Системы отопления

Московский  Государственный Строительный Университет

 

Дополнительное профессиональное образование

по программе 

«Газоснабжение и газораспределение»

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине

 

«СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ»

 

 

 

                                                                            

 

                                                                                              Выполнил:

 

                                                                                              Проверил:

                                                                                              преподаватель кафедры

                                                                                              Лушин К.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2010

Содержание

 

1. Исходные данные

1. Основные исходные данные.
2. Климатические характеристики района строительства.
3. Расчётные параметры воздуха в помещениях.

 

2. Теплотехнический  расчет наружных ограждающих  конструкций здания.

1. Теплотехнические показатели слоев ограждающей конструкции.
2. Определение расчётного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, толщины слоя утеплителя.
3. Проверка отсутствия конденсации водяных паров в толще ограждающей конструкции.
4. Выбор заполнения оконных проёмов.

 

3. Определение тепловой мощности системы отопления. 
1. Теплопотери через ограждающие конструкции.
2. Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха.
3. Теплозатраты на подогрев вентиляционного воздуха.
4. Бытовые тепловыделения.

 

4. Конструирование системы отопления. 
1. Расчёт поверхности и подбор отопительных приборов.

 

5. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

 

1.1 Основные исходные данные

 

1. Планировка  здания: вариант - 5, число этажей – 2, ориентация входа – юго-восток, строительные размеры здания (в метрах): а=2,95;  б=3,0;  Н_эт=2,9; Н_ш=3,8.
2. Конструкция наружной стены – вариант 1.
3. Приведенные сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций,      м^{2 °}С/Вт – по п.2.1*СНиП II-3-79 *(3).
4. Район строительства – С-Петербург.
5. Относительная влажность воздуха в характерном помещении φ_а= 55%.
6. Конструкция системы отопления – двухтрубная система с нижней разводкой магистралей.
7. Тип отопительных приборов – МС140.
8. Теплоснабжение  - от городской водяной теплосети. Расчетная температура воды в теплосети (^°С):  Т_r =150;  Т_o=70.  Перепад давления в тепловой сети  65 кПа.

1.2. Климатические характеристики района строительства

 

По таблице 1 СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» и по приложению В СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» выбираются климатологические данные района строительства:

- Температура воздуха наиболее холодных суток t_н1, °С,                               обеспеченностью 0,92;

- Температура воздуха  наиболее холодной пятидневки t_н5, °С, обеспеченностью 0,92;

- Абсолютная минимальная  температура воздуха t_м, °С;

- При среднесуточной температуре воздуха ниже 8 ^оС: продолжительность отопительного периода Z_оп, сут, и средняя суточная температура воздуха t_оп , °С;

• Расчетная скорость ветра V_В.
• Относительная влажность воздуха j;
• Зона влажности.

 

Таблица №1

Расчетные климатические характеристики района строительства

Район строительства	tH5,oC	tM,oC	tОП,oC	Zоп, сутки	VВ,м/с	j,%	Зона влажности
Санкт-Петербург	-26	-36	-1,8	220	3	86	Влажная

 

 

 

1.3. Расчетные  параметры воздуха в помещениях

 

Температура воздуха  в помещениях t_в принимается по приложению 4 СНиП 2.08.01-89 (1999) «Жилые здания» в зависимости от t_н5 и места расположения жилых комнат. Относительная влажность воздуха j принимается равной 55%, что соответствует нормальному влажному режиму помещения.

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций, от которых зависят теплотехнические показатели строительных материалов, принимаются по таблице 2 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

 

Таблица №2

Расчётные условия и  характеристики микроклимата

 

Температура внутреннего воздуха tв, 0С						Относительная влажность j,%	Условия эксплуатации ограждающих  конструкций
угловая жилая комната	рядовая жилая комната	кухня	Лестнич-ная клетка	Санузел	Ванная
22	20	18	16	18	25	55 (нормальный влажностный режим)	Б

 

 

 

 

 

 

2. Теплотехнический расчет 

наружных ограждающих  конструкций здания

 

2.1. Теплотехнические показатели слоев ограждающих конструкций

 

Теплотехнические показатели строительных материалов выбираются   в соответствии с приложением 3 СНиП II-3-79 в зависимости от условий эксплуатации ограждающих конструкций.

Таблица №3

Теплотехнические показатели строительных материалов

Наименование материала	Условия эксплуатации материала	Плотность материала γ0, кг/м3	Коэффициент теплопро-водности l, Вт/(моС)	Коэффициент паропрони-цаемости m, кг/(м*ч*Па)	Номер слоя/его толщина, мм
Ж/б монолит	Б	2500	2,04	0,03	1/100
Штукатурка  ц.п. раствором по стальной оцинкованной сетке	Б	1800	0,93	0,09	2.1/10 2.2/10
Пенополистирол по ТУ 6-05-11-78-78	Б	100	0,052	0,05	С шагом 10мм. 3.1/? 3.2/50

 

                                                

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций принимаются  по таблицам (2,3,4,6) СНиП II-3-79 (СНиП 23-02-2003).

 

Таблица № 4

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций

 

Наименование ограждающих конструкций		Dtн, °С	n	aв, Вт/(м2 оС)	aн Вт/(м2 оС)
Наружная стена		4	1	8,7	23
Перекрытия над проездами, подвалами и подпольями		2	0,6	8,7	6
Покрытий и чердачных перекрытий		3	0,9	8,7	12
D tн	– нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;
n	– коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;
aв	– коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;
aн	– коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции.

 

 

2.2. Определение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, толщины слоя утеплителя наружной стены и коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции

 

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀^ПР, м^{2 0}С/Вт, ограждающих конструкций, в т.ч. окон и фонарей, следует принимать не менее требуемых значений, определяемых исходя из санитарно-гигиенических R_о^тр и условий энергосбережения R_о^ЭН в зависимости от числа градусо-суток отопительного периода (ГСОП).

 

R₀^ПР ≥ R_о^тр , R_о^ЭН

 

Требуемое сопротивление  теплопередаче ограждающих конструкций R_о^тр    (за исключением светопрозрачных), отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле (1) СНиП  II-3-79:

 

Rотр	– минимальное требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций,
tв	– расчетная  температура внутреннего воздуха в характерном помещении,
tн5	– расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99,
D tн, aв, n	- смотри таблицу №4.

 

 

Тогда для наружной стены имеем:

                                                    (20+26) * 1                                                            

R^тр₀ = ^{____________________} = 1,32  (м^{2 о}С / Вт)

                                                       8,7 * 4

 

Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) определяем по формуле

 

ГСОП = (t_в – t_оп) * z_оп , где

 

  t_оп и z_оп  - средняя температура (°С) и продолжительность (сут) периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по                       СНиП 23-01-99 (таблица 1). 

Имеем:

ГСОП= (20+1,8)*220= 4796 (град*сут)

 

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R_о^ЭН по требованиям энергосбережения определяем интерполяцией по таблице 1б СНиП II-3-79 (после 2000года).

Жилые здания г.Санкт-Петербург	ГСОП	Стены	Перекрытия чердачные  и             над подвалом
	4000	2,8	3,7
	4796	3,08	4,06
	6000	3,5	4,6

 

                                     (3,5-2,8) * 796                                                            

R₀^ЭН = ^{____________________} + 2,8 = 3,08  (м^{2 о}С / Вт)

                                      (6000-4000)

                    

Расчетное требуемое  сопротивление принимаем большее  из двух выше найденных значений, а  именно : R_о^тр = 3,08( м^2оС)/Вт.

Рассчитаем  минимальную толщину утепляющего слоя d_ут по формуле:

Округляем полученное значение и принимаем толщину утеплителя ( )     100 мм (кратную 10 мм).

Теперь рассчитываем фактическое оптимальное сопротивление теплопередаче наружной стены R_о^ф:

 

Толщина стены    δ_ст = 0,01+0,100+0,100+0,05+0,01= 0,27 м

 

Определим коэффициент  теплопередачи К, Вт/(м^2оС), наружной стены:

 

 

2.3. Проверка отсутствия конденсации  водяных паров в толще ограждающей  конструкции.

 

 

    Конденсация в толще стены не происходит если:

e_xi<E_xi

    где e_xi – парциальное давление водяного пара в i–том сечении (упругость                              водяных паров);

           Е_xi – упругость водяных паров при полном насыщении.

     Необходимо построить графики зависимости t(x), e(x), E(x).

 

Построение графика t(x).

        Для этого сначала нужно найти  в каждом сечении по формуле:

1 сечение: 

2 сечение: 

3 сечение: 

4 сечение: 

        5сечение:

        6 сечение:

        7 сечение:

  

 

 

Теперь можно  найти температуру в каждом сечении  по формуле:

, °С

1 сечение: 

2 сечение: 

3 сечение: 

4 сечение: 

5 сечение:   

6 сечение:

7 сечение:

 

 

Построение графика E(x).

 

     В зависимости от температуры, рассчитанной в предыдущем пункте, по приложению 3 методички Беловой Е.М., интерполируя между указанными значениями, можно определить Е в каждом сечении:

         1 сечение: при t=18⁰C, E=2064 Па

                           при t=20⁰C, E=2337 Па

                           получаем при t=18,4⁰C, E=2119 Па

 

         2 сечение:  при t=18⁰C, E=2064 Па

                           при t=20⁰C, E=2337 Па

                           получаем при t=18,2⁰C, E=2091 Па

 

         3 сечение: при t=2⁰C, E=707 Па

                           при t=4⁰C, E=813 Па

                           получаем при t=3,82⁰C, E=803 Па

 

         4 сечение: при t=2⁰C, E=707 Па

                           при t=4⁰C, E=813 Па

                           получаем при t=3,07⁰C, E=764 Па

 

         5 сечение:  при t=-26⁰C, E=75 Па

                           при t=-24⁰C, E=88 Па

                           получаем при t=-25,7⁰C, E=77 Па

  

         6 сечение: при t=-26⁰C, E=75 Па

                           при t=-24⁰C, E=88 Па

                          получаем при t=-25,85⁰C, E=76 Па

 

         7 сечение: при t=-28⁰C, E=63 Па

                         при t=-26⁰C, E=75 Па

                          получаем при t=-26,5⁰C, E=72 Па

 

 

Построение  графика е(x).

 

    Для этого  сначала нужно найти общее  сопротивление паропроницанию конструкции  ограждения в каждом сечении по формуле:

    где  - сопротивление влагообмену на внутренней поверхности;

         - сопротивление влагообмену на наружней поверхности;

           - ширина i–того слоя;

     - коэффициент паропроницаемости

1 сечение:

          2 сечение: 

          3 сечение: 

          4 сечение: 

          5 сечение: 

          6 сечение:

      

           Для всей стены:

              

   

Теперь можно найти парциальное  давление водяных паров в расчётном  сечении по формуле:

    Находим e_в и е_н:   

 

                                  

 

Находим парциальное давление водяных  паров в каждом сечении:

 

1 сечение: 

2 сечение: 

3 сечение: 

4 сечение: 

5 сечение: 

6 сечение:

7 сечение: 

 

По результатам расчётов строим графики.

 

     Строятся  графики распределения температуры (t, ⁰C), парциального давления водяного пара (е_x, Па) и давления насыщенного пара (Е, Па) в характерных сечениях ограждения.    

 

 

                                                      t,°С                                                                      е,Е, Па                                     

                                                                        

                                                                         2.1    3.1              1           3.2        2.2    

 

В области, где е>E (парциальное давление водяного пара больше давления насыщенного пара) может произойти конденсация водяных паров. Чтобы не произошло конденсации, необходимо увеличить сопротивление паропроницанию ограждения путём прокладки с внутренней стороны слоя с высоким значением сопротивления паропроницанию, например, слоя полиэтиленовой плёнки.

 

 

 

2.4. Выбор заполнения световых проёмов по сопротивлению воздухопроницанию

Заполнение световых проемов выбирается из условий одновременного выполнения требований по допустимому  сопротивлению теплопередаче и  воздухопроницанию, т.е. R_o^ф ³R_о^тр,  и R_и^ф ³R_и^тр, где:

R_o^ф и R_o^тр - соответственно фактическое и требуемое сопротивление теплопередаче заполнения световых проёмов, (м²°С)/Вт;

R_и^ф и R_и^тр - соответственно фактическое и требуемое сопротивление воздухопроницанию заполнения световых проёмов, (м²ч)/кг.

Требуемое сопротивление  теплопередаче заполнения световых проемов R_о^тр по требованиям энергосбережения определяем интерполяцией по                таблице 1б СНиП II-3-79 (после 2000года).

Жилые здания г.Санкт-Петербург	ГСОП	Окна и балконные двери
	4000	0,45
	4796	0,51
	6000	0,60

 

                                (0,6-0,45) * 796                                                            

R^тр₀ = ^{_______________________} + 0,45 = 0,51  (м^{2 о}С / Вт)

                                (6000-4000)

 

Требуемое сопротивление воздухопроницанию окон и балконных дверей жилых и общественных зданий определяется по п.5 СНиП II-3-79:     

     , где  

GH	- нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2 × ч), принимаемая в соответствии с п. 5.3 СНиП II-3-79 (для окон жилых  зданий - 6 кг/(м 2ч))
Dр	- разность давлений  воздуха на наружной и внутренней  поверхностях окон, Па:
и	- удельный вес  для соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3
Vв	– скорость ветра 3 м/с (по Приложению 8 СНиП 2.04.05-91)
Dро = 10 Па	- разность давления воздуха, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию Rи.
Н	- высота здания (от поверхности земли до верха карниза), м;                 H=1,0+2,9*2+3,8 = 10,6 м

                                                                                        

Находим удельный вес наружного воздуха:

 

Удельный вес внутреннего  воздуха рядовой комнаты:

 

   Тогда разность давлений на поверхностях окон:

 

Dp = 0.55*10,6*(14,02 – 11,82)+0,03*14,02*9 = 16,62 (Па)

 

Следовательно:

 

 

По результатам расчетов имеем:

 R_о^тр = 0,51 (м^{2 о}С)/Вт;      R_и^тр  =0,24 (м²ч)/кг.

По приложению 2 методических указаний Крупнова Б.А. принимаем:

R_о^ф = 0,52 (м^{2  о}С)/Вт ,    R_и^ф  =0,26 (м²чПа)/кг

Учитывая данные значения, выбираем тип заполнения световых проемов: тройное остекление в деревянных переплетах с двумя притворами, уплотненными губчатой резиной.

Коэффициент теплопередачи окна:

3. Определение тепловой мощности системы отопления

 

3.1. Определение  теплопотерь через ограждающие конструкции

Теплопотери рассчитываются через каждый элемент ограждающих конструкций, разность температур воздуха по обе стороны которых ниже 5 °С, по приложению 9 СНиП 2.04.05-91:

	- коэффициент теплопередачи  конструкции: для наружной стены К=0,33 Вт/(м2оС) для окна К=1,92 Вт/(м2оС) для пола и потолка К=0,25 Вт/(м2оС), т.к. Rоф = 4,06 (м2оС)/Вт
	- надбавки на ориентацию  наружных стен, окон и дверей, ориентированных на север, северо-восток, северо-запад и восток  , на запад и юго-восток
А	-площадь элемента ограждения, м2.

 

Результаты сведены  в таблицу теплопотерь.

 

3.2. Определение  расхода теплоты на нагревание  инфильтрующегося воздуха через  ограждающие конструкции помещения.

 

Выполняем расчет по обязательному приложению 10 СНиП 2.04.05-91.   

Расчетная разность давления Δр определяем по формуле (4)  для  окон           i-го этажа:

Dp_i = (H - h_i) (g_н - g_в) + 0,5 p_i v² (c_н – c_п) k_l - p_int , где

H —	высота здания, м, от уровня средней планировочной отметки  земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты;
hi —	расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных  дверей, дверей, ворот, проемов или  до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей;
gн, gв —	удельный вес, Н/м, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемый по формуле g =
pi —	плотность наружного  воздуха (принимаем при tн= -300С) 1,45 кг/м3;
v —	скорость ветра, м/с, принимаемая  по обязательному приложению 8 и  в соответствии с п.3.2;  v=3м/с
Cн, cп -	аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной (+0,8) и подветренной (-0,6) поверхностей ограждений здания, принимаемые по СНиП 2.01.07-85;
kl -	коэффициент учета изменения  скоростного давления ветра в  зависимости от высоты здания, принимаемый по таблице 6           СНиП 2.01.07-85;
pint -	условно-постоянное давление воздуха в здании, Па.

 

Так, для окна угловой комнаты 1-го этажа:

Dp₁=(10,6-3,3)*(14,02-11,74)+0,5*1,45*3²*(0,8+0,6)*0,5=21,21 Па

Для рядовой комнаты 2-го этажа:

Dp₂=(10,6-6,2)*(14,02-11,74)+0,5*1,45*3²*(0,8+0,6)*0,65=15,97 Па

 

Расход инфильтрующегося воздуха в помещении через неплотности наружных ограждений находим по формуле:

G_i = 0,216 S A₀ Dp_i^0,67 /R_и

где A0 —	площадь световых проемов, м2;
Dpi —	расчетная разность между  давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций  соответственно на расчетном этаже при Dp1 = 10 Па;
Rи —	сопротивление воздухопроницанию, м2×ч×Па/кг, принимаемое по СНиП II-3-79** (из п.2.5 Rиф=0,26) ;

G₁ = 0,216(2,0*1,5)*(21,21)^0,67/0,26=19,29 кг/ч

G₂ = 0,216*(2,0*1,5)*(15,97)^0,67/0,26= 15,95 кг/ч

 

Сопротивление воздухопроницанию R_и должно быть не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию R_и^тр, м² • ч/кг, определяемого по формуле

 

 

 

 Расход теплоты Q_инф, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха определяем по формуле (1) приложения 10 СНиП 2.04.05-91:

Q_инф = 0,28 S G_i c(t_в – t_н)k,

Где  Gi -	расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие  конструкции помещения;
с —	удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг×°С);
tв, tн —	расчетные температуры  воздуха, °С, соответственно в помещении (средняя с учетом повышения для помещений высотой более 4 м) и наружного воздуха в холодный период года (параметры Б);
k —	коэффициент учета влияния  встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами, 0,8 — для окон и балконных дверей с раздельными переплетами и 1,0 — для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов.