Методические указания к практическим занятиям по отоплению

Министерство образования Российской Федерации ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим занятиям по отоплению для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» Составитель Тюменцев А.Г.

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ – 2000

В методических указаниях приведены задания к практическим занятиям по отоплению, основные расчетные формулы со ссылками на нормативную и справочную литературу. Методические указания рекомендуются кафедрой теплогазоснабжения, вентиляции и теплотехники для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» всех форм обучения для выполнения ими практических занятий по отоплению. Методические указания составил кандидат технических наук, доцент Тюменцев А.Г. Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры 17 мая 2000 г., протокол № 21. Рецензент – доктор технических наук, профессор Калашников М.П., заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция и теплотехника».

ГСОП = (tв – tот.пер.) z от.пер..

Расчет теплопотерь помещениями производственного здания Рассчитать теплопотери помещениями производственного здания (рис. 1). Расчетная температура внутреннего воздуха в ремонтно-механическом цехе (помещение 1) tв=16о С, в гараже (помещение 2) 12о С. Размеры ворот 4х3 м, размеры окон 3х 2 м. Полы неутепленные по грунту. Высота от внешней поверхности пола по грунту до верха конструкции бесчердачного покрытия составляет 6 м. Здание расположено в г. Улан-Удэ. Толщина наружных стен 300 мм.

Рис. 1. План производственного здания

Из СниП [1] выписываем расчетные температуры наружного воздуха: наиболее холодной пятидневки tн обеспеченностью 0,92, среднюю температуру tот.пер. периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8о С и продолжительность этого периода z от.пер. Определяем градусо-сутки отопительного периода по формуле: 3

(1)

По таблице 1б СниП [2] определяем приведенное сопротивление теплопередаче R отр , м2.о С/Вт, для наружных стен, покрытий и окон. Приведенное сопротивление теплопередаче неутепленных полов на грунте определяем по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам [3]. Требуемое сопротивление теплопередаче R отр ворот принимаем в размере 0,6 . R отр стены здания, определенного по формуле (1) СниП [2] при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92. Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м2 . оС), определяем по формуле: 1 К = тр . (2) Rо Определение потерь тепла каждым помещением в отдельности производят с учетом основных и добавочных потерь тепла путем суммирования потерь тепла через отдельные наружные ограждающие конструкции, рассчитанных по формуле: Q = K ⋅ F (tв − tн ) ⋅ n ⋅ (1 + ∑ β ) , (3)

где К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, определенный по формуле (2); F - расчетная площадь ограждающей конструкции, м2, вычисленная после ее обмера в соответствии с правилами обмера [4, с. 91; 5, с. 35]; n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [2, табл. 3]; β - добавочные теплопотери в долях от основных теплопотерь [3, прил. 9]. Расчет теплопотерь сводится в таблицу 1. 4

Таблица 1

Расчетное циркуляционное давление в системах водяного отопления

Расчет теплопотерь № помещения, его наименование и температура воздуха 1

Наружные ограждения помещения

Коэффициент теплопередачи К,

наименование

ориентация

размеры, м

площадь, м2

(tв-tн)n, С

Bm м 2 ⋅о С

2

3

4

5

6

7

о

Продолжение таблицы 1 Добавочные теплопотери β в долях, учитывающие ориентацию ограждения

инфильтрацию

наличие входных наружных дверей

Множитель, учитывающий добавочные теплопотери (1+ Σβ)

8

9

10

11

Теплопотери, Вт ограждений

помещений

12

13

Добавочные потери тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего путем инфильтрации в помещение, следует определять расчетом [3, прил. 10]. Для данного здания допускается теплопотери на инфильтрацию принимать в размере 0,1 от основных для вертикальных поверхностей.

5

В системе водяного отопления расчетный перепад давлений для создания циркуляции воды ∆Рр определяется по формулам: в насосной вертикальной однотрубной системе при качественном регулировании теплоносителя: ∆Рр = ∆Рн + ∆Ре; (4) в насосной вертикальной однотрубной системе при автоматическом качественно-количественном регулировании теплоносителя: ∆Рр = ∆Рн + 0,7∆Ре ; (5) в насосных двухтрубной и горизонтальной однотрубной системах: ∆Рр = ∆Рн + 0,4∆Ре; (6) в гравитационной системе: ∆Рр = ∆Ре, (7) где ∆Рн - перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом для обеспечения необходимого расхода воды в системе; ∆Ре - естественное циркуляционное давление: ∆Ре = ∆Ре.пр. + ∆Ре.тр,. (8) где ∆Ре.пр - естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в отопительных приборах; ∆Ре.тр - естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в трубах. В вертикальной однотрубной системе при N приборах в стояке, входящем в расчетное кольцо, ∆Ре.пр., Па, определяется по формуле: n β ⋅g ΔΡе. пр. = (t г − t o ) Σ(Q п.i hi ) , (9) Q ст где Qп.i - теплопотери i-го помещения, Вт; Qcт = ΣQn.i - тепловая нагрузка стояка, Вт; β - среднее приращение плотно6

