Отопление многоквартирного пятиэтажного жилого дома

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

КАФЕДРА

«ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

«ОТОПЛЕНИЕ МНОГОКВАРТИРНОГО ПЯТИЭТАЖНОГО  ЖИЛОГО ДОМА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          

 

 

        

 

            

 

 

 

                                                                               Выполнил: ст. гр. 110425

                                                                                            Ненартович К.Н.

                                                                          Принял: Покотилов  В.В.  

 

 

 

МИНСК – 2008

 

 

Содержание

 

АННОТАЦИЯ ……………………………………………………………………..……………………………….….4

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...…………………………………….....4

1.Краткое описание  задания, расчетные параметры 

наружного и внутреннего  воздуха ……………………...…..……………………………………………..……...4

2. Определение сопротивления теплопередаче перекрытия.

над неотапливаемым подвалом ………………………………………………….…………………………….....5

3. Определение расчетных температур в неотапливаемых помещениях ….….……………………….….6

4. Определение расчетных потерь теплоты помещениями и зданием …………..… ………………….….7

5. Конструирование и расчет однотрубной системы водяного отопления ………..………………….…....9

    5.1. Конструирование системы отопления ……..……………………………………………………………..9

    5.2. Конструирование, тепло-гидравлический расчет и подбор оборудования 
теплового пункта при зависимой схеме подключения к тепловым сетям ……………………………………..….9

    5.3. Гидравлический расчет однотрубной системы отопления методом  
характеристик сопротивления. Подбор насоса циркуляционного ………………………………………………….10

    5.4. Подбор отопительных приборов ………………………………………..………………………….……..12

6. Конструирование и расчет двухтрубной системы водяного отопления ……………………………......14

    6.1 Конструирование системы отопления, определение расчетного теплового потока  
и расхода теплоносителя для отопительных приборов, расчетной мощности системы отопления  ………..14

    6.2. Конструирование, тепло-гидравлический расчет и подбор оборудования теплового 
пункта при независимой схеме подключения к тепловым сетям ………………………………………………….14

    6.3. Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления методом удельных потерь  
давления на трение. Подбор термостатических и балансовых на обратных подводках  
клапанов отопительных приборов, определение их требуемой пропускной способности………………18

  6.4. Подбор отопительных приборов ………………………………………………...…………………………18

7.Основные рекомендации по монтажу, пуску и тепло-гидравлической наладки системы отопления.. 19

8. Резюме ………………………………………………………………………………………………………………20

9.Литература…………………………………………………………………………………………………………….21 

Приложения 

Аннотация.

 

В данном курсовом проекте  представлены конструирование и  расчеты тупиковой системы водяного отопления с верхней разводкой магистральных теплопроводов жилого многоквартирного  пятиэтажного дома, произведены расчеты  как однотрубной системы  отопления с зависимой схемой подключения  к теплосетям, так и двухтрубной, подключенной  по независимой схеме.

Для поддержания оптимальной температуры в помещении с однотрубной системой отопления мы применили трехходовые клапаны, способные регулировать теплоотдачу отопительных приборов, а в двухтрубной – термостатические и балансовые клапаны на обратных подводках отопительных приборов.

Помимо этого, в проекте наглядно представлены схемы систем отопления и тепловых пунктов с их тепло-гидравлическим расчетом, а также произведен полный подбор оборудования теплового пункта и другой запорно-регулирующей арматуры

 

Введение.

 

Сведения по устройству, проектированию и особенностям эксплуатации отопительных установок предназначены для создания максимально благоприятных условий для  плодотворной жизнедеятельности людей. Именно поэтому к системам отопления, создаваемым для поддержания в помещениях заданной температуры воздуха, предъявляется ряд требований, которые можно подразделить на санитарно-гигиенические, технико-экономические, строительные и эстетические.

В зависимости от радиуса  действия отопительные системы подразделяются на местные, центральные и районные. Центральные в свою очередь делятся на системы водяного, парового и воздушного отопления.

