Отопление и вентиляция гражданского здания. 3

Московский государственный  строительный университет.

 

 

 

 

Кафедра отопления и  вентиляции

 

 

 

 

 

Расчётно-пояснительная  записка

для курсового проекта  на тему:

«Отопление и вентиляция гражданского здания»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Группа:

Консультант:

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва

2006

Содержание.

1. Выбор и технологический расчёт наружных ограждающих конструкций.   
1. Климатические характеристики района строительства.
2. Расчётные условия и характеристики микроклимата.
3. Теплотехнические показатели строительных материалов.
4. Определение расчётного сопротивления теплопередаче стен, пола и потолка.
5. Проверка отсутствия конденсации водяных паров в толще ограждающей конструкции.
6. Выбор заполнения оконных проёмов.
2. Определение тепловой мощности системы отопления. 
1. Теплопотери через ограждающие конструкции.
2. Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха.
3. Теплозатраты на подогрев вентиляционного воздуха.
4. Бытовые тепловыделения.
3. Конструирование и расчёт системы отопления. 
1. Размещение отопительных приборов, стояков, магистралей.
2. Гидравлический расчёт теплопроводов
3. Расчёт поверхности и подбор отопительных приборов.
4. Конструирование и расчёт систем вентиляции.
1. Расчёт воздухообмена в помещениях.
2. Конструирование системы вентиляции.
3. Аэродинамический расчёт воздуховодов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор и теплотехнический расчёт наружных ограждающих конструкций здания.

    Конечной целью теплотехнического расчёта является определение коэффициента теплопередачи отдельных элементов ограждающих конструкций здания (наружных стен чердачного и цокольного перекрытий, окон, дверей и т. д.)

Климатические характеристики района строительства.

Значения в таблице  принимаем по приложениям 1, 4

 

Район стр-ва	tн5 (темп. наиб. холодной пятидневки) 0С	tхм (темп. наиб. холодного месяца) 0С	tоп (температура отопительного периода) 0С	zот (продолжит. отопительного периода) сут.	V (скорость ветра) м/с	(относит. влажность воздуха) %	Зона влажности
Минск	-25	-6,9	-1,2	203	4,5	85	норм.

 

1.2.  Расчётные условия и характеристики  микроклимата.

Значения в таблице  принимаем по приложению 2.

 

Температура внутреннего воздуха tв, 0С				Влажность φ, %	Влажностный режим помещения
Угловая комната	Рядовая комната	Кухня	Лестничная клетка
20	18	17	16	55	норм.

    Т. к. t_н5>-31, то t_ук=20⁰, а t_рк=18⁰

 

1.3. Теплотехнические показатели  строительных материалов.

    Значения в таблице  принимаем по приложениям 3 и  5

 

Наименование материала	Условия эксплуатации	ρ кг/м3	λ Вт/(м 0С)	μ мг/(м ч Па)
Керамзито-бетон	Б-норм.	1400	0,65	0,098
Пенопласт	Б-норм.	75	0,07	0,23

ρ – плотность материала;

λ -  коэффициент теплопроводности материала;

μ – коэффициент паропроницаемости  материала.

Вид стены по варианту.

 

 

r=0,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

 

Наименование конструкции	Δtн, 0С (не  более)	n	αв Вт/(м2  0С)	αн Вт/(м2  0С)
Наружные стены	4	1	8,7	23
Пол	2	0,6		6
Потолок	3	0,9		12

 

 Δt^н – нормативный температурный перепад (разница между внешней и внутренней температурой);

   n – коэффициент, показывающий положение ограждения по отношению к окружающему воздуху;

   α_в и α_н — коэф. теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей ограждения.

1.4. Определение расчётного сопротивления 

теплопередаче наружных стен, пола и  потолка.

 

1. Требуемое сопротивление из санитарно-гигиенических условий вычисляется по формуле:

    

  t_в – температура рядовой комнаты           

          Наружные стены :    

                                  Пол :   

                          Потолок :   

2. Из условий энергосбережения градусы суток отопительного периода рассчитываются по формуле:

ГСОП = ( t_в – t_оп ) z_оп

                                       ГООП = (18 + 1,2) 203 = 3897,6

 

ГСОП
	Наружные стены	Пол, потолок
2000	2,1	2,8
4000	2,8	3,7
6000	3,5	4,6
8000	4,2	5,5
10000	4,9	6,4
12000	5,6	7,3

 

По полученному значению ГСОПа можно получить значения требуемых  сопротивлений, интерполируя между  значениями данной таблицы.

 Наружные  стены : 

 Пол и потолок  : 

  3)  Расчётное сопротивление стены равно максимальному из полученных сопротивлений:

Наружные стены 

Пол и потолок 

Определение сопротивления утеплителя теплопередаче.

    Сопротивление  утеплителя вычисляется по формуле:

 

Определение ширины утеплителя.

     Ширина утеплителя  находим по формуле:

    Полученную величину  округляем до величины кратной  5 см в большую сторону:

                                                       

Определение приведённого сопротивления  стены.

    Условное сопротивление стены вычисляется по формуле:

     Приведённое  сопротивление стены вычисляем  по формуле:

Определение приведённого сопротивления  пола и потолка.

    Значение приведённого сопротивления пола и потолка приравнивается к расчётному:

 

 

1.5. Проверка отсутствия конденсации  водяных паров 

в толще ограждающей конструкции.

 

    Конденсация в  толще стены на происходит  если:

e_xi<E_xi

    где e_xi – парциальное давление водяного пара в i–том сечении (упругость                              водяных паров);

           Е_xi – упругость водяных паров при полном насыщении.

    Необходимо построить  графики зависимости t(x), e(x), E(x).

 

Построение графика t(x).

        Для этого сначала нужно найти  в каждом сечении по формуле:

1 сечение: 

2 сечение: 

3 сечение: 

4 сечение: 

        5 сечение: 

Теперь можно найти  температуру в каждом сечении  по формуле:

1 сечение: 

2 сечение: 

3 сечение: 

4 сечение: 

5 сечение:   

Построение  графика E(x).

    В зависимости от температуры,  рассчитанной в предыдущем пункте  по приложению 9 интерполируя между  указанными значениями можно  определить Е в каждом сечении:

 

         1 сечение: при t=16⁰C, E=1817 Па

                           при t=18⁰C, E=2064 Па

                           получаем при t=16,6⁰C, E=1891 Па

         2 сечение:  при t=10⁰C, E=1598 Па

                           при t=12⁰C, E=1817 Па

                           получаем при t=11,4⁰C, E=1350 Па

         3 сечение: при t=-4⁰C, E=449 Па

                           при t=-6⁰C, E=383 Па

                           получаем при t=-4,7⁰C, E=426 Па

 

         4 сечение:  при t=-20⁰C, E=124 Па

                           при t=-22⁰C, E=105 Па

                           получаем при t=-20,9⁰C, E=116 Па

         5 сечение: при t=-24⁰C, E=88 Па

                           при t=-26⁰C, E=75 Па

                           получаем при t=-24,4⁰C, E=85 Па

Построение  графика е(x).

    Для этого сначала нужно найти общее сопротивление паропроницанию конструкции ограждения в каждом сечении по формуле:

    где  - сопротивление влагообмену на внутренней поверхности;

         - сопротивление влагообмену на наружней поверхности;

           - ширина i–того слоя;

     - коэффициент паропроницаемости

1 сечение:

            2 сечение:

          3 сечение:

          4 сечение: 

          5 сечение: 

 

Для всей стены:

    Теперь можно  найти парциальное давление водяных  паров в расчётном сечении  по формуле:

    Находим e_в и е_н:   

 

                                  

Находим парциальное  давление водяных паров в каждом сечении:

1 сечение: 

2 сечение: 

3 сечение: 

4 сечение: 

5 сечение: 

По результатам расчётов строим графики.

    Строятся  графики  распределения температуры (t, ⁰C), парциального давления водяного пара (е_x, Па) и давления насыщенного пара (Е, Па) в характеных сечениях ограждения.

    В заштрихованной  области парциальное давление  водяного пара больше давления  насыщенного пара: е>E. В этой области может произойти конденсация водяных паров. Чтобы не произошло конденсации, необходимо увеличить сопротивление паропроницанию ограждения путём прокладки с внутренней стороны слоя с высоким значением сопротивления паропроницанию, например, слоя полиэтиленовой плёнки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6. Выбор заполнения оконных  проёмов.

    Заполнение световых проёмов выбирается из условий одновременного выполнения требований по допустимому сопротивлению теплопередаче и воздухопроницанию, т. е. и .

-фактическое и требуемое сопротивление теплопередаче окна м²·⁰С/Вт

-факт. и требуемое сопротивление  воздухопроницанию окна м²·ч/кг

Определение требуемого сопротивления окна.

ГСОП	2000	4000	6000	8000	10000	12000
	0,3	0,45	0,6	0,7	0,75	0,8

ГСОП=3898 (посчитано в  п. 1.4.)

Интерполируя по таблице  м²·⁰С/Вт

Приравниваем  м²·⁰С/Вт

Определение требуемого сопротивления окна воздухопроницанию.

    По формуле:  где - нормативный расход воздуха кг/ч

 =6 кг/ч – для деревянных  переплётов

- разность давлений воздуха  на наружней и внутренней поверхности  окон, Па, которая рассчитывается  по формуле:

 

где Н – высота здания от середины окна 1-го этажа до устья вентиляционной шахты;

      - скорость ветра, м/с

      - плотность воздуха соответственно при t_н5 и t_в для РК (кг/м³)

 кг/м³                      кг/м³                     

Н=2,9-1,55+2,9·4+4=16,95м

=5,4·16,95·(1,42-1,2)+0,29·1,42·4,5²=28,48 Па

 м²·ч/кг

Приравниваем  м²·ч/кг.

2. Определение тепловой мощности системы отопления.

    Номеруем помещения 3-хзначным  числом (первая цифра – этаж, третья  – номер комнаты) с левого  верхнего далее по часовой  стрелке. Лестничная клетка обозначается  буквами. 

    Введём обозначения: НС – наружняя  стена; ВС – внутренняя стена; ДО – двойное окно; Пт – потолок; Пл – пол; ДД – двойная дверь; ОД – одинарная дверь; и т. п.

    Тепловая мощность системы отопления  определяется для каждого помещения:

Рядовая и угловая комната: Q_от=Q_тп+Q_u(в)-Q_б

Кухня: Q_от=Q_тп+Q_u-Q_б

Лестничная клетка: Q_от=Q_тп+Q_u

Q_от – мощность системы отопления в конкретном помещении;

Q_тп – теплопотери через ограждающие конструкции;

Q_u(в) – max из потерь на инфильтрацию и вентиляцию;

Q_u – теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха;

Q_в – теплопотери на нагрев вентиляционного воздуха;

Q_б – бытовые теплопоступления.

2.1. Теплопотери через ограждающие  конструкции.

    Теплопотери через ограждающие  конструкции вычисляются по формуле:

Q_тп=А·К·(t_в-t_н5)·n·(1+Σβ)

Где  А – площадь ограждения, м²;

        К – коэффициент теплопроводности, Вт/(м²·⁰С);

        t_в – температура воздуха в помещении, ⁰С;

        t_н5 – температура наружнего воздуха, ⁰С;

        β – коэффициент, учитывающий  добавочные потери.

Коэффициент теплопроводности:

(по этой формуле для НС, Пл, Пт, Ок)

Для других ограждающих конструкций:

1. для наружных дверей двойных К=2,3
2. для наружных дверей одинарных К=4,6
3. для пола в подвале по зонам К₁=0,48; К₂=0,23; К₃=0,12; К₄=0,07

Теплопотери лестничной клетки.

    Лестничная клетка  рассчитывается как одно помещение, в котором наружная стена от уровня земли до верха чердачного перекрытия.

    Пол, неутеплённый по грунту, рассчитываем  по зонам.

    Каждая зона длиной 2 метра, последняя,  что останется. Первая зона  отсчитывается от уровня земли по стенке, которая принимается неутеплённой.

    Далее составляется таблица расчёта теплопотерь через ограждающие конструкции помещений. Т. к. мы берём в таблице площадь стен без вычета окон, тогда расчётный коэффициент теплопередачи окна будет рассчитываться по формуле: 

    Размер окон: 2*1,5

    Добавочные теплопотери на ориентацию  наружных стен и дверей: на  север, северо-восток, северо-запад,  восток – 0,1; на запад и юго-восток  – 0,05;

Юго-запад  и юг – 0.

    Добавочные потери теплоты,  связанные с поступлением холодного  воздуха через наружные двери,  принимаются в размере 0,27Н  для двойных дверей с тамбуром, и 0,22Н – для одинарных, где  Н – высота здания от уровня  земли до устья вентиляционной  шахты.

    Теплопотери подробно, по элементам ограждающих конструкций, рассчитываются для углового и рядового помещений первого, среднего и верхнего этажей, а также для одной лестничной клетки.

 

 

 

 

2.2. Теплопотери на нагрев инфильтрующегося  воздуха.

    Теплозатраты на подогрев инфильтрующегося в помещении воздуха Q_u, Вт, рассчитываются по формуле:

Q_u=0,278cβ(t_в-t_н5)·А₀·G₀

Где с – массовая теплоёмкость воздуха; равнв 1,005 кДж/(кг·⁰С);

β – коэффициент, учитывающий  дополнительный нагрев воздуха встречным  тепловым потоком, для спаренных переплётов β=1;

t_в – температура воздуха в помещении,⁰С;

t_н5 – температура наружного воздуха,⁰С;

А₀ – площадь окна, м²;

G₀ – количество воздуха, поступающего в помещение в течение часа через 1 м² окна, кг/м²·ч

Где - рассчитывается также как и в предыдущем пункте, только Н представляет собой высоту здания от середины окна рассматриваемого этажа до устья вентиляционной шахты;

         R_u – фактическое сопротивление воздухопроницанию окна, м²·ч/кг.

    Далее составляем таблицу расчёта теплозатрат на подогрев инфильтрующегося воздуха.

 

2.3. Теплозатраты на подогрев  вентиляционного воздуха.

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

Q_в=1,005(t_в-t_н5)·А_n

где A_n – площадь пола жилой комнаты, м²

2.4. Бытовые тепловыделения.

    Бытовые тепловыделения Q_б, Вт, рассчитываются по формуле:

Q_б=10А_n

    Рассчитанные для  жилого помещения теплозатраты по пунктам 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 заносятся в таблицу тепловой мощности системы отопления. На основе балансовых уравнений определяется тепловая мощность системы отопления.

    В последней  графе таблицы суммируется тепловая  мощность поэтажно и по всему  зданию или половине здания.

    В заключение  определяется удельная тепловая  характеристика q_уд, Вт/(м³·⁰С), здания по формуле:

 где ΣQ_от – тепловая мощность системы отопления всего здания, Вт;

        V_зд – объём здания по наружным размерам без чердака, м³;

         t_в – температура воздуха для РК.

 

3. Конструирование и расчёт системы отопления.

Система отопления двухтрубная, с верхней тупиковой разводкой.

3.1. Размещение  отопительных приборов, стояков,  магистралей.

Отопительные приборы размещаем открыто, у наружных стен под окнами на расстоянии 60 мм от чистого пола и 25 мм от стены, кроме лестничной клетки. На лестничной клетке стояк отдельный.

На лестничной клетке отопительный прибор ставится только в нижней части здания. Нагрузка на этот прибор равна 1/3 от теплопотерь лестничной клетки.

Номеруем стояки по часовой  стрелке от левого верхнего до правого  нижнего. Подводка от стояка до отопительного  прибора не более 1,5 метра. Стояки располагаем  открыто  на расстоянии 15-20 мм от стены. Рекомендуется размещать стояки в углах, образуемых наружными стенами, по возможности объединять несколько отопительных приборов в один стояк.

У каждого отопительного  прибора, кроме приборов лестничной клетки, на подающей и обратной подводке устанавливается кран двойной регулировки.

Магистральные трубопроводы прокладываются под потолком подвала  и на чердаке. Каждая ветвь должна иметь задвижки или пробковые  проходные краны для возможности  её отключения и спускные пробковые  краны в нижних точках близ теплового пункта  для слива воды. Магистрали прокладываются с уклоном не менее 0,003, обеспечивающим удаление воздуха и опорожнение системы. При верхнем расположении подающей магистрали в конце каждой ветви перед последним или предпоследним стояком устанавливаются воздухосборники.

Тепловой пункт располагается  в подвале, по возможности в центре здания. Элеваторный узел крепится на кронштейнах к капитальным  стенам подвала на высоте, удобной  для обслуживания запорно-регулирующей арматуры. Ось элеватора располагается на высоте 1-1,2 м от пола, обратный трубопровод – ниже элеватора на 0,5-0,7 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидравлический расчёт теплопроводов.

Гидравлический расчёт сводится к  подбору диаметров подводок, магистралей  и стояков таким образом, чтобы  при заданном циркуляционном давлении к каждому отопительному прибору поступало расчётное количество теплоты, равное тепловой мощности системы отопления данного помещения.

Наносим тепловые нагрузки каждого отопительного прибора, каждого стояка, каждого участка подающей и обратной магистралей.

Выделяем главное циркуляционное кольцо, проходящее от подающей трубы  элеватора, через главный стояк, далее по подающей магистрали наиболее нагруженного фасада, затем по наиболее нагруженной ветви, далее по последнему стояку через отопительный прибор на первом этаже, далее по обратной магистрали к точке смешения ветвей, затем к точке смешения фасадов, оттуда к обратной трубе элеватора.

Главное циркуляционное кольцо разбиваем на расчётные участки, за которые принимаем отрезки с неизменным расходом воды и диаметром труб. Каждый участок номеруем. Находим нагрузки на участки. Вдоль подающей магистрали – вычитанием, вдоль обратной – сложением.

Определяем расчётное  циркуляционное давление на ГЦК по формуле:

где - насосное давление, передаваемое элеватором в систему отопления;

      - коэффициент равный для двухтрубной системы 0,4;

    - естественное давление от остывания воды в отопительных приборах.

Насосное давление рассчитывается по формуле:

где - разность давлений в теплопроводах теплосети на входе в здание,                           принимается по заданию =93000 Па;

       u – коэффициент смешения в элеваторе.

Коэффициент смешения в  элеваторе рассчитывается по формуле:

где t₁₂ – температура горячей воды в подающем теплопроводе теплосети перед элеватором, принимается по заданию t₁₂=133⁰C;

      t_r – температура воды в подающей магистрали, t_r=95⁰C;

       t₀ – температура воды в обратной магистрали, t₀=70⁰C

Коэффициент смешения в  элеваторе:

Насосное давление:

 Па

Естественное давление рассчитывается по формуле:

где h – высота от середины отопительного прибора на 1 этаже до оси элеватора.

 Па

Расчётное циркуляционное давление:

Далее производим гидравлический расчёт в форме таблицы.

Расчёт двухтрубного стояка ГЦК.

Рассчитывается количество воды на каждом участке по формуле:

 кг/ч . По диаграмме подбираем  диаметр и выписываем соответственно  удельные потери P_y, а затем рассчитываем полные потери Р по формуле: Р=Р_у·l. Полные потери давления в стояке , равные сумме потерь каждого участка, должны быть в пределах (0,1-0,15)Р_ц, т. е. должны лежать в промежутке 1054,9 – 1582,4 Па.

По таблице гидравлического  расчёта видно Р_ст=Р₈+Р₉+Р₁₀+Р₁₁+Р₁₂+Р₁₃+Р₁₄

=525+203+116+58+44+8+147=1101 Па, что попадает в заданный интервал.

Расчёт магистралей.

Потери давления в  магистралях должны быть: