Тюменцев А.Г. Методичка по отоплению

Подождите немного. Документ загружается.

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 прак-

тическим занятиям по отоплению, основные расчетные

формулы со ссылками на нормативную и справочную лите-

ратуру.

Методические указания рекомендуются кафедрой теп-

логазоснабжения, вентиляции и теплотехники для студентов

специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

всех форм обучения для выполнения ими практических за-

нятий по отоплению.

Методические указания составил кандидат техниче-

ских наук, доцент Тюменцев А.Г.

Методические указания рассмотрены и одобрены на

заседании кафедры 17 мая 2000 г., протокол № 21.

Рецензент – доктор технических наук, профессор Ка-

лашников М.П., заведующий кафедрой «Теплогазоснабже-

ние, вентиляция и теплотехника».

3 4

Расчет теплопотерь помещениями

производственного здания

Рассчитать теплопотери помещениями производст-

венного здания (рис. 1). Расчетная температура внутреннего

воздуха в ремонтно-механическом цехе (помещение 1)

=16

С, в гараже (помещение 2) 12

С. Размеры ворот 4х3

м, размеры окон 3х 2 м. Полы неутепленные по грунту. Вы-

сота от внешней поверхности пола по грунту до верха кон-

струкции 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 на-

ружного воздуха: наиболее холодной пятидневки t

обеспе-

ченностью 0,92, среднюю температуру t

от.пер

. периода со

средней суточной температурой воздуха ≤ 8

С и продолжи-

тельность этого периода z

от.пер.

Определяем градусо-сутки отопительного периода по

формуле:

ГСОП = (t

– t

от.пер.

) z

от.пер..

(1)

По таблице 1б СниП [2] определяем приведенное со-

противление теплопередаче

тр

R , м

С/Вт, для наружных

стен, покрытий и окон. Приведенное сопротивление тепло-

передаче неутепленных полов на грунте определяем по зо-

нам шириной 2 м, параллельным наружным стенам [3]. Тре-

буемое сопротивление теплопередаче

тр

R ворот принима-

ем в размере 0,6

тр

стены здания, определенного по фор-

муле (1) СниП [2] при расчетной зимней температуре на-

ружного воздуха, равной средней температуре наиболее хо-

лодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Коэффициент теплопередачи ограждающей конструк-

ции, Вт/(м

2 . о

С), определяем по формуле:

тр

= . (2)

Определение потерь тепла каждым помещением в от-

дельности производят с учетом основных и добавочных по-

терь тепла путем суммирования потерь тепла через отдель-

ные наружные ограждающие конструкции, рассчитанных по

формуле:

)1()(

∑

+⋅⋅−⋅= nttFKQ

нв

, (3)

где К – коэффициент теплопередачи ограждающей

конструкции, определенный по формуле (2); F - расчетная

площадь ограждающей конструкции, м

, вычисленная после

ее обмера в соответствии с правилами обмера [4, с. 91; 5, с.

35]; n - коэффициент, принимаемый в зависимости от поло-

жения наружной поверхности ограждающей конструкции

по отношению к наружному воздуху [2, табл. 3]; β - доба-

вочные теплопотери в долях от основных теплопотерь [3,

прил. 9].

Расчет теплопотерь сводится в таблицу 1.

5 6

Таблица 1

Расчет теплопотерь

Наружные ограждения

помещения

№ по-

меще-

ния, его

наиме-

нование

и тем-

перату-

ра воз-

духа

наи-

мено-

вание

ори-

ента-

ция

раз-

ме-

ры,

пло-

щадь,

-t

)n,

Коэффи-

циент

теплопе-

редачи

К,

⋅

1 2 3 4 5 6 7

Продолжение таблицы 1

Добавочные теплопотери

β в долях, учитывающие

Теплопотери,

Вт

ориен-

тацию

ограж-

дения

инфиль-

трацию

наличие

входных

наруж-

ных

дверей

Множитель,

учитываю-

щий доба-

вочные

теплопотери

(1+ Σβ)

ограж-

дений

поме-

щений

8 9 10 11 12 13

Добавочные потери тепла на нагревание наружного

воздуха, поступающего путем инфильтрации в помещение,

следует определять расчетом [3, прил. 10]. Для данного зда-

ния допускается теплопотери на инфильтрацию принимать

в размере 0,1 от основных для вертикальных поверхностей.

Расчетное циркуляционное давление

в системах водяного отопления

В системе водяного отопления расчетный перепад

давлений для создания циркуляции воды

∆Р

определяется

по формулам:

в насосной вертикальной однотрубной системе при

качественном регулировании теплоносителя:

∆Р

= ∆Р

+ ∆Р

;

(4)

в насосной вертикальной однотрубной системе при ав-

томатическом качественно-количественном регулировании

теплоносителя:

∆Р

= ∆Р

+ 0,7∆Р

;

(5)

в насосных двухтрубной и горизонтальной однотруб-

ной системах:

∆Р

= ∆Р

+ 0,4∆Р

;

(6)

в гравитационной системе:

∆Р

= ∆Р

(7)

где

∆Р

- перепад давлений, создаваемый циркуляционным

насосом для обеспечения необходимого расхода воды в сис-

теме;

∆Р

- естественное циркуляционное давление:

∆Р

= ∆Р

е.пр.

+ ∆Р

е.тр

(8)

где

∆Р

е.пр

- естественное циркуляционное давление, возни-

кающее в расчетном кольце системы вследствие охлажде-

ния воды в отопительных приборах;

∆Р

е.тр

- естественное

циркуляционное давление, возникающее в расчетном коль-

це системы вследствие охлаждения воды в трубах.

В вертикальной однотрубной системе при

N приборах

в стояке, входящем в расчетное кольцо,

∆Р

е.пр.

, Па, опреде-

ляется по формуле:

)()(

... iiп

oг

ст

пре

hQtt

Σ−

⋅

=ΔΡ

, (9)

где Q

п.i

- теплопотери i-го помещения, Вт; Q

cт

= ΣQ

n.i

- теп-

ловая нагрузка стояка, Вт; β - среднее приращение плотно-

7 8

сти воды при понижении температуры воды на 1

С, кг/(м

3 .

С) – табличное значение [5, табл. 10.4]; h

- вертикальное

расстояние между условными центрами: охлаждения в

стояке для i-го - прибора и нагревания (ось элеватора); t

температура горячей воды в системе отопления, t

- темпе-

ратура охлажденной воды в системе отопления,

С; g - ус-

корение свободного падения, м/с

Перепад давлений, создаваемый циркуляционным на-

сосом ∆Р

при зависимом присоединении системы отопле-

ния со смешением в элеваторе выбирается исходя из распо-

лагаемой разности давлений в наружных подающем и об-

ратном теплопроводах и коэффициента смешения элеватора

[5, рис. 10.19; 4, формула 6.20], при типовом проектирова-

нии по формуле:

∆Р

= 100 Σl, (10)

где Σl - длина основного циркуляционного кольца системы

отопления, м.

В насосных системах отопления допускается не учи-

тывать ∆Р

, если оно составляет менее 10% от ∆Р

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 ∆Р

е.пр.

, Па, определяется по формуле:

∆Р

е.пр.

= h (γ

- γ

) = hg(ρ

- ρ

) ≈ β

h(t

– t

), (11)

где h - вертикальное расстояние между условными

центрами охлаждения в отопительном приборе и нагрева-

ния в системе, м; γ

- удельный вес охлажденной воды, Н/м

;

- удельный вес горячей воды, Н/м

, ρ - плотность воды,

кг/м

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 МС-

140-108.

Естественное циркуляционное давление, возникающее

в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в

трубах ∆Р

е.тр

, Па, находят по формуле:

∆Р

е.тр.

(γ

i+1

– γ

) ≈ β

– t

i+1

), (12)

где N - число участков в кольце; h

- вертикальное рас-

стояние между условными центрами охлаждения i-го участ-

ка и нагревания, м; γ

, γ

i+1

- удельный вес воды, Н/м

, при

температуре в начале t

и в конце t

i+1

того же участка.

9 10

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).

Рис. 4. Расчетные схемы подающего трубопровода:

а – с верхней разводкой; б – с нижней разводкой

Гидравлический расчет двухтрубной

системы водяного отопления

Произвести гидравлический расчет основного (расчет-

ного) 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.

