Расчет ограждающих конструкций

1.Общая часть

В данной курсовой работе необходимо разработать системы отопления и вентиляции жилого здания.

Исходные данные для проектирования:

Число этажей — 4

Число секций — 1

Высота этажа — 3 м

Место нахождения здания — г.Могилев

Ориентация здания — Восток

Ограждающие конструкции:

а) Стены — кирпич силикатный, глиняный

б) Утеплитель — пенопласт

Наличие подвала — есть

Наличие чердака — есть, холодный

Система отопления — двухтрубная вертикальная с нижней разводкой, разносторонняя.

Теплоноситель в системе отопления и его параметры — вода 95−70 ^єС

По приложению П. 1 /2/ параметры внутреннего воздуха составляют:

— жилая комната 18 ^єС;

— кухня 18 ^єС;

— санузел 25 ^єС;

— лестничная клетка 16 ^єС.

При расчетах учитываем, что в угловых помещениях квартир расчетная температура воздуха должна быть на 2^єС выше указанной.

Относительная влажность воздуха в помещениях составляет 55%.

2. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций

2.1 Теплотехнический расчёт наружных стен

Рис. 1 состав наружной стены

Выбираем нормативное сопротивление теплопередаче наружных стен R_Tнорм=3.2 м²єС/Вт.

Действительное сопротивление теплопередаче:

R_T=, где

(д — толщина конструктивного слоя, л — коэффициент теплопроводности материала),

б_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности б_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности

R_T=1/8,7++0.02/0.93+0,25/0,7+x/0,043+0,12/1.36+0,02/0,76+ +0.02/0.93+1/23 = 3.2 м²єС/Вт.

Решая это уравнение относительно X, получаем X=0,11 м. Тогда уточнённое действительное сопротивление теплопередаче:

R_д= м²єС/Вт.

Тепловая инерция ограждения:

D=

D=

Так как D = 6,25 входит в предел от 4 до 7 принимаем температуру наружного воздуха равной средней температуре наиболее холодных трех суток (среднее арифметическое между температурой наиболее холодных суток и температурой наиболее холодной пятидневки обеcпеченностью 0,92

Для г. Могилева:

Требуемое сопротивление теплопередаче:

R_Tтреб=, где t_В-расчетная температура внутреннего воздуха,

t_н — расчётная зимняя температура,

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности,

б_в — коэффициент теплоотдачи наружных стен, Дt_в — расчётный перепад между температурой внутреннеговоздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции.

t_В=18^oC t_н=-27^оС n=1 Дt_в=6^oC

R_Tтреб= м²єС/Вт.

Полученные величины R удовлетворяют неравенству R_TтребT_нормT_действ:

0,86<3,2<3,41 м²єС/Вт

2.2 Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия

Рис.2- Конструкция чердачного перекрытия

Для чердачного перекрытия R_Tтреб=6 м²єС/Вт.

Действительное сопротивление теплопередаче:

R_T=, где

(д — толщина конструктивного слоя, л — коэффициент теплопроводности материала),

R_T= м²єС/Вт.

Решая это уравнение относительно X, получаем X=0,24 м Принимаем 0,24 м. Тогда уточнённое действительное сопротивление теплопередаче:

м²єС/Вт.

Величина тепловой инерции:

D=

D=

Т.к. полученная величина D 4<4,717<7, то принимаем расчетную зимнюю температуру

t_н=-27°С (температура наиболее холодных 3 суток).

R_Tтреб=, t_В=18^oC t_н=-27^оС n=0,9 Дt_в=4^oC

R_Tтреб= 0,9(18-(-27))/(8,74)=1,16 м²єС/Вт.

Полученные величины R удовлетворяют неравенству R_TтребT_нормT_действ:

1,16<6<6,04²єС/Вт

2.3 Теплотехнический расчёт покрытия над подвалом

Рис.3- Конструкция покрытия над подвалом

Действительное сопротивление теплопередаче:

R_T=, где

(д — толщина конструктивного слоя, л — коэффициент теплопроводности материала),

б_н = 6- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности,

б_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности

R_T = м²єС/Вт.

