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 Qо (Bт) через наружные ограждения и здания определяют по
формуле
Qo = qo Vн(tв - tн), (1)
где qo - удельная тепловая характеристика
здания, Вт/(м3× град), (табл.1, 2);
Vн - наружный объем здания или его отапливаемой части, м3;
tв - расчетная внутренняя температура помещений, оС (для жилых
зданий
tв =18...20о; для горячих цехов tв = 12...14о; для
производственных зданий tв = 15о);
tн - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени
года, оС (tв = -30о).
Таблица 1 - Значение удельной характеристики зданий
|
Наименование зданий
|
Строительная кубатура
здания, тыс.м 3
|
|
до 3
|
5
|
10
|
20
|
50
|
|
Удельная тепловая
характеристика здания, q0,
Вт/м 3 град
|
|
Жилые
|
0,42
|
0,38
|
0,33
|
0,29
|
0,26
|
|
Административные
|
0,5
|
0,43
|
0,38
|
0,32
|
0,30
|
|
Механосборочные
|
0,6
|
0,55
|
0,45
|
0,43
|
0,40
|
|
Ремонтные
|
0,7
|
0,60
|
0,50
|
0,45
|
0,40
|
|
Деревообрабатывающие
|
0,6
|
0,55
|
0,45
|
0,42
|
0,40
|
Таблица 2 - Значение удельной тепловой характеристики q0 зданий различного назначения
|
Здание
|
Объем здания, тыс.м3
|
q0, Вт/м3 град
|
|
Сельскохозяйственная
ремонтная мастерская
|
До 5
|
0,75-0,64
|
|
от 5 до 10
|
0,69-0,60
|
|
Склад
|
от 1 до 2
|
0,87-0,75
|
|
Административное здание
|
от 0,5 до 1
|
0,69-0,52
|
Количество тепла Qв (Bт), необходимое для возмещения
теплопотерь через вентилирование помещений, определяют по формуле
Qв = qв Vн(tв - tн), (2)
где qв - удельный расход тепла на
нагревание 1 м 3 воздуха, Вт/(м 3× град), для производственных
помещений qе = 0,9...1,5; для административных
помещений qе = 0,67...0,9; для бытовых помещений qе = 0,31...0,42;
Vн - наружный объем здания, м 3;
tв - расчетная внутренняя температура помещений, оС;
tн - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени
года, оС (tв = -30).
Потери тепла Qн (Вт)
от поглощения его ввозимыми машинами и материалами определяют по формуле
(3)
где
kм -
массовая теплоемкость машин и материалов, кДж/кг град, для металлов kм = 0,4; для соломы kм = 2,3; для дерева kм = 2,52…2,8; для воды kм = 4,19;
G - масса
машин или материалов, ввозимых в помещение, кг;
tмн - температура ввозимых машин и материалов, оС,
для машин tнм = tн; 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);
iв - 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
|
Давление кПа
|
Температура, 0С
|
Теплосодержание, кДж/кг
|
Давление кПа
|
Температура, 0С
|
Теплосодержание, кДж/кг
|
|
|
воды
|
пара
|
|
|
воды
|
пара
|
|
9,81
|
101,8
|
426
|
2680
|
70,57
|
115,0
|
481
|
2700
|
|
19,62
|
104,2
|
438
|
2681
|
98,10
|
119,6
|
508
|
2708
|
|
29,43
|
106,6
|
447
|
2688
|
196,2
|
132,9
|
555
|
2728
|
|
39,24
|
108,7
|
456
|
2690
|
490,5
|
158,1
|
664
|
2760
|
|
49,05
|
110,8
|
465
|
2694
|
981,0
|
183,2
|
765
|
2785
|
|
60,86
|
112,7
|
424
|
2698
|
1275,3
|
194,1
|
822
|
2793
|
Расчет тепла Qэ (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);
nn
- коэффициент полезного действия при полной загрузке, определяемый по каталогу
(nn = 0,75...0,92).
Количество
тепла Qэо
(Вт), выделяемое оборудованием с электродвигателями, определяют по формуле
Qэо = N×k1×k2×k3, (6)
где
k3 -
коэффициент, учитывающий долю энергии, переходящей в теплоту при работе
оборудования (k3 = 0,1...1,0).
Количество
тепла Qст
(Вт), выделяемое работающими станками в механических и сборочных цехах,
определяют по формуле
Qст = 0,25×N. (7)
где
N - установленная мощность станков, Вт.
Количество
тепла Qств
(Вт), выделяемое осветительными приборами
Qств = Nосв×h, (8)
где Nосв - мощность осветительных приборов,
Вт;
h - коэффициент перехода электрической энергии в тепловую (h = 0,92...0,97).
Количество тепла Qл (Qж),
выделяемое людьми или животными (Вт)
Qл = 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 Кж -
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 Qп (Вт) определяется по формуле
Qп = åSi× α i×(tni- tв), (10)
где åSi -
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 (tni - tв) < 5 оС α = 3,8...4,1 Вт/(м2× град);
·
при (tni - tв) > 5 оС α = 5,2...7,5 Вт/(м2× град).
tni - температура i-той
поверхности, оС;
tв - температура внутри помещения, оС.
