Совершенствование центрального отопления здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Совершенствование центрального отопления здания

1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ

Распространенные однотрубные насосные системы водяного отопления, проектированию которых отведено основное место в книге, не лишены недостатков. При эксплуатации однотрубных систем отопления в отдельных помещениях имеются отклонения от заданного теплового режима вследствие нарушений расчетных условий в системах, вызываемых несоответствием фактической площади нагревательной поверхности приборов расчетной площади и непланомерным изменением температуры и расхода воды. Эти нарушения усугубляются свое образной «цепной реакцией», возникающей при продвижении поды через последовательно соединенные приборы каждого стояка или ветви. В результате при эксплуатации вынуждены проводить центральное регулирование температуры горячей воды, ориентируясь на помещения, находящиеся в неблагоприятных тепловых условиях. Это вызывает перегревание большинства помещений и перерасход тепловом энергии на обогревание зданий.

Тепловой комфорт зимой во всех помещениях и экономия тепловой энергии на их обогревание скорее могут быть получены при независимом теплоснабжении каждого отопительного прибора. При этом воз можно индивидуальное регулирование теплоотдачи приборов с учетом теплопоступлений в помещения от других источников и даже использование приборов для охлаждения помещений в летнее время. Таким образом, система отопления должна быть выполнена по схеме не только с двухтрубными магистралями, но и с двухтрубными стояками.

Двухтрубные системы водяного отопления были заменены одно трубными в целях экономии металла на теплопроводы, уменьшения затрат труда при производстве заготовительных и монтажных работ, устранения пусконаладочного регулирования. Достоинства двухтрубных систем могут быть реализованы, если сделать их равноценными однотрубным системам по расходу металла, затратам труда и капитальным вложениям.

Указанные условия могут быть выполнены при использовании двухтрубных стояков с нижним расположением обеих магистралей. В таких стояках увеличение естественного циркуляционного давления вследствие охлаждения волы в трубах и приборах соответствует увеличению длины циркуляционных колец. Двухтрубные системы с верхним расположением подающей магистрали для этой цели непригодны. Стояки могут быть выполнены из труб малого диаметра В 5-этажных зданиях допустим диаметр труб стояков - D_y 10, в 10-этажных -- D_y 15, в 20-этажных -- D_у 20 мм исходя из скорости движения волы при максимальных расходах в основании стояков. сопротивление отопительный водяной стояк

Гидравлическое сопротивление подводок ко всем отопительным приборам также может быть унифицировано. На рис. X.1 дана диаграмма изменения в расчетных условиях (t_г = 95°С, t₀ = 70 ⁰С) заданной (штриховая линия) теплоотдачи отопительных приборов в двухтрубном стояке 10-этажного здания в зависимости от гидравлического сопротивления подводок к ним. Существенная неравномерность теплоотдачи приборов соответствует малому сопротивлению; необходимое изменение теплоотдачи по высоте стояка достигается при повышенном гидравлическом сопротивлении подводок, точнее кранов. Это сопротивление р_кр, как установлено, должно быть не меньше максимального естественного циркуляционного давления, возникающего вследствие охлаждения воды, протекающей через приборы пи верхнем этаже:

р_крр_е.макс (X. I)

где: р_е.макс - максимальное естественное циркуляционное давление в стояке.

Сопротивление кранов следует увеличивать сверх значения р_е.макс при необходимости получения близких значений теплоотдачи всех приборов по высоте стояка.

В такой двухтрубной системе с подводками повышенного сопротивления (сопротивление создается кранами типа КРП с дросселирующим устройством -- см. п. VII.5) появляется возможность устанавливать приборы с одинаковой площадью нагревательной поверхности, если теплопотери однотипных помещений по высоте здания закономерно уменьшаются снизу вверх. Теплоотдача всех приборов при необходимости в процессе эксплуатации может быть повышена путем увеличения давления насоса, причем в большей степени повышается теплоотдача приборов на нижних этажах.

1050 1280 1510 1745 1975 Qпр,Bm

(900) (1100) (1300) (1500) (1700) (ккал/ч)

Рис.X.I. Диаграмма изменения заданной (штриховая линия) теплоотдачи приборов в двухтрубном стояке D_у 15 мм системы отопления 10-этажного здания при t_г -95 ⁰С, t_o= 70 °С, ?p_и = l8660 Па (1900 кгс/м²) в основании стояка и дополнительном гидравлическом сопротивлении подводок к приборам.

В течение отопительного сезона двухтрубные системы с кранами повышенного сопротивления действуют устойчиво -- без значительного вертикального теплового разрегулирования, поэтому могут быть названы системами повышенной тепловой устойчивости. На рис.X.2 приведены диаграммы изменения расхода воды и теплоотдачи приборов в двухтрубном стояке D_y 15 мм с кранами на подводках, имеющими сопротивление 5000 Па (500 кгс/м²), в 10-этажном здании в различные периоды отопительного сезона, полученные расчетным путем в МИСП. Можно отметить, что даже в приборах на нижних этажах, через которые протекает значительно увеличенное количество воды, теплоотдача повышается против расчетной всего на 7- 9 % .

1 - 0; 2 - 1000 Па; 3 - 2000 Па; 4 - 5000 Па; 5 - 10 000 Па

20 40 60 80 100 Gпр, кс/ч 350 8J5 1280 1745 Qпр,Вт

(300) (700) (1100) (1500) (ккал/ч)

Рис. X.2. Диаграммы изменения заданных (штриховые линии) расхода воды (а) и тепло отдачи приборов с F_пр=2,87 м²эп (б) в двухтрубном стояке D_y 15 мм системы отопления повышенной тепловой устойчивости в 10-этажном здании при различной температуре наружного воздуха

Диаметр диафрагмы в кране КРП выбирается после проведения оценочных расчетов. При этом расходы воды определяют по тепловым нагрузкам приборов, находящихся в средней зоне (по высоте) трех характерных для системы стояков.

Желательно для всех кранов КРП принимать один и тот же диаметр дросселирующего устройства. Однако в различных частях системы можно применять краны с разными диаметрами диафрагм после про верки выполнения акустических требований.

Гидравлический расчет основного (среднего) стояка проводится сверху вниз, причем характеристика сопротивления диафрагмы -S_д, Па/ (кг/ч)² |(кгс/м²)/ (кг/ч)²|, в кране КРП вычисляется по формуле:

S_д = 160/d⁴_д (S_д = 16.3/d⁴_д) (X.2

где: d_п - выбранным диаметр отверстия диафрагмы в крапе КРП, мм,

Затем выполняется гидравлический расчет других характерных стояков (обычно ближнего и дальнего от теплового пункта, в которых принимают перепады температуры, отличающиеся на несколько градусов от ?t_{ср.сист} .

Разность давления, полученная в результате гидравлического расчета трех стояков, является исходной величиной для гидравлического расчета магистралей. По известным расходам воды в приборах определяют среднюю температуру воды в них, которая получается несколько ниже, чем ?t_{ср.сист} в верхних и выше в нижних приборах стояков. Площади нагревательной поверхности приборов находят с учетом этой действительной температуры воды.

2. ВОДЯНОЕ ОТОПЛЕНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Высотные здания зонируются -- делятся на части -- зоны определенной высоты, между которыми помещаются технические этажи. В системах отопления высота зоны определяется допустимым давлением воды (рабочим давлением) в наиболее низко расположенных при борах и возможностью размещения оборудования и коммуникаций на технических этажах. В зависимости от рабочего давления, допустимо го для отдельных видов отопительных приборов, а также для арматуры, высота зоны не должна превышать (с некоторым запасом) 55 м при использовании чугунных и стальных приборов и 90 м для при боров со стальными греющими трубами.

В пределах одной зоны система водяного отопления при водяном теплоснабжении устраивается но независимой схеме. Такая система имеет собственные теплообменник, циркуляционный и подпиточный насосы, расширительный бак.

Число зон по высоте здания определяется, как и высота отдельной зоны, допустимым гидростатическим давлением, но не для отопительных приборов, а для оборудования в тепловом пункте, находящемся при водяном теплоснабжении обычно в подвальном этаже.

Водо - водяные теплообменники и насосы, изготовленные по специальному заказу, рассчитаны на рабочее давление 1,6МПа (16 кгс/см²). Это значит, что высота здания при водо-водяном отоплении имеет предел, равный 150-160 м. В таком здании могут быть устроены две (высотой по 75--80 м) пли три (высотой по 50--55м) зональные системы отопления, причем гидростатическое давление в оборудовании системы отопления верхней зоны, находящемся в подвальном этаже, достигает расчетного предела.

В зданиях высотой от 160 до 250 м прибегают к комбинированному отоплению (рис. X.3): помимо водо-водяного отопления (в нижних 160 м) в зоне выше 160 м устраивают пароводяное отопление. Теплоноситель-пар, отличающийся незначительным гидростатическим давлением, подается на технический этаж под верхней зоной, где оборудуется еще один тепловой пункт. В нем устанавливают пароводяной теплообменник и циркуляционный насос. Изображенный па рисунке комплекс комбинированного отопления действует в центральной части главного корпуса МГУ: в нижних трех зонах устроено водо-водяное, в верхней, четвертой зоне - пароводяное отопление.

Рис. X.3. Принципиальная схема водяного отопления высотного здания / и // - зоны здания с водо-водяным отоплением; /// -- зона здания с пароводяным отоплением (П - пар, К - конденсат); 1 - водо-водяные теплообменнику 2-пароводяной теплообменник; 3 - циркуляционные насосы; 4 - расширительные баки

В зданиях высотой более 250 м предусматривают новые зоны пароводяного отопления. Можно также применять электроводяное отопление с электрическими котлами. Описанный комплекс устройств для отопления высотных зданий вызывает значительное увеличение стоимости систем; кроме того, необходима установка высоконапорных подпиточных насосов для подачи деаэрированной воды в верхние зоны.

Рис. X.4. Принципиальная схема единой системы водо-водяного отопления высотного здания 1 - общий теплообменник; 2 - общий циркуляционный насос; 3 - зональные циркуляционно-повысительные насосы; 4 - общий расширительный бак: 5 -- регуляторы давления «до себя».

Возможно совершенствование систем отопления высотных зданий с уменьшением капитальных вложений и использованием только одного источника тепловой энергии -- тепловых водогрейных станций.

В высотном здании может быть предусмотрена единая система водяного отопления с зональными циркуляционно-повысительными насосами (рис. X.4). Систему устраивают с разрывом струй воды, возвращаемой из верхних зон через единый открытый расширительный Пак, благодаря чему гидростатическое давление не передается из верхних зон в нижние. В такой системе можно применять серийно выпускае мое оборудование, рассчитанное на низкое рабочее давление. Увеличенный расход электроэнергии на подъем воды в верхние зоны все же во много раз меньше непосредственного расхода электроэнергии на обогревание помещений в этих зонах высотного здания.

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ

Основными недостатками центрального воздушного отопления являются значительные площади поперечного сечения и поверхности воздуховодов, занимающих заметный объем в зданиях. Вследствие этого увеличиваются расход металла и стоимость систем, нагретый воздух охлаждается по пути движения, возникает вертикальное тепловое раз регулирование под влиянием естественного давления. Качество действия таких систем нуждается в совершенствовании, так как в различные помещения подается воздух одинаковой температуры.

Можно исключить попутное охлаждение нагретого воздуха и ослабить влияние силы гравитации на перемещение воздуха, если при центральной обработке наружного воздуха нагревать его лишь до температуры помещений. Тогда центральный подогреватель должен быть дополнен местными нагревателями для группы или для каждого помещения.

На рис.X.5, а дана схема использования группового нагревателя 3, снабжаемого воздухом, центрально подогретым до t_в = 15-20⁰С, через ответвление 2 от распределительного воздуховода 1. Воздух, до полнительно нагретый в пределе до 60--70°С, выпускается под потолком каждого помещения через регулятор подачи воздуха 5 с шумоглу шителем 4. В такой системе обеспечивается групповое качественное и индивидуальное количественное регулирование. На рис. X.5, б показан групповой нагреватель 3 для выпуска горячего воздуха под окнами помещений через подпольные пли подвесные воздуховоды 6 и регуляторы подачи воздуха 7.

Система центрального воздушного отопления может стать более совершенной, если применить индивидуальные водяные или электрические нагреватели 8 -- доводчики температуры и влажности воздуха, (рис. X. 5, в), размещая их под окнами помещений. В такой системе можно значительно повысить скорость движения воздуха (до 20--25м/с) для сокращения площади поперечного сечения воздуховодов. Индивидуальные нагреватели-доводчики следует делать и высоким аэродинамическим сопротивлением (до 250--300 Па) и снабжать шумоглушителями и автоматическими регуляторами. Это придает системе аэродинамическую устойчивость и способствует тепловому комфорту в помещениях.

Рис. X.5. Схемы воздушного отопления зданий с централизованной подачей подогретого воздуха по теплопроводам и местным дополнительным нагреванием а - в групповом нагревателе для выпуска воздуха под потолком помещений через шумо глушитель и регулятор подачи воздуха: б -- то же.для выпуска воздуха под окнами помещений чрез подпольный воздуховод и регулятор подачи воздуха: в -- в индивидуальном нагревателе - доводчике под окном каждого помещении

Рис.Х.6. Схемы высокоскоростных систем центрального воздушного отопления здании. а - вертикальная система с горизонтальной камерой статического давления; б - горизонтальная система с вертикальной распределительной шахтой

В зданиях с периодическим пребыванием людей (например, административных) такую систему центрального воздушного отопления целесообразно эксплуатировать только в рабочее время, а для обогревания помещений в ночные часы использовать индивидуальные нагреватели 8 как конвекторы системы водяного или электрического отопления.

Схемы системы центрального воздушного отопления с индивидуальными нагревателями-доводчиками изображены на рис.X.6. Система состоит из центрального агрегата 1 для очистки, увлажнения и подогревания воздуха, дополненного головным шумоглушителем 2 для снижения уровня звукового давления, создаваемого центральным вентилятором 3. Магистральный воздуховод 4 может быть горизонтальной камерой постоянного статического давления (рис. X.6, а), находящейся в подвальном или техническом этаже здания, или вертикаль ной шахтой (рис. X.6, б). Распределительные воздуховоды 5 и ответвления 6 к доводчикам 7 (соответственно вертикальные или горизонтальные) размещают в зависимости от конструкции здания близ колонн, над подвесным потолком и дополняют вертикальным противодымным затвором (петлей) по высоте одного этажа.

Описанная система с охлаждением приточного воздуха в летнее время превращается в одноканальную систему кондиционирования воздуха.

Литература

1. Андреевский А.К. Отопление Минск. Вышейшая школа, 1982.

2. Богословский В.И. Тепловой Режим здания М:Строй издат.,1979.

3. Отопление и вентиляция В.Н. Богословсий, В.П.Щеглов, Н.Н.Разумов. М.1980.

4. Пеклов А.А. Кондиционирование воздуха - Киев. Издат «Будивельник» 1987.

5. Сканави А.Н.Конструирование и расчет систем водяного и воздушног отопления зданий. М.Стройиздат, 1983.

6. Шекин Р.В., Березовский В.А., Потапов В.А. Расчет систем центральго отопления. Киев: Вищ. Школа. 1975.

Размещено на Allbest.ru