Тепловая мощность отопительных приборов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретические основы отопления зданий и сооружении

1.1 Виды систем отопления и режим их работы

1.2 Преимущества и недостатки систем отопления в зависимости от вида теплоносителя

1.3 Тепловой режим помещений

1.4 Основные гигиенические требования к системам отопления

1.5 Нормативные тепловые условия для различных помещений

1.6 Условия комфортности в помещении

1.7 Основные конструктивные элементы системы отопления

1.8 Виды отопительных приборов и их характеристика

1.9 Требования к отопительным приборам

1.10 Правильность расстановки отопительных приборов и повышение их эффективности

1.11 Методика теплового расчёта отопительных приборов

Глава 2. Расчет мощности отопительного прибора

Список литературы

Глоссарий

Приложения

отопление теплоноситель прибор помещение



Введение

В жилых, общественных и промышленных зданиях требуется поддержание необходимых для людей и производственных процессов определенных метеорологических условий - нормативный микроклимат.

Защита ограждений от наружных климатических воздействий недостаточна для круглогодичного обеспечения необходимых условий в помещении. Эти условия могут быть созданы искусственно - работой системы отопления.

Основное требование к микроклимату - поддержание условий, благоприятных для находящихся в помещении людей. В холодных помещениях человек отдает большую часть своего тепла и переохлаждается, а это приводит к различным заболеваниям. А при высоких температурах затруднена отдача тепла организмом, что снижает работоспособность и вызывает головные боли. Также большое влияние на самочувствие человека оказывает подвижность и влажность воздуха. Важно и равномерное распределение температур в вертикальном и горизонтальном направлении. Для отопления в помещениях используются центральные и местные системы отопления.

Система отопления - предназначена для поддержки комфортной температуры воздуха в помещениях в холодное время года. Поддержка в помещении благоприятной температуры имеет гигиеническое значение, так как охлаждение и перегревание помещения нарушает тепловое равновесие человека.

Законодательством РФ закреплены нормы температуры воздуха в холодное время года в жилых помещениях. Законом оговорены температурные рамки, которые должны быть соблюдены в помещении, где работают люди в холодное время года. Если в рабочем помещении температурные нормы нарушаются, и работодатель не идет навстречу своим работникам, необходимо обратиться с жалобой на работодателя в Государственную инспекцию по труду.



Глава 1. Теоретические основы отопления зданий и сооружений

1.1 Виды систем отопления и режим их работы

Отоплением называется искусственное поддержание температуры воздуха в помещении на уровне более высоком, чем температура наружного воздуха. Отопление помещений зданий и сооружений осуществляют для поддержания в них заданного уровня температур, определяемых условиями теплового комфорта или требованиями происходящих в них технологических процессов.

Виды отопления могут быть разных типов.

Отопление помещений может быть конвективным и лучистым.

Конвективным отоплением называется отопление, при действии которого температура воздуха в помещении t_в выше радиационной температуры t_R. Радиационная температура t_R - усредненная температура поверхностей, обращенных в помещение, вычисленная относительно человека, находящегося в середине помещения (Приложение 1).

Лучистое отопление - отопление, обеспечивающее температуру воздуха в помещении t_в ниже радиационной температуры t_R (Приложение 1).

Комплекс оборудования и устройств, реализующих конвективное или лучистое отопление и поддерживающих температуру воздуха в помещениях зданий, называется системой отопления.

Системы водяного отопления в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами называются однотрубными и двухтрубными (Приложение 1). В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. В двухтрубной системе каждый прибор отдельно присоединяется к двум трубам - подающей и обратной, и вода протекает через него независимо от других приборов.

По вертикальному или горизонтальному положению труб, соединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные со стояками и горизонтальные с ветвями (Приложение 2).

В зависимости от места прокладки магистралей различаются системы с верхней разводкой, когда подающая магистраль располагается выше отопительных приборов; с нижней разводкой, когда подающая и обратная магистрали прокладываются ниже приборов; с "опрокинутой" циркуляцией воды, когда подающая магистраль находится ниже, а обратная выше приборов (Приложение 3).

Движение воды в подающей и обратной магистралях может совпадать по направлению и быть встречным. В зависимости от этого системы именуются системами с тупиковым и с попутным движением водыв магистралях (Приложение 4).

Теплопроводы систем водяного отопления подразделяются на магистрали, подающие горячую воду к стоякам (подающие магистрали) и отводящие охлажденную воду от стояков к теплообменникам (обратные магистрали), и стояки, подающие и обратные, которые соединяют магистрали с отопительными приборами или с горизонтальными ветвями.

Системы отопления, в которых генератор теплоты, теплопроводы и отопительный прибор конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении, называют местными системами отопления. К ним относят печное, газовое, электрическое отопление и отопление воздушно-отопительными агрегатами. Радиус действия местных систем отопления ограничен одним - тремя помещениями.

Системы водяного отопления прежде всего разделяются на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды 105°С и высокотемпературные - больше 105°С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150 °С.

По взаимному расположению основных элементов системы отопления могут быть местные и центральные.

В местных системах отопления генератор тепла, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве (Приложение 5). Теплопереносящая рабочая среда нагревается горячей водой, паром, электричеством или при сжигании какого-либо топлива. В местной системе отопления с использованием электрической энергии теплопередача может осуществляться с помощью жидкого или газообразного теплоносителя либо без него непосредственно через твердую среду.

В центральных системах отопления генератор теплоты расположен за пределами отапливаемого помещения, а нагретый в генераторе теплоноситель транспортируется теплопроводами до отопительных приборов, установленных в помещениях (Приложение 5). Теплота через отопительные приборы передается воздуху помещений, и охлажденный теплоноситель по теплопроводам возвращается к генератору теплоты. Центральные системы отопления имеют большой радиус действия - они, как правило, обеспечивают теплотой все здание. По виду теплоносителя, передающего теплоту отопительными приборами, центральные системы подразделяют на водяные, паровые, газовые, воздушные и комбинированные (пароводяные).

Центральная система отопления называется районной, когда группа зданий отапливается из отдельно стоящей центральной тепловой станции. Теплообменники и отопительные приборы системы здесь также разделены: теплоноситель (например, вода) нагревается на тепловой станции, перемещается по наружным и внутренним (внутри зданий) теплопроводам в отдельные помещения каждого здания к отопительным приборам и, охладившись, возвращается на станцию.

По способу циркуляции теплоносителя центральные и местные системы водяного отопления подразделяют на системы с естественной циркуляцией за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителей и системы с искусственной циркуляцией за счет работы насоса (Приложение 6). Центральные паровые системы имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара.

По параметрам теплоносителя центральные системы подразделяют:

· на водяные низкотемпературные с температурой воды до 100°С и высокотемпературные с температурой воды более 100°С;

· на паровые низкого давления с с = 0,10+0,17 МПа;

· на паровые высокого давления с р = 0,17+0,30 МПа;

· на вакуум-паровые с р< 0,1 МПа.

Системы отопления выбирают по нормативным документам в соответствии с назначением здания или сооружения и требованиями, которые можно разделить на пять групп:

· 1-я группа - санитарно-гигиенические - системы отопления должны равномерно обогревать помещения в течение всего отопительного периода без ухудшения состояния воздуха и с ограничением температуры поверхности отопительных приборов;

· 2-я группа - экономические - приведенные затраты на отопление должны быть минимальными;

· 3-я группа - архитектурно-строительные - системы отопления должны быть компактны и увязываться со строительными конструкциями;

· 4-я группа - монтажные - должен обеспечиваться монтаж систем отопления индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров;

· 5-я группа - эксплуатационные - системы отопления должны быть просты, удобны в управлении и ремонте, бесшумны и безопасны.

В соответствии с этими требованиями паровые системы отопления могут быть использованы в зданиях при наличии пара на технологические нужды и кратковременном пребывании в них людей.

В практике эксплуатации любой системы отопления могут быть предусмотрены следующие режимы ее работы:

· постоянная работа в течение отопительного сезона с поддержанием заданной температуры в помещении;

· постоянная работа в течение всего года с поддержанием заданной температуры в помещении;

· периодическое включение системы;

· дежурное отопление;

· работа отопления в целях повышения температуры поверхностей ограждений;

· режим натопа.

При значительной протяженности системы давления, создаваемого одной естественной циркуляцией, становится недостаточно для перемещения нужного количества воды без применения теплопровода. В таких случаях в сеть трубопроводов системы включают насос для механического перемещения воды. Такая система носит название насосной системы водяного отопления или водяной системы с механическим побуждением.

1.2 Преимущества и недостатки систем отопления в зависимости от вида теплоносителя

В качестве теплоносителя для отопления может применяться жидкая или газообразная среда, обладающая теплоаккумулирующей способностью, а также подвижная и дешевая. В системах отопления используют разные теплоносители.

Вода - обладает большой теплоемкостью, плотностью и вязкостью, не сжимаемостью, при нагревании расширяется с уменьшением плотности; при повышении температуры и уменьшении давления выделяет растворенные газы. Температура кипения воды зависит от давления и понижается вследствие теплопередачи через стенки труб и приборов.

Преимущества воды как теплоносителя систем отопления:

· высокие санитарно-гигиенические свойства;

· дешевизна;

· качественное регулирование системы, путём регулирование температуры теплоносителя;

· бесшумность работы системы;

· большая долговечность системы по сравнению с паровой;

· меньше сечения трубопроводов теплоносителя;

· возможность ограничения температуры поверхности отопительных приборов.

Недостатки воды как теплоносителя систем отопления:

· значительное гидростатическое давление (в 600 -1500 раз больше чем у пара, в 900 раз больше чем у воздуха);

· больший расход металла на отопительные приборы по сравнению с паровой системой;

· большая тепловая инерция воды замедляет регулирование теплоотдачи приборов.

Пар - одно из агрегатных состояний воды, обладает малой плотностью и высокой подвижностью; температура и плотность пара повышаются при увеличении давления. Пар отличается большим теплосодержанием за счет теплоты испарения, которая выделяется при конденсации пара в трубах и приборах и передается через их стенки в помещения.

Преимущества пара как теплоносителя систем отопления:

· сокращение расхода металла за счёт уменьшения площади приборов; меньшее гидростатическое давление по сравнению с водяной системой; малая тепловая инерция, что обеспечивает быстрый тепловой нагрев и остывание теплоносителя;

· возможность перемещение пара на большие расстояния; меньшая опасность замерзания.

Недостатки пара как теплоносителя систем отопления:

· высокая температура отопительных приборов, что приводит к разложению и сухой возгонки пыли, сопровождающая выделением вредных веществ;

· невозможность качественного регулирования теплоотдачи приборов;

· шум;

· ускоренная коррозия металлических труб;

· значительные тепловые напряжения и деформация систем.

Воздух - имеет малые теплоемкость и плотность, подвижность, при нагревании расширяется с уменьшением плотности. Температура горячего воздуха понижается вследствие теплопередачи через стенки каналов и при смешении с воздухом отапливаемых помещений.

