Отопление жилого здания. 3

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» Бийский технологический институт (филиал)

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

 

 

Курсовой проект защищен с оценкой 

Руководитель проекта _________________________________

                                  

Расчет системы отопления жилого здания

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ 

по дисциплине «Отопление»                                  КП 270800.01.000 ПЗ 

 

 

                                                                         

Принял   ____________________________________

                                                                      

 

 

 

 

Бийск  2013 

 

Содержание 

 

Введение………………………………………………………………………...…3

1.Расчетные  параметры наружнего воздуха…………………………………..4

2.Теплотехнический  расчет наружних ограждений…………………………..6

   2.1 Теоретические  данные…………………………………………………..…6

   2.2 Расчет  наружней стены………………………………………………..…...7

   2.3 Расчет подвального перекрытия……………………………………….….9

   2.4 Определение коэффициента теплопередачи световых проемов…….. .10

3. Расчет теплопотерь  …………………………………………………………...11

4. Тепловой  баланс помещений……………………………………………..…..14

    4.1 Расход теплоты на инфильтрацию  воздуха…………………………….14

    4.2 Теплопоступления от бытовых  приборов………………………….……17

     4.3 Тепловой баланс помещений……………………………………….……17

5. Выбор конструкции  системы отопления……………………………….……19

6. Гидравлический  расчет………………………………………………….…….20

7. Определение  количества секций в отопительных  приборах……………….22

8. Подбор оборудования  системы отопления…………………………………. 25

     8.1 Выбор водонагревателя…………………………………………………..25

     8.2Расчет расширительного бака…………………………………….……….26

Заключение……………………………………………………………….……….27Список использованных источников…………………………………...……….28

Приложения 
Введение

Состояние воздушной среды в помещениях определяется совокупностью тепловлажностного и воздушного режимов помещения.

На тепловой режим здания оказывают влияние параметры и процессы, определяющие тепловую обстановку в помещениях Тепловая обстановка помещения зависит от ряда факторов: температуры, подвижности и влажности воздуха, наличия струйных течений, различия параметров воздуха в плане и по высоте помещения, лучистых тепловых потоков, зависящих от температуры, размеров, радиационных свойств поверхности и их расположения.

Воздушный режим здания представляет собой процессы воздухообмена между помещениями и наружным воздухом, включающие перемещение воздуха внутри помещений, движение воздуха через ограждения, проёмы, воздуховоды и обтекание здания потоком воздуха.

Для обеспечения требуемых внутренних условий в помещении служат системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Системы отопления создают и поддерживают необходимые температуры воздуха в помещениях в холодный период года.

Системы вентиляции служат для подачи в помещения чистого воздуха и удаления из них загрязнённого. При этом температура внутреннего воздуха не должна изменяться.

Системы кондиционирования воздуха предназначены для создания и автоматического поддержания в помещениях температуры, относительной влажности, подвижности воздуха, а также его чистоты и определённого газового состава независимо от наружных метеорологических условий.

В настоящей курсовой работе рассчитана  система отопления для двухэтажного жилого здания.

 

1. Расчётные  параметры наружного воздуха

1.1. Исходные  и климатологические данные

1. Населённый пункт - г. Архангельск.

2. Количество этажей – 2.
3. Источник теплоснабжения – тепловые сети.
4. Температурный график тепловой сети,°С -150 – 70.
5. Перепад давления в тепловой сети, Мпа – 0,1.
6. Подключение системы отопления к тепловым сетям – гидроэлеватор.
7. Температурный график системы отопления,°С – 90-70.
8. Система побуждения – за счёт перепада давления в сети (0,1мПа).
9. Расчётная температура самой холодной пятидневки, с обеспеченностью 0,92 –31 °С.
10. Средняя годовая температура –9,5°С.
11. Отопительный период:

          – продолжительность: 273 суток,

          – средняя температура наружного воздуха –3,4 °С,

Таблица 1.1- Средняя месячная и годовая температура наружного воздуха

 

Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль
-12,5	-12	-18	-0,6	5,6	12,3	15,6

Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь	год
13,7	8,1	1,4	-4,5	-9,8	0,8

 

Таблица1.2- Состав и теплотехнические показатели ограждений здания  

Состав	Толщина δ, м	Теплотехнические показатели строительных материалов
		ρ, (кг/м3)	λ, (ккал/м2*ч*ºС)
Кирпичная кладка из силикатного кирпича	0,785	1800	0,75
Штукатурка из известкого – песчаного раствора	0,02	1600	0,7
Рулонный ковер	0,01	600	0,15
Цементная стяжка	0,02	1600	0,65
Гравий керамзитовый	0,35	800	0,18
Плита железобетонная	0,22	2500	1,75
Железобетонная панель	0,22	2500	1,75
Гравий керамзитовый	0,14	800	0,18
Воздушная прослойка	0,02	1,2	0,021
Половая рейка	0,03	1800	0,155
Двойное остекление в деревянных раздельных переплетах	Термическое сопротивление заполнения световых проемов R, м2·ч·°С/ккал
	0,44

 

Параметры микроклимата в помещениях и наружнего воздуха определяем с помощю [7], [8] и сводим в таблицу 1.3

 

 

Таблица 1.3- Климатическая характеристика       

Влажностные условия эксплуатации ограждающих конструкций жилых зданий (А или Б) Температура наружного воздуха tн, С. Скорость ветра, м/с		Б   -26
		3,7
Нормируемый температурный перепад, Δt , С.	Для наружных стен	4
	Безчердачное перекрытие	3
	Покрытия над подвалами	2
Отопительный период:
Продолжительность, сутки,		273

 

 

 

 

 

Таблица 1.4 - Расчётные параметры внутреннего воздуха

 

 

Наименование помещения	Температура внутреннего воздуха tв, оС
Жилая комната	20
Кухня	18
Коридор	16
Уборная	16
Ванная	25
Подъезд	16

 

 

 

2 Теплотехнический расчет наружних ограждений

 

2.1. Теоретические данные

 

Определяем требуемое термическое сопротивление теплопередаче RОТР, м2 * 0С /Вт, по формуле:

R0тр = (t В - tН)* n / aВ * DtН                                                                          (2.1)

где:

tВ – температура воздуха в не угловых, жилых комнатах квартир, принимаемая равной 180С

tН – расчетная температура наружнего воздуха в холодный период года, принимаемая в зависимости от тепловой инерционности ограждения . При определении R0 в начале расчета рекомендуется принимать наружную стену условно большой инерционности, чердачное перекрытие - малой;

n – поправочный коэффициент к расчетной разности температур (tВ-tН). Его значение для наружных стен и чердачных перекрытий следует принять равным 1.0; для подвальных перекрытий – 0.6;

aВ - коэффициент тепло перехода от внутреннего воздуха к поверхности ограждения, принимаемый для гладких поверхностей равным 8.7 Вт/(м2*0С).

DtН - нормируемый температурный перепад между температурами воздуха в помещении и на внутренней поверхности ограждения; принимаемый по СНиП П-3-79*, для наружных стен и чердачных перекрытий – 40С; перекрытий над подвалом – 20С.

1. Принимаем конструкцию ограждения  с учетом заданных строительных  материалов.

2. Рассчитываемя толщину искомого  слоя ограждения (теплоизоляции) из  условия R0 ≥ R0ТР,

Раскрывая значение R0, получим:

R0=RВ+R1+…+RX+…+RН=1/aВ+d1/l1+…+ dX/lX+…+dN/lN+1/aН ,

откуда:

dX = (R0ТР- (1/aВ+d1/l1+…+dN/lN+1/aН))*lX

Здесь R1;RX;RN –термическое сопротивление теплопередаче отдельных слоев ограждения, (м2*0С)/Вт;

RВ, RН – термические сопротивления теплопереходу, соответственно, от воздуха помещения к внутренней поверхности ограждения и от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху, (м2*0С)/Вт;

d1…dN – толщина отдельных слоев конструкции ограждения, м;

l1…lN – коэффициенты теплопроводности материалов, Вт/(м2*0С), принимаемые в зависимости от влажностных условий эксплуатации ограждения (А или Б).

aН  - коэффициент теплоперехода от внешней поверхности ограждения к внутреннему воздуху, принимаемый для расчета наружных стен – 23 Вт/(м2*0С) и чердачного перекрытия – 12 Вт/(м2*0С).

Вычислив минимально допустимую толщину искомого слоя dX, следует ее принять в соответствии с размером, указанным в примечании.

3. Фактическое сопротивление теплопередаче  ограждения определяем по формуле:

R0Ф=1/aВ+d1/l1+…+dN/lN+1/aН

Расчет заканчиваем определением коэффициента теплопередачи К, Вт/(м2*0С):

К=1/R0Ф.

 

2.2. Расчет наружной стены

 

Определяем требуемое термическое сопротивление, задавшись предварительно инерционностью ограждения:

Считаем для большой инертности:

                                                                               (2.2.1)

Должно выполняться условие R0 ³ R0тр. Принимаем R0 ³ R0тр, тогда:

                                                 (2.2.2)

Определяем фактическое термическое сопротивление:

                                                       (2.2.3)

Определяем коэффициент теплопередачи стены:

                                                                                         (2.2.4)

 

                                                                       (2.3.6)

 

 

2.3 Расчет подвального перекрытия

 

1. Определение требуемого сопротивления теплопередачи

                                                                               (2.4.1)

где ; n=0,9; .

 

2. Определение толщины утеплителя 

 

                                                      (2.4.2)

                                                                          (2.4.3)

 

3. Определяем фактическое сопротивление теплопередачи

 

                                               (2.4.4)

 

4. Определение коэффициента теплопередачи

 

                                                                                             (2.4.5)

 

 

2.4 Определение коэффициента теплопередачи световых проемов

 

                                                                                           (2.4.6)

 

      Расчеты сводятся в таблицу (Приложение А)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет теплопотерь

 

Теплопотери помещений в жилых и гражданских зданиях складываются из теплопотерь через ограждающие конструкции (стены, окна, полы, перекрытия) и расходов теплоты на нагрев воздуха, инфильтрующегося в помещения через неплотности в ограждающих конструкциях. В промышленных зданиях учитывают и другие расходы теплоты.

Теплопотери определяем для помещений №101,211,215 через все ограждающие конструкции, для остальных помещений теплопотери назначаются ориентировочно. Допускается не учитывать теплопотери через внутренние ограждения, если разность температур в помещениях, которые они разделяют, не превышает 3 0С. До начала расчетов всем помещениям здания, в которых должны быть определены теплопотери, присваивают номера.

 

Q= ,                                                                 (3.1)

где Fогр – расчетная площадь ограждающей конструкции,м2;

R0 – сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, мІ°С/Вт;

tв – расчетная температура воздуха помещения с учетом повышения по высоте на 1° на каждые 2 м для помещений высотой более 4 м, °С

tн – расчетная температура наружного воздуха для холодного периода (средняя наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92) при расчете теплопотерь через наружные ограждения или температура воздуха более холодного помещения при расчете потерь тепла через внутренние ограждения, который ведется, если разность температур в этих помещениях более 3°;

b – добавочные потеря теплоты в долях от основных потерь;

n – коэффициент учета положения наружной поверхности по отношению к наружному воздуху.

Расчетные площади ограждений определяют по строительным чертежам в соответствии с правилами обмера, приведенными на рис. 3.1.

 

Рисунок. 3.1. Схема обмера ограждений: а – на разрезе здания; б – на плане;

 

Нок, Нст, Lст, Lпола – линейные размеры окон, стен и полов

Добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции помещений любого назначения следует принимать в долях от основных потерь:

 

Добавки на ориентацию ограждений по сторонам света

а) для помещений в зданиях любого назначения для наружных вертикальных и наклонных стен» дверей и окон, обращенных:

– на север, восток, северо-восток и северо-запад в размера 0,1;

– на юго-восток и запад в размере 0,05;

– для общественных административно-бытовых производственных зданий при наличии двух наружных стен и более соответственно 0,15 и 0,1;

б) для необогреваемых полов первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40° и ниже – в размере 0,05;

в) для наружных дверей при открывании их на короткое время для учета проникновения холодного воздуха (n-этажей) в размере:

– 100n – двойные, без тамбура между ними;

– 80n – двойные с тамбуром, снабженным дверью;

– 65n – одинарные без тамбура;

г) для наружных ворот, не оборудованных воздушно-тепловыми завесами в размере:

3 - при отсутствии тамбура у  ворот;

1 - при наличии тамбура у ворот.

Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты учитывать не следует.

Расчеты сводим в таблицу( Приложение Б.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Тепловой баланс помещений

 

4.1. Расход теплоты на инфильтрацию воздуха

 

Расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха в жилых и общественных зданиях для всех помещений определяют из двух расчетов.

В первом расчете определяют расход теплоты Qi на подогрев наружного воздуха, поступающего в i-е помещение вследствие работы естественной вытяжной вентиляции.

Во втором расчете определяют расход теплоты Qi на подогрев наружного воздуха, проникающего в это же помещение через неплотности ограждений вследствие теплового и ветрового давлений. Для определения расчетных потерь теплоты помещениями принимают наибольшую величину из определенных по нижеприведенным формулам.

Первый расчет. Расход теплоты Qi , Вт, определяем по формуле:

 

Qi = 0,28 L рн c (tвн - tнБ )                                                                                               (4.1)

 

где L – расход удаляемого воздуха, м3/ч, принимаемый для жилых зданий 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений и кухни – 6 м3/ч на 1 м2; рн - плотность наружного воздуха, кг/м3; с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж /(кг ° С).

Удельный вес у, Н/м3 и плотность воздуха р, кг/м3, могут быть определены по формулам:

 

у = 3463/ (273 +t) , р= у/ g)                                                                                     (4.2)

                                                     

где t - температура воздуха, ° С; g = 9,81 м/с2.

Второй расчет. Расход теплоты Qi на подогрев наружного воздуха, проникающего в помещения через неплотности ограждений вследствие теплового и ветрового давлений, определяем:

 

Qi = 0,28 Gi c (tвн - tнБ) k)                                                                                                   (4.3)

 

где Gi - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции; k - коэффициент учета встречного теплового потока, принимаемый для окон и балконных дверей с раздельными переплетами равным 0,8, для одинарных окон и окон со спаренными переплетами - 1,0.

Для окон и балконных дверей величину Gi, кг/ч, определяем как:

 

Gi = 0,216 ΣF ΔРi0,67/ Rи)                                                                                              (4.4)

где ΔРi – разность давлений воздуха, Па, на наружной Рн и внутренней поверхностях Рвн окон или дверей; ΣF – расчетные площади ограждений, м2; Rи – сопротивление воздухопроницанию ограждения, м2 ч/кг.

Разность давлений воздуха ΔРi , Па, определяем из уравнения:

 

ΔРi = (H - hi ) (ун -увн ) + 0,5 р н V2 ( Ce,n - Ce,p) k1 – Pint                                              (4.5)

  

где H – высота здания, м, от уровня земли до устья вентиляционной шахты (в бесчердачных зданиях устье шахты располагают на 1 м выше кровли, в зданиях с чердаком на 4-5 м выше верха чердачного перекрытия); hi – расстояние, м, от уровня земли до верха окон или балконных дверей, для которых определяется расход воздуха; ун , увн – удельные веса наружного и внутреннего воздуха; V – расчетная скорость ветра, м/с; Ce,n и Ce,p – аэродинамические коэффициенты здания соответственно для наветренной и подветренной поверхностей. Для здания прямоугольной формы Ce,n = 0,8, Ce,p = –0,6; k1 – коэффициент учета изменения скоростного напора ветра в зависимости от высоты здания; Pint – условно-постоянное давление воздуха, Па, возникающее при работе вентиляции с искусственным побуждением, для жилых зданий Pint = 0.

Схема расположения описанных параметров приведена на рис. 4.1.

 

Рис. 4.1. Схема параметров, определяющих инфильтрацию воздуха через оконный проем

Коэффициент k1 принимается при высоте ограждения над поверхностью земли до 5,0 м равным 0,5, при высоте до 10 м – 0,65, до 20 м – 0,85, более 20 м – 1,1.

Примечания:

1) теплозатраты на нагревание  инфильтрующегося воздуха можно  определять только для помещений  на нижнем и верхнем этажах, а для помещений на промежуточных  этажах принимать по интерполяции  в зависимости от расположения  верха окна.

2) для помещений производственных  зданий теплозатраты на нагревание  инфильтрующегося воздуха допускается  принимать равными 30% основных теплопотерь  через ограждения.

После расчетов принимают большее из полученных значений.

Для помещений и производственных зданий производится расчет теплозатрат на нагревание поступающих в помещение снаружи материалов, изделий, транспортных средств, результаты заносятся в таблицу теплового баланса.

 

4.2. Теплопоступления от бытовых приборов

Бытовые тепловыделения, к которым относятся теплопоступления от людей, нагретого оборудования и искусственного освещения, могут быть использованы для сокращения мощности отопительных приборов.

Полностью тепловой поток, поступающий от этих и др. источников в комнаты и кухни жилых домов, вычисляется по формуле:

 

  QБЫТ=21F, где                                                                                             (4.6)

 

F – площадь пола отапливаемого помещения, м2, т.е. принимается в размере 21 Вт на 1 м2 пола.

4.3. Тепловой баланс помещений

 

Для того, чтобы определить, требуется ли отопление в расчетном помещении и какой мощности, сопоставляются теплопотери и теплопоступления в том режиме, когда возможен наибольший дефицит теплоты. Уравнение теплопоступлений и теплопотерь называют сведением теплового баланса помещений.

Тепловая мощность отопительной установки, необходимой для компенсации теплонедостатка в помещении, определяется по формуле:

 

Qот = Qпот – Qвыд                                                                                                                                      (4.7)

 

Qпот – теплопотери помещения (Вт) которые связаны с теплопередачей через наружные ограждения и теплозатратами на нагревание наружного воздуха, т. е.:

 

Qпот = Qогр + Qинф                                                                                                                                      (4.8)

 

Qвыд – теплопоступления в помещения в следствие выделения теплоты людьми источниками искусственного освещения, теплопроводами и т. д.;

– для жилых зданий Qвыд = QБЫТ.

Сведения теплового баланса помещений и определение мощности отопительного оборудования записываются в форме таблицы (Приложение Б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор конструкции системы отопления

 

 

С помощю [5] принимаем двухтрубную систему отопления с нижней разводкой магистралей с попутным движением теплоносителя. В качестве отопительных приборов – чугунные секционные радиаторы МС-90-108. На подводках отопительных приборов предусматриваем установку регулирующих вентилей. Гидроэлеваторный узел размещен в подвальном помещении, подающие и обратные магистрали проложены вдоль наружних стен с уклоном 0,003 в сторону движения теплоносителя. Стояки проложены открыто. Для опорожнения системы в нижней части стояков и в конце магистральных трубопроводов предусмотрены спускные краны. Температурный график системы отопления – 90-70°С. Присоединение системы отопления к тепловым сетям через гидроэлеватор. Система побуждения теплоносителя в системе отопления – за счёт перепада давления в сети 0,1мПа (по заданию).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Гидравлический расчет

Расчет ведется по методу удельных линейных потерь давления.

Главное (большое) циркуляционное кольцо выбираем от гидроэлеватора через отопительный прибор первого этажа стояка 5, малое от гидроэлеватора через отопительный прибор первого этажа стояка 3.

Расход воды определяем по тепловой нагрузке и разности температур теплоносителя в системе:

;                                                                                         (6.1)

Расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца находим по формуле:

, Па                                                                                   (6.2)

где кПа – циркуляционное давление создаваемое насосом,

– циркуляционное давления в следствии остывания теплоносителя в приборах отопления и трубопроводах, Па

,Па                                                                       (6.3)

где - среднее приращение плотности при понижении температуры на 1°С;

- тепловая нагрузка стояка, Вт;

- расчетная разность температуры теплоносителя в системе, °С,

- тепловая нагрузка i-го прибора, Вт

- вертикальное расстояние между  условными центрами охлаждения  и нагревания i-го прибора в стояке, м

Па

Диаметр труб выбирают исходя из расчетного циркуляционного давления. Для этого в циркуляционном кольце системы определяют по формуле:

   ,Па/м                                                                                  (6.4)

где k – коэффициент, учитывающий долю местных потерь давления в системе,

- расчетное циркуляционное давление  системы, Па

∑l – общая длина последовательных участков, составляющих расчетное циркуляционное кольцо, м