Воздушное отопление имеет много общего с другими видами централизованного отопления. И воздушное, и водяное отопление основаны на передаче теплоты в отапливаемые помещения от охлаждающегося теплоносителя. В центральной системе воздушного отопления, как и в системах водяного отопления, имеется теплогенератор (центральная установка для нагревания воздуха) и теплопроводы (каналы или воздуховоды для перемещения теплоносителя).
Воздух для отопления подается в помещение нагретым до такой температуры tг, чтобы в результате его смешения с внутренним воздухом и теплообмена с поверхностью ограждений поддерживалась заданная температура помещения. Следовательно, количество аккумулированной воздухом теплоты должно быть равно Qп – максимальной теплопотребности для поддержания в помещении расчетной температуры tв:
Gотс (tг - tв ) = Qп (1)
Отсюда расход нагретого воздуха Gот, кг/c, для отопления помещения:
Gот = Qп (с (tг - tв )) (2)
где с – удельная массовая теплоемкость воздуха, равная 1005 Дж/(кг·К).
Для получения расхода воздуха в кг/ч теплопотребность помещения в Вт (Дж/с) следует выразить в Дж/ч, т. е. умножить на 3600 с.
Объем подаваемого воздуха Lот, м /ч, при температуре tг нагретого воздуха:
Lот = Gот rг (3)
Воздухообмен в помещении Lп, м3/ч, несколько отличается от Lот, т. к. определяется при температуре внутреннего воздуха tв:
Lп = Gот rв (4)
где rг и rв – плотность воздуха, кг/м3г при eгo температуре соответственно tг и tв.
Температура воздуха tг должна быть возможно более высокой, как это видно из уравнения (2), для уменьшения количества подаваемого воздуха. В связи с этим, соответственно, сокращаются размеры каналов, а также снижается расход электроэнергии при механическом побуждении движения воздуха.
Однако правилами гигиены устанавливается определенный верхний предел температуры – воздух не следует нагревать выше 60 °С, чтобы он не терял своих свойств как среда, вдыхаемая людьми.
Эта температура и принимается как предельная для систем воздушного отопления помещений с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей.
Отклонения от этого общего правила делают для воздушно-тепловых завес. Для завес у внешних ворот и технологических проемов, выходящих наружу, допускается повышение температуры подаваемого воздуха до 70 °С, а для завес у наружных входных дверей – до 50 °С.
Конкретные значения температуры воздуха при воздушном отоплении связаны со способами его подачи из воздухораспределителей и зависят от того, подается ли воздух вертикально сверху вниз, наклонно в направлении рабочей (обслуживаемой) зоны или горизонтально в верхней зоне помещения. Если люди подвергаются длительному непосредственному влиянию струи нагретого воздуха, его температуру рекомендуется понижать до 25 °С.
По формуле (2) определяют количество воздуха, подаваемого в помещение только с целью его отопления, и систему устраивают рециркуляционной. Когда же воздушная система отопления является одновременно и системой вентиляции, количество подаваемого в помещение воздуха устанавливают следующим образом:
− если Goт ≥ Gвент (количество воздуха для отопления оказывается равным количеству воздуха, необходимому для вентиляции, или превышает его), то сохраняют количество и температуру отопительного воздуха, а систему выбирают прямоточной или с частичной peциркуляцией;
− если Gвент > Gот (количество вентиляционного воздуха превышает количество воздуха, которое необходимо для отопления), то принимают количество воздуха, потребное для вентиляции, систему делают прямоточной, а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле:
tг = tв +Qп (сGвент ) (4)
полученной из уравнения вида (2).
Количество воздуха для отопления помещения или его температуру уменьшают, если в помещении имеются постоянные тепловыделения.
При центральной отопительно-вентиляционной системе температура нагретого воздуха, определяемая по формуле (4), может оказаться для каждого помещения различной. Подача в отдельные помещения воздуха при различной температуре
технически осуществима.
Однако проще подавать во все помещения воздух при одинаковой температуре. В этом случае общую температуру нагретого воздуха принимают равной низшей из расчетных для отдельных помещений, а количество подаваемого воздуха пересчитывают по формуле (2).
После уточнения воздухообмена определяют теплозатраты на нагревание воздуха по формулам:
− для рециркуляционной системы воздушного отопления:
Q = Gотс (tг - tв ) (5)
− для частично вентиляционной системы:
Q = Gотс (tг - tв )+Gвентс (tв - tн ) (6)
− для прямоточной отопительно-вентиляционной системы:
Q = Gвентс (tг - tн ) (7)
где Gот и Gвент – расход воздуха, кг/c, для целей отопления и вентиляции;
tн– расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления.
В формуле (6) количество рециркуляционного воздуха Gрец= Gот – Gвент, т. к. Gот выражает количество смешанного воздуха, нагретого до температуры tг с целью отопления.
В системах центрального воздушного отопления в отличие от систем центральной приточной вентиляции перемещается воздух меньшей и переменной плотности по сравнению с плотностью воздуха, окружающего воздуховоды.
В связи с этим можно отметить две особенности действия систем центрального воздушного отопления:
Нагретый воздух заметно охлаждается по пути егo движения;
Количество воздуха, поступающего в помещения, изменяется в течение отопительного сезона, особенно при естественном движении.
В вентиляторных системах воздушного отопления ограниченной длины и высоты эти два фактора обычно во внимание не принимаются.
В разветвленных протяженных системах воздушного отопления крупных зданий, особенно высоких, необходимо ограничивать как охлаждение воздуха в воздуховодах, так и перераспределение воздуха, поступающего в помещения под влиянием изменяющегося естественного циркуляционного давления.
Для ограничения и учета охлаждения воздуха выполняют тепловой расчет воздуховодов, устанавливают начальную температуру воздуха и уточняют егo расчетный расход.
Тепловой поток через стенки воздуховода длиной l представим как:
Qохл = q1*l (8)
где q1 – тепловой поток через стенки воздуховода длиной 1 м, определяемый по формуле:
q1 = kA1 (tср - tв ) = (tср - tв ) R1 (9)
R1 – сопротивление теплопередаче от нагретого воздуха, имеющего среднюю температуру tcp, через площадь А1 стенок воздуховода длиной 1 м в помещение при температуре tв.
Сопротивление теплопередаче находят с учетом дополнений, которые относятся к условиям теплопередачи через 1 м воздуховода, у которого внешняя поверхность может быть значительно больше внутренней и отделяется от последней промежуточными слоями.
Тепловой поток через стенки воздуховода при установившемся состоянии соответствует степени охлаждения потока нагретого воздуха, перемещающегося по воздуховоду. Поэтому можно написать уравнение теплового баланса, выражая q1 в кДж/ч:
q1l = Gотс (tнач - tг ) (10)
где Gот – количество воздуха для отопления помещения, кг/ч; tнач и tг – температура нагретого воздуха соответственно в начале воздуховода и выпускаемого в помещение, °С; с – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С).
Уравнение теплового баланса (10) дает возможность установить начальную температуру воздуха в воздуховоде по заданной конечной или, наоборот, уточнить температуру воздуха, выпускаемого в помещение, и, при необходимости, расход воздуха.
Температура нагретого воздуха в начале воздуховода на основании формулы (5) равна:
tнач = tв + ((Qп + (1-h)Qохл ) Qп )(tг - tв ) (11)
где η – доля от Qохл, поступающая в отапливаемое помещение (Qохл в первом приближении можно определять по формулам (10) и (11), подставляя известную температуру tг вместо температуры tcp).
Уточненный расход горячего воздуха в воздуховоде, кг/ч, с учетом формулы (2) составит:
Gот = (Qп + (1-h)Qохл ) (с (tср - tв )) (12)
Comments