книги / Отопление и вентиляция Ч. 1 Отопление
.pdfИнж. В. В. БЕЛОУСОВ
ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ
Часть I
О Т О П Л Е Н И Е
Д о п у щ е н о Управлением кадров и учебных заведений
Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР
в качестве учебника для техникумов
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О Л И Т Е Р А Т У Р Ы ПО С Т Р О И Т Е Л Ь С Т В У
М о с к в а — 1967
Научный редактор инж. Ж у р а в л е в Б. А.
Книга является первой частью учебника «Отопление и вен тиляция» для студентов техникумов по специальности «Санитар но-технические устройства зданий».
В учебнике освещены основы строительной теплотехники, ме тоды определения теплопотерь через строительные ограждения зданий и дополнительных расходов тепла на отопление произ водственных помещений, с учетом тепловыделений от оборудова ния, освещения и других источников тепла.
Изложены вопросы устройства и проектирования централь ных систем отопления в зависимости от вида теплоносителя; при ведены расчеты нагревательных приборов и трубопроводов, уст ройства для выпуска воздуха из систем отопления и типы запор- но-регулирующей арматуры.
Рассмотрены различные конденсатоотводчики, применяемые в практических условиях в системах парового отопления.
Особое внимание уделено вопросам применения и расчета отопительных панелей для систем панельно-лучистого отопления. Такие системы отопления в последние годы получают все боль шее распространение в массовом крупнопанельном жилищном строительстве.
Вспециальной главе освещены вопросы применения элект рических нагревательных приборов с указанием преимуществ и недостатков электрического отопления по сравнению с другими отопительными системами.
Вразделе эксплуатации систем центрального отопления при ведены указания по гидравлическим испытаниям систем и основ ные правила по уходу за системами.
Таблиц 33. Иллюстраций 180. Библиография — 16 названий.
В В Е Д Е Н И Е
Отопительные системы предназначены для создания и под держания в помещениях необходимой температуры воздуха в холодное время года. Эта температура должна быть благопри ятной для людей, находящихся в помещениях, а в производст венных зданиях обеспечивать нормальные условия для техно логических процессов.
Отопительные системы оказывают существенное влияние и на сохранность самих зданий. В плохо отапливаемом здании появ ляется сырость, в связи с чем отдельные конструкции подверга ются гниению, а иногда и промерзают, в результате здания быстро разрушаются.
Выбор систем отопления может зависеть от высоты зданий, их планировки, назначения, архитектурных соображений, конст рукций строительных ограждений и методов строительства. На ряду с этим техника отопления оказывает большое влияние на выбор конструкций здания, его планировку и отделку помеще ний, а в отдельных случаях и на архитектурные решения фа садов (например, при устройстве центрального отопления вместо печей).
Отопительные системы улучшают условия труда и быта. Обеспечивая надлежащую температуру воздуха в помещениях производственных зданий, они способствуют повышению произ водительности трудй, а следовательно, и увеличению выпуска продукции.
Разность температур внутреннего и наружного воздуха вы зывает в отапливаемом помещении потери тепла наружными ограждениями (стенами, окнами, потолками верхних этажей и полами нижних). Такие потери тепла должны возмещаться на гревательными приборами, иначе будет понижаться внутренняя температура.
При проектировании отопительной системы здания решают два основных вопроса:
1 ) определяют потери тепла наружными ограждениями по
мещений; 2 ) рассчитывают нагревательные приборы, трубопроводы или
воздуховоды (при воздушном отоплении) и прочие детали си стемы.
Вкниге не освещены вопросы устройства печного и газового отопления, котельных установок и тепловых сетей, так как уча щиеся будут изучать эти вопросы по другим, соответствующим дисциплинам.
Вдействующих Строительных нормах и правилах так же, как и в остальной технической литературе, которой пользуются
учащиеся техникумов, приняты техническая система единиц МКГСС (метр, килограмм-сила и секунда) и внесистемные еди ницы (об/мин, мм рт. ст., мм вод. ст., ккал и др.). Все приведен
ные в учебнике расчеты составлены на основе этих единиц. Соотношения указанных единиц с единицами Международ
ной системы СИ, которая должна применяться как предпочти тельная, приведены в приложении.
Г л а в а I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ § 1. Краткий обзор развития отопительной техники
Отопительная техника развивалась в течение многих веков; первоначальный, древнейший способ отопления состоял в раз ведении огня на полу жилища, при этом дым выделялся непосред ственно в помещение; в дальнейшем стали применять угольные жаровни, в которых сжигался древесный уголь, продукты сгора ния по-прежнему поступали в помещение.
Угольные жаровни и костры на полу помещения выделяли тепло только во время сжигания топлива. Желание сохранить тепло в помещениях после прекращения горения топлива приве ло к созданию печей-каменок. В такой печи над топкой выкла дывали валуны и булыжники, которые нагревались продуктами горения и после окончания топки печи долго выделяли тепло. Археологические раскопки показывают, что печи-каменки при менялись уже в IX в.
В те же времена наряду с каменками устраивали так назы ваемые курные печи. Такая печь представляла собой вырытую в грунте яму, перекрытую глинобитным сводом; в своде остав ляли отверстия для выхода дыма.
Каменку и курную печь топили «по-черному», с отводом
дыма |
в помещение. Позднее продукты |
сгорания |
от |
печей |
стали |
выпускать наружу — сначала через |
отверстия |
в |
потол |
ках, а затем через деревянные трубы (так |
называемые |
«дым- |
ни ц ы » ).
ВЗападной Европе печи с дымоотводящими трубами начали распространяться в XV в. В это же время в России появились огневоздушные подпольные системы отопления в отдельных крупных зданиях, например в некоторых палатах Московского Кремля. Изобретение в XVIII в. паровой машины вызвало быст
рое развитие промышленности и необходимость строительства больших производственных помещений, отапливать которые пе чами было затруднительно. В это время в наиболее развитых странах появились паровые системы отопления, в которых мож но было использовать отработавший в машинах пар.
В1777 г. французский инженер Бониемаи изобрел и приме нил для обогрева инкубаторов систему водяного отопления с ес тественной циркуляцией; система была настолько хорошо про думана автором, что все ее основные элементы применяются и в настоящее время.
ВXIX в. системы парового и водяного отопления получили широкое распространение.
В1802 г. в России впервые были опубликованы статьи о воз можности применения паровых систем отопления, а в 1816 г. в Петербурге уже существовала теплица, отапливаемая паром.
Первые системы водяного отопления с естественной циркуля цией были выполнены в России в 1834 г. горным инженером проф. П. Г Соболевским.
Во второй половине XIX в. крупные производственные здания, как правило, отапливались паровыми системами', наряду с ко торыми начало применяться пароводяное отопление, весьма целесообразное по гигиеническим соображениям. При парово дяном отоплении в нагревательные приборы здания поступала горячая вода, нагреваемая паром, получаемым из центральной котельной; температура воды в нагревател.ьных приборах была значительно ниже температуры пара, чем исключалась возмож ность пригорания пыли на приборах и связанного с этим вред ного влияния ее на организм человека.
Насосные водяные системы отопления получили значитель ное распространение в начале XX в., когда промышленность осво ила серийное производство электродвигателей.
Профессор |
Московского |
высшего технического училища |
В. М. Чаплин |
разработал и в |
1903 г. впервые применил ориги |
нальную систему пароводяного отопления с побуждением дви жения воды посредством пароструйного -элеватора.
В1909 г. в России инж. Н. П. Мельников впервые осуществил систему водяного отопления с насосной циркуляцией.
Вконце XIX и в первой четверти XX в. начали широко рас пространяться районные системы теплоснабжения; теплоносите лем в наружных сетях таких систем первоначально был пар. Первые системы теплоснабжения в России были осуществле ны в Петербурге в 1903 г.; одна из них, выполненная по проекту
проф. А. К. Павловского, обслуживала 13 корпусов Петербург ской детской городской больницы; здания этой больницы были оборудованы системами водяного отопления с пароводонагревателями.
В начале XX в. появляются также системы теплоснабжения, подающие к потребителям не пар, а горячую воду, для нагрева которой используют отработавший пар паровых машин и тур бин электростанций.
Русские инженеры и ученые внесли значительный вклад в де ло развития отопительной техники, положили начало правиль ному расчету систем и предложили оригинальные конструктив
ные решения. Проф. В. М. Чаплин, создавший отечественную школу отопительно-вентиляционной техники, изобрел водоводя ную систему теплоснабжения, получившую в настоящее время исключительно широкое распространение; им же была предло жена насосная система водяного отопления с попутным движе нием воды в трубопроводах. Разработанные русскими специали стами конструкции отопительных печей еще в XVIII в. пользо вались в других странах заслуженной известностью. В XIX в. за границей были широко распространены предложенные в Рос сии системы воздушного отопления. В 1905 г. инж. В. А. Яхимовичем была изобретена система лучистого отопления, в которой нагревательные приборы состояли из труб, заделываемых в бе тонные панели, расположенные в наружных стенах и в перего родках.
