Отопительные приборы

ОТОПИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ
Отопительные приборы – один из основных элементов систем отопления,
предназначены для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.
К отопительным приборам как к оборудованию, устанавливаемому непосредственно в
обогреваемых помещениях, предъявляются требования.
Отопительные приборы следует размещать, как правило, под световыми проемами, в
местах доступных для осмотра, ремонта и очистки.
К расчету отопительных приборов приступают после выполнения гидравлического
расчета зная диаметры труб, после выбора типа отопительных приборов, их
установки, конструкции радиаторных узлов, параметров теплоносителя.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ
Отопительные приборы – один из основных элементов систем отопления,
предназначены для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.
Рисунок 1. Схема теплоотдачи отопительного прибора Qnp и труб Qrp для возмещения
теплопотерь помещения Qn и Qдon при теплоподаче Qr со стороны теплоносителя .
Расход теплоты на отопление каждого помещения определяется по тепловому
балансу, для поддержания в нем необходимой температуры при расчетных зимних
условиях.
К отопительным приборам как к оборудованию, устанавливаемому
непосредственно в обогреваемых помещениях, предъявляются требования:
1 – санитарно-гигиенические - относительно пониженная температура поверхности;
ограждения площади горизонтальной поверхности приборов для уменьшения
отложения пыли; доступность и удобство очистки от пыли поверхности приборов и
пространства вокруг них;
2 – экономические - относительно пониженная стоимость прибора; экономный расход
металла на прибор;
3 – архитектурно-строительные - соответствие внешнего вида приборов интерьеру
помещений, сокращение площади, занимаемой приборами;
4 – производственно-монтажные - механизация изготовления и монтажа приборов
для повышения производительности труда; достаточная механическая прочность
приборов;
5 – эксплуатационные – простота и удобство обслуживания и ремонта.
К отопительным приборам предъявляется также важное для них теплотехническое
требование – прибор должен наилучшим образом передавать тепловую энергию от
теплоносителя к воздуху помещения, т.е. иметь высокое значение коэффициента
теплопередачи k.
Все отопительные приборы подразделяются по преобладающему способу
теплоотдачи на три группы:
1 – радиационные приборы, передающие излучением не менее 50% общего
теплового потока (потолочные отопительные панели и излучатели);
2 – конвективно-радиационные. Передающие конвекцией 50 – 75% общего теплового
потока (радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, напольные
отопительные панели);
3 – конвективные приборы, передающие конвекцией не менее 75 % общего теплового
потока (конвекторы и ребристые трубы).
Все отопительные приборы подразделяются по:
- по виду материала:
на приборы металлические (чугунные из серого чугуна, и стальные из листовой стали
и стальных труб), мало металлические (комбинированные) и неметаллические
(керамические радиаторы, бетонные панели с заделанными стеклянными или
пластмассовыми трубами или с пустотами, вообще без труб и т.д.);
- по характеру внешней поверхности:
на гладкие (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы), ребристые (конвекторы,
ребристые трубы, калориферы).
ВИДЫ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Радиаторы – приборы конвективно-радиационные типа, состоящий из отдельных
секций, соединенных между собой с помощью ниппелей. Несколько секций в сборе,
называются чугунным секционным радиатором.
Рисунок 2. Радиаторы чугунные секционные:
1 – секция; 2 – ниппель; 3 – термостойкая прокладка;
4 – верхний патрубок; 5 – колонки; 6 – оребрение.
Чугунные секционные радиаторы изготавливаются нескольких видов: Высокие – 1000
мм; Средние – 500 мм; Низкие – 300 мм. Секции изготавливают глубиной b = 90 и 140
мм, и марка радиатора М-90, М 140. Длина одной секции: 98 или 108 мм, что
указывается в обозначении марка МС-90-108, МС-140-108 (АО) – «О» - оребрение.
Достоинства: высокие теплотехнические показатели knp = 9,1…10,6 , стойкость против
коррозии и долговечность.
Недостатки: высокая металлоёмкость [показатель М = 0,29 - 0,36 Вт/кг°С], трудность
в изготовлении и монтаже, очистка от пыли трудоёмка, непривлекательный внешний
вид.
Панели бетонные и стальные: отопительные приборы конвективно-радиационного
типа изготавливаются из тяжелого бетона с замоналиченными внутри греющими
элементами.
Рисунок 3. Отопительные панели бетонные:
1 – массив; 2 – греющий элемент
Нагревательный элемент может быть змеевикового типа или регистрового. Из
металлических и неметаллических труб. Бетонные панели располагают в наружных
ограждающих конструкциях помещений (совмещенные панели) или приставляются к
ним (приставные панели).
Бетонные панели отвечают строгим санитарно-гигиеническим требованиям,
архитектурно-строительным и отличаются высоким тепловым напряжением металла.
Недостатки: трудность ремонта, большая тепловая инерция (усложняет
регулирование теплоотдачи). Применяются в настоящее время ограниченно.
Стальные панели - свариваются из двух штампованных стальных листов (d = 1,4 –
1,5 мм), образуя приборы малой глубины (18 – 21 мм) и различной длины. Панельные
радиаторы с плоскими вертикальными (колонками) каналами колончатой формы
именуются РСВ (радиаторы стальные вертикальные).
Рисунок 4. Радиаторы стальные вертикальные (РСВ):
1 – корпус; 2 – горизонтальный коллектор; 3 – вертикальные колонки.
Панельные радиаторы с горизонтальными колонками (каналами) змеевикового типа
именуются РСГ-1 и РСГ-2. Радиаторы РСГ-2 бывают 2х ходовыми и 4х ходовыми.
Достоинства: Отличаются от чугунных меньшей массой (М = 0,55 – 0,8 Вт/кг°С),
удовлетворит строительные требования, легко очищаются от пыли, их монтаж
облегчен, производство механизировано.
Недостатки: Их рассмотрение ограничивается необходимостью применения
корозионностойкой холоднокатанной листовой стали. Малый срок службы.
Конвектор – это отопительный прибор конвективного типа (75% теплоты передаётся
конвекцией). Они бывают концевые – К; проходные – П; поинтсные без кожуха, низкие
с кожухом. Любые конвекторы состоят из греющего элемента (труба с оребрением) и
кожуха.
Конвекторы в настоящее время выпускают следующих видов:
"Прогресс" (Ø трубы 15, 20 мм). Прибор состоит из двух параллельных труб 1 и
оребрения 2.
"Аккорд" – состоит из двух параллельных труб соединенных последовательно.
Они бывают однорядные проходные, однорядные концевые и двухрядные проходные
и концевые и двухярусные (для увеличения поверхности нагрева).
"Комфорт"– состоит из нагревательный элемент, кожух, воздушный клапан и решетка.
Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению теплопередачи благодаря
увеличению подвижности воздуха у поверхности нагревателя. Нагреватели
выполняют из стали, алюминия, чугуна и других металлов.
Рисунок 5. Конвектор "Комфорт":
1 – нагревательный элемент; 2 – кожух;
3 – воздушный клапан; 4 – решетка.
Конвекторы обладают сравнительно низкими теплотехническими показателями,
особенно при использование в двухтрубных системах отопления.
Но их производство и за рубежом и у нас расширяется. Это объясняется простотой их
изготовления, механизацией и автоматизацией их производства. Малая
металлоёмкость способствует повышению теплового напряжения металла
конвекторов (М = 0,8...1,3 Вт/кг°С).
Теплопередача конвекторов расчет при увеличение высоты кожуха (например на 20
% при увеличении его h с 250 до 600 мм).
ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Отопительные приборы следует размещать, как правило, под световыми проемами, в
местах доступных для осмотра, ремонта и очистки. Длина отопительного прибора
должна быть не менее 75 % длины светового проема, особенно в больницах, детских
дошкольных учреждениях, школах, домах престарелых и инвалидов. Если приборы
под окнами разместить нельзя, то допускается их установка у наружных или
внутренних стен, ближе к наружным. В угловых помещениях приборы необходимо
размещать на обеих наружных стенах. При таком размещении движение восходящего
теплового воздуха от отопительных приборов препятствует образованию
ниспадающих холодных потоков от окон и холодных поверхностей стен и попаданию
их в рабочую зону.
В высоких помещениях (залы с двойным светом) для предотвращения конденсации
влаги на верхнем остеклении до 30% отопительных приборов устанавливают в
верхней зоне.
Отопительные приборы в жилых зданиях следует устанавливать ближе к полу
помещений на расстоянии 60 мм, в лечебных учреждениях на 100 мм от пола. Это
позволяет обеспечить равномерный прогрев воздуха у поверхности пола и в рабочей
зоне.
В зданиях крупнопанельного строительства отопительные приборы устанавливаются
свободно у стен, в массивных зданиях из кирпичной кладки приборы устанавливают в
нише и в получение.
В общественных зданиях допускается предусматривать у отопительных приборов
декоративные экраны.
Отопительные приборы в лестничных клетках следует, как правило, размещать на 1
этаже. Отопительные приборы надо устанавливать так, чтобы они не выступали на
уровне движения людей и не сокращали ширину, лестничных маршей и площадок.
Отопительные приборы лестничных клеток следует присоединять к отдельным
магистралям и стоякам систем отопления по однотрубной проточной схеме. В
качестве отопительных приборов лестничных клеток могут применяться ребристые
трубы, конвекторы, стальные панели, радиаторы.
Подача теплоносителя в отопительные приборы может осуществляться как на
рисунке:
Схему сверху вниз применяют в двухтрубных и однотрубных системах отопления с
верхней разводкой. Схему снизу вверх и снизу вниз применяют только в однотрубных
системах водяного отопления с нижней разводкой.
Размещение запорно-регулирующей арматуры.
В системах отопления устанавливают при диаметре труб менее 40 мм – муфтовую
арматуру (резьбовое соединение), при диаметре более 50 мм – фланцевую арматуру.
Для подводок к приборам в двухтрубных стояках целесообразнее краны второй
регулировки типа КРД и шиберного типа КРДШ.
Не рекомендуется устанавливать арматуру на подводках к конвекторам и приборам в
помещениях гардеробных, душевых, санитарных узлах, кладовых, а также в
помещениях, где имеется опасность замерзания теплоносителя (лестничные клетки,
тамбуры и т.д.).
Для регулирования и полного отключения отдельных стояков на расстоянии не более
120 мм от подающей и обратной магистрали устанавливают проходные (пробочные)
краны (при температуре теплоносителя до 105°С и гидравлическом давлении 0,6
МПа) или запорные вентили желательно с наклонным шпинделем (при температуре
теплоносителя > 105°С и гидравлическом давлении > 0,6 МПа.
В зданиях до четырех этажей запорно-регулирующую арматуру на стояки не
устанавливают.
Для отключения отдельных частей систем или (при Ø>50 мм). отопления на трубах
магистралей используют муфтовые проходные краны и вентили (при Ø<40 мм) и
задвижки (при Ø>50 мм).
В пониженных местах магистралей устанавливают спускные краны.
Удаление воздуха из систем отопления предусматривается в верхних точках через
проточные воздухосборники или краны, установленные в отопительных приборах
верхних этажей. Скопление воздуха нарушает циркуляцию теплоносителя, вызывает
шум и коррозию стальных труб.
В системах отопления с верхней разводкой удаление воздуха осуществляется через
горизонтальные или вертикальные проточные воздухосборники, установленные на
концах ветви.
Рисунок 6. Схема установки запорно-регулируемой арматуры
на вертикальных однотрубных стояках:
а) с верхней разводкой: б) с нижней разводкой;
1 - запорный кран или вентиль; 2 - спускной кран (внизу со штуцером).
Рисунок 7. Проточные воздухосборники:
а) горизонтальный; б) вертикальный.
1 – подающая магистраль; 2 – горизонтальный воздухосборник;
3 – труба для выпуска воздуха; 4 – вертикальный воздухосборник;
5 – воздушная трубка; 6 – главный стояк.
В системах центрального отопления, особенно в водяных, скопления воздуха
нарушают циркуляцию и вызывают коррозию стали. Борьба с воздушными
скоплениями – весьма важная задача, которую необходимо разрешать при
проектировании и эксплуатации систем отопления.
Воздух в системах отопления попадает двумя путями: частично остается в свободном
состоянии при заполнении их теплоносителем или вносится водой процессе
заполнения и эксплуатации в растворенном виде.
При этом рекомендуется предусматривать уклон трубопроводов против движения
воды не менее 0,002. Диаметр проточного воздух должен быть не менее 2, а длина l ,
мм не менее 2,5 диаметров магистральной трубы, с тем чтобы скорость v движения
воды в нем не превышала 0,1 м/с. Минимальный внутренний диаметр
db определяется в зависимости от диаметра магистрали:
db = 2Gм0,5 ,
где Gм - расход воды в магистрали, кг/ч.
В системах отопления с нижней разводкой удаление воздуха целесообразно
предусматривать через ручные краны конструкции Н.Б. Маевского, установленные в
верхних пробках радиаторов верхних этажей, или в подводках к приборам (при
применение стальных панелей, конвекторов) или централизованного через
специальные воздушные трубы.
Рисунок 8. Способы удаления воздуха:
1 – воздушный кран; 2 – отопительный прибор (радиатор);
3 - отопительный прибор (конвектор); 4 – стальная.
РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
К расчету отопительных приборов приступают после выполнения гидравлического
расчета зная диаметры труб, после выбора типа отопительных приборов, их
установки, конструкции радиаторных узлов, параметров теплоносителя и tb в
отапливаемом помещении. Площадь отопительного прибора измеряется в м2.
Расчет площади отопительных приборов в однотрубных системах отопления
рассчитывают с учетом температуры теплоносителя на входе в каждый прибор tbx , °С,
количества теплоносителя проходящего через стояк Gcr , кг/ч, и тепловой нагрузки
прибора Qnp , Вт.
Расчет осуществляется в следующей последовательности:
1. Вычерчивается схема расчетный стояк. На ней проставляются диаметры труб, Qnp
прибора, которая равна теплопотерям помещения.
Рисунок 9. Расчетная схема стояка однотрубной системы отопления
2. Находится суммарное понижение расчетной температуры воды Δtпм ,°С на участках
подающей магистрали от начала системы до рассматриваемого стояка (см. пособие
Еремкин А.И. «Расчет теплового режима здания» табл. 76, стр. 225).
Таблица 1
Величина понижения температуры воды на 10 м изолированной подающей
магистрали
D, мм
25-32
40
50
65-100
125-150
Δtпм ,°С
0,4
0,4
0,3
0,2
0,1
3. Рассчитываем общее количество воды, кг/ч, циркулирующей по стояку:
(1)
где tr – температура горячей воды, °С;
∑Qnp – общая длина участков паропровода до наиболее удаленного
отопительного прибора, м;
β1– коэффициент, учитывающий шаг номенклатурного ряда отопительного
прибора (стр. 45 справочник Староверова ч.I, т. 9.1);
β2– коэффициент, учитывающий способ установки отопительного прибора
(стр. 46 справочник Староверова ч.I, т. 9.1);
c – удельная теплоёмкость воды, c = 4.187кДж/кг°С;
to– температура воды обратной магистрали, °С.
4. Определяем температуру воды на входе в каждый прибор по ходу движения
теплоносителя с учетом Δtпм :
для 1го
tbx1= tr– Δtпм ,
прибора:
для 2 го
прибора:
для 3 го
прибора:
для 4 го
прибора:
и т.д.