Решая это уравнение относительно X, получаем X=0,14 м Принимаем 0,14 м. Тогда уточнённое действительное сопротивление теплопередаче

м²єС/Вт.

> R_Tтреб

Величина тепловой инерции:

D=

D=

Т.к. полученная величина D 4<5,49<7, то принимаем расчетную зимнюю температуру

t_н=-27°С.

R_Tтреб=, t_В=18^oC n=0,6 Дt_в=2^oC

R_Tтреб= м²єС/Вт.

Полученные величины R удовлетворяют неравенству R_TтребT_нормT_действ:

1,55<4<4,043 м²єС/В

2.4 Сопротивление теплопередаче наружных дверей

Сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот определяется по формуле:

Rн.д =0,6· R,

где R-требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, определяемое при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки.

R=, t_В=18^oC n=1 Дt_в=6^oC t_н=-27^оС

R= м²єС/Вт.

Определяем толщину двери:

0,86 = 1/8,7+1/23+X/0,14

X = 0.01 м = 10 см

Rн.д =0,6· 0,86=0,517 м²єС/Вт.

2.5 Сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов

Для заполнения световых проемов используем 2 стеклопакета с тройным остекление в деревянных раздельноспареных переплетах, сопротивление теплопередаче которых равно 0,55 м²єС/Вт (таблица Г1). Соответственно для двух окон сопротивление будет равно 1,1 м²єС/Вт, что отвечает нормам Rт .

3. Отопление здания

3.1 Расчет теплопотерь помещения

Потери теплоты через отдельную ограждающую конструкцию определяется по формуле:

Q_огр=,

где:

F_p— площадь ограждающей конструкции, м²

R— сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м^2*К)/Вт

— добавочные потери теплоты в долях от основных потерь

t_в — температура внутреннего воздуха,⁰С

t_н — расчётная температура воздуха, принимаемая равной температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, ⁰C

п — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур в этих помещениях равна меньше 3⁰С.

3.2 Затраты тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха

Расход теплоты Q на нагревание инфильтрующего воздуха в помещении жилых зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, определяется по формуле:

, где:

с — удельная теплоёмкость воздуха (1 кДж/кг⁰C);

L=3F_пл— расход удаляемого воздуха не компенсируемый подогретым приточным воздухом (для жилых помещений и кухни);

_н — плотность наружного воздуха, определяемая по формуле:

F_пл — площадь пола помещения;

При составлении теплового баланса помещений учитываем бытовые теплопоступления:

Q_быт=21F_пл

Пример расчета комнаты 101:

1) Потери теплоты Q, Вт, через ограждающую конструкцию:

Q_огр.1=Вт;

Q_огр.2=Вт;

Q_{огр.3 ок.}=Вт;

Q_{огр.3 пл.}=Вт;

2) Определение затрат теплоты на нагрев инфильтрующего воздуха:

Q_инф=Вт;

3) Определение теплопоступлений от бытовых приборов:

Q_быт=Вт;

Следующие комнаты рассчитываем также и полученные данные заносим в таблицу 3.1.

3.3 Определение удельной тепловой характеристики здания

Основные, добавочные потери теплоты и годовой теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха Q_ts+Q_is, Вт, определяются по формуле:

(Q_ts+Q_is)=

где УQогр — сумма основных и добавочных потерь теплоты помещениями здания, Вт, принимается по таблице 2.1;

УQ_инф.— сумма расходов теплоты на нагревание наружного воздуха, инфильтрующегося в помещениях здания, Вт, принимается по таблице 2.1;

t_н — средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, єС; t_н = -25 єС;

t_ср — средняя по объёму здания расчетная температура внутреннего воздуха, єС; t_ср = 18 єС;

t_н^от — средняя за отопительный период температура наружного воздуха, єС, для периода с температурой наружного воздуха ниже +8 єС; t_н^от = -1,9єС.

УQогр = 19 639,3 Вт;

УQ_инф.= 39 213,2 Вт;

(Q_ts+Q_is) = Вт Годовые поступления теплоты от электрических приборов, освещения, коммуникаций, материалов, людей и других источников Q_hs, Вт, определяется по формуле:

Q_hs = УQ_быт

где УQ_быт — суммарный тепловой поток, регулярно поступающий в помещения здания от бытовых приборов, Вт, принимается по табл.2.1;

УQ_быт = 14 128,3 Вт Суммарный годовой расход тепловой энергии на отопление Q_s, Вт, определяется по формуле:

Q_s = (Q_ts+Q_is) — Q_hs · з₁

где з_i — коэффициент, принимаемый в зависимости от способа регулирования системы отопления (для водяного отопления без автоматического регулирования принимается равным 0,2)

Q_s= 27 236,3 — (14 128.3· 0,2) = 24 410.64 Вт Удельный расход тепловой энергии на отопление жилого здания, Вт/(м³· єС) определяется по формуле:

q_от. =,

где Q_s— суммарный годовой расход тепловой энергии на отопление, Вт;

V_зд. — отапливаемый объём, м³, V_зд = 1501,74 м³

q_от.=

Полученное значение q_от меньше 1, значит расчёт выполнен верно.

3.4 Определение тепловой мощности системы отопления

После расчета потерь теплоты всеми помещениями определяется тепловая нагрузка стояков (ветвей) и тепловая мощность системы отопления.

Тепловая нагрузка стояка (ветви) определяется по формуле:

Q_{cт (ветви)} = УQ_прi

где Q_прi — тепловая нагрузка прибора, принимаемая равной теплопотерям помещения, в котором этот прибор установлен, Вт; в случае, когда в помещении установлено несколько приборов, теплопотери делятся поровну на каждый прибор;

n — число отопительных приборов, присоединенных к стояку (ветви).

Результаты расчета заносятся в таблицу.

Тепловая нагрузка стояков

3.5 Гидравлический расчет трубопроводов

Целью гидравлического расчета трубопроводов систем отопления является выбор таких сечений теплопроводов для наиболее протяженного и нагруженного циркуляционного кольца или ветви системы, по которым, при располагаемой разности давлений в системе, обеспечивается пропуск заданного расхода теплоносителя.

Для систем с искусственной циркуляцией величина располагаемого давления определяется по формуле:

Др_р = Др_н+Б (Др_е.пр.+Др_е.тр),

где Др_н — искусственное давление, создаваемое элеватором, Па, (Др_н=12 кПа);

Др_е.пр — давление, возникающее за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па;

Др_е.тр — давление, вызываемое охлаждением воды в теплопроводах, Па; (Др_е.тр = 125 Па);

Б — коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчетных условиях; для двухтрубных и однотрубных горизонтальных систем 0,4.

Величина естественного давления, Па, возникающего за счет остывания воды в отопительных приборах, определяется в зависимости от вида системы. Для двухтрубной системы с верхний или нижней разводкой:

Др_е.пр = h₁g (с_о-с_г),

где h₁ — вертикальные расстояния от центра приборов одного этажа до центра приборов следующего этажа, м (рис. 3.5);

g — ускорение силы тяжести, м/с²;

с_о, с_г — плотности, соответственно, обратной и горячей воды, кг/м³.

Плотность воды в зависимости от её температуры определяется по формуле:

с=1000,3−0,06· t-0,0036·t²,

где t — температура воды, ^оС.

Гидравлический расчёт системы отопления выполняется методом удельных потерь давления, где определяют ориентировочное значение удельной потери давления на трение при движении теплоносителя по трубам R_ср, Па/м, по формуле:

R_ср=,

где К — доля потерь давления на трение, принимаемая для систем с искусственной циркуляцией равной 0,65;

Уl — сумма длин участков расчётного кольца, м;

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

G_уч= ,

где Q_уч — тепловая нагрузка участка, Вт;

t_г, t_о— температура горячей и обратной воды, ^оС.

