Реконструкция котельной

1. Общая часть

 

Здание одноэтажное с ориентацией главного фасада на север.

Высота потолка – 3,3м.

Кровля здания из рулонных материалов.

Наружные двери –  двойные ДН 24-19В ГОСТ 24698-81.

Окна - тройное остекление в раздельно-спаренных деревянных переплётах.

 

Район строительства  – г. Липецк.

Относительная влажность  в помещении 55%.

 

Система отопления –  водяная вертикальная однотрубная с нижним расположением обеих магистрали.

Отопительные приборы  – радиаторы типа МС-140-108.

Источник теплоснабжения – собственная котельная.

Теплоноситель – вода с параметрами t_г = 95 ºС, t_о = 70 ºС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций здания.

 

Расчетные климатические  характеристики:

 

Район строительства	tн5, ºС	tхм,  ºС	, %	tот.пер.,  ºС	zот.пер., сут.	Vв, м/с	Зона влажности
Липецк	-27	6,8	85	-3,4	202	5,9	сухая

 

где, t_н5 – средняя температура наиболее холодной пятидневки, принимаем по таблице СНиП 23-01-99;

t_хм – температура наружного воздуха наиболее холодного месяца, принимаем по таблице  СНиП 23-01-99;

– средняя месячная относительная  влажность воздуха наиболее холодного  месяца, принимаем по таблице  СНиП 23-01-99;

t_от.пер. – средняя температура наружного воздуха за отопительный период со средней суточной температурой воздуха £ 8 ºС, принимаем по таблице СНиП 23-01-99;

z_от.пер. – продолжительность отопительного периода, сут, со среднесуточной температурой наружного воздуха £ 8 ºС, принимаем по таблице СНиП 23-01-99;

Vв – скорость ветра, м/с, максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, принимаем по таблице СНиП 23-01-99.

По прил. 1 СНиП II-3-79* принимается расчетная зона влажности.

 

 Расчетные  параметры воздуха в помещениях.

 

Температура воздуха  в помещениях t_в принимается по СНиП 31-06-2011, в принимается 55% (СНиП II-3-79*), что соответствует нормальному влажностному режиму. Условия эксплуатации по СНиП II-3-79*(приложение1).

Значения tв для помещений, ºС	Относительная влажность воздуха , %	Условия эксплуатации ограждающей конструкции
Классные помещения, учебные  кабинеты, лаборатории, актовый зал - лекционная  аудитория, класс пения  и музыки — клубная комната
18	50%	А

 

 Выбор теплотехнических  показателей строительных материалов  и характеристик ограждающих конструкций.

            Структура ограждающей конструкции:

1.Раствор сложный d=25 мм; 2.Термозитобетон   d=200 мм; 3.Пенополиуретан  d = 60 мм; 4.Керамзитобетон   d=250 мм;

(-)

1

2

3 Ут.

4

(+)

 

Теплотехнические показатели строительных материалов выбраны в соответствии с приложением 3 СНиП II-3-79*.

Условия эксплуатации ограждений принимаются по приложению 2 СНиП II-3-79*.

Наименование материала	Условия эксплуатации ограждений	Толщина, м	Плотность	Коэффициенты
				теплопроводности	теплоусвоения
Раствор сложный	Б	0,025	1700	0,7	8,95
Термозитобетон	Б	0,2	1800	0,63	9,32
Пенополиуретан	Б	0,06	60	0,041	0,05
Керамзитобетон	Б	0,25	1000	0,33	0,11

 

 

Технические характеристики ограждающих конструкций приняты по СНиП II-3-79*.

 

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций
Наименование ограждающих  конструкций	Нормируемый температурный  перепад  ,°С	Коэффициент n	Коэффициент теплоотдачи , Вт/м2 ºС	Коэффициент теплоотдачи  для зимних условий , Вт/м2 ºС
Наружная стена	4	1	8,7	23
Чердачное перекрытие	3	0,9	8,7	12
Перекрытия над подвалами и подпольями	2	0,6	8,7	6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет сопротивления теплопередаче, толщины утеплителя и коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций.

 

Общее оптимальное сопротивление  теплопередаче ограждающих конструкций R₀, м²×⁰С/Вт, выбирается из условия R_o^Э = R_o ³ R_o^тр, где R_o^Э и R_o^тр – экономически целесообразное и минимальное требуемое сопротивления теплопередаче, определяемые в соответствии со СНиП II-3-79*.

Требуемое сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций (кроме  окон и дверей) рассчитывается по формуле (1):

                                                            (1)

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха для рядовой жилой комнаты;

t_н5 – средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки;

Dt^н – нормируемая разность температур между температурой воздуха в помещении и                                 внутренней поверхности наружного ограждения;

n – Коэффициент, уменьшающий расчетную разность температур для конструкций для конструкций, не соприкасающихся с наружным воздухом (по СНиП II-3-79* (табл. 3*));

a_в – коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения (по СНиП II-3-79* (табл. 4*)).

Также R_o^тр находим по ГСОП по СНиП II-3-79* (табл.1б):

ГСОП = (t_в - t_от.пер.) z_от.пер                                                    (2)

Посчитав по (1) и (2) R_o^тр, выбираем из полученных значений наибольшее, которое и будет расчетным.

 

 

2.4.1. Наружные стены.

 

Требуемое сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций составит:

 м²°С/Вт

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая для рядовой жилой комнаты;

t_н5 – расчетная температура наружного воздуха;

n – коэффициент,  уменьшающий расчетную разность температур для конструкций, не соприкасающихся с наружным воздухом. Принимаем n = 1.

 – коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения. = 8,7

 – нормируемая разность  температур между температурой  воздуха в помещении и внутренней  поверхности наружного ограждения, принимаем  = 4.

 

Градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП = (t_в – t_от.пер.)z _от.пер. = (18- (-3,4))×202 = 4323

На основании полученной величины принимаем по СниП II-3-79* R₀^тр = 2,91 м²°С/Вт.

Из двух полученных значений принимаем R₀^тр = 2,91 м²°С/Вт.

Т.к. требуется вычислить минимальную  толщину утепляющего слоя d_ут (слой 3), найдем термические сопротивления 1-го и 4-го слоев (по формуле (3) СНиПа 2-3-79*) и из формулы (4) СНиПа 2-3-79* выразим d_ут:

                                                                 (3)

где d – толщина слоя, м; 

      l – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м • °С), принимаемый по прил. 3*.

d_ут= l = 1,3· 0,041 = 0,053 м

Принимаем d_ут = 0,06 м

 

Определяем термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции:

 м²°С/Вт

 м²°С/Вт

 м²°С/Вт

 м²°С/Вт

                                                      (4)

где a_в – коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения (по СНиП II-3-79* (табл. 4*)).

      R_к – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²×°С/Вт

a_н – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м • °С), принимаемый по табл. 6* СНиП II-3-79*.

Проведем проверку (подсчитаем фактическое  оптимальное сопротивление теплопередачи):

 м²°С/Вт

R₀^Ф > R₀^тр, следовательно, данная конструкция отвечает требованиям СНиП II-3-79*.

Определим коэффициент теплопередачи  К, Вт/(м²×⁰С), наружной стены:

 Вт/(м²×⁰С)

 

2.4.2. Цокольные перекрытия  над неотапливаемом подвалом  без световых проемов

 

Принимаем R₀ = R₀^тр, т.е.

 м²°С/Вт

 м²°С/Вт

 Вт/(м²×⁰С)

 

2.4.3. Чердачные перекрытия  с кровлей из рулонных материалов.

 

Перекрытие здания выполнено  из железобетонной плиты (λ=1,92 Вт/(м·К)) толщиной 220 мм, сверху теплоизолированной слоем минеральной ваты (λ=0,064 Вт/(м·К)) толщиной 30 мм.

 

 м²°С/Вт

 м²°С/Вт

 Вт/(м²×⁰С)

 

Световые проемы и двери.

 

Для заполнения световых проёмов использовано тройное  остекление в раздельно-спаренных деревянных переплётах. Их термическое сопротивление составляет  R_о=0,55 м²°С/Вт.

Термическое сопротивление для входных дверей здания составляет

R_дв=0,78 м²°С/Вт.

Пол.

 

Расчёт коэффициента теплопередачи для пола ведём  по упрощённой методике, разбивая площадь пола на 4 зоны по 2 м начиная от внешних стен. При определении площади I зоны квадрат 2×2 м прилегающий к углам здания считается 2 раза.

Для неутеплённого пола (λ>1,16 Вт/(м·К)) на грунте независимо от толщины конструкции  термическое сопротивление:

I зона	II зона	III зона	IѴ зона
2,1 м2·К/Вт	4,30 м2·К/Вт	8,60 м2·К/Вт	14,2 м2·К/Вт

 

Результаты расчёта  потерь тепла по отдельным помещениям, этажам и зданию в целом приведены  в таблице 1.

 В таблице применяются  следующие обозначения ограждающих поверхностей:

НС – наружная стена,

Ю – обращенная на юг (β=0)

С – обращенная на север (β=0,1)

З – обращенная на запад (β=0,05)

В – обращенная на восток (β=0,05)

ТО – тройное остекление,

пл1 – пол I зоны,

пл2 – пол II зоны,

пл3 – пол III зоны,

пл4 – пол IѴ зоны,

ДВ – дверь,

ПТ – потолочное перекрытие

 

 

 

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ.

 

Тепловая мощность отопительной системы отопления Q_от определяется для каждого помещения по балансовым уравнениям:

Q_от = Q_тп + Q_и – Q_б;

Q_тп – теплопотери помещения через ограждающие конструкции, Вт;

Q_и – затраты теплоты на подогрев инфильтрующегося в помещение воздуха, Вт;

Q_б– бытовые тепловыделения в помещении, Вт.

 

1. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции.

 

Q_тп = К ∙ (t_в – t_н5) ∙ (1 + ∑η) ∙ А, где

К – коэффициент теплопередачи через элемент ограждения, Вт/(м²∙ ºС);

t_н5 – температура наружного воздуха для расчета отопления, ºС;

t_в – температура внутреннего воздуха, ºС;

η – коэффициент, учитывающий добавочные потери, определяется в долях от основных;

А – площадь элемента ограждения, м².

 

2.2 Теплозатраты  на подогрев инфильтрующегося  воздуха.

,  где  

с – массовая теплоемкость воздуха, равная 1,005 Дж/(кг∙ºС);

– коэффициент, учитывающий нагрев инфильтрирующегося воздуха в межстекольном пространстве: ;

– внутренняя температура в рассматриваемом  помещении;

– температура самой холодной пятидневки;

F₀ – расчетные площади окон и других наружных ограждений, м²;

G₀ – количество воздуха, поступающего в помещение в течение часа через 1 м² ограждений, кг/(м²ч); рассчитывается по формуле:

;

 

Определение разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности окон.

 

, Па

где, Н – высота здания от середины окна первого этажа до устья вентиляционной шахты, м.

 

Па;
Па;
Па

Теплозатраты  на подогрев вентиляционного воздуха.

, где

t_в – внутренняя температура в рассматриваемом помещении, ۫ С;

t_н5 – температура самой холодной пятидневки, ۫ С;

А_n – площадь пола жилой комнаты, м².

 

Бытовые тепловыделения.

Q_б = 10А_n,

А_n – площадь пола жилой комнаты или кухни,  м².

Определим удельную тепловую характеристику здания q_уд, Вт/(м³∙ ۫ С) по формуле:

, где

– тепловая мощность системы отопления  всего здания, Вт;

V_зд – объем здания по наружным размерам, м³;

t_в – внутренняя температура рядовой жилой комнаты, ۫ С;

t_н5 – температура самой холодной пятидневки, ۫ С;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение тепловой мощности системы отопления.

 

Тепловая  мощность системы отопления Q_от определяется для каждого помещения по балансовым уравнениям:

для жилых  комнат

для кухонь

для лестничных площадок

где Q_тп – теплопотери помещения через ограждающие конструкции, Вт;

Q_и – затраты теплоты на подогрев инфильтрующегося в помещение воздуха, Вт;

Q_и(в) – большее значение из теплозатрат на подогрев воздуха, поступающего вследствие инфильтрации или необходимого для компенсации естественной вытяжки из квартиры, Вт;

Q_б – бытовые тепловыделения в помещение, Вт.

 

3.1. Расчет теплопотерь через  ограждающие конструкции.