Преимущества воздуха как теплоносителя систем отопления:

· быстрый и равномерный прогрев помещения;

· совмещения отопления с приточной вентиляцией;

· отсутствие отопительных приборов;

· снижение первоначальных капитальных затрат по сравнению с водяной системой.

Недостатки воздуха как теплоносителя систем отопления:

· большая площадь сечения воздуховодов;

· бесполезные значительные потери тепла по причине большого сечения воздуховода, либо значительные затраты на теплоизоляцию;

· более сложный монтаж;

· большие энергозатраты.

Выбор основных видов теплоносителей для системы отопления зданий осуществляется в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями.



1.3 Тепловой режим помещений

Основная цель отопления - создание теплового комфорта в помещениях. Отопление способствует также увеличению срока службы зданий и оборудования, нормализации технологических процессов, повышению производительности труда работников и качества выпускаемой продукции.

Отопительным сезоном называют продолжительность отопления зданий в холодное время года. Длительность отопительного сезона устанавливают на основании многолетних наблюдений как среднее число дней в году с устойчивой среднесуточной температурой воздуха +8°С и ниже.

На большей части территории России, характеризующейся суровой и длительной зимой, отопительный сезон продолжается 6-8 месяцев, на севере страны - 9-11 месяцев. Отопление зданий начинают при устойчивом (в течение 5 суток) понижении температуры наружного воздуха до +8°С. Заканчивают отопление при устойчивом повышении температуры наружного воздуха выше +8°С также в течение 5 суток. Поэтому длительность конкретного отопительного сезона обычно отличается от средней продолжительности, зафиксированной в нормах.

Тепловой режим здания - его общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое как совокупность тепловых условий в помещениях и зависящее от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований. Гигиеническим требованиям больше соответствует водяные системы отопления низкого давления.

1.4 Основные гигиенические требования к системам отопления

Отопление должно поддерживать определенный уровень температуры воздуха в помещении, обеспечивать равномерность температуры по горизонтали и вертикали. Отопительные приборы не должны ухудшать качества воздуха в помещении. Основные гигиенические требования к системам отопления:

· создание оптимального микроклимата - с относительной влажностью воздуха от 35 до 45%, скоростью его передвижения 0,1 -0,3 м/сек, температурой от 18 до 220^оС;

· допустимые суточные колебания температур при центральном отоплении 30^оС, при печном отоплении не больше 60^оС;

· разница температур в вертикальном направлении от окна до противоположной стены не более 10^оС, а в горизонтальном не больше 20^оС;

· предотвращение попадания вредных продуктов горения (угарный газ) в помещения, загрязнение помещений золой и топливом.

· ограничения температур наружной поверхности приборов отопления - на нагреваемой поверхности органическая пыль начинает разлагаться при 65^оС- 70^оС, интенсивный распад происходит на поверхности с температурой свыше 80^оС;

· устройство систем отопления должна предусматривать возможность очистки и уборки оборудования.

В зданиях с постоянным пребыванием людей поддерживается равномерный тепловой режим. При периодической деятельности людей и использовании зданий возможны суточные, недельные и другие циклы изменения теплового режима.

Тепловые условия в помещениях создаются при взаимодействии поверхностей нагретых и охлажденных ограждений, материалов, приборов и оборудования, масс нагретого воздуха и холодного. Между поверхностями приборов, ограждений, материалов, оборудования и массами воздуха происходит теплообмен, в котором участвуют находящиеся в помещениях люди. На тепловые условия влияют также подвижность и влажность воздуха.

Температура воздуха в помещениях зданий жилого и служебного назначения в большей степени зависит от температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств ограждающих конструкций этих зданий. Поэтому системы отопления наземных зданий для поддержания температуры воздуха помещений должны функционировать постоянно в течение всего отопительного периода.

Постоянная работа в течение всего года с поддержанием нормативной температуры в помещении характерна для систем отопления подземных сооружений.

Периодическое включение системы отопления производят для периодического протапливания зданий до начала отопительного сезона и после его окончания при резких снижениях температуры наружного воздуха.

После завершения строительства некоторых сооружений, а также перед началом функционирования законсервированных сооружений для достижения расчетной внутренней температуры в помещениях производят натоп. Производительность натопа зависит от времени года, а также толщины материала ограждений сооружений и составляет срок от нескольких дней до нескольких месяцев. При форсированном натопе тепловая мощность системы отопления должна быть значительно больше ее эксплуатационной мощности. Если натоп осуществляют в течение длительного времени, то для него достаточно эксплуатационной мощности системы водяного отопления.

1.5 Нормативные тепловые условия для различных помещений

Нормативные тепловые условия - метеорологические условия внутренней среды помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения; комплекс физических факторов, оказывающих влияние на теплообмен человека с окружающей средой, на

тепловое состояние человека и определяющих самочувствие, работоспособность, здоровье и производительность труда.

Показатели микроклимата: температура воздуха и его относительная влажность, скорость его движения, мощность теплового излучения.

Жизнедеятельность человека может нормально протекать лишь при условии сохранения температурного гомеостаза организма, что достигается за счет системы терморегуляции и деятельности функциональных систем: сердечно-сосудистой, выделительной, эндокринной и систем, обеспечивающих энергетический, водно-солевой и белковый обмен. Для сохранения постоянной температуры тела организм должен находиться в термостабильном состоянии, которое оценивается по тепловому балансу. Тепловой баланс достигается координацией процессов теплопродукции и теплоотдачи.

Тепловые условия для жилых помещений - температура воздуха жилых помещений не должна опускаться ниже +18^оС, может доходить

до + 20^оС, а если идет речь об угловой квартире, температура воздуха может доходить до +22^оС. На лестничных площадках - не ниже +16^оС.

В больницах, поликлиниках, административных зданиях и иных офисных рабочих помещениях температура воздуха должна составлять

+20-22^оС (если воздух прогревается только до +19^оС, то согласно законодательству, рабочий день должен быть сокращен на один час. Если температура воздуха опустилась до +13^оС, то рабочий день не должен превышать одного часа. Если воздух в рабочем помещении не прогревается выше +12^оС, то работники вправе отказаться от работы).

Другие температурные режимы установлены для работников, чья профессия связана с большими физическими энергозатратами. Температура воздуха в помещении, где они работают, должна составлять + 13 - 15^оС. Этого уже достаточно, чтобы работать весь рабочий день. Отказаться работать больше одного часа люди данных профессий имеют право при температуре воздуха в помещении + 6^оС.

Законодательством закреплены нормы температуры воздуха в рабочем помещении в жаркое время года. Данные нормы относятся к рабочим помещениям всех предприятий и организаций. За нарушение данных норм к работодателю может быть применено наказание, предусмотренное ст. 6.3 КоАП РФ - штраф от 10 000 до 20 000 рублей или приостановление деятельности сроком до 90 суток. В рабочем помещении температура воздуха не должна превышать + 26,4^оС. Если в помещении воздух нагревается до + 30^оС, то рабочих день должен быть сокращен до 5 часов. Если температура воздуха достигает + 32,5^оС, то рабочий день не должен превышать одного часа.

В организме человека непрерывно вырабатывается и передается окружающей среде теплота, причем организм стремится сохранять постоянную температуру (36,6 °С). Количество вырабатываемой им теплоты различно и зависит от возраста, индивидуальных особенностей, состояния и интенсивности работы, а также теплозащитных свойств одежды. В спокойном состоянии организм взрослого человека отдает в окружающую среду около 120 Дж/с (100 ккал/ч), при тяжелой работе теплопродукция человека возрастает до 500 Дж/с и более.

Организм имеет систему терморегуляции, позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий в узком интервале температуры.

Дискомфортными называют тепловые условия, в которых находится человек, при низкой или высокой температуре окружающей среды, когда нормальное тепловое состояние человека нарушается - организм переохлаждается или перегревается.

Комфортными считают условия, в которых нормальное функциональное и тепловое состояние организма человека сохраняется без напряжения системы терморегуляции. Такие условия создают предпосылки для высокой работоспособности человека.

Допустимыми являются условия, которые при длительном воздействии на человека могут вызывать незначительные изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение системы терморегуляции. При этом состояние здоровья человека не нарушается, но возможны ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.

Комфортные и допустимые тепловые условия в помещениях определяются категориями физической работы, т.е. разграничением работы на основе общих энергозатрат человека. Физическую работу человека делят следующим образом:

· легкая (категория I) - работа, выполняемая сидя или стоя (категория 1а) либо связанная с ходьбой, не требующая систематического физического напряжения, поднятия и переноски тяжестей (категория 1б). Энергозатраты при этом не превышают 174 Дж/с (150 ккал/ч);

· средней тяжести (категория II) -связанная с постоянной ходьбой, выполняемая стоя или сидя, но не требующая перемещения тяжестей (категория Па) или требующая переноски небольших (до 10 кг) тяжестей (категория Пб). Энергозатраты составляют: при работе, отнесенной к категории Па, - от 174 до 233 Дж/с (150-200 ккал/ч), к категории Пб-от 233 до 291 Дж/с (200-250 ккал/ч);

· тяжелая (категория III) - работа, связанная с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянными перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей. Энергозатраты при этом превышают 291 Дж/с (250 ккал/ч).

Комфортные условия для людей должны быть обеспечены в части объема помещений, называемой рабочей (обслуживаемой в гражданских зданиях) зоной, т.е. в пространстве высотой до 2 м (до 1,5 м для сидящих людей) над уровнем пола.

Комфортные для человека тепловые условия определяются главным образом температурой воздуха t_в и средней температурой поверхностей, обращенных в помещение, ф_ср, поскольку подвижность и влажность воздуха обычно имеют незначительные колебания.

Благоприятность тепловых условий в помещении устанавливают по температурной обстановке, которая считается комфортной при соблюдении двух условий.

Первое условие тепловой комфортности в помещении определяет сочетание температуры воздуха и температуры его поверхностей, при которых человек, находясь в середине рабочей зоны помещения, не испытывает чувства перегревания или переохлаждения.

Комфортные тепловые условия выражает усредненная температура помещения t_п. При практических расчетах в условиях конвективного отопления за температуру помещения принимают значения температуры воздуха t_в, приведенные в СНиП и ГОСТ.

Обычно значения температуры t_п, t_в и t_R близки. Для помещений, где температуры воздуха и поверхностей заметно различаются (при лучистом или воздушном отоплении), принимают за температуру помещения, нормируемую внутреннюю температуру. Затем проверяют выполнение первого условия тепловой комфортности, используя зависимость между температурами t_в и t_R, установленную для большинства помещений гражданских зданий в холодный период года:

t_R = 1,57t_п - 0,57t_в ± 1,5.

Для выполнения первого условия тепловой комфортности необходимо, чтобы значение радиационной температуры t_R находилось в допустимых пределах, определяемых по вышепрописанной формуле.

На самочувствие человека влияют также тепловые условия, в которых находятся его голова и ноги. Голова человека особенно чувствительна к радиационному нагреванию и охлаждению.

