Отопление производственных помещений

Отопление в сочетании с конструктивными решениями зданий призвано обеспечить нормируемые температурные условия в рабочих зонах производственных помещений. Системой отопления называют комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения. В систему отопления входят отопительные приборы, магистральные трубо-проводы для подачи и отвода теплоносителя, стояки, соединительные трубы, регулирую-щая арматура, воздухосборники, котел или теплообменник при централизованном тепло-снабжении, смесительные установки и циркуляционные насосы.

Системы отопления подразделяют на две группы: местные и центральные. К местным относятся системы, в которых тепло получается и используется в одном помещении, а к центральным – системы, предназначенные для отопления нескольких помещений или зда-ний из единого теплового центра. В зависимости от используемого теплоносителя разли-чают паровое, воздушное, водяное и электрическое отопление.

В системах парового отопления носителем тепла является высокотемпературный пар, подаваемый под повышенным давлением. Недостатками парового отопления являются высокая температура нагревательных приборов до 373 °К (100 °C) и повышенный уровень шума. Поэтому применение его допускается в помещениях с кратковременным пребыва-нием в них людей. Для помещений категорий по взрывопожарной опасности А и Б проек-тируется, как правило, воздушное отопление, а для помещений категорий по взрыво и по-жарной опасности А, Б, Вустройство парового отопления не допускается [6].

В системах воздушного отопления носителем тепла является воздух, нагретый до тем-пературы, более высокой, чем температура обогреваемых помещении. Основными конст-руктивными элементами системы являются калорифер – источник тепла, вентилятор, и воздухораспределительные устройства. Для воздушного отопления характерны меньшие первоначальная стоимость и металлоемкость по сравнению с паровым и водяным отопле-нием, быстрый нагрев помещений, возможность совмещения с вентиляцией. Воздушное отопление целесообразно применять в помещениях большого объема (вокзалы, большие цехи, локомотивные и вагонные депо и др.).

Водяное отопление имеет наибольшее распространение, как самое гигиеническое, бес-шумное, экономичное и совершенное в эксплуатации. Оно обеспечивает возможность в широких пределах регулировать теплоснабжение помещений в зависимости от температу-ры наружного воздуха. Системы водяного отопления разделяются на низкотемпературные с температурой горячей воды до 378 °К (105 °C) и высокотемпературные с 378÷ 423 °К (150 °C). Расчетная температура оборотной воды 343 °К (70 °C). Различают системы водя-ного отопления с естественной и насосной циркуляцией воды. Естественная циркуляция применяется редко и только в небольших отдельно стоящих зданиях. В зависимости от схемы питания системы разделяют на вертикальные и горизонтальные, однотрубные и двухтрубные с нижней и верхней разводкой. На предприятиях железнодорожного транс-порта для отопления производственных помещений в основном применяют горизонталь-ные однотрубные системы с насосной циркуляцией воды.

Электрическое отопление в виде электропечей применяют для обогрева тягового под-вижного состава, путевых машин, а также отдельно стоящих зданий небольших объемов (посты дежурных по переезду, помещения для обогрева и отдыха и т. п.) Находит приме-нение и электроводяное отопление, в котором теплоноситель – вода подогревается в котле электронагревательными элементами.

Расчет тепловой мощности системы отопления Q_ОТ, Вт, основывается на тепловом ба-лансе часового расхода тепла для расчетных зимних условий

Q_ОТ = Q_ОГР + Q_НАГ + Q_ТЕХ.П – Q_ТЕХ.В, (3)

где Q_ОГР – потери тепла через ограждающие конструкции, Вт;

Q_НАГ – расход тепла на нагрев воздуха, Вт;

Q_ТЕХ.П – технические потерина нагрев оборудования, материалов и др., Вт;

Q_ТЕХ.В – технические тепловыделения от оборудования, материалов и др., Вт.

Тепловые потери помещения, которые принимают в расчет тепловой мощности систе-мы отопления, определяют как сумму потерь тепла через наружные и внутренние ограж-дающие конструкции. Для отдельного помещения величина потерь тепла составляет

Q = λ _i (t_Вi – t_Нi) β _i S_i, (4)

где λ _i – коэффициент теплопроводности материала i -ого ограждения, Вт/(м² °К) [7];

t_Вi, t_Нi – внутренняя и наружная расчетные температуры, °К [1, 6]

β _i – коэффициент, учитывающий ряд дополнительных потерь тепла через i -ое ог-

раждение [7];

S_i – площадь i -ой ограждающей конструкций, м².

Тепловые потери помещения через наружные ограждающие конструкции Q_Н являются основными в тепловом балансе часового расхода тепла в здании. Тепловые потери поме-щения через наружные ограждающие конструкции Q_В учитываются в тепловом балансе только при разности температур в смежных помещениях ≥ 5 °C. Общие тепловые потери здания через ограждающие конструкции составляют

Q_ОГР = ∑ Q_Нi + ∑ Q_Вi. (5)

Недостаток тепла в помещениях восполняется отоплением (дополнительной установ-кой отопительных приборов), избыток удаляется вентиляцией. При расчетах промышлен-ных зданий Q_ТЕХ.П и Q_ТЕХ.В относят к вентиляции. Тогда тепловая мощность отопитель-ной системы будет Q_ОТ = Q_ОГР .

Основными элементами отопительной системы являются нагревательные приборы, ко-торые выбираются в зависимости от назначения помещений по справочной литературе по отоплению. Площадь поверхности нагревательных приборов определяется по формуле

F = β ₁ Q_ОТ / [k_ПР (t_ГВ – t_Пi)], (6)

где β ₁ – коэффициент, учитывающий остывание воды в трубопроводе;

k_ПР – коэффициент теплопередачи выбранного нагревательного прибора, Вт/(м² °К);

t_ГВ – температура горячей воды, подаваемой в отопительную систему, °К;

t_Пi – температура воздуха в данном помещении, °К [1].

Для выбора всех элементов системы отопления разрабатывается схема отопления зда-ния. С этой целью на поэтажных планах здания согласно расчетам производится расста-новка нагревательных приборов в каждом помещении, в коридорах, лестничных клетках, а также размещаются стояки и разводка магистральных трубопроводов. Выполняется гид-родинамический расчет системы для чего она разбивается на участки ∆ p_Уi, отличающиеся друг от друга расходом воды, и определяются потери давления ∆ p_К в каждом циркуляци-онном кольце по формуле

∆ p_К = ∑ ∆ p_Уi = ∑ (∆ p_Трi + ∆ p_Мсi) α, (7)

где ∆ p_Трi = R_Удi ℓ _i – потери статического давления на участке от трения воды о стенки эле-

ментов трубопроводов, здесь R_Удi – удельная потеря давления на тре-

ние в 1 м i -ого трубопровода, а ℓ _i – длина i -ого участка, м;

∆ p_Мсi = ∑ ξ _i (ρ υ ²) / 2 – сумма потерь давления на местные сопротивления на участке;

ξ _i – коэффициент местного сопротивления i -ого участка трубопро-

вода;

(ρ υ ²) / 2 – скоростной напор воды i -ого участка трубопровода, Па;

ρ, υ – соответственно, плотность, кг/м³, и скорость воды, м/с;

α – коэффициент запаса на неучтенные потери давления (≤ 10 %).

Расход воды весовой G и объемный V в отопительной системе в целом и для каждого ее участка составляет

G = Q_ОТ / [с (t_ГВ – t_ОБ)], (8)

V = Q_ОТ / [1000 (t_ГВ – t_ОБ)], (9)

где с – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг °К);

t_ГВ, t_ОБ – соответственно, температура подаваемой (горячей) и обратной воды, °К.

По расходу воды и потерям давления на самом удаленном циркуляционном кольце вы-бирается марка и номер насоса и тип электродвигателя к нему. Мощность электродвигате-ля определяется зависимостью

N = V k ∆ p_К / 102·3600 η _Н, (10)

где k – коэффициент запаса электродвигателя на пусковой момент, в долях единицы;

∆ p_К – развиваемое давление, равное общим потерям в самом неблагоприятном цирку-

ляционном кольце, Па;

η _Н – коэффициент полезного действия насоса, в долях единицы.

Санитарные требования к отопительным системам направлены на поддержание в хо-лодное время определенной и равномерной температуры в помещениях, ограничения тем-пературы отопительных приборов и обеспечения бесшумности их работы.