 |
20. Печное отопление. Лекция 1. Цель и задачи дисциплины. Отопление. Назначение отопления. Тепловое окружение и условия комфорта в помещении. Требования, предъявляемые к системе отопления.
|
|
|
|
20. Печное отопление.
20. 1 Печное отопление, достоинства и недостатки.
20. 2 Классификация печей.
20. 3 Устройство печного отопления.
21. Электрическое отопление.
Лекция 1
Цель и задачи дисциплины. Отопление. Назначение отопления. Тепловое окружение и условия комфорта в помещении. Требования, предъявляемые к системе отопления.
| Конвекция– способ передачи тепла за счёт движения воздушных потоков. |
| Излучение - способ передачи тепла за счёт разности температур поверхности |
| Теплопроводность – способ передачи тепла через разделительную стенку |
| Срок эксплуатации строительных конструкций – время, в течение которого строительные конструкции сохраняют несущую способность. Зависит от параметров окружающей среды. |
Содержание темы.
1. 1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.
1. 2 Гигиенические основы отопления.
1. 3 Требования, предъявляемые к системе отопления.
1. 1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.
Цель изучения дисциплины Отопление – использование полученных знаний для проектирования, монтажа и эксплуатации систем отопления зданий различного назначения.
Система отопления является инженерной системой здания.
| Система отопления – инженерная система здания, обеспечивающая тепловой комфорт нормативный срок эксплуатации зданий и сооружений и технологический процесс. |
Функционирует в течение отопительного сезона
| Отопительный сезон - период времени года с устойчивыми температурами наружного воздуха ниже +8 °С. Начинается когда средняя температура наружного воздуха в течение 3-х суток не повышается выше +8°С и заканчивается когда средняя температура наружного воздуха в течение 3-х суток не понижается ниже +8°С. |
Назначение отопления --- обеспечение:
|
|
|
теплового комфорта, необходимого для жизнедеятельности человека;
| Тепловой комфорт- сочетание температур внутреннего воздуха и радиационной температуры, при которых организм человека функционирует без напряжения |
- сохранности зданий и сооружений;
- технологических процессов.
Срок эксплуатации зданий и сооружений зависит от параметров окружающей среды.
Технологический процесс получения и хранения ряда продуктов, изделий и веществ (точных приборов, ламп, пряжи, киноплёнки, бумаги, шоколада и др. ) требуют точного поддержания заданной температуры помещений.
1. 2 Гигиенические основы отопления
В каждом обогреваемом помещении необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований.
| Тепловой режим здания - общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое, как совокупность тепловых условий в помещениях. Тепловой режим может быть равномерным в зданиях с постоянным пребыванием людей, иметь суточные, недельные и другие циклы изменения, связанные с периодической деятельностью людей и использованием зданий. |
Тепловые условия в помещениях создаются при взаимодействии поверхностей нагретых и охлажденных ограждений, материалов, приборов и оборудования, масс нагретого и холодного воздуха, между которыми происходит теплообмен, в котором участвуют находящиеся в помещении люди. На тепловые условия влияют также подвижность и влажность воздуха.
Как известно, в организме человека непрерывно вырабатывается и передается окружающей среде теплота, причем организм стремится сохранять постоянную температуру - 36. 6°С. Количество вырабатываемой им теплоты различно и зависит от возраста, индивидуальных особенностей, состояния и интенсивности работы, а также теплозащитных свойств одежды. В спокойном состоянии организм взрослого человека отдает в окружающую среду около 120 Дж/С.
|
|
|
Теплоотдача с поверхности тела человека происходит конвекцией, излучением, теплопроводностью и при испарении влаги.
Интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека зависит от температуры воздуха и от температуры, размеров и расположения огражденных поверхностей
Соотношение между количествами тепла, переданными разными способами теплообмена изменяется в зависимости от температуры воздуха в помещении, температур поверхностей ограждающих конструкций и нагревательных приборов.
Организм имеет систему терморегуляции, позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий. Однако эта способность организма ограничена небольшим интервалом температур.
| ОБРАТИТЕ Система терморегуляции организма человека обеспечивает ВНИМАНИЕ его жизнеспособность в диапазоне температур 32-42°С. |
Комфортными считаются условия, в которых сохраняется нормальное функциональное и тепловое состояние организма без напряжения системы терморегуляции. Такие условия создают предпосылки для высокого уровня работоспособности человека. Близкие к комфортным условия называют допустимыми.
Различают два условия тепловой комфортности.
Первое условие тепловой комфортности в помещении определяет сочетание температуры воздуха и радиационной температуры температуры его поверхностей, при которых человек, находясь в середине рабочей зоны помещения, не испытывает чувства перегревания или переохлаждения.
| Радиационная температура – средняя температура поверхностей, обращённых внутрь помещения. |
Комфортные тепловые условия выражает осредненная температура помещения tп. При практических расчетах в условиях конвективного отопления за температуру помещения принимают значения температуры воздуха tв, приведенные в СниП, ГОСТ и ДБН.
Первое условие комфортности обеспечивает условие общей теплоотдачи.
|
|
|
Но на самочувствие человека влияют условия, в которых находятся его голова и ноги. Голова особенно чувствительна к радиационному нагреванию и охлаждению. Ноги могут перегреваться и переохлаждаться при соприкосновении с поверхностью нагретого или холодного пола. Потоки холодного воздуха вдоль пола могут вызвать простудные заболевания.
Второе условие тепловой комфортности в помещении определяет температуру нагретой или охлажденной поверхности, допустимую для человека, находящегося непосредственно около этой поверхности, и связано с интенсивностью лучистого теплообмена.
Температура поверхности потолка и стен (в зоне свыше I м от пола) должна быть не выше:
τ наг=19. 2+8. 7/φ ч-п˚ С (1. 1)
и не ниже:
τ охл=23-5/φ ч-п˚ С (1. 2)
где φ ч-п коэффициент облученности со стороны нагретой поверхности. Минимально допустимая температура поверхности окон:
τ охл. ок. =14-4. 4/φ ч-п˚ С (1. 3)
Температура поверхности холодного пола может быть ниже температуры воздуха в помещении на 2-2. 5°С, иди не должна превышать 26°С.
Таким образом, тепловой комфорт в помещениях в холодное время года можно обеспечить, если, прежде всего, поддерживать определенные температуру воздуха, температуру внутренней поверхности ограждений и температуру поверхности отопительных приборов.
На рис. 1. 1 показаны зоны теплового комфорта – 1, а также зоны переохлаждения 2 и перегрева 3 для человека, находящегося в покое при относительной влажности φ = 55 % и умеренной подвижности воздуха. Пунктирная линия отделяет области конвективного (слева вверху) и лучистого (справа внизу)
| Конвективное отопление – система отопления, при которой температура внутреннего воздуха выше радиационной температуры. |
| Лучистое отопление – система отопления, при которой радиационная температура выше температуры внутреннего воздуха. |
|
|
|
Как видно из рисунка, при конвективном отоплении, отличительной характеристикой которого является преобладание tв над τ п зона теплового комфорта сужается. При лучистом отоплении, когда средняя температура поверхности ограждений превышает температуру внутреннего воздуха в помещении τ п > tв эта зона существенно расширяется. При одной и той температуре воздуха (например 20°С) ощущуние человека в помещении могут характеризоваться оценками ХОЛОДНО, НОРМАЛЬНО, ЖАРКО в зависимости от температуры поверхности ограждений.
На рис. 1 можно также отметить точки, лежащие на наклонной линии, проведённой в пределах зоны комфорта, определяющие наиболее благоприятные сочетания tв и τ п. К ним относятся, например, точка А (tв = 28º С и τ п = 10º С) в области конвективного отопления и точки В (tв = 15º С и
τ п = 25º С) в области лучистого отопления, в которых значительно отличаются температуры внутреннего воздуха и поверхности ограждений.
Для нормального самочувствия человека оказывается также полезным изменение температуры воздуха в течение дня в связи с изменением интенсивности обмена веществ и деятельности. В учреждениях
целесообразно поддерживать с утра температуру 19º С повышая её до 21º С перед обедом и понижая до 18º С после обеда. В жилых помещениях рекомендуется периодически изменять температуру в течение дня и понижать её на 2-3º ночью.
Организм человека не приспособлен к неравномерному охлаждению. При адаптации к тепловой обстановке помещения человек ощущает изменение температуры на 0, 5--1º. Неравномерное нагревание или охлаждение отдельных участков поверхности тела вызывают простудные заболевания. Эти факторы, связанные с физиологическим воздействием окружающей среды на человека, необходимо учитывать при расположении отопительных приборов в помещении и выбора режима действия отопления.
Следовательно, основная роль отопления заключается в обеспечении благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей путём создания тепловой комфортной обстановки в помещении в холодное время года, т. е. поддержанием достаточно равномерной температуры воздуха и определённой температуры внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов.
Распределение температуры воздуха по высоте помещения показано на рис. 1. 2. На всех графиках сплошной линией изображено идеальное распределение. Температура у ног человека равна примерно 26 °С, а у головы — примерно 20 °С.
Рис. 1. 2 Влияние способа отопления на распределение температуры воздуха по высоте помещения. 1 – идеальное распределение температуры воздуха.
|
|
|
При использовании радиаторов для отопления перегревается верхняя зона помещения, что увеличивает теплопотери через наружные ограждающие конструкции. Увеличиваются также теплопотери с вентиляционным воздухом, т. к. решетки для его удаления расположены в зоне перегрева. Еще больший перегрев верхней зоны происходит при использовании конвекторов. Примерно такое же распределение температур в помещении с системой отопления, выполненной в виде нагреваемого потолка, либо с воздушным отоплением, в том числе и фенкойлами.
Наиболее близкими к обеспечению идеального распределения температур являются системы с нагреваемым полом в холодный период года и с охлаждаемым потолком в теплый период года. В первых системах теплый поток воздуха поднимается от пола вверх и охлаждается за счет теплопотерь помещения. Во вторых системах прохладный поток воздуха опускается от потолка и нагревается за счет теплопоступлений помещения. В обоих случаях создаются комфортные условия для человека.
Тепловой комфорт в помещении достигается только при использовании автоматизированных систем микроклимата, основным элементом которых является терморегулятор. Автоматическое поддержание теплового комфорта в помещении должно обеспечиваться в пределах отклонения, нормируемого ISO 7730, либо другими аналогичными санитарно-гигиеническими нормами.
1. 3 Требования, предъявляемые к системам отопления.
К системе отопления, как одной из инженерных систем здания, предъявляются разнообразные требования. Все требования, наиболее полно выражаются применительно к помещениям постоянного или длительного
пребывания людей, можно разбить на 5 групп.
Санитарно-гигиенические
| Санитарно-гигиенические требования к системе отопления – поддержание определённой и равномерной температуры во времени, в плане и по высоте помещения без усиленной подвижности воздуха, а та ограниченной температуре поверхности отопительных приборов. |
Экономические
| Экономические требования к системе отопления-- ограничение первоначальной стоимости и стоимости эксплуатации, уменьшение расхода металла. | ||
| Архитектурно-строительные
| ||
| Архитектурно-строительные требования к системе отопления – соблюдение соответствия архитектурно-планировочному решению помещения, размещение отопительных элементов в увязке, а иногда совмещено со строительными конструкциями, ограничение срока монтажных работ, осуществление ремонта без повреждения основных конструкций здания. | ||
Производственно-монтажные
| Производственно-монтажные требования к системе отопления– изготовление минимального числа обезличенных (не типовых) элементов в заводских условиях, сокращение затрат ручного труда при сборке в целях повышения производительности труда. |
Эксплуатационные (
| Эксплуатационные требования к системе отопления – обеспечение долговечности, простоты. Удобства управления и ремонта, бесшумность и безопасность действия, тепловая надёжность и малая тепловая инерционность. |
Тепловая инерция системы отопления
| Тепловая инерция системы отопления—способность системы отопления во времени изменять температурную обстановку в помещении. |
зависит от количества воды в нагревательном приборе, от способа циркуляции и от материала, из которого изготовлен нагревательный прибор. Чем больше воды в нагревательном приборе, менее теплопроводен материал, из которого изготовлен нагревательный прибор и меньше скорость циркуляции теплоносителя, тем более инерционная система отопления.
Каждое требование по-своему важно и все их необходимо учитывать при составлении и выборе той или иной отопительной установки. Но всё же основным следует считать требование обеспечения надлежащих санитарно-гигиенических условий при тепловой надёжности действия в течение срока эксплуатации здания.
|
|
|
