Системы теплогазоснабжения и вентиляции

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
Московский государственный строительный университет
О.Д. Самарин, Н.Ю. Плющенко
СИСТЕМЫ  
ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ
Рекомендовано Учебно-методическим советом НИУ МГСУ 
в качестве учебного пособия для обучающихся по направлению подготовки 
27.03.04 Управление в технических системах 
(№ 02 от 20.03.2019)
Москва
Издательство МИСИ – МГСУ
2020

УДК 691.89+628.8
ББК 31.3:38.762
          С17
Рецензенты:
член-корреспондент РААСН, доктор технических наук В.Г. Гагарин, профессор, 
заведующий лабораторией строительной теплофизики НИИСФ РААСН;
кандидат технических наук, профессор Е.Г. Малявина, 
профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции НИУ МГСУ
Самарин, О.Д.
С17	
	 Системы теплогазоснабжения и вентиляции : [учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 27.03.04 Управление в технических 
системах] / О.Д. Самарин, Н.Ю. Плющенко ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции. — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020. — 
180 с.
ISBN 978-5-7264-2152-0
В учебном пособии изложены основы теплопередачи и концепция теплотехнического расчета наружных ограждений зданий в соответствии с действующими нормативно-техническими документами Российской Федерации. Рассмотрены основные принципы формирования микроклимата зданий и его обеспечения 
инженерными системами, также методы расчета производительности систем вентиляции и кондиционирования воздуха и определения тепловой мощности систем 
отопления — охлаждения. Показаны правила выбора расчетных параметров наружного климата для проектирования систем обеспечения микроклимата. Рассмотрены 
параметры состояния влажного воздуха и процессы их изменения. Приведены схемы 
обработки воздуха в системах кондиционирования воздуха, а также методы оценки 
годового потребления энергии системами отопления — охлаждения и вентиляции. 
Рассмотрены основные элементы и оборудование систем отопления, вентиляции и 
кондиционирования воздуха, а также принципы их проектирования и расчета. Даны 
понятия в области тепло- и газоснабжения населенных пунктов и очистки вентиляционных и промышленных выбросов. 
Для обучающихся бакалавриата по направлению подготовки 27.03.04 Управление 
в технических системах, профиль «Интеллектуальные системы и автоматика в строительстве»
УДК 691.89+628.8
ББК 31.3:38.762
	
©	 Национальный исследовательский 		
Московский государственный  		
строительный университет, 2020

Оглавление
Введение ...........................................................................................................5
Глава 1. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ 
..........................................................7
1.1. Основные понятия теплопередачи ......................................................7
1.2. Теплопередача через многослойную стенку ......................................12
Вопросы для самоконтроля ......................................................................14
Глава 2. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫЙ И ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМЫ 
ЗДАНИЙ ...................................................................................................15
2.1. Нормирование теплозащиты наружных ограждений .......................15
2.2. Влажностный режим наружных ограждений ....................................21
2.3. Основы гидроаэродинамики здания и систем ТГВ ..........................24
2.4. Определение мощности систем обеспечения микроклимата ..........29
2.5. Элементы теории теплоустойчивости ...............................................34
Вопросы для самоконтроля ......................................................................39
Глава 3. СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ 
.............................................41
3.1. Основные понятия в области отопления...........................................41
3.2. Системы водяного отопления 
............................................................44
3.3. Размещение, устройство и монтаж основных элементов систем 
водяного отопления 
...........................................................................47
3.4. Отопительные приборы систем отопления 
.......................................55
3.5. Г
идравлический расчет системы отопления здания .........................64
Вопросы для самоконтроля ......................................................................69
Глава 4. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ 
...........................................................71
4.1. Основные понятия в области вентиляции ........................................71
4.2. Параметры состояния влажного воздуха. 
I-d-диаграмма влажного воздуха 
.......................................................73
4.3. Воздухообмен в помещениях и способы его определения ...............77
4.4. Конструкции вентиляционных систем и их элементов 
....................80
4.5. Аэродинамический расчет вентиляционных сетей ..........................98
Вопросы для самоконтроля .................................................................... 105
Глава 5. СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА 
И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ .................................................................... 106
5.1. Основные понятия в области кондиционирования воздуха .......... 106
5.2. Схемы обработки воздуха и управление установками 
кондиционирования воздуха 
........................................................... 109
5.3. Холодоснабжение установок кондиционирования воздуха ........... 128
5.4. Г
одовой расход энергии на вентиляцию 
и кондиционирование воздуха ........................................................ 130
Вопросы для самоконтроля .................................................................... 135
3

Глава 6. ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ ГРАЖДАНСКИХ 
И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ................................................. 137
6.1. Общие понятия теплоснабжения .................................................... 137
6.2. Схемы тепловых пунктов ................................................................. 142
6.3. Тепловые сети и оборудование тепловых пунктов .......................... 147
6.4. Г
азоснабжение .................................................................................. 156
Вопросы для самоконтроля .................................................................... 159
ГЛАВА 7. ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ВЫБРОСОВ ............................................................................................ 161
Вопросы для самоконтроля .................................................................... 165
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................... 166
Библиографический список ........................................................................ 167
ПРИЛОЖЕНИЕ 
........................................................................................... 170
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ................................................................. 174

ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Системы ТГВ» (теплогазоснабжения и вентиляции) в широком смысле этого выражения объединяет архитектурно-конструктивные и объемно-планировочные решения здания, 
строительную теплотехнику, отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха, котельные установки, тепло- и газоснабжение.
Основная задача ТГВ
Создание и поддержание в обслуживаемой зоне помещения совокупности внутренних метеорологических условий (tв — температура воздуха, °С; в — относительная влажность, %; vв — скорость 
движения (подвижность) воздуха, м/с; Свр — концентрация вредных 
примесей, мг/м3), требуемых с точки зрения комфортности людей 
или необходимых для технологического процесса при минимальных 
материальных и энергетических затратах.
Связь ТГВ со строительством
Работающие в области ТГВ рассматривают архитектурно-конструктивные и объемно-планировочные решения здания как один 
из элементов (пассивный) общей системы мер по поддержанию 
внутренних метеорологических параметров, поэтому при разработке таких решений строитель должен позаботиться, чтобы они удовлетворяли потребностям специалистов по ТГВ. В частности, проектирование наружных ограждений, помимо требований прочности, 
надежности и долговечности, должно выполняться с учетом необходимой теплозащиты и теплоустойчивости, а также воздухо- и паропроницаемости, что позволит максимально упростить системы 
ТГВ и уменьшить их мощность. Кроме того, эти решения должны 
обеспечивать возможность устройства необходимых активных систем ТГВ (отопление, вентиляция и т.д.) или по крайней мере не 
препятствовать их сооружению. Иначе говоря, в здании должно 
быть предусмотрено достаточное пространство для прокладки трубопроводов и воздуховодов и необходимое место для установки оборудования систем ТГВ. 
Связь ТГВ и автоматизации
Решения по регулированию систем ТГВ и управлению ими непосредственно зависят от процессов, происходящих в помещениях 
5

и системах ТГВ, и от схемных решений этих систем, которые вместе с помещением представляют собой объект управления. Поэтому работающий в области автоматизации должен представлять себе 
характер этих процессов и устройство систем ТГВ как объекта управления. И наоборот, установочная мощность систем ТГВ в значительной степени связана с принятыми решениями по управлению 
ими, поэтому проектирование систем ТГВ и систем их автоматизации должно осуществляться параллельно.

Глава 1
ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Объектами исследований строительной теплофизики являются 
ограждающие конструкции зданий. От протекающих в них процессов теплопередачи, воздухопроницания и паропроницаемости, 
обусловленных действием климатических факторов, внутренних 
источников и работой систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, зависят процессы тепло- и массообмена, происходящие при формировании внутреннего микроклимата помещений, влияющего на здоровье и трудоспособность человека.
1.1. Основные понятия теплопередачи
Процесс самопроизвольного распространения теплоты в твердой, жидкой или газообразной среде с неоднородным распределением температур называется теплопередачей. При этом тепловой 
поток, возникающий за счет разности температуры, направлен от 
более нагретых точек к менее нагретым.
Процесс теплопередачи является сложным и состоит из трех элементарных видов теплообмена: теплопроводности, конвекции (конвективного теплообмена) и излучения (лучистого теплообмена). 
Теплопроводность (кондукция) — процесс передачи теплоты в 
сплошной среде (твердой, жидкой или газообразной) за счет колебаний атомов и молекул. Таким образом, передача теплоты теплопроводностью происходит во всех агрегатных состояниях тел, но 
так как в жидких и газообразных средах наблюдается постоянное 
перемещение микрочастиц, то применительно к строительству теплопроводность рассматривают именно в твердых телах.
Процесс теплопроводности в простейшем случае для однослойной стенки в стационарном режиме описывается уравнением Фурье 
в дифференциальной форме, которое имеет вид
,
dt
q
dx
= −λ
 
(1.1)
 
где q — плотность потока теплоты, Вт/м2, т.е. количество теплоты, 
Вт, проходящее в единицу времени через 1 м2 стенки; 
λ — теплопроводность материала стенки, Вт/(м·К), играющая 
роль коэффициента пропорциональности между q и dt/dx и чис7