сти воды при понижении температуры воды на 1оС, кг/(м3 . С) – табличное значение [5, табл. 10.4]; hi - вертикальное расстояние между условными центрами: охлаждения в стояке для i-го - прибора и нагревания (ось элеватора); tг температура горячей воды в системе отопления, tо - температура охлажденной воды в системе отопления, оС; g - ускорение свободного падения, м/с2. Перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом ∆Рн при зависимом присоединении системы отопления со смешением в элеваторе выбирается исходя из располагаемой разности давлений в наружных подающем и обратном теплопроводах и коэффициента смешения элеватора [5, рис. 10.19; 4, формула 6.20], при типовом проектировании по формуле: ∆Рн = 100 Σl, (10) где Σl - длина основного циркуляционного кольца системы отопления, м. В насосных системах отопления допускается не учитывать ∆Ре, если оно составляет менее 10% от ∆Рн. Определить естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах для стояков 1 и 2 (рис. 2). Отопительные приборы – чугунные радиаторы МС-140-108. Естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах в двухтрубной системе ∆Ре.пр., Па, определяется по формуле: ∆Ре.пр. = h (γо - γг) = hg(ρо - ρг) ≈ β.g. h(tг – tо), (11) где h - вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения в отопительном приборе и нагревания в системе, м; γо - удельный вес охлажденной воды, Н/м3; γг - удельный вес горячей воды, Н/м3, ρ - плотность воды, кг/м3. о

7

Рис. 2. Однотрубные П-образные проточно-регулируемые стояки с нижней разводкой

Определить естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах для приборов 1-3 этажей двухтрубного стояка (рис. 3). Отопительные приборы – чугунные радиаторы МС140-108. Естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в трубах ∆Ре.тр, Па, находят по формуле: n

n

(12) ∆Ре.тр. = Σ hi(γi+1 – γi) ≈ β.g. Σ hi(ti – ti+1), где N - число участков в кольце; hi - вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения i-го участка и нагревания, м; γi, γi+1 - удельный вес воды, Н/м3, при температуре в начале ti и в конце ti+1 того же участка.

8

б Рис. 4. Расчетные схемы подающего трубопровода: а – с верхней разводкой; б – с нижней разводкой

Гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления

Рис. 3. Двутрубный стояк с нижней разводкой с односторонним подключением приборов к стояку

Определить естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в трубопроводах (рис. 4).

Произвести гидравлический расчет основного (расчетного) циркуляционного кольца системы отопления (рис. 5) с чугунными секционными радиаторами МС-140-108. Трубы стальные водогазопроводные (ГОСТ 3262-75*) легкие.

Рис. 5. Схема двухтрубной системы отопления с нижней разводкой.

а 9

10

Рис. 6. Расположение элеваторного угла в подвале

Целью гидравлического расчета трубопроводов системы отопления является выбор таких диаметров трубопроводов для наиболее протяженного и нагруженного циркуляционного кольца системы, по которым при располагаемом перепаде давлений в системе обеспечивается пропуск заданных расходов теплоносителя. В системе отопления, изображенной на рис. 5, имеются две ветки, длина которых примерно одинакова. Расчетное циркуляционное кольцо находится в ветке с большей тепловой нагрузкой. В насосной двухтрубной системе отопления с тупиковым движением воды расчетным кольцом считается кольцо через нижний наиболее нагруженный прибор стояка, наиболее нагруженного и удаленного от теплового пункта. Расчетное циркуляционное кольцо разбивается на расчетные участки. Расчетным участком является такой участок трубопровода, по которому проходит постоянный расход воды и диаметр которого постоянен. Границами участков являются тройники и крестовины. 11

Расчет сводится в табл. 2, которая заполняется следующим образом. Графа 1. Нумеруются участки как подающей, так и обратной магистрали. Графа 2. На схеме системы отопления (рис. 5) над условным знаком отопительного прибора проставлена тепловая нагрузка отопительного прибора. Тепловая нагрузка расчетного участка определяется тепловой нагрузкой приборов, обслуживаемых этим участком. Графа 3. Расход воды на участке G, кг/ч, определяем по формуле: 0,86 ⋅ Q G= β1 β 2 , (13) tг − tо где Q - тепловая нагрузка участка, Вт; β1 - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины [3, табл. 1 прил. 12; 5, табл. 9.4]; β2 - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений [3, табл. 2 прил. 12; 5, табл. 9.5]. Таблица 2 Гидравлический расчет трубопроводов № участка

Тепловая нагрузка участка Q, Вт

Расход воды на участке G, кг/ч

Длина участка l, м

Диаметр трубы Ду, мм

Скорость воды υ, м/с

1

2

3

4

5

6

12

Удельная потеря давления на трение R, Па/м 7

Продолжение таблицы 2 Потеря давления на трение R . l, Па

Сумма коэф. местных сопротивлений на участке Σξ

Динамическое давление

8

9

10

Рд, Па

Потеря давления в местных сопротивлениях Z=Pд. Σξ, Па

Суммарная потеря давления на участке Rl+Z, Па

11

12

Местные сопротивления, коэф. местных сопротивлений 13

Графа 4. Длина участка определяется с точностью до 0,1 м. Затем определяем общую длину трубопроводов расчетного циркуляционного кольца Σl и по формуле 10 определяем перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом ∆Рн . По формуле 6 определяем ∆Рр .Определяем ориентировочное значение Rср, Па/м, удельной потери давления на трение: 0,9 ⋅ х ⋅ ΔΡр R ср = , (14) Σ⋅l где 0,9 – коэффициент, показывающий, что 10% от ∆Рр. идет в запас на неучтенные потери давления; х=0,65 – доля потерь давления на трение для систем водяного отопления с искусственной циркуляцией. Графы 5-7. По таблицам [5, табл. П.1-П.2 прил. П]в зависимости от Rср. и расхода воды на участке G определяем диаметры трубопроводов Ду, скорости υ воды и удельные потери давления на трение R. Следует учитывать, что скорости движения воды в трубопроводах не должны превышать допустимых значений [3, прил. 14]. Диаметр трубо13

проводов, соединяющих элеватор с системой, должен подбираться исходя из удельной потери давления 20-40 Па/м [6]. Графа 9. К местным сопротивлениям относятся вентили, пробковые краны, трехходовые краны, тройники, крестовины, отводы и другие фасонные части и арматура. Коэффициенты местных сопротивлений определяются по таблицам [5, прил. П, табл. П.10-П.20]. Значения коэффициентов местных сопротивлений тройников и крестовин относят к тем участкам трубопроводов, по которым проходит разделенный поток, т.е. к участкам с меньшим расходом. В графе 13 условными знаками указываются величины коэффициентов местных сопротивлений. Графа 10. Величина динамического давления определяется по таблице [5, прил. П табл. П.13] в зависимости от скорости движения воды при Σ ξ=1. После определения потерь давления на участках (графа 12) определяется суммарная потеря давления в расчетном циркуляционном кольце, состоящем из N последовательно соединенных участков

N

Σ ( R ⋅ l + Ζ ) и сравнивается с 1

располагаемым перепадом давления. Должно выполняться равенство: N

Σ ( R ⋅ l + Ζ ) ≈ 0,9 ⋅ ΔΡ

р

.

(15)

1

После определения диаметров трубопроводов расчетного циркуляционного кольца производится гидравлический расчет трубопроводов остальных веток системы отопления и определяется невязка, %, в потерях давления в отдельных ветках по формуле:

14

N

Σ ( R ⋅ l + Ζ ) − Σ( R ⋅ l + Ζ ) 1

общ . уч .

− Σ( R ⋅ l + Ζ ) в

N

Σ ( R ⋅ l + Ζ ) − Σ( R ⋅ l + Ζ )

⋅100 ,

(16)

общ . уч .

1

где

N

Σ (R ⋅ l + Ζ) -

суммарная потеря давления в рас-

1

четном циркуляционном кольце, Па; Σ( R ⋅ l + Ζ ) общ . уч . - потери давления в общих участках, входящих в состав сравниваемых колец или ветвей системы отопления, Па; Σ( R ⋅ l + Ζ ) в - потери давления, Па, в той ветке системы отопления, потери давления в которой сравниваются с потерями давления в расчетном циркуляционном кольце. Невязка в расчетных потерях давления для систем водяного отопления при тупиковой разводке трубопроводов не должна превышать 15% [3, п. 3.33]. Увязка потерь давления производится за счет изменения диаметров трубопроводов на отдельных участках как подающего, так и обратного трубопроводов. Гидравлический расчет однотрубной системы водяного отопления

Произвести гидравлический расчет основного циркуляционного кольца системы отопления (рис. 7) с чугунными секционными радиаторами МС-140-108. Трубы стальные водогазопроводные (ГОСТ 3262-75*) легкие. Определить диаметр стояков 2 и 5.

Рис. 7. Схема однотрубной системы отопления с нижней разводкой.

В насосной вертикальной однотрубной системе с тупиковым движением воды за расчетное циркуляционное кольцо принимается кольцо через наиболее нагруженный стояк из удаленных от теплового пункта. В однотрубных системах водяного отопления потери давления в стояках должны составлять не менее 70% общих потерь давления в циркуляционных кольцах без учета потерь давления в общих участках [3, п. 3.31]. При гидравлическом расчете промежуточных стояков могут применяться составные стояки из труб разного диаметра для увязки потерь давления. При невозможности увязки потерь давления путем изменения диаметра труб стояки диафрагмируют. Диаметр диафрагмы, мм, определяют по формуле: ⎛ G2 d д = 3,54⎜⎜ ст ⎝ ΔР д

15

16

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

0,25

,

(17)

где Gст - расход воды в стояке, кг/ч; ∆Рд - необходимые для увязки потери давления в диафрагме, Па. Гидравлическую увязку промежуточных стояков можно осуществлять, устанавливая на этих стояках балансировочные клапаны.

Расчет сводится в таблицу 3. Таблица 3 Расчет отопительных приборов (в однотрубном стояке) № прибора по ходу воды

Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов в однотрубном стояке системы водяного отопления

Определить число секций чугунного секционного радиатора МС-140-108, установленного в стояке 1 (рис. 7). Температуру внутреннего воздуха, диаметр трубопроводов и расстояние до строительных конструкций принять по рис. 8.

Тепловая нагрузка прибора Qп., Вт

Температура воздуха в помещении tв, о С

Сумма тепловых нагрузок приборов до данного прибора ΣQп, Вт

Сумма дополнительной теплоотдачи труб и приборов до данного помещения

Разность температур ∆tср, о С

2

3

ΣQтр,

4

Расчетная плотность теплового потока qпр, Вт/м2

Вт 1

Экспериментельные числовые показатели

5

6

п

р

7

8

9

Продолжение таблицы 3

Рис. 8. Однотрубный проточно-регулируемый П-образный стояк с двухсторонним подключением отопительных приборов к стояку и смещенными обходными участками.

17

Теплоотдача 1 м вертикальных труб q в, Вт/м

Теплоотдача 1 м горизонтальных труб qг, Вт/м

10

11

Теплоотдача теплопроводов, открыто проложенных в помещении Qтр, Вт 12

Расчетная площадь отопительного прибора Ар, м2

13

Число секций чугунного радиатора по расчету N

к установке Nуст.

14

15

Средняя температура воды в отопительном приборе с тепловой нагрузкой Qп, Вт, присоединенном к вертикально18

му однотрубному стояку в жилых и общественных зданиях, определяется по формуле: 0,5 ι ( ΣQ п + ΣQ тр + ⋅ Q п ) ⋅ 3600 α t ср. = t г − ΣΔt м − , (18) с ⋅ G ст где Σ∆tм - суммарное понижение температуры воды, оС, на участках подающей магистрали от начала системы до рассматриваемого стояка [5, с. 45]; ΣQп - сумма расчетных тепловых нагрузок приборов, Вт, расположенных по направлению движения воды в стояке до рассматриваемого отопительного прибора; ΣQ’ тр - сумма дополнительной теплоотдачи, Вт, труб и приборов до рассматриваемого помещения (для одного открыто проложенного этажестояка принимается в размере 115 Вт); α - коэффициент затекания воды в отопительный прибор [5, табл. 9.3]; Gст - расход воды в Дж стояке, кг/ч, определенный по формуле 13; с=4187 кг ⋅ К удельная массовая теплоемкость воды. Расчетная плотность теплового потока отопительного прибора qпр, Вт/м2, определяется по формуле: 1+ п

p

⎛ Δt ср ⎞ ⎛G ⎞ ⎟ ⋅ ⎜ пр ⎟ , (19) q пр = q ном ⎜⎜ ⎟ ⎜ 360 ⎟ ⎝ 70 ⎠ ⎝ ⎠ где ∆tср=tср-tв, оС, - разность между средней температурой воды в приборе и температурой воздуха в помещении; п, р экспериментальные числовые показатели, принимаются по таблице [5, табл. 9.2] в зависимости от типа отопительного прибора, направления движения и расхода теплоносителя; Gпр – расход воды через отопительный прибор, кг/ч; qном номинальный тепловой поток прибора, Вт/м2, определяется по формуле: Q ну , (20) q ном = А 19

где Qну - номинальный тепловой поток прибора, Вт [5, прил. Х, табл. Х.1]; А – площадь нагревательной поверхности прибора, м2 (для чугунного секционного радиатора берется площадь одной секции) [5, прил. Х, табл. Х.1]. Теплопередача открыто проложенных в рассматриваемом помещении теплопроводов определяется по формуле: (21) Qтр=qв.lв+qг.lг , где qв и qг - теплоотдача одного метра вертикальных и горизонтальных труб, Вт/м [5, табл. П.22], принимается в зависимости от диаметра и ∆tср; lв, lг - длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения, м. Расчетная площадь отопительного прибора, м2, определяется по формуле: Q п − 0,9 ⋅ Q тр Ар = , (22) q пр где 0,9 – поправочный коэффициент, учитывающий долю теплопередачи открыто проложенных в помещении теплопроводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении. Число секций в чугунном радиаторе определяется по формуле: Ар β4 N = ⋅ (23) А β3 где А – площадь одной секции, м2, типа радиатора, принятого к установке в помещении; β4 - поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении [5, табл. 9.12]; β3 - поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе. Для радиаторов типа М-140 β3 определяется по формуле: 0,06 β 3 = 0,97 + . (24) Ар 20

Если расчетное число секций по формуле 23 получается не целое, то к установке принимается ближайшее большее число секций Nуст. Для радиаторов стальных панельных колончатых типоразмер радиатора выбирается непосредственно по значению Ар, необходимость в графе 15 отпадает, а в графе 14, обозначенной «тип радиатора», пишется подобранный тип радиатора, например, РСВ1-5. Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов в двухтрубном стояке системы водяного отопления

Определить число секций чугунного секционного радиатора МС-140-108, установленного в стояке 1 (рис. 5). Температуру внутреннего воздуха, диаметр трубопроводов и расстояние до строительных конструкций принять по рис. 9.

Расчет сводится в таблицу 4. Таблица 4 Расчет отопительных приборов (в двухтрубном стояке) № помещения, температура воздуха

Тепловая нагрузка прибора Qп, Вт

Разность температур ∆tср, оС

1

2

3

Экспериментальные числовые показатели п р с

4

5

6

Расчетная плотность теплового потока qпр, Вт/м2 7

Продолжение таблицы 4 Теплоотдача 1м вертикальных труб qв, Вт/м

Теплоотдача 1 м горизонтальных труб qг, Вт/м

8

9

Теплоотдача теплопроводов, открыто проложенных в помещении Qтр, Вт 10

Расчетная площадь отопительного прибора Fр, м2 11

Число секций чугунного радиатора по расчету Nр

к установке Nуст.

12

13

Средняя температура воды в отопительном приборе, присоединенном к стояку двухтрубной системы отопления, определяется по формуле: t ср = 0,5[t г − ( ΣΔt м + ΣΔt п.ст . ) + t о ] , (25)

Рис. 9. Двухтрубный стояк системы водяного отопления с нижней разводкой с двухсторонним подключением отопительных приборов к стояку

где tг и tо - то же, что в формуле 9; Σ∆tм - то же, что в формуле 18; Σ∆tп.ст. - суммарное понижение температуры воды 21

22

на участках подающего стояка от магистрали до рассчитываемого прибора, оС, определяется по формуле: N q в .i ⋅ l уч . i ΣΔt п.ст . = Σ β1 β 2 (26) i =1 c ⋅ G уч .i где qв.i - теплоотдача 1 м вертикальной трубы, Вт/м, на i-м участке подающего стояка, принимается в зависимости от диаметра участка подающего стояка, разности температуры теплоносителя tг и окружающего воздуха tв [5, табл. П.22]; ℓуч.i - длина i-го участка подающего стояка, м; Gуч.i - расход воды, кг/ч, на i-м участке подающего стояка. Расчетная плотность теплового потока отопительного прибора qпр, определяется по формуле: 1+ п

p

⎛ Δt ср ⎞ ⎛G ⎞ ⎟ ⋅ ⎜ пр ⎟ ⋅ c , q пр = q ном ⎜⎜ (27) ⎟ ⎜ 360 ⎟ 70 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ где ∆tср = tср – tв , оС- разность между средней температурой воды в приборе и температурой воздуха в помещении; п, р, с – экспериментальные числовые показатели, принимаются по таблице [5, табл. 9.2] в зависимости от типа отопительного прибора, схемы присоединения прибора и расхода воды через отопительный прибор Gпр., кг/ч; qном - номинальный тепловой поток прибора, Вт/м2, определяется по формуле 20. Теплоотдача открыто проложенных в рассматриваемом помещении теплопроводов определяется по формуле 21. Расчетная площадь отопительного прибора определяется по формуле 22. Число секций в чугунном радиаторе определяется по формуле 23.

23

Расчет и подбор элеватора

Подобрать водоструйный элеватор для системы отопления здания, имеющего тепловую нагрузку Qзд=100 000 Вт. Перепад давлений, создаваемый элеватором, ∆Рн=10кПа. Температура воды во внешней тепловой сети t1=150 оС, температура воды в подающем трубопроводе системы отопления tг=115 оС, температура воды в обратном трубопроводе системы отопления tо=70 оС. Отопительные приборы – радиаторы МС-140-108 (β 1=1,04; β2=1,02). Диаметр горловины водоструйного элеватора dг, см, определяется по формуле: G 0 ,5 d г = 1,55 c0,25 , (28) ΔР н где Gc - расход воды в системе отопления, определенный по формуле 13 и выраженный в т/ч; ∆Рн - насосное циркуляционное давление для системы отопления, выраженное в кПа. По вычисленному значению диаметра горловины подбирают [6, табл. 24.4; 4, с. 246] номер элеватора, имеющего диаметр горловины, ближайший меньший к полученному по формуле 28. Коэффициент смешения элеватора определяется по формуле: t −t (29) u= 1 г . tг − tо Диаметр сопла элеватора определяется с точностью до 0,1 мм с округлением в меньшую сторону по формуле: d dс = г . (30) 1+ u Диаметр сопла следует принимать не менее 3 мм [7]. Необходимая для действия элеватора разность давлений в наружных теплопроводах при вводе их в здание ∆Рт, кПа, определяется по формуле: 24

ΔР т = 1,4 ⋅ ΔР н ⋅ (1 + u ) 2 .

(31)

Подбор отопительной печи

Определить правильность выбора отопительной печи ПТО-3300 для отопления помещения в одноэтажном здании (рис. 10). Теплопотери помещения Qп=3200 Вт, высота помещения 3 м, окно имеет размеры 2х2 м, дверь – 0,9х2 м. Для выбранной печи определяют амплитуду колебаний температуры воздуха в помещении: 0,7 ⋅ М ⋅ Q ср (32) Аt = ≤ 3о С , ΣΒF где М – коэффициент неравномерности теплоотдачи печи, принимается по техническим данным печи, для ПТО-3300 М=0,3; Qср - средняя теплоотдача печи, Вт; В – коэффициент теплопоглощения наружных и внутренних поверхностей в помещении, Вт/(м2 . оС); F – площадь соответствующих поверхностей, м2, принятая по внутренним размерам. ΣВF определяется по формуле: ΣΒF = Βнс ⋅ Fнс + Βвс ⋅ Fвс + Βпт ⋅ Fпт + Βпл ⋅ Fпл + Βок ⋅ Fок + Βдв ⋅ Fдв (33) Значения коэффициента теплопоглощения В можно принимать, Вт/(м2 . оС), по данным 3-го издания справочника [5]: для наружных стен – 5,2; для внутренних стен – 5,0; для потолка – 3,63; для пола – 2,99; для окон в двойных переплетах – 2,68; для деревянных внутренних дверей – 2,91. Если величина Аt > 3 оС, то выбирают другую печь с меньшим коэффициентом М, но с такой же теплоотдачей.

25

Рис. 10. План помещения для подбора отопительной печи

Расчет поверхности нагрева отопительных приборов из гладких труб

Определить поверхность нагрева отопительного прибора из труб диаметром 108х4 мм. Тепловая нагрузка прибора Q = 5 кВт, температура внутреннего воздуха tв = 16 оС. Параметры теплоносителя: tг = 150 оС, tо = 70 оС. Теплоотдачу подводок и магистралей не учитывать. Длина прибора ограничивается расстоянием между колоннами здания – 6 м. В системах отопления в качестве отопительных приборов применяются гладкие трубы с диаметром от 32 до 150 мм. Площадь поверхности таких приборов, м2, определяется [8] по формуле: Q , (34) F= К (t ср − t в ) где Q - тепловая нагрузка прибора, Вт; К – коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/(м2 оС), принимается по табл. 5; tср - средняя температура теплоносителя, оС; tв – температура воздуха в помещении, оС. 26

Отопительные приборы из гладких труб обычно подключают к магистралям или стоякам по двухтрубной схеме. Средняя температура воды в приборе при этой схеме определяется по формуле 25. Для пара средняя температура теплоносителя равна температуре пара. Таблица 5 Значение коэффициента теплопередачи отопительного прибора, Вт/(м2 оС) Отопительные приборы

Трубы стальные при диаметре одной трубы 38-100 мм 125-150 мм Регистр из нескольких труб (одна над другой)

Если эта длина трубы неприемлема по условиям размещения отопительного прибора, то принимают больший диаметр трубы и вычисляют F и ℓ. Если полученная новая длина трубы также неприемлема, то переходят к регистру из нескольких труб и вычисляют F, а затем длину труб по формуле: F l= , (36) п ⋅π ⋅ d где п – число труб по высоте. Расчет отопительного прибора электрического отопления

Вода при (tср-tв), оС Пар 60-70

70-80

свыше 80

12,2 12,2

12,8 12,2

13,4 12,2

13,9 13,4

10,5

10,5

10,5

12,8

При установке стальных труб сначала принимают один ряд труб по высоте, задаются диаметром трубы и определяют площадь поверхности нагрева F, затем вычисляют длину трубы ℓ, м, по формуле: F l= , (35) πd где d – наружный диаметр трубы, м. 27

Электроприбор должен выделять тепла Q=610 Вт; напряжение на зажимах прибора U =100В; температура проволоки tпров.=100 оС; температура внутреннего воздуха tв =20 оС. Определить длину проволоки из хромникеля. Мощность электроприбора, Вт, определяется [9] по формуле: πd ⋅ l Q= ⋅ α ⋅ (t пров. − t в ) , (37) 1000 где d - диаметр проволоки, мм; ℓ – длина проводника, м; α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 оС); tпров. – температура проводника, оС; tв – температура воздуха, окружающего проводник, оС. Удельное сопротивление проводника, Ом. мм2/м, при любой температуре, отличной от 20 оС, определяется по формуле: (38) с = с20 1 + α с (t пров. − 20 ) , где с20 – удельное сопротивление проводника, Ом.мм2/м, при температуре 20 оС, принимается по табл. 6; αc – температурный коэффициент сопротивления электропроводности

[

28

]

материала проводника, 1/оС, отнесенный к 1о повышения температуры, принимается по таблице 6.

Приравняв выражения 42 и 37 находим длину проводника ℓ, м, по формуле: l = 43

Таблица 6 Свойства некоторых проводников Материал проводника Свойство

Нихром

Константан

Никелин

Хромникель

с20[Ом.мм2] м

1,1

0,48

0,41

1,1

0,00075

0,00004

0,000067

0,00025

αс [ 1 ] о С

По закону Ома сила тока, А, определяется по формуле: U (39) I= . R Сопротивление проводника R, Ом, определяется по формуле: c⋅l (40) R =4 2 . πd Тепловая мощность прибора, Вт, определяется по формуле: U2 Q = Ι ⋅U = . (41) R Подставляя значение сопротивления проводника, определенное по формуле 40 в выражение 41, получаем: U 2 ⋅ πd 2 . (42) Q= 4⋅c⋅l 29

3

U 2 ⋅Q . c(t пров. − t в ) 2 ⋅ α 2

(43)

