Проектирование системы отопления

   Федеральное агентство по образованию

   ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет

   имени первого президента России Б.Н.Ельцина  »

   Кафедра ТГиВ 
 
 
 
 
 

   Проектирование  системы отопления

   2-х  этажного жилого  дома в г. Орёл 

   Курсовой  проект 

   Пояснительная записка

   Д.С.270112.47081.30.КП.10 
 
 

   Руководитель    Студент

   Комаров Е.А. Горчакова И.С.

         гр. С-47081 
 
 
 

   2010 г.

   Содержание.

   1. Исходные данные. ……3

   2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. …… 4

   3. Определение тепловой мощности системы отопления. ……8

   4. Конструирование системы отопления. ……13

   5. Гидравлический расчет системы отопления. ……14

   6. Расчет поверхности отопительных приборов. ……19

   Библиографический список. ……21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1. Исходные данные

   Город – Орёл;

   Температура наружного воздуха:

            холодной пятидневки: t_н^Б = -26˚С

            средняя за отопительный период: t_оп = -2,8˚С

   Продолжительность отопительного периода – Z_оп = 222 сут.

   № плана  здания рассчитываемого наружного  ограждения – 0

   Место ввода теплосети в здание: ось  – 2

                                                            ряд – В

   Схема разводки подающих магистралей: нижняя

   Тип отопительных приборов: Конвектор «Комфорт - 20»

   Расчетное располагаемое давление в системе: 7000 Па 

   Расчетные температуры воздуха в помещениях: 

   Примечание: В угловых помещениях квартир  расчетная температура воздуха  принимается на 2˚С выше указанной  в таблице выше. 

   Уровень земли находится на отметке 1,0 м, а уровень пола подвала - 3,0 м. Нижняя разводка подающих магистралей устраивается в зданиях без чердака. Подвал используется для размещения оборудования теплового пункта и магистральных трубопроводов системы отопления. Вход в подвал через лестничную клетку. Высота наружных  стен при определении тепловой мощности системы отопления для I этажа равна 3.3 м для II этажа - 3,0 м при толщине перекрытий 0,3 м. Размеры окон в свету принимаются : горизонтальный 1,4 м и 1,8 м согласно масштабу планов здания, вертикальный - 1,7 м. Размеры окна в лестничной клетке 1,4x1,4 м Независимо от местонахождения здания наружные двери принимаются двойные с тамбуром между ними; размеры дверей 1,2x2,2 м. Внутренние капитальные стены выполняются из кирпича толщиной 0,38 м, перегородки – толщиной 0,1 м.

   В курсовом проекте предусматривается  проектирование водяной системы отопления с расчётными температурами 70-95°С. Система отопления присоединяется через элеватор к тепловой сети с расчётными температурами 150-70 °С.

   2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций 

   Теплотехнический  расчет сводится к определению толщины  утепляющего слоя стеновой панели и вычислению коэффициентов теплопередачи наружных ограждений здания: стены, чердачного покрытия, перекрытия над не отапливаемым подвалом, остекления и входной двери в здание.

   Санитарно-гигиенические  требования определяют температуру внутренней поверхности ограждения, при которой люди, находящиеся в помещении, не испытывают интенсивного радиационного охлаждения со стороны этой поверхности и на ней не наблюдается конденсация влаги. Минимально допустимое сопротивление теплопередаче, удовлетворяющее этим условиям, называется требуемым сопротивлением.

   Сопротивление теплопередаче R₀^тр является наименьшим, при котором обеспечивается допустимая по санитарно-гигиеническим требованиям минимальная температура внутренней поверхности ограждения при расчётной зимней температуре наружного воздуха:

   где - требуемое сопротивление теплопередаче, (м²·ºС)/Вт;

   n - поправочный коэффициент на расчётную разность температур, зависит от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимается по таблице.

     - расчётная температура внутреннего воздуха, ºС

    - расчётная температура наружного воздуха, °С,

    - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены, °С, принимается по таблице.

    - коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, равный 8,7 Вт/(м²·°С).

   1. Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены и перекрытий (чердачного и над подвалом) определяется по этой формуле.

   Наружная  стена

   Потолок

   Пол

   Требуемое сопротивление теплопередаче окон принимается согласно [2] в зависимости от разности температур внутреннего воздуха и наружного воздуха по параметру Б ( - ).

   2. Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения принимается по таблице в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода ГСОП.

   где - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ;

     - продолжительность отопительного периода, сут 

   Тип остекления: обычное стекло с однокамерным стеклопакетом в раздельных переплётах из стекла с твердым селективным покрытием.

   После определения  и их сравнивают:

          если  > , то за расчетное сопротивление теплопередаче принимают ( = );

          если  < , то для расчетов принимают ( = )

   Наружная  стена

   Потолок

   Пол

   Двойные двери

   Сопротивление теплопередаче входной двери в здание принимается в раз мере 60% от величины для стеновой панели.

   3. Определение толщины  утепляющего слоя

   Расчетное сопротивление теплопередаче  ограждающей конструкции принимается равным большему из полученных значений и . Из уравнения

     находится термическое сопротивление  слоя утеплителя  , где

    = - термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции без утепляющего слоя , (м²*⁰С)/Вт;

   δ_i – толщина i-го слоя ,м;

   λ_i – коэффициент теплопроводности материала i-го слоя , Вт/(м*⁰С);

    - термическое сопротивление  замкнутой воздушной прослойки  при толщине 0,03…0,05 м, можно принять согласно [1] равным 0,16 (м²*⁰С)/Вт;

    = - термическое сопротивление утепляющего слоя (м²*⁰С)/Вт;

    - коэффициент теплоотдачи наружной  поверхности ограждающей конструкции  зимой, принимаемый для наружных стен равным 23 Вт/(м²*⁰С).

   Вычисленное значение округляется до ближайшего кратного 0,005 м размера. Для кирпичных стен округление производится до ближайшего из размеров: 0,25; 0,38; 0,51; 0,64; 0,77. 

   3,6 = 1/8,7+0,01/0,47+0,01/0,47+0,16+ +1/23 ,

    = 3,25 ,  =3,25/0,07 = 0,230 м.  
 

   4. Определение коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций.

   Коэффициент теплопередачи К для всех ограждающих конструкций вычисляется по формуле:

   Наружная  стена  

   Потолок 

   Окно 

   Пол

   Двойные двери 

   При расчёте основных теплопотерь через наружные ограждения площади остекления и входной двери в здание учитываются дважды: в площадях стен и отдельно. Поэтому при определении потерь теплоты через входную дверь и заполнения световых проёмов следует пользоваться скорректированными коэффициентами теплопередачи:

где , , - коэффициенты теплопередачи входной двери в здание, наружной стены и заполнения световых проемов. 

   3.Определение тепловой мощности системы отопления 

   Задача  расчёта тепловой мощности системы отопления состоит в нахождении всех составляющих теплового баланса (теплопотерь и теплопоступлений) и определении дефицита теплоты для каждого помещения и здания в целом.

   Потери  теплоты в жилых зданиях связаны с теплоотдачей через ограждающие конструкции, а также с расходом теплоты на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещения через неплотности в ограждениях.

   Причинами инфильтрации являются тепловое давление, возникающее вследствие разности плотностей наружного холодного и внутреннего тёплого воздуха, и ветровое давление, создающее на наветренной стороне здания избыточное давление, а над подветренной - разряжение. Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха Qи зависит от температур наружного и внутреннего воздуха, от направления и скорости ветра, планировки и высоты здания. Кроме того, в жилых зданиях работа естественной вытяжной вентиляции не компенсируется специально организованным притоком. Поэтому наружный воздух поступает в помещения через неплотности не подогретым, что требует дополнительного расхода теплоты Qв.

   В качестве расчётного принимается большее  значение из Qи и Qв. Но для малоэтажных зданий величина Qв, как правило, превышает Qи. Поэтому в курсовом проекте определяется расход теплоты на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение вследствие естественной вытяжки не компенсируемой подогретым приточным воздухом. 

   1. Перед началом расчёта все помещения (за исключением ванных туалетов и лестничных клеток) нумеруются: 101, 102 ... - на первом этаже; 201 202 ... - на втором этаже. Каждому помещению в зависимости от его назначения присваивается индекс: жилая комната - ЖК; кухня - К; коридор - КР- 
прихожая - ПР; лестничная клетка – ЛК. 

   2.  Из уравнения теплового баланса определяются теплопотери каждого помещения:

   где - основные потери теплоты наружными ограждениями помещения, Вт;

    - коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери;

     - расход теплоты на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение вследствие естественной вытяжки, Вт;

    - бытовые тепловыделения, Вт.

   Основные  теплопотери помещения определяются как сумма потерь теплоты через каждое наружное ограждение (наружная стена - НС, , тройное остекление- ТО, двойные двери - ДД, потолок - ПТ, пол - ПЛ), вычисленных по формуле

   где К - коэффициент теплопередачи наружного ограждения, Вт/(м²·ºС)

   F - площадь наружного ограждения, м²;

   n - коэффициент, принимаемый по таблице:

• для наружной стены n=1;
• для бесчердачного покрытия n=1;
• для перекрытия над не отапливаемым подвалом со световыми проемами в стенах n=0,75.

   Расход  теплоты Q_B в Вт на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение вследствие естественной вытяжки, определяют только для жилых комнат по формуле:

   Где F_п - площадь пола жилой комнаты, м²                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

   Бытовые тепловыделения Q_быт принимаются в размере 21 Вт на 1 м² каждого помещения, в котором предусматривается установка отопительного прибора (кроме лестничной клетки).

   Теплопотери коридоров и прихожих Q_кор включаются в расход теплоты на отопление одной из прилежащих (желательно угловой) жилых комнат. Поэтому расчётная тепловая мощность Q_р системы отопления этой комнаты определяется (в Вт) как

   Для остальных помещений Q_р=Q_пом.

   Вычисленные значения величин Q_р, Q_пом, Q_в, Q_быт округляются до ближайшего кратного 10 Вт значения.

   Расчёт  выполняется в табличной форме (таблица 1) и заканчивается определением тепловой мощности системы отопления всего здания как суммы затрат теплоты на отопление отдельных помещений.

   Пример  расчета для жилой комнаты № 101:

   Теплопотери помещения через наружное ограждение:

   Расход  теплоты Q_B на нагревание наружного воздуха:

   Бытовые тепловыделения :

   Теплопотери помещения (жилой комнаты № 101):

   Расчет  теплопотерь          

4. Конструирование системы отопления.

   В курсовой работе (проекте) предусматривается вертикальная двухтрубная система отопления. Конструирование системы отопления начинается с размещения на плане здания отопительных приборов и стояков.

1. Отопительные приборы устанавливаются во всех жилых комнатах, кухнях, лестничных клетках и размещаются, кроме лестничных клеток, под каждым окном. В угловых комнатах приборы устанавливаются у обеих наружных стен, даже если одна из них не имеет окон. В лестничной клетке отопительный прибор устанавливается сразу после входного тамбура. Во всех помещениях, кроме лестничной клетки, низ конвекторов располагается над полом на высоте не менее 0,15 м. В коридорах, прихожих и туалетах отопительные приборы не устанавливаются. Исключение составляют коридоры и прихожие, имеющие одну или более наружных стен. Ванные отапливаются полотенцесушителями систем горячего водоснабжения, проектирование которых в данной работе не рассматривается.
2. Отопительные стояки располагаются у наружных стен. В кухнях, примыкающих к лестничной клетке, стояки располагаются в углу, образованном наружной стеной и стеной лестничной клетки. В угловых комнатах стояки размещаются в углах, образованных наружными стенами для того, чтобы предохранить стены от сырости и промерзания. К стоякам, обслуживающим отопительные приборы в кухнях, не рекомендуется подсоединять приборы других помещений. Запрещается подключение к одному стояку отопительных приборов, установленных в соседних квартирах. Отопительный прибор лестничной клетки присоединяется к системе самостоятельным подводкой. Главный стояк прокладывается в лестничной клетке.

   Для удобства монтажа и ремонта расстояние от наружной стены до оси трубопровода принимаем равным 1м. Обратные магистрали и подающие трубопроводы в системах с нижней разводкой прокладываются в подвале вдоль стен на кронштейнах на расстоянии 0,2 м от потолка.

   При конструировании системы отопления рекомендуется делить её на две примерно одинаковые части (ветви), расположенные симметрично при нижней разводке, относительно узла ввода. Подающие магистрали, прокладываемые на чердаке, должны иметь уклон не менее 0,002 в сторону главного стояка, а трубопроводы, расположенные в подвале, - в сторону узла ввода. Для отключения отдельных ветвей системы в начале и конце каждой ветви устанавливается вентиль. Опорожнение ветви при этом осуществляется через тройники с пробкой, устанавливаемые в конце нижних частей ветвей перед отключающими устройствами. Все магистральные трубопроводы в подвале и на чердаке теплоизолируются.

3. Регулирование теплоотдачи конвекторов «Комфорт - 20» осуществляется встроенными воздушными клапанами.

   Удаление  воздуха из системы при нижней разводке осуществляется через воздуховыпускные краны, которые устанавливаются на самых высоких участках труб, подводящих воду к конвекторам.

   5.Гидравлический расчёт системы отопления.

   1. Система водяного отопления представляет собой разветвленную и закольцованную сеть трубопроводов. Цель гидравлического расчёта системы отопления состоит в подборе диаметров её отдельных участков таким образом, чтобы по ним проходили расчётные расходы теплоносителя. В этом случае каждый отопительный прибор будет получать и передавать в воздух помещения расчётное количество теплоты, необходимое для компенсации теплопотерь.

   Проведение  расчёта трубопроводов всей системы отопления является сложной гидравлической задачей. Поэтому в курсовой работе (проекте) гидравлический расчёт сводится к определению диаметров участков главного циркуляционного кольца и увязке потерь давления в ближайшем к тепловому вводу стояке.

   В качестве главного принимается циркуляционное кольцо, проходящее через наиболее удаленный от узла ввода стояк. При нижней разводке в него включается отопительный прибор второго этажа. При подсоединении к стояку в пределах одного этажа двух отопительных приборов главное циркуляционное кольцо проходит через наиболее нагруженный прибор, а при равенстве тепловых нагрузок - через прибор, на горизонтальной подводке к которому установлен кран двойной регулировки.

   Перед началом расчёта вычерчивается аксонометрическая схема главного циркуляционного кольца со всеми стояками и отопительными приборами. Узел ввода тепловой сети (тепловой пункт) изображается условно в виде прямоугольника с размерами 2x1 м. На схеме указываются номера стояков, уклоны подающих и обратных магистралей, запорная и регулирующая арматура и воздуховыпускные устройства. Сверху прямоугольников, условно обозначающих конвекторы, показывается их расчетная тепловая мощность.

   Главное циркуляционное кольцо разбивается на последовательно соединенные расчётные участки. Каждый участок характеризуется своим неизменным расходом теплоносителя и диаметром трубопровода. Границами участка являются точки, в которых происходит изменение расхода теплоносителя или диаметра трубопровода. Участки нумеруются последовательно по ходу теплоносителя. В системах с нижней разводкой за первый участок принимаются трубы конвектора. Вместе с номером участка на схеме указывается его тепловая нагрузка (Вт) и длина (м). Тепловые нагрузки участков подающей и обратной магистралей, имеющих одинаковые расходы теплоносителя, условно считаются равными.

   2. Гидравлический расчёт системы отопления выполняется в табличной форме (Таблица 2). Заполняются первые четыре графы таблицы. Расход теплоносителя (графа 3) определяется по формуле

   где Q - тепловая нагрузка на участке, Вт;

   С - удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·ºС), С = 4,187;

   t_r=95 °С; t₀= 70 °С;

   3,6 - коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

   Диаметр трубопровода (графа 5) на участке определяется в зависимости от величины G и значения удельных потерь на трение R_ор.

                    _{, где}

    - расчетное располагаемое давление  в системе отопления, Па

    - суммарная длина всех последовательно  соединенных участков циркуляционного  кольца, м;

   α – доля гидравлических потерь, приходящихся на местные сопротивления, α =0,35.

   По  известной величине G и принятому диаметру трубопровода d_y находятся значения R и скорость движения воды V. Заниженные потери на этих участках должны компенсироваться некоторым завышением потерь на других участках. Потери на трение R1 записываются в графу 8.

   Для определения потерь давления в местных сопротивлениях Z для каждого участка составляется перечень местных сопротивлений и в зависимости от величины d_y находятся значения ξ (Таблица 3) . Сумма коэффициентов местных сопротивлений записывается в графе 9.

   При определении потерь давления на трение в системах с конвекторами «Комфорт - 20» длину труб в конвекторе следует  принять равной 2м.