Материал: Расчет водяного и калориферного отопления

Расчет водяного и калориферного отопления

Контрольная работа

Расчет водяного и калориферного отопления

Содержание

Введение

. Классификация систем отопления

. Расчет отопления производственных помещений

2.1 Расчет водяного (парового) отопления

2.2 Упрощенный расчет водяного (парового) отопления

.3 Расчет калориферного отопления

Литература

Приложения

Введение

Цель контрольной работы. Изучить методику расчета водяного и калориферного отопления производственных помещений.

Общие сведения. Системы отопления - это инженерные сооружения, предназначенные для поддержания в холодное время года комфортных постоянных температур внутри помещений независимо от температуры наружного воздуха.

Любая система отопления в свою схему включает следующие элементы: генератор тепловой энергии; нагревательные приборы, служащие для передачи теплоты воздуху отапливаемых помещений; трубопроводы или каналы, соединяющие генератор с нагревательными приборами (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема отопления с механической циркуляцией воды: 1 - котел; 2 - трубопровод горячей воды; 3 - расширительный бачок; 4 - кран для выпуска воздуха из системы; 5 - отопительные приборы; 6 - трубопроводы охлажденной воды; 7 - циркуляционный водяной насос

В центральных системах отопления генератор тепла (котельная, теплоэлектроцентраль) размещается за пределами отапливаемых помещений. От одного генератора тепла могут отапливаться помещения одного или нескольких зданий.

Теплоноситель от генератора к местам потребления подается через систему труб.

Теплоноситель - это среда, переносящая теплоту от генератора к нагревательным приборам. В качестве теплоносителей в системах отопления используются в основном пар, вода и воздух.

1. Классификация систем отопления

Классификация систем отопления приведена на рис.2-3.

Рисунок 2 - Классификация отопления

Рисунок 3 - Классификация систем отопления по пожарной опасности

В агропромышленном производстве применяют местное и центральное отопление.

При местном отоплении (Приложение А, рис. 1) нагреватель, трансформатор тепла и регулирующую аппаратуру размещают непосредственно в отапливаемом помещении.

Местное отопление - печное, электрическое или газовое - разрешается применять в помещениях общей площадью не более 500 м².

Центральная система (Приложение А, рис. 2) имеет отдельно устанавливаемый генератор (трансформатор тепла) - котельную или воздухонагревательную установку, из которой по трубам теплоноситель передается к отапливаемому помещению.

В основном применяется центральное отопление, которое наиболее эффективно.

Центральное отопление может быть водяным, паровым, пароводяным и воздушным.

Системы водяного отопления (рис. 4, 5) наиболее приемлемы в санитарно-гигиеническом отношении. Они подразделяются на системы с нагревом воды до 100⁰С (низкого давления) и выше 100⁰С (высокого давления).

Рисунок 4 - Схема водяного отопления: 1 - котел; 2 - горячий стояк; 3 - расширительный бак; 4 - разводящая горячая магистраль; 5 - отопительные приборы; б - обратные стояки с охлажденной водой

Рисунок 5 - Центральное водяное отопление многоэтажного здания: 1 - котел; 2 - главный горячий стояк; 3 - сливная труба; 4 - расширительный сосуд; 5 - водяная магистраль; 6 - горячие стояки; 7 - вентили; 8 - приборы отопления; 9 - стояки охлажденной воды; 10 - обратная магистраль; 11- центральный водопровод; 12 - канализация; 13 - воздухосборник; 14 - насос

При водяном отоплении низкого давления температура воды на входе в нагревательные приборы составляет 85...95⁰С, при выходе из них 65…75⁰С и возвращается обратно в котел.

Водяное отопление высокого давления представляет собой замкнутую систему с механическим побуждением. При повышении давления температура воды и, следовательно, нагревательных приборов достигает 125...135⁰ С.

При водяном отоплении иногда воду нагревают не в котлах, а в специальных теплообменниках (водонагревателях) с помощью пара или горячей воды от системы центрального теплоснабжения. В зависимости от этого систему отопления называют пароводяной или водяной.

Паровое отопление может быть низкого давления (до 70 кПа) и высокого давления (более 70 кПа). Паровое отопление устанавливают главным образом в тех помещениях, где пар используют в производственных целях. Конструктивно оно имеет много общего с водяным отоплением. Пар из котла (рис. 6) поступает по системе трубопроводов к отопительным приборам, отдает тепло, конденсируется и в виде конденсата поступает обратно в котел. Существенный недостаток системы - высокая, труднорегулируемая температура теплоносителя (110-130°С), а следовательно, и поверхностей отопительных приборов, что создает опасность ожогов, пригорания осевшей пыли.

Рисунок 6 - Центральное паровое отопление: 1 - паровой котел; 2 - главный паровой стояк; 3 - паровая магистраль; 4 - паровые стояки; 5 - паровые вентили; 6 - нагревательные приборы; 7 - конденсационные стояки; 8 - конденсационная магистраль; 9 - конденсационный горшок; 10 - сливной бак; 11 - насос; 12 - обратный клапан; 13 - канализация; 14 - центральный водопровод

В качестве нагревательных приборов применяются гладкие и ребристые трубы, а так же радиаторы и теплообменники при калориферном отоплении.

Пар в нагревательных приборах охлаждается, конденсируется в виде конденсата (воды) возвращается в котел.

При воздушном отоплении холодный наружный воздух подается вентилятором в калорифер (рис. 7), где нагревается, и поступает в помещение.

