Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Отопление жилого здания. 4

ВВЕДЕНИЕ

Согласно учебному заданию, выполняется проектирование системы отопления пятиэтажного 2 секционного жилого дома. Район строительства - г. Элиста. Расчётная температура наружного воздуха =-23°С. Фасад проектируемого здания ориентирован на В.

В задании представлены следующие исходные данные к курсовой работе:

• температура теплоносителя в наружном подающем теплопроводе Т1=140°С;

• температура теплоносителя в обратном теплопроводе Т2=70°С

В работе решаются следующие вопросы – конструктивная разработка системы водяного отопления; расстановка отопительного оборудования и арматуры; определение теплопотерь здания; гидравлический расчет трубопроводов системы отопления; расчет отопительных приборов, подбор оборудования теплового узла.

Графическая часть проекта включает в себя:

План первого, типового этажей (М 1:100).
План подвала с нанесением отопительных приборов, магистральных трубопроводов (М 1:100).
Схема теплового узла. (М 1:30)
Схема систем отопления (М 1:100).

Согласно заданию проектируем двухтрубную систему отопления с нижней разводкой. Современная тенденция на значительное увеличение в системах водяного отопления насосного циркуляционного давления существенно сокращает отрицательное воздействие естественного давления на гидравлическую устойчивость работы двухтрубных систем и расширяет область их применения. В проекте предусмотрена установка терморегулятора на подводящем трубопроводе к отопительному прибору и запорно-регулирующий кран, устанавливаемый на обратной подводке отопительного прибора. Такое решение позволяет несколько снизить расход нагревательных приборов и обеспечить компенсацию тепловых деформаций. Присоединение внутренних трубопроводов к наружным тепловым сетям осуществляется по зависимой схеме. Это означает, что происходит смешение обратной воды из системы с высокотемпературным теплоносителем, осуществляемое посредством смесительного насоса, расположенного в автоматическом узле управления. Движение воды по трубопроводам происходит по тупиковой схеме: вода в подающей магистрали течет в одном, а в обратной – в противоположном направлении. Оценив свойства различных труб для данной системы отопления, в магистральных теплопроводах подвального помещения, решено использовать стальные водогазопроводные трубы. В стояках для подающей и обратной магистрали решено использовать металлополимерные трубы фирмы HERZ.

Для отопления помещений и лестничной клетки используются стальные панельные радиаторы «Prado 11-500».

При проектирование, для расчетов теплопотерь здания, подбора отопительных приборов, гидравлического расчета системы отопления будут использованы, современные методы компьютерных расчетов, с использованием программного обеспечения фирмы SANKOМ.

1.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

1. Устанавливаем расчетные температуры наружного воздуха в помещениях tн(°С) (температура холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92), по данным СНиП [3].

tн = - 23°С

2. Определяем расчётные температуры воздуха в помещениях tв(°С). [2]

а) для жилых помещений расчётная внутренняя температура воздуха принимается минимальной из оптимальных норм по данным ГОСТ [3].

б) для нежилых помещений жилых зданий расчётная температура принимается по минимальной из допустимых норм. Итак:

Жилые комнаты tв=20°С

Жилые комнаты (угловые) tв=22°С

Кухня tв=18°С

Туалет tв=18°С

Ванная комната tв=25°С

Межкомнатный коридор tв=18°С

Лестничная клетка tв=14°С

3. Находим среднюю температуру tот(°С) и продолжительность отопительного периода zот (сут) для г. Элиста.

tот = -1°С

zот = 169 сут

4. Рассчитываем градусо-сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП(°С*сут)

ГСОП=( tв- tот)* zот (1)

ГСОП=(21-(-1)) *169= 3718 °С*сут

5. В зависимости от ГСОП находим нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций Rнорм (м2 °С/Вт).[8]

а) для наружных стен

Rнорм=a*ГСОП+b (2)

а=0,00035

b=1,4

Rнорм=0,00035*3549+1,4=2,642 (м2 °С/Вт)

б) для перекрытий над неотапливаемыми подвалами

Rнорм=a*ГСОП+b

ГСОП до 6000 (°С*сут)

а=0,00045

b=1,9

Rнорм= 0,00045*3549+1,9=3,497 (м2 °С/Вт)

в) для окон и балконных дверей

Rнорм=a*ГСОП+b

ГСОП до 6000 (°С*сут)

а=0,000075

b=0,15

Rнорм= 0,000075*3549+0,15=0,416 (м2 °С/Вт)

г) для внутренних ограждений

Rнорм= (м2 °С/Вт)

Для двери в лестничной клетке

, (3)

∆tn-нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ∆tn=4 (°С)

αв-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, (Вт/м2 °С), αв=8,7 (Вт/м2 °С)

n-коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху n=1

(м2 °С/Вт).

6. Определяем приведенное сопротивление теплопередаче Ro (м2 °С/Вт)

Ro= Rнорм *1.05 (4)

Для стен:

Ro =1.05*2,642=2,744 (м2 °С/Вт).

Для окон: выбираем тройное остекление в деревянных раздельных переплетах Ro =0,42(м2 °С/Вт) .

Для дверей в лестничной клетке:

Ro =0,6* Rнорм = 0,6*1,06 =0,636 (м2 °С/Вт) .

Для внутренних ограждений:

Ro =0.81 (м2 °С/Вт).

Для перекрытий над подвалами:

Ro =1,05*3,497=3,672 (м2 °С/Вт)

7. Коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций К (Вт/м2 °С)

К=1/ Ro (5)

Для наружных стен

К=1/ 2,77=0,361 (Вт/м2 °С)

Для дверей в лестничной клетке

К=1/0,636=1,57 (Вт/м2 °С)

Для окон и балконных дверей

К=1/ 0,416=2,4 (Вт/м2 °С)

Для перекрытий над подвалами

К=1/3,672=0,272 (Вт/м2 °С).

2.Тепловая мощность системы отопления

1.Рассчитаем потери тепла через ограждения в 102 комнате (жилая комната, угловая, 22оС). Имеем:

Наружная стена:

ориентация стены на север;
площадь 3,23*2,8=9,044м2;
коэффициент теплопередачи ограждения согласно расчетам равен К=0,371 (Вт/м2 °С);
расчетная разность температур вычисляется по формуле:

(tв-tн)*n, оС; (6)

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 [1]. Для наружных стен n=1,0; перекрытия чердачные n=0,9; перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли n=0,6.

(tв-tн)*n=(22-(-23))*1,0=45 оС.

Основные теплопотери через ограждения равны произведению площади ограждения, коэффициента теплопередачи и расчетной разности температур.

Q=А*К*(tв-tн)n=9.044*0.371*45=151Вт. (7)

Добавочные теплопотери складываются из теплопотерь на ориентацию по сторонам света и прочих теплопотерь. Добавочный коэффициент на север 0,1.
Теплопотери через ограждения равны:

Q=А*К*(tв-tн)*n*(1+Σβ)=151*(1+0,1)=166,08Вт. (8)

Наружная стена:

ориентация стены на запад;
площадь 3,98*2,8=11,144м2;
коэффициент теплопередачи ограждения согласно расчетам равен К=0,371 (Вт/м2 °С);
Основные теплопотери через ограждения равны:

Q=А*К*(tв-tн)*n=11,144*0,371*45=136,4Вт.

Добавочный коэффициент на запад 0,05.
Теплопотери через ограждения равны:

Q=А*К*(tв-tн)*n*(1+Σβ)=136,4*(1+0,05)=143,22 Вт.

Тройное остекление:

ориентация окна на запад;
площадь 1,2´1,5=1,8 м2;
коэффициент теплопередачи окна 1,81(Вт/м2 °С);
Основные теплопотери через ограждения равны

Q=А*К*(tв-tн)*n=1,8*2,14*45=194,4 Вт.

Добавочный коэффициент на запад 0,05

6)Теплопотери через ограждения равны:

Q=А*К*(tв-tн)*n*(1+Σβ)= 194,4*(1+0,05)=204,12 Вт.

Пол:

площадь 3,23*3,98=12,8м2;
коэффициент теплопередачи ограждения согласно расчетам равен 0,272(Вт/м2 °С); ;
Основные теплопотери через ограждения равны

Q=А*К*(tв-tн)*n=12,8*0,272*(22-(-23))*0,6=94 Вт.

Теплопотери через ограждения равны:

Q=А*К*(tв-tн)*n*(1+Σβ)= 94*1=94 Вт.

Суммарные теплопотери через ограждение:

ΣQогр=166,08+143,22+204,13+94=608,14 Вт.

Выполняем сравнение результатов теплопотерь через ограждения полученные методикой ручного счета и программой Auditor OZC.

Qогр.ручн.расч.=608,14 Вт

QогррасчOZC=691 Вт

Δ=( QогррасчOZC-Qогр.ручн.расч)/Qогр.расч OZC.=

(691-608,14)/691=0,1012*100% ≈10%<15%

Теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха вычисляем по формуле:

Q=0,28Lρнс(tв-tн),Вт; (9)

где L– нормативный воздухообмен, определяемый по формуле

L=Кр∙V,м3/час; (10)

где Кр – норма кратности воздухообмена, определяемая по (9),1/час;

V – объём помещения, м3;

ρн – плотность наружного воздуха, кг/м3, которая определяется по формуле

ρн=353/(273+tн)=353/(273-23)=1,412кг/м3; (11)

с – массовая теплоемкость наружного воздуха, принимаемая равной 1,005 кДж/(кг·оС);

tв, tн – расчетная температура соответственно внутреннего и наружного воздуха.

Kp=1

V=2,8*3,98*3,23=35,995≈36 м ;

L=36

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха:

Q=0.28*36*1.412*1.005*(22+23)=640,48 Вт

Qпом=ƩQогр+ Q=608,14+640,48=1248,62 Вт (12)

Бытовые теплопоступления в помещения определим по формуле:

Qбыт = qв∙А (13)

Где qв - величина бытовых тепловыделений на 1 м площади жилых помещений или расчетной площади общественного здания, Вт/м .

В жилых помещениях для двухкомнатных qв =14 Вт/м². Рассчитаем тепловую мощность системы отопления для помещения №102 (жилой комнаты, угловой с расчётной температурой t = 22°С). Расход теплоты на нагревание инфильтрирующего воздуха, а так же теплопотерь через наружные ограждения составляет Q =640,48Вт.

Найдём бытовые теплопоступления в помещение:

А=12,8 м2

Qбыт = 14*12,8=179,2Вт

Таким образом, искомая величина будет найдена:

Qco= Qогр+Qинф –Qбыт (14)

Qсо=608,14+640,48-179,2=1069,42

Выполняем сравнение результатов тепловой мощности системы отопления полученные методикой ручного счета и программой Auditor OZC приведенный в пункте 2.1.

Qсо.ручн.расч.=1069 Вт

QсорасчOZC=977 Вт

Δ=(Qсо.ручн.расч-QрасчOZC)/со.ручн.расч.=(1069-977)/1069=0,1012*100% ≈10%<15%

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЗДАНИЯ ПО УКРУПНЕННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Для ориентировочного расчета теплопотерь здания воспользуемся формулой:

Qзд=аqV(tв-tн), (15)

где а-коэффициент учета района строительства здания:

а=0,54+22/( ) (16)

q – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м3·оС);

V – объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м3;

(tв-tн) – расчетная разность температуры для основных помещений здания, оС.

а=0,54+22/(20-(-23))=1.05

Величина q определяет средние теплопотери 1 м3 здания, отнесенные к разности температур 1оС. Она может быть ориентировочно найдена по формуле:

(17)

где d-доля остекления стен; А и S – площадь соответственно наружных стен и здания в плане, .

Имеем: Аст=(36*16,145+10,8*16,145)*2=1511,172-180=1331,172

S=36*10,8=388,8

Аок=20*5*(1,2*1,5)=180

d=0,135

Тогда =36*10,8*16,145=6277,176 м3

Получим:

q=1.16*((1+2*0.135)*1331.172+388.8)/6277.176=0.38 Вт/(м3·оС);

Q=1.05*0.38*6277.176*(20-(-23))=107697.5 Вт.

Невязка между теплопотерями, рассчитанными методикой ручного и с использованием программного обеспечения Auditor OZC:

Qобщ.ручн.расч.=107697.5 Вт

QрасчOZC=102575 Вт

Δ=(Qобщ.ручн.расч-QрасчOZC)/Qобщ.ручн.расч.=

(107697,5-102575)/107697,5=0,0475*100% ≈4,75%<15%, что является допустимым. (18)

3.1 Результат полученный в программе Auditor OZC для помещения 102, также для остальных помещений приведен в табличной форме в

таблице 1.

4. ПРИНЯТАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЕ

ТЕПЛОВОГО ПУНКТА

По заданию была принята система водяного отопления здания - двухтрубная с нижней разводкой. Ее применяют в зданиях с техническими подпольями и подвалами. Она обладает рядом преимуществ:

- возможность поддержания умеренной температуры на поверхности нагревательных приборов, исключающей пригорание на них пыли;

- простота центрального регулирования теплоотдачи нагревательных приборов путем изменения температуры воды в зависимости от параметров наружного воздуха (качественное регулирование);

- бесшумность работы и простота обслуживания.

Также преимущества данной системы – теплоноситель поступает к отопительным приборам с большей температурой по сравнению с однотрубной системой отопления.

Принята схема прокладки стояков, при которой подводки присоединяются к отопительным приборам односторонне. Присоединение системы к наружным тепловым сетям осуществляется по зависимой схеме. Зависимая схема со смешением применяется для получения , когда в ней допускается повышение гидростатического давления до давления, под которым находится вода в наружном теплопроводе. Температура воды в наружном подающем теплопроводе понижается до температуры с помощью смесительного насоса.

Движение теплоносителя – тупиковое. Предусмотрена открытая прокладка теплопроводов в здании.

Радиаторные термостаты устанавливаются в системе отопления здания перед отопительным прибором любого типа на трубе, подающей в него горячую воду для автоматического поддержания комфортной температуры воздуха в помещении.

На стояках установлены шаровые краны, тройники и кресто -вины.

В тепловом пункте предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляется:

- преобразование вида теплоносителя или его параметров;

- контроль параметров теплоносителя;

- регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты;

- отключение систем потребления теплоты и т.д.

Смесительные насосы для систем отопления устанавливаются:

на перемычке между подающим и обратным трубопроводами, при располагаемом напоре перед узлом смешения, достаточном для преодоления гидравлического сопротивления системы отопления и тепловых сетей после ЦТП, и при давлении в обратном трубопроводе тепловой сети после теплового пункта не менее чем на 0,05 МПа выше статического давления в системе отопления.

Для трубопроводов, арматуры, оборудования и фланцевых соединений предусматривается тепловая изоляция, обеспечивающая температуру на поверхности теплоизоляционной конструкции, расположенной в рабочей или обслуживаемой зоне помещения, для теплоносителей с температурой выше 100 °С—не более 45 °С, а с температурой ниже 100 °С—не более 35 °С (при температуре воздуха помещения 25 °С).

В зависимости от назначения трубопровода и параметров среды поверхность трубопровода окрашена в соответствующий цвет и имеет маркировочные надписи в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» Госгортехнадзора.

Окраска, условные обозначения, размеры букв и расположение надписей соответствуют ГОСТ 14202.

5. РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Тепловой расчет отопительных приборов заключается в определении числа секций отопительного прибора.

Приведем расчет приборов для помещения 102. Приборы для остальных помещений будут рассчитаны аналогичным образом.

Определяем теплоотдачу труб стояка и проводок, открыто проложенных в пределах помещения 102 по формуле:

(19)

где и - теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных металлополимерных труб, Вт/м.

= 37,2 Вт/м; =46,35 Вт/м

и -длина труб в пределах помещения, м

=2,1 м; =2,8 м.

Необходимая теплоотдача прибора в рассматриваемом помещении составит:

(20)

где -требуемая тепловая нагрузка на отопительном приборе, Вт, равная теплопотерям помещения, 1069,42 Вт.

Средний температурный напор прибора при двухтрубной схеме:

(21)

Зная, что ,получим:

Расход воды, проходящей через отопительный прибор, составит:

(22)

Рассчитываем комплексный коэффициент приведения по формуле:

(23)

где в-коэффициент учета атмосферного давления в данной местности [7], равный 1.

-экспериментальные числовые показатели для конкретного типа прибора, определяемого по приложению [8], принимаем равными 0,3; 1;0; 1 соответственно.

-коэффициент, учитывающий направление движения воды в

приборе. При движении воды «снизу-вверх» =1.

Требуемый номинальный тепловой поток для выбора типоразмера прибора:

(24)

Программой Auditor CO для данного помещения был выбран прибор с номинальным тепловым потоком 977 Вт, что соответствует типоразмеру Prado 11-500-900 (8) , результат которого приведен в пункте 2.1.

Выполняем сравнение результатов тепловой мощности системы отопления полученные методикой ручного счета и программой Auditor OZC.

QОП.ручн.расч.=1069 Вт QОПрасчСО=977 Вт

Δ=(QОП.ручн.расч-QОПрасчСО)/QОП.ручн.расч.=(1069-977)/1069=0,08606*100% ≈8%<15%

Выполнив сравнения методик ручного расчета и с использованием программ Auditor OZC, Auditor CO, убедившись их допустимости для дальнешего расчета будем использовать резултаты полученные в данных программ. Результы приводим в таблицу 2.

6.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ

ОТОПЛЕНИЯ

Методика гидравлического расчета систем отопления основана на закономерностях циркуляции теплоносителя в системе трубопроводов и определяет последовательность проведения этого расчета. Обычно задача состоит в определении диаметров на отдельных участках при заданных расходах и давлениях. Правильный выбор диаметров труб обеспечивает надежную работу системы отопления и обуславливает экономию металла.

К гидравлическому расчету приступают после составления аксонометрической схемы системы отопления. Расчет начинают с определения главного циркуляционного кольца. За главное принимается кольцо, проходящее через самый дальний стояк и его нижний прибор.

Задача гидравлического расчета главного циркуляционного кольца состоит в подборе диаметров его отдельных участков таким образом, чтобы суммарные потери давления по кольцу были на 5-10 % меньше величины расчетного давления . Некоторый запас давления необходим на случай неучтенных в расчете гидравлических сопротивлений.

Рассчитанное главное циркуляционное кольцо принимается в дальнейшем расчете в качестве опорного для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Все циркуляционные кольца системы как бы привязывают в гидравлическом отношении к главному кольцу. Точно увязать потери давления в полукольцах не всегда удается. Однако необходимо выдержать определенную величину невязки между ними. В системах водяного отопления СП допускают невязку до 15 %.

Циркуляционное кольцо разбивается на участки.

В качестве отопительных приборов используем стальные панельные радиаторы «Prado 11-500». Теплоноситель- вода с параметрами tг=950С, tо=700С.

Формула для определения расчетного циркуляционного давления:

, Па (26)

где -насосное циркуляционное давление,рассчитывается по следующему соотношению:

Па (27)

Где: ΔРсо – потери давления в основном расчетном циркуляционном кольце, рассчитывается по следующей формуле:

Σ∆Pоборуд. - сумма потерь давления в котле (теплообменнике), регулирующих клапанах теплового узла (в открытом состоянии), расходомерах теплового узла и др. оборудовании, Па;

Σ∆Pуч. - сумма потерь давления в последовательных расчетных участках расчетного циркуляционного кольца, Па;

∆Pуч. = l уч. x R + Z,

где: l уч. - длина участка, м;

R - удельная потеря давления на трение, Па/м

Z = f(Σζ) - потери давления на местные сопротивления, Па

Σζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений

∆Pрег.уч.-потери давления на “регулируемом участке” расчетного циркуляционного кольца, Па. Который опеределяется по ф-ле:

∆Pрег.уч. = ∆Ррег.уч. + (Σ∆Pкл. )рег.уч.,