 |
|
БЫТОВЫЕ ГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ
Общие сведения
Виды бытовых газовых установок:
1.Газовые плиты - для приготовления пищи.
2.Газовые водонагреватели - для нагрева воды и различных хозяйственных целей (бывают: быстродействующие и емкостные).
Газовые приборы и установки должны удовлетворять определенным требованиям, наиболее важной из которых является полезная теплопроизводительность, кДж/ч, которая характеризуется КПД, %
ŋ=Qпол/BQн, %
где В - расход газа, м/ч;
Q – низшая теплотворная способность газа, кДж/м.
Различают:
•номинальная нагрузка – нагрузка, при которой газовая установка дает наилучшие показатели работы, а именно: наиболее полное сжигание газа при max КПД;
•предельная нагрузка – нагрузка, при которой расходуется max количество газа и при этом не возникают опасные тепловые напряжения в топке или в конвективных поверхностях установки.
Паспортные данные установки всегда указывают при номинальной нагрузке. Предельная нагрузка, обычно, меньше номинальной на 15-20%.
ГАЗОВЫЕ ПЛИТЫ
2-х, 4-х конфорочные + духовой шкаф. Тепловая нагрузка: конфорочных горелок 1.74- 1.97; горелок духового шкафа 2.88; 3.7; <4.64.
Основные части: корпус, рабочий стол с конфорочными вкладышами, духовой шкаф, газовые горелки конфорочные (верхние), для духового шкафа и газораспределительного устройства с кранами.
Детали бытовых приборов изготавливают из термически стойких, коррозионно-устойчивых и долговечных материалов. Поверхность и детали плиты покрывают эмалью( hраб.стола=800 мм, b не более 700 мм, l между центрами соседних конфорок 230 мм). 4-х конфорочные плиты могут иметь одну конфорку повышенной теплопроизводительности. По ГОСТу КПД конфорочных горелок составляет более 55%. Бытовые газовые плиты оборудуются атмосферными горелками с отводом продуктов сгорания непосредственно в кухню. Воздух из кухни поступает к конфорочным горелкам под рабочий стол, к горелкам духового шкафа через специальные щели и отверстия в плите.
Продукты сгорания газовых горелок между рабочим столом и обогреваемой посудой в окружающую атмосферу; горелок духового шкафа – через специальные отверстия в боковых или задней стенке плиты в кухню.
Краны всех горелок должны иметь фиксаторы положения закрытия. Ручка крана духового шкафа отличается от других по форме или цвету.
Стенки духового шкафа имеют тепловую изоляцию в виде воздушной прослойки или слоя изоляционного материала, чтобы температура на поверхности плиты была не более 120˚.
ГАЗОВЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ
· быстродействующие (проточного типа без запаса воды - газовые колонки);
· емкостные (с const запасом воды);
· кипятильники.
Устанавливают в кухнях, кафе, столовых, ресторанах.
Проточные водонагреватели состоят:
из теплообменника, включающего огневую камеру, змеевика, калорифера, газовой горелки с запальником, газоотводящего устройства с тягопрерывателем, предохранителем обратной тяги, блокирующих, предохранительных и регулирующих устройств, наружного металлического эмалированного кожуха, водоразборной системы с кранами и душевой сетки.
Автоматический проточный газовый водонагреватель Л-1 предназначен для многоточечного разбора воды.
Номинальная тепловая нагрузка 25.1 кВт, КПД 87.5 %.
Огневая камера теплообменника состоит:
Из медного кожуха, к наружной поверхности которого припаян медный змеевик, переходящий в калорифер, который состоит из нескольких горизонтальных секций, расположенных в два ряда, к которым припаяны медные пластины. На пластины нижнего ряда действуют продукты сгорания с температурой 800-1000˚c, т.к. они находятся в наиболее тяжелых температурных условиях, их делают толще, чем пластины верхнего ряда.
Основная часть теплоты передается калориферу. Под огневой камерой установлена газовая горелка атмосферного типа. Горелка имеет г образные трубки с диаметром 30 мм, присоединенные к общесмесительной коробке. Каждое сопло имеет по 3 отверстия диаметром 1.9 мм для природного газа и 1 мм для сжиженного газа. Головка горелки состоит из 12 трубок с щелевыми огневыми отверстиями шириной 0.8 мм, глубиной 3 мм, шагом 4-5 мм. Процесс горения устойчив без отрыва пламени. Горелка обеспечивает нормальную работу водонагревателя на газе с низшей теплотой сгорания газа Qн=34550 кДж/м. Работу горелки регулируют путем замены сопел, работу запальника - специальным винтом. Продукты сгорания через тягопрерыватель отводят в дымоход. Тягопрерыватель – устройство, в котором дымоотводящая труба прерывается и ее внутреннее пространство сообщается с атмосферой, что исключает влияние изменения тяги, создаваемой самим прибором. Для предохранения прибора от попадания продуктов сгорания из дымохода обратно – устанавливают отражатель (предохранитель).
ТЕМА№4 ОТОПЛЕНИЕ
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ
Современный человек значительную часть времени проводит в помещениях, которые в холодный период года необходимо отапливать.
Системы отопления, являясь органической частью отапливаемых зданий, должны удовлетворять санитарно-гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным, монтажным и эксплуатационным требованиям.
Санитарно-гигиенические требования заключаются в обеспечении заданной температуры воздуха в отапливаемом помещении, а также в поддержании такой температуры поверхности отопительных приборов, которая исключает возможность ожогов и пригорания пыли.
В период работы системы отопления в помещении возникает теплообмен между отопительными приборами, внутренними и наружными ограждениями, оборудованием и людьми. Целью отопления является создание тепловой обстановки, благоприятной для отдыха и высокой производительности труда людей, для оптимального условия технологических процессов.
