Екзаменаційний білет № 3 2 страница

Надходить теплота у приміщення від технологічного обладнання, від нагрітих матеріалів, виробів, людей, сонячних променів, що проникають у приміщення через вікна, технологічних процесів, пов’язаних з виділенням теплоти. Врахування всіх джерел надходження та втрат теплоти необхідне для складання теплового балансу приміщень будинку та визначення потужності системи опалення. У цивільних будинках теплота надходить у приміщення від системи опалення, а визначуваною величиною втрат теплоти є тепловтрати через зовнішні огородження.

Для визначення теплової потужності системи опалення Qс.о. складається розрахунковий тепловий баланс на зимовий період:

Qс.о. = Q1 × b1 × b2 + Q2 – Q3, (2.11)

де Q1 = Qог + Qв – розрахункові тепловтрати опалюваного будинку, Вт; Qог – тепловтрати через огороджуючі конструкції, Вт; Qв – втрати теплоти на нагрівання холодного повітря, яке надходить у приміщення, Вт; b1 – коефіцієнт, який враховує збільшення теплового потоку опалювальних приладів внаслідок округлення їхньої поверхні тепловіддачі, залежить від типорозміру опалювального приладу; наприклад, для радіатора МС-140-108, одна секція якого характеризується номінальною тепловою потужністю 185 Вт (це є типорозмірний крок радіатора), а мінімальний типорозмір (дві секції) становить 370 Вт, b1=1, 06, для радіаторів висотою 300 мм (типорозмірний крок 100 Вт), b1=1, 02; b2 – коефіцієнт, яким враховуються додаткові тепловтрати так званих “зарадіаторних ділянок” при встановленні опалювальних приладів біля зовнішніх огороджень; величина коефіцієнта b2 залежить від рівня теплового захисту зовнішнього огородження, біля якого розміщений опалювальний прилад. Наприклад, для радіатора, встановленого біля стіни b2=1, 01, а біля заскленої поверхні b2=1, 07; Q2=Qтр+Qмат – втрати теплоти трубопроводами Qтр, прокладеними у холодних приміщеннях; та витрати теплоти на нагрівання холодних матеріалів Qмат, які надходять у приміщення Вт; Q3 – теплонадходження у приміщення від електроприладів, освітлення, матеріалів, Вт.

Для житлових будинків величину побутових теплонадходжень обчислюють із розрахунку 10 Вт на 1 м2 загальної площі будинку Азп, тобто:

Q3=10Азп.

2. Поширення горизонтальних систем опалення обумовлено збільшенням протяжності будівель, впровадженням збірних каркасно-панельних конструкцій, застосуванням подовжених світлових прорізів. В таких будівлях відсутність простінків і отворів в перекриттях ускладнює розміщення вертикальних стояків; опалювальні прилади вже не групуються, а розтягуються вздовж стрічкового скління для скорочення зони теплового дискомфорту в приміщеннях. Зрозуміло, що, з'єднавши опалювальні прилади збільшеної довжини короткими трубними вставками, можна отримати послідовне горизонтальне з'єднання приладів, характерне для однотрубного стояка. В такій системі з горизонтальними гілками скорочується порівняно з вертикальною системою протяжність як стояків, так і магістралей.

Стояки для горизонтальних гілок прокладають вертикально у допоміжних приміщеннях будівлі (наприклад, в сходовій клітці або коридорі). Горизонтальні гілки влаштовують, як і вертикальні стояки, однотрубными і двотрубними. У сучасній насосній системі водяного опалення використовують переважно горизонтальні однотрубні гілки.

Однотрубна горизонтальна система. Схеми (знову-таки умовно) горизонтальних однотрубних гілок в системі опалення 3-поверхового будівлі. У нижньому поверсі показана проточна схема руху води через послідовно з'єднані опалювальні прилади; повітряні крани встановлюють на кожному приладі (на малюнку ліворуч) або на кінцевому приладі при наявності повітряної труби у верхній частині групи приладів (праворуч).

У середньому поверсі гілка зображена з замикаючими ділянками під опалювальними приладами. Прилади приєднують за схемою знизу - вниз для того, щоб при випадковому скупченні повітря у верхній їх частині циркуляція води не припинялася. При деаерірованной води можливе приєднання опалювальних приладів за схемою зверху - вниз, сприяє підвищенню коефіцієнта теплопередачі при обмеженому витраті води.

Як видно довжина замикаючого ділянки в цих двох випадках визначається довжиною опалювального приладу, що ускладнює заготівлю та монтаж труб. Замикає ділянку стандартної довжини виходить при односторонньому приєднання труб до опалювального приладу (на малюнку праворуч). Такий короткий замикає ділянка може виконуватися всередині звуженим для підвищення опору руху води в обхід опалювального приладу і, отже, для збільшення витрати води в приладі.

У верхньому поверсі наведена проточно-регульована схема (зліва). У горизонтальних системах ця схема розповсюдження не отримала внаслідок труднощів при установці і користуванні триходовими кранами у підлоги, а також при спуску води з стояка. В горизонтальні гілки однотрубні часто включаються конвектори плінтусного типу. Перед нижнім конвектором встановлюють кран для регулювання теплопередачі і для «продувки» верхнього конвектора в разі скупчення повітря шляхом підвищення швидкості місцевого руху води. Нарешті, при використанні конвектора з повітряним клапаном (наприклад, типу «Комфорт») однотрубна горизонтальна гілка знову робиться проточною і нерегульованої (праворуч),

Схема горизонтальної бифилярной гілки стає ясною якщо уявити, що спочатку всі верхні, а потім нижні опалювальні прилади послідовно з'єднуються однією трубою. У такому стояку теплопередачу можна регулювати шляхом установки приладів з повітряними клапанами або загального (на поверх) регулюючого крана. Схему почали застосовувати близько 5 років тому (приблизно з 1970 р.).

При проточній схемі необхідно звертати особливу увагу на^ком-пенсацию теплового подовження труб, так як кожен закріплений опалювальний прилад фактично є нерухомою опорою.

Горизонтальні однотрубні системи доцільно застосовувати, крім зазначених вище будівель, для опалення одноповерхових будівель, будівель з періодичним опаленням приміщень на різних поверхах (наприклад, у будівлі лазень та автоматичних телефонних станцій), старовинних будівель з склепінчастими перекриттями.

Двотрубна горизонтальна система. Горизонтальне двухтрубное розподіл води по опалювальних приладів на кожному поверсі застосовується в багатоповерхових будівлях лише в тих випадках, коли використання однотрубної схеми неможливо або недоцільно. Двотрубна горизонтальна система опалення частіше передбачається в одноповерхових будівлях, причому тоді магістралі і стояки функціонально поєднуються.

Приєднання труб до опалювальних приладів виконується переважно різнобічним, рух води в приладах передбачається за схемами зверху - вниз або знизу - вниз. Фрагмент горизонтальної двотрубної системи опалення одноповерхового будинку з верхньою розводкою подаючої магістралі, з нижньої. При нижній розводці гріючої води у верхній частини опалювальних приладів встановлюють повітряні крани.

Система за схемою в першу чергу використовується при природної циркуляції, що виникає в основному внаслідок охолодження води в неізольованих розвідних теплопроводах.

Двотрубна горизонтальна система з насосною циркуляцією води по схемі застосовується при значних протяжності і теплової навантаженні. При цьому гідравлічний опір опалювальних приладів по можливості збільшують, використовуючи змеевико-ше рух води в них (на малюнку ліворуч) або крани підвищеного опору.

3. Нормальна дія будь-якої системи центрального опалення багато в чому залежить від якісного розрахунку трубопроводу, правильного добору діаметрів труб, що забезпечують подачу в нагрівальні прилади необхідної кількості води.

Як відомо з гідравліки, при русі реальної рідини по трубах завжди мають місце втрати тиску на подолання опору – тертя і місцевих опорів. До місцевих опорів відносяться трійники, хрестовини, відводи, вентилі, крани, нагрівальні прилади, котли тощо. Втрати тиску , Па, на подолання тертя на ділянці трубопроводу з постійною витратою води і незмінним діаметром визначають за формулою:

,

(9.8)

де – діаметр теплопроводу, м;

– коефіцієнт гідравлічного тертя;

– швидкість руху води в теплопроводі, м/с;

– довжина ділянки теплопроводу, м;

– питома втрата тиску, Па/м.

