Рекомендации по проектированию и расчету систем обогрева полов открытых площадок

Обновлено: 14.05.2024

Одна из актуальных тем обеспечения современной инженерной инфраструктуры объектов в странах умеренного климата, к которым относится, в том числе, и Россия, — подогрев открытых площадок, контактирующих с атмосферной средой. Цель такой системы обогрева состоит в обеспечении соответствующего комфорта при использовании этих площадок, предупреждении обледенения в зимних условиях, поддержания определенной температуры на их поверхности и быстрого ее осушения. Чаще всего нуждаются в подогреве поверхностей открытые общественные объекты: спортивные площадки и поля стадионов, дороги и коммуникационные трассы, ступеньки в переходах и подъездных путях, взлетные площадки для вертолетов на крышах зданий и т.п. Такая технология для России относительно новая, поэтому вызывает ряд технических вопросов у специалистов. Цель данной статьи — ознакомление со спецификой решения по обогреву наружных площадок при помощи систем на водно-гликолевой основе. Один из «готовых продуктов» для реализации этого способа отопления — система KAN-therm польской фирмы KAN, специалистами которой по просьбе журнала «С.О.К.» подготовлена эта публикация.

Табл. 1. Поток тепла Q1, передаваемый вверх, в фазе стабилизации параметров

Табл. 2. Максимальный поток тепла Q2, передаваемый вверх, с учетом таяния тонкого слоя льда на поверхности в течение двух часов

Табл. 3. Значения минимальной температуры воды в греющем контуре

Табл. 4. Значения термического сопротивления R в зависимости от приведенной толщины слоя и Примерная схема подводки теплоносителя

Особенности и конструктивное исполнение

Так как отопление открытых площадок напрямую связано с постоянно меняющимися погодными условиями, от точного расчета при проектировании такой системы зависит выполнение поставленных перед ней задач.

Поэтому фирмой KAN разработана методика проектирования систем, где учтены необходимые технические и погодные факторы. В этой статье приведены общие положения, на которые следует опираться при разработке технических решений для отопления открытых площадок. Инсталляционная система KAN-therm, предназначенная для реализации отопления открытых площадок, состоит из соединителей и полимерных труб PE-RT или PE-Xc, которые прокладываются непосредственно в толще подогреваемой поверхности (аналогично подпольному отоплению).

В качестве теплоносителя используется водный раствор гликоля с целью предупреждения замерзания системы. Существует два варианта укладки труб: 1. Когда они прокладываются в сыпучих слоях (песке, смешанном с бетоном, утрамбованном грунте), покрытых сверху травой (например, спортивные площадки), брусчаткой или асфальтом. Толщина всех слоев над трубой не должна превышать 25 см, если труба прикрывается грунтом, а если засыпается слоем песка — мы рекомендуем толщину не более 10 см. 2.

Трубы замоноличиваются в бетоне, сверху укладываются каменные плитки (яркий пример этого варианта — ступеньки переходов, подъездные пути). Слой раствора бетона над трубами должен быть минимум 6 см. Глубина укладки труб под травяным покрытием зависит к тому же от способа ухода за этой поверхностью: они должны быть заглублены настолько, чтобы при обработке газона невозможно было их повредить. Если говорить о прокладке коммуникационных трасс, то глубина залегания труб может быть обусловлена архитектурно-конструктивными требованиями.

Трубы укладываются либо непосредственно на природный грунт, либо на дополнительные подсыпки. В случае подогрева больших открытых поверхностей (например, спортивных площадок) подводка теплоносителя к греющим трубопроводам должна осуществляться непосредственно от коллекторов, выполненных из труб больших диаметров. Ввиду неуместности применения регулирующих элементов типа вентилей для обеспечения равномерного потока теплоносителя по греющим трубам рекомендуется использовать схему Тичельмана (Tichelman) для разводки греющих трубопроводов (равные сопротивления потоку для каждого циркуляционного кольца).

Проектирование

Как правило, открытые площадки эксплуатируются не постоянно и пуск теплоносителя осуществляется непосредственно перед их использованием. Ввиду резкого изменения внешних условий система обогрева должна быть оснащена автоматикой, регулирующей работу источника тепла. Существенное значение при проектировании системы отводится подбору мощности источника тепла, при этом следует учесть такой фактор, как режим работы. Если предполагается эксплуатация системы в режиме быстрого нагрева, необходимость удаления льда или осушения поверхности за определенное время, следует предусмотреть избыток мощности;

минимальную наружную температуру и максимальную скорость ветра, при которых система подогрева в состоянии исполнять заложенную функцию;
желаемую температуру поверхности.

