Горячее водоснабжение жилого дома. 3

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики

 

 

 

расчетно-графическая  работа

по дисциплине "ТГВ"

 

 

Тема: «Горячее водоснабжение  жилого дома»

 

 

ОГУ 270105.65.5012.07 ПЗ

 

 

 

                                                                                                        

                                                                                                                                           Руководитель работы

                                                                               ______________ Гребнев Д.В.

                                                                               «__»______________2012 г.

                                                                               Исполнитель

                                                                               студент группы  09 ПГС

                                                                               __________.Черных А.З.

                                                                               «__»______________2012 г.

 

 

 

 

 

 

Оренбург 2012

          Задание на курсовую работу

по дисциплине «Теплоснабжение».

 

Исходные данные:

- Район строительства: г. Брянск;

- Вариант плана и подвала  здания по /3/: В;

- Назначение здания: жилое;

- Этажность: 5 этажей;

- Высоты этажа и подвала  – 3 м;

- Количество жителей ;

- Количество приборов ;

- Система теплоснабжения  – от ТЭЦ, водяная двухтрубная,  без ЦТП, закрытая;

- Типы установленных приборов: ванны, умывальники, мойки, полотенцесушители во всех квартирах;

- Расчетная температура  воды в системе отопления –  95/70 °С;

- Расчетная температура  воды в тепловой сети - 135/70 °С;

- Напор воды на вводе  в здание – 26 м. вод. ст.;

Остальные исходные данные принимаются студентом самостоятельно в соответствии с рекомендациями ГОСТ 51232-98, СНиП 2.04.01 - 85,  СНиП 41-02-2003, СП 41-101-95 и по указаниям /3/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение 4

Выбор системы горячего водоснабжения 5

Тепловой баланс системы. Выбор схемы присоединения подогревателей для    СГВ 5

Расчет секундных  расходов горячей воды 9

Расчет циркуляционных расходов горячей воды 10

Гидравлический расчет трубопроводов 12

Выбор водомера 14

Расчет теплообменника 14

Расчет потерь давления в тепловом узле 16

Подбор циркуляционных насосов 18

Список используемых источников 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В процессе выполнения курсовой работы кроме данных приведенных  в задании потребуются следующие  данные, для расчета принимаемые  по указаниям /3/ и рекомендациям  ГОСТ 51232-98-Вода питьевая, СНиП 2.04.01 – 85-Внутренний водопровод и канализация зданий ,  СНиП 41-02-2003-Тепловые сети, СП 41-101-95-Проектирование тепловых пунктов:

1. Нормы расхода горячей воды и вероятность действия водоразборных приборов;
2. Значения безразмерных коэффициентов α,α';
3. Удельная тепловая характеристика здания;
4. Климатические характеристики района строительства по параметрам Б;
5. Технические характеристики повысительных насосов, счетчиков горячей воды, водо-водяных подогревателей, циркуляционных насосов, фильтров механической очистки, средние значения коэффициента местного сопротивления для конфузоров и для диффузоров (ζ_к и ζ_д)

 

Используя данный перечень исходных данных производим расчеты  и графические построения согласно порядку приведенному в содержании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор системы  горячего водоснабжения

 

При закрытой системе теплоснабжения и отсутствии центрального теплового  пункта (ЦТП) необходимо установить подогреватель  ГВС в МТП. Схема трубопроводов  системы ГВС – с нижней разводкой (здание без чердака,  с подвалом). Все стояки одинакового назначения принимаются диаметрами: водоразборные  25 мм., циркуляционные 15 мм. Полотенцесущители подключаются к подающим стоякам 32мм, выпуск воздуха через краны приборов верхнего этажа.  Трубопроводы прокладываются с уклоном 0,002 … 0,005. Расчетную температуру горячей воды, принимаем за подогревателем t_г=60°С, а в точках водоразбора t_водр=50°С. На основании исходных данных (план этажа и подвала) производим компоновку оборудования МТП и построение аксонометрической схемы трубопроводов системы ГВС и МТП (см. графическую часть). В настоящей работе принимаем, что в однокомнатной квартире проживают 2 человека, в двухкомнатной 3 человека, в трехкомнатной 4 человека.

 Тепловой баланс системы. Выбор схемы присоединения подогревателей для    СГВ

 

Рассчитаем вероятность  действия водоразборных приборов на участках сети в час наибольшего водопотребления, Р_ч:

 

                                                                   (1)

 

где       - норма расхода горячей воды на 1 человека в час наибольшего водопотребления, л/ч; принимаемая по /4/ и равная в данном случае 10 л/ч.;

                - секундный расход воды одним прибором, принимается по /4/ и равный 0,2 л/с;

               -    общее количество водоразборных приборов в здании, шт. (в данном случае 120 шт.);

                -     количество водопотребителей в здании, чел.(в данном случае 130 человек);     

 

По формуле (1) получим:

 

 

 

Тогда произведение , следовательно значение коэффициента α = 1,29 (по таблице В2 из /3/)

Определим часовой расход воды в час наибольшего потребления, :

 

                                             (2)

 

где  - часовой расход воды санитарно-технических приборов системы в целом, л/ч (по /4/ он равен 200 л/ч);

           -  коэффициент, определяемый в зависимости от общего числа приборов N и вероятности их действия системы в целом Рч.

По формуле (2) получим:

 

 

Определим максимальный часовой  расход теплоты на ГВС, кВт:

 

                                (3)

 

где  - см. формулу (2);

         - плотность воды, которую допускается принять равной 1000 кг/м³;

         с -  удельная теплоемкость  воды, равная 4,186 кДж/(кг∙°С);

         - средняя температура воды в водоразборных стояках системы ГВС, принимаемая равной 55 °С;

         - температура холодной воды, которая принимается в соответствии с заданием на проектирование, а при отсутствии данных она принимается равной 5°С;

         - соответственно потери теплоты в подающих и циркуляционных стояках системы ГВС, кВт; но т.к. при проектировании системы ТС диаметры и длины трубопроводов ГВС еще неизвестны, поэтому сумму ориентировочно оценивают коэффициентом 1,06.

 

По формуле (3) получим:

 

 

 

Средний часовой расход теплоты  на ГВС:

                            (4)

 

Рассчитаем расчетный расход теплоты на отопление, кВт:

 

                                          (5)

 

где – поправочный коэффициент для жилых и общественных зданий, равный:

 

                                             (6)

 

      

  – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³ К), (таблица П3.4 из /3/);

          V – наружный объем здания, м³;

             t_ср – средняя температура наружного воздуха в помещениях здания, °С (принимается для жилых зданий +19°С);

          t_но – расчетная температура наружного воздуха, принимаемая равной температуре холодной пятидневки по параметрам Б, °С (таблица В.5 из /3/).

 

По формуле (6) поправочный коэффициент для жилых и общественных зданий равен:

 

                                    а = 0,54 + 22/(20 - (-24)) = 1,04

По формуле (5) расчетный расход теплоты на отопление, кВт:

 

 

 

Относительный расход теплоты  на ГВС определяем по формуле:

 

                                                              (7)

 

где - то же, что в формулах (3) и (5) соответственно.

 

По формуле (7) имеем:

 

 

При ρ < 0,2 и ρ > 1,2 применяется параллельная схема присоединения подогревателей     ГВС;      0,2 < ρ < 1,2      применяются       двухступенчатые

последовательные и смешанные схемы. Однако, если расход теплоты на систему ГВС не превышает 2 МВт, то к установке следует принимать параллельную схему подключения подогревателей горячей воды независимо от числового значения .

Так как в данном случае, ρ > 1 то к установке принимаем параллельную схему присоединения подогревателей ГВС (см. графическую часть).

Определим значения расчетных  расходов сетевой воды на отопление, ГВС и суммарный расход сетевой  воды

Расчетные расходы сетевой  воды кг/ч, при качественном регулировании  отпуска теплоты в закрытых системах теплоснабжения определяется по соотношениям:

- на отопление

                                                      (8)

 

- средний расход сетевой воды на ГВС при параллельной схеме

 

                                                           (9)

 

-   максимальный расход сетевой воды на ГВС при параллельной схеме

 

                                                     (10)

 

- суммарный расчетный расход сетевой воды

 

                                          (11)

 

где, τ₁, τ₂ – температура сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при температуре наружного воздуха, соответствующей расчетной температуре для системы отопления, °С (в данном случае, согласно заданию, τ₁=135°С, а τ₂=70°С);

         τ₁', τ₂' – температура сетевой воды в подающем трубопроводе и после параллельно включенных подогревателей ГВС при температуре наружного воздуха, соответствующей точке излома температурного графика (рекомендуется принимать τ₁'= 70 °С, τ₂' =30 °С);

          k₃ – коэффициент запаса, учитывающий долю среднего расхода воды на ГВС. При < 100 МВт, k₃ = 1,2; при > 100 МВт, k₃ = 1);

 

          - то же, что в формулах (3), (4), (5).

По формулам (8) - (11) получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Расчет секундных  расходов горячей воды

 

В зависимости от степени  благоустройства здания установлены нормы расхода горячей воды /4/. Однако ввиду периодичности потребления фактический расход воды может значительно отличаться от нормативного, поэтому гидравлический расчет трубопроводов системы ГВС производят по фактическим секундным расходам, которые принимаются за расчетные.

Расчетный секундный расход горячей воды, л/с, на участках трубопровода определяется по формуле:

 

                                                   (12)

 

где q - расход горячей воды одним водоразборным прибором в л/с (таблица П.3.1 из /3/). Если на расчетных участках установлены различные по производительности водоразборные приборы, то следует значение q принимать для прибора, расход горячей воды для которого наибольший;

    α - безразмерная величина (таблица В.2, В.3);

 

На аксонометрической  схеме трубопроводов выделяем расчетную, т.е. наиболее протяженную и загруженную магистраль, которая начинается в точке присоединения наиболее высоко расположенного водоразборного прибора к самому удаленному от подогревателя стояку (см. графическую часть – магистраль 1-12). Все остальные подводящие трубопроводы и водоразборные стояки считаются ответвлениями. Результаты расчета секундных расходов воды на каждом расчетном участке приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Расчет секундных  расходов горячей воды

Участок №	Кол-во водоразб.приборов N,шт	Кол-во потребителей U,чел.	U/N	Расход воды, л/с			Вероятность действия прибора  Р	N·Р	α	Секундный расход воды Gс, л/с
				q,л/с	qч,л/с	qч/q,л/с
1–2	1	4	4	0,14	7,90	56,43	0,06	0,06	0,289	0,202
2–3	2	4	2	0,2	10	50,00	0,03	0,06	0,289	0,289
3–4	3	4	1,33	0,2	10	50,00	0,02	0,06	0,289	0,289
4–5	3	4	1,33	0,2	10	50,00	0,02	0,06	0,289	0,289
5–6	6	8	1,33	0,2	10	50,00	0,02	0,11	0,357	0,357
6–7	9	12	1,33	0,2	10	50,00	0,02	0,17	0,425	0,425
7–8	12	16	1,33	0,2	10	50,00	0,02	0,22	0,467	0,467
8–9	15	20	1,33	0,2	10	50,00	0,02	0,28	0,523	0,523
9–10	30	35	1,17	0,2	10	50,00	0,02	0,49	0,664	0,664
10–11	45	45	1,00	0,2	10	50,00	0,01	0,63	0,753	0,753
11–12	90	65	1,08	0,2	10	50,00	0,02	0,90	0,916	0,916
12-13	120	130	1,08	0,2	10	50,00	0,02	1,81	1,353	1,353

 

 

 

Расчет  циркуляционных расходов горячей воды

 

Для определения циркуляционных расходов выполним расчет потерь теплоты в магистральных трубопроводах и водоразборных стояках.

                             (13)

          Q_пот – тепловые потери расчётного участка, Вт;

π – число «пи» равное 3,14;

d_н – наружный диаметр неизолированной трубы участка, м;

ℓ – фактическая длина расчётного участка, м;

k – коэффициент теплопередачи неизолированного трубопровода, принят равным 10,63 Вт/(м²·°С);

t_ср – средняя температура воды в СГВ, равна 55 °С;

t_окр – температура окружающего трубу воздуха: в подвале здания равна 5 °С, а в ванной комнате равна 25 °С;

η – коэффициент полезного  действия изоляции, принят равным 0,7 для изолированных участков, а для неизолированных выражение (1 – η) в формуле не участвует.

 

Полотенцесушитель:

 

 

Этажестояк не изолированный:

 

 

 

Подводка к стояку в  подвале изолированная:

 

 

 

Суммарные потери теплоты  в стояке через 5 этажей и одну подводку

                                                      (14)

 

 

 

Необходимый циркуляционный расход:

 

 

                                                   (15)

 

Q_пот – тепловые потери, Вт;

ρ- плотность воды, принимается  равной 1000 кг/м³;

с- теплоемкость горячей  воды, принимается равной 4,2 кДж/кг∙К;

t_г – температура горячей воды на выходе из подогревателя, принимается равной 60 °С;

t_разб – температура горячей воды у водоразборных приборов, принимается равной 50 °С.

Подставляя значения в формулу (15)  получаем:

 

кг/ч

 

Аналогично рассчитываются циркуляционные расходы на других стояках, результаты расчета представлены в  таблице 2.

Таблица 2- Расчет циркуляционных расходов горячей воды

Участок №	Наружный диаметр dн,м	π·k	Темпер.напор Δt,˚С	Длина участка ,м	1-η	Потеря тепла Qп,Вт	Циркул. расход Gц,л/с
	Потери теплоты в стояках 1,2,3,4,5,6,7,8 и в подводке
Полотенцесушитель	0,0423	33,38	30	1,5	1	63,54
Этажестояк	0,0335	33,38	30	3	1	100,641
Участок 8-а	0,0335	33,38	50	3,61	0,3	60,45
Теплопотери в стояке						820,9
Теплопотери в стояке с подводкой						881,35	0,024
Потери теплоты в магистрали к стояку Г.ст 8
Участок а-9	0,0335	33,38	50	3,7	0,3	62,05	0,001
Участок 9-10	0,0335	33,38	50	8,6	0,3	144,22	0,003
Участок 10-11	0,0335	33,38	50	0,4	0,3	6,71	0,001
Участок 11-12	0,0335	33,38	50	14,4	0,3	241,49	0,006
Участок 12-13	0,0335	33,38	50	1,7	0,3	28,51	0,001
Всего:						482,98	0,011
Потери теплоты в магистрали к стояку Г.ст 1
Участок 13-Г.ст 1	0,0335	33,38	50	24,2	0,3	405,9	0,009
Всего потерь теплоты:
ΣQi=881,35·8+482,98+405,9=7939,68
Gц=7939,68/4,2·1000·(60-50)=0,19 л/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Гидравлический расчет трубопроводов

Гидравлический расчет начинается с расчета главного циркуляционного  кольца- самого протяженного через  стояк 8. Затем рассчитываем ответвления  от этого контура к присоединенным стоякам 7, 6 и 5.

Располагаемый напор в  контуре определяется по формуле

Н_р=Н_в-Н_геом-ΣН-Н_св

Н_в- напор воды на вводе в здание, м;

Н_геом- геометрическая высота подачи воды от оси трубопровода, подающего холодную воду, до оси наиболее расположенного прибора, м;

ΣН- сумма потерь напора в  системе ГВС здания, которая складывается из потерь в тепловом узле здания и  системе трубопроводов, м;

Н_св- свободный напор, м, принимается равным 2 м для раковин, моек, смесителей умывальников и 3 м для смесителей ванн и душевых кабинок.

Н_р= 26-15,9-21,701-3=-14,601 м

Т.к. напор в системе  ГВС превышает располагаемый, то необходимо подобрать повысительный насос. Повысительный насос подбирается по напору, который равен 14,601м, и расход. По таблице В.6/1/ подбираем повысительный насос:

 

Повысительный насос подбирается по расходу воды в системе G_ч=4,644 м³/ч и по напору который в данном случае равен 14,801 м - насос марки GRE 5 с подачей 5 м³/ч, максимальное давление 24 бар и КПД 66%.

 

Расчет кольца через стояк 7:

Н_р=4 м

Невязка: < 10%

Нет необходимости установки  дроссельной диафрагмы.

Расчет кольца через стояк 6:

Располагаемый напор: Н_р=4+0,488+0,057=4,608 м

Невязка: < 10%

Нет необходимости устанавливать  дроссельную диафрагму.

Расчет кольца через стояк 5:

Располагаемый напор: Н_р=4,608+0,283+0,017=4,908 м

Невязка: < 10%

Нет необходимости устанавливать  дроссельную диафрагму.

Результаты расчета приведены  в таблице 3.

 

Таблица 3- Гидравлический расчет трубопровода

Участок №	Расход воды, л/с			Длина участка l, м			Диам.трубы d, мм	Скорость воды w, м/с	Удельные потери напора i, мм	Потери напора  ΔН, м	Примечание
	Горячей Gс	Циркул Gц	Gc+Gц	Действ длина l,м	Эквив.длина lэ,м	Расчетная длина lр,м
13-12	1,353	0,001	1,354	1,7	0,34	2,04	40	1	90	0,287
12–11	0,916	0,003	0,919	14,4	2,88	17,28	40	1	90	0,340
11–10	0,753	0,001	0,754	0,4	0,08	0,48	32	1,2	150	1,594
10–9	0664	0,003	0,667	8,6	1,72	10,32	32	0,8	85	0,283	4,07
9–8	0,523	0,003	0,526	7,31	1,46	8,77	32	0,8	60	0,488
8–7	0,467	0,004	0,471	3	1,50	4,5	25	1	190	2,050
7–6	0,425	0,004	0,429	3	1,50	4,5	25	1	190	0,855
6–5	0,357	0,004	0,361	3	1,50	4,5	25	0,6	80	0,360
5–4	0,289	0,004	0,293	6,3	1,2	7,56	25	0,55	60	0,567
Ц.ст 1		0,004	0,004	14,5	2,90	17,40	15	0,15	9	0,157
8'–9'		0,003	0,003	7,31	1,46	8,77	15	0,14	7	0,08
9'–10'		0,003	0,003	8,6	1,72	10,32	15	0,14	7	0,057
10'–11'		0,001	0,001	0,4	0,08	0,48	15	0,12	5	0,017
11'–12'		0,003	0,003	7,8	2,88	17,28	15	0,14	7	0,074
12'–13'		0,001	0,001	1,7	0,34	2,04	15	0,12	5	0,019
6,9
Расчет кольца через стояк  2
9–Г.ст 2	0,61	0,003	0,613	3,61	0,72	4,33	25	1,5	400	1,733	3,702
Г.ст 2–Ц.ст 2										1,94
Ц.ст 2–9'		0,003	0,003	3,61	0,72	4,33	15	0,14	7	0,030
Расчет кольца через стояк 3
10–Г.ст 3	0,742	0,001	0,743	3,61	0,72	4,33	25	1,7	550	2,383	4,344
Г.ст 3–Ц.ст 3										1,94
Ц.ст 3–10'		0,001	0,001	3,61	0,72	4,33	15	0,12	5	0,022
Расчет кольца через стояк  4
11–Г.ст 4	0,86	0,003	0,863	3,61	0,72	4,33	25	1,8	600	2,598	4,568
Г.ст 4–Ц.ст 4										1,94
Ц.ст 4–11'		0,003	0,003	3,61	0,72	4,33	15	0,14	7	0,030

 

 

 

 Выбор водомера

Счетчик расхода воды  в закрытых системах теплопотребления устанавливают на вводе трубопровода в здание до подогревателя ГВС с обязательным устройством обводного трубопровода с запорным устройством.

К установке на вводе трубопровода в квартиру принимаем счетчик холодной воды крыльчатого типа ВСХ.

G_ч=4,644 м³/ч, значит принимаем ВСХ 20 с диаметром _.

   Расчет теплообменника

 

 

 

Площадь межтрубного пространства:

                                                      (15)

 

 

 

Подбираем подогреватель  по ГОСТ 27590-88:

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительные скорости давления воды в трубках и в  межтрубном пространстве:

 

                                                    (16)

                                                    (17)

 

 

 

 

 

Среднее значение температуры  нагреваемой и греющей среды:

 

                                               (18)

                                              (19)

 

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи:

 

                          (20)

                          (21)

 

 

 

 

Коэффициент теплопередачи:

 

                                                    (22)

 

 

 

Среднелогарифмический температурный напор в подогревателе:

 

                                               (23)

 

 

                                                       (24)

 

 

 

Количество секций:

 

                                                            (25)

 

 

Расчет  потерь давления в тепловом узле

 

Потери давления в тепловом узле складываются из потерь давления в подогревателе и сужающемся устройстве

 

                                                 (26)

 

Потери в сужающемся устройстве :

 

                                 (27)

 

 

 

Н_сч- потери давления в счетчике, принимаются по диаграмме 70МПа=7м;

Н_ф- потери давления в фильтре, принимаются по диаграмме, 3м;

Н_l- потери давления по длине сужающегося устройства;

Н_к- потери давления на сжатии потока (конфузор),м;

Н_g- потери давления на расширении потока (диффузор),м

Потери давления по длине  сужающегося устройства  определяются по формуле:

                                         (28)

 

V- скорость теплоносителя, м/с;

λ - коэффициент гидравлического сопротивления трению;

L - длина сужающегося устройства, м;

d - диаметр сужающегося устройства, м

Скорость теплоносителя, м/с, определяется по формуле:

 

                                                              ₍₂₉₎

G_ч- количество теплоносителя, м³/ч

S - площадь поперечного сечения трубы, м²

 

 

 

 

 

                                              ⁽³⁰⁾

 

Re - число Рейнольдса

Число Рейнольдса определяется по формуле:

 

                                                         (31)

 

γ=0,004 см²/с – кинематическая вязкость воды

 

 

 

 

 

Тогда будут равны:

 

 

 

 

Потери давления на сжатие потока:

 

                                                        _⁽³²⁾

 

ς_к - коэффициент местного сопротивления, выбирается по номограмме для переходного конуса 12,5⁰,

 

 

 

Потери давления на расширении потока:

 

                                                        _⁽³³⁾

 

  - коэффициент местного сопротивления, выбирается по номограмме для переходного конуса 12,5⁰, ς_д= 0,23

 

 

 

Подставляя все полученные значения в формулу потерь давления в сужающемся устройстве:

 

 

 

Потери давления в тепловом узле:

 

Подбор  циркуляционных насосов

 

Производительность циркуляционного  насоса рассчитывается по формуле

 

                                      ₍₃₄₎

 

G_ц- циркуляционный расход,  кг/с;

 

G_с- секундный расход, кг/с

 

 

Подбираем насос ЦВЦ 16,0-6,7, с подачей 0,8-25 кг/с, напором 7,7-4 м, мощностью электродвигателя 0,35-0,845 Вт и общим КПД 41 %.

Устанавливается два насоса, один из которых резервный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     Список используемых источников

 

1. Мансуров Р.Ш., Гребнев  Д.В. Система горячего водоснабжения жилого дома. Методические указания по написанию курсовых работ. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2006.
2. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий.
3. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов.
4. Козин В.Е. Теплоснабжение. Учебное пособие для студентов вузов.- М.: Высшая школа, 1980.-408 с.
5. Хрусталев Б.М. Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование.- М.: АСВ, 2008.- 784с.