Проведен анализ систем отопления и установлена возможность применения прерывистого отопления в жилых зданиях и помещениях. Для изучения особенностей формирования микроклимата в помещениях с притоком наружного воздуха через вентиляционные клапаны и отопительными приборами разного типа (конвектор и радиатор) разработана математическая модель. Расчеты выполнены с использованием пакета STAR-CD. Системы уравнений аэродинамики и теплопереноса решались в нестационарной постановке с шагом по времени от 1 с до 10 с. Получены зависимости изменения температуры внутреннего воздуха в четырех контрольных точках. Установлена неоднородность поля температуры воздуха в жилом помещении при подаче наружного воздуха через вентиляционные клапаны. В значительной степени поле температуры воздуха в помещении зависит от типа отопительного прибора (радиатора или конвектора).

моделирование

микроклимат

тепловой режим

жилые помещения

1. Дацюк Т.А., Таурит В.Р. Моделирование микроклимата жилых помещений // Вестник гражданских инженеров. - 2012. - № 4. - С. 196-198.

2. Мишин М.А. Исследование процессов остывания теплоносителя при прерывистом регулировании // Ползуновский вестник. – 2010. - № 1. - С. 146-152.

3. Панферов В.И. Анализ возможности экономии тепловой энергии при прерывистом режиме отопления / В.И. Панферов, Е.Ю. Анисимова // Вестник ЮУрГУ. Сер.: Строительство и архитектура. - 2008. - Вып. 6. - № 12. - С. 30-37.

4. Протасевич А.М. Энергосбережение в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: учеб. пособие. – Минск: Новое знание; М. : ИНФРА-М, 2012. – 286 с.

5. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М. : Госстрой России, 2004. – 56 с.

6. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: справ. пособие / Л.Д. Богуславский, В.И. Ливчак, В.П. Титов и др.; под ред. Л.Д. Богуславского и В.И. Ливчака. - М. : Стройиздат, 1990. – 624 с.

Отопление зданий и помещений может быть постоянным или прерывистым (периодическим) . При прерывистом отоплении снижается или полностью отключается подача теплоты в здание или помещение. В холодный период года в жилых помещениях, когда они не используются, допускается обеспечивать температуру внутреннего воздуха ниже нормируемой, но не менее 15 °С . Использование прерывистого режима отопления позволяет уменьшить расход тепловой энергии.

Суточный цикл имеет три части :

начало работы системы отопления (период «натопа» помещения) - температура в помещении повышается от минимальной допустимой t д до расчетной температуры внутреннего воздуха t в;
время установившегося режима - в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха t в;
прекращение подвода теплоты - температура в помещении понижается до минимальной допустимой t д.

Тепловой поток в режиме разогрева помещения больше, чем во время установившегося режима. Дополнительная мощность системы отопления при периодической эксплуатации в течение всего отопительного периода в нормальном и экономичном температурных режимах зависит от следующих показателей:

времени, необходимого для достижения расчетной температуры внутреннего воздуха;
величины снижения температуры внутреннего воздуха по отношению к расчетной;
теплоаккумулирующей способности здания;
воздухообмена во время натопа.

Для повышения энергоэффективности систем отопления (снижения энергопотребления) возможно использование прерывистого режима подачи теплоносителя. Однако время натопа помещения в нормативных документах не регламентируется, т.е. предполагается только постоянное отопление. При прерывистом отоплении существенным фактором следует рассматривать скорость восстановления температурного поля помещений до расчетного значения.

Постановка задачи и исследование

Для изучения особенностей формирования микроклимата в помещениях с притоком наружного воздуха через вентиляционные клапаны и отопительными приборами разного типа (конвектор и радиатор) использован метод численного моделирования.

Моделирование микроклимата выполнялось на примере типовой жилой комнаты здания 137 серии:

размеры помещения: 6х3 м; внутренняя высота 2,56 м; внутренний объем комнаты - 46,08 м 3 ; суммарная площадь внутренних стен - 73 м 2 ;
одно окно размером 1,5х1,5 м.

Расчетная температура наружного воздуха - минус 26 °С. Расчетная температура внутреннего воздуха - плюс 20 о С.

Сопротивление теплопередаче наружной стены и оконного блока приняты в соответствии с нормативными требованиями:

для наружной стены - R с = 3,1 (м 2 К)/Вт;

для окна - R ок = 0,51 (м 2 К)/Вт.

Коэффициент теплоотдачи для наружной поверхности - Вт/(м 2 К).

Теплообмен с соседними помещениями не учитывается. Расчетный тепловой поток системы отопления помещения - 1026 Вт. Отопительные приборы размещаются под окном. Предусмотрена установка конвектора типа Atoll Pro (ПКН 310) производства ОАО «Фирма Изотерм» (Санкт-Петербург). При параметрах теплоносителя для отопительного прибора 95/70 °С (применительно к двухтрубной системе водяного отопления и схеме движения теплоносителя в отопительном приборе - сверху-вниз) тепловой поток конвектора составляет 980 Вт. Расхождение между требуемым тепловым потоком конвектора и тепловым потоком конвектора, принятого к установке, допускается в сторону уменьшения в пределах до 5%, но не более чем на 60 Вт (при нормальных условиях) . В данном случае это расхождение составляет 4,1% (56 Вт).

Конвектор моделировался в виде прямоугольного блока. На верхней грани блока имитировалась выходная решетка конвектора длиной 0,74 м и глубиной 0,1 м, через которую выходит струя нагретого воздуха со скоростью 0,34 м/с и температурой 50 °С (эти параметры получены из натурных измерений). Конвективная составляющая теплового потока равна 94%. Через нижнюю грань блока в конвектор поступал воздух из помещения. Остальная часть теплового потока моделировалась как радиационная составляющая (6% от общего теплового потока), излучаемая нагретым кожухом прибора.

Радиатор моделировался в виде прямоугольного блока длиной 1,3 м, высотой 0,4 м, глубиной 0,14 м, заполненного условным материалом со специально подобранными характеристиками, чтобы имитировать теплоемкость массивной металлической конструкции радиатора. Полный тепловой поток от радиатора - 980 Вт; 50% - конвективная составляющая и 50% - радиационная составляющая.

Поступление приточного воздуха в помещение осуществляется через приточные клапаны типа «Аэреко». Размеры приточных клапанов были выбраны таким образом, чтобы в помещении обеспечивался однократный воздухообмен. Приняты два приточных клапана сечением 0,01х0,3 м 2 каждый, расположенных в верхней части оконного блока. При перепаде давления между внутренним и наружным воздухом 10 Па клапаны обеспечивают расход приточного воздуха 46 м 3 /ч, т.е. однократный воздухообмен в комнате. Удаление воздуха из комнаты выполняется через щель, имитирующую зазор под закрытой дверью, расположенной в стене напротив окна. Расположение приточных клапанов показано на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема (разрез) помещения и расположения точек контроля температуры.

Расчет проводился с использованием пакета STAR-CD. Системы уравнений аэродинамики и теплопереноса решались в нестационарной постановке с шагом по времени, который варьировался от 1 до 10 с. В ходе расчета контролировались температуры воздуха в четырех точках (рис. 1).

В результате расчетов для двух типов отопительных приборов получены графики изменения температуры воздуха во времени при нагреве помещения до и после открытия приточных клапанов для 4 контрольных точек (рис. 2 - 5).

