Инженерные системы зданий и сооружений

Санкт-Петербургский  Государственный Политехнический  Университет

 

Инженерно-Строительный факультет

 

Кафедра «Гражданское строительство и прикладная экология»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поянительная записка

 

к курсовому проекту

по  дисциплине

"Инженерные системы зданий и сооружений"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  группы 5015/1

Тыский Д.В.

Проверил: Михеев П. Ю.

 

 

 

 

 

Санкт - Петербург

2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ 3

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ПОМЕЩЕНИЯМИ ЗДАНИЯ 6

3. ОТОПЛЕНИЕ 9

3.1. Выбор и описание системы отопления 9

3.2. Технико-экономическое сравнение и выбор отопительных приборов 9

3.3. Подбор водоструйного элеватора 11

4. ВЕНТИЛЯЦИЯ 13

4.1. Выбор и описание системы вентиляции 13

4.2. Определение воздухообмена и числа вентиляционных каналов 14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16

ПРИЛОЖЕНИЯ 17

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью выполнения  курсовой работы является освоение методологии  проектирования систем отопления и  вентиляции жилых зданий,  выполнении необходимых при этом расчётов и  выборе требуемого оборудования.

        Курсовая работа включает в себя проектирование систем отопления и вентиляции четырёхэтажного двухсекционного жилого здания с чердаком и неотапливаемым подвалом и состоит из расчётно-пояснительной  и графической частей.

Расчеты в работе выполнены в соответствии с СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

Теплотехнический  расчет производится для жилого 2-хсекционного 4-хэтажного здания. Условия эксплуатации – Б.

Теплотехнический  расчёт заключается в определении  толщины теплоизоляционного слоя ограждения, при которой температура на внутренней поверхности ограждения будет выше температуры точки росы и выполняются  санитарно-гигиенические требования  и условия энергосбережения.

В курсовой работе теплотехническому расчёту  подлежат наружная стена, чердачное  перекрытие и перекрытие над неотапливаемым подвалом, конструкции которых показаны на рис. 1.

Рис. 1. Принятые конструкции наружных ограждений:

а) – наружной стены: 1 – внутренняя штукатурка; 2 - основной конструктивный слой (кирпич глиняный); 3 - теплоизоляционный  слой (пеноплекс); 4 – облицовочный слой; б) – перекрытия над подвалом; 1 – настил пола; 2 – цементная стяжка; 3 – теплоизоляционный слой (плиты из каменной ваты «Лайт Баттс»); 4 – железобетонная плита; в) – чердачного перекрытия: 1 – железобетонная плита; 2 – гидроизоляционный слой; 3 – теплоизоляционный слой (плиты из каменной ваты «Лайт Баттс»); 4 – цементная стяжка.

 

Расчёт наружного ограждения;

 

1. Принимается конструкция ограждения (см. рис. 1) с учётом строительных материалов для основного слоя, утеплителя наружной стены и для теплоизоляционных слоёв перекрытий.

Материал  остальных слоёв принимается  из табл.1. прил. 2 [4].

 

2. Определяется требуемое сопротивление теплопередаче, м²·ºC/Вт, по формуле:

 (1.1)

где t_в – расчётная температура воздуха в не угловых жилых комнатах квартир, принимаемается по табл. 3 прил. 2 [4], ºC;

         t_н –  расчётная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, принимается по СНиП 23-01-99 табл. 1[2], ºC;

        n – поправочный коэффициент к расчётной разности температур, который для наружных стен равен 1,0, для чердачных перекрытий – 0,9, для перекрытий над неотапливаемым подвалом со световыми проёмами в стенах – 0,75;

       α_в – коэффициент тепловосприятия от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения, принимаемый для гладких поверхностей равным 8,7 Вт/(м²·ºC);

      ∆t_н – нормируемый перепад между температурами воздуха в помещении и внутренней поверхности наружного ограждения, принимаемый по нормам проектирования жилых зданий для расчёта наружных стен и чердачных перекрытий 4 ºC, перекрытий над подвалом 2 ºC.

 

3. Вычисляется величина градусо-суток отопительного периода (ГСОП):

 (1.2)

где  t_ср.о.п. – средняя температура наружного воздуха в отопительный период при температуре £ 8°С, принимается по СНиП 23-01-99 табл. 1, ºC ;

        z_о.п. –  продолжительность отопительного периода, принимается по СНиП 23-01-99 табл. 1,  сут.

 

4. Определяется требуемое приведённое сопротивление теплопередаче, м²ºC/Вт:

- для наружной  стены жилого здания

 (1.3)

- чердачного  перекрытия и перекрытия над  неотапливаемым подвалом

 (1.3а)

- окон и  балконных дверей:

при ГСОП ≥ 7000

 (1.3б)

при ГСОП ≤ 7000

 (1.3в)

 

5. Поскольку, величина фактического приведённого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R_o должна быть не менее требуемых значений R_o^тр и , в дальнейшем расчёте используем большее из указанных значений требуемого сопротивления теплопередаче для каждого конкретного вида ограждения.

 

6. Для наружных стен и перекрытий рассчитывается толщина искомого слоя ограждения (утеплителя) из условий приведенного равенства:

 (1.4)

минимальная толщина искомого слоя

 (1.5)

где          (1.6)

Здесь        (1.7)

R₁, R_x, R_n – сопротивления теплопередаче отдельных слоёв ограждения, м²·ºC/Вт; R_в, R_н – сопротивления теплопередаче соответственно от воздуха помещения к внутренней поверхности ограждения и от наружной поверхности – к наружному воздуху, м²·ºC/Вт; δ₁,δ_х, δ_п – толщины отдельных слоёв конструкции ограждения, м; λ₁, λ_х, λ_п – коэфф. теплопроводности материалов, Вт/( м·ºC), принимаемые по [1]; α_н – коэффициент теплопередачи от внешней поверхности ограждения к окружающему воздуху, принимаемый для расчёта наружных стен 23 Вт/(м²·ºC), перекрытий чердачных и над неотапливаемым подвалом с окнами – 12 Вт/(м²·ºC).

Минимально допустимую толщину искомого слоя утеплителя округляем в большую сторону до величины, кратной 10 мм. Пустотные железобетонные плиты чердачного перекрытия для упрощения рассчитываем как монолитные.

7. Определяется фактическое  сопротивление теплопередаче ограждения:

 (1.8)

8. Вычисляется коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²·ºC), по формуле:

 (1.9)

Результаты  расчета представлены в табл. Приложении 2.

 

Пример расчета наружной стены;

Внутренняя  штукатурка  - 20 мм (сухая штукатурка), основной конструктивный слой – 380 мм (кирпич глиняный обыкновенный), теплоизоляционный  слой (пеноплекс), облицовочный слой – 120 мм (цементно-песчаный раствор).

 м²·ºC/Вт;

 ºCсут;

 м²ºC/Вт;

 м²·ºC/Вт;

- согласно данным производителя  принимаем толщину слоя пеноплекса равную 80 мм.

 м²·ºC/Вт;

 Вт/(м²·ºC).

Значения  фактических сопротивлений и  коэффициентов теплопередачи наружных ограждений здания

                            Таблица 1

Наименование наружного ограждения	Условное обозначение	Фактическое сопротивление Rогр, м2·ºC/Вт	Коэффициент теплопередачи kогр, Вт/ м2·ºC
Стена	НС	3,545	0,282
Чердачное перекрытие	ПЧ	4,385	0,228
Перекрытие над подвалом	ПЛ	4,292	0,233
Окно	ДО	0,68	1,471
Балконная дверь	БД	0,68	1,471
Наружная дверь	НД	0,879	1,137

Исходя  из собственных соображений в  качестве настила пола ПЛ принята древесина хвойных пород. Толщина теплоизоляционного слоя для ПЧ = 170 мм, для ПЛ = 160 мм – принята по расчету.

План  здания и разрез представлены в Приложении 1.

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ПОМЕЩЕНИЯМИ ЗДАНИЯ

Ориентация  главного фасада здания – северо-запад.

Определение потерь теплоты помещениями здания производится в соответствии с положениями  СНиП 41-01-2003 и СНиП 41-02-2003.

 

1.В курсовом  проекте тепловыми потерями через  перекрытия в санузлах и коридорах  пренебрегаем ввиду их малости.

 

2. Так как  здание, имеет симметричную форму  в плане и с целью уменьшения объёмов расчётов потери теплоты в жилых комнатах, кухнях, расположенных на всех четырех этажах, и на лестничной клетке определяем только для одной секции здания.

 

3.При расчёте  тепловых потерь через наружную  стену её площадь определяем  без вычета площади окна, а  вычисляя потери теплоты через  окно, в качестве коэффициента  теплопередачи принимаем разность (k_ДО – k_НС).

 

    Потери тепла помещениями здания  складываются из тепловых потерь  через наружные ограждения и  тепловых потерь вследствие инфильтрации  наружного воздуха через поры и неплотности в ограждениях.

                                                            (2.1)

   Тепловые потери для каждого  вида наружного ограждения, Вт, рассчитываются по формуле:

, (2.2)

где F_огр – расчётная площадь ограждения, м²;

      k_огр – коэффициент теплопередачи рассчитываемого ограждения, Вт/(м²·ºC);

      t_в – расчётная температура воздуха в помещении, принимаемая по табл. 3 прил. 2;

      t_н –  расчётная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, принимается по СниП 23-01-99 табл. 1 ºC;

      n – поправочный коэффициент [см. пояснения к формуле 1.1];

      поправочный коэффициент, учитывающий добавочные тепловые потери (в долях основных потерь теплоты), в зависимости от ориентации ограждения по сторонам горизонта и принимается равным 0,1  для СЗ,  СВ, С, В; 0,05 – З, ЮВ и для ЮЗ,Ю – 0. 

    Количество теплоты Q_инф, Вт, требуемое для нагревания наружного воздуха, поступающего в жилые комнаты и кухни вследствие инфильтрации, определяется из выражения:

, (2.3)

где Q_вент – общее количество теплоты, затрачиваемое на нагревание поступающего наружного воздуха, Вт;

        Q_быт – бытовые теплопоступления, принимаемые из расчёта 21 Вт на 1 м² площади пола помещения.

 

Количество  теплоты Q_вент определяется для жилых комнат по формуле:

, (2.4)

где φ – поправочный коэффициент, принимаемый для жилых зданий равным единице;

     F_пом – площадь пола жилой комнаты, м².

Количество  теплоты Q_вент для кухонь определяется по формуле:

               , (2.5)

где V_min – минимальный воздухообмен в квартире, равный для однокомнатной квартиры 110 м³/ч; двухкомнатной – 125 м³/ч; трёхкомнатной – 140 м³/ч;

      ΣF_ж.к – суммарная площадь жилых комнат квартиры, м².

 

После определения  тепловых потерь всеми помещениями  здания Q_зд, Вт (удвоенное значение рассчитанных для одной секции потерь теплоты), следует найти расход теплоты за отопительный период, ГДж, из выражения:

            , (2.6)

где β_пот – коэффициент, учитывающий непроизводительные потери теплоты системой отопления, принимаемый равным 1,1.

Затем нужно  вычислить удельную тепловую характеристику здания, Вт/(м³·ºC), по формуле:

, (2.7)

где V_зд – объем здания без подвала –принять равным 5000 м³;

       а – поправочный температурный коэффициент, вычисляемый для зданий по формуле

, (2.8)

 

Пример расчета для помещения  №101

Ориентация  – СЗ и СВ. Стена 1: ширина 3,8 м, высота 3 м; площадь – 11,4 м2. Стена 2: ширина 5 м, высота 3 м; площадь 15 м2. В каждой стене расположено по одному окну. Температура самой холодной пятидневки -31°.

Разность  температур наружного и внутреннего  воздуха:

22 – (-31) = 53°С.

Коэффициент расчетной разности температур n=1,0. Вт/(м²·ºC) (по расчету). Коэффициент для Стены 1 и Стены 2 = 0,1.

Тепловые  потери для Стены 1:

 Вт;

Тепловые  потери для Стены 2:

 Вт.

Принимаем площадь каждого окна = 2 м². Коэффициент расчетной разности температур n=1,0. Вт/(м²·ºC). Коэффициент для Окна 1 и Окна 2= 0,1.

Тепловые  потери для Окна 1 и Окна 2:

 Вт;

Площадь перекрытия подвала = 3,2х4,4=14,08 м2. Коэффициент расчетной разности температур n=0,75. Вт/(м²·ºC).   Коэффициент = 0.

Тепловые  потери для Перекрытия:

 Вт.

Суммарные тепловые потери через НС, ДО и ПЛ:

Вт.

;

Вт;

Вт;

Вт;

Вт.

Расчет потерь теплоты представлен в Приложении 3.

3. ОТОПЛЕНИЕ

1. Выбор и  описание системы отопления

 Давление  воды в системе отопления –  18000 Па. Тип системы отопления  – централизованная однотрубная  прямоточная с верхней разводкой,  теплоноситель – вода. Температура  на входе в систему - 105°С, на выходе - 70°С.

Отопительные  приборы размещаем под каждым окном в квартирах, а на лестничной клетке – только внизу, у наружных дверей за пределами тамбура. Схема  расстановки приборов представлена на рис. П.1.2 и П.1.3.

2. Технико-экономическое  сравнение и выбор отопительных приборов

После определения  тепловых потерь в соответствии с  заданой разводкой трубопроводов производим расстановку стояков с указанием их номеров и изображение трубопроводов системы отопления на планах здания и графическое изображение аксонометрической схемы системы отопления с показом стояков и отопительных приборов последнего стояка основного циркуляционного кольца. Аксонометрическая схема представлена на рис. П.1.6.

В курсовой работе осуществляется технико-экономическое  сравнение двух типов отопительных приборов одного класса на примере  помещения, где располагается последний  стояк основного циркуляционного  кольца.

Основным  циркуляционным кольцом считается  наиболее протяженное и загруженное  кольцо системы: от теплового центра по главному стояку, подающему магистральному трубопроводу, последнему стояку, обратному  магистральному трубопроводу до теплового  центра.

Мощность  отопительных приборов принимается  на 5-10% больше чем значение тепловых потерь в помещениях здания.

Сравнение отопительных приборов произведено  в таблице 2 для помещения 118 (14,08 м2, Q_пом=1448,30 Вт).

 

   Таблица  2. Технико-экономическое сравнение отопительных приборов

№ п.п.	Наименование  сравниваемого параметра	Наименование фирмы производителя, модель и  значение параметра
		ПИОНЕР 500 (бимет.) Россия	RIFAR B 500 (бимет.) (Россия)
1	Стоимость прибора	1245х2	1800х2
2	Мощность	728х2 Вт	816х2 Вт
3	Срок службы	20 лет	20 лет
4	Комплектность	4 секции х2	4 секции х2
5	Стоимость монтажа	710 руб	710 руб

Исходя  из стоимости приборов и сопоставимой мощности выбираем биметаллические радиаторы ПИОНЕР 500. Изображение прибора см. рис. П.1.7, П.1.8, П.1.9. Окончательный выбор отопительных приборов для всех помещений здания представлен в Приложении 3.

Секционные биметаллические радиаторы  отопления ПИОНЕР 500 (сталь-алюминий).

Конструкция:

• биметаллический радиатор отопления ПИОНЕР (сталь-алюминий)представляет собой оригинальную конструкцию с высоким уровнем дизайна;
• биметаллический радиатор отопления имеет цельносварной стальной сердечник, на который напрессовано тонкостенное оребрение из высококачественного алюминиевого сплава, что обеспечивает высокую теплоотдачу;
• регистр из высоколегированной стальной цельнотянутой трубы исключает контакт теплоносителя с алюминием и препятствует образованию электрохимической коррозии;
• разрушающее давление более 60 атм;
• внушительная толщина коллектора из легированной стали -2,2 мм;
• однодюймовый диаметр присоеденительной трубы;
• количество возможных секций радиатора: 4, 6, 8, 10, 12, 14.

Основные  параметры:

• рабочее давление 2.0 МПа (20 атм.);
• испытательное давление 3.0 МПа (30 атм.);
• максимальная температура теплоносителя 130°С;
• высота радиатора 550 мм;
• межосевое расстояние 500 мм.

3. Подбор водоструйного  элеватора

Водоструйный  элеватор предназначен для снижения температуры сетевой воды (t_с=150ºC), поступающей от ТЭЦ по тепловой сети в тепловой центр здания (рис. 3), до необходимой для подачи в систему отопления воды с температурой t_r=105 ºC. Это происходит путем смешивания сетевой и обратной воды (t_о=70 ºC). Элеватор служит также для создания необходимого давления в системе. Тип: ВТИ – теплосети Мосэнерго. Устройство теплового центра с элеваторным узлом и самого водоструйного элеватора приведено на рис. 3.

 

Основной  расчётной характеристикой для  подбора элеватора является коэффициент  смешения:

         , (3.3.1)

Номер элеватора  выбираем по каталогу в зависимости  от диаметра горловины, мм, который определяется по формуле:

, (3.3.2)

где Q_сист=Q_зд/1000 – тепловая мощность системы отопления, кВт;

Рсист - потери давления в системе отопления в курсовой работе принимаются без расчёта 16кПа.

- принимаем элеватор №1, т.к. d_гор ≤ 18 мм.

Диаметр сопла  элеватора, мм, определяется по формуле:

,   (3.3.3)

где ΔР_с – располагаемая разность давлений воды в теплосети на вводе в здание, кПа. В курсовой  работе принято ΔР_с =150 кПа.

- принимаем 5 мм.

 

Рис. 3. Устройство теплового центра с элеваторным  узлом:

а – общий вид: 1 – манометр; 2 –  задвижка; 3 – термометр; 4 – грязевик; 5 – элеватор; 6 – спускная труба; 7 – перемычка; 8 – водомер;

б – изображение на плане подвала;

в – разрез водоструйного элеватора: 1 – сопло; 2 – камера смешения; 3 –  горловина;

4 – диффузор.

 

4. ВЕНТИЛЯЦИЯ

1. Выбор и  описание системы вентиляции

В работе рассмотрена  естественная система вентиляции, вытяжная по назначению и канальная по конструктивному  исполнению.

Исходя  из задании, необходимо запроектировать систему вентиляции в помещениях кухонь № 105,205, 305, 405.

Расчёт  заключается в определении количества воздуха, которое требуется удалить  из кухни по вытяжным каналам и  числа стандартных каналов сечением 130х140 мм, необходимых для прохода  этого количества воздуха. В каждом из этих помещений следует запроектировать  по одному вентиляционному каналу. Вентиляционные каналы прокладываются во внутренних кирпичных стенах.

                         Рис. 4. Каналы вытяжной естественной вентиляции:

          а – изображение на плане;

          б – продольный разрез: 1 – вентиляционная решетка; 2 – колено; 3 – устье шахты; 4 – зонт;

          в – размещение вентиляционной  решетки.

2. Определение воздухообмена и числа вентиляционных каналов

Количество  воздуха, необходимого для вентиляции квартиры жилого дома, в соответствии с действующими нормами определяется из расчёта 3 м³/ч воздуха на 1 м² жилой площади. При этом следует помнить, что расчётный воздухообмен не должен быть меньше потребного для вентиляции санузла, ванной комнаты (совмещенного санузла) и кухни.

Количество  удаляемого через вентиляционные каналы кухни воздуха, м³/ч определяется по формуле:

          , (4.2.1)

где ΣF_ж.к – суммарная площадь жилых комнат квартиры, м².

м³/ч.

Так как V_кух = -2,6 м³/ч <, в качестве расчетного принимаем V_расч = V_min = 60 м³/ч.

 

Число вентиляционных каналов определяется в следующем порядке:

 

1. Находится расчётное гравитационное давление Pгр, Па, при температуре наружного воздуха t_н, равной + 5ºC, и температуре внутреннего воздуха в жилой комнате t_в, равной + 20ºC, по формуле:

, (4.2.2)

где ρ_н(в) – плотность наружного (внутреннего) воздуха, кг/м³; h – высота вентиляционного канала, м (разность отметок оголовка вентиляционной шахты и центра вытяжной решетки в кухне); g – ускорение силы тяжести.

Плотность воздуха ρ, кг/м³, при температуре t определяется из выражения:

  , (4.2.3)

2. Вычисляется скорость воздуха, м/с, в канале:

, (4.2.4)

где f_кан – площадь вентиляционного канала, м².

 

3. Определяется эквивалентный диаметр канала круглого сечения d_э(v), мм, в котором будут такие же потери располагаемого давления на трение, при той же скорости воздуха, что и в заданном канале прямоугольного сечения:

, (4.2.5)

где А, В – размеры прямоугольного канала, мм.

 

4. С помощью номограммы (рис. 1 прил. 2 [4]) по величине эквивалентного диаметра d_э(v) и скорости v находятся удельная потеря давления (сопротивление) на трение R, Па/м, и динамическое давление Р_дин потока воздуха. Потерю давления на трение вычисляем с коэффициентом шероховатости β_ш=2,0.

 

5. Определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений одиночного канала. В курсовой работе приняты величины ξ следующими: для вытяжной решетки 1,4; для поворота (колена) 1,1 и устья канала при наличии зонта 1,9.

 

6. Определяются потери давления на трение по длине канала (β_ш·R·h), в местных сопротивлениях (Z=P_дин·Σξ) и полные потери давления в канале (β_ш·R·h+Z), Па.

 

7. Сравнивается аэродинамическое сопротивление канала с располагаемым гравитационным давлением. Если (β_ш·R·h+Z) > P_гр, то следует принять на один канал больше, т.е. увеличить в два раза площадь сечения для прохода воздуха и повторить расчёт.

 

Пример расчета для помещения  кухни №114

 кг/м³

 кг/м³

Па;

м;

м2;

м/ч = 0,916 м/с.

С помощью  номограммы находим потерю давление на трение.

R=0,12 Па/м, Р_дин=0,51Па.

Потери давления на трение в канале:

Па.

Суммарный коэффициент  местных сопротивлений канала ∑ξ=4,4.

Потери в  местных сопротивлениях:

Па.

Полные потери давления:

Па.

следовательно оставляем один канал.

Результаты аэродинамического  расчёта сведены в табл. Приложения 5.

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 41-02-2003. Тепловая защита зданий/Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 29 с.
2. СНиП 23-01-99. Строительная климатология/ Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000.-58 с.
3. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование/Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2004. – 54 с.
4. Михеев. П.Ю. Отопление и вентиляция. Методические рекомендации к курсовой работе.  СПбГПУ, 2011. – 36 с.
5. http://www.obogrev.ru
6. http://www.eurocond.ru

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

   

                  

                       Рис. П.1.1. План-схема подвала

 

 

                                                                                                                               

 

                      Рис. П.1.2. План-схема первого этаж