Отопление и вентиляция жилого здания. 7

Санкт-Петербургский государственный  архитектурно-строительный университет

 

Кафедра отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

 

 

ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ

 

 

 

                                                        Работу выполнила

Студентка группы

       Номер  зачетной книжки 

                      Подпись __________. Дата __________.

                                 Руководитель работы _____________________

                   Проект защищен с оценкой__________

                       __________________________________

 

Санкт-Петербург

2012 год

 

 

Исходные данные.

Климатические условия города и расчетные параметры  наружного воздуха.

Город	Пермь
Влажностные условия эксплуатации и ограждений зданий (по СНиП II-3–79)	Б
Расчетная температура наружного  воздуха (по СНиП 23-01–99)	text = -35⁰С
Продолжительность отопительного  периода (по СНиП 23-01–99)	zht = 229 сут.
Средняя температура воздуха  отопительного периода (по СНиП 23-01–99)	tht = -5,9⁰С

Планировка  здания, система отопления и географическая ориентация главного фасада здания

Вариант плана 1-го этажа	2
Этажность здания	3 этажа
Высота этажа (от пола до пола следующего этажа)	2,8 м
Высота подвала – (от пола подвала до пола 1-го этажа)	2,6 м
Величина располагаемого давления на входе в систему отопления	6000 Па
Характеристики системы  отопления	1 тр (однотрубная), НР (с нижней разводкой), ПД(с попутным движением теплоносителя)
Ориентация главного фасада	ЮВ (юго-восток)

Конструкция наружного ограждения.

Наружная стена – вариант 3

Номер слоя	Наименование  материала	Толщина слоя, мм	Плотность в сухом  состоянии ρ, кг/м3	Коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А λ, Вт/(м∙⁰С)
1	Внутренняя штукатурка –  известково-песчаный раствор	20	1600	0,81
2	Основной конструктивный слой (кирпичная кладка) – кирпич керамический пустотелый	380	1200	0,42
3	Теплоизоляционный слой –  пенополиуретан	δx	75	0,03
4	Наружный отделочный слой – смальта	5	2500	0,76

 

Чердачное перекрытие –  вариант 1

Номер слоя	Наименование  материала	Толщина слоя, мм	Плотность в сухом  состоянии ρ, кг/м3	Коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А λ, Вт/(м∙⁰С)
1	Известково-песчаная штукатурка	10	1600	0,81
2	Железобетонная плита	220	2500	2,04
3	Пароизоляция – битум нефтяной кровельный (ГОСТ 6617)	5	1000	0,17
4	Теплоизоляционный слой –  ROCKWOOL(маты)	δx	50	0,047
5	Цементная стяжка – цементно-шлаковый раствор	10	1400	0,62

 

Перекрытия над неотапливаемым подвалом – вариант 1

Номер слоя	Наименование  материала	Толщина слоя, мм	Плотность в сухом  состоянии ρ, кг/м3	Коэффициент теплопроводности при условиях эксплуатации А λ, Вт/(м∙⁰С)
1	Железобетонная плита	220	2500	2,04
2	Теплоизоляционный слой –  пенополистирол	δx	40	0,05
3	Цементная стяжка – цементно-шлаковый раствор	45	1400	0,62
4	Древесно-стружечные плиты (ГОСТ 10632)	10	1000	0,29
5	Линолеум на теплоизоляционной  основе – линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632)	5	1800	0,38

 

Толщину внутренних ограждений следует принять: для капитальных  кирпичных стен – 400мм, перегородок  – 150 мм, межэтажных перекрытий в здании с кирпичными стенами – 300мм.

 

 

 

Теплотехнический  расчет наружных ограждений.

2. Определяем величину  градусо-суток отопительного периода D_d^, ⁰С·сут, по формуле:

D_d = (t_int - t_ht)·z_ht,

где t_int – расчетная средняя температура внутреннего воздуха, ⁰С, принимаемая для жилых зданий по минимальному значению оптимальной температуры (по ГОСТ 30494–96 принять равной – 21 ⁰С при t_ext = –31⁰С и ниже); t_ht, z_ht – средняя температура наружного воздуха, ⁰С, и продолжительность, сут, отопительного периода.

D_d = (21 – (-5,9))·229 = 6160,1 ⁰С·сут.

 

3. Определяем нормируемые  значения приведенных сопротивлений  теплопередаче R_req (м²·⁰С)/Вт, ограждающих конструкций в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода района местоположения здания.

Значение R_req следует определять по формуле:

R_req = a·D_d+b,

где D_d – градусо-сутки отопительного периода, ⁰С·сут, для конкретного населенного пункта; a и b – коэффициенты; n – коэффициент, учитывающий положение ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

- для наружной стены  (НС): R_req(НС) = 0,00035·6160,1+1,4 = 3,556 (м²·⁰С)/Вт

- для чердачного перекрытия (Пт): R_req(Пт) = 0,00045·6160,1+1,9 = 4,672 (м²·⁰С)/Вт

- для перекрытия над  неотапливаемым подвалом (Пл): R_req(Пл) = 0,00045·6160,1+1,9 = 4,672 (м²·⁰С)/Вт

- для  светопрозрачной части окон: R_req(Ок)=0,00005∙6160,1+0,3=0,608 (м²·⁰С)/Вт

Нормируемые значения сопротивления  теплопередаче чердачного перекрытия и перекрытия над неотапливаемым подвалом, отделяющих помещение здания от пространств с температурой воздуха t_c (t_ext < t_c < t_int → -35⁰С < t_c < 21⁰С), следует умножать на коэффициент n, учитывающий положение ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху. Учитывая это, подкорректируем значения R_req:

- для чердачного перекрытия (Пт): R_req(Пт) = 4,672·0,9 = 4,205 (м²·⁰С)/Вт

- для перекрытия над  неотапливаемым подвалом (Пл): R_req(Пл) = 4,672·0,75 = 3,504 (м²·⁰С)/Вт

Нормируемое приведенное  сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть в 1,5 раза выше нормируемого сопротивления  теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.

Rreq^Гл(Ок)=1,5∙0,608=0,912 (м²·⁰С)/Вт

4. Для наружных стен  и перекрытий толщина теплоизоляционного  слоя ограждения δ_x рассчитывается из условия, что величина фактического приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R₀ должна быть не менее нормируемого значения R_rec, вычисленного по формуле R_req = a·D_d+b: R₀ ≥ R_req.

Раскрывая значение R₀, получим:

- для наружной стены

 

- для чердачного перекрытия 

 

-для перекрытия над  неотапливаемым подвалом:

 

где α_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по СНиП 23-02-2003 и равный для стен, полов, гладких потолков α_int = 8,7 Вт/(м²·⁰С); R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ – сопротивления теплопередаче отдельных слоев ограждения, (м²·⁰С)/Вт; δ₁, δ₂, δ₃, δ₄, δ₅ – толщины отдельных слоев конструкции ограждения, м; λ₁, λ₂, λ₃, λ₄, λ₅ – коэффициенты теплопроводности материалов, Вт/(м²·⁰С); α_ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м²·⁰С).

Минимальное значение толщины  теплоизоляционного слоя δ_x вычислим по формуле:

- для наружной стены

 

- для чердачного перекрытия

 

- для перекрытия над  неотапливаемым подвалом

 

Полученную минимально допустимую из условий тепловой защиты толщину  теплоизоляционного слоя δ_x следует округлить в большую сторону до величины, кратной 10 мм, δ_x^факт. С учетом этого условия корректируем значения минимальных толщин теплоизоляционных слоев:

- наружной стены: 

- чердачное перекрытие:

- перекрытие над неотапливаемым подвалом:

 

5. Определяем фактическое  сопротивление теплопередаче рассчитываемых  ограждающих конструкций R₀^факт, (м²·⁰С)/Вт, с учетом принятой толщины теплоизоляционного слоя δ_x^факт, м:

- наружной стены:

 

 

- чердачное перекрытие:

 

 

- перекрытие над неотапливаемым подвалом:

 

 

 

6. Определяем температурный  перепад Δt₀, ⁰С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности рассчитываемых ограждающих конструкций по формуле:

 

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху; t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха, ⁰С, принимаемая для жилых зданий по минимальному значению оптимальной температуры (по ГОСТ 30494–96 принять равной – 21 ⁰С при t_ext = –31⁰С и ниже); t_ext – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, ⁰С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92; α_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по СНиП 23-02-2003 и равный для стен, полов, гладких потолков α_int = 8,7 Вт/(м²·⁰С).

Полученные значения температурного перепада не превышают нормируемые  значения температурного перепада между  температурой внутреннего воздуха  и температурой внутренней поверхности  ограждающей конструкции (по СНиП 23-02-2003).

- для наружной стены:

  <=4

- для чердачного перекрытия:

  <=3

 

- для перекрытия над  неотапливаемым подвалом:

  <=2

7. Вычисляем коэффициент  теплопередачи рассчитываемых ограждающих  конструкций k_огр, Вт/(м²·⁰С), по формуле:

 .

- для наружной стены:

 

- для чердачного перекрытия:

 

- для перекрытия над  неотапливаемым подвалом:

 

8. Для наружных дверей  вне зависимости от их конструкции  приведенное сопротивление теплопередаче  R_н.д. (м²·⁰С)/Вт, и общий коэффициент теплопередачи k_н.д., Вт/(м²·⁰С), определяется из условий:

 

 

Для окон и светопрозрачной части балконных дверей приведенное сопротивление теплопередаче определяется по нормируемому значению сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (по СНиП 23-02-2003) с учетом пояснений по численным величинам коэффициентов a и b:

R_req(ОК) = 0,608 (м²·⁰С)/Вт

 

Выбираем конструкцию  заполнения оконного проема и балконных  дверей таким образом, чтобы ее сопротивление  теплопередаче было больше полученного: стекло (с твердым селективным  покрытием) и однокамерный стеклопакет  в раздельных переплетах.

 R₀=0,65> R_req(ОК) = 0,608

R₀=0,65 (м²·⁰С)/Вт

K_огр(ОК)= =1,538

   R_гл(ок)=1,5∙ R_0(ок)=1,5∙0,65=0,975 (м²·⁰С)/Вт

  K_{огр гл} ==1,026

10. Определяем общую толщину  ограждающей конструкции как  сумма толщин всех ее слоев   δ_огр, м, по формуле:

- для наружной стены:

δ_огр(НС) = δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄ = 0,02 + 0,38 + 0,08 + 0,005 = 0, 485 м

- для чердачного перекрытия:

δ_огр(Пт) = δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄ + δ₅ = 0,01 + 0,22 + 0,005 + 0,19 + 0,01 = 0, 435 м

- для перекрытия над  неотапливаемым подвалом:

δ_огр(Пл) = δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄ + δ₅ = 0,22 + 0,16 + 0,045 + 0,01 + 0,005 = 0,44 м

Результаты теплотехнического  расчета наружных ограждений здания

Наименование  ограждения		Условное обозначение	Общая толщина  ограждения δогр, м	R0факт, (м2·⁰С)/Вт	kогр, Вт/(м2·⁰С)
Наружная стена		НС	0,485	3,762	0,272
Чердачное перекрытие		Пт	0,435	4,406	0,227
Перекрытие над подвалом		Пл	0,44	3,626	0,276
Окно		ОК	-	0,65	1,538
Балконная дверь	светопрозрачная часть	БД	-	0,65	1,538
	глухая часть		-	0,975	1,026
Наружная дверь		НД	-	0,966	1,038

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Расчет тепловых  потерь и определение удельного  расхода тепловой энергии на  отопление здания.

Определение потерь теплоты  помещениями здания производится в  соответствии с положениями СНиП 2.04.05-91.

Потери теплоты через  ограждающие конструкции Q_огр, Вт, определяются по формуле:

Q_огр = А∙(t_int - t_ext)∙(1+∑β)∙n∙k

Потери теплоты помещением через ограждающие конструкции  ∑Q_огр, Вт, определяются, как сумма потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции данного помещения.

Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося через ограждающие конструкции наружного воздуха Q_инф, Вт, принимается:

Q_инф = 0,3∙∑Q_огр

Бытовые теплопоступления Q_быт, Вт, принимать не менее, чем 10 Вт на 1 м² площади пола помещения

 

Полные потери теплоты  помещения Qпом, Вт, определяются по формуле:

Q_пом = ∑Q_огр + Q_инф - Q_быт

Результат должен быть округлен до 10 Вт.

Потери теплоты помещениями  всего здания Qзд, Вт, равны:

Q_зд = ∑Q_пом

 

Найдем удельный (на 1 м² отапливаемой площади пола квартир или полезной площади помещений) расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/(м∙⁰С∙сут):

 ,

где Q_h^y – расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода, МДж; A_h – сумма площадей пола квартир или полезной площади помещений здания, за исключением технических этажей и гаражей, м²; D_d – градусо-сутки отопительного периода, ⁰С·сут.

A_h = 635,16 м²

Расход тепловой энергии  на отопление здания в течение  отопительного периода Q_h^y, МДж, определяется по формуле:

 ,

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

 

Найдем удельный расход тепловой энергии на отопление здания q_h^des, кДж/(м∙⁰С∙сут):

 

Полученное значение меньше нормируемого.

 

Характеристика  и конструирование системы отопления.

Конструирование системы  отопления производится в соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

В здании необходимо запроектировать  централизованную систему водяного отопления по заданию с расчетными температурами теплоносителя t_г = 105⁰С и t_о=70⁰С.

Система отопления однотрубная с нижней разводкой с попутным движением теплоносителя.

Расчет отопительных приборов.

Рассмотрим стояк № 8( пом. 108-308). Устанавливаем радиаторы чугунные секционные типа М-140-98.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловая мощность каждого  прибора Q_пр, Вт, определяется путем деления тепловых потерь помещения на число установленных в нем отопительных приборов.

Определим массовый расход воды в стояке:

где с_р – удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙⁰С); t_г и t_о – температура воды на входе в стояк и на выходе из него, принимаемые равными соответственно 105 и 70 ⁰С; β₁ – коэффициент учета увеличения теплового потока устанавливаемых отопительных приборов в результате округления расчетной величины в большую сторону; β+ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительных приборов у наружных ограждений.

Вычисляем средняя температура  воды в каждом приборе стояка t_ср, ⁰С:

t_ср = t_r-(∑ Q_пр+)

Находим разность средней  температуры воды в приборе t_ср, ⁰С, и температуры воздуха в помещении t_int, ⁰С:

Δt_ср = t_ср – t_int

Вычисляем величину требуемого номинального теплового потока выбранного прибора Q_н.пр, Вт, исходя из того, что она не должна сократиться более чем на 5% по сравнению с Q_пр:

 ,

где φ_к – комплексный коэффициент приведения Q_н.пр к расчетным условиям, определяемый при теплоносителе воды по формуле:

 

 

где n, p и с – величины, соответствующие определенному виду отопительных приборов; b – коэффициент учета атмосферного давления в данной местности, при атмосферном давлении 10⁵ Па – b = 1; ψ – коэффициент учета направления движения теплоносителя в приборе.

Для отопительных приборов, подключенных по схеме сверху-вниз и снизу-вниз ψ = 1, по схеме – снизу-вверх ψ определяется по формуле:

Ψ = 1 - а·(t_г - t_о),

где а = 0,006 для чугунных радиаторов.

Определяем число секций отопительного  прибора, шт.:

 

где β₄ – поправочный коэффициент, учитывающий способ установки прибора, при открытой установке прибора β₄ = 1; β₃ – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в приборе.

Если в результате вычислений получается дробное число, его необходимо округлить  в большую сторону.

 

Гидравлический расчет трубопроводов  системы отопления.

Выбираем циркуляционное кольцо. В нашем случае самое загруженное  кольцо обеспечивает теплоносителем стояки 1-8. Расчетный стояк № 8.

Гидравлический расчет методом  удельных линейных потерь давления на трение по лине трубопроводов.

Выявляем тепловую нагрузку на всех расчетных участках основного  циркуляционного кольца Q_уч, Вт. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется как сумма тепловых нагрузок стояков, к которым по этому участку подводится теплоноситель.

 

По чертежам замеряем длины  расчетных участков l_уч, м.

Вычисляем массовый расход воды на участках G_уч, кг/ч:

 .

Вычисляем среднюю величину удельной потери давления на трение (удельное сопротивление) R_ср, Па/м:

 ,

где m – коэффициент, принимаемый для однотрубной  системы отопления 0,65; Σl – сумма длин участков циркуляционного кольца, м; Δp_p – расчетное давление в системе отопления, Па.

 

 

С помощью нонограммы при известных значениях R_ср и G_уч находятся ближайший по стандарту диаметр трубопровода d_уч, фактические значения удельного сопротивления R_уч, скорость движения воды w_уч и динамическое давление воды p_дин.уч.

Ведомость гидравлического  расчета

Данные по схеме				Принято
Номер участка	Тепловая нагрузка на участке   Qуч, Вт	Расход воды на участке, G    уч , кг/ч	Длина участка    l  уч  , м	Диаметр трубопровода D    уч, мм	Скорость воды на участке    w  уч,м/с	Удельные потери давления на трение R  уч, Па/м	Потери давления на трение R уч*lуч, Па	Динамическое давление на участке  р дин.уч, Па	Сумма коэффициентов местных сопротивлений,    Σξ	Потери давления на местные сопротивления    Zуч, Па	Потери давления на участке      R*l+Z, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	32050	835	10,8	25	0,31	90	972	48	2,5	120	1092
2	16680	434	4,5	20	0,27	90	400,5	36	3	108	508,5
3	13610	354	5,6	20	0,25	1	5,6	32	1	32	37,6
4	12640	329	2,4	20	0,25	50	120	32	1	32	152
5	11000	286	2,4	20	0,23	40	96	28	1	28	124
6	8460	220	7,9	15	0,22	110	869	23	1	23	892
7	5920	154	4,8	15	0,2	57	273,6	18	1	18	291,6
8	4280	112	0,6	15	0,18	26	15,6	15	1	15	30,6
9	3310	86	12,3	15	0,16	20	246	13	37	481	727
10	3310	86	6,3	15	0,12	20	126	7	16	112	238
11	16880	440	4,5	20	0,27	100	445	32	5,5	176	621
12	32050	835	22,0	32	0,31	25	550	48	2,5	120	670
			84,0				4127,3			1265	5384,3

 

 

По схеме системы отопления  находятся местные сопротивления  на каждом участке циркуляционного  кольца.

 

 

 

 

№ Участка	Диаметр Dуч, мм	Местное сопротивление	Коэффициент местного сопротивления  ξ	Σξуч
1	2	3	4	5
1	32	Задвижка параллельная	0,5	2,5
		Отвод 90	1∙2=2
2	25	Тройник на ответвление	1,5	3
		Задвижка параллельная	0,5
		Отвод 90	1
3	20	Тройник проходной	1	1
4	20	Тройник проходной	1	1
5	20	Тройник проходной	1	1
6	15	Тройник проходной	1	1
7	15	Тройник проходной	1	1
8	15	Тройник проходной	1	1
9	15	Тройник на ответвление	1,5	37
		Этажеузел	3∙6,5=19,5
		Вентиль обыкновенный	16
10	15	Вентиль обыкновенный	16	16
11	20	Тройник на противотоке	3	5,5
		Задвижка параллельная	0,5
		Отвод 90	1
		Внезапное расширение	1
12	32	Задвижка параллельная	0,5	2,5
		Отвод 90	1∙2=2