Втрати тиску на подолання місцевих опорів, Па, визначають за формулою:

,

(9.9)

де – сума коефіцієнтів місцевих опорів теплопроводу (приведена в додатку М), величина безрозмірна;

– динамічний тиск води в даній ділянці теплопроводу, Па.

Загальний опір, що виникає при русі води в трубопроводі циркуляційного кільця, може бути поданий як сума втрат тиску на тертя та сума втрат тиску через місцеві опори рівнянням:

,

(9.10)

де – наявний циркуляційний тиск, Па.

При розрахунку головного циркуляційного кільця (найнесприятливішого в гідравлічному відношенні циркуляційного контуру) рекомендується передбачати запас тиску на невраховані опори в розмірі не більше ніж 10% від розрахункового тиску.

На підставі формул (9.8) і (9.9) складені розрахункові таблиці й номограми.

Таблиця для розрахунку трубопроводів системи водяного опалення при , і приведена в додатку Н.

Для гідравлічного розрахунку трубопроводу схему системи опалення виконують в аксонометричній проекції, на якій вказують усі вихідні дані. До складання такої схеми приступають після того, як буде закінчена така розрахунково-графічна робота:

– підраховано теплову потужність системи опалення;

– обрано тип нагрівальних приладів і визначена їх кількість для кожного помешкання;

– розміщено на поповерхових планах будівлі нагрівальні прилади, гарячі та зворотні стояки, а на планах горища і підвалу – подавальні та зворотні магістралі;

– обрано місце для теплового пункту або котельні;

– визначено розміри розширювальної посудини, якщо вона потрібна, і засіб повітровидалення;

– показано на плані горища або верхнього поверху (при сполученому даху) розміщення розширювальної посудини та приладів повітровидалення.

На планах поверхів, горища і підвалу гарячі та зворотні стояки системи опалення повинні бути пронумеровані, а на аксонометричній схемі крім стояків нумеруються також всі розрахункові ділянки циркуляційних кілець. Розрахунковою ділянкою називають ділянку теплопроводу з незмінною витратою теплоносія.

Для розрахунку трубопроводу додатково на схемі вказують теплове навантаження і довжину кожної розрахункової ділянки циркуляційного трубопроводу, а також усю запірно-регулюючу арматуру (крани, засувки тощо).

Сума довжин усіх розрахункових ділянок складає розмір розрахункового циркуляційного кільця.

При розрахунку трубопроводу двотрубної системи водяного опалення з природною циркуляцією прийнято вважати, що втрата тиску в місцевих опорах орієнтовно складає 50% наявного циркуляційного тиску. Отже, можлива середня питома втрата тиску на тертя, Па, на 1 м довжини може бути визначена за формулою:

,

(9.11)

де – довжина розрахункового циркуляційного кільця;

– коефіцієнт, що показує, що 50% тиску передбачається витратити на тертя, а інші 50% – на місцеві опори;

– наявний тиск, обумовлений формулою (9.2).

Розрахунок мережі починають з головного циркуляційного кільця для якого має найменше значення. У двотрубних схемах за головне приймають циркуляційне кільце, що проходить через нижній прилад дальнього стояка.

,

(9.12)

де – коефіцієнт, що враховує частку втрати тиску на місцеві опори від загальної величини розрахункового циркуляційного тиску ( – для систем опалення зі штучною циркуляцією, – для систем опалення з природною циркуляцією).

Крім розміру для підбору діаметру трубопроводів за таблицею або номограмою необхідно знати кількість води , кг/год., що проходить по кожній розрахунковій ділянці циркуляційного кільця.

Величина визначається за формулою:

,

(9.13)

де – теплове навантаження розрахункової ділянки, складене з теплових навантажень нагрівальних приладів, що обслуговуються по ділянці водою, Вт;

– теплоємкість води, кДж/(кг ∙ °С);

– перепад температур води в системі, °С;

– коефіцієнт переводу одиниць Вт у кДж/год.

Враховуючи одержане значення і визначивши кількість води , кг/год., можна за допомогою розрахункових таблиць (додаток Н) підібрати оптимальні діаметри труб розрахункового кільця.

