Отопление и вентиляция жилого здания. 3

Введение.

Теплотехника – область науки  и техники, занимающаяся вопросами  получения и использования  теплоты. Наука,  изучающая закономерности теплообмена между телами, называется теорией теплопередачи. Техническая  термодинамика и теория теплопередачи  составляет теоретическую часть теплотехнической науки. 

Уровень развития строительного производства в  настоящее время определяется в числе других условий наличием высоко квалифицированных специалистов – профессионалов. Важность теплотехнической подготовки инженера-строителя определяется тем, что система обеспечения заданных климатических условий в помещениях являются составными технологическими элементами современных зданий и  на них приходится значительная часть капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Кроме того, знание основ теплотехники, теплогазоснабжения и вентиляции даст возможность будущему инженеру-строителю планировать и проводить мероприятия, направленные на экономию топливно-энергетических ресурсов, охрану окружающей среды, на повышение эффективности работы оборудования. 

В настоящее время в жилищном строительстве для поддержания  условий жизни и работы людей  в соответствии с нормами повседневно  применяются центральные системы  отопления и канализации.

 

1. Общая часть.

А) Строительство будет вестись в гомельской области; средние температуры наружного воздуха: наиболее холодной пятидневки t5= -240C; холодных суток tХС= -280C; среднесуточная температура за отопительный период tН.ОТ= -1.60C; продолжительность отопительного периода 194 сут.; условия эксплуатации ограждений Б; наибольшая скорость ветра за январь υср=4.1 м/с.

Б) Главный фасад ориентирован на юг; здание трехэтажное; температура  внутреннего воздуха tв =+180С; стоимость тепловой энергии СЭ=3,35 руб/ГДж;


Конструкция стены:

1. Известкова-песчаная штукатурка: ρ1=1800 кг/м3; δ1=0.02м;       λ1=0.81 Вт/(м·0С); S1=9.76 Вт/(м2·0С).

2. Газо- и пеносиликат: ρ2=600 кг/м3; δ2=0.2м; λ2=0.19 Вт/(м·0С); S2=2.95 Вт/(м2·0С)

3. Пенополистирольные плиты: ρ3=35кг/м3; δ3=x м; λ1=0.05 Вт/(м·0С); S3=0.48 Вт/(м2·0С); Сут=104руб/м3.

4. Кирпич лицевой силикатный: ρ4=1600кг/м3; δ4=0.13м; λ1=0.81 Вт/(м·0С); S4=9.79 Вт/(м2·0С).

 

Конструкция перекрытия:

1. Фактурный слой из цементно-песчаного  раствора: ρ1=1800 кг/м3; δ1=0.005м; λ1=0.93 Вт/(м·0С); S1=11.09 Вт/(м2·0С).

2. Ж/Б плита: ρ2=2500 кг/м3; δ2=0.22м; λ2=2.04 Вт/(м·0С); S2=19.7 Вт/(м2·0С)

3. Щебень из рерлита вспученного: ρ3=200кг/м3; δ3=x м; λ3=0.08 Вт/(м·0С); S3=1.04 Вт/(м2·0С); Сут=21.2руб/м3.

 4. Цементно-шлаковый раствор: ρ4=1400кг/м34=0.02м; λ4=0,64  Вт/(м·0С);S4=8.11 Вт/(м2·0С).


Конструкция пола 1-го этажа:

1. Шпунтовые доски: ρ1=500кг/м3; δ1=0.029м; λ1=0.35Вт/(м·0С); S1=6.33 Вт/(м2·0С)

2. Лаги из досок: ρ2=500кг/м32=0.04м;

3. Гравий керамзитовый: ρ1=400кг/м31=х м; λ1=0.14 Вт/(м·0С); S1=1.99 Вт/(м2·0С)

4. Ж/Б плита: ρ4=2500кг/м34=0.22м; λ1=2.04 Вт/(м·0С); S4=19.7 Вт/(м2·0С).

 

2. Теплотехнический расчет  наружных ограждающих конструкций  здания.

2.1 Теплотехнический  расчет наружной стены.

1. Определяем требуемое сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции по формуле:                                                           

;(мС)/Вт,

где - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаемый по (1, табл. 5.3); n=1

- коэффициент теплоотдачи внутренней  поверхности ограждающих конструкций,  Вт/ (м2 ×0С), (1, табл. 5.4); в=8,7 Вт/(м2·0С)

- расчетная температура внутреннего воздуха, 0С (1 , табл. 4.1); =180С

, 0С - расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха  и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, (1, табл.5.5); Dtн =60С

;(мС)/Вт,

Принимаем 4<Д< 7 , то обеспеченностью 0.92; оС.

2. Определяем экономически  целесообразное сопротивление теплопередаче  для наружной стены Rэк, (м2 0С/ Вт) на основе выбора толщины утеплителя по формуле :

;

где Сэ - стоимость тепловой энергии,  руб/Гдж,  принимаемая по действующим ценам 1991 года;

Zот - продолжительность отопительного периода, сут., принимаемая по (1, табл. 4.4);

tн.от - средняя за отопительный период температура наружного воздуха 0С , принимаемая по (1, табл. 4.4);

Сут - стоимость материала однослойной или теплоизоляционного материала многослойной ограждающей конструкции, руб/м3, принимаемая по действующим ценам 1991 года;

ут - коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойного ограждения в условиях Б (м2 0С/ Вт), принимаемый по (1 , табл.А1).

2 0С/ Вт;

3. Определяем сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции.

,

где в , н - коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, Вт/м2 0С , ( 1 , табл. 5.4 и 5.7 );

- термическое сопротивление  ограждающей конструкции м2 0С/ Вт, определяемое для однородной однослойной конструкции по формуле :

,              

где   d и l   - толщина и коэффициент теплопроводности слоя соответственно.

 ;(мС/Вт);

Rнорм=2 ;м2 0С/ Вт

4. Толщину слоя утеплителя определяем  с учетом того, что  .

;м;

принимаем δ=0.05м, R=0.05/0.05=1

  1. Корректируем R0 для наружной стены при δ=0.05;м.

 ;(м20С/Вт);

;( Вт/ м20С);

 

2.2 Теплотехнический  расчет пола первого этажа.

1. Определяем требуемое сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции  по формуле:                                                           

;(мС)/Вт,

Принимаем Д > 7 , то tн = t5 обеспеченностью 0.92; tн = -26 оС.

N=0.75, перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами.

2. Определяем экономически целесообразное  сопротивление теплопередаче для наружной стены Rэк, (м2 0С/ Вт) на основе выбора толщины утеплителя по формуле :

2 0С/ Вт;

3. Определяем сопротивление теплопередаче  ограждающей конструкции.

Для упрощения нахождения термического сопротивления многопустотной ж/б плиты круглые отверстия-пустоты плиты диаметром 159 мм, заменяем равновеликими по площади квадратами со стороной а, равной:

  ;м.

а). Термическое сопротивление плиты  в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для двух характерных сечений: для сечения I-I (два слоя ж/б толщиной δ=40мм и воздушная прослойка толщиной 140 мм).

RI=2· 2 0С/ Вт;

(1, табл. Б1).

Для сечения II-II (толщина глухой части плиты δ=0.22 м)

RII=0.22/2.04=0.108 ;м2 0С/Вт;

На основании формулы 

где F –площадь отдельных участков по поверхностям ограждения, м2

 ;м2 0С/ Вт

   б). Термическое сопротивление  плиты в направлении, перпендикулярном движению теплового потока вычислим для трех характерных сечений.

 Для 1-го и 3-го  слоев ж/б толщиной δ=40мм

R1.3=0.04/2.04=0.0196 м2 0С/Вт

Конструкция 2-го слоя состоит из воздушной  прослойки толщиной δ=0,14м м2 0С/Вт (1, табл. Б1) и ж/б толщиной δ=0.14м.

 ;м2 0С/Вт

Среднее термическое сопротивление  для 2-го слоя:

 ;м2·0С/Вт

Среднее термическое сопротивление  всех трех слоев плиты:

R =0.0196·2+0.131=0.171;м2 0С/Вт

Среднее термическое сопротивление  многопустотной ж/б плиты:

2 0С/ Вт

 ;(мС/Вт)

Rнорм=2.5 м2 0С/ Вт

4. Толщину слоя утеплителя  определяем с учетом того, что .

м;

принимаем δ=0.3м, R=0.3/0.14=2.143; (м2 0С/Вт)

  1. Корректируем R0 для пола первого этажа при δ=0.3м.

; (м2 0С/Вт)

;( Вт/ м20С);

2.3 Теплотехнический  расчет покрытия.

  1. Определим требуемое сопротивление теплопередаче.

Принимаем Д > 7 , то tн = t5 обеспеченностью 0.92; tн = -24 оС

R ; (м2 0С)/Вт,

где n – принимаем по (1,табл. 5.3) равным 1

Δtн – принимаем по (1,табл. 5.5) равным 40С

  1. Определяем по (1,табл. 5.1) для перекрытия величину нормативного сопротивления теплопередаче.

  Rнорм=3.0 ; м2·0С/Вт

  1. Определяем экономически целесообразное сопротивление для покрытия:

Rэк=0.5·1.21+ 0.605+3.35=3955; м2 0С/ Вт

3. Определяем сопротивление  теплопередаче ограждающей конструкции.

  м.

а. Термическое сопротивление плиты  в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для  двух характерных сечений: для сечения  I-I (два слоя ж/б толщиной δ=40мм и воздушная прослойка толщиной 140 мм).

RI=2· ; м2 0С/ Вт

(1, табл. Б1).

Для сечения II-II (толщина глухой части плиты δ=0,22 м)

RII=0.22/2.04=0.108 м2 0С/Вт;

; м2 0С/ Вт

б. Термическое сопротивление плиты  в направлении, перпендикулярном движению теплового потока вычислим для трех характерных сечений.

 Для 1-го и 3-го слоев  ж/б толщиной δ=40мм

R1,3=0.04/2.04=0.0196 м2 0С/Вт

Конструкция 2-го слоя состоит из воздушной  прослойки толщиной δ=0,14м  м2 0С/Вт (1, табл. Б1) и ж/б толщиной δ=0.14м.

; м2 0С/Вт

Среднее термическое сопротивление  для 2-го слоя:

; м2·0С/Вт

Среднее термическое сопротивление  всех трех слоев плиты:

R =0.0196·2+0.119=0.158 ; м2 0С/Вт

Среднее термическое сопротивление  многопустотной ж/б плиты:

; м2 0С/ Вт

; (мС/Вт)

Толщину утеплителя принимаем  с учетом того, что тогда .

м.

Принимаем δХ=0.3м, тогда Rx=0.3/0.08=3.75; м2 0С/Вт

Корректируем R0 для покрытия при δ3=0.3м

2·0С/Вт.

       Проверяем величину  тепловой инерции пола первого  этажа Д:

Д=

Условие Д выполняется.

2.4 Проверка  внутренней поверхности наружной  стены на конденсацию влаги.

1. Определение температуры на  внутренней поверхности наружной  стены.

Используем выражение:

, оС

  оС;

2. Определение парциального  давления водяного пара при  температуре tВ  и нахождение точки росы.

Максимальное парциальное  давление водяного пара при температуре tВ определяют по [1, прил. Ж] – РНАС=2064Па.

3. Далее находим парциальное давление пара при нормальной относительной влажности  φ, %  [1, табл. 4.1]  помещения  

РП = φ· РНАС, Па 

РП = 0.55· 2064=1135.2 Па;

Пользуясь [1, прил. Ж] по  РП  определяют температуру, называемую точкой росы. Затем сравнивают:  tВ>tР  не менее, чем на 2оС.

tР=9 оС.

2.5.  Проверка  ограждающих конструкций на воздухопроницаемость.

Величину RUТР для окон  и балконных дверей, определяют по формуле

,

где GНОРМ - нормативная воздухопроницаемость окон и балконных дверей, кг/(м2·ч),  выбираемая по формуле [1, табл. 8.1]. Для окон и балконных дверей жилых и общественных зданий GНОРМ = 10 кг/(м2·ч);

DР - разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях окон и балконных дверей, Па, определяется по формуле

DР=0.55·H·( Н - В)+0.03· Н·w2, Па

где  Н - высота здания (от поверхности земли до верха карниза 12.65),м;

Н, В - удельный вес, Н/м3, соответственно наружного и воздуха помещения, определяемый по формуле

,

t- температура воздуха (t = t5, обеспеч. 0,92, или t = tВ);

 w - максимальная из средних скоростей по румбам за январь, м/с [1,табл.4.5].

 Н/м3;

 Н/м3;

DР=0.55·12.67·(13.9- 11.9)+0.03·13.9·4.12=20.92 ;Па

;

- тройное остекление в раздельно-спаренных  переплетах с уплотнением прокладками из зубчатой резины.

0.26 выполняется.

3. Расчет потерь  теплоты отдельными помещениями  и зданием в целом.

Расчетная температура наружного  воздуха t5=-240C, расчетная температура внутреннего воздуха в жилых помещениях: в угловых tв=200С; в не угловых tв=180С; в кухне tв=150С. Средняя скорость ветра за январь по румбам υ=4.1м/с. Сопротивление теплопередаче наружных стен 2 оС)/Вт, пола первого этажа    (м2 оС)/Вт; покрытия 2 оС)/Вт,

Для правильного составления  теплового баланса помещений  при определении тепловых потерь следует учитывать основные и добавочные потери тепла помещениями :

Qот=Qтп+Q(инф)(вент) – QБ, Вт

где Qтп - основные ( трансмиссионные ) потери теплоты через наружные ограждающие конструкции, Вт ;

Q(инф)(вент) - добавочные потери тепла на нагревание воздуха инфильтрующегося в помещения ;

QБ-  бытовые тепловыделения, поступающие в отапливаемые помещения, Вт.

Основные потери теплоты определяют в соответствии с (2, прил.9, п.1) с округлением до 10 Вт путем суммирования потерь тепла через отдельные ограждения для каждого отапливаемого помещения по формуле:

Qтп =   n, Вт,

где      F - расчетная площадь ограждения,  м2;

R - сопротивление теплопередаче  ограждения, (м2 оС)/Вт;  

tн- расчетная температура наружного воздуха, при расчете потерь тепла через наружные ограждения или температура воздуха более холодного помещения при расчете потерь тепла через внутренние ограждения ;

ψ- добавочные потери теплоты  через ограждения , принимаемые в  долях от основных потерь, для наружных вертикальных и наклонных стен, дверей и окон, обращенных на север, восток, северо-восток и северо-запад  ψ = 0,1; на юго-восток и запад - в размере ψ = 0,05.

 Определение расходов теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха в помещении.

а)    Qинф, Вт - вследствие действия теплового и ветрового давления, а также работы системы вентиляции, определяемый согласно (2 , прил.10) по формуле:

Qинф =0,28 · ∑G· с∙(tв-tн)·А, Вт

где   с - удельная теплоемкость воздуха , равная 1 Кдж/(кг оС);

А- коэффициент учета  влияния встречного теплового потока, для стыков панелей и окон с  тройными перелетами - А = 0,7;

∑G - суммарный расход инфильтрующегося воздуха в помещение через неплотности наружных ограждений (окон, балконных дверей, внутренних и наружных дверей, ворот, стыков стеновых панелей),  кг/ч, определяемый согласно (2 , прил.10, п.3) по формуле