Ноги перегреваются или переохлаждаются при соприкосновении с поверхностью нагретого или холодного пола. Потоки холодного воздуха вдоль пола могут вызывать простудные заболевания.

Второе условие тепловой комфортности в помещении определяет температуру нагретой или охлажденной поверхности, допустимую для человека, находящегося непосредственно около этой поверхности, и связано с интенсивностью лучистого теплообмена человека.

Температура поверхности холодного пола может быть ниже температуры воздуха помещений на 2-2,5°С (в производственных зданиях это требование относится к участкам с постоянными рабочими местами, если там не выполняются тяжелые работы; в общественных - к помещениям, эксплуатация которых связана с постоянным пребыванием людей). Температура поверхности нагретого пола в помещениях, предназначенных для постоянного пребывания людей, не должна превышать +26°С.

1.6 Условия комфортности в помещении

В жилых, общественных и промышленных зданиях требуется поддерживать необходимые для людей и производственных процессов метеорологические условия - определенный микроклимат.

Защита ограждений от наружных климатических воздействий недостаточна для круглогодичного обеспечения необходимых условий в помещении. Эти условия могут быть созданы искусственно, например зимой работой системы отопления. Основное требование к микроклимату - поддержание условий, благоприятных для находящихся в помещении людей.

В организме человека постоянно вырабатывается тепло, которое должно быть отдано окружающей среде. Поддержание постоянной температуры организма около 36,6°С обеспечивает физиологическая система терморегуляции. Напряжение системы терморегуляции сказывается на самочувствии и работоспособности человека.

В зависимости от физиологического и эмоционального состояния человека, его одежды, возраста, степени физической тяжести выполняемой работы и индивидуальных особенностей количество отдаваемого в окружающую среду тепла может быть различным.

В спокойном состоянии организм взрослого человека вырабатывает и отдает окружающей среде около 120 Вт (100 ккал/ч), при тяжелой работе - до 470 (400 ккал/ч), а при максимальных кратковременных нагрузках -до 1000 Вт ( 900 ккал/ч).

Степень физической тяжести выполняемой человеком работы условно определяют по интенсивности тепловыделения и считают незначительной работу, при которой тепловыделения составляют до 140 Вт (120 ккал/ч), легкой до 175 (150), средней до 290 (250) и тяжелой свыше 290 Вт (250 ккал/ч).

Если теплопродукция не равна отдаче тепла, то наблюдается накопление или дефицит тепла, приводящие к перегреву или переохлаждению организма. Система терморегуляции позволяет в определенных пределах обеспечивать баланс тепла, но ее возможности довольно ограничены.

Отдача тепла с поверхности тела человека происходит излучением (окружающим поверхностям помещения), конвекцией (воздуху) и в результате затрат тепла на испарение влаги (пота).

При обычных условиях в спокойном состоянии человек приблизительно половину тепла теряет излучением, четверть - конвекцией и четверть - испарением. При тяжелой работе основная доля теряемого тепла приходится на испарение влаги.

Интенсивность отдачи тепла человеком зависит от тепловой обстановки в помещении, которая характеризуется температурой воздуха t_B, радиационными условиями - радиационной температурой t_R и температурой t_п, размерами и расположением нагретых и охлажденных поверхностей, а также подвижностью V_B и влажностью P_в внутреннего воздуха.

Комфортными или оптимальными считаются такие сочетания этих показателей микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции.

Допустимыми являются такие метеорологические условия, при которых возникает незначительная напряженность системы терморегуляции и отмечается небольшая дискомфортность для человека тепловой обстановки в помещении.

Деятельность человека обычно связана с определенной частью объема помещения. Эту часть называют обслуживаемой или рабочей зоной. Требуемые внутренние условия должны быть обеспечены системой отопления и теплозащитой ограждений именно в этой зоне.

Тепловые условия в помещении зависят в основном от температуры воздуха и температуры поверхностей, т. е. определяются его температурной обстановкой. Основное назначение системы отопления сводится к поддержанию во всех помещениях здания в зимний период года заданных температурных условий.

Ощущение температурного комфорта зависит в определенной мере от температуры воздуха и температуры поверхностей, обращенных в помещение. Когда температуры воздуха t_B и поверхностей t_R равны, в помещении имеется температурный уровень или "температура помещения" t_n, равная этой температуре. В этих условиях t_u=t_B=t_R. Для приблизительного соблюдения условий температурного комфорта определенному понижению температуры воздуха должно соответствовать приблизительно такое же повышение температуры поверхностей.

Учитывая наличие такой связи, удобно характеризовать условия в помещении "температурой помещения", понимая под ней одинаковую температуру воздуха и поверхностей, при которой теплоотдача человеком будет такая же, как и при заданных неравных температурах воздуха и поверхностей.

Для наиболее распространенных помещений, с небольшой подвижностью внутреннего воздуха, t_n принимают приблизительно равной среднеарифметическому значению t_B и t_R.

Температурную обстановку в помещении можно определить двумя условиями комфортности.

Кроме общего теплового баланса, на тепловое самочувствие человека влияют условия, в которых находятся отдельные части тела. Особенно существенно сказываются на ощущении комфортности обстановки тепловые условия, в которых находятся голова и ноги человека. Голова человека чувствительнее к радиационному перегреву и переохлаждению, а для ног важны температура поверхности пола, с которой они непосредственно соприкасаются, и наличие холодных потоков воздуха вдоль пола.

Второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения, т. е. в непосредственной близости от этих поверхностей.