5. Рассчитываем расход воды, кг/ч проходящий через каждый отопительный прибор с
учетом коэффициента затекания:
Gnp= Gcm· α ,
где
α – коэффициент затекания (стр. 45 справочник Староверова ч.I).
(2)
6. Определяется средняя температура воды в каждом отопительном приборе по ходу
движения теплоносителя:
для 1го
прибора:
для 2 го
прибора:
для 3 го
прибора:
и т.д.
7. Определяем средний температурный напор в каждом отопительном приборе по
ходу движения теплоносителя:
для 1го
Δtcp1= tcp1– tb ;
прибора:
для 2 го
Δtcp2= tcp2– tb ;
прибора:
и т.д.
8. Определяем плотность теплового потока, Вт/м2, для каждого отопительного
прибора по ходу движения теплоносителя:
для 1го
прибора:
для 2 го
прибора:
и т.д.
где n, p – поправочный коэффициент принимается по (табл. 2 9.2.);
qном– номинальная плотность теплового потока, Вт/м2 (табл. 44 пособие).
9. Рассчитывается полезная теплоотдача открыто положенных труб в пределах
помещения, Вт:
для 1го
прибора:
Qmp1= qb1· lb1+ qr1· lr1 ;
для 2 го
Qmp2= qb2· lb2+ qr2· lr2 ;
прибора:
и т.д.
где qb , qr – теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных труб в помещении,
Вт/м (Стр. ч. I, т. II. 22);
lb, lr – длина вертикальных и горизонтальных труб в помещении, м.
10.Определяем требуемую теплоотдачу отопительного прибора, Вт в помещении с
учетом полезной теплоотдачи открыто положенных труб:
для 1го
прибора:
для 2 го
прибора:
и т.д.
Qnp1= Qmp1– βmp ·Qmp1;
Qnp2= Qmp2– βmp ·Qmp2;
где βmp – поправочный коэффициент, учитывающий долю тепловых труб:
- при открытой прокладке – 0,9;
- при скрытой прокладке – 0,5;
- при прокладке в тяжелом бетоне – 1,8.
11. Вычисляем расчетную наружную площадь, м2 отопительного прибора по ходу
движения теплоносителя:
для 1го
прибора:
для 2 го
прибора:
и т.д.
Затем по приложению Х справочника ч.I или пособия т. 47 выбирают типоразмеры
отопительного прибора по известной величине Anp.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОПРОВОДОВ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
При движении пара по длине участка его количество уменьшается вследствие
попутной конденсации, снижается также его плотность из-за потери давления.
Снижение плотности сопровождается увеличением, несмотря на частичную
конденсацию, объема пара к концу участка, что приводит к возрастанию скорости
движения пара.
В системе низкого давления при давлении пара 0,005 – 0,02 МПа эти сложные
процессы вызывают практически незначительные изменения параметров пара.
Поэтому принимают расход пара постоянным на каждом участке, а плотность пара
постоянной на всех участках системы. При этих двух условиях гидравлический расчет
паропроводов проводят по уже известному способу расчета по удельной линейной
потере давления, исходя из тепловых нагрузок участков.
1. Расчет начинают с ветви паропровода наиболее неблагоприятно
расположенного отопительного прибора, каковым является прибор, наиболее
удаленный от котла.
Для гидравлического расчета паропроводов низкого давления используют табл. 11.4
и 11.5 (см. Справочник проектировщика), составленные при плотности 0,634 кг/м3,
соответствующей среднему избыточному давлению пара 0,01 МПа, и эквивалентной
шероховатости труб kэ = 0,0002 м (0,2 мм).
В системах низкого и повышенного давления во избежание шума установлена
предельная скорость пара: 30 м/с при движении пара и попутного конденсата в трубе
в одном и том же направлении, 20 м/с при встречном их движении.
