Тепловий розрахунок опалювальних приладів
Тепловий розрахунок приладів полягає у визначенні площі зовнішньої нагрівальної поверхні кожного опалювального приладу, що забезпечує необхідний тепловий потік від теплоносія до приміщення. Розрахунок проводиться за температури теплоносія, що встановлюється для умов вибору теплової потужності приладів. Для теплоносія пари це температура насиченої пари при заданому тиску в приладі. Для теплоносія води – максимальна середня температура води у приладі, пов'язана з її витратою.
Теплова потужність приладу, тобто. його розрахункова тепловіддача Qnp визначається, як відомо, теилопотребностью приміщення за вирахуванням тепловіддачі теплопроводів, прокладених у цьому приміщенні. Площа тепловіддаючої поверхні залежить від прийнятого виду приладу, його розташування в приміщенні та схеми приєднання до труб. Ці фактори відбиваються на значенні поверхневої густини теплового потоку приладу.
Якщо поверхнева щільність теплового потоку приладу q np , Вт/м 2 відома, то тепловіддача опалювального приладу Q, Вт повинна бути пропорційна площі його нагрівальної поверхні
Звідси розрахункова площа А р , м 2 , опалювального приладу незалежно від виду теплоносія
де Q np - необхідна тепловіддача приладу в приміщення, що розглядається.
Q пp = Q п -µ тр * Q тр;
Q п - теплопотреба приміщення, Вт;
Q тр - сумарна тепловіддача прокладених у межах приміщення нагрітих труб стояка (гілки) і підводок, до яких безпосередньо приєднаний опалювальний прилад, а також транзитного теплопроводу, якщо він є в приміщенні, Вт; для підтримки заданої температури повітря в приміщенні (µтр становить при прокладанні труб: відкритої — 0,9, прихованої в глухій борозні стіни — 0,5, замоноліченої у важкий бетон — 1,8 (зростання тепловіддачі обганяється збільшенням площі тепловіддаючої поверхні)). Вт, знаходять за формулою
Q тр =µ k тр *µ*d н *l*(t г -t в),
де k тр, d н, l-відповідно коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м 2 * ° С), зовнішній діаметр, м, і довжина, м, окремих теплопроводів; t г і t - відповідно температура теплоносія і повітря в приміщенні, °С.
Тепловіддачу теплопроводів можна визначити приблизно за формулою
Q тр =q в *l +q г *l г
з використанням таблиць у довідковій літературі, де дано значення q в і q г - тепловіддачі 1 м відповідно вертикально і горизонтально прокладених труб, Вт/м, що визначаються виходячи з їх діаметра і різниці температури (t г - t в ); - довжина відповідно вертикальних та горизонтальних теплопроводів у межах приміщення, м.м.
Раніше в СРСР обчислення за формулою A p = Q np /q np та вимірювання тепловіддаючої поверхні всіх опалювальних приладів проводилися в умовних одиницях площі – еквівалентних квадратних метрах (екм). Еквівалентним квадратним метром вважали площу нагрівальної поверхні приладу з тепловіддачею 506 Вт (435 ккал/год) при різниці середньої температури теплоносія і повітря (t г - t в ) = 64,5 ° С і відносній витраті теплоносія води в приладі G отн = l, 0. Опалювальним приладам, мають коефіцієнт теплопередачі вище, ніж коефіцієнт теплопередачі еталонного радіатора (раніше секційного радіатора типу, що випускався), тобто. гладкотрубним приладам і панельним радіаторам, присвоювалося вимірювання площі в екм, що перевищують за величиною їх фізичну площу в м 2 . Навпаки, площатеплотехнічно малоефективних приладів (конвекторів, ребристих труб) вимірювалася в екм, менших за величиною, ніж їх площа в м 2 . Подвійний вимір площі опалювальних приладів - в умовних екм та фізичних м 2 - замінено у 1984 р. виміром площі нагрівальної поверхні лише у квадратних метрах.
Після визначення розрахункової площі нагрівальної поверхні приладу за каталогом приладів підбирається найближчий його торговий розмір (число секцій або марка панельного радіатора, довжина конвектора, ребристої або гладкої труби). При цьому фактична площа прийнятого до встановлення приладу виходить, як правило, більшою за розрахункову (це заздалегідь враховується в тепловіддачі приладу та витраті теплоносія введенням середнього підвищуючого коефіцієнта µ 1 ).
Довжина секційних радіаторів залежить від кількості секцій, що становлять прилади.
Число секцій радіаторів визначають за формулою
N = (A p /a 1 ) (µ 4 /µ 3 ),
де а 1 - площа однієї секції, м 2 типу радіатора, прийнятого до установки в приміщенні; µ 4 - поправочний коефіцієнт, що враховує спосіб встановлення радіатора у приміщенні; µ 3 - поправочний коефіцієнт, що враховує число секцій в одному радіаторі (µ 3 - 1,0 при АР = 2,0 м 2 ), який для радіаторів типу обчислюється за формулою
µ 3 = 0,97 + 0,06/Ар.
Секційні радіатори проходять теплові випробування на площі опалювального приладу близько 2,0 м 2 , тобто. у складі семи-восьми секцій, тому отримане значення коефіцієнта теплопередачі справедливе лише для радіаторів саме таких розмірів. При меншій кількості секцій коефіцієнт теплопередачі відносно підвищується завдяки впливу посиленого теплового потоку крайніх секцій, торці яких вільні для теплообміну випромінюванням із приміщенням, томуРозміри радіатора можуть бути дещо скорочені. При більшій кількості секцій вплив крайніх секцій на коефіцієнт теплопередачі зменшується, і розміри радіатора мають бути дещо збільшені.
Для типів радіаторів з площею однієї секції 0,25 м 2 (у тому числі для еталонного радіатора) коефіцієнт µ 3 визначають за формулою
µ 3 = 0,92 + 0,16/Ар.
Розрахункове число секцій за формулою (µ 3 = 0,97 + 0,06 / А р) рідко виходить цілим. При виборі цілого числа секцій радіатора допускають зменшення розрахункової площі Ар не більше ніж на 5% (але не більше ніж на 0,1 м 2 ). Так роблять з метою обмеження відхилення від розрахункової температури в приміщенні (зазвичай прийнятно зниження на 1 ° С у цивільних та на 2 ° С у виробничих будинках). Тому, як правило, до установки приймають найближче число секцій.
Якщо в зовнішній стіні є підвіконна ніша, то довжина радіатора повинна бути меншою за її довжину, принаймні, на 400 мм при прямій підводці труб (600 мм - при підводці з качкою). Зайві секції виділяють у самостійний радіатор.
Довжина сталевих панельних радіаторів визначається розмірами марок, що випускаються, а не виходить в результаті набору стандартних елементів, як при розрахунку секційних радіаторів. Для збільшення площі опалювального приладу, якщо це необхідно, окремі марки панельних одноблочних радіаторів (наприклад, типу РСВ або РСГ) можуть об'єднуватися в блоки, що включають дві паралельно розташовані панелі.
Якщо до установки призначений панельний радіатор певної площі а, м2, число таких радіаторів, що розміщуються в приміщенні відкрито,
При застосуванні дворядних блоків їх розрахункову площу А р збільшують, приймаючи відповідно знижений коефіцієнт теплопередачі порівняно з коефіцієнтомоднорядної установки радіатора Довжина конвекторів з кожухом також визначається розмірами готових приладів, що випускаються повністю. Наприклад, конвектори підлоги типу «Ритм» випускаються з довжиною кожуха 1000 і 1500 мм. Настінні конвектори типів "" і "" різних марок відрізняються по довжині одна від одної на 100 мм (типу "" - на 50 мм).
Число елементів конвекторів без кожуха або ребристих труб у ярусі по вертикалі та ряду по горизонталі визначають за формулою
деn - число ярусів та рядів елементів, що становлять прилад; a 1 - площа одного елемента конвектора або однієї ребристої труби прийнятої довжини, м 2 .
Передбачуване число ярусів і рядів елементів, а також схему їх з'єднання між собою слід заздалегідь враховувати при визначенні розрахункової площі опалювального приладу (з подальшою перевіркою).
Довжина труби, що гріє 1, м, в ярусі або в ряду гладкотрубного приладу складе
де? 4 -поправочний коефіцієнт, що враховує наявність декоративного укриття труб; n- число ярусів або рядів труб, що гріють, складових прилад; а 1 - площа 1 м відкритої горизонтальної труби прийнятого діаметра, м 2 /м.
При заокругленні дробового розрахункового числа елементів або приладів до цілого числа допустимо, як і для радіаторів, зменшувати А не більше ніж на 5% (але не більше ніж на 0,1 м 2 ).
Визначимо число секцій чавунного радіатора типу, що встановлюється на верхньому поверсі біля зовнішньої стіни без ніші під підвіконням (на відстані від нього 40 мм) у приміщенні заввишки 2,7 м при Q n =1410 Вт і t =18 °С, якщо радіатор приєднується до однотрубного стояка D y 20 (з краном типу КРТ на підводці довжиною 0,4 м) системи водяного опалення з верхнім розведенням при t г = 105 °С та витраті води в стояку G ст = 300 кг/год. Вода в магістралі, що подає, охолоджується дорозглянутого стояка на 2 °С.
Середня температура води в приладі:
t ср = (105 - 2) - 0,5 * 1410 * 1,06 * 1,02 * 3,6 / (4,187 * 300) = 100,8 ° С.
Щільність теплового потоку радіатора при ?
Q пр = 650 (82,8/70) 1+0,3 = 809 Вт/м2.
Тепловіддача вертикальних (1в = 2,7 - 0,5 = 2,2 м) і горизонтальних (1г = 0,8 м) труб Dy20 за формулою Q тр = q в * l в + q г * l г
Q тр = 93 * 2,2 + 115 * 0,8 = 296 Вт.
Розрахункова площа радіатора за формулами A p = Q np /q np та Q пp = Q п -µ тр *Q тр
А р = (1410 - 0,9 * 296) / 809 = 1,41 м 2 .
Розрахункова кількість секцій радіатора М-140А за формулою при площі однієї секції 0,254 м 2 (µ4=1,05,µ3 = 0,97 + 0,06 / 1,41= 1,01 за формулоюµ 3 = 0,97 + 0, 06 / А р )
N = (1,41/0,254) * (1,05/1,01) = 5,8 секції.
Приймаємо до встановлення 6 секцій.
Приклад 2. Визначимо марку настінного конвектора, що відкрито встановлюється, з кожухом типу « » малої глибини за умовами прикладу 4.1 (однотрубний стояк — проточний, тобто без крана біля приладу).
Середня температура води в приладі:
tcp = (105 - 2) - 0,5 * 1410 * 1,04 * 1,02 * 3,6 / (4,187 * 300) = 100,9 ° С.
Номінальна щільність теплового потоку конвектора «Універсал-20» становить 357 Вт/м 2 . У нашому випадку µ t cp = 100,9 -18 = 82,9 °С (більше 70 °С) і Gnp = 300 кг/год (менше 360 кг/год). Тому перераховуємо значення густини теплового потоку конвектора за формулою q пр = q ном (µ t ср / 70) 1+n (G пр / 360) p
q np = 357 (82,9 / 70) 1 +0,3 (300 / 360) 0,07 = 439 Вт / м 2 .
Тепловіддача вертикальних (l = 2,7 м) і горизонтальних (1 г - = 0,8 м) труб D y 20 за формулою Q тр = q в * l в + q г * l г
Q тр = 93 * 2,7 +115 * 0,8 = 343 Вт.
Розрахункова площа конвектора за формулами A p = Q np /q np і Q пp = Q п -µ тр *Q тр А р = (1410 - 0,9 * 343) / 439 = 2,51 м 2 .
Приймаємо до встановлення один кінцевий конвектор "Універсал-20" з кожухом малої глибини марки КН площею 2,57 м 2 (довжина кожуха 845 мм, монтажний номер У5).
Визначимо довжину і число ребристих чавунних труб, що встановлюються відкрито в два яруси, у системі парового опалення, якщо надлишковий тиск пари в приладі 0,02 МПа (t нac = 104,25 °С), t =15 °С, Q п = 6500 Вт, Q тр = 350 Вт.
Різниця температури за формулою µ t н = t нас -t;
µt н = 104,25-15 = 89,25 °С.
Щільність теплового потоку опалювального приладу отримаємо при коефіцієнті теплопередачі ребристих чавунних труб, встановлених одна над іншою, к=5,8 Вт/(м2°С):
q np = k np *µ t н = 518 Вт/м 2 .
Розрахункова площа приладу з ребристих труб за формулою A p = Q np /q np
А р = (6500 - 0,9 * 350) / 518 = 11,9 м 2 .
Число ребристих труб в одному ярусі, задаючись довжиною труб, що випускаються 1,5 м, мають площу нагрівальної поверхні 3,0 м 2 , отримаємо за формулою N = A p / (*a 1 )
Приймаємо до встановлення в кожному ярусі по дві послідовно з'єднані чавунні ребристі труби довжиною 1,5 м. Загальна площа нагрівальної поверхні опалювального приладу з чотирьох ребристих труб