Рекомендуется выбирать положительную температуру на поверхности на уровне +1°C, но не больше +5°C. Требуемый ориентировочный поток тепла с 1 м2 поверхности в зависимости от наружной температуры tн, заложенной температуры поверхности tF и скорости ветра W представлен в табл.1. За характерные скорости ветра, имеющие технико-экономическое обоснование в типичных ситуациях, необходимо принимать:

1 м/с для защищенных поверхностей (стена леса и т.п.);
3 м/с для незащищенных поверхностей;
0,5 м/с для стадионов и поверхностей с травяным покровом.

Максимальная температура подачи теплоносителя в греющий контур принимается равной:

+45°C — для поверхности с растительным покровом (стадионы);
+60°C — для остальных случаев.

Во время проектирования, прежде всего, необходимо определить минимальную наружную температуру и скорость ветра, затем наружные параметры, не превышающие норму, при которых система обогрева будет правильно функционировать. Такой подход особенно существенен для систем с кратковременным режимом эксплуатации. В табл.2 представлен требуемый ориентировочный поток тепла с 1 м2 поверхности в зависимости от наружной температуры tн, заложенной температуры поверхности tF, скорости ветра W с учетом, что система работает кратковременно и необходимо растопить тонкий слой льда в течение двух часов.

Для фиксированной температуры поверхности tн, а также выбранного потока тепла Q можно определить значение температуры воды в зависимости от термического сопротивления R конструкции нагревателя. Описанная зависимость представлена в табл.3. Для найденной теплоотдачи Q и заложенной наиболее низкой температуры воды tpw можно определить требуемое термическое сопротивление конструкции нагревателя R и таким способом подобрать шаг между трубами b. __ Термическое сопротивление конструкции нагревателя R зависит от его геометрии (диаметра труб и их шага), а также от слоев над трубами, через которые передается тепло.

Оно характеризуется приведенной толщиной бетона h0 (эквивалентная толщина бетона, для которой сопротивление теплопроводности равно сумме термических сопротивлений всех реальных слоев над трубами). В качестве примера в табл.4 приведены значения сопротивления конструкции нагревателя R в зависимости от h0 и шага между трубами b для диаметра труб 25 мм. Зная требуемое сопротивление R, а также конкретное значение h0, можно по таблице определить требуемый шаг укладки труб b для конкретного диаметра трубы. Гидравлический расчет проводится на основании:

площади поверхности, на которой уложены трубы;
длины труб, определяемой принятым способом их укладки;
удельных потерь давления, которые можно определить, зная мощность нагревателя (площадь, умноженная на теплоотдачу Q с 1/м2) и заложенный перепад температуры воды в трубах (от 5 до 15 K).

Температура подачи теплоносителя в систему определяется как сумма минимальной температуры воды tpw и заложенного перепада температуры воды в трубах. Для выбора диаметра трубы, шага укладки труб, температуры воды tpw и перепада температуры воды в трубах, как правило, требуется разработать несколько вариантов расчетов, по результатам которых определяется оптимальное решение, как с технической точки зрения, так и экономической.

CHASE

Просмотр профиля

Валерий НД

Просмотр профиля

Сейчас проекты выполняют в соответствии с У-СТ-1-2004 "Указания по проектированию открытых насосных для перекачки сжиженных газов, легковоспляменяющихся и горючих жидкостей на н/перерабытывающих и нефтехимических производствах"

CHASE

Просмотр профиля

Nemesis

Просмотр профиля

В природе есть Т-ОВ-01-86 Альбом чертежей внутреннего типажа. Технические решения и узлы по обогреву полов открытых насосных и специальных технологических площадок, новая версия откорректирована ВНИПИНЕФТь для внутреннего использования.

Kult_Ra

Просмотр профиля

найти какой либо свежей документации по обогреву полов открытых насосных (теплоноситель вода или антифриз).

Касательно только защиты от обледенения огороженных открытых площадок? Или плюс снеготаяние?
С защитой от обледенения неясности с коэф. теплоотдачи от поверхности в "открытое пространство". Старые методики его предлагают брать alfaN=23.
Мое мнение - это очень уж упрощённо при расчёте потребности в тепле. Желательно бы учитывать скорость ветра, хоть площадки обычно и огорожены "стенкой" до 1 м. высотой.
Вместо alfaN=23; // восприятие тепла внешней поверхностью, коэффициент теплоотдачи (наружной - улица)
учитывать alfaN= 5.7 + 4.5 * .Veter
или alfaN= 10*Sqrt(Veter)

syzranskiy man

Просмотр профиля

Доброго времени суток! Вопрос на засыпку: при определении расчётной площади открытой насосной из общей площади открытой насосной по плану нужно вычитать площади фундаментов насосов и другого оборудования (лотки для сбора конденсата, приямки). или не нужно.

S_Irina

Просмотр профиля

Предлагаемый алгоритм расчета обогрева открытых площадок реализован в расчетной программе VALTEC.PRG, начиная с версии 3.1.0.

1. Исходные данные для расчетов

Обогрев открытых горизонтальных площадок, как правило, решает две основные задачи:

– о беспечение таяния выпавшего снега (без образования наледи) во время снегопада.