Несмотря на достижения русских ученых в области отопле ния, большинство зданий даже значительного объема в дорево люционной России строилось с печами, а необходимое оборудо вание для устройства центральных систем отопления в основном ввозилось из других стран.
В настоящее время Советский Союз занимает первое место по строительству теплоэлектроцентралей. В нашей стране осу ществлены и сооружаются крупные системы газоснабжения. Зна чительная часть получаемого природного газа расходуется на нужды отопления, в связи с чем облегчается работа обслужива ющего персонала котельных, увеличивается теплопроизводительность котлов (благодаря высокой теплотворной способности га за) и уменьшается загрязнение окружающего воздуха.
Партия и правительство уделяют большое внимание разви тию производства отопительного оборудования. В этой молодой отрасли промышленности, почти вновь созданной в послевоен ные годы, с каждым годом увеличиваются темпы роста выпуска изделий. За последние годы введены в действие мощные пред приятия санитарно-технической промышленности.
В Советском Союзе созданы крупные научно-исследователь ские, проектные и монтажные организации, работающие в об ласти санитарной и отопительной техники, которыми разрабо таны новые, экономичные отопительные системы, предложены рациональные методы расчета таких систем и выявлена об ласть их применения.
§ 2 . Классификация систем отопления
Основные виды систем отопления. Каждая система отопле ния состоит в основном из генератора тепла, теплопроводов и нагревательных приборов.
В генераторе сжигают топливо, в результате чего выделяется тепло, которое передается теплоносителю. Теплоносителем назы вают среду, которая перемещается по теплопроводам и переда-
ет нагревательным приборам тепло, полученное в генераторе. Нагревательные приборы отдают тепло отапливаемым помеще ниям.
Теплоноситель должен быть теплоемким, подвижным и деше вым, наряду с этим он не должен ухудшать санитарных условий в отапливаемых помещениях. В качестве теплоносителей в ото пительной технике применяют воду, пар, воздух и дымовые газы.
Вода, пар и дымовые газы передают тепло помещениям через стенки нагревательных приборов. Нагретый воздух при соблю дении нормативных требований подают непосредственно в отап ливаемые помещения.
Системы отопления в зависимости от радиуса действия под разделяются на местные и центральные.
Вместной системе отопления генератор тепла, теплопроводы
инагревательные приборы конструктивно объединены в одном устройстве.
Примером местного отопления может служить отопительная печь. Тепловым генератором печи является топливник, где про исходит сгорание топлива; теплопроводами служат дымоходы, которые отводят продукты сгорания; для передачи тепла в по мещение используются стенки печи. Печью можно отапливать одно помещение или два-три смежных, а в отдельных' случаях — несколько помещений, расположенных одно над другим по вер тикали. Таким образом, радиус действия печей ограничен.
Кместному отоплению относятся также газовое при сжига нии газа в приборах, находящихся в отапливаемых помещени ях, и электрическое, если электрическая энергия переходит в тепловую непосредственно в нагревательных приборах.
Газовое и электрическое отопление считают местным услов но, так как в действительности газоснабжение и электроснаб жение нагревательных приборов широко централизовано и про изводится из центров (станций), расположенных далеко от отап
ливаемых зданий.
Радиус действия центральных систем отопления значительно больше, чем местных. В центральных системах одним тепловым генератором (котлом или группой котлов) могут отапливаться не только отдельное здание, но и большие группы зданий. Систе му, которая отапливает несколько зданий от одной котельной, называют районной.
Системы центрального отопления в зависимости от применяе мого в них теплоносителя могут быть водяными, паровыми, воз душными и комбинированными.
Если в системе водяного отопления циркуляция воды в тру бопроводах и приборах происходит только под действием раз ности объемных весов охлажденной и нагретой воды, ее называ ют системой с естественной циркуляцией.
В системах большой протяженности применять только есте ственную циркуляцию воды экономически нецелесообразно, так
как при такой циркуляции для перемещения нужного количест ва воды потребовались бы слишком большие диаметры труб. Поэтому в большинстве случаев циркуляцию воды в системах водяного отопления осуществляют при помощи насосов; такие системы называют насосными.
Насосные системы отопления в зависимости от максимальной температуры нагреваемой в них воды подразделяют на две груп пы— с нагревом до 100° С и с нагревом выше 1 0 0 ° С (высоко
температурная вода).
В системах парового отопления пар из котла поступает в на гревательные приборы, где конденсируется и отдает скрытую теплоту парообразования. Конденсат возвращается в котел н вновь превращается в пар.
Системы парового отопления бывают вакуум-паровые (дав ление пара до 1 ага), низкого давления (от 0,05 до 0,7 ати), вы сокого давления (более 0,7 ати).
В системах воздушного отопления в помещения подается на гретый воздух, который охлаждается в них и отдает воздуху по мещений необходимое количество тепла.
Системы воздушного отопления подразделяются на воздуш ные, паровоздушные, водовоздушные, электровоздушные, газо воздушные и огневоздушные.
По способу передвижения воздуха воздушные системы мо гут быть с естественным и механическим побуждением. Для ме ханического побуждения применяют вентиляторы.
Комбинированной системой отопления называют систему, в которой применены два различных теплоносителя или один теп лоноситель, но с разными параметрами. К таким системам отно сятся пароводяные, водоводяные и все воздушные.
Системы водяного и парового отопления различаются также по следующим признакам:
по способу разводки магистральных трубопроводов системы бывают с верхней, нижней и средней разводкой;
по способу присоединения нагревательных приборов к стоя кам системы бывают однотрубные и двухтрубные;
по способу теплоотдачи нагревательных приборов системы подразделяются на конвекционные, лучистые и конвекционно лучистые;
по типу применяемых нагревательных приборов системы бы вают с металлическими нагревательными приборами (радиато ры, ребристые трубы, гладкие трубы и конвекторы), с отопитель ными панелями и др.
Сравнительная оценка теплоносителей центральных систем отопления. Вода, пар и воздух, применяемые в качестве тепло носителей в системах центрального отопления, обладают раз личными физическими свойствами.
Вода характеризуется большой теплоемкостью, значитель ным объемным весом и легкой подвижностью, что дает возмож-
ность передавать на большие расстояния значительные коли чества тепла при небольшом объеме воды. При теплоносителе воде температуру поверхности нагревательных приборов (а сле довательно, их теплоотдачу) можно регулировать из одного центра. Температура воды в магистральных трубопроводах сравнительно невысока, поэтому потери тепла трубопроводами меньше, чем при паровом отоплении. Основной недостаток теп лоносителя воды состоит в том, что на ее перекачку по трубам требуются большие затраты электроэнергии.
Пар, конденсируясь в нагревательных приборах, выделяет скрытую теплоту парообразования. Большое количество тепла, выделяющегося при конденсации пара, и его малый объемный вес дают возможность передавать на большие расстояния значи тельные количества тепла без существенных затрат энергии на его перемещение. Однако при теплоносителе паре невозможна центральная регулировка теплоотдачи приборов. При давлении пара больше атмосферного температура поверхностей нагрева тельных приборов значительно выше, чем при водяном отопле нии. В связи с этим уменьшается количество приборов, но ухуд шаются санитарные условия, так как на поверхностях с высокой температурой пригорает органическая пыль. Теплопотери паро проводами и конденсатопроводами значительно больше потерь тепла трубопроводами водяных систем.
Теплоемкость и объемный вес воздуха невелики, а темпера тура его в системах воздушного отопления составляет обычно 45—70° С, поэтому для передачи большого количества тепла тре буются значительные объемы воздуха, для передвижения кото рых по воздуховодам необходимы большие расходы электро энергии. Основное преимущество воздушных систем состоит в том, что при их устройстве не требуется устанавливать в поме щениях нагревательных приборов, стоимость которых составляет около 70% стоимости всей системы.
§ 3. Принципиальные схемы систем центрального отопления
Принципиальная схема системы водяного отопления с есте ственной циркуляцией приведена на рис. 1.1. Йз схемы видно, что тепловой генератор (водогрейный котел) 1 снабжает теплом ряд нагревательных приборов 2, установленных в различных по
мещениях на разных этажах здания. Нагретая в котле вода по подающим трубопроводам 3 поступает в нагревательные прибо
ры, где она охлаждается, передав часть тепла в помещения че рез стенки нагревательных приборов. Охладившись в приборах, вода по «обратным» трубопроводам 4 возвращается в котел, где вновь нагревается. Расширительный сосуд 5 предназначен для
вмещения прироста объема воды при ее нагревании и для уда ления воздуха из системы. Циркуляция воды в системе объяс-
Ю