Гусев - Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха

Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник для вузов/В. М. Гусев, Н. И. Ковалев, В. П. Попов, В. А. Потрошков, под ред. В. М. Гусева.— Л.: Стройиздат. Ленингр. Отд-ние, 1981.—343 с, ил.

В книге рассмотрены теоретические основы теплотехники, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, вопросы устройства и работы, проектирования и расчета, монтажа и эксплуатации соответствующего оборудования и систем. Описаны приборы для их практических испытаний и наладки.

Учебник предназначен для студентов строительных и политехнических вузов по специальности 1218 «Техническая эксплуатация зданий, оборудования и автоматических систем».

 (с) Стройиздат, Ленинградское отделение, 1981

Предисловие

XXVI съезд КПСС ориентировал на систематический прогресс производства, повышение его эффективности, улучшение условий жизни народа.

Особое внимание в решениях съезда было обращено на создание для человека благоприятных условий в жилых помещениях, а в промышленности и для хода технологического процесса {сооружение строительных ограждений, надежно защищающих здания от наружных климатических воздействий, обеспечение в зданиях требуемой работы отопительно-вентиляционных установок).

Эффективность и долговечность отопительно-вентиляционных установок зависят от качества проекта, монтажа, наладки и эксплуатации их.

В ряде вузов в последние годы ведется подготовка инженеров-строителей по специальности 1218 — «Техническая эксплуатация зданий, оборудования и автоматических систем». В учебный план входит курс «Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Материал настоящего учебника отвечает программе этого курса (УМУ-Т-Г2/368), утвержденной 3.02.1976 г. Учебно-методическим управлением по высшему образованию MB и ССО СССР. Объем разделов учебника обусловлен их практической значимостью и степенью трудности усвоения материала изучающими.

В учебнике физические величины выражены в международной системе единиц СИ и в единицах, допускаемых к применению наравне с единицами СИ {температура в градусах Цельсия, время в часах, сутках и т. д., частота вращения в оборотах в минуту, работа в киловатт-часах).

Авторы учебника стремились осветить основные достижения отечественной и зарубежной науки в области теплотехники, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. При этом учитывался опыт подготовки студентов по этой специальности в Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте.

В первом разделе учебника изложены теоретические основы теплотехники и теплопередачи, описаны принципы действия, устройства и эксплуатации тепловых двигателей. Во втором рассмотрены тепловой режим помещений и зданий, а также основное оборудование, расчет, проектирование и вопросы эксплуатации систем отопления, в третьем разделе — то же, но относящееся к системам вентиляции.

В учебнике даны рекомендации для обслуживания названных систем, приведены методк и способы их испытаний, наладки и регулирования. Описаны приборы для испытаний, принципиальные вопросы ручного и автоматического регулирования. В таблицах имеются характерные для эксплуатации нормы и показатели, а также формы документации для контроля за работой оборудования и систем.

Первый раздел учебника напнсан канд. техн. наук доц. В. Л. Потрошковым. Главы 11, 13, 14, 16, 17 третьего раздела были вчерне подготовлены канд. техи. наук доц. Н. И. Ковалевым, Этот раздел доработан канд. техн. наук доц. В. П. Поповым. Д-ром техн. наук проф. В. М. Гусевым написаны предисловие, введение, второй раздел, выполнено общее редактирование учебника.

Материал книги следует считать первой попыткой издания подобного учебника. В нем неизбежны отдельные недочеты. Поэтому авторы с благодарностью примут все пожелания для его дальнейшего улучшения.

ВВЕДЕНИЕ

Теплотехника — наука, изучающая технические средства превращения природных энергоресурсов (топлива, урана, тепла недр Земли, излучения Солнца) в непосредственно используемые формы энергии: теплоту, работу и электричество. Она включает техническую термодинамику, теорию тепломассообмена, рассматривает тепловые двигатели, холодильные машины и термопреобразователи, компрессоры и вентиляторы, топливосжигающие устройства и котельные установки.

Благосостояние стран определяется количеством потребляемой энергии. В условиях истощения природных энергоресурсов и загрязнения окружающей среды решение вопросов экономии энергии является важнейшей задачей инженерной деятельности любого специалиста.

Русские и советские ученые внесли большой вклад в развитие теплотехники. М. В. Ломоносов еще в середине XVIII в. высказал мысль: «теплота — вращательное движение материи, функция скорости движения корпускул». В 1766 г. И. И. Ползунов построил паровую машину. В XVIII—XX вв. во многом усилиями русских и зарубежных ученых был обеспечен дальнейший прогресс этой науки, особенно в последние десятилетия.

Огромное значение имеют работы Всесоюзного теплотехнического им. Ф. Э. Дзержинского, Энергетического им. Т. М. Крыжановского АН СССР, Центрального котлотурбинного им. И. И. Ползунова и других институтов.

Отопительные установки — сочетание устройств для выработки и транспортирования теплоносителя, для обогревания зданий и сооружений жилого, общественного, производственного, сельскохозяйственного назначения.

Вентиляционные установки — устройства для подачи в помещения чистого и удаления из них загрязненного воздуха. В этих установках осуществляется нагревание, нередко и охлаждение, очистка, увлажнение, осушка приточного воздуха, а также загрязненного, удаляемого в атмосферу.

Отопительно-вентиляционные системы устраивают с целью обеспечения в помещениях санитарно-гигиенических условий, необходимых для пребывания человека. В промышленных предприятиях с помощью этих систем поддерживаются определенные параметры внутреннего воздуха (температура, влажность, подвижность, чистота от механических и химических примесей), соответствующие требованиям технологического процесса, гигиены труда. При этом автоматически поддерживающими постоянство метеорологических условий (кондиций) служат системы кондиционирования (СКВ).

Отопительно-вентиляционная техника, как и теплотехника, прошла большой путь развития и совершенствования. Сначала костер служил для отопления, приготовления пищи, изготовления орудий труда. Через входной проем жилище вентилировалось.

Позже применялись очаги из «диких» камней, а затем— глинобитные печи. Те и другие топились «по-черному». В средние века печь была дополнена трубой для отвода дыма в атмосферу. У славян такая печь называлась «белой», или «русской».

С начала XVIH в. шло успешное совершенствование печей, особенно русскими специалистами. Возникло отопление нескольких помещений из одного центра воздухом, подогретым топочными газами, названное за границей «русской системой».

Простейшие системы централизованного отопления и вентиляции относятся к древним временам, когда появились камины, подпольное огневое отопление, устройство в стенах дымоотводных и вентиляционных каналов (раскопки в Крыму, на Ближнем Востоке, в Китае, Греции). В античном Риме применялось отопление «термальной» водой из горячих источников или подогретой в простейших котлах.

Большое влияние на прогресс теплотехники и отопительно-вентиляционной техники оказала промышленная революция. В XVIII в. в связи с созданием паровой машины стали шире использовать пар, а затем и горячую воду, осуществлять центральное паровое и водяное отопление.

Ценнейший вклад в развитие научных теорий и их практическую реализацию внесли отечественные специалисты (XIX в.).

Н. А. Львов издал труд «Русская пиростатика». А. А. Саблуков изобрел первый вентилятор. Начали применяться насосы и вентиляторы с электродвигателем. И. И. Флавицкий создал теорию о влиянии параметров воздушной среды на самочувствие человека.

Труды ученых первой половины XX в. свидетельствуют о значительном прогрессе в создании различных теплообменных аппаратов, систем централизованного отопления и вентиляции (решение вопросов их автоматизации), установок искусственного климата. Исходными данными для этого были изданные еще в 1922 г. нормы «Охраны труда», требования совершенствования технологии производств.

После Октябрьской революции развитие теплотехники, отопления и вентиляции шло в СССР особенно быстро. Если дореволюционный выпуск радиаторов, котлов и вентиляторов принять за 100 %, то уже к пятидесятилетию Советского государства (1967 г.) выпуск отечественными заводами возрос до 670, 1200 и 1500%.

Дальнейшие интенсивные исследования привели к новому совершенствованию науки и техники в СССР. Были созданы прогрессивные прямоточные котлы и системы отопления, разработаны новые системы вентилирования помещении, создана мощная сеть предприятий промышленного изготовления теплотехнического и отопительно-вентиляционного оборудования, стало уделяться большое внимание вопросам качества и эффективности его эксплуатации.

Плодотворна деятельность таких выдающихся отечественных специалистов, как С. В. Лукашевич, А. К. Павловский, B. М. Чаплин, В. Д. Мачинский, В. В. Дмитриев, Б. М. Аше, М. В. Кирпичев, Л. К. Рамзин, А. Н. Селиверстов, А. А. Крауз, Л. А. Семенов, В. В. Батурин, П. Н. Каменев, Г. А. Максимов, C. Ф. Копьев и др. Большую работу в области теплотехники, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ведут коллективы инженерно-строительных, политехнических и отраслевых советских вузов, исследовательских, производственных и проектных организаций.

Раздел I

ТЕПЛОТЕХНИКА

ГЛАВА 1

ОСНОВЫ технической термодинамики

1.1. Предмет и метод термодинамики

Понятие «термодинамика» введено С. Карно в 1824 г. в смысле «движущая сила огня (тепла)». Возникла новая наука как теория теплового двигателя. Предмет технической термодинамики — процессы взаимного превращения теплоты и работы, а также макроскопические свойства рабочих тел. Процессы исследуются термодинамическим методом, базирующимся на законах сохранения энергии, возрастания энтропии и стремления энтропии к нулю при уменьшении абсолютной температуры до нуля, называемых соответственно первым, вторым и третьим законами термодинамики. Сущность метода — изучение процессов при помощи энергоэнтропийных балансов и выявление на их основе характерных закономерностей.

В настоящее время этот метод превратился в универсальный метод исследования даже таких систем, как производство, экономика, информатика, биология и др. Для изучения процессов в системах теплогазоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха он является основным.

1.2. Термодинамическая система и параметры

Термодинамическая система—совокупность тел, которые могут энергетически взаимодействовать между собой и с окружающей средой, а также обмениваться с ней массой вещества.

В термодинамике рассматриваются системы, состоящие из множества хаотически движущихся микрочастиц. Газ или пар (система), посредством которых осуществляются энергетические превращения, называется рабочим телом. Так, воздух является рабочим телом в системе вентиляции, газ или пар — в тепловом двигателе и т. д. В отличие от закрытых (замкнутых) систем открытые обмениваются массой с окружающей средой. Закрытая система, не обменивающаяся энергией, называется изолированной; при отсутствии теплообмена — адиабатной. Гомогенная (однордпая) система имеет одинаковые свойства во всех своих не разделенных поверхностями частях. Гетерогенная состоит из нескольких гомогенных частей, фаз.

Вещество находится в одном из состояний: твердом, жидком, газообразном и плазменном. Состояние системы определяется независимыми величинами — параметрами. Изменение их во времени свидетельствует о нестационарном состоянии. Если это не наблюдается, то состояние называется стационарным.

При отсутствии потоков энергии и массы система будет в равновесном состоянии, или в термодинамическом равновесии. Для характеристики равновесных состояний системы (рабочего тела) достаточно следующих трех основных параметров. Давление — результат ударов микрочастиц о стенки сосуда. Оно определяется силой, действующей по нормали на единицу поверхности.