– о беспечение таяния наносного снега (без образования наледи) при расчетной зимней температуре наружного воздуха.

В качестве исходных расчетных параметров для первого из этих случаев принимаются следующие величины:

– температура во время снегопада t_с, °С;

– интенсивность снегопада, δ_сн, м/ч;

– интенсивность метели, δ_м, м 3 /м · ч;

– скорость ветра во время снегопада v_сн, м/с;

– относительная влажность во время снегопада φ_с, %.

Для второго случая:

– расчетная температура наружного воздуха для отопительного периода t_рз, °С;

– слой наносного снега, перенесенного ветром за 1 ч δ_н, м/ч;

– расчетная скорость ветра для зимнего периода v_зп, м/с;

– относительная влажность при расчетной температуре наружного воздуха φ_зп, %.

Для обоих случаев в качестве исходных данных задаются размеры площадки (длина L, ширина B, высота до перекрытия или навеса h, м), а также высота H и схема расположения ограждений, определяющая поправочные коэффициенты К_м и К_огр для расчета количества попадающего на площадку снега. Коэффициент влияния метели К_м может изменяться от 0,12 (для открытых площадок без ограждений и навесов) до 0,019 (для площадок с 4-сторонним экраном и навесом). Коэффициент ограждения К_огр учитывает форму площадки, наличие ограждений, экранов и навесов (изменяется от 1 до 0).

Исходные данные о конструкции обогреваемой площадки должны включать в себя:

– данные о конструктивных слоях «пирога» площадки над трубами и под ними (толщины слоев δ_i, м, и коэффициенты теплопроводности слоев λ_i, Вт/м · К);

– наружный (D_н, мм) и внутренний (D_вн) диаметры греющих труб, а также коэффициент теплопроводности материала стенки трубы (λ_ст, Вт/м · К);

– первоначально заданный шаг труб (b, м);

– тип принятого теплоносителя (плотность ρ_тн, кг/м 3 ; удельная теплоемкость с_тн, Дж/кг · К; кинематическая вязкость ν_тн, м 2 /с);

– расчетная схема конструкции (табл.).

Таблица. Расчетная схема обогреваемой конструкции

Площадки, пандусы, дороги, поверхности подпочвенного подогрева, спортивные площадки

По перекрытию или покрытию

Эстакады, крыльца, лестницы, ступени, кровли, балконы, лоджии, террасы, козырьки

Расчетный слой снега для первого случая (снегопад) определяется по формуле:

где К_разм – коэффициент ширины площадки. Для площадок шириной менее 6,0 м он равен 1, для более широких площадок К_разм = 6/В, но не менее 0,20.

Расчетный слой снега для второго случая (снегоперенос) считается по формуле:

2. Теплотехнический расчет

2.1.Расчет требуемого удельного теплового потока с поверхности площадки

Суммарный удельный тепловой поток, проходящий через поверхность обогреваемой площадки должен обеспечить:

– нагрев расчетного количества снега от температуры воздуха до температуры плавления (q_нс, Вт/м 2 );

– плавление расчетного количества снега (q_пл, Вт/м 2 );

– нагрев образовавшейся воды до температуры, обусловленной проходящим через нее тепловым потоком (q_нв, Вт/м 2 );

– компенсацию неизбежных теплопотерь на испарение воды с поверхности площадки (q_исп, Вт/м 2 );

– компенсацию конвективных теплопотерь с поверхности площадки (q_конв, Вт/м 2 );

– компенсацию невосполнимых теплопотерь на излучение с поверхности площадки (q_рад, Вт/м 2 ).

Отметим, что часть отданной тепловой энергии (излучение) тратится на нагрев падающего на площадку снега, т.е. является «возвращаемой». Доля невосполнимых теплопотерь может быть определена с помощью коэффициента m, определяемого по формуле:

m = 0,7 – v_верт/2(v_гор + v_верт),

где v_верт – вертикальная составляющая векторной скорости снега (можно принимать 0,25 м/с), v_гор – горизонтальная составляющая векторной скорости снега, которую можно принимать равной расчетной скорости ветра: v_гор = v_р.

Таким образом удельный тепловой поток определяем таким образом:

Примечание: для второго расчетного случая вместо δ_с в формулах используется δ_н.

Удельный тепловой поток, требующийся для нагрева выпавшего за один час снега от расчетной температуры наружного воздуха до температуры таяния льда:

где δ_с – расчетная толщина снега, попавшего на площадку, м/ч, ρ_с – плотность свежевыпавшего снега, 50 кг/м 3 , с_с р – удельная теплоемкость снега при расчетной температуре. Этот показатель вычисляется по формуле В.П. Вейнберга:

где с₀ – удельная теплоемкость снега при 0 С (2120 Дж/кг · К), t_р – расчетная температура воздуха, С.