Общие суммарные потери тепла составят
åQ = Qо + Qв + Qн + Qm - Qэ - Qэо - Qст - Qосв - Qл - Qп (11)
По суммарным теплопотерям Рк (кВт) находят тепловую
мощность котла и выбирают марку котла (табл. 4)
Рк = (1,1...1,15)×åQ×10-3 (12)
Таблица 4 - Технические характеристики водогрейных
котлов
|
Марка котла
|
Конструктивные особенности
|
Тепловая мощность, кВт
|
Температура нагрева воды,
°С
|
Рабочее избыточное
давление, кПа
|
|
КИ-1
|
Чугунный секционный
|
81,5...232
|
95
|
589
|
|
КЧ-2
"Универсаль-6"
|
Чугунный секционный
|
328... 1300
|
115
|
491
|
|
КЧ-3 "Энергия-6"
|
Чугунный секционный
|
652...1815
|
115
|
589
|
|
КЧММ
|
Чугунный, секционный,
малометражный
|
11,63
|
95
|
196
|
|
КЧММ-2
|
Чугунный, секционный,
малометражный
|
10,5...17,5
|
95
|
196
|
|
КЧМ-1
|
Чугунный, секционный,
малометражный
|
16,3...46,5
|
95
|
196
|
|
КЧМ-2
|
Чугунный, секционный,
малометражный
|
19,8.-52,3
|
95
|
196
|
|
HP-18
|
Стальной, Fпн
= 27 м 2
|
314...377
|
115
|
491
|
|
НР-18
|
Стальной, Fпн = 40 м 2
|
465...558
|
115
|
491
|
|
НР-18
|
Стальной, Fпн =
53 м 2
|
616...740
|
115
|
491
|
|
ТВГ-4
|
Стальной
|
5000
|
150
|
1275
|
|
ТВГ-8
|
Стальной
|
9650
|
150
|
1275
|
|
Примечание. Fпн
- площадь поверхности нагрева
|
Центральное водяное отопление помещений осуществляется нагревательными
приборами-радиаторами.
Находят общую площадь поверхности åFнп (м2) нагревательных приборов по формуле
(13)
где
åQn - суммарные потери
тепла в помещении, Вт;
kт -
коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе (табл. 5);
tг -
температура воды или пара при входе в радиатор, оС, (для водяных
радиаторов низкого давления tг =
85...95, высокого давления tг =
120...125, для паровых радиаторов tг = 110...115);
tx
- температура воды или пара при выходе из радиатора, оС, (для
водяных радиаторов низкого давления tx
= 65...75, для водяных и паровых радиаторов высокого давления tx = 95);
tn
- принятая температура воздуха в помещении, оС.
Таблица 5- Коэффициент теплоотдачи нагревательных приборов (Кт), Вт/м²•град
|
Тип нагревательных приборов
|
Теплоноситель-вода в
пределах, 0 С
|
Давление пара, кПа
|
|
40-50
|
50-60
|
60-70
|
157
|
|
Коэффициент теплоотдачи Кт,
Вт/м²•град
|
|
"Гигиенический"
|
7,2
|
7,5
|
7,9
|
8,5
|
|
"Экономия"
|
6,4
|
6,9
|
7,3
|
8
|
|
Трубы чугунные с ребрами
|
|
Одна труба
|
4,5
|
4,5
|
5
|
6
|
|
Две трубы (одна на другой)
|
4
|
4,2
|
4,5
|
5
|
|
Три трубы (одна на другой)
|
3,5
|
4
|
4
|
4,5
|
|
Стальная одиночная гладкая
|
|
Труба вертикальная или
горизонтальная:
|
|
|
|
|
до 33 мм
|
11
|
11,5
|
12
|
13
|
|
38-100мм
|
9,5
|
10
|
10,5
|
12
|
|
125-150 мм
|
9,5
|
10
|
10,5
|
11,5
|
|
Несколько рядов
горизонтальных стальных труб, расположенных одна на другой:
|
|
|
|
|
|
до 32 мм
|
10
|
10
|
11
|
12,5
|
|
более 32 мм
|
8
|
8,5
|
9
|
11
|
По площади åFнп
определяют необходимое количество n0 секций
нагревательных приборов
, (14)
где
F0 - площадь одной секции радиатора, зависящая от его
марки, м 2 (таблица 5).
Таблица 6 - Площадь секции нагревательных элементов
|
Марка нагревательного
прибора
|
Площадь поверхности секции,
м2
|
|
Гигиенический
|
0,175
|
|
РД-90
|
0,203
|
|
РД-26
|
0,205
|
|
"Москва - 132",
"Москва - 150"
|
0,250
|
|
М-140, НМ-150
|
0,254
|
|
Минск - 110
|
0,270
|
|
"Польза-6"
|
0,460
|
|
Экономия
|
0,200
|
|
Чугунных труб с крутыми
ребрами при длине 2000 мм.
|
4,0
|
|
Чугунных труб с крутыми
ребрами при длине 1500 мм.
|
3,0
|
|
Чугунных труб с крутыми
ребрами при длине 1000 мм.
|
2,0
|
Площадь поверхности ребристых труб диаметром 175 мм составляет 2м2
на 1 м длины.
Пример 1. Рассчитать отопление в производственном помещении ремонтной
мастерской объемом 288 м3, если расчетная внутренняя температура +150С,
наружная температура -140С. В помещении для освещения используются 3
светильника с лампами по 200 Вт каждая, для выполнения технологического
процесса установлены 9 электродвигателей мощностью по 1,5 кВт каждый.
Количество рабочих 15 человек.
Решение. По формуле (1) определяем теплопотери через стены здания,
выбрав удельную тепловую характеристику здания по таблице 1- qo=0,45 Вт/м3·оС
Qo = qo Vн(tв - tн)= 0,45х 288(15(-14)) = 3758,4 Вт
Определяем количество тепла, необходимое для возмещения теплопотерь на
вентилирование помещений по формуле (2), приняв удельный расход тепла на
подогрев 1м3 воздуха qв=1 Вт/м3·оС
Qв = qв Vн(tв - tн)=1х 288[15-(-14)] = 8352 Вт
Рассчитываем потери тепла от поглощения его ввозимыми машинами массой
1500 кг по формуле (3), приняв км = 0,4; tн = -14 оС; время нагрева машин до температуры
помещения 1 час
= 0,4х
1500[15-(-14)]·(1/3,6) = 4579 Вт
Рассчитываем
расход тепла на технологические нужды по формуле (4), принимая расход воды Q =
350 кг/ч (Приложение Б), теплосодержание воды i = 426 кДж/кг
(табл. 3), количество возвращаемого конденсата Р = 0 %
=
350(426-0/100)(1/3,6) = 39236 Вт
Рассчитываем
тепло, выделяемое 9 электродвигателями по 1,5 кВт каждый по формуле (5)
= 13500х
0,6х 0,5[(1-0,8)/0,8] = 1012,5 Вт
Количество
тепла, выделяемое оборудованием с электродвигателями, определяем по формуле (6)
Qэо = N×k1×k2×k3 = 13500х 0,6х 0,5х 0,1 = 2025 Вт
Рассчитываем тепло, выделяемое осветительными приборами (3 светильника с
лампами по 200 Вт) по формуле (8)
Qств = Nосв×h = 600х 0,95 = 570 Вт
Рассчитываем количества тепла, выделяемое людьми (15 чел) при тяжелой
работе, по формуле (9)
Qл = n g = 15х 120 = 1800 Вт
Рассчитываем приток тепла от нагретых поверхностей оборудования и
трубопроводов общей площадью 361,8 м2 по формуле (10), принимая tn = 45 оС; tв = 15 оС и αI = 5,2...7,5 Вт/(м 2×оС), т.к. (tni - tв) = (45-15) > 5 оС
Qп = åSi× α i×(tni- tв) =
361,8х 7,5х 30 = 81405 Вт
Тепловую мощность отопительной системы рассчитаем по формуле (11)
åQ = Qо + Qв + Qн + Qm - Qэ - Qэо - Qосв - Qл - Qп = 3758,4 + 8352 + 4578,9 + 39236 - 1012 - 2025 - 570 -
1800 - 81405 = 8349,3 Вт
По формуле (12) находим тепловую мощность котла
Рк = (1,1...1,15)×åQ× = 1,1х 8349,3х 10-3 =
9,1842 кВт
Подбираем котел по таблице 4 - КИ-1 тепловой мощностью 81,5 кВт и
температурой нагрева воды 950С.
Рассчитывает площадь поверхности отопительных приборов по формуле (13),
приняв коэффициент теплопередачи Кп = 7,4
= 8349,3/
7,4 [(92+57)/2] - 15 = 18,96 м2
Выбираем
по таблице 6 отопительные приборы из чугунных труб с крутыми ребрами (при длине
1000 мм) с площадью поверхности одной секции 2 м2 .
Количество
секций для отопления помещения рассчитаем по формуле (14)
= 18,96/2
= 9,48.
Принимаем
10 секций.
.2 Упрощенный
расчет водяного (парового) отопления
отопление теплопотеря нагревательный калориферный
Потребное количество тепла Qо (Bт) для отопления здания определяют по формуле
Qo = qo Vн(tв - tн), (15)
где qo - удельная тепловая характеристика
здания, Вт/(м 3×оС),
(табл.1, 2);
Vн - наружный объем здания или его отапливаемой части, м3;
tв - расчетная внутренняя температура помещений, оС (для жилых
зданий
tв =18…20о; для горячих цехов tв = 12…14о; для
производственных зданий tв = 15о);
tн - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени
года, оС (tв = -30о).