11 12

Рис. 6. Расположение элеваторного угла в подвале

Целью гидравлического расчета трубопроводов сис-

темы отопления является выбор таких диаметров трубопро-

водов для наиболее протяженного и нагруженного циркуля-

ционного кольца системы, по которым при располагаемом

перепаде давлений в системе обеспечивается пропуск за-

данных расходов теплоносителя.

В системе отопления, изображенной на рис. 5, имеют-

ся две ветки, длина которых примерно одинакова.

Расчетное

циркуляционное кольцо находится в ветке с большей тепло-

вой нагрузкой. В насосной двухтрубной системе отопления

с тупиковым движением воды расчетным кольцом считает-

ся кольцо через нижний наиболее нагруженный прибор

стояка, наиболее нагруженного и удаленного от теплового

пункта.

Расчетное циркуляционное кольцо разбивается на рас-

четные участки. Расчетным участком является такой уча

сток трубопровода, по которому проходит постоянный рас-

ход воды и диаметр которого постоянен. Границами участ-

ков являются тройники и крестовины.

Расчет сводится в табл. 2, которая заполняется сле-

дующим образом.

Графа 1. Нумеруются участки как подающей, так и об-

ратной магистрали.

Графа 2. На схеме системы отопления (рис. 5) над ус-

ловным знаком отопительного

прибора проставлена тепло-

вая нагрузка отопительного прибора. Тепловая нагрузка

расчетного участка определяется тепловой нагрузкой при-

боров, обслуживаемых этим участком.

Графа 3. Расход воды на участке G, кг/ч, определяем

по формуле:

86,0

ββ

ог

−

⋅

= , (13)

где Q - тепловая нагрузка участка, Вт; β

- коэффициент

учета дополнительного теплового потока устанавливаемых

отопительных приборов за счет округления сверх расчетной

величины [3, табл. 1 прил. 12; 5, табл. 9.4]; β

- коэффициент

учета дополнительных потерь теплоты отопительными при-

борами у наружных ограждений [3, табл. 2 прил. 12; 5, табл.

9.5].

Таблица 2

Гидравлический расчет трубопроводов

№

уча-

стка

Тепловая

нагрузка

участка

Q, Вт

Расход

воды на

участке

G, кг/ч

Дли-

на

участ-

ка

l, м

Диа-

метр

трубы

Ду,

мм

Ско-

рость

воды

υ, м/с

Удель-

ная по-

теря

давле-

ния на

трение

R, Па/м

1 2 3 4 5 6 7

13 14

Продолжение таблицы 2

Поте-

ря

дав-

ления

на

тре-

ние

R . l,

Па

Сумма

коэф.

местных

сопро-

тивлений

на

участке

Σ ξ

Динами-

ческое

давление

Рд,

Па

Потеря

давления

в мест-

ных

сопро-

тив-

лениях

Z=Pд. Σξ,

Па

Сум-

марная

потеря

давле-

ния

на уча-

стке

Rl+Z,

Па

Мест-

ные

сопро-

тивле

ния,

коэф.

мест-

ных

сопро-

тивле-

ний

8 9 10 11 12 13

Графа 4. Длина участка определяется с точностью до

0,1 м. Затем определяем общую длину трубопроводов рас-

четного циркуляционного кольца Σl и по формуле 10 опре-

деляем перепад давлений, создаваемый циркуляционным

насосом ∆Р

. По формуле 6 определяем ∆Р

.Определяем

ориентировочное значение R

ср

, Па/м, удельной потери дав-

ления на трение:

l⋅Σ

⋅

ср

9,0

, (14)

где 0,9 – коэффициент, показывающий, что 10% от ∆Р

р.

идет

в запас на неучтенные потери давления; х=0,65 – доля по-

терь давления на трение для систем водяного отопления с

искусственной циркуляцией.

Графы 5-7. По таблицам [5, табл. П.1-П.2 прил. П]в за-

висимости от R

ср.

и расхода воды на участке G определяем

диаметры трубопроводов Ду, скорости υ воды и удельные

потери давления на трение R. Следует учитывать, что ско-

рости движения воды в трубопроводах не должны превы-

шать допустимых значений [3, прил. 14]. Диаметр трубо-

проводов, соединяющих элеватор с системой, должен под-

бираться исходя из удельной потери

давления 20-40 Па/м

[6].

Графа 9. К местным сопротивлениям относятся венти-

ли, пробковые краны, трехходовые краны, тройники, кре-

стовины, отводы и другие фасонные части и арматура. Ко-

эффициенты местных сопротивлений определяются по таб-

лицам [5, прил. П, табл. П.10-П.20]. Значения коэффициен-

тов местных сопротивлений тройников и крестовин относят

к тем участкам трубопроводов,

по которым проходит разде-

ленный поток, т.е. к участкам с меньшим расходом. В графе

13 условными знаками указываются величины коэффициен-

тов местных сопротивлений.

Графа 10. Величина динамического давления опреде-

ляется по таблице [5, прил. П табл. П.13] в зависимости от

скорости движения воды при Σ ξ=1.

После определения потерь давления на участках

(гра-

фа 12) определяется суммарная потеря давления в расчет-

ном циркуляционном кольце, состоящем из N последова-

тельно соединенных участков )(

Ζ+⋅

и сравнивается с

располагаемым перепадом давления. Должно выполняться

равенство:

R ΔΡ⋅≈Ζ+⋅

9,0)(

. (15)

После определения диаметров трубопроводов расчет-

ного циркуляционного кольца производится гидравличе-

ский расчет трубопроводов остальных веток системы ото-

пления и определяется невязка, %, в потерях давления в от-

дельных ветках по формуле:

15 16

100

)()(

)()()(

⋅

Ζ+⋅Σ−Ζ+⋅

Ζ+⋅Σ−Ζ+⋅Σ−Ζ+⋅

учобщ

вучобщ

RRR

lll

, (16)

где )(

Ζ+⋅

- суммарная потеря давления в рас-

четном циркуляционном кольце, Па;

)(

учобщ

⋅

l - по-

тери давления в общих участках, входящих в состав сравни-

ваемых колец или ветвей системы отопления,

Па;

R )(

⋅

Σ l - потери давления, Па, в той ветке системы

отопления, потери давления в которой сравниваются с по-

терями давления в расчетном циркуляционном кольце.

Невязка в расчетных потерях давления для систем во-

дяного отопления при тупиковой разводке трубопроводов

не должна превышать 15% [3, п. 3.33]. Увязка потерь давле-

ния производится за счет изменения диаметров трубопрово-

дов на отдельных участках

как подающего, так и обратного

трубопроводов.

Гидравлический расчет однотрубной

системы водяного отопления

Произвести гидравлический расчет основного цирку-

ляционного 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 ту-

пиковым 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 по-

терь давления в общих

участках [3, п. 3.31].

При гидравлическом расчете промежуточных стояков

могут применяться составные стояки из труб разного диа-

метра для увязки потерь давления. При невозможности

увязки потерь давления путем изменения диаметра труб

стояки диафрагмируют. Диаметр диафрагмы, мм, опреде-

ляют по формуле:

25,0

54,3

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ст

, (17)

17 18

где G

ст

- расход воды в стояке, кг/ч; ∆Р

- необходи-

мые для увязки потери давления в диафрагме,

Па.

Гидравлическую увязку промежуточных стояков мож-

но осуществлять, устанавливая на этих стояках балансиро-

вочные клапаны.

Расчет нагревательной поверхности

отопительных приборов в однотрубном стояке

системы водяного отопления

Определить число секций чугунного секционного ра-

диатора МС-140-108, установленного в стояке 1 (рис. 7).

Температуру внутреннего воздуха, диаметр трубопроводов

и расстояние до строительных конструкций принять по рис.

Рис. 8. Однотрубный проточно-регулируемый П-образный стояк

с двухсторонним подключением отопительных приборов к стояку

и смещенными обходными участками.

Расчет сводится в таблицу 3.

Таблица 3

Расчет отопительных приборов

(в однотрубном стояке)

Экспе-

римен-

тель-

ные

число-

вые

пока-

затели

№

при-

бора

по

ходу

воды

Теп-

ловая

наг-

рузка

при-

бора

Qп.,

Вт

Тем-

пера-

тура

воз-

духа

в по-

ме-

ще-

нии

tв,

Сумма

тепло-

вых

нагру-

зок

прибо-

ров

до дан-

ного

прибо-

ра

ΣQп,

Вт

Сумма

допол-

нитель-

ной

тепло-

отдачи

труб и

прибо-

ров

до дан-

ного

поме-

щения

тр

Вт

Раз-

ность

тем-

пера-

тур

∆tср,

Рас-

чет-

ная

плот-

ность

теп-

лово-

го

пото-

ка

пр

Вт/м

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Продолжение таблицы 3

Число секций

чугунного

радиатора

Теплоот-

дача 1 м

верти-

кальных

труб

Вт/м

Теплоот-

дача 1 м

горизон-

тальных

труб

Вт/м

Теплоот-

дача

теплопро-

водов,

открыто

проложен-

ных в

помеще-

нии

Qтр, Вт

Расчетная

площадь

отопи-

тельного

прибора

Ар, м

по

расче-

ту

к уста-

новке

Nуст.

10 11 12 13 14 15

Средняя температура воды в отопительном приборе с

тепловой нагрузкой

, Вт, присоединенном к вертикально-

19 20

му однотрубному стояку в жилых и общественных здани-

ях, определяется по формуле:

ст

птрп

мгср

Gс

QQQ

ttt

⋅

⋅⋅+Σ+Σ

−ΣΔ−=

3600)

5,0

(

, (18)

где Σ∆t

- суммарное понижение температуры воды,

С, на

участках подающей магистрали от начала системы до рас-

сматриваемого стояка [5, с. 45]; ΣQ

- сумма расчетных теп-

ловых нагрузок приборов, Вт, расположенных по направле-

нию движения воды в стояке до рассматриваемого отопи-

тельного прибора; ΣQ’

тр

- сумма дополнительной теплоот-

дачи, Вт, труб и приборов до рассматриваемого помещения

(для одного открыто проложенного этажестояка принимает-

ся в размере 115 Вт); α - коэффициент затекания воды в

отопительный прибор [5, табл. 9.3]; G

ст

- расход воды в

стояке, кг/ч, определенный по формуле 13; с=4187

Ккг

Дж

⋅

удельная массовая теплоемкость воды.

Расчетная плотность теплового потока отопительного

прибора q

пр

, Вт/м

, определяется по формуле:

пр

ср

номпр

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

36070

, (19)

где ∆t

ср

-t

С, - 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;

пр

– расход воды через отопительный прибор, кг/ч; q

ном

номинальный тепловой поток прибора, Вт/м

, определяется

по формуле:

ну

ном

= , (20)

где Q

ну

- номинальный тепловой поток прибора, Вт [5, прил.

Х, табл. Х.1]; А – площадь нагревательной поверхности

прибора, м

(для чугунного секционного радиатора берется

площадь одной секции) [5, прил. Х, табл. Х.1].

Теплопередача открыто проложенных в рассматри-

ваемом помещении теплопроводов определяется по форму-

ле:

тр

(21)

где q

и q

- теплоотдача одного метра вертикальных и гори-

зонтальных труб, Вт/м [5, табл. П.22], принимается в зави-

симости от диаметра и ∆t

ср

; l

, l

- длина вертикальных и го-

ризонтальных труб в пределах помещения, м.

Расчетная площадь отопительного прибора, м

, опре-

деляется по формуле:

пр

трп

⋅

−

9,0

, (22)

где 0,9 – поправочный коэффициент, учитывающий долю

теплопередачи открыто проложенных в помещении тепло-

проводов, полезную для поддержания заданной температу-

ры воздуха в помещении.

Число секций в чугунном радиаторе определяется по

формуле:

⋅=

(23)

где А – площадь одной секции, м

, типа радиатора, принято-

го к установке в помещении; β

- поправочный коэффици-

ент, учитывающий способ установки радиатора в помеще-

нии [5, табл. 9.12]; β

- поправочный коэффициент, учиты-

вающий число секций в одном радиаторе.

Для радиаторов типа М-140 β

определяется по фор-

муле:

Ар

06,0

97,0

. (24)