Удельный тепловой поток, требуемый для плавления (таяния) снега:

q_пл = δ_с · ρ_с · r_с плав. / 3600, Вт/м 2 ,

где: r_с плав. – удельная теплота плавления льда, 330 000 Дж/кг.

Температура поверхности площадки, обеспечивающая нагрев и плавление снега определяется из выражения:

где δ_в – толщина слоя воды.

λ_в = 0,6 Вт/м · С – коэффициент теплопроводности воды (справочно: коэффициент теплопроводности свежевыпавшего снега λ_с= 0,0293 Вт/м · С).

Удельный тепловой поток, требуемый для нагрева талой воды:

q_нв = δ_с · ρ_с · c_в · t_п.пл. / 3600 · 2, Вт/м 2 ,

где с_в – удельная теплоемкость воды, 4187 Дж/кг · С.

Удельный тепловой поток, компенсирующий испарение с поверхности площадки:

q_исп = i · ρ_с · r_в исп / 3600, Вт/м 2 ,

где i – интенсивность испарения с поверхности площадки. Значение этой величины вычисляемая по формуле:

i = D · (E₀ – e_р) (1 + 0,4v_р), м/м 2 ·ч,

где D – удельная всасывающая сила атмосферы (коэффициент атмосферной диффузии), равная 5,8·10 -5 м/кПа · ч;

E₀ – упругость насыщенного водяного пара при температуре 0 С (E₀ = 0,61 кПа); е_р –упругость водяного пара при расчетной температуре и влажности воздуха.

где φ_р – расчетная относительная влажность воздуха (%);

Е_р – упругость насыщенного водяного пара при расчетной температуре воздуха. Может определяться по формуле:

где r_в исп – удельная теплота испарения воды (2 500 000 Дж/кг).

В случае, когда интенсивность испарения превышает расчетный слой воды на площадке, в формуле q_исп вместо i подставляется δ_в.

Из условий незамерзания талой воды и предотвращения образования наледи должно выполняться условие:

где _в = 24,5 (Вт/м 2 ·С) – коэффициент теплопередачи на границе поверхности площадки и водяного слоя.

Расчетная температура площадки t_п.р. принимается большей из температур, рассчитанных из условия плавления снега (t_п.пл.) и незамерзания воды (t_п.нз.).

Удельный тепловой поток, компенсирующий затраты тепла на конвективный теплообмен:

q_конв = [2,26 · (0 – t_р) 1/3 + 2,6 · v_р ] · (0 – t_р), Вт/м 2 .

Удельный тепловой поток, компенсирующий затраты тепла на лучистый теплообмен:

где – степень черноты излучающей поверхности (для снега 0,92); С₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела 5,77 Вт/(м 2 · С 4 ).

2.2.Расчет требуемой температуры теплоносителя

Термическое сопротивление слоев площадки над трубами, м 2 · К/Вт, определяется по формуле:

Приведенное условное сопротивление теплопередаче слоев площадки над трубами:

где _в.у. – условный коэффициент теплоотдачи поверхности площадки.

Приведенное термическое сопротивление слоев пола под трубами, R_н, м 2 · К/Вт:

где R_iz – усредненное термическое сопротивление для каждой из зон при площадке по грунту, равное 2,1 для I зоны, 4,3 для II зоны, 8,6 для III зоны, 14,2 для IV зоны.

При площадках по грунту в расчет принимаются только слои, имеющие коэффициент теплопроводности λ_i менее 1,2 Вт/м · К.

Для площадок по перекрытиям, покрытиям и ступеням в расчете учитываются все имеющиеся слои конструкции, а R_iz принимается равным 1/23 – в случае, когда низ площадки находится на улице и может обдуваться ветром; 1/16 – когда низ площадки находится на улице и не может обдуваться ветром; 1/8,7 – когда низ площадки находится в помещении.

Приведенное термическое сопротивление стенок трубы R_тр, м 2 · К/Вт, рассчитывается по формуле:

где α_вн – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубы (можно принять 400 Вт/м 2 ·К).

Из двух уравнений температуры поверхности трубы:

где t_р.н. – расчетная температура под площадкой (при полах по грунту t_р.н.= t_р), можно получить выражение для теплового потока, направленного вниз.

Коэффициент полезного действия системы, учитывающий потери тепла по направлению «вниз»:

Требуемая температура теплоносителя:

Примечание: в знаменателе третьего слагаемого фактически присутствует безразмерная величина:

η = 1/b – количество труб на погонный метр поперечного сечения площадки.

Округлив среднюю температуру теплоносителя до приемлемой (округленной) величины, уточняется тепловой поток по направлению «вверх», Вт/м 2 :

Полный погонный тепловой поток определяем по формуле:

Рекомендованы к изданию Главстройпроектом Госстроя СССР.