Допустимая температура нагретого пола принимается равной

22-34°С в зависимости от назначения и особенностей режима работы помещения. Температура холодного пола зимой может быть ниже температуры воздуха максимально на 2-2,5°С. Следует иметь в виду, что тепловое ощущение человека и потери тепла ногами зависят не только от температуры, но и от свойства теплоусвоения покрытия пола, о котором будет сказано ниже.

1.7 Основные конструктивные элементы системы отопления

Система отопления представляет собой совокупность конструктивных элементов, посредством которых осуществляется получение, накопление и передача теплоты во внутренние помещения здания.

Каждая система отопления включает в себя три основных элемента:

· тепловой генератор. К ним относятся: различные газовые, электрические, жидко - и твердотопливные котлы, водяные калориферы, тепловые пушки (Приложение 7, А). Котельная установка - сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) для системы отопления, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы . Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном или при местном тепло снабжении, если эта котельная локального значения (в пределах частного дома, квартала);

· теплопроводы - представляют собой сети труб или каналов. Основное назначение - передача теплоты от источника тепла к приборам отопления с помощью жидкой или газообразной среды.

Трубы для систем отопления бывают разных видов: стальные, пластиковые, металлопластиковые, медные, полипропиленовые (Приложение 7, Б).

Стальные трубы лучше всего использовать в том случае, если нужна механическая надежность и большие размеры. Они отлично подходят для отопительных систем с естественной циркуляцией. При автономном отоплении стоит выбрать другие типы труб.

Пластиковые трубы разделяют на такие типы: полимерные, полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные.

Преимуществами их являются: невысокая цена, легкая установка, отсутствие коррозии. Во время монтажа вам не нужно использовать разводные ключи, пакля и дорогая сварка. Но они имеют свои недостатки. При попадании в них горячей воды возможна их деформация. Поэтому возникает угроза того, что вмонтированные в стену трубы смогут вываливать штукатурку большими кусками.

Что бы избежать вышеперечисленных неприятных последствий, трубы из пластика покрывают не очень большим слоем алюминия. В результате таких действий получают металлопластиковые отопительные трубы. Они характеризируются гибкостью, прочностью, и совсем не меняют формы при попадании в них кипятка. Такой тип труб для отопления визуально тоньше пластиковых, хотя они имеют одинаковый внутренний диаметр. Этот эффект обеспечивается благодаря повышенной прочности труб. В случае внешнего монтажа они выглядят более эстетично и не провисают. Их недостаток - высокая цена.

Медные трубы считаются самым лучшим вариантом в отоплении. Они очень прочны. В случае замерзания в них воды, из-за текучести материала они не лопнут. Однако, их недостаткам, как и в предыдущем варианте, является высокая цена.

Полипропиленовые трубы подходят при использовании, как холодной так и горячей воды, так как они имеют высокую прочность и пластичность. Их также используют в установке системы подогрева полов;

· отопительные приборы - основное назначение - передача теплоты от источника тепла к воздуху в обогреваемом помещении (Приложение 7).

Современные системы отопления имеют принципиально иной подход к регулированию (Приложение 8) в сравнении с "классическими" - это не процесс наладки перед пуском, с последующей работой в постоянном гидравлическом режиме -это системы с постоянно изменяющимся тепловым и гидравлическим режимами в процессе эксплуатации, что соответственно требует автоматизации систем для отслеживания этих изменений и реагирования на них.

1.8 Виды отопительных приборов и их характеристика

Виды отопительных приборов определяются их конструкцией, обусловливающей способ передачи тепла (преобладать может конвективный или радиационный теплообмен) от внешней поверхности приборов в помещение. Существует шесть основных видов отопительных приборов, радиаторы, панели, конвекторы, ребристые трубы, гладкотрубные приборы и калориферы.

По характеру внешней поверхности отопительные приборы могут быть с гладкой (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы - Приложение 9, А) и ребристой поверхностью (конвекторы, ребристые трубы, калориферы - Приложение 9, Б).

По материалу, из которого изготовляются отопительные приборы, различают металлические, комбинированные и неметаллические приборы.

Металлические приборы выполняют чугунными (из серого литейного чугуна) и стальными (из листовой стали и стальных труб).

В комбинированных приборах используют бетонный или керамический массив, в котором заделаны стальные или чугунные греющие элементы (отопительные панели), или оребренные стальные трубы, помещенные в неметаллический (асбестоцементный) кожух (конвекторы).

Неметаллические приборы представляют собой бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми трубами или с пустотами вообще без труб, а также фарфоровые и керамические радиаторы.

По высоте все отопительные приборы можно подразделить на высокие (высотой более 600 мм), средние (400-600 мм) и низкие (<400 мм). Низкие приборы высотой менее 200 мм называются плинтусными.

В основном, выбор типа отопительного прибора зависит от финансовых возможностей, от необходимых технических качеств отопительного прибора, от качественности товара. Немалую роль при выборе отопительного оборудования является его тип, способ установки и условия в котором ему необходимо будет функционировать, а также и его внешний вид (Приложение 9, В).

Радиаторы чугунные секционные - широко применяемые отопительные приборы - отливаются из серого чугуна в виде отдельных секций и могут компоноваться в приборы различной площади путем соединения секций на ниппелях с прокладками из термостойкой резины. Основные достоинства чугунных секционных радиаторов - хорошо отдают тепло и выдерживают относительно высокое давление. Большой диаметр проходного отверстия и малое гидравлическое сопротивление большинства чугунных радиаторов позволяют успешно использовать их в системах с естественной циркуляцией. Минусы чугунных радиаторов - трудоемкость монтажа, не самый привлекательный внешний вид и большая тепловая инерция.

Радиатор отдает в помещение радиацией около 25% всего количества тепла, передаваемого от теплоносителя, и именуется радиатором лишь по традиции. Панель - прибор конвективно-радиационного типа относительно малой глубины, не имеющий просветов по фронту. Панель передает радиацией несколько большую, чем радиатор, часть теплового потока, однако только потолочная панель может быть отнесена к приборам радиационного типа (отдающим радиацией более 50% всего количества тепла). Отопительная панель может иметь гладкую, слегка оребренную или волнистою поверхность, колончатые или змеевиковые каналы для теплоносителя.

Алюминиевые секционные радиаторы, имеют очень хорошую теплоотдачу, низкую массу и привлекательный дизайн. К недостаткам можно отнести то, что они подвержены коррозии, которая усиливается при наличии в системе отопления гальванических пар алюминия с другими металлами.

Биметаллические секционные радиаторы (имеющие алюминиевый корпус и стальную трубу, по которой движется теплоноситель), сочетают в себе плюсы алюминиевых радиаторов - высокая теплоотдача, низкая масса, хороший внешний вид и, кроме того, при определенных условиях имеют более высокую коррозийную стойкость и обычно рассчитаны на большее давление в системе отопления. Их основной минус - высокая цена. Благодаря тому, что эти радиаторы способны выдержать большое давление, они могут использоваться в городских квартирах.

Колончатые радиаторы, представляют собой два отдельно изготовленных коллектора (верхний и нижний), связанных между собой вертикальными "колонками".

Конвекторы представляют собой кожух с конструкцией из металлических трубок, на которых имеется оребрение в виде напрессованных или наваренных пластин. Колончатые и панельные приборы, а также конвекторы производятся в видетипоразмерного ряда, что позволяет выбрать модель с оптимальными (для конкретного помещения) мощностными характеристиками.

Стальные панельные радиаторы, наиболее часто используются при индивидуальном отоплении. Стальные панельные радиаторы обладают небольшой тепловой инерцией, а значит, с их помощью легче осуществлять автоматическое регулирование температуры в помещении. Такое широкое распространение они получили благодаря сравнительно невысокой стоимости и множеству вариантов по высоте, длине, глубине и тепловой мощности. В соответствии с российскими СНиП давление при испытании приборов отопления должно превышать рабочее в 1,5 раза, что и происходит перед началом каждого отопительного сезона во время опрессовки систем отопления.

Современные отопительные приборы, предназначенные для установки в ванных комнатах и прихожих, являются самыми многочисленными по количеству предлагаемых моделей, размеров, цветов и их сочетаний.

Для помещений с особыми требованиями к чистоте воздуха, например, больничных палат, предлагаются радиаторы с возможностью их легкой очистки от пыли, представляющие собой параллельные панели сосвободным пространством между ними. Существуют также приборы, крепления и подключение к системе отопления которых позволяют откинуть от стены действующий радиатор для очистки от пыли его задней стенки.



1.9 Требования к отопительным приборам

К отопительным приборам предъявляются несколько видов требований.

Санитарно-гигиенические требования. Относительно пониженная температура поверхности, ограничение площади горизонтальной поверхности приборов для уменьшения отложения пыли, доступность и удобство очистки от пыли поверхности отопительных приборов и пространства вокруг них.

Экономические требования. Относительно пониженная стоимость прибора, экономный расход металла на прибор, обеспечивающий повышение теплового напряжения металла.

Архитектурно-строительные требования. Соответствие внешнего вида отопительных приборов интерьеру помещений, сокращение площади помещений, занимаемой приборами. Отопительные приборы должны быть достаточно компактными, т.е. их строительные глубина и длина, приходящиеся на единицу теплового потока, должны быть наименьшими.

Производственно-монтажные требования. Механизация изготовления и монтажа приборов для повышения производительности труда.

Эксплуатационные требования. Управляемость теплоотдачи отопительных приборов, зависящая от их тепловой инерции. Температурная устойчивость и водонепроницаемость стенок при предельно допустимом в рабочих условиях (рабочем) гидростатическом давлении внутри приборов.

Теплотехническое требование. Обеспечение наибольшего теплового потока от теплоносителя в помещения через единицу площади отопительного прибора при прочих равных условиях (расход и температура теплоносителя, температура воздуха, место установки). Для выполнения этого требования прибор должен обладать повышенным значением коэффициента теплопередачи k_пр.



1.10 Правильность расстановки отопительных приборов и повышение их эффективности

Рассчитав количество теплоты, которое необходимо помещению определенной площади, можно подобрать количество и тип обогревателей (тепловых приборов).

В среднем, комнате с одной наружной стеной и одним окном для отопления 1 кв.м. необходимо не менее 100 Вт тепловой мощности радиатора. Если в комнате две наружные стены и одно окно, то для 1 кв.м. площади требуется не менее 120 Вт, а если две наружных стены и два окна, то не менее 130 Вт.

Тепловые приборы, применяемые для водяного отопления, могут быть трех типов.

Первый тип - это радиаторы, имеющие относительно большой обьем теплоносителя и вмещающие много горячего теплоносителя. Они отдают большую часть тепла в виде излучения (так называемый - каминный эффект).

Второй тип - это конвекторы, осуществляющие теплоотдачу за счет пропускания через себя воздуха. Внутри конвектора движется вода, которая нагревает ребристую поверхность и воздух проходящий снизу вверх.

Третий тип - приборы совмещающий оба типа. В их панели (обычно плоские) поступает большая масса теплой воды, в тоже время у них есть ребристые поверхности, которые омываются воздухом. Наиболее распространены радиаторы.

При обогреве помещений с помощью радиаторов у нас всегда есть выбор:

* установить небольшие радиаторы и увеличить теплоотдачу от них, повышая температуру теплоносителя (высокотемпературное отопление);

* при той же теплоотдаче увеличить размеры радиатора, но получить более низкую температуру его поверхности (низкотемпературное отопление).

В первом случае радиаторы раскалены. У такой системы отопления не будет запаса регулирования. Если температура на радиаторе высокая, то начинается разложение органической пыли присутствующей в любом помещении. При низкотемпературном отоплении радиаторы теплые, но в комнате тепло.

Для повышения эффективности тепловых приборов их устанавливают в наиболее холодных местах - под окнами и у глухих наружных стен (Приложение 10). Окна - это те слабые места, где теплоизоляция "не справляется", ведь теплопроницаемость окон ниже, чем стен. Эффективность максимальна, если радиатор отдает расчетную мощность полностью в комнату. Количество, отдаваемое радиатором тепла, зависит от движения воздуха вокруг него.

Если радиатор помещен в нишу под окном и закрыт глухим декоративным экраном, воздух не сможет эффективно забрать у него тепло, и теплоноситель унесет свое тепло в другое помещение (Приложение 10, А).

Если радиатор слишком придвинут к стене, то значительная часть тепла уйдет на нагрев этой стены, а значит - улицы. Крепить радиаторы надо на некотором расстоянии от стены, чтобы обеспечить движение воздуха, отнимающего тепло у задней стенки радиатора (Приложение 10, Б).

Затрудненный доступ воздуха к радиатору уменьшает его эффективность.

Всегда полезно между радиатором и стеной установить теплоотражающий экран, например из оцинкованной жести или фольгированного пеноматериала - это увеличит количество отдаваемого тепла (до 40%) (Приложение 10, А). Обязательное условие применение отражающей изоляции это наличие воздушного зазора в 20…30 мм между отражателем и излучающей поверхностью и расположение отражающей поверхности со стороны источника тепла.

Глухой экран перед батареей, поднятый над полом на четверть высоты батареи и совершенно открытый сверху, позволяет увеличить на 5…10% теплосъем благодаря интенсивному движению воздуха между батареей и экраном (Приложение 10, А).

Длина радиатора под окном должна иметь длину 0,7…0,85 от длины окна. Поэтому при широких окнах, скорее всего, понадобятся радиаторы малой высоты (но длинные), а при узких окнах - высокие.

1.11 Методика теплового расчёта отопительных приборов

Тепловой расчет приборов заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности каждого отопительного прибора, обеспечивающей необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение. Расчет проводится при температуре теплоносителя, устанавливаемой для условий выбора тепловой мощности приборов. Для теплоносителя воды это максимальная средняя температура воды в приборе, связанная с ее расходом.

Тепловая мощность прибора - его расчетная теплоотдача Q_np, определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении.

Площадь теплоотдающей поверхности зависит от принятого вида прибора, его расположения в помещении и схемы присоединения к трубам. Эти факторы отражаются на значении поверхностной плотности теплового потока прибора.

Если поверхностная плотность теплового потока прибора q_np, Вт/м² известна, то теплоотдача отопительного прибора Q, Вт, должна быть пропорциональна площади его нагревательной поверхности:

Q_пр=q_прA_p



Расчетная площадь А_р, м², отопительного прибора независимо от вида теплоносителя определяется по формуле:

Ap=Q_np/q_np,

где -Q_np - требуемая теплоотдача прибора в рассматриваемое помещение (Q_пp=Q_п - µ_трQ_тр);

-Q_п - теплопотребность помещения, Вт;

-Q_тр - суммарная теплоотдача проложенных в пределах помещения нагретых труб стояка (ветви) и подводок, к которым непосредственно присоединен отопительный прибор, а также транзитного теплопровода, если он имеется в помещении, Вт;

-µ_тр - поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении (µ_тр составляет при прокладке труб: открытой -- 0,9, скрытой в глухой борозде стены -- 0,5, замоноличенной в тяжелый бетон -- 1,8 (возрастание теплоотдачи обгоняется увеличением площади теплоотдающей поверхности)).

Суммарную теплоотдачу теплопроводов Q_тр, Вт, находят по формуле:

Q_тр=µ k_тр*µ*d_н*l*(t_г-t_в),

-где k_тр, d_н, l - соответственно коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*°С), наружный диаметр (м) и длина (м) отдельных теплопроводов;

-t_г и t_в - соответственно температура теплоносителя и воздуха в помещении, °С.

Теплоотдачу теплопроводов можно определить приближенно по формуле:



Q_тр=q_в•l_в+q_г*l_г.

Длина секционных радиаторов зависит от числа секций, составляющих приборы.

Число секций радиаторов определяют по формуле:

N = (A_p/a₁) (µ₄/µ₃),

где -а₁- площадь одной секции, м², типа радиатора, принятого к установке в помещении;

-µ₄ - поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении;

-µ₃ - поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе (µ₃ - 1,0 при А_р= 2,0 м²), который для радиаторов типа М-140 вычисляется по формуле: µ₃ = 0,97 + 0,06 / А_р.

Секционные радиаторы проходят тепловые испытания при площади отопительного прибора около 2,0 м², т.е. в составе семи -- восьми секций, поэтому полученное значение коэффициента теплопередачи справедливо только для радиаторов именно таких размеров.