При розрахунку окремих ділянок трубопроводу необхідно мати на увазі таке: місцевий опір трійників та хрестовин відносять лише до розрахункових ділянок із найменшою витратою води; місцеві опори нагрівальних приладів, котлів та бойлерів враховують порівно в кожному трубопроводі, що примикає до них. Якщо відповідно до розрахунку з урахуванням запасу до 10% втрачений тиск у системі буде більше або менше наявного тиску, то на окремих ділянках кільця діаметри труб слід змінити.

Неузгодженість втраченого тиску з визначеним циркуляційним кільцем припускається в однотрубних і двотрубних системах із швидким рухом води до 15%, а у двотрубних із тупиковим розведенням – до 25%.

Усі дані, одержувані при розрахунку теплопроводу, заносять у спеціальний бланк (табл. 9.1).

Приклад 9.1. Розрахувати трубопровід двотрубної системи водяного опалення, схема якого показана на рис. 9.3, не враховуючи охолодження води в трубах.

Температурний перепад у системі . Вертикальна відстань від середини котла до середини нагрівального приладу першого поверху дорівнює 2, 4 м і до середини приладу другого поверху – .

На схемі в кружечках позначені номери ділянок, над виносною лінією – їх теплові навантаження, під виносною лінією – довжини ділянок.

Розрахунок починаємо з найпротяжнішого циркуляційного кільця, що проходить через нагрівальний прилад 1.

Рисунок 9.3 – Схема двотрубної системи водяного опалення з природною циркуляцією

За формулою (9.1) визначаємо наявний тиск для цього кільця:

де 977, 81, 961, 92 – густина води для температури і .

Загальна довжина розрахункового кільця приладу 1, рівна сумі довжин вхідних у нього ділянок:

Приймаючи, що 50% наявного тиску витрачається на подолання опору тертя і 50% – на подолання місцевих опорів, визначаємо розмір питомої втрати тиску на тертя:

При доборі діаметрів ділянок циркуляційного кільця, крім , необхідно знати кількість води , кг/год., що проходить по кожній розрахунковій ділянці циркуляційного кільця:

Орієнтуючись на отримане значення і визначивши кількість води , кг/год., можна за допомогою розрахункової таблиці (додаток Н) підібрати оптимальні діаметри труб розрахункового кільця. Усі дані, одержані при розрахунку трубопроводу, заносять у спеціальну табл. 9.2.

Користуючись додатком М для розрахункового циркуляційного кільця приладу 1, приймаємо такі коефіцієнти місцевих опорів (табл. 9.3):

Запас тиску, рівний: , знаходиться в межах припустимого, тобто менше 10%.

Переходимо до визначення діаметрів трубопроводу ділянок 12, 13 і 14 циркуляційного кільця приладу 3.

Наявний тиск для цього кільця:

де – вертикальна відстань від центру котла до середини нагрівального приладу 3.

Виключаємо з цього тиску втрати тиску на ділянках, спільних із кільцем приладу 1 (ділянки 2÷ 7), що становлять 312, 5 Па.

Отже, розрахунковим тиском для ділянок 12, 13 і 14 буде:

При загальній довжині ділянок 12, 13 і 14 питомий тиск на тертя для них складе:

По і , кг/год., добираємо для ділянок 12, 13 і 14, що відповідають швидкості руху води, а також фактичні значення і заносимо їх у розрахунковий бланк.

Приймаємо за додатком М значення коефіцієнтів місцевих опорів для ділянок 12, 13 і 14.

Ділянка 12 ():

– половина нагрівального приладу ;

– кран подвійного регулювання ;

– хрестовина на проході ;

.

Ділянка 13 ():

– половина нагрівального приладу ;

– трійник на протитоці ;

.

Ділянка 14 ():

– хрестовина на прохід ;

.

Значення заносимо в графу 9 табл. 9.2.

По швидкості , використовуючи додаток П, визначаємо за формулою (9.9), значення заносимо в графу 10 табл. 9.2.

Загальна втрата тиску на ділянках 12÷ 14 (по табл. 9.1) дорівнює 636, 5 Па при розрахунковому тиску 684, 5 Па.

Запас тиску: .

Розрахунок інших кілець, що проходить через прилади 2, 4, 8, аналогічний проведеним розрахункам.