Предназначены для проектирования и расчета систем обогрева полов открытых площадок нефтехимических (НХЗ) и нефтеперерабатывающих (НПЗ) заводов и содержат конструктивные решения обогреваемых полов, требования к их устройству, к размещению и прокладке нагревательных трубопроводов, а также зависимости для определения тепловых нагрузок на системы обогрева, их теплотехнического и гидравлического расчета.

Для инженерно-технических работников и проектировщиков.

Рекомендации составлены ЦНИИпромзданий (кандидаты техн. наук Л.П. Ананикян, В.В. Пономарева, Г.К. Саранчина, Е.О. Шилькрот) совместно с Ростовским Промстройниипроектом.

Замечания и предложения, а также сведения об использовании Рекомендаций просим направлять по адресу: 127238, Москва, Дмитровское ш., 46, ЦНИИпромзданий, лаборатория отопления и вентиляции.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

b - ширина площадки, м;

d - толщина слоя, м;

S - шаг между трубами, м;

l - длина прямого участка змеевика, м;

h - глубина заложения труб, м;

j- интенсивность процесса, м/ч (м 3 /м × ч)

f - площадь живого сечения, м 2 ;

u - скорость ветра, м/с;

w - скорость жидкости, м/с;

Dh - потери давления в сети, кПа (м вод. ст.);

H - располагаемое давление, кПа (м вод. ст.);

t- температура, °С;

t - время процесса, ч;

q - удельный тепловой поток (удельная тепловая нагрузка), Вт/м 2 [ккал/(м 2 × ч)];

Q - общая тепловая нагрузка, Вт (ккал/ч);

r - плотность, кг/м 3 ;

l - коэффициент теплопроводности, Вт/м ×°С [ккал/(м × ч ×°С)];

a- коэффициент температуропроводности, м 2 /ч;

c - удельная теплоемкость, кДж/(кг ×°С) [ккал/(кг ×°С)];

r - удельная теплота, Вт × ч/кг [ккал/кг];

R - термическое сопротивление м 2 ×°С/Вт [м 2 × ч ×°С/ккал];

n - количество, шт.;

A- коэффициент неравномерности распределения.

к - конвективная составляющая

л - лучистая составляющая

о.п. - обогреваемый пол

min - минимальное значение

1.1. Настоящие рекомендации предназначены для проектирования обогреваемых полов открытых промышленных площадок. Рекомендации не распространяются на проектирование обогреваемых полов, устраиваемых на вечномерзлых грунтах.

1.2. Обогреваемые полы должны устраиваться в тех районах, где продолжительность периода с отрицательной среднесуточной температурой наружного воздуха больше 0 [1].

1.3. Обогреваемые полы открытых промышленных площадок должны обеспечивать: плавление снега, попадающего на площадку при снегопадах и метелях, за продолжительность снегопада (t_c); предотвращать обледенение площадок и высушивать площадки за заданное время (24 - t_c£t_исп£ 120 ч.).

1.4. Обогреваемые открытые (с боковых сторон) площадки должны иметь, как правило, вертикальные ограждения (с необходимыми проемами для проветривания).

1.5. Обогрев пола осуществляется системой стальных или полиэтиленовых трубопроводов, замоноличенных в бетонном слое с определенным шагом. Рекомендуемые трубы - стальные - ГОСТ 3262-75, полиэтиленовые - ПВП (высокой прочности) - ГОСТ 18599-83.

В системах обогрева не допускается применение электросварных труб со спиральным швом.

1.6. Теплоносителем в системах обогрева является нагретая вода или антифриз. Целесообразно использовать вторичные тепловые ресурсы: горячую воду промтеплофикационных контуров, работающих на паре пароспутников технологических трубопроводов, мятом паре от насосов, технологическом конденсате и т.д. В случае их отсутствия используется горячая вода тепловой сети ТЭЦ.

1.7. При применении стальных труб начальная температура теплоносителя может соответствовать параметрам сети промтеплофикационных контуров. Требуемая минимальная температура теплоносителя определяется расчетом (см. разд. 4).

В случае применения полиэтиленовых труб начальная температура теплоносителя не должна превышать 70 °С.

1.8. Системы обогрева полов должны быть круглогодично заполнены теплоносителем и работать постоянно в период отрицательных температур наружного воздуха.

1.9. Для предупреждения замораживания системы обогрева возможно применение антифриза (например, препарат НОЖ-2: смесь хлористого кальция - 27 %, ингибитор коррозии - натриевая соль сульфанилформальдегидного полиэлектрика - 3 % и химически очищенная вода - 70 %). Температура замерзания антифриза минус 47 °С, кипения 100 °С. Удельная теплоемкость 3,6 Кдж/кг ×°С [0,865 ккал/(кг ×°С)]. Он пожаро- и взрывобезопасен и нетоксичен, коррозионным действием на металлы не обладает.

