В книге Сканави, Махов — Отопление изложены устройство и принцип действия различных систем отопления зданий. Приведены методы расчета тепловой мощности системы отопления. Рассмотрены приемы конструирования, методы расчета и способы регулирования современных систем центрального и местного отопления. Проанализированы пути совершенствования систем и экономии тепловой энергии при отоплении зданий.
Книга Сканави, Махов — Отопление будет полезна студентам ВУЗов обучающихся по направлению «Строительство», для специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПЛЕНИИ
ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
§1.1. Система отопления………………………………………………………………………………………18
§ 1.2. Классификация систем отопления………………………………………………………………..20
§ 1.3. Теплоносители в системах отопления…………………………………………………………..22
§ 1.4. Основные виды систем отопления………………………………………………………………..26
ГЛАВА 2. ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
§ 2.1. Тепловой баланс помещения………………………………………………………………………..30
§ 2.2. Потери теплоты через ограждения помещения……………………………………………..31
§ 2.3. Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха………..37
§ 2.4. Учет прочих источников поступления и затрат теплоты……………………………….41
§ 2.5. Определение расчетной тепловой мощности системы отопления………………….42
§ 2.6. Удельная тепловая характеристика здания и расчет теплопотребности на
отопление по укрупненным показателям……………………………………………………………….43
§ 2.7. Годовые затраты теплоты на отопление зданий…………………………………………….46
РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 3. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ
§ 3.1. Теплоснабжение системы водяного отопления……………………………………………..49
§ 3.2. Тепловой пункт системы водяного отопления………………………………………………51
§ 3.3. Теплогенераторы для местной системы водяного отопления…………………………56
§ 3.4. Циркуляционный насос системы водяного отопления…………………………………..61
§ 3.5. Смесительная установка системы водяного отопления………………………………….68
§ 3.6. Расширительный бак системы водяного отопления………………………………………73
ГЛАВА 4. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§ 4.1. Требования, предъявляемые к отопительным приборам………………………………..80
§ 4.2. Классификация отопительных приборов………………………………………………………82
§ 4.3. Описание отопительных приборов……………………………………………………………….84
§ 4.4. Выбор и размещение отопительных приборов………………………………………………90
§ 4.5. Коэффициент теплопередачи отопительного прибора…………………………………..96
§ 4.6. Плотность теплового потока отопительного прибора………………………………….105
§ 4.7. Тепловой расчет отопительных приборов…………………………………………………..107
§ 4.8. Тепловой расчет отопительных приборов с помощью ЭВМ………………………..112
§ 4.9. Регулирование теплопередачи отопительных приборов………………………………115
ГЛАВА 5. ТЕПЛОПРОВОДЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
§ 5.1. Классификация и материал теплопроводов…………………………………………………118
§ 5.2. Размещение теплопроводов в здании………………………………………………………….121
§ 5.3. Присоединение теплопроводов к отопительным приборам………………………….128
§ 5.4. Размещение запорно-регулирующей арматуры……………………………………………132
§ 5.5. Удаление воздуха из системы отопления…………………………………………………….141
§ 5.6. Изоляция теплопроводов……………………………………………………………………………148
РАЗДЕЛ 3. СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 6. КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
§ 6.1. Схемы системы насосного водяного отопления…………………………………………..151
§ 6.2. Система отопления с естественной циркуляцией воды………………………………..159
§ 6.3. Система водяного отопления высотных зданий…………………………………………..163
§ 6.4. Децентрализованная система во до-водяного отопления………………………………166
ГЛАВА 7. РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
§ 7.1. Изменение давления при движении воды в трубах………………………………………169
§ 7.2. Динамика давления в системе водяного отопления……………………………………..172
§ 7.3. Естественное циркуляционное давление…………………………………………………….193
§ 7.4. Расчет естественного циркуляционного давления в системе водяного отопления
§ 7.5. Расчетное циркуляционное давление в насосной системе водяного отопления
ГЛАВА 8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
§ 8.1. Основные положения гидравлического расчета системы водяного отопления 211
§ 8.2. Способы гидравлического расчета системы водяного отопления…………………214
§ 8.3. Гидравлический расчет системы водяного отопления по удельной линейной
потере давления………………………………………………………………………………………………….217
§ 8.4. Гидравлический расчет системы водяного отопления по характеристикам
сопротивления и проводимостям…………………………………………………………………………238
§ 8.5. Особенности гидравлического расчета системы отопления с приборами из труб
§ 8.6. Особенности гидравлического расчета системы отопления со стояками
унифицированной конструкции…………………………………………………………………………..254
§ 8.7. Особенности гидравлического расчета системы отопления с естественной
циркуляцией воды………………………………………………………………………………………………256
РАЗДЕЛ 4. СИСТЕМЫ ПАРОВОГО, ВОЗДУШНОГО И ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 9. ПАРОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ
§ 9.1. Система парового отопления………………………………………………………………………260
§ 9.2. Схемы и устройство системы парового отопления………………………………………261
§ 9.3. Оборудование системы парового отопления……………………………………………….267
§ 9.4. Системы вакуум-парового и субатмосферного отопления…………………………..274
§ 9.5. Выбор начального давления пара в системе………………………………………………..275
§ 9.6. Гидравлический расчет паропроводов низкого давления…………………………….276
§ 9.7. Гидравлический расчет паропроводов высокого давления…………………………..278
§ 9.8. Гидравлический расчет конденсатопроводов………………………………………………280
§ 9.9. Последовательность расчета системы парового отопления………………………….283
§ 9.10. Использование пара вторичного вскипания………………………………………………287
§ 9.11. Система пароводяного отопления……………………………………………………………..289
ГЛАВА 10. ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
§ 10.1. Система воздушного отопления………………………………………………………………..292
§ 10.2. Схемы системы воздушного отопления…………………………………………………….293
§ 10.3. Количество и температура воздуха для отопления…………………………………….296
§ 10.4. Местное воздушное отопление…………………………………………………………………299
§ 10.5. Отопительные агрегаты……………………………………………………………………………299
§ 10.6. Расчет подачи воздуха, нагретого в отопительном агрегате……………………….302
§ 10.7. Квартирная система воздушного отопления………………………………………………307
§ 10.8. Рециркуляционные воздухонагреватели……………………………………………………308
§ 10.9. Центральное воздушное отопление…………………………………………………………..317
§ 10.10. Особенности расчета воздуховодов центрального воздушного отопления. 323
§ 10.11. Смесительные воздушно-тепловые завесы………………………………………………328
ГЛАВА 11. ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ
§ 11.1. Система панельно-лучистого отопления……………………………………………………333
§ 11.2. Температурная обстановка в помещении при панельно-лучистом отоплении
§ 11.3. Теплообмен в помещении при панельно-лучистом отоплении…………………..340
§ 11.4. Конструкция отопительных панелей…………………………………………………………345
§ 11.5. Описание бетонных отопительных панелей………………………………………………348
§ 11.6. Теплоносители и схемы системы панельного отопления……………………………353
§ 11.7. Площадь и температура поверхности отопительных панелей…………………….355
§ 11.8. Расчет теплопередачи отопительных панелей……………………………………………362
§ 11.9. Особенности проектирования системы панельного отопления…………………..367
РАЗДЕЛ 5. СИСТЕМЫ МЕСТНОГО ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 12. ПЕЧНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
§ 12.1. Характеристика печного отопления………………………………………………………….370
§ 12.2. Общее описание отопительных печей……………………………………………………….372
§ 12.3. Классификация отопительных печей…………………………………………………………373
§ 12.4. Конструирование и расчет топливников теплоемких печей……………………….376
§ 12.5. Конструирование и расчет газоходов теплоемких печей……………………………379
§ 12.6. Конструирование дымовых труб для печей……………………………………………….383
§ 12.7. Современные теплоемкие отопительные печи…………………………………………..384
§ 12.8. Не теплоемкие отопительные печи……………………………………………………………391
§ 12.9. Проектирование печного отопления………………………………………………………….393
ГЛАВА 13. ГАЗОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ
§ 13.1. Общие сведения……………………………………………………………………………………….399
§ 13.2. Газовые отопительные печи……………………………………………………………………..399
§ 13.4. Газовоздушные теплообменники………………………………………………………………402
§ 13.5. Газовоздушное лучистое отопление………………………………………………………….403
§ 13.6. Газовое лучистое отопление……………………………………………………………………..405
ГЛАВА 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ
§ 14.1. Общие сведения……………………………………………………………………………………….407
§ 14.2. Электрические отопительные приборы……………………………………………………..409
§ 14.3. Электрическое аккумуляционное отопление……………………………………………..416