 

Теплопотери рассчитываются через каждый элемент ограждающих  конструкций, разность температур воздуха  по обе стороны которых ниже 5⁰С, по формуле

                           

где К –  коэффициент теплопередачи через  элемент ограждения, Вт/(м²×⁰С);

t_н^Б – температура наружного воздуха для расчета отопления;

h - коэффициент, учитывающий добавочные потери (опред. в долях от основных);

А – площадь элемента ограждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции помещений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НС	- наружная  стена;
ВС	- внутренняя  стена;
ДО	- двойное  окно;
ПТ	- потолок;
Пл.	- пол;
ДД	- двойная  дверь;
ОД	- одинарная  дверь.

Условные  обозначения:

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Теплозатраты на подогрев  инфильтрующегося воздуха.

 

Теплозатраты на подогрев инфильтрующегося в помещение воздуха  рассчитывается по формуле:

с	- массовая  теплоемкость воздуха (= 1,005 кДж/(кг×ОС));
b	- коэффициент,  учитывающий дополнительный нагрев  воздуха встречным тепловым потоком:  для одинарных и спаренных  переплетов b = 1, для раздельных b = 0,8;
АО	- площадь  окна, м2;
GO	- количество воздуха, поступающего в помещение в течение часа через 1м2 окна:

где

 

 

 

 

 

 

 

где DР – разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности окон;

, Па

где Н –  высота здания от середины окна первого  этажа до устья вентиляционной шахты, м.

 

 

Таблица 6. Расчет теплозатрат на подогрев инфильтрационного воздуха.

 

Этаж	Н, м	DР, Па	G0, кг/(м2×ч)	№ помещения	tв, оС	AО, м2	QИ, Вт
1 этаж	8,85	19,32	5,98	101	+20	3	195
	8,85	18,93	5,90	102	+18	3	183
	8,85	18,32	5,77	105	+15	2,25	123
2 этаж	5,85	16,33	5,34	201	+20	3	175
	5,85	16,06	5,28	202	+18	3	164
	5,85	15,67	5,20	205	+15	2,25	111

 

 

 

 

Дополнительный расход тепла на нагрев холодного вентиляционного  воздуха, при учёте оборудования коттеджа естественной вытяжной вентиляцией с нормативным воздухообменом 3 м³/ч на 1 м² площади пола жилых помещений и кухни [4]:

Q_вент=0,28·L_вент·ρ_н·с_н(t_в-t_н)

где  L_вент=3·S_пола – объём воздуха поступающего в помещение, м³/ч;

S_пола- площадь пола помещения, м²

ρ_н=353/(273+(-26))=1,43 кг/м³ – плотность наружного воздуха;

с_н=1 кДж/(кг К) – средняя массовая теплоемкость наружного воздуха.

 

Приход тепла от бытовых  теплопоступлений (от людей, освещения, бытовой техники и т.д.) в жилых комнатах и кухне принимаем равным 10 Вт на 1 м2 площади пола комнаты.

Величину внутренней температуры выбираем по СНиП II-33-75 в зависимости от назначения помещения. Для угловых помещений рекомендуемую температуру увеличиваем на 2°С.

 

где H – высота дома, м.

для ворот  гаража (внешние ворота без тамбура)  β=3.Т.о. R₀^тр = 0,474м²°С/Вт, Þ по СНиП II-3-79*, прил. 6*(К) принимаем окно остекленное в деревянных переплетах, двойное, спаренное с R_o^Ф = 0,39м²°С/Вт, что удовлетворяет условию: R_o^Ф ³ R₀^тр.

1. Выполнение требований по допустимому сопротивлению воздухопроницанию: R_и^Ф ³ ³ R_и^тр.

Требуемое сопротивление  воздухопроницанию определяется по формуле:

где G_H – нормативная воздухопроницаемость (для окон жилых зданий 6кг/(ч×м²));

DР – разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности окон:

, Па

где Н –  высота здания от середины окна первого  этажа до устья вентиляционной шахты, м.

Рассчитаем R_и^тр:

Па

 м²°С/Вт

 

По СНиП II-3-79* прил. 6 и 10 принимаем окно, остекленное в деревянных переплетах, двойное, спаренное при уплотнении из пенополиуретана с R_И^Ф = 0,26м^».*С/Вт, что удовлетворяет условию: R_И^Ф ³ R_И^тр.

 

 

3.3. Теплозатраты на подогрев вентиляционного воздуха.

 

Теплозатраты  на подогрев воздуха, необходимого для  компенсации естественной вытяжки  из квартиры, рассчитываются только для  жилых комнат по формуле:

где А_П – площадь жилой комнаты, м².

 

3.4. Бытовые тепловыделения.

 

Бытовые тепловыделения рассчитываются для жилых комнат и кухонь по формуле:

Таблица 7. Тепловая мощность системы отопления.

 

№ помещения	Составляющие  баланса				Мощность  системы  QОТ, Вт
	Qтп, Вт	QИ, Вт	QВ, Вт	QБ, Вт
1 этаж
101	919	195	341	87	1201
102	532	183	324	87	802
103	1054	390	1008	271	1715
104	919	195	341	87	1201
105	398	123	-	116	637
106	789	183	628	169	1141
107	398	123	-	125	646
108	532	183	595	160	875
109	352	183	595	160	695
110	398	123	-	108	629
111 (по 107)	398	123	-	125	646
112 (по 106)	789	183	628	169	1141
113	532	183	595	160	875
114	398	123	-	140	661
115 (по 102)	532	183	324	87	802
116 (по 101)	919	195	341	87	1201
117 (по 103)	1054	390	1008	271	1715
118 (по 105)	398	123	-	116	637
119 (по 104)	919	183	341	87	1201
2 этаж
201	951	175	341	87	1213
202	592	164	324	87	843
203	1173	349	1008	271	1793
204	951	175	341	87	1213
205	438	111	-	116	665
206	840	164	628	169	1164
207	438	111	-	125	674
208	592	164	595	160	916
209	592	164	595	160	916
210	438	111	-	108	657
211 (по 207)	438	111	-	125	674
212 (по 206)	840	164	628	169	1164
213	592	164	595	160	916
214	438	111	-	140	689
215 (по 202)	592	164	324	87	843
216 (по 201)	951	175	341	87	1213
217 (по 203)	1173	349	1008	271	1793
218 (по 205)	438	111	-	116	665
219 (по 204)	951	164	341	87	1213
Лестничная  клетка
Л.К.	2179	125	-	-	2304
				Итого: SQОТ	39950

 

В заключение определяем удельную тепловую характеристику здания по формуле;

, Вт/(м³×⁰С)

где V_ЗД – объем здания по наружным размерам без чердака, м³.

, Вт/(м³×⁰С)

 

 

4. Конструирование и расчет системы отопления.

 

Расчет и подбор элеватора

 

Элеватор  выбирается по диаметру горловины d_г в зависимости от располагаемой разности давлений в подающем и обратном теплопроводе на вводе в здание.

Диаметр горловины  элеватора определяется по формуле:

,

где G_CO – расход воды, подаваемой в систему отопления элеватором, кг/ч

;

DР_СО – насосное давление, передаваемое элеватором в систему отопления, Па

;

SQ_OT – тепловая мощность системы отопления всего здания, Вт;

t_г – температура воды в подающей магистрали отопления, ^оС;

t_о – температура воды в обратной магистрали отопления, равна 70^оС;

DР_ТС – разность давлений в теплопроводах теплосети на вводе в здание, Па;

u – коэффициент смешения в элеваторе:

;

t₁₂ – температура горячей воды в подающем теплопроводе теплосети перед элеватор, ^оС.

По исходным данным и вышеуказанным формулам, вычисляем:

;

 Па;

кг/ч;

мм.

По вычисленному d_г выбираем  стандартный элеватор с характеристиками:

Диаметр горловины dг, мм	15
Диаметр трубы dу, мм	40
Длина элеватора l, мм	425

Определяем  диаметр сопла d_с, мм:

, мм

где d_гс – диаметр горловины стандартного элеватора, принятого к установке, мм.

 

Гидравлический расчет теплопроводов

 

Определяем  расчетное циркуляционное давление Р_Ц, Па, ГЦК по формуле

,

где Р_е – естественное давление от отсасывания воды в отопительных приборах:

, Па

где h – высота расположения центра прибора первого этажа относительно оси элеватора, м,

Б = 0,4 (для  двухтрубных систем);

, Па

, Па

Расход подмешиваемой  воды в элеваторе:

, кг/ч