Для нормального самочувствия человека необходимо, чтобы естественная теплопродукция человеческого тела была скомпенсирована теплоотводом. Интенсивность отвода теплоты от человеческого тела тесно связана с метеорологическими условиями в месте пребывания человека и интенсивностью выполнения им работы.
Полная потеря теплоты (включая теплоту, идущую на испарение влаги) человеком, выполняющим легкую работу при температуре воздуха 20 °С,составляет 544,3 кДж/ч. При этом теплота, теряемая конвекцией, составляет примерно 30%, излучением — 50% и испарением — 20%.
Если теплопродукция организма и потери теплоты не сбалансированы, то человек ощущает тепловой дискомфорт.
Теплоотдача с поверхности тела конвекцией и излучением увеличивается или уменьшается за счет приспособления организма к терморегулированию с целью поддержания температуры тела на определенном среднем уровне (36,6 °С). Это связано с увеличением или уменьшением тока крови в поверхностно расположенных кровеносных сосудах.
Технико-экономические требования заключаются в том, чтобы расходы на строительство и эксплуатацию отопительной системы были наименьшими.
Архитектурно-строительные требования должны предусматривать взаимную увязку всех элементов системы (трубопроводов, отопительных приборов и прочего оборудования)
со строительными и архитектурно-планировочными решениями помещений, обеспечивать сохранность строительных конструкций на протяжении всего срока эксплуатации здания. Монтажные требования к системам отопления предусматривают соответствие современному уровню механизации и индустриализации заготовительных и монтажных работ.
Эксплуатационные требования к системам отопления заключаются в обеспечении надежности работы и относительной простоты обслуживания. Под надежностью работы систем отопления следует понимать способность обеспечивать санитарно-гигиенические требования независимо от наружных климатических условий, достаточную долговечность систем отопления и безопасность в отношении пожара и взрыва.
Простота обслуживания систем отопления определяется несложностью регулирования теплопроизводительности как системы в целом, так и отдельных отопительных приборов. Существенное значение имеет простота ремонта систем.
Кроме рассмотренных выше требований системы отопления должны обладать рядом дополнительных свойств, таких как эстетическая привлекательность, когда оформление систем отопления тесно связано с характером интерьера помещений. Все элементы системы отопления и особенно отопительные приборы не должны ухудшать внешний вид помещений, занимать минимум площади, иметь привлекательный современный вид, хорошую отделку и окраску.
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Системы отопления включают три основных элемента:
источник теплоты,
теплопроводы и
отопительные приборы.
В практике строительства нашли применение разнообразные системы отопления, в основе выбора которых лежит использование тех или иных особенностей систем. Системы отопления классифицируют по следующим основным признакам:
по виду использованного теплоносителя,
по способу перемещения теплоносителя;
по месту расположения источника теплоты.
По способу перемещения теплоносителя системы
делятся на системы с естественным (гравитационным) побуждением движения теплоносителя и системы с принудительным побуждением.
По виду использованного теплоносителя системы отопления делятся на водяные, паровые, воздушные, огневоздушные.
По месту расположения источника теплоты системы отопления разделяют на центральные и местные.
Характерной особенностью центральных систем отопления является размещения генератора теплоты вне отапливаемого помещения, соединенного с потребителями теплоты теплопроводами значительной протяженности. Положительным свойством центральных систем отопления является относительное удешевление получения теплоты за счет укрупнения генератора теплоты. Отрицательным свойством можно считать потери теплоты магистральными теплопроводами и сложность поддержания надлежащего гидравлического режима в сетях.
Характерной особенностью местных систем отопления является генератора теплоты в непосредственной близости от отапливаемого помещения или размещения его в самом отапливаемом помещении.
К местным системам отопления относятся поквартирные системы водяного отопления, печное отопление и отопление с помощью обогревателей работающих от газовой или электрической сетей.
ТЕПЛОНОСИТЕЛИ
В качестве теплоносителей в системах отопления используют воду, пар, воздух, дымовые газы. В последнее время в небольших системах отопления стали применять специальные жидкости, антифризы.
Каждое из перечисленных веществ обладает определенными физическими свойствами и эксплуатационными характеристиками, реализуемыми в конкретных видах систем отопления.
Важнейшими физическими свойствами теплоносителей является теплоемкость (массовая), теплопроводность, плотность (объёмная масса). Эксплуатационными характеристиками теплоносителя являются стоимость, недефицитность, безвредность, а также не агрессивность по отношению к материалам конструкций.
Рассмотрим характеристики перечисленных теплоносителей
Вода обладает наибольшей массовой теплоемкостью c=4,19 кДж/(кг*К). Это дает возможность транспортировать и аккумулировать значительное количество теплоты в единице ее массы. Теплопроводность воды весьма велика, что позволяет создавать эффективные теплообменные аппараты. Однако вода, попавшая в поры строительных и, в частности, изоляционных материалов, резко ухудшает их теплозащитные свойства. Плотность воды зависит от температуры и практически несжимаема. Один кубический метр воды при температуре 70 °С имеет массу 977,81 кг, а при температуре 95 °С — 961,92 кг.
В связи с изменением плотности воды, вызываемым повышением или понижением ее температуры, в системах водяного отопления устанавливаются специальные расширительные баки.
Стоимость воды в большинстве районов страны низка. Однако следует иметь в виду, что вода может содержать примеси (соли жесткости, кислород, азот), удаление которых требует дополнительных капиталовложений. Присутствие растворенных в воде солей жесткости приводит, к зарастанию живого сечения теплообменных аппаратов и трубопроводов.
Важнейшей эксплуатационной характеристикой воды как теплоносителя является ее способность из жидкого состояния переходить в твердое или парообразное. При температуре ниже О °С вода замерзает, при этом объем льда превышает объем первоначальной массы воды. Это обстоятельство следует учитывать при остановке циркуляции воды в системах (в период отрицательных наружных температур) во избежание их механического разрушения. Вода на-JJJjaer кипеть при температуре, зависящей от давления. Так, вода закипает при 100° С, когда давление близко к 0,1 МПа. Если температуру воды надо поднять выше 100°С, например до 150 °С, то давление надо повысить до 0,5 МПа.