§ 14.4. Электрическое отопление с помощью теплового насоса……………………………421
§ 14.5. Комбинированное отопление с использованием электрической энергии……426
РАЗДЕЛ 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 15. СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
§ 15.1. Технические показатели систем отопления……………………………………………….430
§ 15.2. Экономические показатели систем отопления…………………………………………..432
§ 15.3. Области применения систем отопления…………………………………………………….436
§ 15.4. Условия выбора системы отопления…………………………………………………………440
ГЛАВА 16. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
§ 16.1. Процесс проектирования и состав проекта отопления……………………………….442
§ 16.2. Нормы и правила проектирования отопления……………………………………………444
§ 16.3. Последовательность проектирования отопления……………………………………….444
§ 16.4. Проектирование отопления с помощью ЭВМ……………………………………………447
§ 16.5. Типовые проекты отопления и их применение………………………………………….449
РАЗДЕЛ 7. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 17. РЕЖИМ РАБОТЫ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
§ 17.1. Режим работы системы отопления……………………………………………………………451
§ 17.2. Регулирование системы отопления……………………………………………………………455
§ 17.3. Управление работой системы отопления…………………………………………………..459
§ 17.4. Особенности режима работы и регулирования различных систем отопления
ГЛАВА 18. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
§ 18.1. Реконструкция системы отопления…………………………………………………………..467
§ 18.2. Двухтрубная система водяного отопления повышенной тепловой
устойчивости………………………………………………………………………………………………………469
§ 18.3. Однотрубная система водяного отопления с термосифонными отопительными
приборами…………………………………………………………………………………………………………..472
§ 18.4. Комбинированное отопление……………………………………………………………………474
РАЗДЕЛ 8. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ
ГЛАВА 19. ЭКОНОМИЯ ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ
§ 19.1. Снижение энергопотребности на отопление здания…………………………………..477
§ 19.2. Повышение эффективности отопления здания………………………………………….481
§ 19.3. Теплонасосные установки для отопления………………………………………………….482
§ 19.4. Экономия теплоты при автоматизации работы системы отопления……………488
§ 19.5. Прерывистое отопление зданий………………………………………………………………..489
§ 19.6. Нормирование отопления жилых зданий…………………………………………………..494
ГЛАВА 20. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОЙ ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ
§ 20.1. Системы низкотемпературного отопления………………………………………………..497
§ 20.2. Системы солнечного отопления………………………………………………………………..500
§ 20.3. Системы геотермального отопления…………………………………………………………506
§ 20.4. Системы отопления с использованием сбросной теплоты………………………….508
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Показатели для расчета топливников отопительных печей……………….510
Приложение 2 Показатели для расчета газоходов отопительных печей……………………511
Сканави А.Н., Махов Л.М. ОТОПЛЕНИЕ 2002 Сканави, Александр Николаевич Отопление: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Строительст во», специальности 290700/ Л.М. Махов. М.: АСВ, 2002. 576 с. : ил. ISBN 5 93093 161 5, 5000 экз. Изложены устройство и принцип действия различных систем отопления зданий. Приведе ны методы расчета тепловой мощности системы отопления. Рассмотрены приемы KOHCT руирования, методы расчета и способы реryлирования современных систем центральноrо и MecTHoro отопления. Проанализированы пути совершенствования систем и экономии Te пловой энерrии при отоплении зданий. Для студентов высших учебных заведений, обу чающихся по направлению «Строительство», для специальности 290700 «Теплоrазоснаб жение и вентиляция» Отопление ББК 38.762 УДК 697.1 (075.8) 2 СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИ СЛ О ВИЕ........................................................................................................................... 7 В В Е ДЕ НИЕ.............................................................................................................................. . . . .. 9 РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПЛЕНИИ............................................................. 18 rЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ............................................... 18 1.1. Система отопления................................................................................................... 18 1.2. Классификация систем отопления.......................................................................... 20 1.3. Теплоносители в системах отопления....................................................................22 1.4. Основные виды систем отопления.......................................................................... 2б КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ........................................................... 29 rЛАВА 2. ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ................................... 30 2.1. Тепловой баланс помещения................................................................................... 30 2.2. Потери теплоты через оrраждения помещения..................................................... 31 2.3. Потери теплоты на наrревание инфильтрующеrося наружноrо воздуха...........37 2.4. Учет прочих источников поступления и затрат теплоты..................................... 41 2.5. Определение расчетной тепловой мощности системы отопления......................42 2.б. Удельная тепловая характеристика здания и расчет теплопотребности на отопление по укрупненным показателям......................................................................... 43 2.7. [одовые затраты теплоты на отопление зданий.................................................... 4б КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ........................................................... 48 РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ................................................................ 49 rЛАВА 3. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ И ИХ. ОБОРУДОВАНИЕ........................................... 49 З.1. Теплоснабжение системы водяноrо отопления..................................................... 49 3.2. Тепловой пункт системы водяноrо отопления...................................................... 51 3.3. Теплоrенераторы для местной системы водяноrо отопления.............................. 5б 3.4. Циркуляционный насос системы водяноrо отопления......................................... б1 3.5. Смесительная установка системы водяноrо отопления........................................ б8 3.б. Расширительный бак системы водяноrо отопления.............................................73 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ........................................................... 79 r ЛАВА 4. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ........................................................................... 80 4.1. Требования, предъявляемые к отопительным приборам...................................... 80 4.2. Классификация отопительных приборов............................................................... 82 4.3. Описание отопительных приборов......................................................................... 84 4.4. Выбор и размещение отопительных приборов...................................................... 90 4.5. Коэффициент теплопередачи отопительноrо прибора......................................... 9б 4.б. Плотность тепловоrо потока отопительноrо прибора........................................ 105 4.7. Тепловой расчет отопительных приборов...........................................................107 4.8. Тепловой расчет отопительных приборов с помощью ЭВМ............................. 112 4.9. Реrулирование теплопередачи отопительных приборов.................................... 115 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 117 rЛАВА 5. ТЕПЛОПРОВОДЫ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ................................................. 118 5.1. Классификация и материал теплопроводов......................................................... 118 5.2. Размещение теплопроводов в здании................................................................... 121 5.3. Присоединение теплопроводов к отопительным приборам............................... 128 5.4. Размещение запорно реrулирующей арматуры................................................... 132 5.5. Удаление воздуха из системы отопления............................................................. 141 5.б. Изоляция теплопроводов....................................................................................... 148 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 150 РАЗДЕЛ 3. СИСТЕМЫ водяноrо ОТОПЛЕНИЯ............................................................ 