Если d=0,5-2 мм и tпров.=100оС, то α =35-52 Вт/(м2.оС). Большие значения коэффициента теплоотдачи относятся к меньшим диаметрам проволоки. По формуле 43 определяется длина проводника при прямолинейной затяжке. При спиральной навивке вследствие ухудшения условий теплоотдачи и проявления индуктивности температура проводника повышается примерно на 20%. Для того, чтобы и при спиральной навивке температура проводника не превышала принятую при определении прямолинейного проводника ее снижают на 20% и проверяют по формуле Имхофа, будет ли достигнута необходимая температура проводника при спиральной навивке: d2 ′ (1 + ), (44) t сп = t пр 2,1δ где tсп – температура проводника при спиральной навивке, о С; t’пр. – принятая сниженная температура условно прямолинейной проволоки, оС; δ – расстояние между витками спирали, мм. Диаметр проводника, мм, можно определить по эмпирической формуле: с , (45) К где К – вспомогательная величина, определенная по формуле: d = 1,36 Ι

К = 13,31е 30

0, 00336⋅t пров .

− (10,46 − 0,0208 ⋅ t пров ) .

(46)

Площадь поперечного сечения этой проволоки, мм2, определяется по формуле: πd 2 F= . (47) 4 Длина проводника, м, определяется по формуле: R ⋅F U ⋅F l= = . (48) с Ι⋅c

Список использованной литературы 1. СниП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика / Минстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1997. – 140 с. 2. СниП П-3-79*. Строительная теплотехника /Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1995. – 29 с. 3. СниП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1994. – 66 с. 4. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. – 735 с. 5. Внутренние санитарно-технические устройства Ч.1: Отопление / В.Н.Богословский, Б.А.Крупнов, А.Н.Сканави и др.; Под ред. И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера. – 4-е перераб. и доп. изд. – М.: Стройиздат, 1990. – 344 с. (Справочник проектировщика). 6. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию / И.В.Беляйкина, В.П.Витальев, Н.К.Громов; Под ред. Н.К.Громова, Е.П.Шубина. – М.: Энергоиздат, 1988. – 376 с. 7. Проектирование тепловых пунктов. СП 41-101-95. – М.: Минстрой России, 1997. – 78 с. 8. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях: Учебн. пособие для вузов / Под ред. В.Н.Талиева. – М.: Легпромбытиздат, 1985. – 256 с. 9. Отопление и вентиляция: Учеб. для вузов. В 2-х ч. Ч. 1: Отопление / П.Н.Каменев, А.Н.Сканави, В.И.Богословский и др. – 3-е перераб. и доп. изд. – М.: Стройиздат, 1975. – 483 с. 10. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник / В.И.Манюк, Я.И.Каплинский, Э.Б.Хиж и др. – 3-е перераб. и доп. изд. – М.: Стройиздат, 1988. – 432 с.

Построение графика центрального качественного регулирования

Построить график центрального качественного регулирования температуры теплоносителя по отопительной нагрузке для г. Улан-Удэ (tн=-37 оС, tв= 20 оС, tот.пер.= - 10,6 оС, zот.пер.=235сут.) по данным табл. 7 [10]. Таблица 7 Данные для построения графика tтн, о С tн, оС - 37 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 5 10

t1

tг

tг

tо

150 145,9 135,5 125,0 114,4 103,8 92,9 81,9 70,7 59,2 47,4

105 102,5 96,1 89,7 83,1 76,4 69,6 62,6 55,3 47,8 39,8

95 92,8 87,2 81,6 75,9 70,0 64,0 57,8 51,4 44,8 37,7

70 68,7 65,3 61,9 58,3 54,6 50,8 46,8 42,7 38,2 33,3

31

32

СОДЕРЖАНИЕ 1. Расчет теплопотерь помещениями производственного здания ...........................................................................3 2. Расчетное циркуляционное давление в системах водяного отопления ...........................................................6 3. Гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления.................................................................10 4. Гидравлический расчет однотрубной системы водяного отопления.................................................................15 5. Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов в однотрубном стояке системы водяного отопления.................................................................17 6. Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов в двухтрубном стояке системы водяного отопления.................................................................21 7. Расчет и подбор элеватора .............................................24 8. Подбор отопительной печи............................................25 9. Расчет поверхности нагрева отопительных приборов из гладких труб.......................................................26 10. Расчет отопительного прибора электрического отопления.............................................................................28 11. Построение графика центрального качественного регулирования ...........................................................31

Методические указания к практическим занятиям по отоплению для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» Составитель Тюменцев А.Г.

Подписано в печать 26.05. 2000 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 2,09, уч.-изд.л. 1,5. Тираж 100 экз. С. 109. Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, а.

33

34

35

36