Водяной пар есть продукт кипения воды. Различают пар насыщенный (влажный) и перегретый (сухой). Содержание теплоты в 1 кг насыщенного пара больше, чем в 1 кг воды на количество скрытой теплоты парообразования, зависящей от давления пара. Например, при давлении 0,1 МПа скрытая теплота парообразования 1 кг насыщенного пара составляет г=2242 кДж/кг. Если насыщенному пару продолжать сообщать теплоту, то он превращается в перегретый пар. В паровых системах отопления обычно используют насыщенный пар, так как он при охлаждении, конденсируясь, отдает скрытую теплоту парообразования, значительно превосходящую теплоту перегрева пара. Эффективность передачи теплоты от пара к стенке в процессе конденсации очень высока, что позволяет делать паровые теплообменники компактными.
В отличие от воды плотность водяного пара сильно зависит от давления, под которым он находится. С увеличением давления плотность пара увеличивается. При одинаковом давлении и температуре плотность водяного пара меньше, чем плотность воды и воздуха.
Стоимость водяного пара как теплоносителя несколько выше, чем стоимость воды, используемой в водяных системах отопления, так как получение пара требует более дорогостоящего оборудования, а также соблюдения специальных мер по сохранению возврату конденсата. Использование отработанного пара от технического оборудования дает значительный экономический эффект.
Следует иметь в виду, что пары воды при конденсации сохраняют неизменность температуры (при постоянном давлении), что делат практически невозможным регулирование теплопроизводительности отопительных приборов путем уменьшения подачи в них
пара.
Воздух имеет очень низкую массовую теплоемкость ср = 1 кДж/(кг*К), что определяет необходимость подачи весьма большого количества воздуха для отопления помещений.
Теплопроводность воздуха также очень низка, поэтому для повышения теплотехнических показателей строительных конструкций в них устраивают воздушные прослойки. Низкая теплопроводность воздуха является причиной относительно невысокой эффективности теплообмена поверхностей в теплообменной аппап туре, особенно при естественной конвекции. Плотность (массовая воздуха невелика, однако больше, чем плотность водяного папа В обычных условиях, при неизменном барометрическом давлении и постоянном влагосодержании, плотность воздуха (р) зависит от температуры. Например, при барометрическом давлении р.~ = 1013,3 гПа и влагосодержании d=2,0 г/кг при 5 °С плотность воздуха составляет р = 1,27 кг/м3, а при 20 °С р = 1,205 кг/м3. При увеличении влагосодержания воздуха его плотность уменьшается, однако настолько незначительно, что этим обстоятельством обычно пренебрегают.
Стоимости воздух не имеет, однако в случае его запыленности приходится устраивать специальные обеспыливающие установки (фильтры), что удорожает воздушное отопление.
Дымовые газы (газообразные продукты сгорания), используемые в качестве теплоносителей, по характеристикам близки к воздуху. Однако имеются некоторые отличия. Например, теплоотдача от дымовых газов к теплообменным поверхностям несколько выше за счет большей излучательной способности продуктов сгорания. Как правило, в дымовых газах содержатся вредные для здоровья примеси. При наличии в них сернистых соединений долговечность теплообменной аппаратуры и воздуховодов резко сокращается. Следует иметь в виду, что при охлаждении дымовых, газов ниже температуры точки росы возможно выпадение конденсата. В зимнее время это приводит не только к отсыреванию конструкции, но и к образованию наледей, особенно в местах выбросных труб и шахт.
Антифризы представляют собой 50 — 60%-ный водный раствор технического этиленгликоля (двухатомного спирта). Они ядовиты и весьма коррозионно-активны по отношению к стали. Антифризы не замерзают при отрицательных температурах (до — 40, что делает их перспективными для использования в системах отопления периодического действия. Плотность антифриза меньше, чем плотность воды, однако увеличение его объема при нагревании значительно больше, что следу учитывать при эксплуатации систем, заполненных антифризом.
Из-за высокой стоимости и дефицитности антифризы широкого применения в системах отопления не нашли.
ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Большую часть года, когда температура наружного воздуха ниже необходимой температуры помещений, здания нуждаются в отоплении, т. е. в компенсации теряемой им тепловой энергии.
Тепловая мощность системы отопления зданий должна учитывать потери теплоты через ограждающие конструкции, расход теплоты на нагрев наружного воздуха, проникающего в помещения через неплотности в ограждающих конструкциях, на нагрев материалов, транспортных средств, а также теплоту, регулярно поступающую от технологического оборудования, материалов, электрических приборов, освещения, людей и других источников.
Передача тепловой энергии через ограждающие конструкции — сложный процесс нестационарного теплообмена, для которого характерны теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.
Для упрощенных расчетов при определении тепловой мощности системы отопления, когда необходимо подсчитать потери теплоты через ограждающие конструкции здания; делают ряддопущений. Условно считают, что процесс передачи теплоты этими конструкциями стационарен и потери теплоты определяют только при наличии температурного перепада более 3 °С.
Потери теплоты через наружные огражденияпомещения оценивают по основным и добавочным потерям.
Основные потери теплоты помещения Q складываются из потерь теплоты всеми ограждающими конструкциями, Вт,
Q = Σ Qi
где Qi; — потери теплоты каждой ограждающей конструкцией (стеной, окном, полом, чердачным перекрытием, входной наружной дверью), вычисляемые по выражению
Qi = F i ·k i (tв - tн) · п
F i — расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
к- — коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м2 · оС);
tв - расчетная температура воздуха рабочей зоны помещения, оС;
tн — расчетная температура наружного воздуха — средняя температура наиболее холодной пятидневки для конкретного района строительства в холодный период года или температуре воздуха более холодного помещения при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения, °С; п — коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по данным справочника.