151 rЛАВА б. КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМ водяноrо ОТОПЛЕНИЯ...................151 б.1. Схемы системы HacocHoro водяноrо отопления.................................................. 151 3 6.2. Система отопления с естественной циркуляцией воды...................................... 159 6.3. Система водяноrо отопления высотных зданий.................................................. 163 6.4. Децентрализованная система водо водяноrо отопления.................................... 166 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 168 rЛАВА 7. РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ водяноrо ОТОПЛЕНИЯ...............168 7.1. Изменение давления при движении воды в трубах............................................. 169 7.2. Динамика давления в системе водяноrо отопления............................................ 172 7.3. Естественное циркуляционное давление............................................................. 193 7.4. Расчет eCTecTBeHHoro циркуляционноrо давления в системе водяноrо отопления.............................................................................................................................. .............. 196 7.5. Расчетное циркуляционное давление в насосной системе водяноrо отопления.............................................................................................................................. .............. 206 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 21 О rЛАВА 8. rИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ водяноrо ОТОПЛЕНИЯ...... 211 8.1. Основные положения rидравлическоrо расчета системы водяноrо отопления211 8.2. Способы rидравлическоrо расчета системы водяноrо отопления..................... 214 8.3. rидравлический расчет системы водяноrо отопления по удельной линейной потере давления................................................................................................................ 217 8.4. rидравлический расчет системы водяноrо отопления по характеристикам сопротивления и проводимостям.................................................................................... 238 8.5. Особенности rидравлическоrо расчета системы отопления с приборами из труб.............................................................................................................................. .............. 253 8.6. Особенности rидравлическоrо расчета системы отопления со стояками унифицированной конструкции...................................................................................... 254 8.7. Особенности rидравлическоrо расчета системы отопления с естественной циркуляцией воды............................................................................................................ 256 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 259 РАЗДЕЛ 4. СИСТЕМЫ ПАРовоrо, воздУшноrо И ПАНЕльно лУчистоrо О Т О ПЛЕ НИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 260 r ЛАВ А 9. ПАР О В О Е О Т О ПЛЕ НИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 260 9.1. Система паровоrо отопления................................................................................. 260 9.2. Схемы и устройство системы паровоrо отопления............................................. 261 9.3. Оборудование системы паровоrо отопления....................................................... 267 9.4. Системы вакуум паровоrо и субатмосферноrо отопления................................ 274 9.5. Выбор начальноrо давления пара в системе. ....................................................... 275 9.6. rидравлический расчет паропроводов низкоrо давления..................................276 9.7. rидравлический расчет паропроводов высокоrо давления................................ 278 9.8. rидравлический расчет конденсатопроводов...................................................... 280 9.9. Последовательность расчета системы паровоrо отопления............................... 283 9.10. Использование пара вторичноrо вскипания...................................................... 287 9.11. Система пароводяноrо отопления.......................................................................289 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 291 r ЛАВ А 1 о. В О З ДУШН О Е О Т О ПЛЕ НИЕ......................................................................... 292 10.1. Система воздушноrо отопления..........................................................................292 10.2. Схемы системы воздушноrо отопления.............................................................293 10.3. Количество и температура воздуха для отопления...........................................296 10.4. Местное воздушное отопление...........................................................................299 10.5. Отопительные аrреrаты.......................................................................................299 10.6. Расчет подачи воздуха, HarpeToro в отопительном arperaTe ............................ 302 1 0.7. Квартирная система воздушноrо отопления...................................................... 307 10.8. Рециркуляционные воздухонаrреватели............................................................ 308 10.9. Центральное воздушное отопление....................................................................317 4 10.10. Особенности расчета воздуховодов центральноrо воздушноrо отопления. 323 10.11. Смесительные воздушно тепловые завесы...................................................... 328 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 333 [ЛАВА 11. ПАНЕЛЬНО ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ...................................................... 333 11.1. Система панельно лучистоrо отопления............................................................ 333 11.2. Температурная обстановка в помещении при панельно лучистом отоплении............................................................................................................................................336 11.3. Теплообмен в помещении при панельно лучистом отоплении.......................340 11.4. Конструкция отопительных панелей.................................................................. 345 11.5. Описание бетонных отопительных панелей...................................................... 348 11.6. Теплоносители и схемы системы панельноrо отопления................................. 353 11.7. Площадь и температура поверхности отопительных панелей......................... 355 11.8. Расчет теплопередачи отопительных панелей................................................... 362 11.9. Особенности проектирования системы панельноrо отопления....................... 367 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 369 РАЗДЕЛ 5. СИСТЕМЫ МЕСТНО[О ОТОПЛЕНИЯ........................................................... 370 [ ЛАВ А 12. ПЕ ЧН О Е О Т О ПЛЕ НИЕ.................................................................................. 3 7 О 12.1. Характеристика печноrо отопления................................................................... 370 12.2. Общее описание отопительных печей................................................................ 372 12.3. Классификация отопительных печей.................................................................. 373 12.4. Конструирование и расчет топливников теплоемких печей............................376 12.5. Конструирование и расчет rазоходов теплоемких печей.................................379 12.6. Конструирование дымовых труб для печей....................................................... 383 12.7. Современные теплоемкие отопительные печи.................................................. 384 12.8. Не теплоемкие отопительные печи.....................................................................391 12.9. Проектирование печноrо отопления...................................................................393 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 398 [ЛАВА 13. [АЗО ВО Е ОТОПЛЕНИЕ................................................................................ 399 13.1. Общие сведения.................................................................................................... 399 13.2. [азовые отопительные печи................................................................................399 13.4. [азовоздушные теплообменники........................................................................ 402 13.5. [азовоздушное лучистое отопление................................................................... 403 13.6. [азовое лучистое отопление................................................................................ 405 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 407 [ЛАВА 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ................................................................. 