Энергоснабжение

Исходные  данные     

1. Район  строительства: Камчатский край  

2. Характеристика  наружных ограждений здания:  

 а)  толщина наружной стены 400 мм  с коэффициентом   теплопередачи

0,236 Вт/(м2*0С);   

 б)  толщина перекрытия над неотапливаемым подвалом 300 мм с коэффициентом теплопередачи 0,2 Вт/(м2*0С);  

 в)  толщина чердачного перекрытия 450 мм с коэффициентом  

 теплопередачи  0,193 Вт/(м2*0С);  

 г)  окна тройные в деревянных  раздельно-спаренных переплетах  с  

 коэффициентом  теплопередачи 1,818 Вт/(м2*0С);  

 д)  наружные двери с коэффициентом  теплопередачи  

1,67 kнс = 0,394 Вт/(м2*0С);  

 е)  коэффициент теплопередачи внутренней  стены 1,63 Вт/(м2*0С).  

3. Снабжение  здания теплом предусматривается  от тепловой сети с  

параметрами на вводе:  

 Т₁ = 150 0С, Т₂ = 70 0С;  

4. Дополнительные  данные:  

 а)  высота этажа 3,0 м;  

 б)  система отопления с верхней  разводкой, тупиковым движением  воды;      

СОДЕРЖАНИЕ      

1.Введение   

2.Расчет  тепловых потерь здания  

2.1.Расчет  теплопотерь через ограждающие конструкции   

2.2.Расчет  расхода теплоты на нагрев  инфильтрующегося воздуха  

 через  ограждающие конструкции  

2.3.Расчет  бытовых теплопоступлений  

2.4.Тепловой  баланс здания  

2.5.Расчет  удельной тепловой характеристики  здания  

3. Конструирование  систем отопления  

4. Расчет  поверхности отопительных приборов   

4.1.Расчет  плотности теплового потока отопительного  прибора  

4.2.Расчет  тепловой нагрузки отопительного  прибора  

5.Гидравлический  расчет теплопроводов системы  водяного отопления  

5.1.Гидравлический  расчет теплопроводов системы  водяного отопления  

 по  удельным линейным потерям давления   

5.2.Гидравлический  расчет теплопроводов системы  водяного отопления  

 по  характеристикам сопротивления  и проводимостям  

6.Расчет  воздухонагревателей лестничных  клеток  

6.1.Расчет  поверхности нагревающих элементов   

6.2.Гидравлический  расчет трубопроводов лестничной  клетки  

7.Расчет  и подбор гидравлического элеватора   

 Литература                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВВЕДЕНИЕ      

 Потребление  энергии в нашей стране, неуклонно  возрастает и, прежде всего  для тепло обеспечения зданий  и сооружений.  

 Основными  среди тепло затрат на коммунально-бытовые  нужды в зданиях (отопление,  вентиляция, кондиционирование воздуха,  горячего водоснабжения) являются  затраты на отопление. Это объясняется  условием эксплуатации зданий  в холодное время года, когда  теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения, поэтому используют отопительные установки для поддержания необходимой температуры.  

 Отопление  - искусственное обогревание помещений  зданий, является отраслью строительной  техники. Монтаж стационарной  отопительной установки проводится  в процессе возведения зданий, ее элементы при проектировании  со строительными конструкциями  и сочетаются планировкой и  интерьером помещений. Так же  отопление - один из видов технологического  оборудования здания. Для создания  и поддержания теплового комфорта  требуются технически совершенные  и надежные отопительные приборы.   

 Эффективность  действия отопительных установок  обеспечивается путем оптимизации  проектных решений с применением  ЭВМ, придания установке надежности  в эксплуатации в эксплуатации  автоматического поддержания необходимой  температуры теплоносителя. Исследуются  режимы эксплуатации, способы управления  отопительной установкой для  экономии тепловой энергии.         
 
 
 

2. РАСЧЕТ  ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ЗДАНИЯ     

2.1. Расчет  теплопотерь через ограждающие конструкции      

  Далее определяем высоту этажей  и высоту здания:  

h1=2,6+(пл+(птэ=2,6+0,5+0,3=3,4 м;  

h2,3,4=2,6+(птэ=2,6+0,3=2,9 м;  

h5=2,6+(птч=2,6+0,5=3,1 м;  

H=h1+h2+h3+h4+h5+0,3=3,4+2,9+2,9+2,9+3,1+0,7=15,9 м.  

 Основные  потери теплоты Qо, Вт, через рассматриваемые ограждающие конструкции зависят от разности температуры наружного и внутреннего воздуха и рассчитываются с точностью до 10 Вт по формуле:     

Qo = A*k*(tв - tн)*n, (2.1)     

 где  n - коэффициент, принимаемый в  зависимости от положения наружной  поверхности ограждающих конструкций  по отношению к наружному воздуху  по табл. 2.1;  

 tв - расчетная температура воздуха помещения, 0С, принимаемая по табл. 2.2. (для компенсации дополнительных теплопотерь при наличии в помещении двух и более наружных стен в угловых помещениях жилых зданий повышают расчетную температуру внутреннего воздуха на 2№С);  

 tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха, 0С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, принимаемая по [1];  

k - коэффициент  теплопередачи наружного ограждения,   

Вт/(м2*№С);   

 А  - расчетная поверхность ограждающей  конструкции, м2.  

 Вычисление  теплопотерь производят для каждого помещения здания отдельно. Расчет теплопотерь помещения сводим в табл.1.  

 Дополнительные теплопотери, определяемые ориентацией ограждений по сторонам света (в долях от основных теплопотерь), рассчитываются как  

Qд.ор = Qо* ?ор, (2.2)     

где ?op - коэффициент добавки на ориентацию (рис.2.1);   

 Qo - основные теплопотери через данное ограждение, Вт.  

Рис. 2.1. Значения коэффициента добавок на ориентацию      

2.2. Расчет  расхода теплоты на нагрев  инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции     

 Рассчитаем  затраты теплоты для нагревания  инфильтрующегося воздуха в помещении 101 по формулам (2.3), (2.4) и примем к дальнейшему расчету большую из величин.  

 Расход  теплоты Qн.тв, Вт для жилых зданий     

Qн.тв = 0,28*(Gи*c*(tв - tн )*k, (2.3)     

 где  Gи - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения;   

 с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг*№С);  

k - коэффициент  учитывающий влияние встречного  теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен  и окон с тройными переплетами; 0,8 для окон и балконных дверей  с раздельными переплетами; 1 для  одинарных окон, окон и балконных  дверей со спаренными переплетами  и открытых проемов;  

 tв, tн - расчетные температуры воздуха,№С, соответственно в помещении (средняя с учетом повышения для помещений высотой более 4 м) и наружного воздуха в холодный период года.     

 Расход  теплоты Qн.в., Вт, на нагревание инфильтрующего воздуха в помещениях жилых зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемой подогретым приточным воздухом     

Qн.в = 0,28*Lн*(н*c*(tв - tн ), (2.4)     

 где  L - расход удаляемого воздуха  не компенсируемый подогретым  приточным воздухом, м3/ч, для жилых  зданий принимаем равным 3 м3/ч  на 1 м2 площади жилых помещений и кухни;   

 (н, (в - плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м3, определяем по формуле  

(н = 353/(273+tн ), (в = 353/(273+ tв), (2.5)     

(н = 353/(273 - 40) = 1,515, (в = 353/(273 + 22) = 1,197                     
 
 
 
 
 
 
 
 

 Расход инфильтрующего воздуха в помещении (Gи, кг/ч, через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле     

(Gи = (0,216*(F1*?p0,67)/Ru + (F2*G*н *(?p/?p1)0,67, (2.6)     

 где F1, F2 - соответственно площадь, м?, световых проемов (окон, балконных дверей, фонарей) и наружных ограждений, принимаем из табл.1;   

 Ru - сопротивление воздухопроницанию, (м2*ч*Па/кг), окон, балконных дверей и фонарей, принимаемое по [2];  

G*н  - нормативная воздухопроницаемость  наружных ограждающих конструкций,  кг/(м2*ч), принимаемая по [2];  

?p, ?p1 - расчетная разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окон, балконных дверей и фонарей, наружных дверей, ворот и открытых проемов, щелей, стыков стеновых панелей на расчетном этаже и на уровне пола первого этажа.  

