Конспект лекций Москва гоу впо «рэу им. Г. В. Плеханова» 2011
| Вид материала | Конспект |
- Российский Экономический Университет им. Г. В. Плеханова факультет дистанционного обучения, 405.79kb.
- Российский Экономический Университет им. Г. В. Плеханова» факультет дистанционного, 1497.37kb.
- Гармаев Булат Петрович, к ю. н., доцент кафедры экономического права и гражданско-правовых, 590.61kb.
- Организация рекламной деятельности малого торгового предприятия и ее эффективность, 276.69kb.
- Тема: «Конституция как гарант реализации прав человека», 104.22kb.
- Страхование инновационных рисков, 295.64kb.
- Конспект лекций 2011 г. Батычко В. Т. Семейное право. Конспект лекций. 2011, 1718.16kb.
- Конспект лекций 2011 г. Батычко Вл. Т. Конституционное право зарубежных стран. Конспект, 2667.54kb.
- Развитие инновационной сферы экономики чехии, 457.13kb.
- Формирование и развитие металлургического комплекса в россии (на примере свердловской, 444.91kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова»
(ГОУ ВПО «РЭУ им. Г. В. Плеханова»)
Е. Н. Кочкин, В. А. Бакаев
“ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЙ”
Конспект лекций
Москва
ГОУ ВПО «РЭУ им. Г. В. Плеханова»
2011
Рецензенты: к. т. н. В. В. Р у с а н о в
к. т. н. А. А. Г а ж у р
Е. Н. Кочкин, В. А. Бакаев. «Теплоснабжение и отопление зданий» Конспект лекций. – М. ГОУ ВПО «РЭУ им. Г. В. Плеханова», 2011. – 47 с.
Рассматриваются основы теории теплоснабжения и отопления зданий, а также методика расчета и выбора оборудования, графический материал для ознакомления с устройством инженерных систем и оборудованием.
Для студентов специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (Гостиничное, туристическое и ресторанное хозяйство)», «Эконо-мика и управление на предприятии, в строительстве».
© ГОУ ВПО «РЭУ им. Г. В. Плеханова», 2011
Оглавление
Введение…………………………………………………………….4
1. Теплоснабжение зданий…………………………………………5
1. 1.Классификация систем теплоснабжения…………………..6
1. 2. Виды тепловых сетей………………………………………7
1. 3. Способы прокладки теплопроводов………………………8
1. 4. Оборудование тепловых сетей…………………………….9
2. Отопление зданий……………………………………………….10
2. 1. Гигиенические основы отопления………………………..10
2. 2. Классификация систем отопления………………………..11
2. 3. Сравнение и область применения основных систем
отопления…………………………………………………..14
2. 4. Характеристика теплоносителей для систем отопления..15
2. 5. Тепловая мощность систем отопления зданий и ее расчет 16
2. 6. Системы отопления при центральном теплоснабжении…18
Заключение………………………………………………………….44
Контрольные вопросы………………………………………………45
Список литературы………………………………………………….46
Введение
Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. В представленным конспекте лекций рас-смотрены централизованные системы теплоснабжения, обеспечива-ющие наиболее экономное использование топлива и имеющие наиболее высокие экономические показатели.
Перед специалистами в области отопительной техники стоят задачи дальнейшего совершенствования систем отопления зданий с широким внедрением надежных в эксплуатации отопительных установок, позволяющих экономить металл и топливо.
Предлагаемый конспект лекций содержит вспомогательный материал для студентов, изучающих профилирующий курс «Теплоснабжение» и «Отопление». Он может быть использован при разработке систем центрального отопления в жилых, общественных и производственных зданиях при курсовом и дипломном проектировании.
Здесь рассматриваются различные системы центрального отопления и практические рекомендации, позволяющие студентам обоснованно принимать в своих проектах принципиальные решения, отвечающие возросшим требованиям к современной отопительной технике зданий и сооружений.
Изучив данный курс, студенты должны знать назначение, функционирование и устройство систем теплоснабжения и отопления которыми оборудованы города и здания, уяснить основные положения по эксплуатации систем и оборудования, уметь читать чертежи, приобрести навыки подбора оборудования на основе расчетов с использованием нормативно-справочных данных, самостоятельно решать технические задачи, возникающие в процессе выполнения служебных обязанностей.