Ограждения
1. Окна, наружные стены и двери, покрытия, перекрытия над проездами п =1,0
2. Перекрытия над неотапливаемыми подпольями, расположенные ниже поверхности земли
п = 0,4
3.Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше поверхности земли п = 0,6
4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах п = 0,75
Расчетную площадь ограждающих конструкций (F) вычисляют с учетом линейных размеров (с точностью до 0,1 м2). Длину наружных стен неугловых комнат измеряют между осями внутренних стен, а угловых — от осей внутренних стен до внешних поверхностей угла. Высоту наружных стен первого этажа измеряют в зависимости от конструкции пола. Если пол на грунте, то определяют расстояние от уровня чистого пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа. Если пол расположен над неотапливаемым подвалом, то измеряют отрезок от нижней плоскости конструкции пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа, а при поле на лагах — от уровня земли до уровня чистого пола второго этажа.
НС — наружная стена, ОД — окно двойное, П — пол
Высоту стен промежуточных этажей определяют по расстоянию между уровнем чистого пола соответствующих этажей, а верхнего этажа — от уровня чистого пола этого этажа до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия. Наружные световые проемы (окна, фонари) и двери измеряют по наименьшему размеру в свету.
Площадь перекрытия (чердачного и над неотапливаемым подвалом) измеряют по расстоянию между осями внутренних стен и от оси внутренней стены до внутренней поверхности наружных стен. Площадь пола, лежащего на грунте или на лагах, вычисляют пo зонам, представляющим собой полосы шириной 2 м, условно проведенные параллельно наружным стенам. Для угловых помещений площадь первой зоны в углу наружных стен учитывают дважды.
Таблица 4.1 Теплотехнические показатели неутепленных полов на грунте
Показатели Зоны
I II III IV
Сопротивление теплопередаче Rпол, м2∙°С/Вт
Коэффициент теплопередачи k=l/Rnол, Вт/(м2∙°С)
2,1 4,3 8,6 14,2
0,476 0,232 0,116 0,07
Коэффициент теплопередачи (к) стены, окна, двери, перекрытия должен быть несколько меньше значения l/Rотр, Вт/м2°С, где Rотр — требуемое сопротивление теплопередаче соответствующего наружного ограждения в зависимости от географического местонахождения строящегося объекта.
Потери теплоты подземной частью наружных стен определяют так же, как и для неутепленных полов на грунте. Разбивку на зоны в этом случае начинают у стен от уровня земли.
Если в конструкцию пола на грунте включен слой утеплителя, то дополнительно следует учесть термическое сопротивление этого слоя
Řпол = Rпол +δ/λ
где δ — толщина утеплителя, м; λ — коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, (м ∙°С)/Вт.
Сопротивление теплопередаче утепленного пола, расположенно-0 на лагах, вычисляют по формуле:
Řпол л=1,18 ∙ (Rпол + δ/λ).
Добавочные потери теплоты ограждающими конструкциями помещений оценивают в долях от основных потерь.
Добавочные потери теплоты на страны света для стен и окон обращенных на север и восток, учитывают коэффициентом α=0,1 на запад α = 0,05.
Добавочные потери теплоты на нагрев врывающегося воздуха через наружные двери, не оборудованные воздушными завесами (например, в жилых домах), при высоте здания Н (в метрах) учитывают коэффициентом β, β=0,27Н—для двойных дверей с тамбуром между ними, β= 0,34Н— для двойных дверей без тамбура; α =0,22Н—для одинарных дверей. На нагрев врывающегося воздуха через наружные ворота при отсутствии тамбура добавочные потери теплоты учитываются множителем α = 3,0.
Расчет основных и дополнительных потерь теплоты через отдельные ограждения каждого помещения дома ведут в табличной форме
Общие потери теплоты каждого помещения вычисляют по формуле
Qобщ = Σ Qi(1+ α+ β)
Тепловая мощность отопительных устройств (отопительные приборы) Qпр, устанавливаемых в каждом отапливаемом помещении, определяется с учетом общих потерь теплоты через ограждающие конструкции Qобщ, а также теплоты, расходуемой на нагрев воздуха (вентиляционного или инфильтрированного) Qвоз, холодных материалов и средств транспорта Qм, поступающих в помещения за вычетом теплопоступлений от бытовых источников в жилых зданиях Qбыт и теплопоступлений от оборудования Qоб, освещения Qосв в производственных помещениях
Q пр = Qобщ + Qвоз + Qм - Qбыт - Qоб - Qосв
Тепловая мощность всей системы отопления вычисляется по формуле
Qсис = Σ Qпр ∙ η,
где Qпр — тепловая мощность отопительного устройства в каждом отливаемом помещении; η — коэффициент, учитывающий прочие вынужденные потери теплоты (например, в магистральных трубопроводах системы, от участков стен, расположенных за отопительными устройствами и пр.) Этот коэффициент обычно не превышает значения 1,07.
Затраты теплоты на нагревание воздуха Qвоз в жилых и общественных зданиях, поступающего в отапливаемые помещения, оцениваются наибольшей величиной из двух значений расхода теплоты на вентиляционный воздух Q^воз и воздух, поступающий в процессе инфильтрации через неплотности в ограждающих конструкциях Q ^^воз
рассчитанных по формулам
Q^воз=0,28 Lpc (tв - tн) · k
Q ^^воз = 0,28 ΣGic (tв - tн) · k
где L — расход удаляемого вентиляционного воздуха, компенсируемый подогретым приточным воздухом (для зданий удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 помещений); G, — расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, ограждающие конструкции помещений,
с — удельная массовая теплоемкость воздуха, 1 кДж/(кг°С); tв, /tн — расчетные температуры воздуха °С, соответственно в помещении и наружного воздуха в холодны период года ;
к — коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях;
p-плотность воздуха в помещении, кг/м3.