ленно равная величине q при градиенте температур в материале 
dt / dx = 1 К/м. Знак «минус» говорит именно о том, что теплота 
распространяется в сторону падения температуры;
dt / dx — градиент температуры, Вт/м, в материале стенки, т.е. 
производная от температуры по координате, или, иначе говоря, наклон поперечного профиля температуры в стенке (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Температурное поле однослойной плоской стенки
Из уравнения (1.1) интегрированием при соответствующих граничных условиях можно получить формулу для q при заданных температурах τ1 и τ2 на ее поверхностях:
1
2
сл
,
q
R
τ −τ
=
 
(1.2)
 
где Rсл = δ / λ — сопротивление слоя теплопередаче, м2·К/Вт, численно равное разности температур τ1 и τ2 на поверхностях слоя, 
которую необходимо создать для получения величины q = 1 Вт/м2; 
здесь  δ — толщина слоя, м. 
В общем случае для многослойной стенки:
1
2
 
(1.3)
сл.
.
i
q
R
τ −τ
= ∑
 
Иначе говоря, при последовательном расположении слоев их 
термические сопротивления складываются так же, как складыва8

ются последовательно включенные электрические сопротивления. 
Это совпадение не случайно, поскольку распространение электричества в сплошной среде описывается аналогичными по форме 
уравнениями, что дает возможность в ряде случаев моделировать 
задачи теплопроводности подходящими электрическими моделями 
(«электротепловая аналогия»).
Теплопроводность материала λ определяется его химическим составом, плотностью, структурой, влажностью и температурой. Для 
строительных материалов, применяемых в несущих конструкциях 
(железобетон, кирпич и т.д.): λ = 0,8…2,0 Вт/(м·К); для пористых 
теплоизоляционных материалов (минеральная вата, стекловата): 
λ = 0,035…0,05 Вт/(м·К). У металлов значения теплопроводности 
велики и имеют порядок от 50 (чугун) до 407 (медь) Вт/(м·К). Значения λ для различных материалов, используемых в строительстве, 
при разного рода условиях эксплуатации приведены в СП 
50.13330.2012 [5].
Конвекция — процесс переноса теплоты движущимися частицами жидкого или газообразного вещества. При этом между воздухом 
или жидкостью и поверхностью твердого тела, например отопительного прибора или ограждающей конструкции, возникает конвективный теплообмен (конвективная теплоотдача).
Плотность конвективного теплового потока qк, Вт/м2, определяется по формуле Ньютона:
 
qк = αк(tж – τпов), 
(1.4)
где αк — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м2·К);
tж — температура жидкой или газообразной среды, омывающей 
поверхность стены;
τпов — температура поверхности стены.
Следует отметить, что αк зависит от свойств среды, омывающей 
поверхность (плотности, теплоемкости, вязкости), природы ее возникновения и скорости движения, а также расположения, формы 
и габаритов самой поверхности. 
Конвекцию подразделяют на свободную (естественную) и вынужденную. Свободная конвекция обусловлена движением среды под 
действием гравитационных сил за счет разности плотностей среды 
в точках с разной температурой. При вынужденной конвекции движение среды происходит под влиянием внешних сил, например 
9

работы вентилятора. При конвективном теплообмене коэффициент 
пропорциональности αк определяется по эмпирическим формулам 
на основе экспериментальных данных. Для некоторых наиболее 
часто встречающихся случаев эти формулы можно записать следующим образом:
– для конвективного теплообмена между плоской стенкой и воздухом при свободной конвекции [18]:
3
к
ж
пов ,
A
t
α =
−τ
 
(1.5)
 
где коэффициент А = 2,16 — для горизонтальной нагретой поверхности, обращенной вверх, или горизонтальной охлажденной, обращенной вниз; А = 1,66 — для вертикальной поверхности и 
А = 1,16 — для горизонтальной охлажденной поверхности, обращенной вверх, или горизонтальной нагретой, обращенной вниз;
– для конвективного теплообмена между потоком воды, движущейся по трубопроводу, и стенкой этого трубопровода при вынужденной конвекции по данным [31] и некоторых других источников:
(
)
0,8
2
к
cp
cp
0,2
в
1630
21
0,048
,
w
t
t
d
α =
+
−
 
(1.6)
 
где tср — средняя температура воды, °С;
w — скорость движения воды в трубопроводе, м/с; 
dв — внутренний диаметр трубопровода, м.
Излучение (теплообмен излучением) — процесс переноса теплоты 
между телами с помощью электромагнитных волн. Такой способ 
теплопередачи возможен даже в вакууме.
Плотность потока теплоты qл, Вт/м2, излучаемой плоской поверхностью с температурой Т, К, определяется по закону Стефана–Больцмана:
 
qл = εσ0Т4, 
(1.7)
где ε — степень черноты тела (для реальных тел ε < 1); 
σ0 — излучательная способность абсолютно черного тела, 
σ0 = 5,67 Вт/(м2·К4).
Из закона Стефана–Больцмана определяется полное количество 
теплоты Qл, Вт, излучаемой поверхностью площадью А1, м2, имею10