407 14.1. Общие сведения....................................................................................................407 14.2. Электрические отопительные приборы. ............................................................. 409 14.3. Электрическое аккумуляционное отопление..................................................... 416 14.4. Электрическое отопление с помощью тепловоrо насоса................................. 421 14.5. Комбинированное отопление с использованием электрической энерrии......426 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 429 РАЗДЕЛ 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ................................................430 [ЛАВА 15. СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ...................................... 430 15.1. Технические показатели систем отопления. ...................................................... 430 15.2. Экономические показатели систем отопления..................................................432 15.3. Области применения систем отопления.............................................................436 15.4. Условия выбора системы отопления..................................................................440 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 442 [ЛАВА 16. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ....................................................442 16.1. Процесс проектирования и состав проекта отопления..................................... 442 16.2. Нормы и правила проектирования отопления................................................... 444 16.3. Последовательность проектирования отопления.............................................. 444 5 1б.4. Проектирование отопления с помощью ЭВМ................................................... 447 1б.5. Типовые проекты отопления и их применение................................................. 449 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 450 РАЗДЕЛ 7. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ.................. 451 rЛАВА 17. РЕЖИМ РАБОТЫ И РЕrУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ...... 451 17.1. Режим работы системы отопления..................................................................... 451 17.2. Реrулирование системы отопления.....................................................................455 17.3. Управление работой системы отопления...........................................................459 17.4. Особенности режима работы и реrулирования различных систем отопления.............................................................................................................................. .............. 4б1 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 4бб rЛАВА 18. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ.............................. 4б7 18.1. Реконструкция системы отопления.................................................................... 4б7 18.2. Двухтрубная система водяноrо отопления повышенной тепловой устойчивости.................................................................................................................. ... 4б9 18.3. Однотрубная система водяноrо отопления с термосифонными отопительными приборами.......................................................................................................................... 472 18.4. Комбинированное отопление.............................................................................. 474 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 47б РАЗДЕЛ 8. ЭНЕРrОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ.................................. 477 rЛАВА 19. ЭКОНОМИЯ ТЕПЛОТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ................................................477 19.1. Снижение энерrопотребности на отопление здания......................................... 477 19.2. Повышение эффективности отопления здания................................................. 481 19.3. Теплонасосные установки для отопления..........................................................482 19.4. Экономия теплоты при автоматизации работы системы отопления............... 488 19.5. Прерывистое отопление зданий.......................................................................... 489 19.б. Нормирование отопления жилых зданий........................................................... 494 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 49б rЛАВА 20. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОЙ ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ О Т О ПЛЕ НИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 497 20.1. Системы низкотемпературноrо отопления. ....................................................... 497 20.2. Системы солнечноrо отопления.......................................................................... 500 20.3. Системы rеотермальноrо отопления.................................................................. 50б 20.4. Системы отопления с использованием сбросной теплоты............................... 508 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ......................................................... 509 Прuложенuе 1 Показатели для расчета топливников отопительных печей................... 51 О Прuложенuе 2 Показатели для расчета rазоходов отопительных печей........................ 511 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................................... 512 б ПРЕДИСЛОВИЕ Дисциплина "Отопление" является одной из про филирующих при подrотовке специали стов по теплоrазоснабжению и вентиляции. Ее изучение предусматривает получение фун даментальных знаний по конструкциям, принципам действия и характерным свойствам различных систем отопления, по методам их расчета и приемам проектирования, спосо бам реrулирования и управления, перспективным путям развития данной отрасли строи тельной индустрии. Для овладения теоретическими, научно техническими и практическими знаниями, OTHO сящимися к дисциплине "Отопление", необходимы rлубокое понимание и усвоение физи ческих процессов и явлений, происходящих как в обоrреваемых зданиях, так и непосред ственно в системах отопления и их отдельных элементах. К ним относятся процессы, свя занные с тепловым режимом здания, движение воды, пара и воздуха по трубам и каналам, явления их наrревания и охлаждения, изменения температуры, плотности, объема, фазо вые превращения, а также реrулирование тепловых и rидравлических процессов. Дисциплина "Отопление" основана на положениях ряда теоретических и прикладных дис циплин. К ним относятся: физика, химия, термодинамика и тепломассообмен, rидравлика и аэродинамика, электротехника. Выбор способа отопления в большой мере зависит от особенностей конструктивноrо и ap хитектурно планировочноrо решений здания, от теплотехнических свойств ero оrражде ний, т.е. вопросов, которые изучаются в общестроительных дисциплинах и в дисциплине "Строительная теплофизика". Дисциплина "Отопление" тесно связана со специальными техническими дисциплинами, составляющими специальность "Теплоrазоснабжение и вентиляция": "Теоретические oc новы создания микроклимата в помещении", "Теплоrенерирующие установки", "Насосы, вентиляторы и компрессоры", "Теплоснабжение", "Вентиляция", "Кондиционирование воздуха и холодоснабжение", "rазоснабжение", "Автоматизация и управление процессами теплоrазоснабжение и вентиляции". В нее входят в сокращенном виде мноrие смежные элементы перечисленных дисциплин, а также вопросы экономики, использования вычис лительной техники, производства монтажных работ, подробно рассматриваемые в COOT ветствующих курсах. Предыдущий учебник "Отопление", разработанный коллективом авторов MOCKoBcKoro инженерно строительноrо института им. В.В. Куйбышева (МИСИ), вышел в свет в 1991 r. За последнее десятилетие возрождения в России рыночной экономики произошли rлубо чайшие изменения, в том числе, в области строительной индустрии. Заметно возросли объемы строительства, изменилось соотношение в использовании отечественной и зару бежной техники. Появились новые виды отопительноrо оборудования и технолоrий, за частую не имеющих ранее аналоrов в России. Все это должно было найти свое отражение в новой редакции учебника. Настоящий учебник разработан на кафедре отопления и вентиляции MOCKoBcKoro rocy дарственноrо строительноrо университета (MrCY) в соответствии с действующей типо вой проrраммой на основе курса лекций, читаемых проф. А.Н. Сканави с 1958 r. Без изме нения базовых теоретических и методических основ курса с учетом современных TeHдeH ций в отопительной технике и технолоrии с 1996 r. данный курс на кафедре ведет проф. Л.М. Махов. 