декоративно-функциональные, являющиеся, кроме того, частью интерьера. На рис.

14.4 показана конструкция функционального электрокамина со сферическим отражателем.

Для изменения направления радиационного теплового потока отражатель может повора-

чиваться. В декоративно-функциональном электрокамине (рис. 14.5) имитируется горение

дров. Теплый воздух вращает вертушку с прорезями, и на панель и экран падают блики

света от красной лампы.

412

1

2

3

4

Рис. 14.4. Электрокамин со сферическим отражателем: 1 - декоративная защитная решет-

ка; 2 - нагревательный элемент; 3 - отражатель; 4 - патрон; 5 - шнур электропитания; 6 -

кронштейн; 7 - поворотный винт; 8 - подставка

					* 1	б)
					7
					3	6
						7
инл				1ТИ II	4	Н
I			4	итптх		9
Ш					г'*
	111	*		ШИК		10
				нг
Ж				=гх		п

Рис. 14.5. Декоративно-функциональный электрокамин: а - вид спереди; б - вид сбоку; 1 - декоративный внешний корпус; 2 - внутренний металлический корпус; 3 - панель имита-

ции топлива; 4 - декоративно-защитная решетка; 5 - полупрозрачный экран; б - вертушка;

7 - кронштейн с иглой; 8 - красная лампа; 9 - отражатель; 10 - патрон; 11 - нагревательные

элементы

Электрорадиаторы делают напольными (с промежуточным теплоносителем - минераль-

ным маслом) мощностью 0,5...3 кВт. Они бывают панельными (рис. 14.6) и секционными,

когда корпус собирается из отдельных секций, сваренных между собой.

413

Г) а

&

I	и	Ж 2
\4		з

8A. 14.6. Панельный электрорадиатор: 1 - герметичный корпус, заполненный маслом; 2 -

регулятор температуры; 3 - шнур электропитания; 4 - электронагреватель

Теплоотдача электрорадиатора излучением составляет 50 % общего теплового потока.

Максимальная температура поверхности радиатора достигает 110 °С, а средняя - 85...95

°С. Электрорадиаторы, как правило, имеют термоограничитель, отключающий прибор

при достижении температуры 130 °С на корпусе. Выносной терморегулятор, которым

укомплектовано большинство электрорадиаторов, позволяет поддерживать необходимую

температуру в обогреваемом помещении.

В электроконвекторах теплоотдача осуществляется преимущественно (90 %) естественной конвекцией. Наиболее распространенной является напольная модель (рис. 14.7).

Электроконвектор мощностью 0,5...3 кВт представляет собой корпус, внутри которого расположены нагревательные элементы - спираль из сплава высокого сопротивления (как

правило, нихрома) или трубчатый электронагреватель. Температура открытой спирали

600...900 °С, трубчатого нагревателя - 450...500 °С. Температура выходящего из конвекто-

ра воздуха не превышает температуры окружающего воздуха более чем на 85 °С. Новые конструкции конвекторов оснащают терморегуляторами.

Электротепловентилятор - отопительный прибор с теплоотдачей при вынужденной кон-

векции, создаваемой встроенным вентилятором. Мощность прибора доходит до 9 кВт, по-

этому тепловентилятор иногда называют тепловой пушкой, выбрасывающей мощную те-

пловую струю.

Нагревательные элементы в электротепловентиляторах такие же, как в электроконвекто-

рах. Приборы имеют ступени регулирования мощности и, как правило, две частоты вра-

щения вентилятора. Для защиты от перегрева в цепь нагревательных элементов включают

термоограничитель.

Выпускают также комбинированные электроприборы: электрокамины-конвекторы и элек-

трокамины-радиаторы.

414

В основе расчетов тепловой мощности (^9 Вт, отопительных приборов с прямым преобра- зованием электрической энергии в тепловую лежит закон Джоуля-Ленца, применительно к переменному току имеющий следующее выражение

<3 = Иг = (Дк = Щк2 / г,

(14.1)

где I - сила тока, проходящего по проводнику, А; г - активное сопротивление проводника, Ом; II - напряжение, подаваемое на проводник, В; к - коэффициент мощности проводника

(при частоте тока 50 Гц к изменяется от 0,96 до 0,98 и его приравнивают к единице, но

вводят некоторый запас мощности).

Рис. 14.7. Электроконвектор: 1 - корпус; 2 - нагревательный элемент в виде стальных пла- стин; 3 - выключатели; 4 - шнур электропитания

В расчетах количества теплоты, выделяемой греющим кабелем, учитывают зависимость

активного сопротивления проводника от его температуры. Для металлических (из стали,

алюминия, меди) токопроводящих жил греющих кабелей сопротивление гц Ом, при тем-

пературе до 100 °С составляет

Г1 = (Ро'Э а)Ц + сц^Цр),

(14.2)

где р0 - удельное электрическое сопротивление провода или кабеля, Ом-м, при температу- ре О °С; 1к - длина греющего элемента, м; а - площадь поперечного сечения провода или

кабеля, м2; 1Пр - температура греющего элемента, °С; ао - температурный коэффициент со-

противления при О °С, 1/°С.

Расчет теплоотдачи панели при шаге раскладки кабелей 0,04...0,2 м выполняют в предпо-

ложении равномерности температурного поля на поверхности. При этом для панели пло-

щадью Апан, м2, с шагом раскладки кабеля з, м, длину греющего кабеля 1к, м, определяют

по формуле

415

1« = Апан / 5,

(14.3)

После подстановки (14.2) и (14.3) в (14.1) получим уравнение с двумя неизвестными 8 и

1пр. Поэтому в расчетах используют уравнение, в котором на основе экспериментальных данных температура на поверхности изоляции кабеля связывается с шагом раскладки кабеля 8 и теплоотдачей 1 м2 греющей панели цк.

Теплоотдачу С]к, Вт/м2, складывают из теплоотдачи лицевой С]Л1Ш и тыльной цшл1 сторон

Чк - Члиц ТЫЛ' (14.4)

При проектировании греющей панели электрического лучистого отопления может быть

принят следующий порядок расчета.

1. Назначают площадь отопительной панели Апан? м2, и по заданной тепловой нагрузке оп- ределяют требуемую плотность теплового потока аЛИц, Вт/м , панели в сторону расчетного

помещения.

2. Вычисляют температуру лицевой поверхности панели 1п.лиц с проверкой допустимости ее как для панели водяного отопления и коэффициенты лучистого ап.лиц и конвективного

Ик лиц теплообмена.

3. Находят требуемую среднюю температуру 1ср, °С, на оси заложения греющего провода или кабеля

Iср	лиц	лиц	(	14.5
				)

и плотность теплового потока цтыл. Вт/м2, с тыльной стороны панели

Ятыл	~	(чр — ^В.Ты.1	(	Н	6)
				.

где IВ.ЛИЦ? 1»:-В.ТЫЛ - температура воздуха с лицевой и тыльной сторон панели, °С; Ялиц, гтыл сопротивления теплопередаче от оси источников к воздуху с лицевой и тыльной сторон панели, м2 °С/Вт.

4. По вычисленному значению цТЬ1Л рассчитывают температуру поверхности панели с

тыльной стороны Iплыл и плотность теплового потока панели цк, Вт/м2.

5. Определяют шаг раскладки кабеля з и температуру на поверхности изоляции кабеля (к,

используя уравнение (14.1), а также некоторые эмпирические зависимости.

6. Если 1к оказалась ниже предельно допустимой, аз - больше минимально возможного

(Ю...150к), то по формуле (14.3) находят длину кабеля. В противном случае делают пере-

расчет.

§ 14.3. Электрическое аккумуляционное отопление

Электротеплоаккумулирующие приборы потребляют электроэнергию только в периоды снижения других электрических нагрузок. Такие приборы, выравнивающие суточное по- требление электроэнергии, повышают эффективность работы энергосистем. В настоящее

416

время региональные энергетические комиссии пытаются решить проблему выравнивания

нагрузок на энергосистему введением дифференцированных по времени суток тарифов.

Низкий тариф действует с 23.00 до 7.00 часов, а в остальное время - обычный. Разница в тарифах составляет от 2,5 до 8 раз в зависимости от группы потребителей и региона, в ко-

тором они находятся.

Общий суточный цикл работы электротеплоаккумулирующего прибора включает в себя

период "зарядки" (обычно ночной), в течение которого нагревательные элементы подклю-

чены к электрической сети, и период "разрядки", когда нагревательные элементы от сети

отключены.

Наибольшее распространение получили теплоаккумулирующие печи. Для аккумуляции

теплоты в печах имеется сердечник из теплоемкого, теплопроводного, взрывобезопасного дешевого материала без запаха. Эффективным материалом считается магнезит.

В бытовых электротеплоаккумулирующих печах температура сердечника не превышает

600 °С. Для увеличения продолжительности разряда и ограничения температуры кожуха

100 °С применяют тепловую изоляцию сердечника.

Электротеплоаккумулирующие печи с твердым теплоаккумулирующим материалом под-

разделяют на три типа (рис. 14.8):

•нерегулируемые (рис. 14.8, а) - наиболее простые и дешевые. При их применении

возникают наибольшие колебания температуры помещения. Теплоту они отдают за

счет излучения и конвекции примерно в равных долях;

•аккумулирующие конвекторы (рис. 14.8, б). Внутренний конвективный канал и ре-

гулирующий клапан позволяют поддерживать более ровную температуру помеще- ния в течение суток;

•динамические теплоаккумуляторы (рис. 14.8, в) - наиболее совершенные, со встро-

енным двухскоростным вентилятором и регулирующим клапаном. Основной спо- соб теплоотдачи - вынужденная конвекция. Высокотемпературный воздух, про- шедший через П-образный канал, смешивается с воздухом помещения, что обеспе-

чивает допустимую (обычно 40...50 °С) температуру на выходе из решетки. Сигнал

на включение и выключение вентилятора поступает от датчика температуры, уста-

навливаемого в помещении.

Внастоящее время в России (г. Нижний Тагил) выпускаются печи третьего типа мощно-

стью от 2 до 7,5 кВт; рассчитанные на 8 ч зарядки.

На рис. 14.9 показана схема у правления системой электроаккумуляционного отопления

одноквартирного дома с зарядкой приборов в ночное время, продолжительность которой регулируется в зависимости от температуры наружного воздуха и остаточной теплоты в

приборах.

417

6) I 2	3	4 5	в ) 1 2	3	4
	1	4	IV	/	/
1Н

2

8 ^7

Рис. 14.8. Электрические теплоаккумуляционные печи: а - нерегулируемая печь; б - акку-

мулирующий конвектор; в - динамический теплоаккумулятор; 1 - нагревательные элемен- ты; 2 - теплоаккумулирующий слой; 3 - теплоизоляция; 4 - воздушный канал; 5 - клапан; 6 - решетка; 7 - байпасные воздушные клапаны; 8 - вентилятор

4	4	4
	д

.г Щ|

6

г/:

Рис. 14.9. Электротеплоаккумуляционная система отопления одноквартирного дома: 1 -

датчик температуры наружного воздуха; 2 - электрокабель; 3 - электротеплоаккумуляци-

онный отопительный прибор; 4 - датчик температуры внутреннего воздуха; 5 -кабель управления; б - блок автоматического регулирования; 7 - трехфазный электроввод

В южных районах страны электротеплоаккумуляционное отопление может быть обеспе-

чено применением не только печей, но и панелей с греющим электрическим кабелем.

Так как при зарядке создается запас тепловой энергии, то установленная мощность акку- мулирующего прибора (Зн э должна быть больше мощности (фюм постоянно работающего прибора. Мощность С>н э увеличивают во столько раз, во сколько продолжительность пе-

риода зарядки т меньше продолжительности полного цикла Т:

Он.Э	^	(14.7)

При повышении мощности электроаккумулирующих приборов соответственно увеличи- вают площадь поперечного сечения проводов ввода и внутридомовой электрической сети.

418

Теплоотдача от встроенных нагревательных элементов в толще прибора имеет прерыви-

стый характер (рис. 14.10, а).

а)	< =	.	э
рлВт	3	<?н
			Т	1 С

гп л

0=0

О)

<2

е)

Гв О

I

0

3

6

9

12

15

18

21

24

ч

Рис. 14.10. Динамика теплового режима электроаккумулирующего отопительного прибора при 8-часовой зарядке: а - тепловой поток от нагревательных элементов; б - теплопоступ-

ление от наружной поверхности отопительного прибора; в - температура воздуха в отап-

ливаемом помещении

Теплоотдача нагревательных элементов С)н.э постоянна в течение периода зарядки т. Теп-

ловой поток от нагревательных элементов к наружной поверхности печи проходит через аккумулирующий и изоляционный слои, которые являются своеобразным гармоническим

тепловым фильтром. При этом тепловой поток из прерывистого трансформируется в не- правильный периодический (рис. 14.10, 6).

В качестве сравнительного показателя теплоинерционных свойств электротеплоаккуму-

лирующих приборов принято затухание уэ тепловой волны в приборе при суточном пе- риоде эксплуатации. Чем больше значение уэ, тем равномернее передается теплота в по- мещение.

419

При известной мощности электроаккумулирующей печи С>н э и продолжительности перио-

да зарядки ш тепловой поток () > на поверхности прибора в каждый момент времени опре-

деляют по формуле

(	=	(т	/	Т)	+	}
		С2В ,				< п	(14.8)
У

где 0.э - коэффициент прерывистости теплового потока на поверхности прибора для каж-

дого часа суток в зависимости от (ш / Т) и коэффициента затухания температурной волны

при прохождении от сердечника до внутренней поверхности прибора.

На рис. 14.11 показано изменение коэффициента прерывистости Пэ для теплоаккумули-

рующих приборов с различным показателем затухания температурной волны при продол-

жительности периода зарядки т=8 ч, а также для случая дополнительной дневной 2-

часовой подзарядки после 6-часового перерыва (линии 3 и 4). Видно, что дневная подза-

рядка выравнивает теплоотдачу прибора.

Я

0,06

0,03

о

-0,03

-0,06

-0.09

часы после начала теплопередачи

Рис. 14.11. Расчетные значения коэффициента прерывистости теплового потока электро-

аккумулирующего отопительного прибора: кривые 1,3- прибор с показателем затухания тепловой волны 7,9; 2, 4 - то же с показателем 10; 1,2 - при периоде зарядки прибора 8 ч;

3, 4 - то же при дополнительной 2-часовой подзарядке

На рис. 14.12 приведен график для подбора электротеплоаккумулирующего прибора при ограничении 1п = ±2 °С. При подборе исходят из теплоустойчивости помещения и задан- ного графика электропитания.

420