 Расчетная  разность давлений ?p, Па, воздуха на наружную и внутреннюю поверхность ограждений, в общем случае зависящая от величины гравитационного (теплового) и ветрового давления и работы системы вентиляции, определяется для каждого этажа и помещения отдельно по формуле     

?p =(H - h)*((н  -(в)* g + 0,5*pн*v?*(cн - cп)*kv - pint, (2.7)     

 где  Н - высота здания, м;  

h - расчетная  высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей, дверей, ворот, проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей;   

g - ускорение  силы тяжести, м/с2;  

v - скорость  ветра, м/с принимаем по[1];  

 сн, сп - аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания соответственно, принимаемые по [4]: сн = 0,8, сп = 0,6;  

 kv - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания принимаем по табл.2.3 [8];  

 pint - условно-постоянное давление воздуха в здании, Па, принимаемое при практических расчетах для жилых зданий с естественной вентиляцией pint = 0.     

?p =(11,05 - 3,4)*(1,515 - 1,197)*9,81+ 0,5*1,515*42*(0,8 + 0,6)*0,4 = 30,65 Па   

?p1 =(11,05 - 1)*(1,515 - 1,197)*9,81+ 0,5*1,515*42*(0,8 + 0,6)*0,4 = 38,14 Па   

(Gи=0,216*2,1*30,650,67/ 0,56 + 33,12*0,5*(30,65/38,14) 0,67 = 22,33 кг/ч     

Qн.тв = 0,28*22,33*1*(22+40)*0,8 = 310 Вт  

Qн.в = 0,28*(3*4,9*3,3)*1,515*1*(22+40) = 1276 Вт.  

 Так  как большая величина получается по формуле (2.4) дальнейшие расчеты инфильтрующего воздуха в помещении производим по этой формуле и заносим в таблицу 1.     

2.3. Расчет  бытовых теплопоступлений     

 Значения  бытовых тепловыделений, поступающих  в комнаты и кухни жилых  домов, следует принимать в  количестве 21 Вт на 1 м2 площади пола и определяется по формуле (2.8) и результаты расчета заносим в таблицу 1 графа 13.  

Qбыт = 21*Fп, (2.8)     

 где  Fп - площадь пола отапливаемого помещения, м2.       
 

2.4. Тепловой  баланс здания     

 Для  компенсации теплопотерь через наружные ограждения устраивают системы отопления.   

 Расчетные  теплопотери помещений жилого здания (Qтп вычисляют по уравнению теплового баланса     

(Qтп = Qо + (Qд + Qн - Qбыт, (2.9)     

 где  Qо - основные потери теплоты через ограждающие конструкции здания, Вт;  

(Qд - суммарные добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции здания, Вт;  

 Qн - добавочные потери на инфильтрацию, Вт;   

 Qбыт - бытовые тепловыделения, Вт.       
 

2.5. Расчет  удельной тепловой характеристики  здания     

 Удельную  характеристику определяем по  формуле     

qуд=P/FЈ(k+(Ј(kок-kст))+1/HЈ(0,9kпт+06, kпт), Вт/(м?№С). (2.9)     

где P - периметр здания, м;  

F - площадь  здания, м?;  

tв - средняя температура воздуха в отапливаемых помещениях, №С;  

( - коэффициент,  учитывающий остекление (отношение  площади остекления к площади  ограждения);  

H - высота  здания, м;  

kок, kст, kпт, kпт - коэффициенты теплопередачи окон, стен, потолков, полов, Вт/(м?№С), соответственно, принимаемые по данным теплотехнического расчета.  

 Теплотехническую  оценку проектируемого здания  производят сравнением фактической  удельной характеристики здания  с нормативной удельной тепловой  характеристикой на отопление значения которой приведены в табл.2.4.[8].  

qуд=74,8/317,48Ј(1,28+0,114Ј(1,19-0,26))+1/15,9Ј(0,9Ј0,28+0,6Ј0,27)=0,35 Вт/(м?№С).  

 Здание  отвечает теплотехническим требованиям.      

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ  СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ     

3.1. Выбор  систем водяного отопления зданий      

 При  проектировании систем отопления  необходимо обеспечить расчетную  температуру и равномерное нагревание  воздуха помещений, гидравлическую  и тепловую устойчивость, взрывопожарную  безопасность и доступность очистки  и ремонта. Для жилых зданий  необходимо принимать при температуре  теплоносителя 105№С однотрубные системы отопления с радиаторами или конвекторами. Вертикальные однотрубные системы обладают лучшей тепловой и гидравлической устойчивостью, чем двухтрубные.  

 Магистральные  трубы систем водяного отопления  прокладываем с верхней разводкой.  Для удобства обслуживания в  системах с верхней разводкой  размещение подающих магистралей  предусматривают на чердаке или  техническом этаже на высоте 200...300 мм от верха перекрытия и  на расстоянии 1-1,5 м от наружной  стены, обратные - в подвале, технических  подпольях или каналах. Магистрали  с верхней разводкой труб проектируем  тупиковыми, как более экономичные по расходу труб, чем магистрали с попутным движением воды.  

 Разделяем  систему отопления на две части  (ветви) одинаковой длины и  примерно с равными тепловыми  нагрузками.     

3.2. Выбор  и размещение стояков     

 Стояки  прокладываем открыто и располагаем  преимущественно у наружных стен  на расстоянии 35 мм от внутренней  поверхности до оси труб при  диаметре < 32 мм. В местах пересечения  стояков и подводок огибающие  скобы устраивают на стояках  изгибом в сторону помещения.  

 Проектируем  однотрубные стояки с односторонним  присоединением отопительных приборов  и подводками одинаковой длины  (1 ? 500 мм). При этом стояк однотрубной системы размещаем на расстоянии 150 мм от откоса оконного проема.  

 В  угловых помещениях стояки рекомендуют  размещать в углах наружных  стен во избежание конденсации  влаги на внутренней поверхности.      

 Для  отопления жилых зданий устанавливаем  регулируемые и проточно - регулируемые  стояки и стояки с осевыми  и смещенными замыкающими участками.  Эти системы обладают высокой  гидравлической и тепловой устойчивостью  и имеют хорошие экономические  показатели по трудозатратам  и расходу металла. При непарных  отопительных приборах восходящую  часть стояков делают "холостой".   

 Главный  стояк системы отопления с  верхней разводкой прокладываем  в нише внутренней стенки лестничной  клетки.     

3.3. Выбор  и размещение отопительных приборов      

 Отопительные  приборы размещаем под световыми  проемами в местах, доступных  для осмотра, ремонта и очистки.  Длина отопительного прибора  должна быть не менее 75% длины  светового проема. Если приборы  под окнами разместить нельзя, то допускается их установка  у наружных или внутренних  стен, ближе к наружным.  

 В  угловых помещениях приборы размещаем  на обеих наружных стенах. При  таком размещении движение восходящего  теплового воздуха от отопительных  приборов препятствует образованию  ниспадающих холодных потоков  от окон и холодных поверхностей  стен и попаданию их в рабочую  зону.  

 Отопительные  приборы в жилых зданиях устанавливаем  на расстоянии 60 мм от пола. Это  позволяет обеспечивать равномерный  прогрев воздуха у поверхности  пола и в рабочей зоне.  

 Отопительные  приборы в лестничных клетках  размещаем на первом этаже.  Отопительные приборы не следует  размещать в отсеках тамбуров, имеющих наружные двери. Отопительные приборы устанавливаем так, чтобы они не сокращали ширину лестничных маршей и площадок, не мешали продвижению людей. Отопительные приборы лестничных клеток следует присоединять к отдельным магистралям и стоякам систем отопления по однотрубной проточной схеме. В качестве отопительных приборов лестничных клеток могут применяться ребристые трубы, конвекторы, стальные панели, радиаторы.  

 Схему  системы отопления разрабатываем  во фронтальной аксонометрической  проекции в масштабе М 1:100, начиная  от ввода в здание и заканчивая  выходом из здания.       
 

4. ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ     

 Отопительные  приборы являются основным элементом  системы отопления и должны  отвечать определенным теплотехническим, санитарно-гигиеническим, технико-экономическим,  архитектурно-строительным и монтажным  требованиям.  

 Перед  дальнейшим расчетом размещаем  на плане этажа отопитеоьные приборы в соответствии со следующими требованиями:   

 Радиаторы  размещаем у наружной стены,  преимущественно под окнами. В  угловых помещениях стояки размещаем  в углах во избежании промерзания стен.  

 Присоединение  отопительных приборов к теплопроводу  осуществляем по схеме "сверху-вниз".      

3.1. Расчет  плотности теплового потока отопительного  прибора     

 В  начале расчета номеруем стояки  с верхнего левого угла по  часовой стрелке. В каждом стояке  номеруем отопительные приборы.  Приборы начинаем нумеровать  с верхнего этажа до нижнего.  

 Тепловую  нагрузку стояка находим по  формуле     

Qст=(Qп, Вт (3.1)     

где (Qп - тепловая нагрузка всех приборов, присоединяемых к стояку, Вт;  

Температура воды поступающая в прибор определяется      

tвх=tг-((QпЈ(tг-tо)/Qст), №С (3.2)     

где (Qп - тепловая нагрузка приборов выше расположенных этажей, Вт;  

tг -температура воды на входе в систему отопления, принимаем равной 105№С;  

tо -температура воды на выходе из системы отопления, принимаем равной 70№С;  

Количество  воды, проходящей через стояк, рассчитываем по формуле     

Gст=3,6Ј(1Ј(2ЈQст/сЈ(tг-?tп.м-tо), кг/ч (3.3)     

где (1 - коэффициент учета дополнительного  теплового потока, устанавливаемых  отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины, принимаем  для радиаторов и конвекторов  по таб.4.1[8]; (1=1,04;  

(2- коэффициент  учета дополнительных потерь  теплоты отопительных приборов  у наружных ограждений, принимаем  по таб.4.2[8];(2=1,02.  

с - удельная теплоемкость воды, с=4,187 кДж/(кг№С).  

 В  соответствии с расходом воды  в стояке принимаем диаметр  стояка, подводок и замыкающих  участков по прил.2[8].  

 Средняя  температура воды в каждом  отопительном приборе определяется      

tср= tвх -(0,5Ј(1Ј(2ЈQт.пЈ3,6/сЈGпр), №С (3.4)     

Средний температурный напор в каждом отопительном приборе рассчитывается      

?tср=tср-tв, №С (3.5)     

Плотность теплового потока прибора определяется по формуле     

qпр=qномЈ(?tср/70) 1+nЈ((ЈGст /360) РЈспр, Вт/м? (3.6)  

где ( - коэффициент замыкания, для осевого  замыкающего участка (=0,33, для смещенного (=0,5.  

qном - номинальная плотность теплового потока, Вт/м?, принимаем по прил.7[]; qном =758 Вт/м?;  

n,p,cпр - показатели степени и коэффициент, принимаемый по прил.7[]; n=0,3;p=0; спр=1.     

3.2. Расчет  тепловой нагрузки отопительных  приборов     

 Необходимая  тепловая нагрузка в рассматриваемом  помещении определяется:     

Qпр=Qт.п-(трЈQтр, Вт (3.9)     

где (тр - поправочный коэффициент, учитывающий теплоотдачу трубопроводов, полученную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении, для открыто проложенных труб, принимаем равным 0,9;  

Qтр - теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб, стояков и подводок, к которым непосредственно присоединен прибор,     

Qтр=qвЈlв+qгЈlг, Вт (3.10)     

где lг, lв - длина горизонтальных и вертикальных труб стояка и подводок в пределах помещения, м;  

qг, qв - теплоотдача горизонтальных и вертикальных труб, Вт/м, принимаем по прил.4[8].     

3.3. Расчет  поверхности отопительных приборов      

 Расчетная  площадь отопительных приборов  определяется  

Апр=Qпр/qпр, м? (3.11)  

 Принимаем  чугунные радиаторы по расчетной  площади в прил.5[8], уточняем по  ближайшему значению значение  расчетной площади и принимаем  число секций.  

 Все  результаты сводим в таблицы  2,3.     

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ  ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ     

 Целью  гидравлического расчета является  определение диаметров теплопроводов  при заданной тепловой нагрузке  и расчетном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.   

 Гидравлический  расчет системы водяного отопления  выполняем двумя способами:  

1. По  удельной линейной потери давления, когда подбираем диаметр труб  при равных перепадах температуры  воды во всех стояках и ветвях, таких же как расчетный перепад температуры воды во всей системе.  

2. По  характеристикам сопротивления  и проводимости, когда устанавливают  распределение потока воды в  циркуляционных кольцах системы  и получают неравные перепады  температуры в стояках и ветвях.   

Перепады  температуры воды в стояках или  ветвях системы в первом случае принимаем  равными ?tс, во втором случае получаем неравными (допустимое отклонение ?tс =(7№С при ?tс =45№С).