Для ориентации при подборе диаметра паропроводов вычисляют, как и при расчете
систем водяного отопления, среднее значение возможной удельной линейной потери
давления Rcp по формуле:
(
Rcp = 0,65 (pn− pnp )/(∑ lnap) ,
1
)
где p
начальное избыточное давление пара, Па;
–
n
∑ lnap– общая длина участков паропровода до наиболее удаленного отопительного
прибора, м;
pnp– необходимое давление перед вентилем концевого прибора, принимаемое
равным 2000 Па при отсутствии конденсатоотводчика и 3500 Па при его
наличии.
Для преодоления сопротивлении, не учтенных при расчете или введенных в
систему в процессе ее монтажа, оставляют запас давления до 10% расчетной
разности давления, т. е. сумма линейных и местных потерь давления по основному
расчетному направлению должна составлять около 0,9 (pn− pnp ).
2. После расчета ветви паропровода до наиболее неблагоприятно расположенного
прибора переходят к расчету ветвей паропровода до других отопительных приборов.
Этот расчет сводится к увязке потерь давления на параллельно соединенных
участках основной (уже рассчитанной) и второстепенной (подлежащей расчету)
ветвях.
Таблица 1
Гидравлический расчет паропроводов системы отопления низкого давления
Участок Qуч, Вт l, м Dy, мм ω , м/с R , Па/м Rl , Па ∑ξ Z , Па Rl+Z , Па
Расчет паропроводов к нижнему прибору дальнего стояка ΔPp =8000 Па
1
2
3
4
5
64000 6
50
20,4
75
450
1,2 158
32000 14
32
22,1
146
2044 10,5 1632
16000 9
25
19,5
165
1485 2,0 241
8000 4
20
15,9
155
620
1,5 120
4000 1
15
14,5
194
194
3,0 200
∑ lпар =34
∑Rl =4793
∑Z =2351
Запас давления:100(8000-7144):8000 = 10,7% .
608
3676
1726
740
394
7144
Таблица 1 (продолжение)
Гидравлический расчет паропроводов системы отопления низкого давления
6
7
8
9
Расчет паропроводов к верхнему прибору дальнего стояка Δpр=1134 Па
8000
2 20
15,9
155
310
2,7
216
526
4000
1 15
14,5
194
194
3,0
200
394
920
Невязка:100(1134-920):1134 = 18,9% > 15%
Расчет паропроводов к нижнему прибору ближнего стояка Δpр=2860 Па
8000
4 20
15,9
155
620
3,0
240
860
4000
1 15
14,5
194
194
3,0
200
394
1254
Невязка: 100(2860-1254):2860 = 56% > 15%
При увязке потерь давления на параллельно соединенных участках паропроводов
допустима невязка до 15%. В случае невозможности увязки потерь давления
применяют дросселирующую шайбу. Диаметр отверстия дросселирующей шайбы dш,
мм, определяют по формуле
dш = 0,92(Q2уч /Δpш )0.25
где
Qуч– тепловая нагрузка участка, Вт;
Δpш– излишек давления, Па, подлежащий дросселированию.
Шайбы целесообразно применять для погашения излишнего давления,
превышающего 300 Па.
(2)
ЛИТЕРАТУРА
1
СНиП 2.04.05-93 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» , 2004;
2
СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» , 2004;
3
СНиП II-3-97** «Строительная теплофизика» , 2004;
4
Богословский В.Н., А.Н. Сканави «Отопление», Учебник для вузов, М.,
Стройиздат, 1991;
5
Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства,
часть I «Отопление», под. ред. Староверова И.Г., М., Стройиздат, 1990;
6
А.И. Ерёмкин, «Расчет теплового режима здания», М., АСВ, 1993;
7
А.Н. Сканави, Л.М. Махов «Отопление», М., АСВ, 2002;
8
И. Тиатор «Отопительные системы», пер. нем. Т.Н. Зазаевой, М.,
Техносфера Евроклимат, 2006;
9
Серия Застройщик, «Отопление. Оборудование и технологии», М.,
Стройинформ, 2006;
10 Еремкин А.И., Королева Т.И. Тепловой режим зданий. – Ростов Дон.: Феникс,
2008 г;