Рекомендации по проектированию и расчету систем обогрева полов открытых площадок

Если теплоноситель - горячая вода и Dt = t_под - t_обр = 20 °С, для стальных змеевиков

(25)

для полиэтиленовых

G_пэ = 0,0525q_опF_п. (26)

б) При заданном располагаемом перепаде давлений в системе Dh - оптимальная скорость теплоносителя в змеевиках W_опт, м/с

(27)

Если Dh задано в м. вод. ст., то А = 0,09386, с²/кг², тогда

(28)

Рис. 14. Оптимальная скорость движения W_опт горячей воды в змеевиках при Dh = 100 кПа (10 м вод. ст.) в зависимости от удельной тепловой нагрузки на систему q_оп

При Dh = 100 кПа (10 м вод. ст.), d = 32 мм, W_опт, м/с, определяется по формуле

или по графику рис. 14;

в) Расход теплоносителя на систему обогрева при заданной скорости его в змеевике [или рассчитанной по формулам (27 ... 29 )]

(30)

Если теплоноситель - горячая вода, а диаметр стальных змеевиков d_ст = 32 мм

(31)

при диаметре полиэтиленовых труб d_пэ = 25 мм

(32)

г) Количество систем обогрева n, сист., при стальных змеевиках

(33)

Полиэтиленовые змеевики изготовляются из труб, поставляемых бухтами длиной по 100 м. Поэтому площадь пола, обогреваемого одной системой, ограничена. При l_пэ £ 98 м, S_пэ = 240 мм, F_упэ < 24 м² и

(34)

д) Площадь участка пола, обогреваемая одной системой, F_у, м² при стальных змеевиках

(35)

Рис. 15. Номограмма для определения площади пола, обслуживаемой одной системой обогрева F_уст, м², и требуемой длины стального змеевика l_ст, м, в зависимости от величины W_опт/q_оп

можно определить по графику рис. 15. Площадь одного участка при стальных змеевиках должна быть не менее 36 м²; при полиэтиленовых

(36)

l_пэ < 100 м,

S = 240 мм,

F_упэ < 24 м².

е) Длина змеевика l_ст, м, для одной системы при стальных змеевиках

l_ст = F_уст/S, (37)

при S = 280 мм l_ст можно определить по графику рис. 15. При полиэтиленовых змеевиках l_пэ £ 98 м (не более длины змеевика в бухте).

ж) Потери давления в системе Dh, кПа (м. вод. ст.), при стальных змеевиках

(38)

где А - удельное сопротивление труб, с²/кг², определяется по табл. 30.6 п. 30.4 [7] или

(39)

Для рассмотренных условий (горячая вода в стальных змеевиках d = 32 мм при S = 280 мм):

(40)

при полиэтиленовых змеевиках [7]

(41)

где G, кг/ч, d, мм,

(42)

з) Величина потерь давления в системе Dh, кПа, (м вод. ст.) должна удовлетворять условию:

(43)

где DН_расп - располагаемый напор, кПа (м вод. ст.).

В случае, если условие (43) не выполняется, следует уменьшить длину змеевиков, т.е. увеличить скорость теплоносителя или диаметр труб.

Располагаемый напор от ТЭЦ или промтеплофикационных контуров, как правило, DН_расп ³ 120 кПа (12 м вод. ст.)

Приложение 1 ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА Пример 1. Определить расчетные параметры климата для открытой площадки насосной г. Тобольска, размеры в плане 6´24 м, высота 6 м, с боковых сторон укрыта ветроотбойными щитами высотой 2,5 м с проемами для проветривания: нижний на отметке 0,3 м высотой 0,3 м, верхний на отметке 3,1 м высотой 3,3 м.

Исходные данные для расчета взяты из прил. 2 - 4 и представлены в табл. 5.

Порядок расчета:

Определяются следующие величины:

1. Слой снега, отложившийся на площадке при снегопадах, , м, по формуле (1)

К_с - определен по п. б табл. 1 прил. 3.

2. Слой снега, отложившийся на площадке при метели , м, по формуле (2)

К_от - в табл. 2 прил. 3 в графе «общие метели», К_от = 0,023.

3. Расчетный слой снега d_с, м, отложившийся на площадке за время снегопада, по формуле (3)

d_с = 0,049 + 0,017 = 0,066 м.

4. Выбор наиболее вероятных параметров климата для г. Тобольска осуществлен по максимальному значению К - коэффициента климата, полученного для каждого месяца с октября по апрель расчетом по формулам (5) и (6). Расчеты коэффициента К представлены в прил. 4. Для г. Тобольска - расчетный месяц года - ноябрь (XI). Температура наружного воздуха по наиболее вероятному значению при снегопадах t_н = -8 °С.

Пример 2. Для данных примера 1 определить: удельное количество теплоты, необходимой для обеспечения плавления снега, попадающего на открытую площадку насосной, и испарения оставшейся после слива через травы воды за время t_исп = 24 - t_сн.

Исходными данными для расчета являются: расчетный слой снега на площадке d_с = 0,066 м; время плавления снега t_пл = 12,25 ч; расчетная температура наружного воздуха t_н = -8 °С; время испарения воды t_исп = 24 - t_с = 11,75 ч.

Определяются следующие величины:

1. Слой воды, образовавшийся на площадке при плавлении снега, d_в, м, по формуле (4):

d_в = 0,066 × 170/1000 = 0,011 м < 0,015 м.

Расчет ведется на полное испарение воды.

2. Температура поверхности пола t_п, °С, необходимая для обеспечения плавления снега и полного испарения образовавшейся воды за t_исп = 11,75 ч по формуле (12):

3. Удельная тепловая нагрузка на обогреваемый пол по формуле (16) q_оп = 0,85 × 9,8/0,011 = 755 Вт/м² [650 ккал/(м² × ч)].

Пример 3. Для данных примера 2 вместо заданного времени испарения задана средняя температура поверхности пола. Определить достаточность заданной температуры по условию незамерзания воды в процессе испарения и время испарения.

Исходными данными для расчета являются: расчетный слой воды на площадке d_в = 0,01 м; расчетная температура наружного воздуха t_н = -8 °С; температура поверхности пола t_п = 5 °С; коэффициент теплообмена a_н = 23,9 Вт/м² × °С [21 ккал/(м² × ч × °С)].

Определяются следующие величины:

1. Проверяется условие незамерзания воды в процессе испарения по формуле (10)

t_min > 40,6 × 0,011 × 8 = 3,6 °С.

Таблица 5. Исходные гидрометеоданные для г. Тобольска

Параметр

Гидрометеоданные для г. Тобольска

Максимальная интенсивность снегопада j_c, м/ч

0,01

Продолжительность снегопада t_с, ч

12,25

ХII

III

общ.

Повторяемость снегопадов n, с/мес

Сопутствующая снегопаду температура наружного воздуха, °C

-8

-16

-20

-13

-11

и ее повторяемость n_t

Скорость ветра u, м/с

0 - 2

3 - 4

5 - 6

7 - 8

9 - 10

11 - 12

15 - 16

Средняя

и ее повторяемость n_u

5,5

Интенсивность метели j_м, м³/м × ч

0,36

Повторяемость метелей различных типов, n

общие

низовые

поземок

всего

м/зиму

100

Средняя ежемесячная температура наружного воздуха

XII

III

t_{ср
мес}, °С

0,8

-9,3

-16,4

-18,5

-16,1

-9,2

1,3

Заданная температура пола 5 °С, что > 3,6 °С, следовательно условие (10) выполняется.

2. Время, необходимое для процесса испарения, t_исп, ч, формуле (14).

t_исп = (297,5 × 10³ × 0,011²)/(0,51 × 5 - 21 × 0,011 × 8) = 51 ч.

Время испарения не превышает максимально допустимое, т.е. выполняется условие по п. 4.5.

3. Удельная тепловая нагрузка на обогреваемый пол по формуле (16):

q_оп = 0,85/0,011 = 385 Вт/м² [330 ккал/(м²/ч)].

Пример 4. Для условий примеров 2 и 3 определить требуемое термическое сопротивление, конструкцию пола, глубину заложения, диаметр и шаг раскладки труб, а также проверить достаточность температуры теплоносителя (t_тн = 65 °С) и допустимую неравномерность распределения температуры на поверхности пола.

Исходными данными для расчета являются: средняя температура теплоносителя t_тн, равная t_тн1 = 65 °С, t_тн2 = 80 °С; средняя и минимальная температура поверхности пола:

[расчет по формулам (10) и (12) или по номограммам рис. 6.7]

удельная тепловая нагрузка на обогреваемый пол q_оп, Вт/м² [ккал/(м² × ч)]; q_оп1 = 755 Вт/м² [650 ккал/(м² × ч)]; q_оп2 = 385 Вт/м² [330 ккал/(м² × ч)]; коэффициент теплообмена a_н = 23,5 Вт/м² × °С [21 ккал/(м² × ч × °С)].

Определяются следующие величины:

1. Требуемое термическое сопротивление пола R_тр, (м² × °С)/Вт [(м² × ч × °С)/ккал], по формуле (18):

пример 2: R_тр1 = (65 - 9,8)/(650 × 1,163) = 0,073 (м² × °С)/Вт [0,085 (м² × ч × °С)/ккал]; 0,085 < 0,1.

Для примера 2 температура теплоносителя t_тн1 = 65 °С недостаточна. Принимается теплоноситель с температурой t_тн1 = 80 °С.

С температурой t_тн1 = 80 °С:

R_тр1 = (80 - 9,8)/(650 × 1,163) = 0,093 (м² × °С)/вт [0,108 (м² × ч × °С)/ккал]

пример 3: R_тр2 = 65 - 5/330 × 1,163 = 0,152 (м² × °С)/Вт [0,18 (м² × ч × °С)/ккал].

2. Принимается конструкция пола согласно рис. 3. Толщина покрытия пола определяется из формулы (20):

(d₁)₁ = 0,8(0,108 - 1/21 - 0,075/1,6) = 0,0011 м;

(d₁)₂ = 0,08(0,18 - 1/21 - 0,075/1,6) = 0,096 м.

Глубина заложения труб (до оси трубопроводов) h, м, равна:

h₁ = (d₁)₁ + d₂/2 = 0,001 + 0,075 = 0,076 м = 76 мм;

h₂ = (d₁)₂ + d₂/2 = 0,096 + 0,075 = 0,171 м = 171 мм.

3. Принимаем к укладке трубы диаметром 32 мм.

4. Определяется теплоотдачу «эталонного» пола по графику рис. 9: q_эт1 = 880 Вт/м² [760 ккал/(м² × ч)]; q_эт2 = 580 Вт/м² [500 ккал/(м² × ч)].

5. Определяются поправочные коэффициенты К₁, К₂, К₄, К₅ на изменение теплоотдачи q_эт пола при отступлении от «эталонных» условий:

К₁ = 0,78 при t_н = -8 °С; (К₂)₁ = 1 при t_тн = 65 °С; (К₂)₂ = 1,15 при t_тн = 80 °С; К₄ = 1,05 при d = 32 мм; (К₅)₁ = 1,26 при d = 32 мм, h₁ = 76 мм; (К₅)₂ = 1,1 при d = 32 мм, h₂ = 171 мм.

6. Определяются значение К₃ и шаг раскладки труб по графику рис. 10 и формуле (21) для данных примера 2 (t_тн2 = 80 °С, h₁ = 81 мм):

(К₃)₁ = 650/(760 × 0,78 × 1,15 × 1,05 × 1,26) = 0,89; S = 250 мм.

Для данных примера 3 (t_тн1 = 65 °С, h₂ = 171 мм):

(К₃)₂ = 330/(500 × 0,78 × 1 × 1,05 × 1,1) = 0,735; S = 340 мм.

7. Определяется неравномерность распределения температуры на поверхности пола по графикам рис. 12, 13 и формуле (22): А₁ = 0,75 при t_н = -8 °С; (А₂)₁ = 1,29 при t_н = 80 °С и (А₂)₂ = 1,2 при t_н = 65 °С; (А₃)₁ = 1,82 при R_тр1 = 0,093 (м² × °С)/Вт [0,108 (м² × ч × °С)/ккал]; (А₃)₂ = 1,45 при R_тр2 = 0,155 (м² × °С)/Вт [0,18 (м² × ч × °С)/ккал]; (А₄)₁ = 1,5 при S = 250 мм; (А₄)₂ = 3 при S = 340 мм; А₅ = 0,95 при d = 32 мм; (А₆)₁ = 0,81 при h₁ = 76 мм; (А₆)₂ = 0,93 при h = 171 мм.

Для примера 2: (А)₁ = 0,75 × 1,29 × 1,82 × 1,5 × 0,95 × 0,81 = 2,03;

для примера 3: (А)₂ = 0,75 × 1,2 × 1,45 × 3 × 0,95 × 0,93 = 3,45

8. Проверяется условие (23) (А < А_тр):

для примера 2: (А_тр)₁ = 9,8/3,6 = 2,7; 2,03 < 2,7.

Условие (23) выполнено, расчет окончен. Для примера 3: (А_тр)₂ = 5/3,6 = 1,38; 3,45 < 1,38.

Условие (23) не выполнено. Температура на поверхности пола недостаточна, требуется уменьшить шаг раскладки труб.

9. Для примера 3 максимально изменяется шаг раскладки труб. Минимальный шаг раскладки труб диаметром d = 32 мм стальных змеевиков равен S = 250 мм. При (S)₂ = 250 мм (А₄)₂ = 1,5. Тогда (А)₂ = 3,45/3 × 1,5 = 1,73.

10. По формуле (21) определяется удельная тепловая нагрузка на систему при (К₃)₂ = 0,90 (S = 250 мм)

q_оп2 = кq_эт = 1,163 × 0,78 × 1,0 × 0,90 × 1,05 × 1,1 × 500 = 525 Вт/м² [450 ккал/(м² × ч)].

11. Из формулы (16) определяется необходимая температура поверхности пола t_п, °С:

t_п = 525 × 0,011/1,163 × 0,73 = 6,75 °С

12. Определяется коэффициент (А_тр)₂ по формуле (23):

(А_тр)₂ = 6,75/3,6 = 1,87.

13. Проверяется условие (23): 1,73 < 1,87

Условие (23) выполнено, расчет закончен.

Пример 5. Для условий примера 4 задан шаг раскладки труб S = 280 мм вместо температуры поверхности пола. Необходимо определить требуемое термическое сопротивление пола R_тр1 (м² × °С)/Вт [(м² × ч × °С)/ккал], а также среднюю и минимальную температуру поверхности пола t_п и t_min.

Исходные данные: удельная тепловая нагрузка на обогреваемый пол q_оп = 755 Вт/м² [(650 ккал/(м² × ч)]; коэффициенты К₁ = 0,78 (при t_н = -8 °С); К₂ = 1,15 (при t_тн = 80 °С); К₄ = 1,04 (при d = 32 мм); К₅ = 1,1 (при d = 32 мм, h = 171 мм).

Определяются следующие величины:

1. Коэффициент К₃ по графику на рис. 10