Рис. 2. Характер изменения температуры в точке 1.

Рис. 3. Характер изменения температуры в точке 2.

Рис. 4. Характер изменения температуры в точке 3.

Рис. 5. Характер изменения температуры в точке 4.

Начальная температура воздуха в помещении перед включением отопительных приборов принята равной плюс 15 о С. Приточные клапаны при предварительном нагреве помещения закрыты.

После включения отопительных приборов:

конвектора: температура воздуха в верхних контрольных точках (1 и 3) достигла 28 о С за 10 минут; в нижних точках (2 и 4) температура воздуха достигла 23 о С за 12-14 минут;
радиатора: температура воздуха в верхних точках достигает 28 о С за 30 минут; в нижних контрольных точках (2 и 4) при работе радиатора температура воздуха за 30 минут достигает значений 26 о С.

Таким образом, в режиме нагрева помещения («натопа») при работе конвектора температура в верхних контрольных точках устанавливается в 3 раза быстрее, чем при работе радиатора. Сравнивая процесс нарастания температуры в нижних точках, где в меньшей степени сказывается влияние конвективной струи конвектора, видно, что прогрев воздуха при работе конвектора также происходит быстрее. Например, в точке 2 температура 23 °С при работе конвектора достигается за 12 мин, а при работе радиатора - за 20 мин.

При достижении температуры воздуха в верхних контрольных точках 28 ºС проводилось открытие приточных клапанов.

Через 10 мин после открытия клапанов температура воздуха в контрольных точках снижается до плюс 22-24 ºС для обоих приборов. Далее с течением времени температура во всех контрольных точках продолжает снижаться. Однако характер падения температуры (во всех контрольных точках) при работе радиатора более резкий, чем для конвектора. Это объясняется большей подвижностью воздуха в помещении при работе конвектора, которая связана с взаимодействием более мощной конвективной струи нагретого воздуха с холодным приточным воздухом.

Через 50 минут после открытия клапана минимальная температура в контрольных точках при работе конвектора - 22-23 ºС, а при работе радиатора - 19,5-21 ºС, т.е. на 2 ºС ниже.

Заключение

Поля температуры воздуха в жилых помещениях при подаче наружного воздуха через вентиляционные клапаны неоднородны. Формирование поля температуры в помещении в значительной степени зависит от типа отопительного прибора.
Сравнение изменения температуры в объеме помещения при работе конвектора и радиатора позволяет сделать вывод о том, что при работе конвектора поле температуры в комнате более однородно вследствие преобладания конвективной составляющей теплообмена.
В нормативных документах для жилых помещений для повышения энергоэффективности систем отопления путем применения прерывистого режима подачи теплоносителя необходимо установить длительность периода восстановления температуры внутреннего воздуха до расчетного значения.
Результаты исследования формирования температурного поля отапливаемых жилых помещений с учетом естественной вентиляции должны учитываться как проектировщиками, так и производителями отопительных приборов.

Рецензенты:

Анисимов С.М., д.т.н., профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПОУ «СПбГАСУ», г. Санкт-Петербург.

Гримитлин А.М., д.т.н., профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПОУ «СПбГАСУ», г. Санкт-Петербург.

Библиографическая ссылка

Дацюк Т.А., Ивлев Ю.П., Пухкал В.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ ОТОПЛЕНИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14698 (дата обращения: 18.10.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Ответ: достаточно существенные перетопы в осенний и весенний периоды (а для теплых климатических зон – практически весь отопительный сезон) присущи как раз зависимой схеме присоединения. Если схема независимая, то тепловая энергия передается через теплообменник и соответствующая автоматика должна регулировать величину потребления (соблюдение температурного графика, исключающего перетопы).

В отдельных случаях, когда теплоснабжающая организация ведет себя некорректно и с ней трудно найти общий язык – регулятор может помочь избежать излишнего навязываемого объема потребления и при независимой схеме, но это - «экзотика».

Ответ: известно несколько схем, позволяющих регулировать потребление тепловой энергии зданием на нужды отопления. Наиболее часто применяется насосная схема, которая позволяет плавно регулировать потребление тепловой энергии зданием. Но внедрение такой схемы требует затрат на покупку насоса и соответствующего клапана, что при малом потреблении (соответственно и сравнительно небольших объемах экономии) будет окупаться достаточно продолжительное время. Специально для таких потребителей и был разработан наш Регулятор, который показал на практике окупаемость 1-2 месяца. Для зданий с потреблением больше 0,2 Гкал/ч традиционная насосная схема окупается в приемлемые сроки.

Ответ: установку Регулятора нужно согласовывать с теплоснабжающей организацией. Хотя прямых указаний на необходимость согласования в нормативных документах нет, большинство теплоснабжающих организаций придерживаются мнения, что любые узлы регулирования у потребителей влияют на гидравлику всей сети и поэтому требуют согласования. Справедливости ради, надо сказать, что процедура получения техусловий и согласования формальны и не требуют, как правило, много времени и сил.

Ответ: при потреблении зданием до 0,2 Гкал (и менее) расход теплоносителя составляет около 2 л/с (при скорости теплоносителя в трубе порядка 1 м/с), при таких расходах возникновение гидроудара не возможно. Если используется соленоидный клапан, регулирующий расход, то при его закрытии/открытии (где-то 2 раза в полчаса) слышен характерный щелчок. В офисных зданиях его, конечно, не слышно. Если рядом жилые помещения, то лучше использовать клапан шаровой с сервоприводом, он работает бесшумно, но его стоимость несколько выше.

Ответ: нет. Клапан будет регулировать подачу тепловой энергии кратковременным перекрыванием подающего трубопровода. Обратный трубопровод ничем не перекрывается. Именно давлением в обратном трубопроводе теплосети обеспечивает нормальную работу зависимых систем потребителей без завоздушивания.

Ответ: На каждое здание нужно ставить свой Регулятор, поскольку он рассчитывает индивидуальное потребление зданием тепловой энергии. Если подключить несколько зданий, то из-за индивидуальных особенностей одни из них будут перегреваться, а другие недогреваться. При индивидуальной установке регулятора он будет учитывать особенности конкретного здания и обеспечивать ему необходимое количество тепловой энергии для поддержания комфортной температуры в помещении.

Ответ: Регулятор настраивается очень просто: ему задается температурный график тепловой сети и температура, которую необходимо поддерживать в помещениях здания. Остальное он вычислит сам. Кроме того, если здание офисное или промышленное, можно указывать периоды, когда температура в помещениях может быть пониженной (выходные дни и ночные часы). В этом случае экономия будет еще больше. Если Регулятор подключен к сети Интернет, то настройка может быть осуществлена с любого компьютера (по логину и паролю).

Ответ: Монтаж сводится к установке клапана (на резьбовом или фланцевом соединении - операция доступная любому слесарю). Операция требующая сварки – установка гильзы в трубопровод для датчика температуры. Крепление второго датчика температуры (воздуха) на северный (желательно) фасад здания – не представляет сложности. Сам Регулятор монтируется на стену (можно в шкафчик). Если подключение к интернету через мобильную связь, то возможно потребуется вывести антенку на фасад здания.