Рисунок 7 - Схема пластинчатого калорифера: 1 - верхним бачок; 2 - трубки; 3 - теплосъемные пластины; 4 - нижний бачок; 5 - соединительная мягкая вставка (фартук)

Теплоносителем в калорифере может быть горячая вода, пар и электронагреватели. Температура в помещении при воздушном отоплении регулируется вентиляцией.

2. Расчет отопления производственных помещений

Для расчета любой системы отопления необходимо предусмотреть возмещение отоплением всех теплопотерь в производственных помещениях.

В холодное время года тепло теряется путем теплопередачи через стены, потолок, пол, а также через естественное и искусственное вентилирование помещений.

Тепло теряется при въезде машин и ввозе материалов, находившихся на холодном воздухе в помещение. Тепло теряется с горячей водой на технологические нужды.

.1 Расчет водяного (парового) отопления

Теплопотери Q_о (B_т) через наружные ограждения и здания определяют по формуле

Qo = qo Vн(tв - tн), (1)

где q_o - удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³× град), (табл.1, 2);

V_н - наружный объем здания или его отапливаемой части, м³;

t_в - расчетная внутренняя температура помещений, ^оС (для жилых зданий

t_в =18...20^о; для горячих цехов t_в = 12...14^о; для производственных зданий t_в = 15^о);

t_н - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени года, ^оС (t_в = -30^о).

Таблица 1 - Значение удельной характеристики зданий

Таблица 2 - Значение удельной тепловой характеристики q₀ зданий различного назначения

Количество тепла Q_в (Bт), необходимое для возмещения теплопотерь через вентилирование помещений, определяют по формуле

Q_в = q_в V_н(t_в - t_н), (2)

где q_в - удельный расход тепла на нагревание 1 м ³ воздуха, Вт/(м ³× град), для производственных помещений q_е = 0,9...1,5; для административных помещений q_е = 0,67...0,9; для бытовых помещений q_е = 0,31...0,42;

V_н - наружный объем здания, м ³;

t_в - расчетная внутренняя температура помещений, ^оС;

t_н - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени года, ^оС (t_в = -30).

Потери тепла Q_н (Вт) от поглощения его ввозимыми машинами и материалами определяют по формуле

 (3)

где k_м - массовая теплоемкость машин и материалов, кДж/кг град, для металлов k_м = 0,4; для соломы k_м = 2,3; для дерева k_м = 2,52…2,8; для воды k_м = 4,19;

G - масса машин или материалов, ввозимых в помещение, кг;

t_мн - температура ввозимых машин и материалов, ^оС, для машин t_нм = t_н; для сыпучих материалов на 20 выше температуры наружного воздуха; для несыпучих на 10 выше температуры наружного воздуха;

t - время нагрева машин и материалов до температуры помещения, ч.

Расход тепла на технологические нужды определяется через расход нагретой воды

 (4)

где Q - расход воды или пара, кг/ч (Приложение Б);

i - теплосодержание воды или пара, кДж/кг (табл. 3);

i_в - теплосодержание возвращаемого в котел конденсата, кДж/кг (табл. 3.);

P - количество возвращаемого конденсата, %. При полном возврате конденсата P = 70%, при отсутствии возврата Р = 0.

Таблица 3 - Давление и теплосодержание пара

Расчет тепла Q_э (Вт), выделяемого электродвигателями, производят по формуле

, (5)

где N - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

k₁ - коэффициент загрузки (k₁ = 0,7...0,9);

k₂ - коэффициент одновременности работы (k₂ = 0,5...1,0);

n - коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя при данной нагрузке (n = 0,91...1,0);

n_n - коэффициент полезного действия при полной загрузке, определяемый по каталогу (n_n = 0,75...0,92).

Количество тепла Q_эо (Вт), выделяемое оборудованием с электродвигателями, определяют по формуле

Q_эо = N×k₁×k₂×k₃, (6)

где k₃ - коэффициент, учитывающий долю энергии, переходящей в теплоту при работе оборудования (k₃ = 0,1...1,0).

Количество тепла Q_ст (Вт), выделяемое работающими станками в механических и сборочных цехах, определяют по формуле

Q_ст = 0,25×N. (7)

где N - установленная мощность станков, Вт.

Количество тепла Q_ств (Вт), выделяемое осветительными приборами

Q_ств = N_осв×h, (8)

где N_осв - мощность осветительных приборов, Вт;

h - коэффициент перехода электрической энергии в тепловую (h = 0,92...0,97).

Количество тепла Q_л (Q_ж), выделяемое людьми или животными (Вт)

Q_л = n g, (9)

где n - количество людей или животных в помещении;

g - явное количество тепла, выделяемое одним человеком или животным (рис.8-9; приложение В, табл. 1);

для людей при температуре 20 ^оС и тяжелой работе g = 120 Вт,

при легкой работе и той же температуре g = 90 Вт;

для животных в формулу дополнительно вводится коэффициент К_ж - см. приложение В (табл.2-3).

Рисунок 8 - Теплообмен между человеком и средой

Рисунок 9 - График тепловлаговыделения человеком: 1- человек в покое; 2- легкая работа в учреждении; 3 - физическая работа; 4 - тяжелый физический труд

Приток тепла от нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов Q_п (Вт) определяется по формуле

Q_п = åS_i× α _i×(t_ni- t_в), (10)

где åS_i - суммарная площадь нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов, м ²;

α _i - коэффициент теплопередачи i-той поверхности, Вт/(м ²× град);

Коэффициент теплопередачи для вертикальных поверхностей:

·   при (t_ni - t_в) < 5 ^оС α = 3,8...4,1 Вт/(м²× град);

·   при (t_ni - t_в) > 5 ^оС α = 5,2...7,5 Вт/(м²× град).