Предельно допустимая концентрация НОЖ-2 для слива в канализацию не выше 30 %. Препарат разработан Ташкентским автомобильно-дорожным институтом Минвуза УзССР (700047, г. Ташкент, ул. К. Маркса, 32). Выпуск препарата намечен в Производственном объединении «Пигмент» (г. Тамбов). На использование препарата имеется предварительное разрешение НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР.

Применение в качестве антифриза раствора воды с этиленгликолем или нитритом натрия следует согласовывать с органами Минздрава СССР для конкретных условий в связи с вредным воздействием их на организм человека.

2.1. Полы открытых площадок следует устраивать на утрамбованных непромерзающих грунтах, исключающих возможность деформации пола.

2.2. Выбор конструктивного решения пола, а также системы обогрева должен проводиться с учетом конкретных условий строительства, механических и химических воздействий на полы, температуры теплоносителя и технико-экономической целесообразности.

2.3. Рекомендуются конструктивные решения обогреваемых полов, разработанные Гипрокаучуком, Госниихлорпроектом, ЦНИИпромзданий и Ростовским Промстройниипроектом (рис. 1 - 3).

2.4. Конструкции полов, представленные на рис. 1, рекомендуется применять при отсутствии попадания на полы кислот и их растворов. При температуре теплоносителя не выше 70 °С основной слой, в который замоноличены нагревательные трубопроводы, выполняется из обычного бетона марки М 300. При температуре теплоносителя выше 70 °С рекомендуется жаростойкий бетон прочностью не менее 2 кПа (200 кгс/м 2 ). При применении стальных труб бетон не должен содержать хлоридов.

2.5. Конструкции полов, представленные на рис. 2, рекомендуются при воздействии кислотных и кислотощелочных сред. Трубы размещаются в термостойком бетоне, связующим которого является жидкое стекло с уплотняющей добавкой. Такой бетон устойчив к трещинообразованию во всем диапазоне рабочих температур теплоносителя, а также не проницаем для кислот, малопроницаем для воды, морозостоек. Непроницаемость и сохранение высокой щелочности в бетоне исключает химическую коррозию металлических труб отопления.

Рис. 1. Конструкции обогреваемых полов при отсутствии кислотных воздействий

а - покрытие пола монолитное; б - из плит; 1 - покрытие пола из бетона на портландцементе; 2 - прослойка из цементно-песчаного раствора; 3 - гидроизоляция; 4 - бетон в два слоя при 70 °С (рекомендуется жаростойкий); 5 - трубы отопления; 6 - теплоизоляция; 7 - гидроизоляция от грунтовых вод; 8 - подстилающий слой (по расчету); 9 - щебень, втрамбованный в грунт; 10 - грунт основания

Для конструкции на рис. 2б, не проницаемой для жидкостей, специальный гидроизоляционный слой от сточных и атмосферных вод, проникающих сверху, отсутствует.

2.6. Конструкция полов, представленная на рис. 3, рекомендуется при жидкостных воздействиях слабой агрессивности и температуре теплоносителя не выше 70 °С. Конструкция состоит из покрытия, слоя с замоноличенными нагревательными элементами и подстилающего слоя. Основной слой с замоноличенными нагревательными элементами выполняется из бетона марки по водонепроницаемости В-6, плотностью 2400 кг/м 3 . Для защиты от коррозии рекомендуемая толщина слоя под трубами не менее 40 мм. Подстилающий слой выполняется из конструктивного керамзитобетона марки М 200. Гидроизоляция от капиллярного поднятия грунтовых, а также промышленных сточных вод представляет собой слой щебня с пропиткой битумом до насыщения.

Рис. 2. Конструкции обогреваемых химически стойких полов

а - при переменных кислотно-щелочных воздействиях; б - кислотных воздействиях и отсутствии щелочей; 1 - покрытие пола из кислотоупорных плит; 2 - заполнение швов эпоксидным компаундом; 3 - прослойка из кислотоупорного раствора с уплотняющей добавкой; 4 - бетон на жидком стекле с уплотняющей добавкой; 5 - стяжка цементно-песчаная; 6 - гидроизоляция; 7 - трубы отопления; 8 - теплоизоляция; 9 - гидроизоляция от грунтовых вод; 10 - подстилающий слой (по расчету); 11 - щебень, втрамбованный в грунт; 12 - грунт основания

2.7. Толщину покрытий и подстилающего слоя полов вышеперечисленных конструкций следует назначать в зависимости от действующих на пол механических нагрузок согласно прил. 1 [2]. Размеры слоев проверяются и уточняются теплотехническим расчетом системы в зависимости от требуемой тепловой нагрузки (см. разд. 4).

2.8. При расположении подстилающего слоя в зоне опасного капиллярного поднятия грунтовых вод и для любой из вышеперечисленных конструкций следует применять гидроизоляцию от грунтовых вод из рулонных гидроизоляционных материалов на соответствующих мастиках.

Высоту опасного капиллярного поднятия грунтовых вод следует принимать от горизонта грунтовых вод: 0,3 м - от крупного песка; 0,5 м - для песка средней крупности и мелкого; 1,5 м - для песка пылеватого; 2 м - для суглинка, пылеватых суглинка и супеси и глины.

2.9. Проектирование деталей полов следует проводить в соответствии с [2].

Рис. 3. Конструкция обогреваемого пола при умеренных механических нагрузках и жидкостных воздействиях слабой агрессивности

1а - мозаичное или цементно-песчаное покрытие пола; 1б - керамическая плитка; 2 - слой бетона повышенной плотности В-6; 3 - нагревательные элементы (змеевики); 4 - подстилающий слой из конструктивного керамзитобетона; 5 - гидроизоляция; 6 - уплотненный грунт

2.10. Продукты гидросмыва полов и конденсат, подтекающий из спусков от технологических паропроводов, устраиваемых в противопожарных целях, так же, как и вода, образовавшаяся от плавления снега, должны максимально удаляться через трапы по уклону пола, составляющему не менее 0,005.

Предлагаемый алгоритм расчета обогрева открытых площадок реализован в расчетной программе Valtec.PRG, начиная с версии 3.1.0.

1. Исходные данные для расчетов

Обогрев открытых горизонтальных площадок, как правило, решает две основные задачи: обеспечение таяния выпавшего снега (без образования наледи) во время снегопада; обеспечение таяния наносного снега (без образования наледи) при расчетной зимней температуре наружного воздуха.

В качестве исходных расчетных параметров для каждого из этих случаев принимаются следующие величины:

для первого случая [температура во время снегопада t_с, °C; интенсивность снегопада d_сн, м/ч; интенсивность метели d_м, м 3 /(м⋅ч); скорость ветра во время снегопада v_сн, м/с; относительная влажность во время снегопада ?_с, %];
для второго случая (расчетная температура наружного воздуха для отопительного периода t_рз, °C; слой наносного снега δ_н, перенесенного ветром за один час, м/ч; расчетная скорость ветра для зимнего периода v_зп, м/с; относительная влажность при расчетной температуре наружного воздуха ?_зп, %).

Для обоих случаев в качестве исходных данных задаются размеры площадки (длина L и ширина B, м; высота до перекрытия или навеса h, м; высота H [м] и схема расположения ограждений), определяющая поправочные коэффициенты Км и Когр для расчета количества попадающего на площадку снега. Коэффициент влияния метели Км может изменяться от 0,12 (для открытых площадок без ограждений и навесов) до 0,019 (для площадок с четырехсторонним экраном и навесом). Коэффициент ограждения Когр учитывает форму площадки, наличие ограждений, экранов и навесов (изменяется от 1 до 0).

Исходные данные о конструкции обогреваемой площадки должны включать в себя: данные о конструктивных слоях «пирога» площадки над трубами и под ними (толщины слоев δi, м; коэффициенты теплопроводности слоев λi, Вт/ (м⋅°C); наружный Dн [мм] и внутренний Dвн [мм] диаметры греющих труб, а также коэффициент теплопроводности материала стенки трубы λст, Вт/(м⋅°C); первоначально заданный шаг труб b, м; тип принятого теплоносителя (плотность ρтн, кг/м3; удельная теплоемкость стн, Дж/(кг⋅°C); кинематическая вязкость νтн, м2/с); расчетная схема конструкции (представлена в табл. 1 и на рис. 1 и 2).

Расчетный слой снега для первого случая (снегопад) определяется по следующей формуле

где Кразм — коэффициент ширины площадки. Для площадок шириной менее 6,0 м — Кразм = 1, для более широких площадок Кразм = 6/В (но не менее 0,2).

Расчетный слой снега для второго случая (снегоперенос) считается по следующей формуле:

2. Теплотехнический расчет

2.1. Расчет требуемого удельного теплового потока с поверхности площадки (для второго расчетного случая вместо δс в формулах используется δн).

Суммарный удельный тепловой поток, проходящий через поверхность обогреваемой площадки должен обеспечить: нагрев расчетного количества снега от температуры воздуха до температуры плавления qнс, Вт/м2; плавление расчетного количества снега qпл, Вт/м2; нагрев образовавшейся воды до температуры, обусловленной проходящим через нее тепловым потоком qнв, Вт/м2; компенсацию неизбежных теплопотерь на испарение воды с поверхности площадки qисп, Вт/м2; компенсацию конвективных теплопотерь с поверхности площадки qконв, Вт/м2; компенсацию невосполнимых* теплопотерь на излучение с поверхности площадки qрад, Вт/м2.

Удельный тепловой поток, требующийся для нагрева выпавшего за один час снега от расчетной температуры наружного воздуха до температуры таяния льда, составит:

здесь δс — расчетная толщина снега на площадке, м/ч; ρс — плотность свежевыпавшего снега, принимается величина ρc = 50 кг/м3; cc p — удельная теплоемкость снега [Дж/(кг⋅°C)] при расчетной температуре, вычисляемая по формуле В. П. Вейнберга, cc p = c0(1 + 0,0037tp), где c0 — удельная теплоемкость снега, при 0 °C c0 = 2120 Дж/(кг⋅°C); tр — расчетная температура воздуха, °C.

Удельный тепловой поток, требуемый для плавления (таяния) снега:

где rс плав — удельная теплота плавления льда, принято rс плав = 330 кДж/кг. Температура поверхности площадки, обеспечивающая нагрев и плавление снега, определяется из выражения:

где δв — толщина слоя воды [м], равная δв = (δсρс)/ρв; λв — коэффициент теплопроводности воды, λв = 0,6 Вт/(м⋅°C), например, коэффициент теплопроводности свежевыпавшего снега составляет λс = 0,0293 Вт/(м⋅°C).

Удельный тепловой поток, требуемый для нагрева талой воды:

где св — удельная теплоемкость воды, принимается св = 4187 Дж/(кг⋅°C).

Удельный тепловой поток, компенсирующий испарение с поверхности подогреваемой площадки, определяется следующей формулой:

где i — интенсивность испарения с поверхности площадки, вычисляемая по формуле:

i = D(E0 – ep)(1 + 0,4vp), м/(м2⋅ч),

где D — удельная всасывающая сила атмосферы (коэффициент атмосферной диффузии), принимается D = 5,8 × 10–5 м/ (кПа⋅ч); E0 — упругость насыщенного водяного пара при температуре 0 °C, E0 = 0,61 кПа; ер — упругость водяного пара при расчетной температуре и влажности воздуха:

где ?р — расчетная относительная влажность воздуха, %; Ер — упругость насыщенного водяного пара при расчетной температуре воздуха, может определяться по формуле:

где rв исп — удельная теплота испарения воды, принимается rв исп = 2,5 млн Дж/кг. В случае, когда интенсивность испарения превышает расчетный слой воды на площадке, в формуле qисп вместо i подставляется δв.

Из условий незамерзания талой воды и предотвращения образования наледи должно выполняться условие:

где αв = 24,5 Вт/(м2⋅°C) — коэффициент теплопередачи на границе поверхности площадки и водяного слоя.

Расчетная температура площадки tп.р принимается большей из температур, рассчитанных из условия плавления снега (tп.пл) и незамерзания воды (tп.нз). Удельный тепловой поток qконв [Вт/м2], компенсирующий затраты тепла на конвективный теплообмен:

qконв = [2,26(0 – tр) 1/3 + 2,6vр](0 – tр).

Удельный тепловой поток, компенсирующий затраты тепла на лучистый теплообмен:

где ε — степень черноты излучающей поверхности (для снега ε = 0,92); С0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, C0 = 5,77 Вт/(м2⋅°С4).

2.2. Расчет требуемой температуры теплоносителя

Термическое сопротивление слоев площадки над трубами:

Приведенное условное сопротивление теплопередаче слоев площадки над трубами:

где αв.у — условный коэффициент теплоотдачи поверхности площадки:

Приведенное термическое сопротивление слоев пола под трубами:

где Rzi — усредненное термическое сопротивление для каждой из зон при площадке по грунту (табл. 2), принимается равным 2,1 (I-я зона), 4,3 ( II-я зона), 8,6 (III-я зона), 14,2 (IV-я зоны).

При площадках по грунту в расчет принимаются только слои, имеющие коэффициент теплопроводности менее λi = 1,2 Вт/(м⋅°C). Для площадок по перекрытиям, покрытиям и ступеням в расчете учитываются все имеющиеся слои конструкции, а Rzi принимается равным 1/23 (если низ площадки находится на улице и может обдуваться ветром), 1/16 (если низ площадки находится на улице и не может обдуваться ветром) и 1/8,7 (если низ площадки находится в помещении).

Приведенное термическое сопротивление стенок трубы:

где αвн — коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубы, можно принять αвн = 400 Вт/(м2⋅°C).

Из двух уравнений температуры поверхности трубы:

tтр = tр + qвRв п , °C,

tтр = tр.н + qнRн п , °C,

где tр.н — расчетная температура под площадкой (при полах по грунту tр.н = tр), можно получить выражение для теплового потока, направленного вниз:

Коэффициент полезного действия системы, учитывающий потери тепла по направлению «вниз»:

Требуемая температура теплоносителя составит величину:

Примечание: в знаменателе третьего слагаемого фактически присутствует безразмерная величина n = 1/b — количество труб на погонный метр поперечного сечения площадки. Округлив среднюю температуру теплоносителя до приемлемой (округленной) величины, уточняется тепловой поток по направлению «вверх»:

Читайте также: