Билет №17. Тепловое удлинение теплопроводов. Изоляция теплопроводов

Прокладка труб в помещениях может быть открытой и скрытой. В основном применяют открытую прокладку как более простую и дешевую. Поверхность труб нагрета, и теплоотдачу труб принимают в расчет при определении площади отопительных приборов. По технологическим, гигиеническим или архитектурно-планировочным требованиям прокладка труб может быть скрытой: магистрали переносят в технические помещения (подвальные, чердачные и т. п.), стояки и подводки к ото­пительным приборам размещают в специально предусмот­ренных шахтах и бороздах в строительных кон­струкциях или встраивают (замоноличивают) в них. При этом в местах расположения разборных соединений и ар­матуры устраивают лючки. Теплоотдача в помещение труб, проложенных в глухих бороздах стен, значительно меньше (примерно вдвое) теплоотдачи открытых теплопро­водов. Встроенные (как правило, в заводских условиях) подводка или стояк играют роль бетонного отопительного прибора с одиночным греющим элементом и односторонней (в наружной стене) или двусторонней (во внутренней стене, в полу или в перекрытии) теплоотдачей.

При прокладке теплопроводов учитывают предстоящее изменение длины труб в процессе эксплуатации системы отопления. Эксплуатация проходит при изменяющейся температуре теплоносителя (выше 35 °С) и трубы удлиня­ются по сравнению с монтажной их длиной в большей или меньшей степени.

Монтаж труб осуществляют в «коробке» строящегося здания при температуре наружного воздуха, близкой в весенне-осенний период к +5°С В зимний период при временном обогревании помещений для удобства отделоч­ных и монтажных работ в строящемся здании поддержи­вают временными средствами температуру также около +5°С.

Можно установить, что 1 м подающей стальной трубы предельно удлиняется при низкотемпературной воде при­близительно на 1 мм, обратной трубы — на 0,8 мм, а при высокотемпературной воде удлинение каждого мeтpa трубы доходит до 1,7 мм.

Таким образом, при размещении теплопроводов, осо­бенно при перемещении по ним высокотемпературного теплоносителя, необходимо предусматривать компенсацию усилий, возникающих при удлинении подводок, стояков и магистралей.

Размещение подводки — соединительной трубы между стояком или горизонтальной ветвью и прибором — зависит от вида отопительного прибора и положения труб в системе отопления.

Для большинства приборов подающую подводку, по которой подается горячая вода или пар, и обратную под­водку, по которой охлажденная вода или конденсат отво­дятся из приборов, прокладывают горизонтально (при длине до 500 мм) или с некоторым уклоном (5—10 мм на всю длину).

Пред­почтение отдают прямой прокладке подводок, так как утки осложняют заготовку и монтаж труб, увеличивают гидрав­лическое сопротивление подводок.

Для унификации деталей подводок и стояков, как из­вестно, используют односторонние горизонтальные под­водки постоянной длины (например, 370 мм) независимо от ширины простенка в здании. При этом стояк однотруб­ной системы размещают на расстоянии 150 мм от откоса оконного проема, а не по оси простенка как при двусто­ронних подводках. Особенно широко применяют унифици­рованные приборные узлы в жилых домах, гостиницах, общежитиях, во вспомогательных зданиях предприятий, где приборы для уменьшения длины подводок допустимо смещать от вертикальной оси оконных проемов по направ­лению к стояку

Для некоторых отопительных приборов (например, конвекторов напольного типа) подводки могут проклады­ваться снизу вверх с изгибом.

Компенсацию удлинения труб в горизонтальных ветвях однотрубных систем предусматривают путем изгиба под­водок, чтобы напряжение на изгиб в отводах труб не превышало 80 МПа; в ветвях между каж­дыми пятью — шестью приборами вставляют П-образные компенсаторы.

Изоляция труб помогает эффективно сохранить температуру энергоносителя, и предупреждает замерзание холодных трубопроводов. Для этого используются блокирующие проведение тепла материалы. При выборе оптимальных изоляционных материалов необходимо учитывать следующие параметры: плотность; сжимаемость; теплопроводность; паронепроницаемость; негорючесть; способность водоотталкивания; водопоглощающие свойства; звукоизоляционные характеристики. Изоляция труб - преимущества использования При выполнении теплоизоляции резервуаров или трубопроводов преследуется основная задача: надежная и длительная защита изолируемых поверхностей. Однако требования к теплоизоляционным материалам могут варьироваться в зависимости от условий эксплуатации. Теплоизоляция трубопроводов холодного водоснабжения, кондиционирования и холодильного оборудования производится с целью предотвратить промерзание труб и образование конденсата, и появление коррозии. Если же выполняются работы с горячими трубопроводами, задачи ставятся иные: снизить теплопотери и сделать систему отопления экономичной. Кроме того, изоляция труб служит для гашения нежелательных шумовых эффектов, неизбежно возникающих в случаях перепада давления внутри труб.

Билет №19. Теплоносители систем водяного отопления.

Движущаяся среда в системе отопления — теплоноси­тель — аккумулирует теплоту и затем передает ее в обогре­ваемые помещения. Теплоносителем для отопления может быть любая, достаточно подвижная и дешевая, жидкая или газообразная среда, соответствующая требованиям, пре­дъявляемым к системе отопления.

Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно используют, как уже известно, воду, водяной пар, атмосферный воздух, нагретые газы. В се­верных районах страны применяют воду с добавками во избежание замерзания теплоносителя в трубах (например, 27%-ный раствор хлористого кальция).

Органические теплоносители, температура кипения ко­торых при атмосферном давлении превышает 250 ⁰С (напри­мер, жидкое топливо), используются в специальных высоко­температурных установках. Этилен - гликоль, как вещество 3-го класса опасности, применяют для отопления только тех сооружений, в которых люди не присутствуют.

Сопоставим основные свойства горячих га­зов, воды, пара и воздуха, характерные при использовании их в качестве теплоносителей в системах отопления.

Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы для отопления в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверх­ности приборов. При транспортировании горячих газов, имеют место значительные попутные теплопотери (обычно бесполезные для обогревания помещений).

Высокотемпературные продукты сгорания топлива мож­но выпускать непосредственно в помещения или соору­жения, но при этом способе отопления ухудшается состоя­ние их воздушной среды, что в большинстве случаев недо­пустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по ка­налам усложняет и понижает КПД системы отопления.

Область использования горячих газов ограничена ото­пительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками.

Наибольшее распространение в качестве теплоносителей в системах отопления имеют вода, пар и воздух. Они исполь­зуются многократно и без загрязнения окружающей здания среды.

Вода представляет собой практически несжимаемую жидкую среду со значительной плотностью и теплоемко­стью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависи­мости от температуры, а температуру кипения в зависимо­сти от давления, способна сорбировать и выделить газы при изменении температуры и давления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении.

Воздух также является легкоподвижной средой со срав­нительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от темпера­туры.

Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выполнения требований, предъявляемых к системе отопления.

Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в помещениях равномерной температуры. По этому показателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании горячего воздуха — мало теплоинерционного тепло­носителя — можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения, быстро из­меняя температуру подаваемого воздуха, т. е. проводя так называемое эксплуатационное регулирование. Одновремен­но с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.

Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру поме­щений, что достигается регулированием температуры пода­ваемой в приборы воды. При таком регулировании темпе­ратура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на I—2 °С) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.

При использовании пара температура помещении нерав­номерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за неравенства теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится уменьшать количество подаваемого пара н даже периоди­чески выключать приборы во избежание перегревания поме­щений при уменьшении теплопотерь.

Важным экономическим показателем при применении различных теплоносителей является расход металла на теп­лопроводы и отопительные приборы.

Расход металла на теплопроводы возрастает с увеличением площади их поперечного сечения. Вычислим соотно­шение площади поперечного сечения теплопроводов, по которым подаются различные теплоносители для передачи в помещения одинакового количества теплоты.

Расход металла на отопительные приборы, обогревае­мые паром, меньше, чем на приборы, нагреваемые горячей водой, вследствие уменьшения площади приборов при более высоких значениях температуры нагревающей их среды. Воздух и вода могут перемещаться в теплопроводах бесшумно (до определенной скорости движения). Частичная конденсация пара вследствие попутных теплопотерь через стенки паропроводов (появление, как говорят, попутного конденсата) вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении пара.

В заключение перечислим преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления.

При использовании воды обеспечивается довольно рав­номерная температура помещений, можно ограничить тем­ структуру поверхности отопительных приборов, сокраща­ется по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность дви­жения в трубах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах; тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов.

При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов н поперечного сечения конденсатопроводов, достигается бы­строе прогревание приборов. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой мини­мально. Однако пар как теплоноситель не отвечает сани­тарно-гигиеническим требованиям, его температура вы­сока и постоянна при данном давлении, что не обеспечи­вает регулирования теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумно­сти его движения в каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на возду­ховоды, относительно большое понижение температуры по длине воздуховодов.

Билет №20 Циркуляционное давление в системе водяного отопления. Расчетное циркуляционное давление представляет собой располагаемую разность давления (насосного и естественного), которая в расчетных условиях предназначается для преодоления сопротивления движению воды в системе отопления.
Разность давления, создаваемая насосом (насосное циркуляционное давление), постоянна в определенной рабочей точке его характеристики. Естественная разность давления (естественное циркуляционное давление) подвержена непрерывному изменению из-за возрастания или убывания различия в плотности воды в разных частях системы в процессе ее эксплуатации.
Изменение естественного циркуляционного давления вызывает отклонение от расчетного гидравлического режима системы, что отражается на количестве протекающей воды и в итоге на теплопередаче приборов.
По характеру воздействия естественного циркуляционного давления на расход воды в стояках все насосные системы отопления многоэтажных зданий разделяются на две группы: 1) вертикальные однотрубные и бифилярные, 2) вертикальные двухтрубные и горизонтальные однотрубные и бифилярные. Расчетный гидравлический режим в этих группах систем приурочивают к различным периодам отопительного сезона. Для вертикальных однотрубных и бифилярных насосных систем, а также для любого вида систем отопления с естественной циркуляцией воды этот период должен соответствовать температуре наружного воздуха, расчетной для отопления зданий в данной местности. При этой температуре естественное циркуляционное давление достигает своего максимального значения.
Для двухтрубных и горизонтальных однотрубных и бифилярных насосных систем отопления расчетный гидравлический режим относят к периоду наиболее длительного стояния одной и той же температуры наружного воздуха. Выбор разных периодов отопительного сезона для гидравлического расчета двух различных групп систем водяного отопления делается с целью сохранить возможно дольше необходимую теплоотдачу отопительных приборов. Это одно из мероприятий, способствующих надежности отопления зданий. Надежность отопления здания выражается в постоянстве заданной температуры помещений в течение требуемого периода времени при нормальных условиях эксплуатации. Заданная температура помещений может быть обеспечена только при строгом соответствии теплоотдачи отопительных приборов теплопотребности помещений. Следовательно, надежность отопления обусловливается, прежде всего, надежностью системы отопления.
Меньшая тепловая устойчивость присуща горизонтальным однотрубным и особенно вертикальным двухтрубным системам отопления. В циркуляционных кольцах этих систем в результате изменения различного по величине естественного циркуляционного давления нарушается расчетный гидравлический режим отопительных приборов. Вода, подаваемая циркуляционным насосом в стояки, перераспределяется между ветвями и приборами: в холодный период отопительного сезона значительно увеличивается расход воды в верхней части систем при сокращении расхода в нижней части; в теплый период возрастает расход воды в нижней части за счет верхней. Таким образом, в этих системах неизбежно возникает вертикальное гидравлическое и, как следствие, тепловое разрегулирование — нарушение тепловой устойчивости.
Выбор расчетного циркуляционного давления по формуле создает условия для длительного действия отопительных приборов горизонтальных однотрубных и вертикальных двухтрубных насосных систем в расчетном гидравлическом режиме с сохранением тепловой устойчивости. Это также способствует уменьшению вертикального теплового регулирования при низкой и высокой температуре наружного воздуха и сокращению продолжительности таких периодов.