Затраты теплоты на нагревание холодных материалов Q и транспортных средств Qтр характерны для производственных помещений. На нагрев холодных материалов расходуется теплота в количестве, вычисляемом по формуле
Qм = Gм·с · (tв – tм) · β ,Вт,
а на нагрев транспортных средств
Qтр = q1 · β, Вт,
где Gм — масса поступающего однородного материала, кг/ч; с -удельная массовая теплоемкость материала, кДж/кг • °С; tн — температура воздуха внутри помещения, °С; tм — температура поступающего материала, °С; q1 — затраты теплоты на нагрев транспортных средств, β— коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения теплоты (табл.]).
Тепловыделения в помещениях имеют весьма разнообразную природу.
В производственных помещениях учитывают тепловой поток, поступающий от технологического оборудования, нагретых изделий и материалов, освещения, людей и пр.
В жилых и общественных зданиях характерными источниками теплоты являются люди и электрооборудование (включая освещение).
Тепловой поток, поступающий в комнаты и кухни жилых (Qбыт), принимают 21 Вт на 1 м2 пола.
Тепловой поток от работающего технологического оборудования и освещения оценивается по формуле
Qэл = Nэл ·k, Вт,
Nэл — мощность силового оборудования и осветительных приборов, Вт; к — коэффициент, учитывающий одновременность работы оборудования и долю перехода электроэнергии в тепловой поток поступающий в помещение для электросветильников к = 0,95, для технологических процессов к =0,15...0,95. Тепловой поток от поверхностей технологического оборудования материалов обычно принимаются по данным технологического проекта.
Тепловой поток полный (явное тепло плюс скрытое) от мужчин оценивают в зависимости от интенсивности выполняемой работы: в состоянии покоя 93... 140 Вт, при легкой работе 140... 175 Вт, работе средней тяжести 175...290 Вт, при тяжелой работе 290 Вт.
Принято считать, что тепловой поток от женщин составляет 85%, а от детей в среднем 75% теплового потока от мужчин.
ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Устройства, предназначенные для передачи тепловой энергии в отапливаемое помещение от теплоносителя, называют отопительными приборами.
Требования к отопительным приборам. Отопительные прибора должны удовлетворять теплотехническим, гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным, монтажным и эксплуатационным требованиям.
Теплотехнические требования к отопительным приборам сводятся к тепловой мощности отопительных приборов при прочиx равных условиях (поверхность нагрева, перепад температур между поверхностью прибора и воздухом, расход теплоносителя, площадь стен и пола здания, занимаемая прибором).
Гигиеническим требова5ниям отвечают отопительные приборы, имеющие гладкую ровную поверхность, доступную для уборки пыли
Технико-экономические требования включают такие показатели,
тепловое напряжение материала, оцениваемое количеством тепловой энергии, отдаваемой в помещение в течение одного часа при разности температур теплоносителя и окружающего воздуха в 1 °С, отнесенной к 1 кг массы отопительного прибора.
Архитектурно-строительные и монтажные требования к отопительным приборам учитывают минимум полезной площади, занижаемой прибором, эстетически-оптимальный внешний вид и конструкцию, отвечающую тенденциям повышения производительности труда в условиях массового производства и монтажа отопительных приборов.
Отопительные приборы должны быть достаточно прочными а удобными для транспортировки.
Эксплуатационные требования своей целью ставят обеспечение комфортных условий в отапливаемых помещениях независимо от изменяющихся внешних условий. Эти требования касаются регулируемости тепловой мощности отопительных приборов, их коррозионностойкости, гидравлических характеристик, прочности.
Одновременное удовлетворение перечисленных выше требований практически невозможно, так как многообразие условий применения отопительных приборов весьма велико. Удовлетворение тех или иных специфических требований приводит к оптимальным решениям. Этим объясняется разнообразие типов отопительных приборов.
Разновидности отопительных приборов. Классификация отопительных приборов отражает различие их по:
способу передачи тепловой энергии
(преобладание конвективного или радиационного теплообмена);
материалу, из которого сделаны приборы
(чугунные, стальные, алюминиевые, неметаллические);
высоте (высокие, средние, низкие);
динамическим характеристикам
(безинерционные, малоинерционные, инерционные).
Рассмотрим наиболее распространенные отопительные приборы требований, предъявляемых к ним, и указанной классификации.
Регистры трубные из стальных труб (d=32...100 мм), соединен-на сварке, представлены на рис. 4.1.
Эти приборы обладают высокими теплотехническими и гигиеническими показателями. Коэффициент теплопередачи регистров из труб составляет 10,5...14 Вт/м2* °C). Они легко поддаются очистке от пыли.
Архитектурно-строительные и монтажные качества трубных регистров невысоки, так как эти приборы громоздки, неэстетичны, требуют применения ручного труда при изготовлении. Прочностные и монтажные характеристики этих приборов весьма высоки, Гладкотрубные регистры целесообразно применять в. производственных помещениях со значительным выделением пыли, а также для обогревания световых фонарей производственных зданий, обогрева теплиц и прочих сельскохозяйственных зданий.
Радиаторы — отопительные приборы, радиационная теплоотдача которых составляет значительную величину (25...50%). Радиаторы изготавливают из чугуна, стали.
Радиаторы чугунные (рис. 4.2), наиболее распространенные отопительные приборы, состоят из отдельных элементов (секций), изготовленных методом литья из серого чугуна в специальные формы.
Отдельные секции (одно- и двухколончатые) соединяют между собой с помощью ниппелей, имеющих на половине длины наружную правую резьбу, а на другой половине — левую, что позволяет агрегировать секции в отопительные приборы различной поверхности нагрева. Чугунные радиаторы обладают относительно высокими теплотехническими показателями. Коэффициент теплопередачи современных чугунных радиаторов составляет 9,1-10,6 Вт/(м2 °С). Положительным свойством является их высокая коррозионная стойкость.