Из систем центрального отопления наиболее распространенными  являются системы водяного отопления как наиболее отвечающие гигиеническим требованиям. (не исключается применение парового и воздушного отоплении при соответствующем обосновании).  Они подразделяются на системы двухтрубные и однотрубные.

Двухтрубной такая система  отопления  называется из-за наличия  двух параллельно прокладываемых стояков – подающего и обратного, а с тупиковым движением – поскольку идущая по подающей магистрали вода, дойдя до последнего стояка, попадает как бы в тупик и, поступив в обратную магистраль, возвращается в тепловой центр уже в противоположном направлении.

Однотрубной же систему  отопления называют вследствие того, что стояк состоит из одной трубы.

Преимущество однотрубных  систем перед двухтрубными состоит  в том, что они  более гидравлически устойчивы, т.е. более надежны при эксплуатации.

 

 

1. Краткое описание задания, расчетные параметры

наружного и внутреннего воздуха

  

Согласно  заданию, объектом проектирования является жилое многоквартирное здание, расположенное в Витебской области. Здание двухсекционное, имеет пять этажей.

Источник теплоснабжения – тепловые сети с параметрами:  Т_г=120⁰С, Т_о=70⁰С.

Схема подключения системы отопления к тепловым сетям: зависимая – основное решение;

                                                                                                   независимая – дополнительный  вариант.

         Система отопления: основное решение – водяная однотрубная тупиковая с верхней разводкой магистральных трубопроводов (дополнительный вариант – двухтрубная система водяного отопления).

          Параметры теплоносителя в системе: t_г =85⁰С,  t₀ =65⁰С.

          Отопительные приборы: радиаторы  чугунные МС-140М  

          Расчетная температура наружного воздуха –  средняя температура наиболее холодной пятидневки   t_ext= -21⁰С. [3, табл.Е.1]

 Согласно СНБ 4.02.01-03 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» принимаем следующие расчетные параметры внутреннего воздуха: жилая комната t_в=18⁰C (для угловых комнат t_в=20⁰С), кухня t_в=18⁰C , туалет  и ванная t_в=25⁰C,  лестничная клетка t_в=16⁰C, относительная влажность внутреннего воздуха: φ_в=55%.

Сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций:

     наружная стена – R_т =2,2 м^{2 0}С/Вт

     покрытие чердачное  – R_т =3,5 м^{2 0}С/Вт

 

 

 

 

 

2.Определение  сопротивления теплопередаче перекрытия

над неотапливаемым помещением (подвалом)

 

Расчетная формула для определения температуры в подвале t_x  на основании теплового баланса:

 

где ,  произведение коэффициента теплопередачи на площадь соответственно внутреннего ограждения и наружного ограждения неотапливаемого помещения.

Определяем дополнительные данные, необходимые для расчета:

1.Окна подвала: двойное остекление в деревянных переплетах – R_до=0,39 м^{2 0}С/Вт [4, табл. Г.1]                
           К_до=1/0,39=2,56 Вт/(м^{2 0}С) 
           А_о =0,24∙18=4,32 м²; 

2.Наружная стена из бетонных  фундаментных блоков δ=0,4 м, λ=1,86 Вт/ м ⁰С [4, табл. А.1] и наружного слоя пенополиуретана δ=0,07 м, λ=0,05 Вт/(м ⁰С) [4, табл. А.1]; 
            А_н.ст.=0,65∙P – А_о=0,65∙90 – 4,32 =54,18 м^{2 
                   
                 (}м^{2 0}С/Вт) 
              К_н.ст= (Вт/м^{2 0}С) 

Теплопотери  через наружное ограждение в грунт рассчитываются методом зон. Ширина каждой зоны 2 метра, начиная от границы грунта. 
          Коэффициент сопротивления теплопередаче каждой зоны:

   3.Утепленная стена на грунте I зоны

   R_I =2,1 м^{2 0}С/Вт

 А_1ут=0,6∙P=0,6∙90=54, м²

 R_1ут= R_I+ δ/ λ= 2,1+0,07/0,05=3,5 м^{2 0}С/Вт 
          К_1ут= Вт/(м^{2 0}С) 
 
          4.Неутепленная стена на грунте I зоны 
         А_I=(1,1+0,3)∙Р+=1,4∙90=126 м² 
 
         К_I= Вт/(м^{2 0}С)

5.Неутепленные полы II зоны

R_II =4,3 м^{2 0}С/Вт

 

 A_II=143,2 м²

 К_II= Вт/(м^{2 0}С)

6.Неутепленные полы III зоны 
        A_III=127,2 м²

R_III =8,6 м^{2 0}С/Вт

К_III=1/ R_III=0,12 Вт/(м^{2 0}С)

7.Неутепленные полы IV зоны 
         A _IV =20,4 м²

 R_IV =14,2 м^{2 0}С/Вт

К_IV=1/ R_IV= =0,07 Вт/ (м^{2 0}С)

Сопротивление теплопередаче  перекрытия над неотапливаемым подвалом R_пл следует определять по расчету, обеспечивая перепад между температурами пола и воздуха помещения первого этажа не более 2⁰С.(принятое условие комфорта) [4, табл.5.1], при этом температура в неотапливаемом подвале не должна быть ниже 2⁰С. Поэтому, задаемся =2⁰С:

Решая уравнение, получаем:

К_пл=0,65 Вт/ (м^{2 0}С),

R_пл=1,54 м^{2 0}С/Вт

Выполняем проверку условия комфорта:

                                                                  

                                                                   
т.е. принятые проектные решения удовлетворяют нормативным требованиям.

 

 

3.Определение  расчетных температур в неотапливаемых  помещениях 
(чердака, тамбура ЛК)

 

Температуру тамбура лестничной клетки определяем по формуле:

 

Доказано, что n колеблется в пределах 0,3..0,4. 
Принимаем n=0,35, тогда:

 
 

Определение расчетной  температуры для объема чердака выполняем по формуле:

 

где ,  ,   произведение коэффициента теплопередачи на площадь соответственно внутреннего ограждения, наружного ограждения неотапливаемого помещения и теплопровода;  

-- температуры расчетные в отапливаемом помещении, наружного воздуха и теплоносителя в трубопроводе

Т.к. мы не будем учитывать  теплопоступления от теплопроводов, то значением слагаемого пренебрегаем. 
          Теплотехнические характеристики ограждения чердачного помещения :

А_р=369,36 м²  
         К_р=1/R_тр =0,29 Вт/ (м^{2 0}С) – чердачное перекрытие

А_ext=1,3∙A_p=1,3∙369,36 =480,17 м² 
          К_ext=1/R_т.ext =0,4 Вт/ (м^{2 0}С) – кровля

 

4.Определение  расчетных потерь теплоты помещениями  и зданием.

 

 

Определение основных и добавочных потерь теплоты через ограждающие конструкции:

, Вт

 

где  – расчетная температура наружного воздуха, ⁰С

        – расчетная температура воздуха в помещении, ⁰С:

               18⁰С – для жилых комнат, кухонь

               16⁰С – лестничная клетка

 

n – коэффициент, применяемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к воздуху [4,табл. 5.3];

       Σβ – надбавка на ориентацию по сторонам света;

        k – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/ (м^{2 0}С);

        А – расчетная  площадь ограждающей конструкции,  м²;

        Нумеруем отапливаемые помещения, имеющие вертикальные наружные стены, по ходу часовой стрелки.

Примечание: теплопотери  через полы первого и потолки  последнего этажа ненумерованных помещений следует отнести к нумерованным в виде площади ограждения; для помещений, имеющих два и более наружных ограждения, за расчетную температуру принимаем .

Расчетные потери теплоты  отапливаемого здания Q_зд , Вт, определяются суммой потерь теплоты отапливаемых помещений

где Q₄ – расчетные суммарные потери теплоты отапливаемого помещения, Вт.

              его значение определяется из  теплового баланса отдельно рассчитываемых  составляющих       [3, Приложение М] :

 

Расход теплоты на нагревание организованного инфильтрационного потока определяется по формуле:

 

Для жилых зданий приточный  воздухообмен нормируется удельным расходом 3 м³/ч на 1 м² площади жилых помещений, что соответствует однократному воздухообмену. В этом случае выражение преобразуется в виде:

 

Бытовые теплопоступления в жилых помещениях находим из выражения:

С учетом того, что система  отопления с индивидуальными  автоматическими терморегуляторами  у отопительных  приборов значение коэффициента η₁=0,8.

Расчетная мощность системы  отопления определяется из выражения:

, Вт;

 

, Вт;

Расход теплоносителя G кг/ч, в расчетном участке или стояке системы отопления следует определять по формуле

 

 

, кг/ч;

 

 

 

где -- расчетная разность температур теплоносителя, ⁰С.

 

 

 кг/ч;

 

 

 

Результаты расчета тепловой нагрузки помещений выполняются в Excel табл.1.

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Конструирование и расчет однотрубной системы водяного отопления.

 

5.1 Конструирование системы отопления, определение расчетной тепловой мощности системы и расхода теплоносителя для отопительных приборов.

 

При проектировании системы отопления необходимо последовательно и комплексно решать следующие задачи:

 

1. выбор для каждого помещения оптимального вида отопительного прибора, обеспечивающего заданные параметры;
2. определение местоположения отопительных приборов и их требуемых размеров;
3. предусмотреть автоматическое регулирование и учет количества потребляемой теплоты, применять энергоэффективные решения
4. выбор вида присоединения отопительного прибора к теплопроводам системы отопления;
5. решение схемы размещения трубопроводов, выбор вида труб в зависимости от предъявляемых требований.
6. выбор схемы присоединения системы отопления к тепловым сетям. При проектировании  выполняются соответствующие тепловые и гидравлические расчеты, позволяющие подобрать материалы и оборудование системы отопления и теплового пункта 

 

Оптимальные комфортные условия достигаются  правильным выбором вида отопления  и вида отопительного прибора. Отопительные приборы следует размещать, как правило, под световыми проемами, обеспечивая доступ для осмотра, ремонта и очистки. Размещать отопительные приборы рекомендуется размещать у каждой наружной стены помещения с целью ликвидации нисходящего на пол холодного воздуха. В силу тех же обстоятельств длина отопительного прибора должна составлять не менее 0,7-0,9 ширины оконных проемов отапливаемых помещений. Полная высота отопительного прибора должна быть меньше расстояния от чистого пола до низа подоконной доски на величину не менее 110 мм. В лестничных клетках зданий до 12 этажей отопительные приборы можно размещать только на первом этаже на уровне входных дверей.

      

Трубопроводы  систем отопления следует проектировать из стальных, медных, латунных труб, а также термостойких металлополимерных и полимерных труб. Прокладка стальных, медных трубопроводов систем отопления должна предусматриваться открытой. При обосновании допускается скрытая прокладка медных (латунных) трубопроводов. Трубы из полимерных материалов прокладываются скрыто.        

 

Уклоны трубопроводов следует  принимать не менее 0,002. Допускается прокладывать без уклона при скорости движения воды в них 0,25 м/с и более.

 

Тепловую изоляцию следует предусматривать  для трубопроводов, прокладываемых в неотапливаемых        помещениях, в местах, где возможно замерзание теплоносителя.

 

По возможности стояки рекомендуется располагать в наружных углах здания и помещений, т.к. это самые благоприятные места для выпадения конденсата.

 

На каждом стояке (подъемном и  опускном) в месте подсоединения  к магистралям устанавливаем  запорную арматуру (кран шаровой) для его отключения при необходимости. На магистралях также устанавливаем вентили и задвижки для отключения отдельных ветвей. На тепловом пункте предусмотрена линия для слива воды из системы.

 

Расчетная мощность системы отопления  определяется из выражения:

, Вт;

 

, Вт;

Расход теплоносителя G кг/ч, в расчетном участке или стояке системы отопления следует определять по формуле 

 

 

, кг/ч;

 

 

 

где -- расчетная разность температур теплоносителя, ⁰С.

 

 

 кг/ч;

 

 

5.2. Конструирование, тепло-гидравлический расчет и подбор оборудования теплового пункта при зависимой схеме подключения к тепловым сетям.

 

По заданию курсового  проекта тепловой пункт расположен в подвале проектируемого здания. Для снабжения зданий различного назначения теплом, необходимым для возмещения теплопотерь, применяют теплоносители разных параметров. Для приготовления воды соответствующих параметров в зданиях приходиться создавать тепловые пункты. Блочные тепловые пункты представляют собой полный комплект оборудования и приборов для присоединения отдельных потребителей к тепловым сетям. Поставка оборудования осуществляется укрупненными узлами, которые собираются на месте монтажа в блок. Для установки блоков не требуется устройство специальных фундаментов. Монтаж производится на бетонном основании пола теплового пункта. После сборки блока производится установка контрольно-измерительных приборов, а также подключение и крепление электрокабелей, входящих в комплект поставки.

 

При зависимой схеме  подключения сопротивление теплового  узла включает в себя трубопроводы d=65 мм, общей длиной 10м, 6 шаровых кранов, два фильтра, обратный клапан и трехходовой клапан.

 

 

5.2.1. Подбор трехходового клапана

 

При выборе трехходового клапана следует ориентироваться на соотношение:

 

К_v= (2..3) G_c.o.

Принимаем в установке трёхходовой клапан регулирующий HERZ d=32 мм арт.1403732 (К_v=16 м³/ч)

 

 

5.2.2. Подбор фильтров

 

Применяем два фильтра-грязевика HERZ d=65 мм, размер ячейки 0,4мм, размер 2,5; арт.1411107       (К_v=55 м³/ч)

 

 

5.2.3. Шаровые краны ГЕРЦ  ВР-НР, с рычажной рукояткой.

Размер-50, РН-40.

 

5.2.4. Подбор обратного клапана.

 

Применяем обратный клапан

 

 

Общее сопротивление теплового  пункта:

  

    ∑∆Р_ТП=15694+185,84+110+300=16290 Па

 

 

5.3. Гидравлический расчет однотрубной системы отопления методом характеристик сопротивления. Подбор насоса циркуляционного.

 

Целью гидравлического  расчета при условии использования располагаемого перепада давления на вводе и обеспечения бесшумности работы системы отопления является: определение диаметров участков системы отопления, подбор регулирующих клапанов, устанавливаемых на ветках, стояках или подводках отопительных приборов, подбор перепускных смесительных, разделительных, балансовых клапанов и определение величины их гидравлической настройки; подбор типа и типоразмеров циркуляционных насосов. 

Эти настройки и соответствующие  им значения применяются при пусковой наладке системы отопления.

 

Основой гидравлического расчета по методу характеристик сопротивления является следующие соотношения:

∆р_уч=S_уч∙G_уч²;    ∆р_уз=S_уз∙G_уз²;  ∆р_ст=S_ст∙G_ст²;    ∆р_со=S_со∙G_со².

 

 

где ∆р_{уч ,}∆р_уз ,∆р_ст ,∆р_со – потери давления, соответственно, на определенном участке, в узле, на стояке, системы отопления, Па;

     G_уч ,G_уз ,G_ст ,G_со – расход теплоносителя, соответственно, на определенном участке, в узле, на стояке, системы отопления, м³/ч.

     S_уч ,S_уз ,S_ст ,S_со – характеристика сопротивления;

 

              В данном курсовом проекте производится гидравлический расчет самого нагруженного и удаленного стояка, самой нагруженной ветки Б (стояк 11).             

 

Весь расчет сведен в  таблицу 2 с использованием следующих формул:

Q_t=1,05Q₄;  

; S=(l∙λ/d+Σξ) ∙A ;      ∆р_уч=S_уч∙G_уч².

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                                Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Для расчетного стояка задаемся степенью открытия (n) балансового вентиля Герц-RL-5 равным 5 оборотов, при этом К_v=85 м³/ч. 3х ходовой клапана CALIS-TS-3-D принимаем открытым полностью.

Строим график падения  давления в системе отопления

 

Делаем расчет балансовых вентилей на остальных стояках расчетного кольца:

∆Р_кл=Р_{расп.Ст.}-Р_{Ст ,} Па

 

По значениям расхода  и потери давления в стояке определяем K_v и n (таблица 5)

 

N стояка	Qt, Вт	Gоп, кг/ч	ΔPст, Па	ΔРрасч, Па	Характеристика клапанов
					ΔPкл	Кv	n
Cт.10	5421	233		7738.0	1200	2.2	3
Ст. 9	2389	103	669.0	8410.0	7741	0.37	0.7
Ст. 8	4927	212	5714.0	8612.0	2898.0	1.25	2.2
Ст. 7	5143	221	6165.0	9602.0	3437.0	1.19	2.1
Ст. 11	3600	155	2790.0	9725.0	6935.0	0.59	1
Ст.12	3600	155	2790.0	9810.0	7020.0	0.59	1

 

 

 

Для перемещения воды по теплопроводам системы отопления  необходимо применять насосы, которые при соответствующей производительности должны создавать давление, достаточное для преодоления гидравлических сопротивлений  системы отопления.

Р_н.тр=∆Р_с.о=32310 Па.

Циркуляционный насос  подбираем с помощью компьютерной программы «GRUNDFOS – WinCAPS», на следующие параметры:

V_н=V_co=4м³/ч,

Р_н=Р_со=3,2м.в.ст.

 

Из приведенного списка выбираем насос марки UPS 32-120 F. Cм. Приложение.

 

 

5.4. Подбор отопительных приборов.

 

К установке принимаем  отопительный прибор – радиатор чугунный секционный МС–140. Радиатор -- конвективно-радиационный прибор. Отвечает требованиям:

а) теплотехнические - имеют  большую тепловую мощность на единицу  длины прибора;

б) эксплуатационные –  долговечен при использовании, так  как более коррозионностойкий по сравнению с другими отопительными приборами;

 в) варьирование  количества секций, т.е. изменение площади нагрева.

 

   1. Определяется суммарное понижение температуры воды ∑∆t_м  на участках подающей магистрали и от теплового пункта до рассматриваемого стояка или ветки.

        Определяется температура подающей воды на входе в рассматриваемый стояк

2. Для однотрубного стояка вычисляются расчетные температуры на стояке между узлами отопительных приборов, являющиеся в дальнейшем расчете температурами входа воды в отопительный прибор t_ex . Расчет выполняют «по ходу движения воды», начиная от t₁ , по принципу пропорциональности потери температуры в узле отопительного прибора  его тепловой нагрузке  Q_np

  3. Определяется средняя температура отопительного прибора:

 

• двухтрубной системы отопления  t_cp=(t₁+to)/ 2 ;

 

• однотрубной системы отопления 

 

где β₁  и β₂ –соответственно коэффициент учета дополнительного теплового потока за счет округления сверх расчетной величины и коэффициент учета дополнительных потерь через  наружные ограждения;

      a  - коэффициент затекания воды в отопительный прибор;

     G_cm –расчетный расход воды в стояке, принимаемый из гидравлического расчета системы топления, кг/ч

            Для отопительного прибора определяется средняя расчетная разность температур  ∆t_Cp⁼t_cp-t_p .

4.  Вычисляется тепловой поток Q₃ от трубопроводов, проходящих в рассматриваемом помещении