7 Как и в прежних изданиях учебника, авторы не считали необходимым давать подробные описания непрерывно модернизирующеrося оборудования, распространенные справочные данные, а также расчетные таблицы, rрафики, номоrраммы. Исключение составляют OT дельные конкретные сведения, необходимые для примеров и пояснений конструкций и физических явлений. Отдельные разделы содержат практические примеры расчета систем отопления и их обо рудования. После каждой rлавы даны контрольные задания и упражнения, предназначен ные для проверки полученных знаний. Они MorYT быть использованы в научной и учебно исследовательской работе студентов, а также при проведении rосударственноrо экзамена по специальности. в основу настоящеrо учебника положен материал, подrотовленный проф. А.Н. Сканави для предыдущеrо издания. В учебнике также использованы материалы разделов из пре дыдущеrо издания, составленные: засл. деятель науки и техники РСФСР, проф., д.т.н. В.Н. Боrословским (rл. 2, 19), проф., к.т.н. E.r. Малявиной (rл. 14), к.т.н. И.В. Мещаниновым (rл. 13), к.т.н. c.r. Булкиным (rл. 20). Авторы приносят блаrодарность за помощь в составлении учебника проф., д.т.н. ю.я. Кувшинову, а также инж. А.А. Серенко за техническую помощь в ero оформлении. Авторы выражают rлубокую признательность рецензентам кафедре Теплоrазоснабжения и вентиляции MOCKoBcKoro института коммунальноrо хозяйства и строительства (заве дующий кафедрой, проф., к.т.н. Е.М. Авдолимов) и инж. Ю.А. Эпштейну (ОАО "МОСПРОЕКТ") за ценные советы и замечания, сделанные при рецензировании рукопи си учебника. 8 ВВЕДЕНИЕ Потребление энерrии в России, как и во всем мире, неуклонно возрастает и, прежде Bcero, для обеспечения теплотой инженерных систем зданий и сооружений. Известно, что на Te плоснабжение rражданских и производственных зданий расходуется более одной трети Bcero добываемоrо в нашей стране орrаническоrо топлива. За последнее десятилетие в xo де проведения экономических и социальных реформ в России коренным образом измени лась структура топливно энерrетическоrо комплекса страны. Заметно снижается исполь зование в теплоэнерrетике твердоrо топлива в пользу более дешевоrо и эколоrичноrо природноrо rаза. С друrой стороны, наблюдается постоянный рост стоимости всех видов топлива. Связано это как с переходом к условиям рыночной экономики, так и усложнени ем добычи топлива при освоении rлубоких месторождений в новых отдаленных районах России. В связи с этим все более актуальной и значимой в масштабах страны становится решение задач экономноrо расходования теплоты на всех этапах от ее выработки до по требителя. Основными среди теплозатрат на коммунально бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, rорячее водоснабжение) являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в период отопительноrо ce зона на большей части территории России, коrда теплопотери через их наружные оrраж дающие конструкции значительно превышают внутренние тепловыделения. Для поддер жания необходимой температурной обстановки приходится оборудовать здания отопи тельными установками или системами. Таким образом, отоплением называется искусственное, с помощью специальной YCTaHOB ки или системы, обоrревание помещений здания для компенсации теплопотерь и поддер жания в них температурных параметров на уровне, определяемом условиями тепловоrо комфорта для находящихся в помещении людей или требованиями технолоrических про цессов, протекающих в производственных помещениях. Отопление является отраслью строительной техники. Монтаж стационарной отопитель ной системы проводится в процессе возведения здания, ее элементы при проектировании увязываются со строительными конструкциями и сочетаются с планировкой и интерьером помещений. Вместе с тем, отопление один из видов технолоrическоrо оборудования. Параметры pa боты отопительной системы должны учитывать тепло физические особенности KOHCTPYK тивных элементов здания и быть увязаны с работой друrих инженерных систем, прежде Bcero, с рабочими параметрами системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Функционирование отопления характеризуется определенной периодичностью в течение rода и изменчивостью используемой мощности установки, зависящей, прежде Bcero, от метеоролоrических условий в районе строительства. При понижении температуры наруж Horo воздуха и усилении ветра должна увеличиваться, а при повышении температуры Ha ружноrо воздуха, воздействии солнечной радиации уменьшаться теплопередача от OTO пительных установок в помещения, т.е. процесс передачи теплоты должен постоянно pe rулироваться. Изменение внешних воздействий сочетается с неравномерными теплопо ступлениями от внутренних производственных и бытовых источников, что также вызыва ет необходимость реrулирования действия отопительных установок. Для создания и поддержания тепловоrо комфорта в помещениях зданий требуются техни чески совершенные и надежные отопительные установки. И чем суровее климат MeCTHO 9 сти И выше требования к обеспечению блаrоприятных тепловых условий в здании, тем более мощными и rибкими должны быть эти установки. Климат большей части территории нашей страны отличается суровой зимой, схожей лишь с зимой в северо западных провинциях Канады и на Аляске. В табл. 1 сравниваются кли матические условия в январе (наиболее холодный месяц rода) в Москве с условиями в крупных rородах ceBepHoro полушария Земли. Видно, что средняя температура января в них значительно выше, чем в Москве, и характерна лишь для самых южных rородов Poc сии, отличающихся мяrкой и короткой зимой. Таблица 1. Средняя температура наружноrо воздуха в крупных rородах ceBepHoro полушария в течение наиболее холодноrо месяца ropon r еоrpафическая Средняя тем пература широта.января, ос Москва 550 50" .. [ о 2 , Нъю Йорк 400 40 " o 8 ,. БерJ1ИН 520 30" .& О t3 Париж 480 50 J" 2}3 ЛОНДОН 51 о 30" +4 O Отопление зданий начинают при устойчивом (в течение 5 суток) понижении среднесуточ ной температуры наружноrо воздуха до 8 ос и ниже, а заканчивают при устойчивом по вышении температуры наружноrо воздуха до 8 ос. Период отопления зданий в течение rода называют отопительным сезоном. Длительность отопительноrо сезона устанавли вают на основании мноrолетних наблюдений как среднее число дней в rоду с устойчивой среднесуточной температурой воздуха < 8 ос. Для характеристики изменения температуры наружноrо воздуха tH в течение отопитель Horo сезона рассмотрим rрафик (рис. 1) продолжительности стояния z одинаковой cpeДHe суточной температуры на примере Москвы, rде продолжительность отопительноrо сезона ZO с составляет 7 мес (214 сут). Как видно, наибольшая продолжительность стояния TeM пературы в Москве относится к средней температуре отопительноrо сезона (3,1 ос). Эта закономерность характерна для большинства районов страны. Продолжительность отопительноrо сезона невелика лишь на крайнем юrе (3 4 мес), а на большей части России она составляет 6 8 мес, доходя до 9 (в Арханrельской, Мурманской и друrих областях) и даже до 11 12 мес (в Маrаданской области и Якутии). 10 Z."Ч t5JO 500 1300 iOOO ,= 214 С)Т а + 8 з. 1 1 2 3 t с + 1 о CI 10,2 · 20 ..28..30 ...32 42 Рис. 1. Продолжительность стояния одинаковой среднесуточной температуры наружноrо воздуха за отопительный сезон в Москве Суровость или мяrкость зимы полнее выражается не длительностью отопления зданий, а значением rрадусо суток про изведением числа суток действия отопления на разность внутренней и наружной температуры, средней для этоrо периода времени. В Москве это число rрадусо суток равно 4600, а, для сравнения, на севере Красноярскоrо края доходит до 12800. Это свидетельствует о большом разнообразии местных климатических условий на территории России, rде практически все здания должны иметь ту или иную отопитель ную установку. Состояние воздушной среды в помещениях в холодное время rода определяется действи ем не только отопления, но и вентиляции. Отопление и вентиляция предназначены для поддержания в помещениях помимо необходимой температурной обстановки определен ных влажности, подвижности, давления, rазовоrо состава и чистоты воздуха. Во мноrих rражданских и производственных зданиях отопление и вентиляция неотделимы. Они co вместно создают требуемые санитарно rиrиенические условия, что способствует сниже нию числа заболеваний людей, улучшению их самочувствия, повышению производитель ности труда и качества продукции. в сооружениях аrропромышленноrо комплекса средствами отопления и вентиляции под держиваются климатические условия, обеспечивающие максимальную продуктивность животных, птиц и растений, сохранность сельхозпродукции. Здания и их рабочие помещения, производственная продукция требуют для cBoero HOp мальноrо состояния надлежащих температурных условий. При их нарушении значительно сокращается срок службы оrраждающих конструкций. Мноrие технолоrические процессы получения и хранения ряда продуктов, изделий и веществ (точной электроники, текстиль ных изделий, изделий химической и стекольной промышленности, муки и бумаrи и т.