Однако относительно малое тепловое напряжение металла. 0,29...0,36 Вт/(кг * °С), не привлекательный внешний вид, трудоемкость изготовления и монтажа, а также невысокая механическая прочность (выдерживают гидравлическое давление 0,6 МПа) делают чугунные радиаторы неперспективными отопительными приборами.
Рис. 4.2. Чугунные радиаторы:
а — секции; 1 — МС-140-98; 2 — М-90; 3 — М-140АО;
Радиаторы стальные изготавливают из листовой холоднокатаной стали толщин 1,25... 1,5 мм методом автоматической сварки двух штампов ванных половин.
|
Обладая хорошими теплотехническими, гигиеническими и архитектурно-строительными качествами, стальные радиаторы не находят достаточно-широкого применения из-за невысокой коррозионной стойкости и дефицита необходимой листовой стали.
Рис. 4.3. Радиаторы стальные панельные типа РСВ: а — РСВ-1;б —2ВСВ-1
Ребристые чугунные трубы отливают из серого чугуна с круглыми ребрами со стороны контакта с воздухом (рис. 4.4)
Рис. 4.4. Ребристая чугунная труба
Оребрение резко увеличивает поверхность нагрева воздуха. Теплоотдача этих нагревательных приборов конвекцией составляет 50%.
Теплотехнические показатели ребристых чугунных труб весьма высоки. Относительная простота изготовления и монтажа ребристых труб и их дешевизна способствуют широкому распространению этих отопительных приборов в промышленном и сельскохозяйственном строительстве. Однако низкие гигиенические и эстетические качества ребристых чугунных труб делают их непригодными в гражданском и жилищном строительстве.
Конвекторы представляют собой отопительные приборы с сильно развитой поверхностью контакта с воздухом, что позволяет передавать в помещение не менее 75% тепловой энергии конвекцией. Конвекторы отвечают высоким технико-экономическим, архитектурно-строительным и монтажным требованиям. Тепловое напряжение металла у конвекторов наивысшее —- 0,8...1,3 Вт/(кг°С).
Конвекторы хорошо встраиваются в интерьер жилых и общественных зданий, занимают мало полезной площади, просты в монтаже и эксплуатации, безынерционны.
Недостатком конвекторов являются трудность удаления пыли с ребристых поверхностей, необходимость выпуска большого числа типоразмеров конвекторов и некоторый перегрев верхней зоны помещения.
Конвекторы выпускают без кожуха (типа «Аккорд») и с кожухом (типа «Комфорт», «Универсал»).
Технические характеристики конвекторов представлены в табл. П.11, а общий вид на рис. 4.5.
|
Бетонные отопительные панели со встроенными в них стальными трубами применяются в панельном домостроении для размешения под окнами, в перегородках и площадках лестничных
Основная часть тепловой энергии таких панелей передается помещение лучеиспусканием. Они не занимают полезной площади гигиеничны, обладают хорошей монтажностью.
К их существенным недостаткам относятся сложность ремонта значительная инертность при регулировании тепловой производительности в процессе эксплуатации.
рис. 4.6 приведены общие виды бетонных отопительных панелей.
Определение необходимой поверхности отопительных приборов.
Следует отметить, что важно знать не величину поверхности отопительного прибора, а ее тепловую мощность Q, которая с учетом теплоотдачи отопительных стояков и подводок будет достаточной для компенсации тепловых потерь помещения в pacчетном режиме.
Расчетная величина тепловой мощности отопительного прибора составляет
Qnp=Q*0,95
где Q — теплопотери помещения, Вт; 0,95 — коэффициент, ориентировочно учитывающий теплоту, отдаваемую отопительными стояками и подводками.
Отопительный прибор в зависимости от ряда факторов обладает различной тепловой мощностью. К этим факторам относятся: температура воды на входе в прибор tвх и выходе из прибора tвых; температура воздуха в помещении tв; схема питания отопительного прибора водой; количество воды, проходящей через прибор в час; степень стеснения теплопередачи прибора различными строительными конструкциями (подоконниками, решетками, панелями и пр). '
Для определения необходимой поверхности нагрева, принятого к установке типа чугунного радиатора (или конвектора), необходимо знать величину номинальной плотности теплового потока, т. е количество теплоты, отводимое одним квадратным метром поверхности (Вт/м2) чугунного радиатора (или конвектора).
Значения номинальных плотностей тепловых потоков отопительных приборов, полученные экспериментальным путем при стандартных условиях берут по справочным данным.
ТЕМА№5 ВЕНТИЛЯЦИЯ
НАЗНАЧЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
Вентиляцией называется замена воздуха помещения наружным воздухом. Задача вентиляции состоит в том, чтобы обеспечить воздушную среду в помещении, отвечающую санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям.
Системы вентиляции представляют собой комплекс инженерных устройств, включающих воздушный тракт (воздуховоды), оборудование для обработки и транспортировки воздуха, а также сетевое оборудование (воздухоприемные, воздухораспределительные устройства, дроссель-клапаны и др.).
Системы вентиляции классифицируют по ряду признаков:
по природе давления —
на системы с гравитационным побуждением воздуха (естественная вентиляция) и
с искусственным побуждением (механическая вентиляция),
по функциональному признаку —
на вытяжные,
приточные и
приточно-вытяжные;
по схеме воздухообмена —
на местные (воздух удаляется или подается непосредственно у места образования вредных веществ, а также у места работающего);
общеобменные (смена воздуха происходит в объеме помещения) и
смешанные (общеобменные в сочетании с местными).
По характеру обработки воздуха системы вентиляции могут быть
прямоточными (в помещение подается только наружный воздух) и
рециркуляционные (весь воздух из помещения или его часть после обработки вновь поступает в помещение). Системы с частичной рециркуляцией позволяют утилизировать теплоту выбросного воздуха.
Сухой атмосферный воздух представляет собой однородную смесь нескольких газов (по массе): 75,55% азота, 23,1% кислорода, 1,35% инертных и прочих газов. Соотношение количеств этих компонентов в атмосферном воздухе стабильно. Атмосферный воздух всегда содержит также некоторое количество водяных паров. Смесь сухого воздуха с водяными парами называется влажным воздухом. Количество водяных паров, содержащихся во влажном воздухе, может меняться в значительных пределах. Влажный воздух можно рассматривать с точностью, достаточной для расчетов систем вентиляции как смесь двух идеальных газов — сухого воздуха и водяного пара.
ЕСТЕСТВЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
Давление, заставляющее воздух перемещаться при естественной вентиляции, обусловлено гравитационными силами, возникающими вследствие разности плотности воздуха помещения рвн наружного воздуха рн при температуре 5 °С. Оно определяется по формуле
Не=(рн-рвн)h9,81 Па,
где h — расстояние по вертикали от центра приточного проема до центра вытяжного, м;
9,81 — гравитационное ускорение, м/с2.
Это давление расходуется на преодоление сопротивления движению воздуха на его пути.
Способ естественной вентиляции помещений при бесканальных системах, организованный с помощью регулируемых приточных и вытяжных проемов, называется аэрацией. Аэрация применяется в производственных цехах со значительными теплоизбытками (кузнечные, литейные цеха и пр.). Проемы в стенах здания для притока наружного воздуха располагают на высоте 3...4 м от пола. Для удаления воздуха из аэрируемого помещения на кровле устанавливают вытяжные шахты или аэрационные фонари Проемы, шахты и фонари оборудуются специальными устройствами для регулирования их открывания и закрывания. Количество приточного воздуха G, кг/ч, которое должно пocтупать в приточные проемы аэрируемого здания, вычисляют по формуле:
G = 3,6Q/c(tyx-tпp),где
с — удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/кг * К
Q - теплоизбытки в помещении, Вт/ч;
tпp — расчетная температура приточного воздуха, °С
tyx — температура уходящего воздуха, °С, вычисляемая по формуле:
t yx = t рз — Δτ(Н— hм), где
t рз — температура воздуха в рабочей зоне;
Δτ — нарастание температуры на каждый метр высоты выше плоскости рабочей зоны (hм),
для помещений с небольшим тепловыделением Δτ = 0,5°С,
а с большим Δτ =0,7...1,5 °С;
Н —высота помещения, м.
В жилых, общественных и производственных зданиях, не требующих интенсивного воздухообмена, большое распространение получили вытяжные канальные системы естественной вентиляции. Вертикальные вытяжные каналы этих систем обычно располагают в толще внутренних стен или в специальных железобетонных блоках и шахтах.
Системы естественной вентиляции имеют простое устройство, несложны в эксплуатации, однако из-за малого радиуса действия (до 8 м) малоэффективны, особенно для помещений с незначительными избытками теплоты.
Скорость воздуха в воздуховодах систем с гравитационным (естественным) побуждением принимают 0,5... 1,0 м/с.
Сборные короба и вытяжные шахты на чердаке выполняют с утепленными стенками во избежание выпадения конденсата на их внутренних поверхностях в зимнее время. Материал стенок каналов и шахт должен быть несгораем.
В жилых зданиях вытяжные вентиляционные каналы из помещении, обращенных на противоположные фасады, не объединяют.
В квартирах вытяжку устраивают из кухонь, ванных комнат и санузлов.
Специальных приточных систем вентиляции в этих зданиях не предусматривают.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
Системы вентиляции с механическим побуждением обладают рядом достоинств, главное из них — увеличение радиуса действия (до 50 м), возможность подвергать воздух различной обработке (нагревать, обеспыливать, увлажнять и т. д.). Эти системы позволяют обслуживать большое число помещений, что дает экономию за счет укрупнения единичной мощности вентиляционного оборудования.
Механическая вентиляция может быть как приточной, так и вытяжной. Она дает возможность использовать различные схемы воздухообмена путем применения и местных, и общеобменных систем.
Приточный воздух следует подавать так, чтобы он не поступал через зоны с большим загрязнением в зоны с меньшим загрязнением и не нарушал работы местных отсосов. В производственных помещениях приточный воздух следует подавать в рабочую зону из воздухораспределителей: горизонтальными струями, выпускаемыми в пределах или вне рабочей зоны; наклонными (вниз) струями, выпускаемыми на высоте 2 м и более от пола.
Для удаления избытков теплоты, влаги и вредных газов вытяжной воздух следует удалять из верхней зоны помещения через отверстия, размещенные под потолком, но не ниже 2 м от пола до низа отверстий. При удалении взрывоопасных смесей газов, паров и аэрозолей вытяжные отверстия располагают не ниже 0,4 м от плоскости потолка.
Воздухозаборные отверстия в уличных шахтах следует располагать не ниже 2 м от поверхности земли.
ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ
Оборудование вентиляционных систем, предназначенное для обработки воздуха, обычно располагают в специальных камерах.
В приточной системе наружный воздух последовательно проходит воздухозаборную шахту, многостворчатый утепленный клапан, фильтр, калорифер и далее вентилятором нагнетается через шумоглушитель в приточные воздуховоды системы.
В вытяжных системах выбросной воздух, пройдя вытяжные решетки, по воздуховодам поступает в вытяжную камеру, где он вентилятором нагнетается через фильтр (если воздух сильно запылен) в выбросную шахту.
Рассмотрим устройство основного оборудования вентиляционных камер.
Вентиляторы— механизмы, предназначенные для перемещения воздуха или других газов. По принципу действия различают вентиляторы радиальные (центробежные) с одно- и двусторонним забором воздуха, осевые — одно- и многоступенчатые.
Калориферы предназначены для нагрева (или охлаждения) воздуха. Воздух в калорифере нагревается (или охлаждается) в процессе его контакта с поверхностью, представляющей собой пучки труб с оребрением. Оребрение может быть навивным (стальная лента на ребро), насадным (отдельные ребра, пластины) или накатным (обычно на трубах из меди или алюминия). Стальные калориферы подвергаются горячему оцинкованию методом окунания в расплавленный цинк. Их выпускают одноходовыми многоходовыми на пар и на воду.
Фильтры используют для обеспыливания воздуха. Различают фильтры: ячейковые (размер ячеек 514x514x68 мм), заполненные замасленными сетками из металла, пластмассы или керамическими кольцами; самоочищающиеся с движущимися четырьмя рядами металлической сетки, смоченной маслом, рулонные из рыхлого синтетического мата. Эти фильтры используют в приточных системах вентиляции.
Фильтры для обеспыливания выбросного воздуха применяют в случаях, если пыль представляет собой полезный продукт.
Например, на мукомольных и хлебопекарных предприятиях улавливают мучную пыль в рукавных матерчатых фильтрах, а на деревообрабатывающих предприятиях — древесную стружку в циклонах. Принцип действия циклона основан на отделении пылинок из вихревого потока за счет центробежных сил, которые отбрасывают пылинки к неподвижной стенке. Пылинки теряют скорость и ссыпаются в нижнюю часть циклона, откуда периодически удаляются.
Шумоглушители устанавливают на трактах как приточного воздуха, так и вытяжного воздуха. Шумоглушители могут быть пластинчатого, сотового и трубчатого вида. В качестве шумопоглощающего материала используют минераловатные плиты плотностью 70 кг/м3, плиты из стекловолокна плотностью 40 кг/м3 или мягкие маты из супертонкого стекловолокна плотностью 15 кг/м3.
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
Сущность кондиционирования воздуха заключается в создании и автоматическом поддержании определенного состава воздушной среды в помещении (температуры, относительной влажности, подвижности, запыленности и пр.) независимо от изменения метеорологических условий и интенсивности выделений теплоты и влаги в помещениях. Кондиционирование применяют в тех случаях, когда заданные параметры микроклимата в помещении не могут быть обеспечены вентиляцией.
Значение кондиционирования воздуха весьма велико. Только в условиях контролируемого микроклимата в производственных помещениях возможно получение современной качественной продукции в таких отраслях, как текстильная, полиграфическая, точное машиностроение, электронное приборостроение, производство медикаментов и пр. Поддержание в медицинских учреждениях чисто стерильной воздушной среды с заданными температурно-влажностными условиями является необходимой составляющей успешного лечения людей. Кондиционирование воздуха имеет важное значение в обеспечении безотказной работы ЭВМ, при выполнении исследований в области биологии, химии, при работе с радиоактивными веществами, при хранении культурных и исторических ценностей, измерительных эталонов.
Применение кондиционирования воздуха в нашей стране имеет специфику, обусловленную большим разнообразием климата. По экстремальным теплым и холодным условиям, по различной продолжительности теплого и холодного периодов наша страна отличается от многих государств и поэтому необходим широкий диапазон решений, позволяющих поддерживать необходимый микроклимат в зданиях, находящихся в различных климатических районах страны.
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
По назначению кондиционирование воздуха делится на
комфортное и
технологическое.
Комфортное кондиционирование воздуха предназначено для создания микроклимата, оптимального для жизнедеятельности людей. Отклонение параметров воздуха от заданных при комфортном кондиционировании, как правило, составляет по температуре +,- 1,0 °С, по относительной влажности +, -7%, по подвижности воздуха +,- 0,1 м/с в течение года в среднем от 100 до 450 ч.
Технологическое кондиционирование обеспечивает необходимые условия для технологических процессов. Система кондиционирования (СКВ) включают воздухоприготовительное устройство (кондиционер), сеть воздуховодов и сетевое оборудование (доводчики, воздухораспределители, шумоглушители, средства автоматического регулирования).
По характеру связи с обслуживаемым помещением СКВ разделяются
на центральные
и местные.
По схеме обработки воздуха СКВ разделяют
на прямоточные и
на рециркуляционные.
Кондиционеры бывают неавтономные и автономные.
Неавтономные кондиционеры не имеют источников холода в составе их конструкций. Они представляют собой разборные (секционные) и неразборные (шкафные) агрегаты, к которым необходимо подводить холодо- и теплоноситель.
Секционные неавтономные кондиционеры поступают на место монтажа в разобранном виде (посекционно). Широкое распространение получили центральные неавтономные кондиционеры типа КТЦ воздухопроизводительностью от 7 до 250 тыс. м3/ч. К неавтономным кондиционерам можно отнести различного рода доводчики, назначение которых состоит в том, чтобы «доводить» до требуемых параметров воздух, поступающий в помещение из центральных СКВ.
Автономные кондиционеры характеризуются наличием источника холода (холодильной машины). К ним должны быть подведены электроэнергия для привода компрессора холодильной машины, вентилятора и для нагрева воздуха в электрокалорифере, а также воды или воздуха для охлаждения конденсатора холодильной машины. В последнее время широкое распространение получили СКВ на базе раздельных автономных кондиционеров (сплит-системы) зарубежного производства. Холодильный агрегат этих кондиционеров обычно размещают на наружной стороне стены, а воздухообрабатывающую его часть в обслуживаемом помещении. Компрессор этих кондиционеров охлаждается уличным воздухом. В качестве хладагента используют газ фреон.
Литература
1. Инженерные сети. Оборудование зданий и сооружений. / Под ред.проф. Ю. П. Соснина – М.: Высшая школа, 2001.- 416с.
2. Орлов К.С. Монтаж санитарно-технических, вентиляционных систем и оборудования.- М.: Издат. Дом «Ореол», 1997.
3. Соснин Ю. П., Бухаркин Е.Н. Камины, бытовые печи, высокоэффективные котлы. – М.: «Новая волна», 2000г.
4. Соснин Ю. П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные контактные газонагреватели. – М.: Стройиздат, 1988г.