3. РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ 3.1. Выбор типа и расчет нагревательных приборов

Выбор типа нагревательных приборов производится одновременно с выбором системы отопления в соответствии с требованиями норм [2, прил. 11] и рекомендациями справочной литера­туры [4, гл. 8]. Чем выше тре­бования к микроклимату помещений, тем более высокие требования предъявляются к выбору отопительных приборов. Схемы, характеристики и области применения различ­ных приборов приведены в [4–6].

В жилых зданиях допуска­ется применение ра­диа­то­ров, панелей и конвек­­­торов, а также отопительных элемен­тов, встроенных в стены, пе­ре­кры­­тия и полы. Нагревательные приборы отдают теп­ло­вую энергию поме­ще­нию конвекцией и тепловым из­лу­чением (радиацией). В поме­щениях с по­вышенными требованиями к микроклимату сле­дует предусмат­ри­вать при­боры, в которых преобладает тепло­отдача из­лу­чением – имеется одна или несколько плоских по­верх­ностей, обращенных к по­мещению. Таки­ми свойст­вами обладают встроенные в стены греющие па­не­ли, стальные, современные алюми­ниевые радиаторы. В помеще­ниях с пониженными тре­бова­ниями к ком­форт­ности воздуш­ной среды (коридоры, лестнич­ные клет­­ки и т. п.) могут использоваться приборы, от­да­ющие тепло преимуще­ст­венно конвекцией – кон­век­то­ры с ребристой поверхно­стью, ребристые трубы, чугун­ные радиаторы.

Рис. 3.1. Чугунный ра­диатор МС-140-108	Рис. 3.2. Радиатор стальной панельный однорядный РСВ 1-1	Рис 3.3. Радиатор алюминиевый Calidor SUPER

Чугунные радиаторы (рис. 3.1) собирают из от­дель­ных секций с помощью ниппелей из ковкого чу­гу­на, имеющих с одной стороны наружную пра­вую и с дру­гой стороны – левую резьбу. При вращении ниппеля он ввер­тывается одновременно в две соединяемые секции, сближая их. Для уплот­нения стыков используются прокладки из проолифленного картона.

Стальные радиаторы (рис. 3.2) состоят из двух штампованных стальных листов, соединен­ных между собой контактной сваркой и об­ра­зующих ряд параллельных каналов или один змеевидный канал для прохода теплоно­си­теля. Такие нагревательные приборы по срав­нению с чугунными имеют примерно вдвое меньшую массу, дешевле, требуют мень­ше затрат при монтаже. Однако вследствие коррозийной способности ста­ли требуется специальная обработка воды, используемой в качестве теп­лоносителя, что существенно ограничивает область применения сталь­ных радиаторов.

В последние годы расширяется при­менение алюминиевых литых ра­диаторов (рис. 3.3), имеющих мень­шие габариты (глубина 70–80 мм против 140 мм у чугунных радиа­торов) и более привлекательный дизайн. Эти радиаторы имеют от­но­сительно большую плоскую по­верх­ность, обращенную к помеще­нию, что увеличивает теплоотда­чу излучением. Кроме того, в сек­циях устраиваются узкие вертикаль­ные каналы, в которых возника­ет естественная тяга нагревающегося воздуха, увеличивается скорость воз­духа и теплоотдача конвекцией.

Расчет нагревательных приборов заключается в определении площади поверхности Fр и числа элементов отопительных приборов. В реальных проектах рассчитываются все отопительные приборы системы, в курсовом проекте следует рассчитать приборы на стояке, входящем в рассчитанное большое кольцо.

В процессе расчета в первую очередь определяется расчетная плотность теплового потока отопительного прибора qпр , Вт/м2,

 

,                             (3.1)

 

где qном – номинальная плотность теплового потока при стандартных условиях работы, Вт/м2, принимается поприл. 9; Dtср – разница средней температуры теплоносителя в приборе и температуры воздуха в помещении, °С; n, p, спр – коэффициенты, зависящие от типа прибора, приведенные в прил. 9; Gпр – расход воды, проходящей через прибор, кг/ч.

Определение параметров в выражении (3.1) производится по формулам:

·     для двухтрубной системы

 

Gпр = 3,6 ;                                        (3.2)

·     для однотрубной системы

 

Gпр = a Gст,                                            (3.3)

 

где Qпр – тепловая нагрузка прибора, Вт; c, tг , tо – см. экспликацию к формулам (2.8), (2.12); a – коэффициент затекания воды в прибор, зависящий от соотношения диаметров в узле прибора и определяемый по прил. 8; 
Gст – расход воды по стояку по данным гидравлического расчета, кг/ч;

 

Δtср = 0,5 (tвх + tвых) – tвн,                                   (3.4)

 

где tвx, tвых, tвн – соответственно температуры теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, температура воздуха в помещении, °С:

· для двухтрубных систем tвx = tг, tвых = tо;

· для однотрубных tвx определяют как ti для участка подачи воды в прибор из выражения (2.8), а tвых – из формулы

 

tвых = tвх – 3,6 .                                   (3.5)

 

Расчетная площадь Fр, м2, отопительного прибора определяется как

 

Fp = .                                                                  (3.6)

 

При применении чугунных радиаторов определяют расчетное количество секций

 

Np = ,                                             (3.7) 

 

где b4 – коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении; b3 – коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе; f – площадь поверхности нагрева одной секции, м2.

Коэффициенты b приведены в прил. 6, а площади f – в прил. 9.

При расчете стальных радиаторов или конвекторов по расчетной площади Fр находят число отопительных приборов, размещаемых в помещении,

 

.                                                (3.8)

При использовании импортных алюминиевых радиаторов вследствие отсутствия определяемых опытным путем коэффициентов для расчета по принятой в России методике допустимо пользоваться методикой производителя. Так, производитель радиаторов Calidor SUPER приводит расчетную тепловую отдачу одной секции с габаритными размерами 577×97×80 мм при стандартных условиях работы (расход теплоносителя через прибор 0,1л/с, разница средней температуры теплоносителя в приборе и температуры воздуха 70 °С, подача теплоносителя в прибор сверху вниз) qc = 199 Вт, поправочный коэффициент на несовпадение разницы температур кт назначается по табл. 3.1. Несовпадение других условий работы со стандартными условиями не учитывается.

 

Таблица 3.1

 

Таблица поправочных коэффициентов кт

  

	кт		кт		кт		кт
40	0,48	49	0,63	58	0,78	67	0,94
41	0,50	50	0,65	59	0,80	68	0,96
42	0,51	51	0,66	60	0,82	69	0,98
43	0,53	52	0,68	61	0,84	70	1,00
44	0,55	53	0,70	62	0,85	71	1,02
45	0,56	54	0,71	63	0,87	72	1,04
46	0,58	55	0,73	64	0,89	73	1,06
47	0,60	56	0,75	65	0,91	74	1,07
48	0,61	57	0,77	66	0,93	75	1,09

 

Расчетное количество секций определяется по формуле

 

                             N = .                                                 (3.9)

 

		Пример 4. Расчёт нагревательных приборов. Исходные данные: здание и систему отопления принять с характеристиками в соответствии с примерами 1 и 2. В системе отопления приняты к установке секционные радиаторы МС-140-108. В примере показан расчёт двух нагревательных приборов в угловом помещении 101, установленных на стояке 1. Решение. Суммарная теплоотдача приборов в помещении 101 равна теплопотерям комнаты 2700 Вт (пример 1). Так как эти приборы находятся в неравных условиях (один – первый, а другой – последний по ходу воды на стояке), теплоотдача первого при­бо­ра принята 1500 Вт, второго – 1200 Вт. При расчё­те приборов вышележащих этажей разница в усло­виях их работы изменяется. Схема распределе­ния тепловых нагрузок на стояке показана на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Схема распределения тепловых нагрузок на стояке 1

 

Расчёт начинается с определения Gпр по формуле (3.3).

Gпр = 0,43 · 191 = 82,13 кг/ч.

Значение Gст для стояка 1 было определено ранее в результате гидравлического расчёта системы отопления, Gст = 191 кг/ч. Коэффициент затекания определяется по прил. 8, α = 0,43.

Температура воды на входе в первый нагревательный прибор соответствует tг, t1вх = 105 °С. Температура воды на входе в шестой нагревательный прибор определена в примере 2: 
t6вх = 75,7 °С, Qст = 7300 Вт.

По формуле (3.5) определяется температура выхода воды из приборов:

 = 105 –  = 86,74 °С;

 = 75,7 –  = 61,1 °С.

По формуле (3.4) подсчитывается средняя температура приборов и разница температур прибора и внутреннего воздуха:

t1cр = 0,5 · (105 + 86,74) – 20 = 75,9 °С;

t6ср = 0,5 · (75,7 + 61,1) – 20 = 48,4 °С.

Подсчитывается расчётная плотность теплового потока по формуле (3.1). Выписываются нужные значения для соответствующего типа отопительного прибора из прил. 9. В примере это секционные радиаторы МС-140-108:

 Вт/м2;

 Вт/м2.

Определяются расчётные площади нагревательных приборов по формуле (3.6). Коэффициенты условий работы прибора принимаются из прил. 6:

 м2;

 м2.

Определяется количество секций в приборах по формуле (3.7) (коэффициент  принимается по прил. 6; коэффициент  – по прил. 9; коэффициент  предварительно принимается равным единице):

.

.

Все данные сводятся в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2

 

Расчет нагревательных приборов

 

Номер помещения –номер прибора	Qпр, Вт	Gст,  кг/ч	a	Gпр, кг/ч	tвх, °С	tвых,°С	Dtср,°С	qпр, Вт/м2	Fр, м2	Nр
101–1	1500	191	0,43	82,13	105	86,7	75,9	999,8	1,59	7
101–6	1200	191	0,43	82,13	75,7	61,1	48,4	556,6	2,29	10