Система водяного отопления жилого пятиэтажного дома в городе Барнаул

1. Исходные данные

    Проектируется система водяного отопления жилого пятиэтажного дома в городе Барнаул. Расчетные параметры наружного воздуха для холодного периода года взяты по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» ([3]). Расчетные параметры внутреннего воздуха для каждого помещения приняты согласно ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». 

2. Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций здания

2.1. Теплотехнический расчет наружной стены

    Требуемое термическое сопротивление теплопередаче  наружной стены интерполируется по таблице [1 табл. 4], исходя из значения градусо-суток отопительного периода района строительства. Градусо-сутки отопительного периода ГСОП, °С∙сут, вычисляются по формуле:

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, °С (принимается согласно ГОСТ 30494-96, табл. 1 для преобладающих помещений здания); t_от.пер, z_от.пер - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода (принимаются по [3, «Таблица наружного воздуха»] для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8°С).

    Требуемое термическое сопротивление теплопередаче: .

    Термическое сопротивление слоя утеплителя R_ут, м²∙°С/Вт, определяется по формуле

где α_н - коэффициент теплоотдачи для зимних условий наружной поверхности стены, Вт/(м²·°С) (принимается по [6, табл. 8]; α_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены, Вт/(м²·°С) (принимается по [1, табл. 7]); - сумма термических сопротивлений всех слоев, кроме теплоизоляционного, м²·°С/Вт; R_i = δ_i/λ_i - термическое сопротивление однородного слоя наружной стены, м²·°С/Вт, при толщине i-того слоя δ_i , м (рис. 1), и известного коэффициента теплопроводности материала i-того слоя λ_i , Вт/(м·°С) (табл. 1); N - количество однородных слоев наружной стены за исключением слоя утеплителя.

    Расчетная толщина теплоизоляционного слоя , м:

где – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя (табл. 1).

    Фактическая толщина слоя утеплителя принимается  округленной в большую сторону.

Рисунок 1. Конструкция наружной стены

    Фактическое термическое сопротивление наружной стены:

    Коэффициент теплопередачи наружной стены:

Результаты расчетов по формулам (1.1) – (1.5) для наружной стены:

ГСОП=(21-(-7,7))·221=6342,7 °С·сут;

;

  м ≈ 0,14 м;

;

. 

2.2. Теплотехнический расчет перекрытия над последним этажом

    Требуемое термическое сопротивление чердачного перекрытия определяется по [1, табл. 4] в зависимости от градусо-суток отопительного периода, найденных в п. 1.1. Для города Барнаул требуемое термическое сопротивление перекрытия над последним этажом равно R_тр=4,66.

    Теплотехнический  расчет чердачного перекрытия проводится аналогично теплотехническому расчету наружной стены по формулам (2.1) – (2.5):

Рисунок 2. Конструкция перекрытия над последним  этажом

Результаты расчетов по формулам (2.1) – (2.5) для чердачного перекрытия:

;

  м ≈ 0,18 м;

;

. 
 
 

    2.3. Теплотехнический расчет перекрытия над подвалом

    Требуемое термическое сопротивление перекрытия над подвалом определяется по [1, табл. 4] в зависимости от градусо-суток отопительного периода, найденных в п. 1.1. Для города Барнаул требуемое термическое сопротивление перекрытия над подвалом равно R_тр=4,66.

    Теплотехнический  расчет подвального перекрытия проводится аналогично теплотехническому расчету  наружной стены по формулам (2.1) – (2.5):

Рисунок 3. Конструкция перекрытия над подвалом

Результаты расчетов по формулам (2.1) – (2.5) для чердачного перекрытия:

  м ≈ мм.

2.4. Теплотехнический расчет и выбор конструкции оконного проема

    Требуемое термическое сопротивление теплопередаче  при известном значении градусо-суток отопительного периода, найденных в п. 2.1, интерполируется по [1, табл.4]: R_тр=0,61

    По  [6, табл.5] выбирается конструкция оконного проема (балконной двери) и фактическое сопротивление теплопередаче из условия R_тр ≤ R_ок:

Стекло  и двухкамерный стеклопакет в  раздельных переплетах – R_ок=0,68 м²·°С/Вт.

Коэффициент теплопередачи:  

3. Расчет мощности отопительной установки помещений и здания

3.1. Определение теплопотерь  через ограждающие  конструкции помещения

    В силу того, что каждый этаж имеет  типовое расположение помещений, расчет теплопотерь через ограждающие  конструкции производится для помещений, расположенных на первом, последнем (пятом) и типовом этажах (2-4).

    Теплопотери через ограждающие конструкции  помещения складываются из потерь через  отдельные ограждения или их части:

где k – коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м²∙°С), полученный для наружной стены, подвального перекрытия, чердачного перекрытия, окна и балконной двери в главе 2; t_в – температура внутри помещения, °С, принятая по ГОСТ 30494-96 (табл. 1) «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»; t_н – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С (температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 – принимается по [3, «Таблица наружного воздуха»]); n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (принимается по [1, табл. 6]); F – площадь ограждения, м² (определяется с учетом правил обмера по [12]); β – коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери через ограждение (принимается по [12]).

    Результаты  расчетов представлены в таблице 4. 

3.2. Определение теплопотерь  на нагревание  наружного воздуха,  поступающего через  окна, двери, стены  и т.д. путем  инфильтрации в  помещении

    Расчет  производится для помещений 1-ого  этажа, а также для лестничной клетки всех этажей по формуле:

где k_и – поправочный коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующего воздуха в межстекольном пространстве окон и балконных дверей; F_o и F - расчетные площади соответственно окон (и балконных дверей) и других наружных ограждений, м²; G_o и G – количество воздуха, поступающего путем инфильтрации через 1 м² площади соответственно окон (и балконных дверей) и других наружных ограждений, кг/(ч∙м²); с_в – удельная массовая теплоемкость воздуха, Дж/(кг∙К); t_в и t_н – то же, что в формуле (3.1).

    Количество  воздуха, поступающего за 1 ч, вычисляют  по известной воздухопроницаемости наружных ограждений по формулам:

а) для заполнений световых проемов:

б) для  наружных стен, покрытий:

в) для ворот, дверей и открытых проемов в здании:

где R_и = ∑R_иi – сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции, м²∙ч/кг; Δр – разность давлений у наружной и внутренней поверхностей ограждающей конструкции, Па, которая для жилых и общественных зданий находится по формуле:

где g – ускорение свободного падения, м²/с; H и h – высота над поверхностью земли соответственно верхней точки здания и верха рассматриваемого элемента ограждения, м; ρ_н – плотность наружного воздуха, кг/м³; v_н - наибольшая скорость ветра в январе по румбам северного направления, м/с; с_н и с_з – аэродинамический коэффициент соответственно для наветренной и заветренной поверхности здания; k_д – коэффициент, учитывающий изменение динамического давления ветра в зависимости от высоты верха рассматриваемого элемента и типа местности (принимается по [12, табл. 2.1]).

    Результаты  расчетов представлены в таблице 5. 
 

3.3. Определение теплопотерь  на нагревание  инфильтрующегося воздуха

вследствие  естественной вытяжки и бытовых тепловыделений

в жилых помещениях и кухнях

    В жилых помещениях и кухнях теплопотери  на нагревание инфильтрующегося воздуха, поступающего вследствие естественной вытяжки, не компенсируемой подогретым приточным воздухом, дополнительно вычисляют по формуле (3.7). Так как здание имеет однотипное размещение помещений на этажах, то расчет проводится для жилых помещений и кухонь одного этажа:

где F – площадь пола, м²; t_в и t_н – то же, что в формуле (3.1).

    Бытовые тепловыделениях и кухнях вычисляют  по формуле

где q₁ – теплопоступления на 1 м² площади пола, Вт/м²; F_п – площадь пола, м².

    Результаты  расчетов представлены в таблице  6. 

3.4. Определение мощностей  отопительных установок

    Расчет  ведется для всех помещений каждого этажа. Мощность отопительной установки помещения в гражданском здании определяется из уравнения теплового баланса, записанного в виде:

а) для  жилых помещений и кухонь:

б) для  нежилых помещений:

где ∑Q_огр – теплопотери через ограждающие конструкции помещения, Вт; Q_быт – бытовые тепловыделения в помещении, Вт; Q_и – теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха в помещении, Вт; Q_и/в – большая из теплопотерь на нагревание инфильтрующегося или вентиляционного воздуха, Вт.

    Расчетная тепловая мощность отопительной установки  здания для компенсации дефицита теплоты определяется по формуле:

где k₁ – повышающий коэффициент для учета дополнительной теплопередачи в помещения, связанной с увеличением площади принимаемых к установке отопительных приборов, дополнительных теплопотерь, связанных с размещением отопительных приборов у наружных ограждений; k₂ – повышающий коэффициент для учета попутной теплопередачи через стенки теплопроводов, проложенных в неотапливаемых помещениях, значение которого принимается из условия (k₁ + k₂) ≤ 1,07; ∑Q_от – сумма теплопотерь через ограждающие конструкции всех помещений здания, Вт.

    Результаты  расчетов представлены в таблице  7.

4. Выбор конструкционного  решения системы  отопления

    Запроектирована однотрубная система отопления  из унифицированных узлов и деталей с нижней разводкой проточного типа.

    В системе отопления используются трубы стальные водогазопроводные  по ГОСТ 3262-75*.

    В качестве отопительных приборов в квартирах  используются радиаторы чугунные секционные типа МС-140-98 по ГОСТ 8690-94. Подъезд отапливается конвектором с кожухом высоким  типа КВ20-5,665-600 по ГОСТ 20849-94, расположенным на первом этаже при входе в здание. Присоединение отопительных приборов к трубам одностороннее.

    Магистральные подающие и обратные трубопроводы располагаются  в подвальном помещении; крепятся опорами на железобетонную плиту. Величина уклона принимается 0,003 в сторону узла ЭУ.

    На  стояках предусматривается установка  спускных кранов и воздушных кранов.

    При прокладке через стены трубопроводы прокладываются в специальных гильзах, заполненных несгораемым материалом.

5. Гидравлический расчет  системы отопления

    Гидравлический  расчет системы отопления выполнен по характеристикам гидравлического сопротивления.

    Расход  воды G_i, кг/ч, на рассчитываемом участке определяется по формуле:

где – теплопотери на рассматриваемом участке, Вт; Δt_с = t_г – t_o – расчетная разность температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления, °С; β₁ – поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь сверх расчетной вследствие округления (принимается по [14, табл. 5.1]); β₂ – поправочный коэффициент, учитывающий местоположение отопительного прибора (принимается по [14, табл. 5.2]).

    Потери  давления на участке магистрального трубопровода вычисляют по формуле:

где G_i – расход теплоносителя на рассматриваемом участке, кг/ч; S_i – характеристика гидравлического сопротивления участка, Па/(кг/ч)². Для участка магистрального трубопровода величина S_i вычисляется по формуле:

где А_i – удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)² (принимается по [14, табл. 4.6]); λ/d_в – приведенный коэффициент гидравлического трения (принимается по [14, табл. 4.6]); l_i – длина участка, м; ∑ξ_i – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке (принимается по [14, табл. 4.12-4.13]); ζ_{пр I} – приведенный коэффициент сопротивления участка.

    Характеристика  сопротивления S_i стояка унифицированной конструкции определяется по формуле:

где S_этi – характеристика сопротивления одного этажестояка (принимается по [14, табл. 4.7]); S_прj и S_пj – характеристики сопротивления соответственно одного отопительного прибора и подводки к отопительному прибору (принимаются по [14, табл. 4.9-4.10]); S_пм и S_ом – характеристики сопротивления присоединения соответственно к подающей и обратной магистрали (принимаются по [14, табл. 4.7]); S_пу – характеристика сопротивления прямого участка трубы; l – длина прямого участка трубы, м.

    В качестве основного циркуляционного  кольца принято кольцо с тупиковым стояком 1. Результаты расчета основного циркуляционного кольца представлены в таблице 8.

6. Теплотехнический  расчет труб и  нагревательных приборов

    В качестве нагревательных приборах в  квартирах установлены радиаторы  чугунные секционные типа МС-140-98. По найденному по формуле (5.1) расходу теплоносителя в стояке G_ст определяется расход воды, затекающей в прибор:

где α – коэффициент затекания воды (принимается по [14, табл. 5.3]).

    Температура теплоносителя на входе в нагревательный прибор определяется по формуле:

где ∑Q_{от i} – суммарная тепловая мощность отопительных установок помещений, расположенных по направлению движения теплоносителя до рассматриваемого этажестояка или ветви, Вт; ∑Q'_тр – сумма дополнительной теплоотдачи труб и приборов до рассматриваемого помещения, Вт; с – удельная массовая теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг∙К); G_ст – то же, что в формуле (6.1); β₁ и β₂ – то же, что в формуле (5.1); ∑Δt_м – суммарное понижение температуры теплоносителя, °С, на участках подающей магистрали от начала системы до рассматриваемого стояка.