Отопление и вентиляция жилого здания. 10



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Теплогазоснабжение и  вентиляция»

Дисциплина: «Инженерные  сети и оборудование»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

Тема: «Отопление и вентиляция жилого здания»

 

 

Вариант №64.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ПГСд-32

Пузанов П.А.

Проверил:  доцент кафедры  ТГВ

Пазушкин П.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ульяновск, 2008

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Системы отопления и  вентиляции  являются одними из основных инженерных обеспечений жилых зданий.

Отопление необходимо для  поддержания благоприятной и  работоспособной температуры в  помещении, а также компенсировать теплопотери ограждающих конструкций. Вентиляция же позволяет обеспечивать необходимый объем воздуха в помещении, выводить из воздуха вредные вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности человека

Расчет систем отопления заключается в определении соответственно диаметров трубопроводов, их размещении и необходимого количества устанавливаемых отопительных приборов. Расчет вентиляции, заключается в определении сечения каналов воздуховодов и жалюзийных решеток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет  наружных ограждений

1.1.  Теплотехнический расчет наружных  ограждений

 

Приведенное сопротивление  теплопередачи ограждающих конструкций  должно быть не менее требуемых значений , определяемых исходя из санитарно-гигиенических условий по формуле (1) и условия энергосбережения по [4, табл. 4].

Требуемое сопротивление  теплопередачи ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), отвечающих санитарно-гигиеническим условиям, определяют по формуле

,                                     (1)

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения ограждения по отношению к наружному воздуху по [3, табл. 3*] или [4, табл. 6]: для наружных стен и бесчердачных перекрытий = 1; для чердачных перекрытий = 0,9; для перекрытий над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли = 0,6; - расчетная температура внутреннего воздуха, °С; - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки по прил. 1; - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимают по [3, табл. 2*] или [4, табл. 5] для жилых зданий: для наружных стен -             = 4 °С; для покрытых и чердачных перекрытий - = 3 °С; для перекрытий над проездами, подвалами и подпольями - = 2 °С; - коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по [3, табл. 4*] или [4, табл. 7], для стен, полов и гладких потолков равен 8,7 Вт/(м²·°С).

Требуемое сопротивление  теплопередаче  дверей (кроме балконных) и ворот должно быть не мене 0,6· стен зданий, определяемого по формуле (1) при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Требуемое сопротивление теплопередаче наружных ограждений, исходя из условий энергосбережения, определяется по [3, табл. 16], [4, табл. 4] в зависимости от значения градусо-суток отопительного периода , а приведенное сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей по [3, прил. 6*].

Градусо-сутки отопительного периода  определяются по формуле

,                (2)

где - то же, что и в формуле (1); и - соответственно средняя температура, °С, за отопительный период и продолжительность, в сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С, определяются заданием.

Значения требуемого сопротивления  теплопередачи для величин  , отличающихся от табличных, следует определять по зависимости

,                (3)

где а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным [4, табл. 4] за исключением столбца 6. Для окон, балконных дверей, витрин и витражей в интервале до 6000 °С·сут: а = 0,000075, b = 0,15; в интервале 6000-8000 °С·сут: a = 0,00005, b = 0,3; для 8000 °С·сут и более: a = 0,000025, b = 0,5.

Для каждого ограждения из двух вычисленных  величин  и в последующий расчет фактического сопротивления теплопередачи следует принимать большее значение.

Величина фактического сопротивления теплопередачи 2·°С)/Вт, определяется в соответствии с принятой конструкцией ограждения по формуле (4) [6]

,                (4)

где - сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности, (м²·°С)/Вт; - то же, что в формуле (1); — сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждающей конструкции, (м²·°С)/Вт; - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, определяемый по [6, табл. 4.2] или [3, табл. 6*]: для наружных стен и бесчердачных перекрытий = 23 Вт/(м2·°С); для чердачных перекрытий = 12 Вт/(м2·°С); для перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, = 6 Вт/(м2·°С); - термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями, (м2·°С)/Вт.

Величина  определяется как сумма термических сопротивлений отдельных слоев

,                (5)

где , , ... , — термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, (м2·°С)/Вт; — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки по [6, табл.4.3.], или [4, прил.4].

Сопротивление каждого  слоя однородной ограждающей конструкции  , , ... , определяется по формуле

,                (6)

где - толщина слоя, м; - коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С), принимать по [3, прил. 3].