1 . ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ЗДАНИЙ
Потребление энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает и прежде всего для теплообеспечения зданий и сооружений. Известно, что на теплообеспечение гражданских и производственных зданий расходуется более трети всего добываемого органического топлива.
Функционирование санитарно-технических систем здания ба-зируется на использовании теплоты, полученной при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива.
Твердое топливо это дрова, торф, бурый и каменный уголь, сланцы.
Жидкое топливо это нефть и продукты ее переработки.
Газообразное топливо – природные и искусственные горючие газы.
Ядерное топливо это уран и торий.
Все выше перечисленное топливо считается невозобнов-ляющимися энергетическими ресурсами. Кроме этого исполь-зуются возобновляющиеся энергетические ресурсы. Это солнечная энергия, гидроэнергия, энергия ветра и приливов, а также геотермальных вод.
В зависимости от величин теплоты сгорания различают высоко-сортное и низкосортное органическое топливо. Теплота сгорания это количество тепла (Дж, кДж), которое может выделить 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газообразного топлива ( торф 10÷15 тыс кДж/кг; дерево 12÷13 тыс кДж/кг; камен. уголь 25÷28 кДж/кг; мазут 38÷39 кДж/кг; природный газ 34÷36 кДж/м3). На величину теплоты сгорания влияет главным образом зольность и влажность топлива. Для сопоставления отдельных видов топлива введено понятие условного топлива. Условным считают топливо с теплотой сгорания 2,94х104 кДж/кг.
В городах используют централизованное теплоснабжение зданий и сооружений. Для этого используют небольшие тепло-генерирующие установки – местные котельные, а также крупные тепловые станции.
Наиболее эффективный вид теплоснабжения это теплофикация, т. е. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки теплоты и электрической энергии на ТЭЦ. Основной энергетический эффект при теплофикации заключается в использовании для теплоснабжения отработанный теплоты, отведенный из тепло-силового цикла электростанции. В отдельных больших городах предусматривается централизованное теплоснабжение от атомных теплостанций.
Централизованная подача тепла необходима:
а) в системе отопления для нагрева теплоносителя, который подается в отопительные приборы, расположенные в помещениях;
б) в системах вентиляции и кондиционирования воздуха для подогрева воздуха в холодное время года до температуры 14 ÷ 16оС перед его подачей в помещение;
в) в системе горячего водоснабжения для нагрева водопро-водной воды от температуры 5 ÷ 15оС до температуры 65 ÷ 70оС, которая функционирует круглосуточно.
Использование теплоты санитарно-техническими системами в процессе их функционирования называют теплопотреблением. Величина теплопотребления отдельного здания (предприятия) меняется в течение года. Величина и характер сезонного теплопотребления систем отопления и вентиляции зависят в основном от температуры наружного воздуха. Теплопотребление системы горячего водоснабжения в течение года носит относительно постоянный характер.
1. 1. Классификация систем теплоснабжения
Все системы теплоснабжения включают четыре взаимо-связанных процесса:
1. нагрев теплоносителя за счет сжигания топлива в генераторе теплоты;
2. его перемещение к санитарно-техническим системам;
3. использование теплового потенциала теплоносителя сани-тарнотехнической системой ( с понижением его температуры);
4. возврат теплоносителя на повторный нагрев.
Теплоносителем называют вещество, которое передает теплоту от генератора теплоты к теплопотребляющим устройствам санитарно-технических систем. В качестве теплоносителя используется вода, перегретая до температуры свыше 100оС и водяной пар.
Любая система теплоснабжения состоит из трех основных элементов:
1. генератора (источника) теплоты;
2. трубопроводов, по которым перемещается теплоноситель;
3. теплообменных аппаратов.
По виду теплоносителя системы теплоснабжения делят на водные и паровые. В системах теплоснабжения жилых районов городов в качестве теплоносителя применяют воду, а пар используют только на предприятиях, где он вырабатывается для технологических нужд.
Пар может использоваться в системе теплоснабжения поселков и жилых районов, расположенных в непосредственной близости от таких предприятий. Перемещение пара по паропроводам на расстояние свыше 500м экономически нецелесообразно, т. к. связано с большими капитальными затратами на их теплоизоляцию.
По радиусу действия и числу зданий – потребителей теплоты различают центральные и централизованные системы тепло-снабжения.
Центральные системы теплоснабжения организуют на базе местных котельных (домовых, дворовых, квартальных). Они обслуживают одно или несколько зданий.
Централизованные системы теплоснабжения обслуживают крупные городские массивы и промышленные предприятия. Они базируются на работе центральных районных котельных, тепловых станций или ТЭЦ.
1. 2. Виды тепловых сетей
Горячая вода или пар от источника теплоты транспорти-руется к потребителям по специальным трубопроводам, которые называются тепловыми сетями.
Тепловые сети подразделяют:
на магистральные, которые прокладываются на главных направлениях населенного пункта;
распределительные – внутри квартала, микрорайона;
ответвления – отдельным зданиям.
По взаимному расположению источников тепла они подраз-деляются на радиальные и кольцевые. При теплоснабжении от одного источника теплоты целесообразно применять радиальную схему, в которой по мере снижения тепловой нагрузки и удаления от источника теплоты уменьшаются диаметры трубопроводов. Недостатком этой схемы является то, что в случае аварии на одной магистрали нарушается снабжение теплотой всех расположенных за местом аварии потребителей теплоты.
Во избежании перерывов в снабжении теплотой потребителей, предусматривают соединение отдельных магис-тралей между собой, а также устройство перемычек между ответ-влениями. Такие тепловые сети называют кольцевые. Они нашли применение в крупных городах при наличии нескольких крупных источников тепла.
По виду теплоносителя они делятся на водяные и паровые. Водяные тепловые сети в зависимости от способа питания теплом системы горячего водоснабжения отдельных зданий могут быть закрытыми (с нагревом воды для горячего водоснабжения в водоводяных водоподогревателях, установленных на вводе тепловой сети в здание), и открытыми (с отбором воды для системы горячего водоснабжения непосредственно из тепловой сети на ее вводе в здание). Системы отопления могут присоединяться к водяным тепловым сетям непосредственно, а также через элеваторы и смесители.
1. 3. Способы прокладки теплопроводов
По способу прокладки тепловые сети делятся на подземные и надземные. Преобладает подземный способ прокладки. Надземная прокладка применяется в том случае, когда в связи с особо тяжелыми грунтовыми условиями (например, районы вечно-мерзлых грунтов) не представляется возможным применить подземную прокладку. В этом случае трубы прокладывают на эстакадах, мачтах и низких опорах.
Подземные прокладки теплопроводов могут быть:
1. бесканальные;
2. в непроходных каналах;
3. в проходных или полупроходных каналах;
4. в коллекторах совместно с другими коммуникациями.
Бесканальная прокладка применяется при отсутствии грунтовых вод, достаточно прочном грунте и температуре транспортируемого теплоносителя на более 180 оС. Преимущества бесканальной прокладки заключается в значительно меньших капитальных вложениях и затратах времени на ее осуществление.
Наиболее часто теплопроводы прокладывают в непроходных каналах, выполненных из железобетона. Они могут быть прямоугольными или сводчатыми. Для обеспечения дренажа вод, проникающих в каналы, предусматривают уклон их дна не менее 0,002. Дренажные трубы прокладывают в гравии или щебне.
Прокладка теплопроводов в проходных каналах обеспечивает удобство их обслуживания и ремонта. Трубы в этом случае меньше подвергаются наружной коррозии, чем при прокладке в непроходных каналах.
Для уменьшения затрат при прокладке теплопроводов под зданиями или другими сооружениями, а также под центральными проездами, применяют полупроходные каналы.
При выборе трассы теплопроводов необходимо выполнение следующих условий:
1. надежность и долговечность тепловой сети;
2. определенный уровень тепловых потерь в окружающую среду;
3. защита теплопроводов от разрушений под воздействием внешних нагрузок.
Тепловая изоляция теплопроводов играет большую роль в экономике централизованного теплоснабжения. Благодаря ей уменьшается падение температуры теплоносителя при его транспортировке. Только в тепловых сетях г. Москвы понижение температуры теплоносителя на 0,5оС на 1 км теплопровода теряется в год 1015 Дж теплоты, на выработку которого расходуется 40 тыс. тонн условного топлива.
1. 4. Оборудование тепловых сетей
Оборудование тепловых сетей включает в себя компен-саторы, опоры и запорную арматуру. Для обслуживания обору-дования, установленного на теплопроводах при подземной прок-ладке, устанавливают специальные камеры. В них размещаются компенсаторы, опоры, запорная арматура и ответвления от тепловой сети.
Трубопроводы в каналах устанавливаются на подвижные опоры, благодаря которым они могут перемещаться в осевом нап-равлении при удлинении от нагревания. При монтаже трубо-проводов необходимо предусматривать компенсацию их темпера-турного удлинения. Эта компенсация может быть достигнута, как за счет поворотов и изгибов самих трубопроводов, так и за счет установки компенсаторов.
Широкое распространение получили гнутые компенсаторы, как наиболее простые и не требующие специального обслуживания (рис. 1).
Рис. 1. Гнутый компенсатор
Рис. 2. Сальниковый компенсатор: 1 – труба большего диаметра; 2 – труба меньшего диаметра; 3 – сальниковая набивка
Кроме этого применяют сальниковые компенсаторы, которые устроены по принципу телескопической трубы с уплотнителем промасленной набивкой (рис. 2). Такие компенсаторы требуют специального обслуживания.
Трубопроводы тепловых сетей монтируют из стальных бесшовных горячекатаных труб.
2 . ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЙ
2. 1. Гигиенические основы отопления
Человек находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой. Одной из форм такого взаимодействия является теплообмен. Физиологические процессы, протекающие в организме человека, сопровождаются выделением теплоты, которая передается в окружающую среду через поверхность тела и при дыхании. Количество тепла, выделяемое в спокойном состоянии взрослым человеком, составляет 88 ÷ 100 Вт, при тяжелой работе – 300 ÷ 400 Вт, а при максимально возможных кратковременных нагрузках – до 1000 Вт. При этом только 10% тепла расходуется на собственные нужды человека, т. е. на осуществление обмена веществ. Остальное тепло отдается окружающей среде. Отдача тепла осуществляется излучением, конвекцией и испарением.
Организм человека отдает теплоту при определенном напряжении системы терморегулирования, которая связана с высшей нервной деятельностью. Наименьшее напряжение система испытывает при определенном соотношении температуры воздуха в помещении (tв) и температуры на поверхности ограждений (стен, окон, потолка и пола), которую называют радиационной температурой помещения (τR). Эти соотношения должны быть таковы, чтобы человек испытывал тепловой комфорт. Для этого в помещении, где человек находится необходимо поддерживать метрологические параметры воздуха на заданном уровне. Эти параметры должны обеспечивать естественный отвод тепла из организма человека. При этом в организме устанавливается баланс между теплообразованием и теплоотдачей и человек испытывает чувство комфорта. Условия теплового комфорта определены строительными нормами и правилами (СНиП). Их обеспечение обязательно при эксплуатации любых зданий.
Заданные параметры микроклимата помещений достигаются с помощью системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Для определения микроклимата помещения, влияющего на самочувствие людей, необходимо знать температуру и скорость движения воздуха, которые влияют на теплоотдачу конвекцией, относительную влажность, влияющую на теплоотдачу испарением, и температуру ограждений, влияющую на теплоотдачу организма лучеиспусканием.
Иногда в компоненты понятия «микроклимат помещения» включают также показатель загрязнения воздуха различными вред-ными примесями. Сочетание этих параметров обеспечивающих наилучшее самочувствие людей, называют комфортными услови-ями и принимают в качестве расчетных внутренних условий при проектировании систем отопления и вентиляции.
2. 2. Классификация систем отопления
В соответствии с санитарно-техническими требованиями в холодное время года температура воздуха в отапливаемых помещениях (tв) должна быть выше температуры наружного воздуха (tн). Вследствие наличия разности температур через ограждения конструкции происходит переход тепла в направлении к наружному воздуху. Если эти потери тепла помещениями не восполнять постоянным притоком тепла от системы отопления, то температура воздуха в помещениях сравняется с температурой наружного воздуха.
Системами отопления называются инженерные сооружения, предназначенные для получения и подачи тепла в помещения с целью поддержания в них заданных температур в холодное время года.
Проектируемые системы отопления должны удовлетворять следующим условиям:
– санитарно-гигиеническим (обеспечивать заданные внутрен-ние температуры воздуха помещений без ухудшения состояния воздушной среды);
– эстетическим (хорошо гармонировать с внутренней отдел-кой помещений);
– монтажным (предусматривать возможность монтажа ин-дустриальными методами);
– эксплуатационным (быть бесшумными, безопасными и удобными для ремонта и регулирования).
Системы отопления состоят из следующих основных элементов:
– генератора тепла, в котором теплоносителю передается не-обходимое количество тепла;
– системы теплопроводов для перемещения по ним теплоносителя;
– нагревательных приборов, передающих тепло от тепло-носителя воздуху помещения и его ограждениям.
Генератором тепла для систем отопления может быть:
– ТЭЦ (теплоэлектроцентраль);
– отопительный котельный агрегат;
– теплообменные аппараты или смесительные устройства, ис-
пользующие теплоносители иных параметров, чем в систе-
ме отопления;
– электронагреватели;
– газовые нагреватели.
Системы отопления по месту размещения генератора тепла относительно отапливаемого помещения разделяют на местные и центральные.
Местной системой отопления называется такой вид отопления, при котором генератор тепла и нагревательный прибор конструктивно скомпонованы вместе. К ней относится печное отопление.
Центральной системой отопления называют систему, пред-назначенную для отопления нескольких помещений или зданий из единого теплового пункта (пример – отопление здания от соб-ственной котельной).
Центральные системы отопления классифицируются по нескольким показателям: по виду теплоносителя, его начальной температуре, давлению, способам перемещения и передачи тепла от поверхности нагревательных приборов воздуху помещения.
По виду теплоносителя системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные.
В системах водяного отопления в генераторе тепла наг-ревается вода, которая по подающим трубопроводам транспорти-руется к нагревательным приборам. Температура нагреваемой воды может достигать 150 оС.
В системах парового отопления по теплопроводам к нагрева-тельным приборам подается пар, который отдает свое тепло на нагревание помещения при конденсации. В зависимости от давления пара в системе они подразделяются на:
– вакуум-паровые;
– низкого давления;
– высокого давления.
В системах воздушного отопления в генераторе тепла (калорифере) нагревается воздух и подается по воздуховодам непосредственно в помещение. В воздушных системах отопления отсутствуют нагревательные приборы.
В комбинированных системах отопления применяют либо два вида теплоносителя, либо один, но с разными параметрами.
Центральные системы водяного и воздушного отопления подразделяются по способу перемещения теплоносителя на системы с естественной циркуляцией (за счет разности плотностей горячего и холодного теплоносителя) и системы с механическим побуждением (в системах водяного отопления циркуляция воды осуществляется с помощью насоса, а в системах воздушного отопления – перемещение воздуха с помощью вентилятора).
Системы отопления классифицируются также по преоблада-ющему виду теплопередачи нагревательных приборов:
– конвективные приборы;
– лучистые приборы.
2. 3. Сравнение и область применения основных систем отопления
Основные преимущества систем водяного отопления:
– возможность поддержания умеренной температуры на поверх-
ности нагревательных приборов;
– простота центрального регулирования теплоотдачи;
– бесшумность работы и простота обслуживания.
Недостатки водяного отопления:
– большое гидростатическое давление в нижней части системы;
– опасность замерзания воды в трубопроводе.
Преимущества системы парового отопления:
– высокая теплоотдача нагревательных приборов;
– меньший расход металла на трубы и нагревательные приборы,
чем у системы водяного отопления;
– меньшая опасность замерзания;
– возможность перемещения пара на большие расстояния без ис-
кусственного побуждения.
Недостатки парового отопления:
– высокая температура на поверхности труб и нагревательных
приборов (пригорание пыли);
– невозможность гибкого качественного центрального регули-
рования температуры
– более сложная эксплуатация и большие потери при транспор-
тировке пара;
– значительные деформации и тепловые напряжения системы;
– шум в процессе работы;
– меньший срок эксплуатации из-за более активной коррозии труб.
Преимущества воздушного отопления:
– возможность совмещения с системой вентиляции;
– отсутствие в помещении нагревательных приборов;
– отсутствие тепловой инерции, т. е. немедленный эффект;
– возможность центрального качественного регулирования.
Недостатки воздушного отопления:
– большое сечение каналов для перемещения воздуха;
– большие потери при транспортировке воздуха.