Ответ: В качестве примера приведем данные работы регулятора в здании офиса теплоснабжающей компании в Москве. На рис. 1 виден исполнительный механизм (шаровой клапан с сервоприводом), установленный после теплосчетчика (по ходу теплоносителя). На рис. 2 представлен график температуры в подающем и обратном трубопроводе системы отопления, которые фиксировал теплосчетчик. На рис. 3. график потребления тепловой энергии зданием (данные теплосчетчика). На рис. 2 и 3 примеры работы системы диспетчеризации и учета данных, которые доступны при подключении этой услуги.

Рисунок 1. Исполнительный механизм регулятора отопления.

Рисунок 2. График температур в офисном здании после установки регулятора (по данным теплосчетчика)

Рисунок 3. Потребление тепловой энергии зданием после установки регулятора отопления (данные теплосчетчика)

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ («ПРЕРЫВИСТОЕ») ОТОПЛЕНИЕ, КАК ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ МЕРОПРИЯТИЕ

Среди задач управления системами отопления значительное место занимают задачи так называемого прерывистого режима отопления. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т. д.) допускается понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, в выходные и праздничные дни с целью экономии энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение. К началу использования помещения в соответствии с его технологическим назначением температурный режим в нем должен соответствовать нормативным показателям. Такой режим отопления, когда температура внутреннего воздуха понижается на некоторый период времени ниже нормативного значения, называется «прерывистым». Подобная ситуация может иметь место также при авариях, когда прекращается подача тепла в помещение.

Прерывистая подача тепла рациональна только в случае автоматического регулирования по времени и температуре, которое позволяет экономить энергию, избегая ненужного завышения температуры в отапливаемых помещениях, и периодически снижать температуру помещения в соответствии с определенным графиком его использования, а также обеспечить необходимую оптимальную тепловую обстановку в помещении.

Колебания тепловыделений и связанные с ними колебания температуры внутреннего воздуха на общем расходе тепла не сказываются; он зависит от средней за период температуры внутреннего воздуха . Если при прерывистой теплоподаче значение среднесуточной температуры внутреннего воздуха равно нормативному ее значению, то общий расход тепла остается таким же, как при непрерывной теплоподаче, и экономия энергии не обеспечивается. Подобное положение имеет место при печном отоплении. Для обеспечения экономии энергии необходимо понизить среднесуточное значение температуры внутреннего воздуха, т.е. в течение части зимнего периода она должна быть равна нормативному значению и быть ниже в остальную часть периода. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т.д.) понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения допускается в течение части суток.

Одним из критериев возможной длительности перерыва в теплоподаче и связанным с ней понижением температуры внутреннего воздуха является требование о невыпадении конденсата на внутренних поверхностях стен и покрытия. При понижении температуры внутреннего воздуха, если не меняется его влагосодержание, точка росы остается постоянной.

Система прерывистой теплоподачи будет особенно эффективной, если она способна в короткое время без привлечения большой дополнительной мощности повысить температуру внутреннего воздуха до нормативного значения . Таким требованиям в значительной степени удовлетворяют так называемые двухкомпонентные системы отопления. Основная (фоновая) часть системы может поддерживать в помещении температуру воздуха порядка 12-16 °С, а дополнительная в течение короткого промежутка времени может довести ее до нормативной. Система фонового отопления может быть любой теплоемкости, а дополнительная система должна быть малотеплоемкой и легко регулируемой. Двухкомпонентные системы могут быть различной конструкции. Возможны варианты теплоемких фоновых систем панельного отопления и безынерционных электродоводчиков (электрорадиаторов или электроконвекторов, оснащенных термостатами) или конвекторы, рассчитанные на внутреннюю температуру 15 °С, с вентиляторами, быстро поднимающими температуру помещения до нормативной.

Прерывистая теплоподача, сокращая общий расход тепла за период, требует более высокой подачи тепла в период натопа. Таким образом, прерывистая подача тепла является экономически выгодной, как правило, при достаточно высокой температуре наружного воздуха, которая имеет место больше всего в переходные периоды года, когда можно использовать для натопа имеющуюся мощность системы отопления.

В практике эксплуатации жилых зданий прерывистая теплоподача имеет место при электротеплоснабжении зданий. Периодичность теплоснабжения здесь обусловлена использованием внепиковой электроэнергии. Метод этот сводится к подключению электроотопительных приборов и установок и к накапливанию в них тепла исключительно в часы ночных провалов графика нагрузки энергосистемы (аккумуляционное отопление) или во внепиковые периоды (полуаккумуляционное отопление) . Тепло, запасенное в отдельных приборах, центральных установках или непосредственно в конструкциях зданий, расходуется в помещении для нужд обогрева по мере надобности. Электроотопление рационально только с автоматическим регулированием по времени и температуре и позволяет наилучшим образом сочетать график потребления электроэнергии для нужд обогрева с суточным графиком нагрузки на энергосистему путем рационального использования аккумулирующих свойств комплекса «здание - система отопления».

Задача управления расходом энергии, затрачиваемой на нагрев или охлаждение помещения, всегда занимала одно из центральных мест в теории отопления и кондиционирования, но особую значимость приобрела в настоящее время. Современная техника отопления и кондиционирования нуждается не в управлении вообще, а требует оптимального управления процессом расходования энергии. Не является исключением использование компьютерной техники в интеллектуальных зданиях, поскольку она должна работать в соответствии с алгоритмом, позволяющим осуществить процесс нагрева или охлаждения оптимальным образом.

Для большинства помещений жилых и общественных зданий минимизация затрат энергии на разогрев помещений может быть достигнута при выполнении следующих двух положений:

1) первое положение: разогрев помещений необходимо начинать с разогрева наиболее теплоемких частей помещения;

2) второе положение: разогрев помещений должен производиться с использованием максимальной мощности отопительного оборудования.

В большинстве случаев это относится к внутренним поверхностям наружных ограждающих конструкций, которые, к тому же, как правило, и наиболее охлаждены (минимизация времени разогрева в данном случае может быть достигнута, например, за счет быстрого нагрева внутренних поверхностей ограждающих конструкций конвективными настилающимися струями).

Отопление зданий и помещений может быть постоянным или прерывистым (периодическим) . При прерывистом отоплении снижается или полностью отключается подача теплоты в здание или помещение. В холодный период года в жилых помещениях, когда они не используются, допускается обеспечивать температуру внутреннего воздуха ниже нормируемой, но не менее 15 о С . Использование прерывистого режима отопления позволяет уменьшить расход тепловой энергии.

Суточный цикл имеет три части :

Начало работы системы отопления (период «натопа» помещения) - температура в помещении повышается от минимальной допустимой t д до расчетной температуры внутреннего воздуха t в;

Время установившегося режима - в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха t в;

Прекращение подвода теплоты - температура в помещении понижается до минимальной допустимой t д.

Величины снижения температуры внутреннего воздуха по отношению к расчетной;

Времени, необходимого для достижения расчетной температуры внутреннего воздуха;

Воздухообмена во время натопа;

Теплоаккумулирующей способности здания.

В системах центрального отопления, особенно водяного, скопления воздуха (точнее газов) нарушают циркуляцию теплоносителя и вызывают шум и коррозию стали. Воздух в системы отопления попадает различными путями: частично остается в свободном состоянии при заполнении их теплоносителем; подсасывается в процессе эксплуатации неправильно сконструированной системы; вносится водой при заполнении и эксплуатации в растворенном виде.

В системах с верхней разводкой необходимо обеспечивать движение свободных газов к точкам их сбора. Точки сбора газов (и удаления их в атмосферу) следует назначать в наиболее высоко расположенных местах систем. Конкретно магистралям придают определенный уклон и устанавливают проточные воздухосборники (рис. 17, а, б,) – вертикальные (а) или горизонтальные (б). Из воздухосборников газы удаляются в атмосферу периодически при помощи ручных спускных кранов 4 или автоматических воздухоотводчиков (6) рис 17.

Рис. 17 Проточные воздухосборники а) – вертикальный на главном стояке; б) горизонтальный на магистрали; 1 – главный стояк; 2- магистрали; 3 – труба(с краном) для выпуска воздуха; 4 – муфта для выпускной трубы; 5 – муфта с пробкой для выпуска грязи.

Рис. 18 Схем установки воздухосборников и воздухоотводчиков а) – с горизонтальным проточным воздухосборником; б) – с вертикальным непроточным воздухосборником; в) – автоматический воздухоотводчик; г) – непроточный воздухосбросник; 1- магистраль; 2-воздухосбросник; 3 – воздухоотводчики; 4 – запорные краны; 5 – ручнее воздуховыпускные краны; 6- воздушная линия; 7 – поплавок; 8 – упор; 9- пружинный клапан; 10 – защитный колпак.

Рис. 19 Автоматический воздухоотводчик ASV

В системах с «опрокинутой» циркуляцией воды и верхним расположением обратной магистрали, в гравитационной системе с верхней разводкой для отделения и удаления газов используют расширительные баки с открытой переливной трубой.

В системах водяного отопления с нижней разводкой обеих магистралей газы, концентрирующиеся в радиаторах или в греющих трубах конвекторов, установленных на верхнем этаже, удаляют в атмосферу периодически при помощи ручных и автоматических воздушных кранов 1 (рис. 20, а) или централизованно через специальные воздушные трубы 2 и 3 (рис. 20, б). При централизованном удалении газов воздушные трубы стояков соединяются горизонтальной воздушной линией 2 (рис. 20, б) с петлей 5 для устранения циркуляции воды в воздушной линии. Для периодического выпуска воздуха в воздушной петле помещают вертикальный воздухосборник 4 со спускным краном (рис. 17, в и 2, в). Для непрерывного удаления воздуха воздушную петлю присоединяют к соединительной трубе открытого расширительного бака(6) (рис. 20, г).

Рис. 21 Воздушный кран Маевского

В системах парового отопления воздух находится в свободном состоянии. В паропроводах пар вытесняет воздух в нижние части систем к конденсатным трубам. В паровых системах высокого давления воздух захватывается конденсатом, движущимся с высокой скоростью. Водовоздушная эмульсия по трубам попадает в закрытый конденсатный бак, где воздух отделяется от конденсата и периодически отводится в атмосферу через специальную воздушную трубу.

8. РАСШИРИТЕЛЬНЫЕ БАКИ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ: НАЗНАЧЕНИЕ, ВИДЫ, ПОДБОР, ПРИСОЕДИНЕНИЕ К СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ.

Предназначены для приема прироста воды, образующегося в системе отопления. Расширительные баки по конструкции бывают: - открытыми, сообщающиеся с атмосферой; закрытые, находящиеся под переменным, но строго избыточным давлением. 1. Открытые расширительные баки. Изготовляют, как правило, цилиндрическими, размещают на расстоянии не менее 1 м над верхней точкой системы, обязательно изолируют.

1 – расширительная труба, по которой вода поступает в бак. 2 – контрольная или сигнальная, для проверки наличия воды в баке. 3 – переливная труба. 4 – циркуляционная труба. 5 – патрубок с пробкой, для промывки. V п – полезный объем расширительного бака.

В гравитационных системах расширительный бак присоединяют к высшей точки подающей магистрали (как правило, к главному стояку), служит одновременно для удаления воздуха. В насосных системах отопления расширительные баки подсоединяют к обратной магистрали, вблизи всасывающего патрубка циркуляционного насоса.

V п должен соответствовать увеличению объема воды в системы отопления, при ее нагревании до средней расчетной температуры. V п =k∙V c , м 3 . k – объемное расширение воды в системе отопления: k=β∙Δt, β – среднее значение коэффициент объемного расширения воды для данного интервала температур. β – 0,0006 1/ о С. Δt – изменение температуры от начальной до средней температуры. k=0,24 при 95-70, k=0,27 при 105-70. V с – общий объем воды в системе отопления при начальной температуре. V с =(V пр +V тр +V котл)Q с. V пр,V тр,V котл – объем воды в системе, л/кВт. Q с – мощность системы, кВт. Недостатки открытых расширительных баков: установка в верхней точке на чердаке, утепление. Возможность поглощения воздуха из атмосферы, что вызывает коррозию. Необходимость добавления воды вследствие ее испарения.

2. Закрытые расширительные баки. Бывают: - с мембраной; - без мембраны. Они герметичны, давление в них поддерживается сжатым воздухом. Наиболее часто используют мембранные расширительные баки. Мембраны изготавливаются из эластичного синтетического каучука или резины. Используют две модификации мембранных баков: 1) баки с несменными диафрагмами, жестко закреплены по периметру. 2) баки со сменными диафрагмами, которые можно заменить через горловину бака. Вода не контактирует со стенкой бака.

Определение объема закрытого расширительного бака. Если объем бака окажется, мал, то давление в низших точках системы может превышать допустимое. Если объем бака велик, при понижении температуры в системе, давление в верхних точках может оказаться ниже минимального допустимого, для предупреждения вскипания воды. Объем закрытого строго обусловлено перепадами давления в системе. Vп=ΔV с /(Р а /Р min -P a /P max). ΔV с =k∙V c = β∙Δt∙V c . ΔV c – прирост объема воды. Р а – абсолютное давление в баке до первого поступления воды. Закрытые баки размещают непосредственно в котельной или в тепловом пункте, на полу или на стенке.

9. ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ, ВИДЫ, ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ В ПОМЕЩЕНИИ.

Классификация отопительных приборов.

1) По преобладающему способу теплоотдачи:

а) радиационные приборы – передающие не менее 50% теплоты излучением – это потолочные панели;

б) конвективно-радиационные – передающие конвекцией 50-75% общего теплового потока – радиаторы секционные, панельные, напольные отопительные приборы;

в) конвективные передающие конвекцией не менее 75% - конвекторы.

2) По использующему материалу:

а) металлические – из чугуна, листовой стали, стальные, медные;

б) комбинированные – используют теплопроводящий материал, панельные радиаторы;

в) неметаллические – керамические и пластмассовые радиаторы, потолочные и напольные панели, заделанные пластмассовыми панелями или без труб.

3) По характеру внешней поверхности:

а) гладкие – радиаторы, панели, приборы из гладких труб;

б) ребристые – конвекторы, ребристые трубы, калориферы.

4) По высоте прибора:

а) высокие – h>650 мм; б) средние – 450-650 мм; в) низкие – 200-400 мм;

г) плинтусные – h<200 мм.

Виды отопительных приборов.

1) Простейшими являются гладко трубные приборы, они выполняются в виде змеевиков или регистров из гладких труб, Ø32-100 мм.

Эти приборы легко очищать от пыли, высокий коэффициент теплопередачи. Тяжелые, громоздкие, занимают много места. Применяются в производственных помещениях. На рынке отопительных приборов составляют 2,6%.

2) Радиаторы – приборы, состоящие из отдельных колончатых элементов – секций, либо из плоских блоков с каналами колончатой или змеевиковой формы:

а) чугунные секционные радиаторы, собираются из отдельных секций с помощью ниппеля (цилиндра с резьбой). Расстояние по осям между подводками равно 500 мм. Маркировка МС-140-108; М90; t max =130 o C; Р раб =0,6 МПа. На рынке 47%. Высокая тепловая единичная мощность; стойкие против коррозии; простые в изменении мощности. Металлические (≈ 45кг/кВт); производство трудоемко, экологически вредно; монтаж затруднителен из-за веса; очистка от пыли неудобная; внешний вид непривлекателен.

б) алюминиевые радиаторы, секционные, соединяются прессовкой, на рынке 17%. Имеют привлекательный внешний вид; менее массивны (≈ 11-20 кг/кВт); теплоотдача выше, чем у чугунных, за счет развитой оребренной поверхности; быстрее прогревают помещение; хорошо регулируются терморегуляторами; Р раб =0,6-2 МПа. Менее гигиеничны, т.к. затруднено удаление пыли с внутренней поверхности; подвергаются кислотной коррозии, которая усиливается при образовании гальванической пары алюминий-медь. Во избежание электрохимической коррозии, в местах соединения алюминиевых секций со стальными трубами, используют оцинкованные переходники; алюминий реагирует с водой с выделением водорода. Недостатки, касающиеся электрохимической коррозии, отсутствуют в биметаллических радиаторах, т.к. внутри имеется стальная труба.

в) стальные панельные радиаторы. Сваривают из двух штампованных стальных листов, толщиной 2 мм. Каналы для воды могут быть вертикальные, горизонтальные и змеевиковые. Состоят из 1, 2, 3 х параллельных блоков. Для увеличения конвективной составляющей прибора, между блоками – ответвления. Количество плоских блоков и оребрения, в соответствии с европейскими стандартами указывается в марке прибора.

Меньшая масса, чем у чугунных (0,55-0,8 кг/кВт), увеличенная излучательная способность, монтаж легче, производство механизировано, легко очищаются. Относительная небольшая нагревательная поверхность, для их производства используется дефицитная, коррозиестойкая, холоднотянутая сталь. Применять в закрытых системах, с деаэрированной водой. Р раб =0,6-1,0 МПа. На рынке 17%

3) Конвекторы. На рынке 17%. Основными элементами являются трубчатый ребристый нагреватель, выполненный из стальных электросварных или медных труб.

1. а) навесные (настенные); б) напольные (островные); в) встраиваемые (внутренапольные).

2. а) с кожухом; б) без кожуха.

3. а) с воздушным регулирующим клапаном; б) без воздушного регулирующего клапана.

Требования к конвекторам – хороший контакт оребрения с нагревательной трубкой (цинкование, накатное). Наличие кожуха позволяет использовать при высоких температурах теплоносителя. Теплоотдача конвектора с кожухом растет с увеличением его высоты. Конвекторы со встроенным автоматическим терморегулятором выпускаются без воздушного клапана.

1 – нагревательные трубы. 2 – воздушный клапан. 3 – кожух.

При выборе вида и типа прибора учитываются факторы:

1. Назначение и архитектурно-технологическая планировка помещения.

2. Особенности теплового режима здания (постоянное, дежурное, прерывистое отопление).

3. Вид теплоносителя в системе отопления (водяная, паровая).

4. Давление в системе отопления. 5. Качество теплоносителя. 6. Состав воздушной среды. 7. Санитарно-гигиенические показатели приборов.

Комфортность тепловой обстановки в помещении в большей мере зависит от места установки прибора в помещении. Это связано с тем, что прибор должен выполнять роль локализаторов источников холода в помещения, поэтому прибор должен быть установлен, чтобы нагретая поверхность и восходящая над ним струя не давала попасть холодному потоку воздуха в помещение

1. Наиболее целесообразно устанавливать приборы вдоль наружных стен и под окнами. Длина прибора не менее 50% от длины оконного проема.

2. Под витринами прибор располагают по всей длине - низкие конвекторы, конвекторы теплая дорожка.

3. В детских садах, яслях желательно теплый пол и плинтусные приборы.

4. Теплые полы желательно устраивать в вестибюлях и переходах, куда люди заносят снег.

5. В южных районах при удалении рабочих мест от наружных стен более 2 м, допускается установка у внутренних стен.

6. На лестничных клетках в зданиях до 12 этажей отопительные приборы следует размещать на 1этаже.

7. Не следует размещать лестничные стояки в тамбурах, имеющих наружные двери.

8. Отопительные приборы на лестничных стояках следует присоединять к отдельным стоякам по проточной схеме, с обязательной установкой запорной арматуры на них, регулирующая арматура около приборов не устанавливается.

9. В помещениях кирпичных зданий отопительные приборы устанавливают в нишах глубиной 150 мм, в соответствии со СНиПом 3.05-01-85.

солнечных коллекторов и аккумуляторов в схеме с тепловым насосом расход первичной энергии по сравнению с традиционным решением может быть сокращен в 3...4 раза.

§ 19.4. Экономия теплоты при автоматизации работы системы отопления

При работе распространенных систем водяного и воздушного отопления централизованные теплозатраты на отопление можно сократить, если использовать для обогревания помещений дополнительные местные теплопоступления. Существенной экономии теплозатрат достигают, применяя автоматическое регулирование теплового потока поступающего в систему отопления. Блоки автоматизации действия системы отопления включают в общую автоматизированную систему управления (АСУ) работой инженерного оборудования здания (см. § 19.1).

Теплопоступления от различных дополнительных источников можно считать избыточными, если они вызывают повышение температуры воздуха в рабочей (обслуживаемой) зоне сверх средней оптимальной, установленной по назначению помещения. Например, сверх 21 °С в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений, когда люди находятся в них более 2 ч непрерывно.

В отапливаемых жилых зданиях к дополнительным теплопоступлениям относятся:

часть теплолоступлений от систем водяного отопления при температуре наружного воздуха выше температуры точки излома графика регулирования температуры воды в теплофикационных сетях (см. рис. 17.3);

часть бытовых тепловыделений, вызывающих повышение температуры воздуха в жилых комнатах сверх 21 °С (обычно при температуре наружного воздуха выше расчетной для проектирования отопления);

теплопоступления от солнечной радиации.

В основных помещениях общественных зданий вместо бытовых тепловыделений имеются периодические теплопоступления от работающих людей и электрического освещения. В помещения производственных зданий в рабочее время поступает также теплота от электрического оборудования и технологических процессов, Мощность этих дополнительных теплоисточников изменяется во времени, понижаясь до минимального значения в ночное и нерабочее время. При нестационарном характере теплопоступлений часть теплоизбытков поглощают наружные и внутренние ограждения, а также оборудование помещений. Чем больше теплоемкость ограждений помещений, тем больше они поглощают теплоизбытков, что уменьшает амплитуду колебания температуры воздуха. При этом, как следствие, роль автоматического регулирования теплоподачи в систему отопления снижается.

Как известно, регулирование теплоподачи в систему отопления можно осуществлять в системе здания в целом, в пофасадных частях системы, в горизонтальных поэтажных ветвях или путем индивидуального регулирования теплоотдачи отдельных отопительных приборов и агрегатов.

Автоматизированное регулирование теплоподачи в систему водяного отопления здания в целом, осуществляемое в тепловом пункте при вводе наружных теплопроводов, позволяет корректировать график центрального качественного регулирования (см. рис. 17.3) и частично учитывать теплопоступления от солнечной радиации. Исследования, проведенные в системе водяного отопления 16-этажного жилого здания в Москве, показали, что теплоподача по скорректированному графику регулирования позволяет экономить 4,3 °/о

расхода теплоты за четыре последних месяца отопительного сезона. За весь сезон в условиях Москвы экономия при этом доходит до 6...8 %.

Автоматизированное пофасадное регулирование частей системы отопления сопровождается дальнейшим сокращением теплозатрат (до 12 %) по сравнению с теплозатратами при обычном центральном качественном регулировании. Об этом свидетельствуют результаты натурных наблюдений. В Москве обследована автоматизированная система водяного отопления 16-этажного жилого здания. В солнечный день при температуре наружного воздуха около -4 °С теплоподача в помещения юго-восточного фасада здания уменьшалась в 2,5 раза по сравнению с теплоподачей при центральном изменении температуры теплоносителя. Суточный расход теплоты сокращался на 25 %.

При пофасадном регулировании контроль работы частей системы отопления проводят по трем-четырем неблагоприятно расположенным (обычно недогревающимся) помещениям. Это вызывает перегревание других помещений.

Более эффективно в отношении экономии тепловой энергии автоматическое регулирование теплоподачи в отдельные крупные помещения горизонтальными поэтажными ветвями системы водяного отопления. При таком поэтажном регулировании температура воздуха в обслуживаемых помещениях поддерживается на заданном уровне с помощью регуляторов прямого действия с точностью ± 1,5 °С.

Аналогично по эффективности автоматическое регулирование теплоподачи индивидуальными регуляторами, устанавливаемыми на теплопроводах отопительных приборов или агрегатов (см. § 4.9). При таком способе регулирования полезно используются (в отношении экономии теплозатрат на отопление) теплопоступления в помещения от людей, бытовых приборов, солнечной радиации, электрического освещения и оборудования и других источников, а также учитывается неблагоприятное воздействие ветра.

Особенно существенная экономия теплоты достигается при прерывистом отоплении зданий с переменным режимом работы.

§ 19.5. Прерывистое отопление зданий

В зданиях и сооружениях с переменным тепловым режимом (см. § 15.3) прибегают к понижению температуры помещений в нерабочие периоды суток. Для этого применяют прерывистое отопление с понижением или полным отключением теплоподачи.

При сокращении теплопоступлений от системы отопления по сравнению с теплоподачей в рабочий период суток в помещениях наблюдаются колебания температуры воздуха и радиационной температуры. Охлаждение помещений при отключении отопления рассмотрено в .

В сухих производственных помещениях возможно понижение температуры в нерабочий период до 5 °С. В помещениях общественных зданий можно также допустить в нерабочий период суток понижение температуры, но до такого уровня, чтобы избежать конденсации водяного пара воздуха на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций (за исключением световых проемов).

Исходя из этого, найдем, что понижение температуры помещений в нерабочий период времени возможно до 8...10 °С. Примем (с запасом) минимально допустимую температуру таких помещений равной 12 °С.

Для переменного теплового режима рабочих помещений характерна суточная периодичность. В течение суток выделим рабочий период, когда внутренние теплопоступления (например, от людей, оборудования) в той или иной мере возмещают теплопотери и требуется главным образом вентиляция помещений (в помещениях преобладает режим вентилирования). Нерабочий период разделим на период естественного охлаждения помещений, когда отопление отключено, и отсутствуют какие-либо теплопоступления (режим охлаждения), и период усиленного нагревания помещений перед началом работы (режим нагревания или, как говорят, "натопа"). Продолжительность этих периодов различна. Если режим вентилирования длится 8 или 16 ч (две смены), то продолжительность режима натопа зависит от температуры наружного воздуха и тепловой мощности системы отопления. Соответственно увеличивается или уменьшается продолжительность периода охлаждения.

Устанавливается также недельная периодичность теплового режима, связанная с суб- ботне-воскресным (или только воскресным) перерывом в работе. Недельная периодичность нарушается только в дни праздников.

На рис. 19.6 показано изменение тепловыделений Qвыд температуры воздуха tв и радиационной температуры tR помещения, в котором работают от 9 до 18 ч пять дней в неделю, при условно постоянных теплопотерях Qпот . Принято, что теплопоступления несколько меньше теплопотерь (Qвыд

Продолжительность нагревания помещения отличается в рабочие дни и после воскресенья, так как исходная температура помещения различна.

Рис. 19.6. Изменение теплового и температурного режимов рабочего помещения в течение четырех дней недели в зимнее время: а - изменение теплопоступлений; б - изменение температурных параметров

Прерывистая теплоподача вызывает периодические изменения температуры помещения, зависящие от теплотехнических свойств его ограждений, величины и продолжительности теплопоступлений. Конвективная теплота от отопительной установки поступает в воздух помещения и от него передается внутренней поверхности ограждений. Температура воздуха и радиационная температура несколько отличаются, и их изменение не совпадает во времени (см. рис. 19.6, б).

Для расчета изменения температуры воздуха и радиационной температуры ограждений помещения определяют показатели теплоусвоения Yпом и теплопоглощения Рпом помещения.

Показатель теплоусвоения помещения Yпом , Вт/°С, характеризующий изменение температуры внутренней поверхности всех ограждений, находят в зависимости от коэффициента теплоусвоения Yx , Вт/(м2 ·°С), для поверхности отдельных ограждений

где Аi - площадь i-того ограждения помещения.

Показатель теплопоглощения ограждений Рогр , Вт/°С, выражающий изменение температуры воздуха помещения, вычисляют с учетом коэффициента теплопоглощения для каждого ограждения, а также коэффициента прерывистости теплового потока Ω :

Коэффициент прерывистости определяют в зависимости от отношения продолжительности нагревания (натопа) к общей продолжительности не рабочего периода (например, 16 ч при односменной работе).

В формулу (19.10) входит также величина Λпом , Вт/°С - показатель интенсивности конвективного теплообмена на всей площади поверхности ограждений помещения, вычисляемый по формуле

где αк ср - осредненный по поверхности всех ограждений коэффициент конвективного теплообмена (в зимних условиях - 4,0 Вт/(м2 ·°С)).

Таким образом, теплоустойчивость помещения можно характеризовать отношением показателей Yпом и Λпом , входящих в уравнение (19.10). Установим возможные значения пока-

зателя теплоустойчивости помещения Yпом /Λпом при его ограждающих конструкциях из различных распространенных материалов (табл. 19.2).

Таблица 19.2. Показатель теплоустойчивости помещения при использовании различных материалов в его ограждающих конструкциях

При прерывистом отоплении минимальная температура помещения, которая устанавливается к концу периода отключения отопления (режима охлаждения), зависит от теплоустойчивости, а также теплозащитных свойств наружных ограждений этого помещения.

На рис. 19.7 даны обобщенные результаты расчетов минимальной температуры воздуха в четырех помещениях площадью около 50 м2 с тремя окнами (с двойным и тройным остеклением) и ограждениями, выполненными по вариантам, приведенным в табл. 19.2. При расчетах принято: температура наружного воздуха tн =-20 °C, работа в помещениях односменная, помещения рядовые на среднем этаже здания, отопление помещений отключено в конце работы.

Видно, что минимальная температура воздуха после прекращения отопления в течение 16 ч существенно зависит как от теплоустойчивости помещений, так и их теплозащиты. По мере возрастания этих показателей повышается и минимальная температура воздуха, т.е. замедляется охлаждение помещений. Можно также установить, что для обеспечения в режиме охлаждения минимальной температуры 12 °С следует стремиться к повышению теплоустойчивости и теплозащитных свойств ограждений помещений.

С другой стороны, при повышении теплоустойчивости помещений экономия теплоты в условиях прерывистого отопления будет сокращаться. Это объясняется сохранением в режиме охлаждения повышенного уровня теплопотерь через ограждения вследствие более высокой температуры помещений. Кроме того, при повышении теплоустойчивости (увеличении показателя Yпом /Λпом ) придется прибегать к более продолжительному нагреванию

помещений перед началом работы с соответствующим сокращением продолжительности периода охлаждения. Расчеты показывают, что при прерывистом отоплении помещений повышенной теплоустойчивости теплозатраты возрастут на 4...5 % по сравнению с затратами на отопление помещений пониженной теплоустойчивости.

Экономия теплоты, получаемая при переменном тепловом режиме, зависит не только от теплозащитных свойств ограждающих конструкций помещений, но и от тепловой мощности системы отопления. Применение переменного теплового режима при повышенных теплозащитных свойствах ограждений обеспечивает дополнительную экономию теплоты вследствие сокращения продолжительности натопов и даже устранения промежуточных натопов (см. рис. 19.6) в условиях длительного охлаждения помещений в воскресные и праздничные дни. Продолжительность периода охлаждения может быть в этих случаях увеличена вследствие относительного повышения минимальной температуры воздуха в помещениях (на рис. 19.7 на 2,5...3°С).

Повышение тепловой мощности системы прерывистого отопления (по сравнению с мощностью постоянно действующей системы) при прочих равных условиях позволяет в еще большей мере экономить теплоту. Расчеты для крупного административного здания в климатических условиях Москвы показывают, что при увеличении тепловой мощности системы отопления (коэффициента натопа) от 1,3 до 1,7 раза сокращается продолжительность натопа и экономия теплоты в год повышается, соответственно, с 15,4 до 19%.

Рис. 19.7. Зависимость минимальной температуры воздуха после ночного охлаждения (без отопления) от теплоустойчивости помещений, имеющих окна с двойным (сплошная линия) и тройным (пунктирная линия) остеклением, при tH =-20 °С

Дополнительные затраты на увеличение тепловой мощности системы прерывистого отопления окупаются за счет уменьшения эксплуатационных расходов достаточно быстро, особенно при повышенной стоимости тепловой энергии и продолжительном отопительном сезоне.

Коэффициент натопа целесообразно увеличивать до 2...2,2 и выше, ограничивая его величину располагаемой мощностью теплового ввода в здание, рассчитанной на покрытие теплозатрат как на отопление, так и на вентиляцию в рабочее время. При этом мощность теплоисточника останется без изменения. Изменится лишь суточный график отпуска теплоты с общей экономией ее в течение отопительного сезона. Общая экономия теплоты в течение отопительного сезона при прерывистом отоплении различных зданий составляет 20...30 % по сравнению с теплозатратами на постоянное отопление.

Система прерывистого отопления может быть чисто воздушной, когда установки приточной вентиляции используются в предрабочий период времени для натопа в рециркуляционном режиме. Более гибкой в эксплуатации является двухкомпонентная система комбинированного отопления (см. § 18.4). Такая система состоит из базисной (фоновой) части в виде водяного отопления (особенно при расположении рабочих мест близ световых проемов) и догревающей части - воздушного отопления для натопа. Водяное нерегулируемое отопление предназначено для постоянного использования с выравниванием теплонедостатка в различно расположенных помещениях здания. Воздушное отопление осуществляется установкой приточной вентиляции в рециркуляционном режиме, что ограничивает ее тепловую мощность при натопе.

Расчет двухкомпонентной системы прерывистого отопления заключается не только в определении тепловой мощности ее частей, но и в выявлении расчетного режима ее работы. Такой расчет проводят в суточном разрезе при различной температуре (через 5 °С) наружного воздуха в течение отопительного сезона.

Работу догревающей части системы отопления автоматизируют с программным управлением для выдерживания расчетного режима. На случай неожиданного резкого понижения температуры наружного воздуха в контрольных помещениях устанавливают датчики минимальной температуры. По сигналу от них включается допревающая часть системы отопления в дополнительный режим натопа помещений (например, на 10 °С). Эти же датчики используются в воскресные и праздничные дни.

Для примера приведем расчетные режимы работы двух различных по мощности комбинированных водовоздушных систем отопления учебного здания (при тройном остеклении окоп и показателе теплоустойчивости учебных помещений Yпом /Λпом =l,95).

1-я система с коэффициентом натопа 1,5. Базисная (водяная) часть системы отопления работает только при отрицательной температуре наружного воздуха. Догревающая (воздушная) часть с коэффициентом натопа 1,5 включается ежедневно при tн =-20 °С на 5 ч (на 13 ч после воскресенья), а пря tн =0 °С - на 1 ч (на 3 ч после воскресенья).

2-я система с коэффициентом натопа 3,0. Базисная (водяная) часть системы работает только при tн =-l О °С и ниже. Догревающая (воздушная) часть включается ежедневно при tн =-20 °С на 2 ч (на 6 ч после воскресенья), при tн =-l 1,5 °С - на 1 ч (на 4 ч после воскресенья), при tн =0 °C и отключенной базисной части - на 2 ч (на 5 ч после воскресенья).

§ 19.6. Нормирование отопления жилых зданий

Жилые здания в городах страны являются одним из основных потребителей теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Важной технико-экономической и социальной задачей становится нормирование теплозатрат на отопление этих зданий при обеспечении теплового комфорта в помещениях.

Нормирование теплоподачи в жилые здания делают с целью упорядочения расхода теплоты на отопление и обеспечения экономии теплоты в течение отопительного сезона путем сокращения бесполезных теплопотерь. Нормирование можно проводить на основе существующей структуры управления жилищным хозяйством городов, используя ее основные элементы: информационно-вычислительный центр, центральный, районные и оперативные диспетчерские пункты жилы%микрорайонов.

При проведении нормирования теплоподачи сравнивают фактическое теплопотребление на отопление жилых зданий за некоторый установленный предшествующий период времени с расчетной теплопотребностью зданий. Сравнение делают с учетом действительных климатических условий в течение контрольного периода времени и теплотехнических особенностей жилых зданий в микрорайоне. При этом выявляют и устраняют причины несогласования фактических теплозатрат и нормы теплопотребления. Расчет нормы теплопотребления за контрольный период отопительного сезона (не менее месяца) для группы жилых домов, обслуживаемых одним центральным тепловым пунктом (ЦТП), выполняют в информационно-вычислительном центре (ИВЦ), При этом используют данные об обогреваемом объеме жилых зданий, числе людей, проживающих в этих зданиях, расчетной мощности системы горячего водоснабжения, времени работы нежилых объектов в микрорайоне и др., а также о фактических климатических условиях.

Норма теплопотребления складывается из расходов теплоты на отопление и горячее водоснабжение. Норму теплоподачи на отопление зданий устанавливают, исходя из суточной нормы, определяемой по формуле

где N - число групп жилых зданий с отличающимися теплотехническими характеристиками; qот.N - удельный показатель теплозатрат на отопление данной группы зданий, кДж/(сутм3·°С); VN - общий отапливаемый объем зданий данной группы, м3; tв.опт - оптимальная температура внутреннего воздуха в жилых зданиях, принимаемая по главе СниП ; tн.ср - среднесуточная температура наружного воздуха по данным срочных измерений на ближайшей к ДТП городской метеостанции, °С.

Показатель qo.N , кДж/(сут·м3 ·°С), учитывает отдельные составляющие теплового баланса здания

где qo.N , qБ.N - удельные показатели теплопотерь через ограждающие конструкции зданий и на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна и двери здания; qб.N - удельный показатель теплопоступленнй от внутренних бытовых теплоисточников.

Составляющие формулы (19.13) рассчитывают по зависимостям, получаемым с учетом теплотехнических свойств и особенностей воздушно-теплового режима зданий, входящих в разные группы.

Фактические теплозатраты зданий за контрольный период времени определяют по показателям теплосчетчиков (тепломеров), установленных на вводах городских теплопроводов в ЦТП. Контрольный период выбирают в начале отопительного сезона при температуре наружного воздуха выше расчетной для отопления. Проведению измерений должна пред-

шествовать тщательная наладка системы отопления в ходе подготовки зданий к работе в условиях отопительного сезона.

При недоиспользовании расчетной нормы теплопотребления (при отсутствии жалоб населения на недогревание помещений) устанавливают источники дополнительной экономии теплоты. Опыт экономной эксплуатации может быть распространен на другие жилые микрорайоны.

Превышение фактических теплозатрат за контрольный период времени над расчетной нормой теплопотребления будет свидетельствовать о перерасходе теплоты и имеющихся в жилых зданиях скрытых резервах для ее экономии. Тогда на основании обследований и последующего анализа состояния наружных ограждений, тепловыделяющего и теплопотребляющего оборудования составляют перечень мероприятий по сокращению теплозатрат на отопление зданий микрорайона.

В ходе обследования зданий устанавливают состояние оборудования ЦТП, внутриквартальных тепловых сетей, индивидуальных тепловых пунктов, тепловой изоляции в зданиях, их ограждающих конструкций (стен, окон, перекрытий), входных дверей и лестничных клеток.

При обследовании систем отопления зданий после их приведения в проектное состояние необходимо проверить:

исправность регулятора расхода теплоносителя на тепловом вводе;

состояние тепловой изоляции труб в технических подвалах и на чердаках;

размеры горловины и сопла элеватора и их соответствие рассчитанным при наладке системы отопления значениям;

исправность действия регулирующей арматуры у отопительных приборов;

наличие самовольно установленных жителями дополнительных отопительных приборов;

технические показатели циркуляционных насосов;

наличие воздуха в верхних магистралях и отопительных приборах;

плотность соединений в оборудовании, арматуре и фасонных частях труб;

уровень температуры возвращаемой из системы отопления воды (см. § П.2);

наличие горизонтальной и вертикальной разрегулировки системы;

недогревание или перегревание отдельных помещений путем массового термографирования внутреннего воздуха в квартирах.

В ходе обследования учитывают, что перерасход теплоты может сопровождаться сверхнормативным снижением температуры в отдельных помещениях, причинами чего может быть вертикальная и горизонтальная разрегулировка систем отопления.

Подтверждением эффективности мероприятий, проводимых эксплуатирующими организациями по сокращению бесполезных теплопотерь, служит последовательное сокращение фактических теплозатрат по сравнению с нормируемой теплоподачей на отопление зданий.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Какие градоустроительные приемы снижают затраты на отопление здания?

2. Как изменением объемно-планировочного решения здания можно сэкономить тепловую энергию?

3. Какими мерами можно уменьшить теплопотери через наружные стены, окна, перекрытия здания?

4. В чем смысл теплового экрана в наружном ограждении? Предложите возможные схемы решения.

5. В чем сущность оптимизации вариантов отопления здания с учетом эффективности системы?

6. Что такое АСУ теплового режима здания?

7. Изобразите принципиальные схемы регулирования температуры воды, поступающей в систему отопления "по возмущению" и "по отклонению".

8. Перечислите факторы, способствующие экономии теплоты при проведении прерывистого отопления зданий,

ГЛАВА 20. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОЙ ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ

§ 20.1. Системы низкотемпературного отопления

Низкотемпературными называются системы отопления, температура теплоносителя на входе в которые не превышает 70 °С. В таких системах могут использоваться как традиционные, так и нетрадиционные теплоисточники, среди которых могут быть солнечная радиация, теплота уходящих газов и воздуха, низкопотенциальных сред (воды, воздуха).

Низкотемпературные системы отопления до сих пор не получили широкого распространения в России, несмотря на их экономические преимущества. Препятствием для распространения является увеличенный расход металла вследствие развития площади нагревательных поверхностей.

Системы низкотемпературного отопления подразделяют в зависимости от способа нагревания теплоносителя на однокомпонентные, имеющие однотипные теплоприготовительные установки, и комбинированные (см. § 18.4), имеющие две разнотипные теплоприготовительные установки (например, солнечная теплонасосная установка и электрический теплообменник).

Системы низкотемпературного отопления по виду применяемого теплоносителя могут быть водяными, паровыми и воздушными.

Низкотемпературные системы водяного отопления выполняют, как правило, насосны-

ми из-за незначительности действующего гравитационного давления. По своей конструкции они не отличаются от обычных систем водяного отопления. Из-за малого перепада температуры воды низкотемпературные системы водяного отопления устраивают, как правило, только двухтрубными и желательно с открытым расширительным баком, который хорошо изолируют и снабжают циркуляционной линией (см. рис. 3.19). При отсутствии чердака возможна также установка закрытого расширительного бака (см. рис. 3.20). Для удаления воздуха из систем с нижней разводкой предусматривают воздушную линию (см. рис. 6.4, б) или воздушные краны непосредственно у отопительных приборов (см,

При использовании нетрадиционных теплоисточников периодического действия (солнечная энергия, сбросная теплота технологического процесса) в систему низкотемпературного водяного отопления включают теплоаккумуляторы с жидкими и твердыми заполнителями, а также теплоаккумуляторы, использующие теплоту фазовых превращений, или термохимические. В теплоаккумуляторах с жидкими и твердыми заполнителями (вода, незамерзающие жидкости - водный раствор этиленгликоля, глизаптин, гравий и др.) теп-