∑G=0,216 · ∑Fо· (∆Ро)2/3/Ruo

где Fо - соответственно площадь окон, балконных дверей;

Ruo - соответственно сопротивление воздухопроницанию окон и балконных дверей, ( м2·Па)/кг, определяемое (2, прил.10);

∆Ро - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях соотвественно окон, балконных дверей, определяется по формуле:

∆Ро=(Н-h)·( н- в)+0,05 н ·V2·(Cн-Cn)·K

где   Н - высота здания, м, от уровня земли до верха карниза, центра вытяжной шахты;

h- расчетная высота от уровня земли до верха окон, балконных дверей;

н, в - удельный вес наружного воздуха и воздуха помещения , Н/м3.

V- скорость ветра, м/с, принимаемая  по (1, табл. 4.5);

Cн,CП - аэродинамические коэффициенты, соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждения здания, принимаемые по СНиП 2.01.07-85 (Cн = 0,8 и    Cп= -0.6);

К- коэффициент учета изменения  скоростного давления ветра в  зависимости от высоты здания , принимаемой  по СНиП 2.01.07-85 (К= 0.05);

Руп- условно-постоянное давление воздуха в помещении, для жилых зданий с естественной вентиляцией принимают Руп = 0.

б) Расход теплоты на нагрев поступающего воздуха в жилые помещения  в результате вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, определяется согласно (2, прил.10).

Qвент=0.28·L·p·c(tв-tн), Вт

где   L - расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым приточным воздухом,   м3/ч, принимается 3 м3/ч на 1м2 площади жилых помещений;

р- плотность воздуха в помещении;

За  расчетный расход теплоты  на нагревание воздуха, поступающего в  жилые помещения, принимается большая из двух величин Qинф  и Qвент .

 

Определение бытовых  тепловыделений.

Общие потери теплоты отапливаемыми  помещениями жилых зданий следует  уменьшать на величину бытовых тепловыделений, определяемых из расчета 21 Вт на 1м2 площади пола отапливаемого помещения (Fп):

FБ=21· Fn ; Вт

Определение количества инфильтрующегося воздуха через окна помещений.

h1эт=3,3м; h2эт=6,3; h3эт=9,3м;

Определяем удельный вес воздуха:

При tв=18о Н/м3;

        tв=15о Н/м3;

        tн= – 24оС Н/м3;

1 этаж.

tв=18оC  102

Па

кг/ч

Qинф=0.28·18.53·1·(18-(-24))·0.7=160 Вт

tв=15оC  103

Па

кг/ч

Qинф=0.28·18.08·1·(18-(-24))·0.7=138 Вт

2 этаж.

tв=18оC  202

Па

кг/ч

Qинф=0.28·16.18·1·(18-(-24))·0.7=139 Вт

tв=15оC  203

Па

кг/ч

Qинф=0.28·15.85·1·(18-(-24))·0.7=137 Вт

4 этаж.

tв=18оC  402

Па

кг/ч

Qинф=0.28·10.89·1·(18-(-24))·0.7=94 Вт

tв=15оC  403

Па

кг/ч

Qинф=0.28·10.83·1·(18-(-24))·0.7=82.78 Вт

Рассчитаем лестничную клетку.

Па

кг/ч

Па

кг/ч

Па

кг/ч

Расчет сведем в табл.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1. Определение тепловых потерь здания по укрупненным измерителям.

Ориентировочное значение тепловых потерь здания определяют по формуле:

Qукр=Б·qзд·Vн·(tв-tн), Вт; 

где   Б - коэффициент учета района строительства здания ;

Б= 0.54 + 22/(tв-tн) ;

Vн- объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3 ;

qзд- удельная тепловая характеристика здания, Вт/м3·оС.

Удельную тепловую характеристику здания  qзд, Вт/м3·оС, определяют по формуле:

qзд =1.08 ,  

где - P, S, H – периметр, площадь, высота здания;

Кнс, Кок, Кпт, Кпл (Вт/м2 оС) коэффициент теплопередаче наружных стен, окон, покрытия, пола I-го этажа;

d – коэффициент остекления, т.е. отношение площади остекленения и площади вертикальных наружных ограждений.

qзд =1.08 = 0.1878 Вт/м2·0С

Б=0.54+22/(18-(-24))=1.064;

Vн=416.78·12.67=5280.603;

Qукр=1.064·0.1878·5280.603·(18-(-24))=44316.97 Вт.

 

4. Определение  поверхности нагрева отопительных  приборов.

Задачей конструирования системы отопления является размещение приборов, стояков, магистралей системы, назначение уклонов труб, схемы удаления воздуха, выбор запорно-регулирующей арматуры.

  1. Тепловая нагрузка стояка №12.

Qст  = прi;

Qпрi   - тепловая нагрузка i-го прибора;

Qст1  =363+1050+344+784+344+784+482+1075=5226 Вт;

Расход воды по стояку

кг/ч;

  1. Определяем температуру воды, поступающей в прибор стояка на каждом этаже.

t403,402  = 100 оC;

t303,302  = 100 - · 30 =91 оC;

t203,202 = 100 - · 30 =85 оC;

t103,102 = 100 - · 30 =80оC;

 

 

3. Определяем температурный перепад  воды в отопительном приборе  на каждом этаже.

t  = , оC

где - коэффициент затекания воды в прибор; =0.5;

Dt403  = оС;  

Dt402  = оС;    

Dt303  = оС;     

Dt302  = оС;     

Dt103  = оС; 

Dt102  = оС;     

 

  1. Находим среднюю температуру каждого прибора стояка №12.

t , оC;   

t =100- =97.3 oC;                t =100- =93.35 oC;

t =91- =90.9 oC;                 t =91- =87.05 oC;

t =85- =83.9 oC;                 t =85- =80.05 oC;

t =80- =76.95 oC;               t =80- =73.2 oC;

 

  1. Температурный напор прибора.

Dt = t - tв ;

Dt =97.3-15=82.3оC; Dt =93.35-18=75.35оC;

Dt =90.9-15=75.9оC; Dt =86.05-18=68.05оC;

Dt =83.9-15=68.9оC; Dt =80.05-18=62.05оC;

Dt =76.95-15=61.95оC; Dt =73.2-18=55.2оC;

 

  1. Находим расчетную плотность теплового потока для каждого радиатора.

По  (5, табл. 8.1)  для   прибора  МС-140-108 выбираем qнорм=758 Вт/м2; Gпр=0.01 кг/с; n=0.3; P =0.02; Cпр =1.039; f =0.244 м2.

qпр = qнорм( )1+n( ) Cпр;

q = 758 =894; Вт/м2

q = 758 =797; Вт/м2  

q = 758 =804; Вт/м2 

q = 758 =698; Вт/м2 

q = 758 =715; Вт/м2 

q = 758 =619; Вт/м2 

q = 758 =617; Вт/м2 

q = 758 =532; Вт/м2 

 

  1. Определяем площадь приборов.

Fпр = ;    

F   = =0.51 м2;

F   = =1.39 м2;

F   = =0.46 м2;

F   = =1.19 м2;

F   = =0.51 м2;

F   = =1.34 м2;

F   = =0.83 м2;

F   = =2.14 м2;

 

8. Количество секций радиатора: 

N403  = = = 2.1 шт принимаем 3 секций;

N402  = =5.69 шт 6 секций;

N303  = =1.9 шт 3 секций;

N302  = =4.89 шт 5 секций;

N203  = =2.1 шт 3 секций;

N202  = =5.49 шт 6 секций;

N103  = =3.4 шт 4 секций;

Отопление и вентиляция жилого здания. 3