При этом должно быть соблюдено  условие: фактическое сопротивление теплопередачи наружных ограждений должно быть больше или равно требуемому исходя из санитарно-гигиенических условий ( ) и условий энергосбережения ( ).

По величине определяется коэффициент теплопередачи ограждения в Вт/(м·°С)

,                (7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.1. Наружная стена

 

Требуется выполнить технический расчет изображенной на рис. 1 наружной стены для жилого дома и установить значения ее сопротивления и коэффициента теплопередачи.


 

 

 

1 – известково-песчаный раствор  толщиной       δ1 = 0,02 м, λ1 = 0,70 Вт/(м·°С);

2 – кирпичная кладка  из кирпича глиняного обыкновенного на цементно-шлаковом растворе        δ2 = 0,38 м, λ2 = 0,64 Вт/(м·°С);

3 – теплоизоляционный  материал – пенополистерол, λ3 = 0,041 Вт/(м·°С);

4 – кирпичная кладка  из кирпича глиняного обыкновенного на цементно-шлаковом растворе        δ4 = 0,12 м, λ4 = 0,64 Вт/(м·°С);

 

 

 

Рис. 1.1.1. Конструкция наружной стены здания




 

 

 

 

 

 

1) Определим требуемое  сопротивление теплопередаче наружного  ограждения по формуле 

1,64 (м²·°С)/Вт;  (1)

2) Определим градусо-сутки отопительного периода по формуле

6228 °С·сут;   (2)

3) Определим требуемое  сопротивление теплопередаче для  полученной величины  по формуле

3,58 (м²·°С)/Вт;  (3)

Так как для наружного  ограждения требуемое сопротивление теплопередаче, определенное с учетом величины градусо-суток отопительного периода имеют большую величину по сравнению со значением, полученным при вычислениях по формуле (1), то в расчет принимаем для наружной стены = 3,58 (м²·°С)/Вт.

4) Определим требуемую толщину  утеплителя из формулы (4), замещая  полученным значением

,                                         

тогда        

,              

Толщина конструктивных слоев указана  справа от рис. 1. Соответствующие коэффициенты теплопроводности приняты по [3, прил. 3*] при условии эксплуатации «А», т.к. зона влажности «сухая», влажностный режим жилого дома «сухой» по [3, прил. 2].

0,11 м;

Так как по расчету  = 0,11 м, то толщину утепляющего слоя для наружной стены принимаем ближайшую большую к этому значению по сортаменту выпускаемых плоских листов пенополистерола. Толщина используемого утеплителя в данном случае составит 0,12 м.

5) Определим по формуле (4) фактическое  сопротивление наружного ограждения  с учетом принятой толщины пенополистерола:

= 3.88 (м²·°С)/Вт;

6) Определим коэффициент теплопередачи по формуле (7)

= 0,26 Вт/(м²·°С);

7) Определим требуемое сопротивление  теплопередаче окон и балконных  дверей по [4, табл. 4], зная градусо-сутки отопительного периода

= 0.62 (м²·°С)/Вт;

Используя [3, прил. 6*], выбираем равное или ближайшее большее приведенное сопротивление теплопередаче и соответствующую конструкцию окна.

= 0,55 (м²·°С)/Вт, что соответствует тройному остеклению в деревянных или пластмассовых раздельно-спаренных переплетах.

8) Определим коэффициент теплопередачи  окон и балконных дверей по  формуле (7)

= 1,61 Вт/(м²·°С);

9) Определим требуемое  сопротивление теплопередаче дверей (кроме балконных) и ворот из условия

= 0.98 (м²·°С)/Вт;

10) Определим коэффициент  теплопередачи дверей и ворот  по формуле (7)

= 1.02 Вт/(м²·°С);

11) Толщина наружной  стены δст = 0,640 м.

1.1.2. Бесчердачное перекрытие

 

Требуется выполнить технический расчет изображенного на рис. 1.1.2 бесчердачного перекрытия для жилого дома и установить значения его сопротивления и коэффициента теплопередачи.


 

1 – многопустотная  железобетонная плита толщиной  δ1 = 0,22 м, λ1 = 1,92 Вт/(м·°С);

2 – пароизоляционной слой толщиной δ2 = 0,006 м (в расчетах не учитывается);

3 – теплоизоляционный  материал – плиты из резольного  фенолформальдегидного пенопласта, λ3 = 0,05 Вт/(м·°С);

4 – Раствор –сложный (песок, известь, цемент) δ4 = 0,03 м, λ4 = 0,70 Вт/(м·°С);

5 – Водоизоляционный  ковёр (в расчётах не 

Рис. 1.1.2. Конструкция бесчердачного перекрытия




учитывается)

 

 

 

1) Определим требуемое  сопротивление теплопередаче наружного  ограждения по формуле (1)

1,97 (м²·°С)/Вт;

2) Определим градусо-сутки отопительного периода по формуле (2)

6228 °С·сут;

3) Определим требуемое  сопротивление теплопередаче для  полученной величины  по формуле (3)

4.70 (м²·°С)/Вт;

Так как для наружного ограждения требуемое сопротивление теплопередаче, определенное с учетом величины градусо-суток отопительного периода имеют большую величину по сравнению со значением, полученным при вычислениях по формуле (1), то в расчет принимаем для наружной стены = 4.70 (м²·°С)/Вт.

4) Определим требуемую толщину утеплителя из формулы (4), замещая полученным значением

,                                         

тогда        

,

Толщина конструктивных слоев указана справа от рис. 2. Соответствующие  коэффициенты теплопроводности приняты  по [3, прил. 3*] при условии эксплуатации «А», т.к. зона влажности «сухая», влажностный режим жилого дома «сухой» по [3, прил. 2].

0,22 м;

Так как по расчету  = 0,22 м, то толщину утепляющего слоя для бесчердачного перекрытия принимаем ближайшую большую к этому значению по сортаменту выпускаемых плит из резольного фенолформальдегидного пенопласта. Толщина используемого утеплителя в данном случае составит 0,22 м.

Расчет термического сопротивления  многопустотной железобетонной плиты чердачного перекрытия см. п. 1.1.4.

5) Определим по формуле  (4) фактическое сопротивление наружного ограждения с учетом принятой толщины плит из резольного фенолформальдегидного пенопласта

= 4.74 (м²·°С)/Вт;

6) Определим коэффициент  теплопередачи по формуле (7)

= 0,21 Вт/(м²·°С);

6) Толщина бесчердачного перекрытия δбп = 0,476 м.

 

 

 

 

 

 

 

1.1.3. Подвальное перекрытие

 

Требуется выполнить технический расчет изображенного на рис. 3 подвального перекрытия для жилого дома и установить значения его сопротивления и коэффициента теплопередачи.

 


1 –покрытие пола (линолеум) δ1 = 0,01 м, λ1 = 0,38 Вт/(м·°С);

2 –выравнивающая стяжка толщиной δ2 = 0,03 м, λ2 =0,7 Вт/(м·°С);

3 – утеплитель, перлитофосфогелевые изделия λ3 = 0,07 Вт/(м·°С);

4 – многопустотная  железобетонная плита толщиной  δ4 = 0,22 м, λ4 = 1,92 Вт/(м·°С);

5 – пароизоляционный  слой толщиной δ5 = 0,006 м (в расчётах не учитывается);

 

Рис. 1.1.3. Конструкция подвального перекрытия




 

 

 

 

1) Определим требуемое сопротивление  теплопередаче наружного ограждения  по формуле (1)

1,97 (м²·°С)/Вт;

2) Определим градусо-сутки  отопительного периода по формуле  (2)

6228 °С·сут;

3) Определим требуемое сопротивление  теплопередаче для полученной  величины  по формуле (3)

4.70 (м²·°С)/Вт;

Так как для наружного  ограждения требуемое сопротивление  теплопередаче, определенное с учетом величины градусо-суток отопительного  периода имеют большую величину по сравнению со значением, полученным при вычислениях по формуле (1), то в расчет принимаем для наружной стены = 4.70 (м²·°С)/Вт.

4) Определим требуемую толщину утеплителя из формулы (4), замещая полученным значением

,                                         

тогда        

,

Толщина конструктивных слоев указана справа от рис. 3. Соответствующие  коэффициенты теплопроводности приняты по [3, прил. 3*] при условии эксплуатации «А», т.к. зона влажности «сухая», влажностный режим жилого дома «сухой» по [3, прил. 2].

0.29 м;

Так как по расчету  = 0,29 м, то толщину утепляющего слоя для подвального перекрытия принимаем ближайшую большую к этому значению по сортаменту выпускаемых перлитофосфогелевых изделий. Толщина используемого утеплителя в данном случае составит 0,30 м.

Расчет термического сопротивления  многопустотной железобетонной плиты подвального перекрытия см. п. 1.1.4.

5) Определим по формуле  (4) фактическое сопротивление наружного ограждения с учетом принятой толщины перлитофосфогелевых изделий:

= 4.74 (м²·°С)/Вт;

6) Определим коэффициент  теплопередачи по формуле (7)

= 0.21 Вт/(м²·°С);

7) Толщина подвального перекрытия δпп = 0,56 м.

 

1.1.4 Расчет термического сопротивления   многопустотной железобетонной  плиты подвального и чердачного  перекрытия

 

1. Для простоты расчета  принимаем схему сечения плиты  с квадратными отверстиями в  плите вместо круглых. Так,  сторона эквивалентного по площади квадрата (Аквадр – Акруга):

Рис. 1.1.4. Поперечное сечение плиты (а) и расчетная схема (б)

2. При делении плоскостями, параллельными тепловому потоку. Получаем два параллельных участка. Участок I - однородный, участок II - многослойный, состоящий из двух одинаковых по толщине слоев а и в, а также горизонтальной воздушной прослойки. Сопротивления теплопередаче этих участков RI и RII соответственно равны:

 м2·°С/Вт

Термическое сопротивление  воздушной прослойки Rв.п находим по прилож.7 методического указания:

• для панели чердачного перекрытия горизонтальная воздушная прослойка  с потоком теплоты снизу вверх  отделена от холодного чердака слоем  утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной  температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях Rв.п = 0,15 м2·°С/Вт. Следовательно, RII = 0,04 + 0,15 = 0,19 м2·°С/Вт;

• для панели перекрытия над неотапливаемым подвалом с утеплителем, лежащим  под железобетонной плитой, горизонтальная воздушная прослойка от холодного  техподполья отделена слоем утеплителя, поэтому в ней воздух находится при положительной температуре. Для прослойки толщиной 0,14 м в этих условиях при потоке теплоты сверху вниз Rв.п = 0,24 м2·°С/Вт. Следовательно, RII = 0,04 + Rв.п = 0,04 + 0,24 = 0,28 м2·°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче всей плиты при разбивке его плоскостями, параллельными тепловому потоку, определяем по формуле:

• для чердачного перекрытия

0,156 м2 оС/Вт

• для перекрытия над  подвалом

0,189 м2 оС/Вт

3. При делении плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку (см. рис. 1.1.4 на схеме справа), и получаем три параллельных участка. Участки а и в - однородные, участок б - неоднородный, состоящий из горизонтальной воздушной прослойки и слоя железобетона шириной I = 0,07 м и толщиной б = 0,14 м 

 м2 оС/Вт

Определяем сопротивление  теплопередаче этих участков:

 м2 оС/Вт

Rб определяем по формуле :

• для чердачного перекрытия

 м2 оС/Вт

• для перекрытия над  подвалом

 м2 оС/Вт

Сопротивление теплопередаче  всей плиты Rв.т, м2·°С/Вт, при разбивке его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, определяем по формуле:

Rв.т = 2· Rа + Rб = 2·0,02 + Rб;

• для чердачного перекрытия

Rв.т = 2·0,02 + 0,111 = 0,151 м2·°С/Вт;

• для перекрытия над  подвалом

Rв.т = 2·0,02 + 0,136 = 0,176 м2·°С/Вт.

Приведенное термическое  сопротивление теплопередаче плиты Rпр, м2·°С/Вт, определяется по формуле :

• для чердачного перекрытия

0,153 м2·°С/Вт

• для перекрытия над  подвалом

0,180 м2·°С/Вт

Полученные значения используются как известные величины при дальнейшем определении толщины  изоляции в указанных перекрытиях.

1.2.  Проверка конструкций ограждений  на конденсацию

водяных паров на их внутренней поверхности

 

Конденсация водяных паров на внутренней поверхности ограждений наблюдается при . При проверку на образование конденсации водяных паров на внутренней поверхности стен можно не производить. В этом случае проводят проверку на образование конденсации водяных паров только в углу наружных стен. Температура внутренней поверхности ограждений , °С, определяется по формуле

,             (11)

где и - то же, что в формуле (1); и - то же, что и в формуле (4).

 Температура в углу наружных  стен  , °C, вычисляется по приближенной формуле

,              (12)

Упругость водяного пара е, Па, в воздухе помещения равна

,             (13)

где - относительная влажность воздуха, %; Е - упругость водяных паров в состоянии полного насыщения, Па, определяемая по формуле

,             (14)

Температура точки росы воздуха помещения  , °C, вычисляется по следующей зависимости:

,             (15)

 

1.2.1. Проверка наружной стены на  конденсацию водяных паров в углу помещения

 

Необходимые данные для  расчета взяты из 1.1.1. Относительная влажность воздуха в помещении 52 %.

1) Определим температуру внутренней поверхности стены по формуле (11)

18,2 °С;

2) Определимм температуру на внутренней поверхности стены в углу помещения по формуле (12)

16,56 °С;

3) Определим упругость в состоянии полного насыщения водяными парами по  формуле (14)

2402 Па;

4) Определим упругость водяного пара в воздухе помещения по формуле (13)

1249,04 Па;

5) Определим температуру точки росы по формуле (15)

10 °С;

Так как температура внутренней поверхности наружной стены в углу помещения ( = 16,56 °С) выше, чем температура точки росы ( = 10 °С), то конденсации водяных паров в углу помещений не будет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет тепловой мощности системы отопления

2.1.   Уравнение  теплового баланса

 

Расчет тепловой мощности системы отопления следует проводить по методике [5, 6], согласно которой расчетная тепловая нагрузка системы отопления , Вт, определяется по формулам:

а) для комнат жилых зданий   

               при  >

                      - ,                  (16)

               при  >

                      - ;                  (17)                                                                               

         б) для  помещений лестничных клеток

            ;                             (18)                                                                               

в) для кухонь жилых зданий

            - ;                  (19)                                                                               

где - основные и  добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт; - бытовые тепловыделения, Вт; - расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха в результате инфильтрации через неплотности наружных ограждений, Вт; - расход теплоты на нагрев поступающего в помещение наружного воздуха, исходя из санитарной нормы вентиляционного воздуха, Вт.

Основные и добавочные потери теплоты через ограждающие  конструкции , в Вт, определяются путем суммирования потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции , которые вычисляются по формуле с округлением до 1 Вт:

,                 (20)

где А - расчетная площадь ограждающей конструкции, м2; К— коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·°С); , и п - то же, что в формуле (1); β- добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые в соответствии с [6, с. 110, рис. 5.3]. Потери теплоты через внутренние ограждения конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур в этих помещениях равна 3 °С и менее.

Расчетную площадь ограждающих  конструкций (с точностью до 0,1 м2 ) определяют по [6, рис. 5.1, 5.2].

При определении площади  наружных стен площадь окон не вычитают, а вместо коэффициента теплопередачи  окон берут разность между коэффициентами теплопередачи окон и стен. Сумма теплопотерь через наружные стены и окна при этом не изменяется.

При определении потерь теплоты  через наружные двери их площадь  следует вычитать из площади стен и коэффициент теплопередачи  принимать полностью, так как  добавки на основные теплопотери у наружной стены и двери разные.

Ограждающие конструкции  обозначают сокращенно:

НС - наружная стена, ДО - окно с двойным остеклением,  Пл - пол,  Пт -потолок, ДД - двойная дверь, ОД - одинарная дверь.

Все помещения номеруют поэтапно по ходу часовой стрелки. Помещения подвального этажа номеруют с № 01, помещения первого этажа - с № 101, помещение второго этажа - с № 201 и т.д. Номера проставляются на планах в центре рассматриваемых помещений. Внутренние вспомогательные помещения: коридоры, санузлы, кладовые, ванные комнаты и другие, не имеющие наружных стен, отдельно не номеруются. Теплопотери этих помещений через полы и потолки относят к смежным с ними комнатам.

Теплопотери через отдельные  ограждения каждого помещения суммируют. Теплопотери лестничной клетки определяют, как для одного помещения. Каждую лестничную клетку обозначают буквами А, Б и т.д.

Бытовые теплопоступления , Вт, для жилых комнат определяют по формуле

,              (21)

где АП - площадь пола помещения, м2.

Расход теплоты  , Вт, (см. формулы 16, 18 и 19) на нагревание инфильтрующегося воздуха определяют по формуле

,                                  (22)

где - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч; при выполнении курсового проекта допускается определять только через окна и балконные двери по формуле (21);               С - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг·°С); , - то же, что в формуле (20);  k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока: для окон с тройными переплетами k = 0,7, для окон и балконных дверей с двойными раздельными переплетами    k = 0,8 и со спаренными переплетами k = 1, k = 0,6 -  для других наружных ограждающих конструкций.

Расход теплоты  , Вт, (см. формулу 14) на нагревание инфильтрующегося воздуха для жилых зданий определяют по выражению

,                              (23)

где - расход удаляемого воздуха, в м, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий - удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 жилых помещений, следовательно ; C, , и k – то же, что в формуле (22);                   ρВ - плотность воздуха в помещении, кг/м3.

Отопление и вентиляция жилого здания. 10