д.) требуют cTpororo поддержания заданных температурных условий в помещениях. 11 Длительный процесс перехода от костра и очаrа для отопления жилища к современным конструкциям отопительных приборов сопровождался постоянным их совершенствовани ем и повышением эффективности способов сжиrания топлива. Русская отопительная техника берет свое начало от культуры тех древнейших племен, KO торые заселяли значительную часть южных районов нашей Родины еще в неолитическую эпоху KaMeHHoro века. Археолоrи обнаружили тысячи построек KaMeHHoro века в виде пещер землянок, оборудованных печами, выдолбленными в rpYHTe на уровне пола и Ha половину выходящими своим rлинобитным сводом и устьем внутрь землянки. Печи эти топились "по черному", т.е. с отводом дыма непосредственно в землянку и затем наружу через проем, служивший одновременно входом. Именно такая rлинобитная ("курная") печь была в течение мноrих столетий практически единственным отопительным и пище варным прибором древнерусскоrо жилища. в России лишь в XY XYI вв. печи в жилых помещениях были дополнены трубами и стали называться "белыми" или "русскими". Появилось воздушное отопление. Известно, что в ХУ в. такое отопление было устроено в rрановитой палате MOCKoBcKoro Кремля, а затем под названием "русская система" применялось в rермании и Австрии для отопления крупных зданий. Чисто отопительные печи с дымоотводящими трубами еще в XVIII в. считались предме том особой роскоши и устанавливались лишь в боrатых дворцовых постройках. Отечест венное производство высокохудожественных изразцов для наружной отделки печей суще ствовало на Руси еще в XI XII вв. Значительное развитие печное дело получило в эпоху Петра 1, который своими именными указами 1698 1725 rr. впервые ввел в России основные нормы печестроения, строжайше запретившие постройку черных изб с курными печами в Петербурrе, Москве и друrих крупных rородах. Петр 1 лично участвовал в постройке показательных жилых домов в Пе тербурrе (1711 r.) и Москве (1722 r.), "дабы люди моrли знать, как потолки с rлиною и пе чи делать". Он же ввел обязательную во всех rородах России очистку дымовых труб от сажи. Большой заслуrой Петра 1 следует считать ero мероприятия по развитию фабричноrо про изводства всех основных материалов и изделий для печноrо отопления. Около Москвы, Петербурrа и друrих rородов строятся крупные заводы по выработке кирпича, изразцов и печных приборов, открывается торrовля всеми материалами для печестроения. Крупней ший в России Тульский завод становится основным поставщиком железных и чуrунных комнатных печей и металлических печных приборов. Капитальный труд, обобщающий печное отопление, "Теоретические основания печноrо дела" был написан И.И. Свиязевым в 1867 r. в Европе для отопления помещений широко использовались камины. ДО XVII в. камины устраивались в виде больших нишей, снабженных зонтами, под которыми собирался дым, уходящий затем в дымовую трубу. Иноrда эти ниши выделывались в толще самой стены. В любом случае наrревание комнат происходило только посредством лучеиспускания. С 1624 r. начинаются попытки утилизировать теплоту продуктов rорения для наrревания воздуха помещения. Первым предложил подобное устройство французский архитектор Саво, устроивший в Лувре камин, под KOToporo приподнят над полом, а задняя стенка OT 12 делена от стены. Так образовался канал, в который входит воздух от пола комнаты и, под нимаясь вдоль задней стенки, выходит в два боковых отверстия в верхней части камина. Друrим видом отопления в Европе и России было оrневоздушное. Примеры ero устройст ва встречались еще в X XIII вв. Устройства для центральноrо оrневоздушноrо подпольно ro отопления были обнаружены при раскопках на территории Хакассии в Сибири, ДpeB них Китая и rреции. Теоретические основы конструирования и расчета этих систем были даны нашим соотечественником Н.А. Львовым ("Русская пиростатика", 1795 и 1799 rr.). В 1835 r. rенерал Н. Амосов сконструировал и затем с большим успехом применил ориrи нальные "пневматические печи" для оrневоздушноrо отопления, а последующие теорети ческие и практические работы наших инженеров (Фуллона и Щедрина, Свиязева, Дершау, Черкасова, Войницкоrо, Быкова, Лукашевича и др.) способствовали широкому распро странению этоrо прообраза современной техники наrревания воздуха. Различные способы отопления помещений трудно отнести к определенным этапам исто рическоrо общественноrо развития. В одно и то же время встречались отопительные YCT ройства, стоящие и на самом низком, и на достаточно высоком уровнях. Самый простой и древний способ отопления путем сжиrания твердоrо топлива внутри помещения coceДCT вовал с центральными установками водяноrо или воздушноrо отопления. Так, в r. Эфесе, основанном в Х в. до н.э. на территории современной Турции, уже в то время для отопле ния использовались системы трубок, в которые подавалась rорячая вода из закрытых KOT лов, находящихся в подвалах домов. Система воздушноrо отопления "Хюпокаустум" ("снизу соrретый"), созданная в Римской империи, подробно описана Витрувием (конец 1 в. ДО н.э.). Наружный воздух наrревался в подпольных каналах, предварительно проrре тых rорячими дымовыми rазами, и поступал в отапливаемые помещения. Подобноrо же рода устройство отопления посредством наrревания полов применялось в северном Китае, rде в подпольях вместо столбов ставились стенки, образуя rоризонтальные дымоходы. Аналоrичные системы отопления часто использовались в русских церквях и крупных зда ниях. По такому же принципу обоrревались в средние века помещения замков в IAC са-[- 00 7 6 1 паросб(}РI1ИК 8 6 3 Рис. 1.6. Схемы системы паровоrо отопления: а замкнутая схема; б разомкнутая схема; 1 паровой котел с паросборником; 2 паропровод (Т7); 3 отопительный прибор; 4 и 5 самотечный и напорный конденсатопроводы (Т8); 6 воздуховыпускная труба; 7 KOHдeH сатный бак; 8 конденсатный насос; 9 парораспределительный коллектор в замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел под действием разности давления, выраженноrо столбом конденсата высотой h (см. рис. 1.6, а) и давления пара рп в паросборнике котла. В связи с этим отопительные приборы должны находиться ДOCTa точно высоко над паросборником (в зависимости от давления пара в нем). в разомкнутой системе паровоrо отопления конденсат из отопительных приборов caMOTe ком непрерывно поступает в конденсатный бак и по мере накопления периодически пере качивается конденсатным насосом в котел. В такой системе расположение бака должно 27 обеспечивать стекание конденсата из нижнеrо отопительноrо прибора в бак, а давление пара в котле преодолевается давлением насоса. в зависимости от давления пара системы паровоrо отопления подразделяются на субат" мосферные, вакуум..паровые, низкоrо и высокоrо давления (табл. 1.2). Таблица 1.2. Параметры насыщенноrо пара в системах паровоrо отопления Абсолютное У дел ьная теплота Система давление, Температура С КОНДенсаци И 1 МЛа KДJКJ Kr Субатмосферная <0,10 <100 >2260 Вакуу м..паровая <О, 1 1 <100 >2260 Н изкоrо даВЛения О J 1 О 5 o ] 7 1 oo 115 2260 .....2220 Высокоrо даВJlения О) I 7.. 0,27 115 130 2220 -2] 75 Максимальное давление пара оrраничено допустимым пределом длительно поддерживае мой температуры поверхности отопительных приборов и труб в помещениях (избыточно му давлению 0,17 МПа соответствует температура пара приблизительно 130 ОС). в системах субатмосферноrо и вакуум паровоrо отопления давление в приборах меньше атмосферноrо и температура пара ниже 100 ОС. В этих системах можно, изменяя величину вакуума (разрежения), реrулировать температуру пара. Теплопроводы систем паровоrо отопления делятся на паропроводы, по которым переме щается пар, и конденсатопроводы для отвода конденсата. По паропроводам пар перемещается под давлением рп в паросборнике котла (см. рис. 1.6, а) или в парораспределительном коллекторе (см. рис. 1.6, б) к отопительным приборам. Конденсатопроводы (см. рис. 1.6) MorYT быть самотечными и напорными. Самотечные трубы прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном В сторону движения KOH денсата. В напорных трубах конденсат перемещается под действием разности давления, создаваемой насосом или остаточным давлением пара в приборах. в системах паровоrо отопления преимущественно используются двухтрубные стояки, но MorYT применяться и однотрубные. При воздушном отоплении циркулирующий наrретый воздух охлаждается, передавая теплоту при смешении с воздухом обоrреваемых помещений и иноrда через их BHYTpeH ние оrраждения. Охлажденный воздух возвращается к наrревателю. Системы воздушноrо отопления по способу создания циркуляции воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (rравитационные) и с механическим побуждени.. ем движения воздуха с помощью вентилятора. в rравитационной системе используется различие в плотности HarpeToro и окружающеrо отопительную установку воздуха. Как и в водяной вертикальной rравитационной системе, при различной плотности воздуха в вертикальных частях возникает естественное движе 28 ние воздуха в системе. При применении вентилятора в системе создается вынужденное движение воздуха. Воздух, используемый в системах отопления, наrревается до температуры, обычно не превышающей 60 ОС, в специальных теплообменниках калориферах. Калориферы MorYT обоrреваться водой, паром, электричеством или rорячими rазами. Система воздушноrо отопления при этом соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, элек.. тровоздушной или rазовоздушной. Воздушное отопление может быть местным (рис. 1.7, а) или центральным (рис. 1.7, б). а) б) 1 11 . 11 Н: I J I II..t 1 ! IIII.\{HI(J(111." 1 2 lr 2 ----...-.------- ...--__---.. 3 --- - - - - -- - --- з t я t H \ 5 4 Рис. 1.7. Схемы системы воздушноrо отопления: а местная система; б центральная сис тема; 1 отопительный arperaT; 2 обоrреваемое помещение (помещения на рис. б); 3 рабочая (обслуживаемая) зона помещения; 4 обратный воздуховод; 5 вентилятор; 6 теплообменник (калорифер); 7 подающий воздуховод В местной системе воздух наrревается в отопительной установке с теплообменником (Ka лорифером или друrим отопительным прибором), находящимся в обоrреваемом помеще нии. В центральной системе теплообменник (калорифер) размещается в отдельном помещении (камере). Воздух при температуре tB подводится к калориферу по обратному (рециркуля ционному) воздуховоду. rорячий воздух при температуре t r перемещается вентилятором в обоrреваемые помещения по подающим воздуховодам. контрольныIE ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ 1. Определите климатические условия в течение отопительноrо сезона в основных реrионах территории России. 2. Оцените суровость (число rрадусо суток) зимы в Вашем rороде по сравнению с yc ловиями В r. Верхоянске. 3. Начертите принципиальную схему теплоснабжения Вашеrо жилоrо (учебноrо) здания. 4. Рассчитайте сравнительный запас тепловой энерrии для целей отопления помеще ния в 1 Kr трех основных теплоносителей. 5. Опишите по классификационным признакам систему отопления вашеrо жилоrо здания. 29 6. Чем объясняется распространение водяноrо отопления в rражданских и воздушно ro отопления в производственных зданиях? 7. Изобразите стояк и rоризонтальную ветвь бифилярной системы водяноrо отопле ния. 8. Определите, насколько сократится теплоотдача отопительноrо прибора в помеще ние (температура 20 ОС), если абсолютное давление насыщенноrо пара в приборе в одном случае будет 0,15, а в друrом 0,05 МПа, т.е. уменьшится в 3 раза. r ЛАВА 2. ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ систЕмыI ОТОПЛЕНИЯ 2.1. Тепловой баланс помещения Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной об становки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям Tex нолоrическоrо процесса. Выделяемая человеческим орrанизмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения KaKoro либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или переrрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и леrких, теплота отдается с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Интенсивность теплоотдачи конвекцией в oc новном определяется температурой и подвижностью окружающеrо воздуха, а посредст вом лучеиспускания температурой поверхностей оrраждений, обращенных внутрь по мещения. Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопле ния, а также от расположения обоrревающих устройств, теплофизических свойств наруж ных и внутренних оrраждений, интенсивности друrих источников поступления и потерь теплоты. В холодное время rода помещение в основном теряет теплоту через наружные оrраждения и, в какой то мере, через внутренние оrраждения, отделяющие данное поме щение от смежных, имеющих более низкую температуру воздуха. Кроме Toro, теплота расходуется на наrревание наружноrо воздуха, который проникает в помещение через не плотности оrраждений, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, KO торые холодными попадают снаружи в помещение. Системой вентиляции может подаваться воздух с более низкой температурой по cpaBHe нию с температурой воздуха в помещении. Технолоrические процессы в помещениях производственных зданий MorYT быть связаны с испарением жидкостей и друrими про цессами, сопровождаемыми затратами теплоты. В установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от людей, технолоrическоrо и бытовоrо оборудования, источни ков искусственноrо освещения, от наrретых материалов, изделий, в результате воздейст вия на здание солнечной радиации. В производственных помещениях MorYT осуществ ляться технолоrические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаrи, химические реакции и пр.). Учет всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении тепловоrо баланса помещений здания и определении дефицита или избытка теп лоты. Наличие дефицита теплоты Q указывает на необходимость устройства в помеще нии отопления. Избыток теплоты обычно ассимилируется вентиляцией. Для определения 30 тепловой мощности системы отопления QOT составляет баланс расходов теплоты для pac четных условий холодноrо периода rода в виде QOT":= 6.Q == Qorp + QИ{8 tfТ):t Qт(быт)" (2. 1) rде Qorp потери теплоты через наружные оrраждения; QH(BeHT) расход теплоты на Harpe вание поступающеrо в помещение наружноrо воздуха; QT(6bIT) технолоrические или бы товые выделения или расход теплоты. Баланс составляется для условий, коrда возникает наибольший при заданном коэффици енте обеспеченности дефицит теплоты. Для rражданских (обычно, для жилых) зданий учитывают реrулярные теплопоступления в помещение от людей, освещения, друrих бы товых источников. В производственных зданиях в расчет принимают период технолоrи ческоrо цикла с наименьшими тепловыделениями (возможные максимальные тепловыде ления учитывают при расчете вентиляции). Тепловой баланс составляют для стационарных условий. Не стационарность тепловых процессов, происходящих при отоплении помещений, учитывают специальными расчета ми на основе теории теплоустойчивости. 2.2. Потери теплоты через оrраждения помещения Наибольшие потери теплоты через i oe оrраждение помещения Qi, Вт, определяют по формуле Qi ;;;;;; (Ai J . i)(1p texJ ni (1 L i)) (2.2) 2 rде A i площадь оrраждения, м; Ro i приведенное сопротивление теплопередаче оrраж 2 " дения, м.ОС/Вт; t p расчетная температура помещения, ос; t ext расчетная температура снаружи оrраждения, ос; П; коэффициент, учитывающий фактическое понижение pac четной разности температуры (t p t ext) для оrраждений, которые отделяют отапливаемое помещение от не отапливаемоrо (подвал, чердак и др.); Рl коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери через оrраждения. Расчетная температура помещения t p обычно задается равной расчетной температуре воз духа в помещении tB, ос, с учетом возможноrо повышения ее по высоте в помещениях BЫ сотой более 4 м. Температура tB принимается в зависимости от назначения помещения по СНиП, соответствующим назначению отапливаемоrо здания. Под расчетной температурой снаружи оrраждения t ext подразумевается температура Ha ружноrо воздуха для холодноrо периода rода при расчете потерь теплоты через наружные оrраждения или температура воздуха более холодноrо помещения при расчете потерь Te плоты через внутренние оrраждения. Величина наибольших теплопотерь через наружные оrраждения будет соответствовать заданному коэффициенту обеспеченности внутренних условий в помещении К об, с учетом KOToporo и выбирается значение text==tH. В COOTBeTCT вии с действующими нормами теплопотери помещений, по которым определяется расчет ная тепловая мощность системы отопления, принимаются равными сумме теплопотерь через отдельные наружные оrраждения без учета их тепловой инерции при tH==tH 5, т.е. при средней температуре наружноrо воздуха наиболее холодной пятидневки, соответст" вующей К Об == 0,92. Кроме Toro, должны быть учтены потери или поступления теплоты че 31 рез внутренние оrраждения, если температура в соседних помещениях ниже или выше температуры в расчетном помещении на 3 ос и более. Приведенное сопротивление теплопередаче оrраждения или ero коэффициент теплопере дачи ko == l/R O ,k, входящие в формулу (2.2), принимаются по теплотехническому расчету в соответствии с требованиями действующеrо СНиП "Строительная теплотехника" или (Ha пример, для окон, дверей) по данным орrанизации изrотовителя. Особый подход существует к расчету теплопотерь через полы, лежащие на rpYHTe. Пе редача теплоты из помещения нижнеrо этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая сравнительно небольшой удельный вес теплопотерь через пол в об щих теплопотерях помещения, применяют упрощенную методику расчета. Теплопотери через пол, расположенный непосредственно на rpYHTe, рассчитывают по зонам. Для этоrо поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной, следующие две полосы второй и третьей, а остальную поверхность пола четвертой зоной. Если проводится расчет теп лопотерь заrлубленноrо в rpYHT помещения, отсчет зон ведется от уровня земли по BHYT ренней поверхности наружной стены и далее по полу. Поверхность пола в зоне, примы кающей к наружному уrлу помещения, имеет повышенные теплопотери, поэтому ее пло щадь в месте примыкания при определении общей площади зоны учитывается дважды. Расчет теплопотерь каждой зоной проводят по формуле (2.2), принимая ni (1 + ВЙ==l,О. За величину Ro,i принимают условное сопротивление теплопередаче не утепленноrо пола R H п, м 2 ОС/Вт, которое для каждой зоны берут равным: для первой зоны 2,1; для второй зо ны 4,3; для третьей зоны 8,6; для четвертой зоны 14,2. Если в конструкции пола, лежащеrо на rpYHTe, имеются слои материалов, теплопровод ность которых меньше 1,2 Вт/(м · ОС), то такой пол называют утепленным. При этом co противление теплопередаче каждой зоны утепленноrо пола R у. д, м 2 . о с/вт, принимают paB ным Ry.л =: .n + L:(Oy.c J Ау.с)" (2 3) rде 8ус толщина утепляющеrо слоя, м; Аус теплопроводность материала утепляющеrо слоя, Вт/(м.ОС). Теплопотери через полы по лаrам рассчитываются также по зонам, только условное co противление теплопередаче каждой зоны пола R л, м 2 . о с/вт, принимается равным 1,18 Ry.n (здесь в качестве утепляющих слоев учитывают воздушную прослойку и настил по лаrам). Площадь отдельных оrраждений при подсчете потерь теплоты через них должна вычис ляться с соблюдением определенных правил обмера. Эти правила по возможности учи тывают сложность процесса теплопередачи через элементы оrраждения и предусматрива ют условные увеличения и уменьшения площадей, коrда фактические теплопотери MorYT быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим фор мулам. Как правило, площади определяются по внешнему обмеру. Площади окон, дверей и фонарей измеряются по наименьшему строительному проему. Площади потолка и пола измеряются между осями внутренних стен и внутренней по верхностью наружной стены. Площади пола по rpYHTY и лаrам определяются с условной их разбивкой на зоны, как указано выше. Площади наружных стен в плане измеряются по 32 внешнему периметру между наружным уrлом здания и осями внутренних стен. Измерение наружных стен по высоте проводят: . в первом этаже (в зависимости от конструкции пола) или от внешней поверхности пола по rpYHTY, или от поверхности подrотовки под конструкции пола на лаrах, или от нижней поверхности перекрытия над подпольем или не отапливаемым под вальным помещением до чистоrо пола BToporo этажа; . в средних этажах от поверхности пола до поверхности пола следующеrо этажа; . в верхнем этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачноrо перекры тия или бесчердачноrо покрытия. При необходимости определения теплопотерь через внутренние 02раждения их площади берутся по внутреннему обмеру. Основные теплопотери через оrраждения, подсчитанные по формуле (2.2) при Bi == О, часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как при этом не учитывается влияние на процесс теплопередачи некоторых факторов. Потери теплоты MorYT заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу оrражде ний и щели в них, а также под действием облучения солнцем и "отрицательноrо" излуче ния внешней поверхности оrраждений в сторону небосвода. Теплопотери помещения в целом MorYT возрасти за счет изменения температуры по высоте, врывания холодноrо воз духа через открываемые проемы и пр. Эти дополнительные потери теплоты обычно учитывают добавками к основным тепло потерям. Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следую щее. Добавка на ориентацию по странам света (сторонам rоризонта) делается на все наружные вертикальные и наклонные (их проекция на вертикаль) оrраж дения. Величины добавок берутся в соответствии со схемой на рис. 2.1. Для обществен ных, административно бытовых и производственных зданий при наличии в помещении двух и более наружных стен добавки на ориентацию по сторонам rоризонта на все YKa занные выше оrраждения увеличиваются на 0,05, если одно из оrраждений обращено на север, восток, ceBepO BOCTOK и северо запад, или на 0,1 в друrих случаях. В типовых про ектах эти добавки принимаются в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 при двух и более стенах в помещении (кроме жилых), а во всех жилых помещениях 0,13. Для rоризонтально расположенных оrраждений добавка в размере 0,05 вводится только для не обоrреваемых полов первоrо этажа над холодными подпольями зданий в MeCTHO стях с расчетной температурой наружноrо воздуха минус 40 ос и ниже, с 33 с: :} н!О Рис. 2.1. Схема распределения добавок к основным теплопотерям на ориентацию наруж ных оrраждений по странам света (сторонам rоризонта) Добавка на врывание холодноrо воздуха через наружные двери (не оборудованные воз душными или воздушно тепловыми завесами) при их кратковременном открывании при высоте здания Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья вентиляционной шахты принимается: для тройных дверей с двумя тамбурами между ними в размере Bi==0,2H, для двойных дверей с тамбура ми между ними 0,27Н, дЛЯ двойных дверей без тамбура 0,34Н, дЛЯ одинарных дверей 0,22Н. ДЛЯ наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно тепловых завес добавка равна 3, при наличии тамбура у ворот 1. Указанные выше добавки не относятся к летним и запасным наружным дверям и воротам. Ранее нормами предусматривалась добавка на высоту для помещений высотой более 4 м, равная 0,02 на каждый метр высоты стен сверх 4 м, но не более 0,15. Эта надбавка учиты вала увеличение теплопотерь в верхней части помещения, так как температура воздуха возрастает с высотой. Позднее это требование было исключено из норм. Теперь в высоких помещениях необходимо делать специальный расчет распределения температуры по BЫ соте, в соответствии с которым и определяются теплопотери через стены и покрытия. В лестничных клетках изменение температуры по высоте не учитывается. Пример 2.1. Рассчитаем теплопотери через оrраждения помещений двухэтажноrо здания общежития, расположенноrо в Москве (рис. 2.2). Расчетная температура наружноrо воз духа для отопления tH 5== 26 ОС. Коэффициенты теплопередачи наружных оrраждений k, вт/(м 2 . 0 С), определенные тепло техническим расчетом, а также по нормативным или справочным данным, принимаем равными: для наружных стен (Нс) 1,02; для чердачноrо перекрытия (Пт) 0,78; для окон с двойным остеклением в деревянных переплетах (До) 2,38; для наружных двойных дepe вянных дверей без тамбура (Нд) 2,33; для внутренних стен лестничной клетки (Вс) 1,23; для одинарной внутренней двери из лестничной клетки в коридоры (Вд) 2,07. 34 4.86 t 1 . 2 t 3.2 {:1t 3.2 ф r""" О....,. .. ..;"Т! ...... ...... C""-J п м I О l (20 I) 11 102 2 02 3.2 /С ю:-I с q rJ Рис. 2.2. План и разрез помещений здания общежития (к примерам 2.1, 2.2 и 2.3) Полы первоrо этажа (Пл) выполнены на лаrах. Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки R вп ==0,172, м 2 .ос/вт, толщина дощатоrо настила 5 == 0,04 м с тепло проводностью Х==0,175 Вт/(м.ОС). Термическое сопротивление утепляющих слоев KOHCT рукции пола равно: R B . rт + .3 I А == О) [ 72 + O,04/0 t 175 О 4З M2.0C/BT Теплопотери через пол на лаrах определяются по зонам. Условное сопротивление тепло передаче, м 2 .ос/вт, и коэффициент теплопередачи, вт/(м 2 .0С), для 1 и 11 зон: RI == !, 18(2, 1 + 0,43) == 3,05; k:::; 1/3,05:;; O 3 2 8 RI = 1118(4.3 + 0,43) 5,6; k 1 == 1/5t 6 ;: O 178. Для не утепленноrо пола лестничной клетки RI ;:::; 2, ; k J = O 46S; RII == 4 З; k ii ;::; O 23 2.. Теплопотери через отдельные оrраждения рассчитываем по формуле (2.2). Расчет сведен в табл. 2.1. 35 Таблица 2.1. Расчет теплопотерь помещений 11;: ;:;;:; :r: "" 3 I!-:" :::=.: о с I fаl1МС!lOrннше u:к: ./11 .о::с:I: помещения и r:1"() о n: м t ср ryp 1.,.. С J 2 l.Ql Ж ла:R КОНН iП-i" уrrЮ8дR} 20 nлТ nnlJ I:D2. Жилая комната р5ilДОМЯ, 18 t Ic. ДО Плl ПлII вс 201 Жилая КОННiпа уrl"1О8аЯ r 20 ХаРШ";-"1 срнс HI\ I (IorраЖДСНiiЯ о:;; 11[ 9 g. r! Ija Mcp"l м:!Ii: ;:;: t; з 4 5 1"01:I: .. В i:) 171.2 18,0 1 8 16,4 4,4 Н,В са 6,4 6,4 11.4 15,1 15rB lt B 16,6 ... ......... O:Q: U о р.. t- о 1:= ...::.t: (1,10:!: :=;:; OJ g -е- rC:I .-е- е- 8 о 6 7 v с..J- :t: I .. р.. ..::.. f:r ["(1 и о.... (ICI ou n.. i:::): IU ...... 8: 46 46 46 46 46 4-4 ф4 Ф4 44 (18 12) 46 46 4б бЧО I 9 -)i ;6a "I M ,..... Q.. (]о;:r- IXI g о х:::1: О L"%I -о:::1: -u О 9 М7 844 113 2i7 Зб 530 108 92 50 84 708 741 113 543 н:rЩ/2)(3,7 115:0: 1,1 3,2)0;2 3 f2 х 2 3 f8 х 3 о 0/1 0,1 о о о ] 1,1 1, ] 807 928 124 Не ЮЗ Не СЗ До сз nr I . -1/66":-:3125 4186:-:3/25 l t 5:(1 t2 4,2)(4 Ot] 0.:1 о о 247:2142 797 2939 о 011 0.1 о о о 1 ! 1 j l 1 1 I 58] ]/2)(4 12,8 0,78 38хО,9 3"11 . 1 341 ПпI . 3/.2х2 6{ 0,465 38 113 . 1 113 ПпП 3 J 2 х2 БА 0,232 за 55 1 56 8д. 1,бх2 r 2 З/5 2,07 (12 18) АЗ " l 4З ее 2(3t 8x6 ,2)+ 61 1,23 () I R и. 1 + L(6.P2 1t2A 2) / ,2 + L(6РЗ}