Отопительная сисиема

I

  Система отопления 

1. Определение сопротивления теплопередачи  ограждающих конструкций.

 

1. Определение сопротивления теплопередачи наружной стены.

Исходя  из санитарно-гигиенических условий, сопротивление теплопередачи наружной стены определяется по формуле: 

                            ^тр = , м^{2 0}С/ Вт                                           (1)

Где:

n – коэффициент, зависящий от положения наружного ограждения по отношению к наружному воздуху

n=1 (из СТО00044807-001-2006 таблица 4)

tв – расчетная температура воздуха внутри помещения, ⁰С

tв = 24 ⁰С

tн – расчетная температура воздуха, ⁰С

tн = - 23⁰С

 tн – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, ⁰С

 tн = 6⁰С (Из СТО00044807-001-2006)

в – коэффициент теплообмена  на внутренней ограждающей поверхности  ограждения, Вт/ м^{2 0}С

в = 6,75 Вт/ м^{2 0}С 

^тр= м^{2 0}С/ Вт

Определяем  нормативное приведенное сопротивление  теплопередачи     наружных стен из условий энергосбережения и долговечности: 

^норм = 1, 72 м^{2 0}С/ Вт 

Сравним ^тр и ^норм. Для дальнейшего расчета выбираем большее 

^{тр < норм} 

^норм рассчитывается по формуле (2) :

                  ^норм = , м^{2 0}С/ Вт                                             (2)

Где:

- толщина конструктивного слоя, мм

- расчетный коэффициент теплопроводности  материала конструктивного слоя,

 Вт/ м^{2 0}С

в – коэффициент теплообмена  на внутренней ограждающей поверхности  ограждения, Вт/ м^{2 0}С

н – коэффициент теплопередачи  наружной поверхности ограждающей  конструкции 
 

^норм = , м^{2 0}С/ Вт 

Где:

- толщина наружной кладки, м

= 0,12 м (из условия)

ут. – толщина утеплителя

в.к. – толщина внутренней кладки, м

в.к. = 0,38м (из условия)

шт. – толщина слоя штукатурки

шт. = 0,02м

н.к = 0,61 Вт/ м^{2 0}С

ут. = 0,064 Вт/ м^{2 0}С

в.к. = 0,61 Вт/ м^{2 0}С

шт = 0,19 Вт/ м^{2 0}С

Подставив в  формулу (2) ^норм найдем ут:

1,72=1/6,75+0,12/0,61+ ут/0,064+0,38/0,61+0,02/0,19+1/23

ут = (1,72-0,148-0,197-0,623-0,105-0,043)*0,064 = 0,03866м = 38,7мм

    ут ^норм = 40 мм

^норм=1/6,75+0,12/0,61+0,04/0,064+0,38/0,61+0,02/0,19+1/23 = 1,74 м^{2 0}С/ Вт   
 

2. Определение сопротивления теплопередачи  окон

Исходя из условий электроснабжения и с учетом градуса суток отопительного периода (ГСОП) определим сопротивление теплопередачи окон. 

ГСОП = (tв – tоп)zоп, ⁰Ссут                                    (3)

Где:

ГСОП –  градус суток отопительного периода

tв – расчетная температура воздуха внутри помещения, ⁰С

tв = 24 ⁰С

tоп, zоп – температура и продолжительность (соответственно) периода со среднесуточной температурой наружного воздуха менее 8 ⁰С

tоп = -1,2  ⁰С

zоп = 167 сут

ГСОП = (24+1,2)167=4208,4 ⁰Ссут 

Зависимость пр^норм от ГСОП представлена в таблице1

Таблица1

 

Проинтерполировав, найдем значение пр^норм

пр^норм=0,411 м^{2 0}С/ Вт

По таблице 14.2 принимаем для заполнения оконных проемов двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете с межстекольным расстоянием 8 мм, для каждого пр^норм=0,51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Расчет  сопротивления теплопередачи  дверей

                           

^пр   = 0,6 ^тр   , м^{2 0}С/ Вт                           (4) 

Где:

^пр – приведенное сопротивление теплопроводности наружных дверей, м^{2 0}С/ Вт

^тр – требуемое сопротивление теплопроводности стены, м^{2 0}С/ Вт

^тр =1,16 м^{2 0}С/ Вт 

^пр   = 0,6 ^тр = 0,696 м^{2 0}С/ Вт 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4. Расчет сопротивления теплопередачи пола 
 

       пл^пр=1,18(Rпз+ ), м^{2 0}С/ Вт                           (4)

Где:

Rпз – сопротивление теплопередачи отдельных зон пола, м^{2 0}С/ Вт

RI – 2,1

RII – 4,3               м^{2 0}С/ Вт

    RIII – 8,6

    RIV – 14,2

В данном случае рассматривается пол на лагах (деревянный настил + воздушная прослойка)

Rв.п. = 0,15 м^{2 0}С/ Вт

= + Rв.п,

Где:

=0,04 м. – Толщина настила  из досок

=0,18 Вт/ м^{2 0}С – Материал сосна вдоль волокон 

пл^пр1 =1,18(2,1+0,15+0,04/0,18) = 2,917 м^{2 0}С/ Вт

пл^пр2 =1,18(4,3+0,15+0,04/0,18) = 5,513 м^{2 0}С/ Вт

пл^пр2 =1,18(8,6+0,15+0,04/0,18) = 8,972 м^{2 0}С/ Вт

пл^пр2 =1,18(14,2+0,15+0,04/0,18) = 14,572 м^{2 0}С/ Вт

По ГСОП требуемое  сопротивление теплопередаче Rтр = 4,304. По СНиП приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rо следует принимать в соответствии с заданием на проектирование, но не менее требуемых значений. пл^пр1< Rтр = 4,304 м^{2 0}С/ Вт. Принимаем пл^пр1 =4,304 м^{2 0}С/ Вт. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.5Определение сопротивления теплопередачи для чердачного перекрытия 

Определяем  сопротивление теплопередачи для чердачного перекрытия, исходя из условий санитарно-гигиенической безопасности.

Расчет ведем  по формуле (1), учитывая измененные велечины n, tн, в

n = 0,9

 tн = 3⁰С

в = 8,7 Вт/ м^{2 0}С 

^тр= м^{2 0}С/ Вт

Исходя из учета энергоснабжения и ГСОП определяем сопротивление теплопередачи. Выбираем большее.

Rтр = 3,794 

 

 
 
 
 

 
 
 
 

Rж.б. = 0,156 м^{2 0}С/ Вт

Рассчитаем слой утеплителя по формуле (2) :

3,794=1/8,7+0,02/0,19+0,156+ ут/0,064+1/23

ут=(3,794-0,115-0,105-0,156-0,043)*0,064=0,22м

Полученное значение толщины теплоизоляционного слоя приводим к стандартному значению по ГОСТ на данный вид утеплителя(«Маты минераловатные») Принимаем ут=80мм (ГОСТ 21880-94) 

^тр=0,115+0,105+0,156+1,25+0,048=1,674 м^{2 0}С/

2. Определение теплопотерь через ограждающие конструкции

 

Основные теплопотери  определяются по формуле: 

                       Qосн = (tв-tн)n,Вт                                           (5) 

Где:

А – расчетная  площадь ограждения,м²

     R – сопротивление теплопередачи, м^{2 0}С/ Вт

    

Полные теплопотери  рассчитываются по формуле:

                           Qполн = (tв-tн)n(1+ )                                (6)

Где

ß - коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери

Данный коэффициент принимается в долях от основных теплопотерь через наружные ограждения в следующих случаях:

1. Для помещений в здании любого назначения для наружных вертикальных, наклонных стен; дверей и окон обращенных на север, восток, северо-восток, северо-запад в размере 0,1. На юго-восток и запад в размере 0,05. В угловых помещениях дополнительно по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток, северо-запад. Для общественных и административно-бытовых зданий при наличие 2 и более наружных стен, соответственно по 0,15 и 0,1
2. Для не обогреваемых полов первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой холодного воздуха -40⁰С и ниже в размере 0,05
3. Для наружных дверей необорудованных воздушными завесами при высоте здания Н в размере 0,2Н

Н – для  тройных дверей с тамбуром

0,27Н – для  двойных дверей с тамбуром

0,34Н – для  двойных дверей без тамбура

0,22Н – для  одинарной двери

4) Для помещений  общественных зданий кроме лестничных клеток высотой более 4 метров суммарные теплопотери с учетом всех добавок увеличиваются на 2% на каждый м высоты сверх 4 м, но не более чем на 15% 

Qинф – расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха в жилых зданиях, помещениях при наличие естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемый организованной подачей приточного воздуха.

Qинф рассчитывается по формуле:

Qинф=0,1* Qполн, Вт                                              (7) 

     Т.к.  в качестве остекления выбран двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете, то Qинф в таких помещениях равна нулю.  

   Теплопоступления  в помещения

                                   Qвыд=10Апл                                                     (8)

                                  

Где Апл –  площадь пола кухни, м² 

      А = 10,66 м2

            Qвыд=106,6 Вт 

Для примера рассмотрим комнату 101 – туалетная комната, площадью 5 м².

tв = 22⁰C

tв = - 23⁰C

1. СН - З

Qосн = (tв-tн)n,Вт

     A = 8,85м²;

     R = 1,74 м2⁰С/ Вт

     n=1

     Подставив значения, получим:

     Qосн=8,85/1,74*45*1=228,88 Вт

     Так как помещение угловое, то коэффициент  учета теплопотерь на ориентацию = 0,15. Подставив значения в формулу (6) получим:

     Qполн = 8,85/1,74*45*1*(1+0,15) = 251,77 Вт

     Аналогично  для стены, обращенной на Север.

     2) В помещении одно окно, площадь которого 2,52 м². R = 0,51 м2⁰С/ Вт. Так как помещение угловое, то коэффициент учета теплопотерь на ориентацию = 0,15. Подставив значения в формулу (5), получим:

     Qосн=2,52/0,51*45*1=222,35 Вт

     По  формуле (6) вычислим:

     Qполн=2,52/0,51*45*1*(1+0,15)=255,71 Вт

3)Пол. Данное помещение находится в первой зоне, площадь которой равна 9м². R = 4,304 м2⁰С/ Вт. Коэффициент учета добавочных теплопотерь равен нулю. Найдем основные и полные теплопотери, подставив все данные в формулы (5) и (6):

     Qосн=9/4,304*45*1=94,1 Вт

     По  формуле (6) вычислим:

     Qполн=9/4,304*45*1=94,1 Вт

4. Потолок рассчитывается аналогично, но значение n принимается равным 0,9.

 
 
 

Тепловой  баланс 

Для поддержании  расчетной температуры воздуха  в помещении система отопления  должна компенсировать все теплопотери

                  Qо = Qполн+Qинф-Qвыд,Вт                     (9) 
 

Все расчеты  сводятся в таблицу 2

       

 В действующих системах отопления неизбежны бесполезные потери теплоты в трубопроводах, проходящих через неотапливаемые помещения здания, в узле вода и других элементах. Поэтому с учетом допускаемой величины теплопотерь определяем установочную тепловую мощность системы отопления здания:

                   Qзд = 1,07 , Вт                                (10)

Qзд = 1,07*22858,86=24458,98 Вт

Определяем значение удельной тепловой характеристики проектируемого здания для сравнения со справочными  данными подобного типа здания q₀ 

      q₀= , Вт/м³⁰С                         (11)

где:

- Объем здания по наружному обмеру

- поправочный коэффициент, учитывающий  отличие наружной температуры  воздуха и температуры внутри  помещения.

 
 
 
 

= 1,134

=1124,7 м³

q₀= =24458,98/1,134*1124,7*45=0,43 Вт/м³⁰С

Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление  дошкольных зданий qh^reg=45кДж/ м³⁰С

1Вт = 1 Дж/сек

qh^reg= =0,52 Вт/м³⁰С

Следовательно, получили, что полученное значение удельной тепловой характеристики удовлетворяет нормам. 
 
 
 
 

3. Выбор системы  отопления 

В качестве системы  отопления принимаем систему  с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя. 

Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с верхней разводкой:

1 - отопительный  котел;

2 - главный стояк;

3 - расширительный  бак;

4 - переливная  труба;

5 - разводящий  трубопровод;

6 - стояки горячей  воды;

7 - радиаторы;

8 - вентиль ручной;

9 - обратные стояки;

10 - обратная  линия 

 
 

Принцип работы

Вода нагревается  в отопительном котле как более  легкая, поднимаясь по главному стояку вверх, поступает в разводящую магистраль трубопровода, а из них через стояки в радиатор. Отдавая тепло, температура воды в радиаторе понижается, становится более тяжелой и через трубы обратной разводки, соединенной со стояком, опускается вниз, поступает в нагревательный котел и своей массой вытесняет нагретую воду из котла вверх — в главный подающий стояк системы отопления с естественной циркуляцией .  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 Тепловая работа  отопительных приборов

1) Для поддержания  расчетной температуры воздуха  в помещении система отопления  должна компенсировать все теплопотери. В качестве отопительного прибора принимаем чугунный радиатор МС-140-108. Для каждого помещения необходимо посчитать площадь поверхности отопительных приборов по формуле:

                     Fp=Qпр/(qпр ), м²                             (12)      

^Где:

      Qпр – необходимая теплоотдача в рассматриваемом помещении, Вт

                     Qпр= Qпотр-0,9 Qтр, Вт (13)

Qтр – принимаем равной нулю, так как эта величина пренебрежимо мала. Получаем, что:

Qпр = Qо для каждого помещения

qпр – расчетная площадь теплового потока отопительного прибора

qпр= qном ^{1+n р *} Cпр

                      tc =(tвх+tвых)/2-tв, ⁰С (14) 

tвх = 95⁰С

tвых = 70⁰С

tв – расчетная температура воздуха для каждого помещения

G= Qпр/(tвх-tвых)c

C – теплоемкость воды

С=4,187кДж/кг⁰С

n, p – показатели степени.

qном – номенальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях работы, Вт/ м2

Спр – коэффициент, учитывающий схему теплового  прибора и изменение давления в различных диапазонах теплоносителя

Для чугунного  радиатора МС-140-108:

Спр = 1,039

qном=758 Вт/ м2

n, p = 0,3 и 0,02 соответственно 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3. Расчетное число  секций в отопительном  приборе

Расчетное число  секций в отопительном приборе находится  по формуле:

Np = Fp

4/fc 3                            (15)

fc-площадь одной секции для данного чугунного радиатора

Для МС-140-108 fc=0,244м²

3 – коэффициент, учитывающий  число секций в одном радиаторе

4 – коэффициент, учитывающий  способ установки радиатора.

3=1

4=1 

Для примера рассчитаем детскую комнату №103

Qпр = 1590,29

qпр=758*((165/2 – 22)/70)^1,3*(1590,29/4,187*25*0,1)^0,02=

=758*0,827*1,106)*1,039 = 693,314Вт/м²

1 – коэффициент учета дополнительного  теплового потока отопительного  прибора за счет округления  расчетной величины

2 – коэффициент учета дополнительных  потерь теплоты отопительными  приборами у наружных ограждений

1 = 1,04

2 = 1,02

По формуле (12) площадь поверхности отопительного  прибора для комнаты 103 равна:

Fp=1590,29*1,04*1,02/693,314 = 2,433 м²

По формуле (15) рассчитаем число секций:

Np=2,433*1/(0,244*1)=9,972

Получаем 2 отопительных прибора и 10 секций – по пять секций на каждый отопительный прибор 

Аналогично проводим расчет для всех комнат. Результаты сводятся в таблицу 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.4. Выбор расширительного бака

Система отопления  представляет собой замкнутый контур, заполненный теплоносителем (вода или незамерзающая жидкость – антифриз). Поэтому, незначительное увеличение объема теплоносителя при повышении температуры может создать давление, превышающее предел прочности отдельных элементов системы, а уменьшение объема при понижении температуры может вызвать разрыв струи и нарушение циркуляции. Для предотвращения этих явлений в системах отопления служит расширительный бак, воспринимающий излишек теплоносителя при повышении температуры и восполняющий убыль теплоносителя при ее понижении. Расширительные баки бывают двух видов: открытый и закрытый.

Открытый расширительный бак – используется в системах с естественной циркуляцией теплоносителя (открытая система отопления). 
 

  

патрубок 1 предназначен для присоединения расширительной трубы, по которой вода поступает в бак;

патрубок 2 - для  соединения бака с трубой перелива;

патрубок 3 - для  контрольной (сигнальной) трубы;

патрубок 4 - для  циркуляционной трубы, через которую  частично отводится охладившаяся вода, создавая циркуляцию и обеспечивая определенный тепловой режим бака (в отапливаемом помещении бак соединяется с системой одной трубой, присоединяемой к патрубку 1);

патрубок 5 –  для слива воды из бака.

Контрольную трубу  выводят к раковине и снабжают запорным краном. Вытекание воды при открывании крана должно свидетельствовать о наличии воды в баке, а, следовательно, и в системе.

Полезный объем  расширительного бака, ограничиваемый патрубками 2 и 3 должен соответствовать  увеличению объема воды, заполняющей  систему отопления при ее нагревании до средней расчетной температуры. Полезный объём можно рассчитать, умножив количество воды в системе (л) на коэффициент теплового расширения (коэффициент температурного расширения воды при температуре 85ºС = 0,034).

Бак размещают  над верхней точкой системы отопления, как правило, в чердачном помещении здания или на лестничной клетке и покрывают тепловой изоляцией. Этот тип расширительных баков выполняет несколько функций - клапана безопасности избыточного давления, вызванного изменением температуры, пункта снабжения новой водой при естественных потерях её в оборудовании и отвод избыточных газов образующихся при нагревании теплоносителя.