Отопление производственных помещений. (Местное, центральное; удельные характеристики отопления)

Отопление предназначено для поддержания нормируемой температуры воздуха в производственных помещениях в холодное время года. Кроме того, оно способствует лучшей сохранности зданий и оборудования, так как одновременно позволяет регулировать и влажность воздуха. С этой целью сооружают различные системы отопления.

В холодный и переходный периоды года следует отапливать все здания и сооружения, в которых время пребывания людей превышает 2 ч, а также помещения, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям.

К системам отопления предъявляют следующие санитарно-гигиенические требования: равномерный прогрев воздуха помещений; возможность регулирования количества выделяемой теплоты и совмещения процессов отопления и вентиляции; отсутствие загрязнения воздуха помещений вредными выделениями и неприятными запахами; пожаро- и взрывобезопасность; удобство в эксплуатации и ремонте.

Отопление производственных помещений по радиусу действия бывает местное и центральное.

Местное отопление устраивают в одном или нескольких смежных помещениях площадью менее 500 м². В системах такого отопления генератор теплоты, нагревательные приборы и теплоотдающие поверхности конструктивно объединены в одном устройстве. Воздух в этих системах чаще всего нагревается за счет использования теплоты сгорающего в печах топлива (дров, угля, торфа и т.д.). Значительно реже в качестве своеобразных отопительных приборов применяются полы или стеновые панели со встроенными электронагревательными элементами, а иногда – электрорадиаторы. Существуют также воздушные (основной элемент – калорифер) и газовые (при сжигании газа в отопительных приборах) системы местного отопления.

Центральное отопление по виду используемого теплоносителя может быть водяное, паровое, воздушное и комбинированное. Системы центрального отопления включают в себя генератор теплоты, нагревательные приборы, средства передачи теплоносителя (трубопроводы) и средства обеспечения работоспособности (запорная арматура, предохранительные клапаны, манометры и пр.). Как правило, в таких системах теплота вырабатывается за пределами отапливаемых помещений.

Системы отопления должны компенсировать теплопотери через строительные ограждения, расход теплоты на нагрев нагнетаемого холодного воздуха, поступающих извне сырья, машин, оборудования и на технологические нужды.

При отсутствии точных данных о строительном материале, ограждениях, толщине слоев материалов ограждающих конструкций и вследствие этого невозможности определения термического сопротивления стен, потолков, полов, окон и прочих элементов расход теплоты приближенно определяют с помощью удельных характеристик.

Расход теплоты через наружные ограждения зданий, кВт

,

где - удельная отопительная характеристика здания, представляющая собой поток теплоты, теряемой 1 м³ объема здания по наружному обмеру в единицу времени при разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1 К, Вт/(м³ ∙К): в зависимости от объема и назначения здания =0,105…0,7 Вт/(м³ ∙К); V_Н- объем здания без подвальной части по наружному обмеру, м³; T_В- средняя расчетная температура внутреннего воздуха основных помещений здания, К; T_Н – расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования систем отопления, К: для Волгограда 248 К, Кирова 242 К, Москвы 247 К, Санкт-Петербурга 249 К, Ульяновска 244 К, Челябинска 241К.

Расход теплоты на вентиляцию производственных зданий, кВт

,

где - удельная вентиляционная характеристика, т.е. расход теплоты на вентиляцию 1 м³ здания при разности внутренней и наружной температур в 1 К, Вт/(м³ ∙К): в зависимости от объема и назначения здания =0,17…1,396 Вт/(м³ ∙К); - расчетное значение температуры наружного воздуха для проектирования систем вентиляции, К: для Волгограда 259 К, Вятки 254 К, Москвы 258 К, Санкт-Петербурга 261 К, Ульяновска 255 К, Челябинска 252 К.

Количество теплоты, поглощаемое ввозимыми в помещения материалами, машинами и оборудованием, кВт

,

где -массовая теплоемкость материалов или оборудования, кДж/(кг∙К): для воды 4,19, зерна 2,1…2,5, железа 0,48, кирпича 0,92, соломы 2,3; -масса ввозимых в помещение сырья или оборудования, кг; -температура ввозимых в помещение материалов, сырья или оборудования, К: для металлов = , для несыпучих материалов = +10, сыпучих материалов = +20; -время нагрева материалов, машин или оборудования до температуры помещения, ч.

Количество теплоты, потребляемой на технологические нужды, кВт, определяют через расход горячей воды или пара

,

где -расход на технологические нужды воды или пара, кг/ч: для ремонтных мастерских 100…120, на одну корову 0,625, на теленка 0,083 и т.д.; -теплосодержание воды или пара на выходе из котла, кДж/кг; -коэффициент возврата конденсата или горячей воды, изменяющийся в пределах 0…0,7: в расчетах обычно принимают =0,7; -теплосодержание возвращаемых в котел конденсата или воды, кДж/кг: в расчетах можно принять равным 270…295 кДж/кг.

Тепловая мощность котельной установки P_к с учетом расхода теплоты на собственные нужды котельной и потерь в теплосетях принимается на 10…15% больше суммарного расхода теплоты

.

По полученному значению P_к подбираем тип и марку котла. Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты с одинаковой тепловой мощностью. Число стальных агрегатов должно быть не менее двух и не более четырех, чугунных – не более шести. Следует учитывать, что при выходе из строя одного котла оставшиеся должны обеспечить не менее 75-80% расчетной тепловой мощности котельной установки.

Для непосредственного обогрева помещений применяют нагревательные приборы различных видов и конструкций: радиаторы, чугунные ребристые трубы, конвекторы и пр.

Общую площадь поверхности нагревательных приборов, м², определяют по формуле

,

где - коэффициент теплоотдачи стенок нагревательных приборов, Вт/(м² ∙К): для чугуна 7,4, для стали 8,3; -температура воды или пара на входе в нагревательный прибор, К; для водных радиаторов низкого давления 338…348, высокого давления 393…398; для паровых радиаторов 383…388; -температура воды на выходе из нагревательного прибора, К: для водяных радиаторов низкого давления 338…348, для паровых и водяных радиаторов высокого давления 368.

По известному значению F находят требуемое число секций нагревательных приборов

,

где -площадь одной секции нагревательного прибора, м², зависящая от его типа: 0,254 у радиаторов М-140; 0,299 у М-140-АО; 0,64 у М3-500-1; 0,73 у конвектора плинтусного типа 15КП-1; 1 у чугунной ребристой трубы диаметром 500 мм.

Бесперебойная работа котлов возможна только при достаточном запасе топлива для них. Кроме того, зная требуемое количество альтернативных топливных материалов, можно с помощью экономических показателей определить оптимальный вид топлива.

Потребность в топливе, кг, на отопительный период года ориентировочно можно рассчитать по формуле

,

где =1,1…1,2- коэффициент запаса на неучтенные потери теплоты; -годовой расход условного топлива на повышение температуры 1 м³ воздуха отапливаемого здания на 1 К, кг/(м³∙К): 0,32 для здания с м³; 0,245 при  ; 0,215 при  и 0,2 при >10000 м³.

Условным принято считать топливо, теплота сгорания 1 кг которого равна 29,3 МДж, или 7000 ккал. Для перевода условного топлива в натуральное применяют поправочные коэффициенты: для антрацита 0,97, бурого угля 2,33, дров среднего качества 5,32, мазута 0,7, торфа 2,6.