Общую площадь поверхности åFнп (м2) нагревательных приборов рассчитывают
по формуле
(16)
где
åQn - потребное
количество тепла в помещении, Вт;
kт -
коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе (табл. 5);
tг - температура воды или пара при входе в радиатор, оС,
(для водяных радиаторов низкого давления tг = 85…95, высокого давления tг = 120…125, для
паровых радиаторов tг =
110…115);
tx
- температура воды или пара при выходе из радиатора, оС, (для
водяных радиаторов низкого давления tx
= 65…75, для водяных и паровых радиаторов высокого давления tx = 95);
tn
- принятая температура воздуха в помещении, оС.
По
площади åFнп определяют
необходимое количество n0
секций нагревательных приборов
, (17)
где F0 - площадь одной секции радиатора,
зависящая от его марки, м2 (таблица 5).
Пример 2. Определите необходимое количество
секций нагревательных приборов, если площадь поверхности одной секции 0,2 м2,
суммарные потери тепла 25000 Вт, температура воды на входе в отопительную
систему 90 градусов, на выходе 60 градусов, коэффициент теплопередачи 0,9 Вт/м2
°С.
Решение. Общую площадь
поверхности 
нагревательных приборов определим по формуле (16)
=
где
- суммарные потери тепла в помещении, Вт;
kт - коэффициент теплопередачи стенками нагревательных
приборов в воздухе, kт =0,9
Вт/м2 °С ;
tг - температура воды при входе в радиатор, 0С,
tг = 900С;
tх - температура
воды при выходе из радиатора, 0С, tх = 600С;
tп - принятая температура воздуха в помещении, 0С,
tп = 200С.
По
формуле (17) определяют необходимое количество n0 секций
нагревательных приборов:
секций.
Пример 3. Определить потребное количество тепла
для создания нормальной температуры внутри жилого дома площадью 10x15 м 2
и высотой 6 м, если удельная тепловая характеристика 0,55 Вт/м3оС,
наружная температура -15°С. Определить площадь поверхности нагрева отопительных
приборов, если коэффициент теплоотдачи равен 10 Вт/м2°С.
Решение. Теплопотери Qо (Вт) через наружные ограждения и
здания определяем по формуле (15)
о
=qо × vн
(tв - tн),
где qо - удельная тепловая характеристика здания, Вт/м3
; qо = 0,55;н - наружный объём здания или его
отапливаемой части, м3; vн = 900 м3;в - расчётная
внутренняя температура помещений, 0С; для жилых зданий tв =
18…200; принимаем 20°С;н - расчётная наружная температура
воздуха для самого холодного времени года, 0С; -15о.о
= 0,55 · 900 (20-(-15)) = 17325 Вт
Общую
площадь поверхности нагревательных приборов определим по формуле: (16)
,
где
- суммарные потери тепла в помещении, Вт;
kт - коэффициент теплоотдачи стенками нагревательных
приборов в воздухе, kт = 10
Вт/м2 °С;
tг - температура воды или пара при входе в радиатор, 0С,
принимаем tг = 95°С;
tх - температура
воды или пара при выходе из радиатора, 0С, принимаем tх = 75 °С;
t п - принятая
температура воздуха в помещении, 0С; принимаем 20°С.
Подставим
все принятые значения в формулу и получим площадь поверхности нагрева
отопительных приборов
= 26,65 м
2
2.3 Расчет
калориферного отопления
В том случае, если в производственном помещении предусматривается
воздушное отопление, расчет и выбор калориферов производятся следующим образом.
Определяют часовой расход тепла на нагрев воздуха (Вт) внутри помещения
Qв = 0,278 св Gв (tв - tн)/ρк, (18)
где св - теплоемкость воздуха, ккал/кг оС, (св
= 1 кДж/м3 0С);
Gв - количество нагреваемого воздуха, кг/ч;
tв - температура воздуха внутри помещения, оС;
tн - расчетная температура наружного воздуха (tн = -30 оС);
ρк - плотность воздуха, выходящего из
калорифера, кг/м3 (Приложение Г).
Задаваясь массовой скоростью воздуха υr в пределах экономически выгодной,
определяют предварительно живое сечение Fк (м2) калориферной
установки
(19)
где
Gв -
количество нагреваемого воздуха, кг/ч;
υr
- массовая скорость воздуха, кг/м2×с, (υr = 5...10 кг/м2×с).
По
расчетному живому сечению и техническим характеристикам подбирают модель и
номер калорифера (таблица 7).
При
параллельном подключении двух калориферов живое расчетное сечение выбираемых
калориферов уменьшается в два раза.
Таблица 7 - Техническая характеристика калориферов
|
Модель
|
Номер
|
Поверхность нагрева, м2
|
Живое сечение для прохода,
м 2
|
Вес с оцинковкой
|
|
|
|
воздуха
|
теплоносителя
|
|
|
КФБ
|
2
|
12,7
|
0,115
|
0,0061
|
70
|
|
3
|
16,9
|
0,154
|
0,0082
|
91
|
|
4
|
21,4
|
0,195
|
0,0082
|
110
|
|
5
|
26,8
|
0,244
|
0,0102
|
130
|
|
6
|
32,4
|
0,295
|
0,0102
|
160
|
|
7
|
38,9
|
0,354
|
0,0122
|
193
|
|
8
|
45,7
|
0,416
|
0,0122
|
221
|
|
9
|
53,3
|
0,486
|
0,0143
|
255
|
|
10
|
61,2
|
0,558
|
0,0143
|
289
|
|
КФС
|
2
|
9,9
|
0,115
|
0,0046
|
56
|
|
3
|
13,2
|
0,154
|
0,0061
|
72
|
|
4
|
16,7
|
0,195
|
0,0061
|
87
|
|
5
|
20,9
|
0,244
|
0,0076
|
108
|
|
6
|
25,3
|
0,295
|
0,0076
|
127
|
|
7
|
30,4
|
0,354
|
0,0092
|
154
|
|
8
|
35,7
|
0,416
|
0,0092
|
175
|
|
9
|
41,6
|
0,486
|
0,0107
|
202
|
|
10
|
47,8
|
0,558
|
0,0107
|
228
|
Рассчитывают массовую скорость υм (кг/(м2×с)) воздуха для принятой модели
калорифера
(20)
где
Fкф -
фактическое живое сечение выбранных калориферов, м2 .
Находят
скорость движения воды υт (м/с) в
трубках калорифера по формуле
(21)
где
fтр -
полное сечение для прохода воды в калорифере, м2;
t1 - температура воды при входе в калорифер, оС;
t2 - температура воды при выходе из калорифера, оС;
св
- теплоемкость воды, кДж/м3·0С; св = 4,19
кДж/м3·0С;
ρв -
плотность воды, ρв = 1000
кг/м3.
Средняя
скорость воды должна находиться в пределах 0,2…0,5 м/с.
Исходя
из расчетной массовой скорости воздуха υм
определяют коэффициент теплопередачи Кт калорифера (таблица 8).
Таблица 8 - Коэффициент теплопередачи калориферов КФС и КФБ Кт,
ккал/(м2×час×0С)
|
Теплоноситель
|
Скорость движения
теплоносителя по трубкам υт, м/сек
|
Массовая скорость воздуха υм, кг/м 2
сек
|
|
|
2
|
4
|
6
|
8
|
10
|
12
|
14
|
|
Вода
|
0,01
|
7,3
|
8,9
|
10,1
|
11
|
11,9
|
12,4
|
13
|
|
0,03
|
9,4
|
11,5
|
12,9
|
14,2
|
15,1
|
15,9
|
16,6
|
|
0,06
|
10,9
|
13,4
|
15,1
|
16,5
|
17,6
|
18,6
|
19,4
|
|
0,1
|
12,3
|
15,1
|
17,0
|
18,5
|
19,7
|
20,8
|
22,3
|
|
0,2
|
14,3
|
17,6
|
19,8
|
21,6
|
23,1
|
24,3
|
25,5
|
|
0,3
|
15,7
|
19,2
|
21,7
|
23,7
|
25,3
|
26,7
|
27,9
|
|
0,4
|
16,7
|
20,5
|
23,2
|
25,2
|
27
|
28,4
|
29,8
|
|
0,5
|
17,6
|
21,6
|
24,4
|
25,9
|
28,4
|
29,9
|
31,3
|
|
0,6
|
18,3
|
22,5
|
25,3
|
27,6
|
29,5
|
31,1
|
|
0,7
|
18,5
|
22,8
|
25,6
|
27,8
|
29,8
|
31,5
|
33
|
|
0,8
|
18,7
|
23
|
25,9
|
28,2
|
30,2
|
31,8
|
33,3
|
|
1
|
19
|
23,4
|
26,3
|
28,7
|
30,7
|
32,4
|
33,9
|
|
Пар
|
-
|
13,4
|
17,9
|
21,2
|
24,0
|
26,3
|
28,4
|
30,3
|
|
Примечание. 1 ккал = 4,187
Дж
|
Определяют расчетную поверхность нагрева Fрас (м 2) калорифера по
формуле
(22)
где
tср. Т
- средняя температура теплоносителя, которая принимается равной для воды (t1 + t2)/2, для насыщенного пара при давлении до 0,03
атмосфер (100оС), более 0,3 атмосфер - температура пара;
tср.
В - средняя температура
воздуха, равная полусумме начальной и конечной температуры воздуха в помещении
.
Рассчитывают
количество устанавливаемых калориферов по формуле
(23)
где
Fрас -
расчетная поверхность нагрева выбранного калорифера, м2;
Fк - поверхность нагрева выбранного калорифера, м2 (таблица
7).
Определяют
суммарную площадь калориферной установки åFуст (м2)
åFуст = nк×Fк (24)
где
nк -
фактическое число калориферов в установке.
По
массовой скорости воздуха υм из
таблицы 9 определяют сопротивление движению воздуха в установке.
Таблица
9 - Сопротивление движению воздуха (Dр) через калориферы КФС и КФБ
|
Модель калорифера
|
Массовая скорость воздуха υм,
кг/м 2 сек
|
|
2
|
4
|
6
|
8
|
10
|
12
|
14
|
|
Сопротивление движению
воздуха Dр, кг/м 2
|
|
КФС
|
0,75
|
2,4
|
4,8
|
7,8
|
11,5
|
15,6
|
20,6
|
|
КФБ
|
0,91
|
3
|
5,9
|
9,5
|
14
|
19
|
25
|
Пример 4. Рассчитать калориферное (воздушное) отопление для помещения
объемом V = 525 м3, если известно,
что температура внутри помещения должна быть на уровне 200С,
температура снаружи -150С, кратность воздухообмена К = 2.
Решение. Определим часовой расход тепла на нагрев воздуха (Вт) внутри
помещения по формуле (18), принимая количество нагреваемого воздуха Gв = V·К = 525х 2 = 1050 м3/ч, при этом плотность
воздуха в формуле не учитываем
Qв = 0,278 св Gв (tв - tн) = 0,278х 1х 1050х(20-(-15)) = 10216,5 Вт/ч
Задаемся массовой скоростью воздуха υr = 5 кг/м 2 с.
Определяем предварительно живое сечение Fк (м2) калориферной
установки по формуле (19), принимая плотность воздуха при температуре 200С
равной 1,205 кг/м3 (Приложение Г)
1050х
1,205/(3600х 5) = 0,07 м 2
По
расчетному живому сечению и техническим характеристикам подбираем модель и
номер калорифера из таблицы 7 - КБФ №2, площадь поверхности нагрева 12,7 м2,
фактическое живое сечение для прохода воздуха Fкф = 0,115 м2, для прохода теплоносителя fтр = 0,0061 м2.
Рассчитываем
массовую скорость υм
(кг/м 2×с) воздуха для принятой модели калорифера по формуле
(20) с учетом фактического живого сечения калорифера Fкф = 0,115 м2
= 1050х
1,205/(3600х 0,115) = 3,05 кг/м2×с
Находим скорость движения воды υт (м/с) в трубках калорифера по формуле (21), принимая
температуру воды на входе и выходе из калорифера 800С и 600С
соответственно, полное сечение для прохода воды (теплоносителя) в калорифере fтр = 0,0061 м2
=
10216,5/1000·4,19·1000·0,0061(80-60) = 0,02 м/с
Исходя
из расчетной массовой скорости воздуха υм и
скорости движения теплоносителя определяем коэффициент теплопередачи Кт
калорифера по таблице 8. Для массовой скорости воздуха υм =
3,05 кг/м2×с и скорости теплоносителя υт = 0,02
м/с коэффициент теплопередачи Кт = 9 ккал/м2·ч·0С
или 37,6 Дж/ м2·ч·0С
Определяем
расчетную поверхность нагрева Fрас (м2)
калорифера по формуле (22), рассчитав предварительно среднюю температуру теплоносителя
tср.
Т =(t1 -
t2)/2 =
(80+60)/2 = 700С
и
среднюю температуру воздуха в помещении
=
(15+20)/2 = 17,50С
=
3,6·10216,5/37,6(70-17,5) = 18,6 м2
Рассчитываем
количество устанавливаемых калориферов по формуле (23), принимая поверхность
нагрева выбранного калорифера по таблице 7 Fк = 12,7 м2
=
18,6/12,7 = 1,4
Принимаем
2 калорифера КБФ № 2.
Определяем
суммарную площадь калориферной установки åFуст (м2),
состоящей из двух калориферов, по формуле (24)
åFуст = nк×Fк = 2х 12,7 = 25,4 м2
По
массовой скорости воздуха υм из
таблицы 9 определяем сопротивление движению воздуха в калорифере КБФ: Dр = 2 кг/м2.
Литература
1. Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. С.В. Белова.
М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.
2. Беляков Г.И. Безопасность жизнедеятельности на
производстве. Охрана труда. - СПб.: Изд-во "Лань", 2006. -512 с.
3. Инженерные решения по охране труда в строительстве. /Под
ред. Г.Г. Орлова. - М.: Стройиздат, 1985 г., с.189 -202.
4. Канарев Ф.М. и др. Охрана труда. - М.: Колос, 1986 г.,
с.120.
. Охрана труда в машиностроении. /Под ред. Е.Я. Юдина.
- М.: Машиностроение, 1983 г., с.164 - 208.
Приложение
А
Рисунок 1 - Местная система отопления: 1 - источник тепла; 2 - отапливаемое
помещение; 3 - потоки теплоносителя
Рисунок 2 - Центральное отопление животноводческого
помещения: 1 - нагревательный прибор (радиатор, трубчатый регистр) на стене
здания (конвективное отопление); 2 - трубопровод с теплоносителем; 3
- нагревательный прибор (трубопровод, электрический кабель) в полу здания
(панельно-лучистое отопление); 4 - нагревательный прибор в стене здания
(панельно-лучистое отопление); 5 - отапливаемое помещение
Приложение
Б
Таблица - Нормы расхода горячей воды и пара
|
Вид технологического
процесса
|
Температура воды, °С
|
Расход
|
|
|
пара
|
воды
|
|
Запаривание корнеплодов
|
-
|
0,2 кг/кг
|
-
|
|
Запаривание соломы
|
45
|
0,3...0,45 кг/кг
|
1,5...2,5 кг/кг
|
|
Запаривание пищевых отходов
|
45
|
0,3...0,4 кг/кг
|
1,5...2,5 кг/кг
|
|
Обмывание вымени перед
доением
|
37...38
|
|
1,05 л/гол. в сутки
|
|
Промывка доильных аппаратов
|
90
|
-
|
9,0 л/гол. в сутки
|
|
Промывка молокопровода
|
55...56
|
-
|
1,8 л/гол. в сутки
|
|
Пропаривание фляг (38 л)
|
-
|
0,1...0,2 кг на флягу
|
-
|
|
Пастеризация молока
|
-
|
0,022 кг/(л ч°С)
|
-
|
|
Стерилизация молокопровода
|
-
|
25 кг на 1 обработку
|
-
|
|
Мытье посуды для поения
телят
|
55...65
|
-
|
1,5 кг/гол. в сутки
|
|
Мытье корыт для свиноматок
|
50...60
|
-
|
30 л/гол. в сутки
|
|
Ремонт тракторов в ЦРМ
сельскохозяйственных предприятий
|
-
|
2,4... 1,95 т на 1
физический трактор
|
-
|
|
Единица условного ремонта
(трудоемкостью 300 чел.-ч) в мастерской общего назначения
|
-
|
0,7...0,6 т
|
-
|
|
Централизованное
восстановление деталей на специализированном предприятии
|
-
|
0,23...0,17 кг на 100
деталей
|
-
|
Приложение
В
Таблица 1 - Средние данные о поступлениях явной теплоты
от взрослых мужчин, Вт
|
Нагрузка
|
Температура воздуха в
помещении, 0С
|
|
15
|
20
|
25
|
30
|
35
|
|
Состояние покоя
|
116
|
87
|
58
|
40
|
16
|
|
Легкая работа
|
122
|
99
|
64
|
40
|
8
|
|
Работа средней тяжести -
|
133
|
104
|
70
|
40
|
8
|
|
Тяжелая работа
|
162
|
128
|
93
|
52
|
16
|
|
Примечание. Женщины выделяют 85 % теплоты, поступающей от
мужчин.
|
Таблица 2 - Количество тепла, углекислоты и водяного
пара, выделяемое животными
|
Группа животных
|
Масса животного, кг
|
Количество тепла, ккал/ч
|
Количество
|
|
|
общее
|
свободное
|
углекислоты, л/ч
|
водяных паров, г/ч
|
|
Коровы стельные
(сухостойные)
|
300 400 600
|
604 739 926
|
440 550 670
|
90 110 138
|
288 350 440
|
|
Коровы лактирующие при
уровне лактации 10 л
|
300 400 600
|
644 765 906
|
450 550 650
|
96 114 135
|
307 367 431
|
|
Коровы лактирующие при
уровне лактации 30л
|
400 600 800
|
1174 1342 1509
|
850 970 1080
|
175 200 225
|
560 642 721
|
|
Телята до I месяца
|
30 40 50
|
100 141 174
|
72 102 124
|
15 21 26
|
47 67 83
|
|
Телята от I до 3 месяцев
|
40 50 100
|
147 215 282
|
106 155 204
|
22 32 42
|
70 102 135
|
|
Телята от 3 до 4 месяцев
|
90 120 150
|
248 369 82
|
178 268 276
|
37 55 57
|
118 176 183
|
|
Молодняк от 4 месяцев до I
года
|
120 180 250
|
322 476 496
|
232 349 358
|
48 71 74
|
153 227 236
|
|
Молодняк от I года до 2 лет
|
220 320 350
|
483 631 651
|
350 455 476
|
72 94 97
|
230 301 310
|
|
Свиноматки холостые и
супоросные до 2 месяцев
|
100 150 200
|
222 256 394
|
160 185 250
|
33 38 44
|
106 121 141
|
|
Свиноматки супоросные свыше
2 мес.
|
100 150 200
|
268 308 349
|
195 220 250
|
40 46 52
|
128 188 267
|
|
Свиноматки с приплодом 10
сосунов
|
100 150 200
|
530 605 698
|
280 435 503
|
79 90 104
|
252 288 238
|
|
Свиньи откормочные
|
100 200 300
|
288 382 503
|
208 275 365
|
43 57 75
|
137 182 240
|
|
Молодняк свиней: от 2
месяцев от 5 до 8 месяцев
|
15 60 80
|
100 202 235
|
72 145 170
|
15 30 35
|
47 96 112
|
|
Бараны
|
50 80 100
|
169 222 237
|
123 160 172
|
25 33 35
|
70 93 98
|
|
Холостые овцематки
|
40 50 60
|
125 148 185
|
90 108 134
|
19 22 28
|
52 62 73
|
|
Куры (молодняк) яичного
направления
|
0,06 0,25 0,6 1,3 1,6
|
15,6 12,7 10,5 9,7 9,2
|
13,5 8,8 7,4 6,8 6,4
|
2,3 2,2 1,9 1,7 1,6
|
3,5 6,6 5,4 5,0 4,8
|
|
Куры взрослые: - напольное
содержание - клеточное содержание
|
1,5-1,7 1,5-1,7
|
11,3 9,8
|
7,9 6,8
|
2,0 1,2
|
5,8 5,1
|
|
Куры (молодняк) мясного
направления
|
0,08 0,25 1,2-1,4 1,8 2,5
|
15,0 11,8 10,4 9,6 8,2
|
12,9 8,1 7,2 6,7 6,0
|
2,2 2,0 1,8 1,7 1,6
|
4,0 6,3 5,4 5,0 4,8
|
|
Бройлеры при клеточном
содержании
|
1,3
|
9,4
|
7,5
|
1,7
|
4,9
|
|
Куры взрослые мясного
направления
|
2,5-3,0
|
10,3
|
7,2
|
1,8
|
5,2
|
|
Индейки
|
6,8
|
9,6
|
6,7
|
1,7
|
5,0
|
|
Утки
|
3,5
|
6,9
|
4,8
|
1,2
|
3,6
|
|
Гуси
|
5,3-6,0
|
5,8
|
4,0
|
1,0
|
3,1
|
|
Примечание. 1 ккал/ч = 1,16
Вт
|
Таблица 3 - Значения коэффициентов Кж для
определения норм выделения теплоты животными при разных температурах
|
Температура воздуха внутри
помещения, 0С
|
Для свиней
|
|
-10
|
1,59
|
-
|
|
-5
|
1,43
|
1,53
|
|
0
|
1,21
|
1,25
|
|
5
|
1,12
|
1,08
|
|
10
|
1,00
|
1,00
|
|
15
|
0,85
|
0,86
|
|
20
|
0,63
|
0,67
|
|
25
|
0,30
|
0,42
|
|
30
|
0,11
|
0,24
|
Приложение
Г
Таблица - Плотность воздуха при различных температурах
и барометрическом давлении
|
Температура воздуха °С.
|
Плотность воздуха (кг/м³) при различной температуре и барометрическом давлении
(мм.рт.ст.)
|
|
725
|
730
|
735
|
740
|
745
|
750
|
755
|
760
|
765
|
770
|
|
-10
|
1,280
|
1,285
|
1,292
|
1,307
|
1,316
|
1,325
|
1,333
|
1,342
|
1,351
|
1,360
|
|
-8
|
1,271
|
1,280
|
1,288
|
1,257
|
1,306
|
1,315
|
1,323
|
1,332
|
1,341
|
1,350
|
|
-6
|
1,261
|
1,270
|
1,279
|
1,287
|
1,296
|
1,305
|
1,314
|
1,322
|
1,331
|
1,340
|
|
-4
|
1,252
|
1,261
|
1,269
|
1,278
|
1,286
|
1,295
|
1,304
|
1,313
|
1,321
|
1,330
|
|
-2
|
1,243
|
1,251
|
1,260
|
1,268
|
1,277
|
1,286
|
1,294
|
1,303
|
1,312
|
1,320
|
|
0
|
1,234
|
1,242
|
1,251
|
1,259
|
1,268
|
1,276
|
1,285
|
1,293
|
1,302
|
1,311
|
|
2
|
1,225
|
1,233
|
1,242
|
1,250
|
1,258
|
1,267
|
1,276
|
1,284
|
1,292
|
1,301
|
|
4
|
1,216
|
1,224
|
1,233
|
1,241
|
1,249
|
1,258
|
1,266
|
1,275
|
1,283
|
1,291
|
|
6
|
1,207
|
1,215
|
1,224
|
1,232
|
1,241
|
1,249
|
1,257
|
1,265
|
1,274
|
1,282
|
|
8
|
1,198
|
1,207
|
1,215
|
1,223
|
1,232
|
1,240
|
1,248
|
1,256
|
1,265
|
1,273
|
|
10
|
1,190
|
1,198
|
1,207
|
1,215
|
1,223
|
1,231
|
1,240
|
1,247
|
1,256
|
1,264
|
|
12
|
1,182
|
1,190
|
1,198
|
1,206
|
1,214
|
1,222
|
1,231
|
1,239
|
1,247
|
1,255
|
|
14
|
1,173
|
1,181
|
1,190
|
1,198
|
1,206
|
1,214
|
1,222
|
1,130
|
1,238
|
1,246
|
|
16
|
1,165
|
1,173
|
1,181
|
1,190
|
1,197
|
1,205
|
1,213
|
1,222
|
1,230
|
1,238
|
|
18
|
1,157
|
1,165
|
1,173
|
1,181
|
1,189
|
1,197
|
1,205
|
1,213
|
1,221
|
1,229
|
|
20
|
1,146
|
1,157
|
1,165
|
1,173
|
1,181
|
1,189
|
1,197
|
1,205
|
1,213
|
1,221
|