Потери давления на трение на участке определяются путем умножения удельной потери давления на трение R на длину участка l.

Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяются по формуле:

Z = Уо, где Уо — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

с — плотность воды при температуре 70єС.

Суммируя потери давления на трение и в местных сопротивлениях, определяются потери давления на участке, а затем, суммируя потери давления на расчетных участках, получают потери давления в кольце, которые должны быть в пределах 90% располагаемого давления:

Гидравлический расчёт системы отопления

Неблагоприятным циркуляционным кольцом является кольцо через стояк № 8, так как он наиболее удаленный от тепло узла управления.

Находим плотности воды:

С_95(г) = кг/ м³

с_70(о) = кг/ м³

Определяем величину естественного давления Дре. пр:

Дре.пр = 3* 9,8*(978,46 — 962,11) = 480,69Па Зная все выше найденные значения, мы можем найти величину располагаемого давления:

Др_р = 12 000+0,4*(480,69 + 125)=12 242,28 Па Определим ориентировочное значение удельной потери давления на трение при движении теплоносителя по трубам R_ср:

R₁= Па/м Определим расход воды на участках G_уч:

G_уч1 = кг/ч;

G_уч2 = кг/ч;

G_уч3 = кг/ч;

G_уч4 = кг/ч;

G_уч5 = кг/ч;

G_уч6 = кг/ч;

G_уч7 = кг/ч.

G_уч8 = кг/ч.

G_уч9 = кг/ч.

Уо — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке:

Участок 1 (d = 32мм): отвод под 90 є = 1;

Участок 2 (d = 25мм): тройник на поворот = 1,5;

вентиль обыкновенный = 10;

Участок 3 (d = 20мм): тройник на поворот = 1,5;

вентиль обыкновенный = 10;

Участок 4 (d = 20мм): тройник на проход = 1;

Участок 5 (d = 15мм): тройник на проход = 1;

Участок 6 (d = 15мм): тройник на проход = 1;

отвод под 90 є = 1,5;

кран 2-х ходовой = 2;

Участок 7 (d = 10мм): тройник на проход 2 шт.= 2;

Участок 8 (d = 10мм): тройник на проход 2 шт.= 2;

Участок 9 (d = 10мм): отвод под 90 є = 1,5;

кран 2-х ходовой = 2;

внезапное увеличение диаметра = 1

Участок 10 (d = 10мм): отвод под 90 є = 1,5;

внезапное уменьшение диаметра = 0,5

Участок 11 (d = 10мм): тройник на проход = 1;

Участок 12 (d = 10мм): тройник на проход = 1;

Участок 13 (d = 15мм): тройник на проход = 1;

отвод под 90 є = 1,5;

кран 2-х ходовой = 2;

Участок 14 (d = 15мм): тройник на проход = 1;

Участок 15 (d = 20мм): тройник на проход = 1;

Участок 16 (d = 20мм): тройник на проход = 1;

вентиль обыкновенный = 10;

Участок 17 (d = 25мм): тройник на поворот 2шт. = 3;

вентиль обыкновенный = 10;

Участок 18 (d = 32мм): отвод под 90 є = 1;

Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па:

Z₁ = Па

Z₂ = Па

Z₃ = Па

Z₄ = Па

Z₅ = Па

Z₆ = Па

Z₇ = Па

Z₈ = Па

Z₉ = Па

Z₁₀ = Па

Z₁₁ = Па

Z₁₂ = Па

Z₁₃ = Па

Z₁₄ = Па

Z₁₅ = Па

Z₁₆ = Па

Z₁₇ = Па

Z₁₈ = Па Потери давления в кольце оказались в пределах 90% располагаемого давления, следовательно, гидравлический расчет произведен верно.

3.6 Расчет отопительных приборов

T пр = (95+70)/2 = 82,5

К=8,7(радиатор АМ140)

F101 = 1144.45/8.7(82.5−20)=2.039

N= F/f = 2.039/0.297 = 7 cекций.

4. Вентиляция здания

4.1 Выбор систем вентиляции и их конструирование

теплотехнический чердачный вентиляция инфильтрующийся

В данной работе устраиваем естественную вентиляцию: организованную вытяжку в каждой квартире из кухонь, ванных комнат, туалетов и неорганизованный приток в каждое помещение через окна, форточки, щели в оконных переплётах.

В кирпичных внутренних стенах размеры каналов принимаются кратными Ѕ кирпича (140×140мм, 140×270мм).

Вытяжные отверстия располагаем на расстоянии 0,5- 0,7 м от потолка. Вытяжные отверстия закрываются решётками с подвижными и неподвижными жалюзями. Минимальная высота выброса воздуха над кровлей для плоских крыш принимается не менее 0,5 м.

При выполнении расчёта вычерчиваем схему системы вентиляции в аксонометрической проекции. Каждый канал рассматриваем как отдельный учаcток. При расчёте каналов выполняется ориентировочный подбор сечений по формуле:

F_к^ор=

где Lрасход воздуха, удаляемый через канал, м³/ч.

В работе был принято L=50 м³/ч для совмещённых санузлов и L=90м³/ч для кухонь.

н_доп— допустимая скорость воздуха в канале (н_доп для вертикальных каналов = 0,5−1,0 м/с).

Потери давлении на участке вентиляционной сети определяется по формуле:

ДР_р=

Расчёт ведётся для всех участков.

где Rпотери давления на 1 м длины воздуховода, принимаемый по рис. 2 методических указаний, Па.

lдлина участка, м;

впоправочный коэф. на шероховатость стенок канала (для каналов вентблоков 1,5).

Zпотери давления в местных сопротивлениях определяемые как

Z=Уо р_д

где Уосумма коэф. местных сопротивлений на участке определяется в зависимости от местных сопротивлений, табл.П.8 методических указаний.

о для (вход с поворотом потока воздуха (с учётом жалюзийной решётки)=2; выход с поворотом потока воздуха=2,5

р_д— динамическое давление на участке, Па, рис. 2 методич. указаний.

Расчётное располагаемое давление, Па, в системе естественной вентиляции определяется по формуле:

ДР_е=

где hвертикальное расстояние от центра вытяжной решётки до устья вытяжной шахты, м;

с_н— плотность наружного воздуха при температуре=+5єС, с_н=1,27кг/м³;

с_в— плотность внутреннего воздуха, кг/м³ определяется как с_в=

t=18єC;

Для нормальной работы системы вентиляции надо, чтобы выполнялось условие:

%<10%

4.2 Аэродинамический расчет систем вентиляции

При выполнении расчёта вычерчиваем схему системы вентиляции в аксонометрической проекции. Каждый канал рассматриваем как отдельный участок. При расчёте каналов выполняется ориентировочный подбор сечений по формуле:

F_к^ор=

где Lрасход воздуха, удаляемого через канал, м³/ч.

В работе было принято L=50 м³/ч для совмещённых санузлов и L=90м³/ч для кухонь.

н_доп— допустимая скорость воздуха в канале (н_доп для вертикальных каналов = 0,5−1,0 м/с).

Потери давления на участке вентиляционной сети определяется по формуле:

ДР_р=

где Rпотери давления на 1 м длины круглого воздуховода, принимаемый по рис.П.2 методических указаний, Па/м.

lдлина участка, м;

впоправочный коэффициент на шероховатость стенок канала (для каналов вентблоков в =1,3).

Zпотери давления в местных сопротивлениях определяемые как:

Z=Уо р_д

где Уосумма коэффициентов местных сопротивлений на участке определяется в зависимости от местных сопротивлений, по табл.П.8 методических указаний.

— вход с поворотом потока воздуха (с учётом жалюзийной решётки) о =2;

— выход с поворотом потока воздуха=2,5

р_д— динамическое давление на участке, Па, (рис.П.2 методических указаний.)

Расчётное располагаемое давление, Па, в системе естественной вентиляции определяется по формуле:

ДР_е=

где hвертикальное расстояние от центра вытяжной решётки до устья вытяжной шахты, м;

с_н— плотность наружного воздуха при температуре +5єС, с_н=1,27кг/м³;

с_в— плотность внутреннего воздуха, кг/м³ определяется как с_в=

t=18єC;

g-ускорение силы тяжести, м/с ²

Для нормальной работы системы вентиляции надо, чтобы выполнялось условие:

%<10%

Расчёт:

Ориентировочный подбор сечений каналов кухни:

F_к^ор= =90/3600*0.75=0.036 м²;

Ориентировочный подбор сечений каналов санузлов:

F_к^ор= =50/3600*0.7=0,0198 м²;

Также рассчитываем на 2-ом, 3-ем этажах. Принимаем в кухне вентиляционные каналы размером 140Ч270 мм (0,038 к f = м2), в ванной комнате 140Ч140 мм (0,0196 к f = м2). Решетки для кухни РР-3: 200*200мм, для ванны РР-2:100*200мм На всех участках систем вентиляции будут следующие местные сопротивления:

— вход с поворотом потока воздуха = 2;

— выход с поворотом потока воздуха = 2,5;

У=4,5.

Dэкв=2*а*в/(а+в)

Dэкв1=2*14*27/41=18,4 см

Dэкв1=2*14*14/28=14см Определяем потери давления в местных сопротивлениях:

Z_к=Уо р_д =4,5*0,3=1,35Па;

Z_с=Уо р_д =4,5*0,3=1,35 Па.

Потери давления на участке вентиляционной сети определяются: для кухни:

ДР_к1==0,045*9,7*1,5+1,35=2,00 Па;

ДР_к2==0,045*6,7*1,5+1,35= 1,8Па ДР_к3==0,045*3,7*1,5+1,35=1,6 Па ДР_к4==0,045*0,7*1,5+1,35=1,4 Па для санузла:

ДР_с1==0,07*9,7*1,5+1,35=2.36Па;

ДР_с2==0,07*6,7*1,5+1.35=2,0 Па ДР_с3==0,07*3,7*1,5+1.35=1,6Па ДР_с3==0,07*0,7*1,5+1.35=1,42Па Определяем расчетное располагаемое давление:

с_в===1,21 кг/м³;

для кухни:

ДР_е к1==9,8*9,7*(1,27−1,21)=5,7 Па;

ДР_е к2==9,8*6,7*(1,27−1,21)=3,93 Па;

ДР_е к3==9,8*3,7*(1,27−1,21)=2,17Па.

ДР_е к3==9,8*0,7*(1,27−1,21)=0,4116Па.

для санузла:

ДР_е с1==9,8*9,7*(1,27−1,21)=5,7 Па;

ДР_е с2==9,8*6,7* (1,27−1,21)=3,93 Па;

ДР_е с3==9,8*3,7 (1,27−1,21)=2,17 Па;

ДР_е с1==9,8*0,7*(1,27−1,21)=0,41 Па;

Полученные значения заносим в таблицу.

В кухнях и санузлах для погашения избыточного давления необходимо использовать регулировку с помощью жалюзийных решеток. Для улучшения тяги в кухне последнего этажа используем вентилятор.

Литература

1. Методические указания к курсовой работе «Отопление и вентиляция жилого здания» по курсу «Инженерные сети и оборудование» для студентов специальности 70.02.01; 70.04.03 / Картавцева О. В., Новополоцк, 2005 г.

2. СниП 2.04.05−91. Отопление, вентиляция и кондиционирование/ Госстрой СССР.- М, 1992 г.

3. Тихомиров К. В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. М.: Стройиздат, 1991 г.

4. Внутренние санитарно-технические устройства: справочник проектировщика. Ч.1. Отопление/ Под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. — М.: Стройиздат. — 1990 г.

5. Ногин Е. И. Методические указания к выполнению курсового проекта «Отопление гражданских зданий» по курсу «Отопление» для студентов специальности Т 19.05. — Новополоцк, 2002 г.