Выбор расчётных параметров отопительных систем
Исходными данными для расчета систем водяного охлаждения являются геометрические размеры кузова вагона, а также заданный диапазон температур, который необходимо поддерживать внутри вагона. Поэтому расчет состоит из двух частей:
вначале проводят теплотехнический расчет кузова вагона, а затем на основании данных о тепловых потерях рассчитывают необходимую площадь нагрева отопительных приборов, а также требуемую тепло производительность отопительной установки. Поверхность нагревательных приборов водяного отопления Foт можно определить по формуле:
, (3.2)
где Кот – коэффициент теплопередачи стенок отопительных приборов Вт/м2К;
- средняя температура воды, равная 
, здесь t2 и t1начальная и конечная температура воды в отопительной системе, К;
- расчетная температура воздуха в вагоне, К;
Коэффициенты теплопередачи для нагревательных труб приводятся в справочной литературе. Верхние трубы системы отопления изолируются для уменьшения потерь тепла в окружающую среду. Количество тепла, передаваемого 1 погонным метром изолированной трубы, определяется из выражения:
, (3.3)
где tвод — средняя температура воды, К;
tвоз — средняя температура окружающего воздуха, К;
Dн — наружный диаметр трубы вместе с изоляцией, м;
aв — коэффициент теплопередачи от наружной поверхности трубы к окружающему воздуху, (Вт/м2*К).;
lи—коэффициент теплопроводности изоляции, (Вт/м2*К).;
dв — внутренний диаметр трубы, м.
Чтобы при заданных наружном диаметре трубы Dн и коэффициенте теплопередачи aвобеспечить минимальные тепловые потери, необходимо в качестве изоляции выбирать материал, коэффициент теплопроводности которого не превышал отношения:
, (3.4)
Поверхность нагрева водяного котла определяется по формуле, м2:
, (3.5)
где Qo — тепловые потери вагона в кВт;
Qп.н. — количество тепла, снимаемого в течение 1часа с 1 м2 поверхности нагрева котла (кВт/час);
b — коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду (b = 1,05¸1,1).
Теплотехнические параметры различных топлив приведены в таблице 9.
Таблица 9.
Теплотехнические параметры различных топлив
| Вид топлива | Теплотворная способность, | Объемный вес, кг/м3 | Температура горения, °С (K) | |
| ккал/кг | кДж/кг | |||
| Дрова влажностью 25% ..... | 1000 (1273) | |||
| Дрова влажностью 50% ..... | 1 800 | 800 (1073) | ||
| Торф, брикеты .......... | 1 000 (1273) | |||
| Торф кусковой .......... | 970 (1243) | |||
| Подмосковный уголь ....... | 900 (1173) | |||
| Бурый уголь ........... | 1100 (1373) | |||
| Каменный уголь .......... | 6 500 | 1200 (1473) | ||
| Кокс ............... | 1200 (1473) | |||
| Антрацит ............. | 1300 (1573) | |||
| Горючие сланцы .......... | 1000 (1273) | |||
| Метан…… | 0,72 | Более 1000 (1273) | ||
| Пропан……. | 1,96 | Более 1000 (1273) |
Часовой расход топлива (в кг) определяется по формуле,:
, (3.6)
где h — к. п. д. котла, (h = 0,40—0,65 зависит от качества топлива и разрежения в дымовой трубе);
h — теплотворная способность топлива в ккал/кг (кДж/кг). В качестве нормативного расхода электроэнергии на отопление вагонов принимается часовой расход электроэнергии при номинальной мощности 48 кВт.
Расчет расхода топлива на отопление пассажирского вагона.
Для определения количества электроэнергии расходуемой на отопление движущегося вагона со скоростью V используется следующее выражение:
, (3.7)
где 
- коэффициент, учитывающий увеличение коэффициента теплопередачи вследствие старения теплоизоляции ( =1,2);
Kg – коэффициент теплопередачи, зависящий от скорости движения вагона, Вт/м2К:
, (3.8)
Ко – коэффициент теплопередачи в стационарных условиях;
V – средняя скорость движения вагона.
и Ср – плотность и удельная теплоемкость воздуха;
Vн – объем наружного воздуха поступающего в вагон в течение 1 часа (для купейного – 800 м3/ч, для плацкартного - 1200 м3/ч);
tв и tн – температура воздуха в вагоне (tв = 200С (293K)) и наружного воздуха в расчетный период года;
Qп – количество тепла, выделяемое пассажирами;
Qв - количество тепла, выделяемое вентиляторами;
Qг - количество тепла, затраченное на нагрев воды в системе горячего водоснабжения.
В стационарных условиях (при V= 0) а также Qп= 0; Qг= 0количество тепла, расходуемое на отопление вагона, составит:
, (3.9)
При водяном отоплении расход условного топлива определяется из выражения:
(3.10)
Коэффициент 11,8 – это часовой расход условного топлива при номинальной мощности котла. При водяном отоплении расход условного топлива определяется из выражения:
(3.11)
Коэффициент 11,8 – это часовой расход условного топлива при номинальной мощности котла.
В таблицах 10 и 11 приведены значения коэффициентов теплопередачи в стационарных условиях (Ко) и для разных скоростей движения вагона (Кg) от температуры наружного воздуха.
Таблица 10.
Зависимость коэффициента теплопередачи (Кg) от скорости движения вагона
| ν, км/ч | kд, Вт/(м2·К) | ν, км/ч | kд, Вт/(м2·К) |
| 1,11 | 1,72 | ||
| 1,28 | 1,76 | ||
| 1,36 | 4,80 | ||
| 1,43 | 1,84 | ||
| 1,49 | 1,88 | ||
| 1,54 | 1,92 | ||
| 1,59 | 1,95 | ||
| 1,64 | 1,98 |
Таблица 11.
Зависимость коэффициента нагрузки Кн от скорости движения вагона
| tН, °С (K) | Коэффициент нагрузки Кн для купейного вагона при скорости движения ν, км/ч | |||||||
| (283) | 0,07 | 0,10 | 0,11 | 0,12 | 0,12 | 0,13 | 0,13 | 0,14 |
| (278) | 0,11 | 0,18 | 0,19 | 0,20 | 0,21 | 0,21 | 0,22 | 0.23 |
| (273) | 0,14 | 0,26 | 0,27 | 0,29 | 0,29 | 0,30 . | 0,31 | 0,32 |
| -5 (268) | 0,18 | 0,34 | 0,36 | 0,37 | 0,38 | 0,39 | 0,41 | 0,42 |
| -10 (263) | 0,21 | 0,42 | 0,44 | 0,46 | 0,47 | 0,49 | 0,50 | 0,51 |
| -15 (258) | 0,24 | 0,50 | 0,53 | 0,55 | 0,56 | 0,58 | 0,59 | 0,61 |
| -20 (253) | 0,28 | 0,59 | 0,61 | 0,65 | 0,66 | 0,67 | 0,69 | 0,71 |
| -30 (243) | 0,35 | 0,76 | 0,79 | 0,152 | 0,В4 | 0,86 | 0,89 | 0,91 |
| -35 (238) | 0,38 | 0,85 | 0,88 | 0,91 | 0,94 | 0,96 | 0,98 | 1/1,02 |
| -40 (233) | 0,41 | 0,94 | 0,98 | 1/1,01 | 1/1,04 | 1/1,07 | 1/1,10 | 1/1,12 |
Расход реального топлива Вр определяется из выражения:
, (3.12)
где В – расход условного топлива;
Э – калорийный эквивалент топлива, значения которого приведены в таблице 12.
Таблица 12.
Калорийный эквивалент топлива Э