Расчет отопления жилого помещения

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Расчет отопления жилого помещения»

Томск 2008

В связи с введением изменений № 3 и № 4 в СНиП II-3−79 «Строительная теплотехника» значительно изменены требования к теплотехническим свойствам наружных ограждений. В результате принятия региональных и городских программ энергосбережения предусматривается проектирование зданий с сопротивлением теплопередаче наружных ограждений по условиям энергосбережения, что особенно актуально для климатических условий Сибири. Поэтому, в настоящее время предъявляются повышенные требования к конструкции и теплоизоляции наружных стен и перекрытий при строительстве новых и реконструкции существующих зданий.

Исходные данные

Планировка здания показана на рис. 1 и 2, а=5.5м, б=6м, в=5.5м, h=3.5 м.

Конструкция наружных ограждений показана на рис. 3.

Климатическая характеристика района застройки: г. Иркутск

Характеристика помещения:

Две жилых комнаты одна из которых угловая.

Размеры окон: ширина s=1.2м, высота d=1.4м.

Толщина внутренних стен b₁ =0.30м.

Расчетные температуры в помещениях «101» (угловом по СНиП) t_в1=+22^оС, в помещении «102» t_в2=+20⁰С, теплопередачей между этими помещениями пренебрегаем ввиду малого градиента температур (2^оС).

Характеристика системы отопления.

Отопление водяное, отопительные приборы-радиаторы, разводка верхняя с подачей воды «сверху-вниз» .

Температура воды на входе в приборы t_г=+95⁰С, температура охлажденной воды на выходе t_о=+70⁰С.

Диаметр подводящих трубопроводов d_н=30 мм.

Расчет коэффициентов теплопередачи и теплопотерь через наружные ограждающие конструкции

Рис. 1. План помещений «101» и «102» .

1-отопительные приборы (радиаторы).

2-стояки горячей воды.

Рис. 2. Помещение «101» .

1-нагревательные приборы.

2-стояк подачи горячей воды.

3-стояк отвода охлажденной воды.

4-окна.

Рис. 3. Варианты конструкции наружных стен

1 — цементно-песчаный раствор (1800 кг/м³);

2 — кладка из силикатного кирпича (1800 кг/м³);

3 — плита минераловатная (200 кг/м³).

Теплопотери через наружные ограждающие конструкции

Определим общее термическое сопротивление многослойной стены:

Коэффициенты теплоотдачи принимаются в соответствии с СНиП для внутренней и наружной стены составят: б_в=8.7 и б_н =23.0 Вт/ м²· К.

Отсюда можно определить толщину утепляющего слоя стены:

Где: л_ут— коэффициент теплопроводности

СНиП предусматривают два значения величины R_о^тр:

По санитарно-гигиеническим и комфортным условиям:

R_о^тр (I)=n· (t_в-t_н)/Дt_н·б_в=1·(22-(-36))/(4·8.7)=1.66 м²· К/Вт.

где:

n-коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции относительно наружного воздуха, n=1.

Дt_н-нормируемый перепад температуры между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждения, для наружных стен составляет 4 К.

t_в-расчетная температура внутреннего воздуха.

t_н-расчетная зимняя температура наружного воздуха.

По условиям энергосбережения.

R_о^тр(II)=f (ГСОП).

ГСОП=(t_в-t_оп)· Z_оп=(22-(-8.5))·240=7320

тогда R_о^тр(II)=3.73 м²· К/Вт Где:

t_оп— среднесуточная температура (? 8^оС).

Z_оп-продолжительность отопительного периода.

Для расчета толщины утепляющего слоя x_ут из двух величин R_о^трвыбирают наибольшее.

Определим значение толщины утепляющего слоя:

Общая толщина наружной стены будет равна:

д_нс=0.02+0.38+0.21+0.03=0.640м.

Уточнением значение термического сопротивления наружной стены:

м²· К/Вт.

Определяем коэффициент теплопередачи:

k_нс=1/R_нс=1/3.72=0.269 Вт/м^2.К

Определяем теплопотери:

Вт (для «101»).

Вт (для «102»).

Расчет сопротивления теплопотерь через световые проемы

Приведенное требуемое сопротивление теплопередаче R_о^тр заполнений световых проемов определяется по методическим указаниям. R_о^сп=0.62 м²· К/Вт.

k_сп=1/R_сп=1/0.62=1.62 Вт/м^2.К

Вт (для «101»).

Вт (для «102»).

Тип заполнения световых проемов: двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах с заполнением межстекольного пространства аргоном.

Расчет теплопотерь через пол первого этажа

Конструкция пола первого этажа приведена на рис. 4 и включает сосновые доски на лагах, опирающихся через кирпичные столбики на железобетонную панель с утепляющим слоем.

Толщина утепляющего слоя x_ут=0.20м, л_ут = 0,07 Вт/ (м^.К), термическое сопротивление воздушной прослойки R_вп = 0,165 (м^{2 .} К)/Вт.

Рис. 4. Конструкции пола первого этажа:

1-доска сосновая (с=500 кг/м³)

2-воздушная прослойка (д_вп=0.04м)

3-плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (с=200 кг/м³)

4-панель перекрытия железобетонная (с=2500 кг/м³)

Для полов на лагах применяется упрощенный метод расчета, основанный на различиях теплопередачи через различные участки пола. При этом, поверхность пола помещения делится параллельно наружным стенам на три зоны по 2 метра, как показано на рис. 5. Каждая из зон имеет условное сопротивление теплопередачи.

R_п¹=2.15 R_п²=4.3. R_п³=8.6 R_п⁴=14.2

Термическое сопротивление воздушной прослойки принимается равным:

R_вп=д_вп/л_вп =0.165м²К/Вт.

Таким образом, общее сопротивление каждой отдельно взятой зоны составит:

R_оⁱ=1.18(R_п+x_ут /л_ут +R_вп), а К_п=1/R_о

R_о¹=1.18· (2.15+0.20/0.04+0.165)=8.63 м²К/Вт,

К_п¹=1/8.63=0.12 Вт/м^2.К

R_о²=1.18· (4.3+0.20/0.04+0.165)=11.17 м²К/Вт,

К_п²=1/11.17=0.09Вт/м^2.К

R_о³=1.18· (8.6+0.20/0.04+0.165)=16.24 м²К/Вт,

К_п²=1/16.24=0.06 Вт/м^2.К

R_о⁴=1.18· (14.2+0.20/0.04+0.165)=20.49 м²К/Вт,

К_п²=1/20.49 =0.05 Вт/м^2.К

Q_оп = (t_в — t_н) У (k_п^{i .} F_i)

Q_оп=(22-(-36)) · (0.12· 19+0.09 · 11)=189.66 (для «101»).

Q_оп=(20-(-36)) · (0.12· 8.8+0.09 · 8.8+0.06· 8.8+0.05· 8.8)=157.70 (для «102»).

F_{п, 101}=23.80м²

F_{п, 102}=25.40м²

Рис. 5. Распределение площади пола по зонам с различным термич. сопротивлением.

Площадь пола первой зоны, примыкающей к углу, учитывается дважды из-за дополнительного переохлаждения.

Общая высота пола h_п отсчитывается от верхнего уровня подготовки пола (плиты) до верхнего уровня покрытия доской.

Расчет теплопотерь через пол чердачного перекрытия

Конструкция чердачного перекрытия в виде оштукатуренной снизу монолитной железобетонной плиты с утепляющим слоем приведена на рис. 6.

Для расчета чердачного перекрытия принимается величина б_н =12 Вт/(м²К), а величина Дt_н =3 К.

Рис. 6. Конструкция пола чердачного перекрытия.

1-цементно-песчаный раствор (1800 кг/м³).

2-железобетонная плита (2500 кг/м³).

3-утепляющий слой.

Толщина железобетонной плиты д_ж/б=0.08м.

Толщина раствора=0.03м.

СНиП предусматривают два значения величины R_о^тр:

По санитарно-гигиеническим и комфортным условиям:

R_о^тр (I)=n· (t_в-t_н)/Дt_н·б_в=1·(22-(-36))/(3·12)=1.61 м²· К/Вт.

По условиям энергосбережения.

R_о^тр(II)=f (ГСОП).

ГСОП=(t_в-t_оп)· Z_оп=(22-(-8.5))·240=7320

тогда R_о^тр(II)=5.80 м²· К/Вт

Для расчета толщины утепляющего слоя x_ут из двух величин R_о^тр выбирают наибольшее

Определим значение толщины утепляющего слоя:

м

Общая толщина наружной стены будет равна: д_чп=0.03+0.08+0.39=0.51м.

Уточнением значение термического сопротивления наружной стены:

м²· К/Вт.

Определяем коэффициент теплопередачи:

K_чп=1/R_чп=1/5.85=0.17 Вт/м^2.К

Определяем теплопотери:

Вт (для «101»).

Вт (для «102»).

Таблица А. Результаты расчета теплопотерь через наружные ограждения.

Расчет воздухопроницаемости и теплопотерь на нагревание воздуха при его инфильтрации

Расчет разности давлений

Инфильтрация воздуха в жилых помещениях происходит за счет разности давлений Дp наружного воздуха и воздуха в помещении, связанного с различием температур и плотностей воздуха.

G^н-нормативная воздухопроницаемость наружной стены. G^н=0.5 кг/(м^2.ч).

G^н -для световых проемов жилых зданий G^н=6 кг/(м^2.ч).

Определим удельный вес наружного и внутреннего воздуха:

Н/м³,

Н/м³

Тогда разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях стен здания определяется по формуле:

Дp=0.55· H_р·(g_н-g_в)+0.03g_нн²=0.55·3·(14.61−11.82)+0.03·14.61·2.9=8.29Па Где: Н_р-расчетная высота здания (от поверхности земли до верха карниза, 3 м).

н-максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь.

м² чПа/кгдля стен

м² чПа/кгдля окон Др_о =10 Па-стандартная разность давления воздуха.

Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений

Сопротивление воздухопроницанию стены равно сумме сопротивлений воздухопроницанию каждого слоя:

R_и=R_и1+R_и2+R_и3+R_и4=497.3+8.4+18+746=1269.7м² чПа/кгдля стен.

R_и=R_и^тр=0.15 м² чПа/кг — для окон.

Расчет расхода тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха

Найдем расход воздуха через единицу поверхности наружного ограждения:

кг/ м^2. ч Общие затраты тепла на подогрев инфильтрующегося воздуха:

Q_и=0.278· G_и^о··с (t_в-t_н)=0.278·31.96·1·(22-(-36))=515.32 Вт.

Сделаем расчет для помещения «102» .

Н/м³

Дp=0.55· H_р·(g_н-g_в)+0.03g_нн²=0.55·3·(14.61−11.82)+0.03·14.61·2.9²=8.29Па

м² чПа/кгдля стен

кг/ м^2. ч

Q_и=0.278· G_и^о··с (t_в-t_н)=0.278·10.7·1·(20-(-36))=166.58 Вт.

Расчет отопления помещений

Определение суммарных теплопотерь из отдельных помещений

Для компенсации теплопотерь и поддержания требуемой температуры в жилых помещениях при их проектировании необходим расчет системы отопления.

В каждом помещения теплопотери через наружные ограждения:

Q_тп =Q_нс+Q_сп+Q_п+Q_чп+Q_и=794.14+473.56+189.66+234.67+515.32= =2207.35Вт («101»)

Q_тп =Q_нс+Q_сп+Q_п+Q_чп+Q_и=501.63+152.41+157.70+241.81+166.58=

=1220.13Вт («102»)

На основе определения общих теплопотерь рассчитывается необходимая тепловая нагрузка на отопление Q_от=Q_тп .

Найдем среднесезонный расход тепла для двух помещений вцелом:

Найдем годовой расход тепла:

кДж

Общий расчета систем отопления

Для сравнения и расчета приборов вводится понятие эквивалентного квадратного метра (экм), за который принимается площадь внешней поверхности прибора, отдающая 505 Вт теплоты при стандартных условиях, отвечающих наиболее общим условиям отопления.

В качестве стандартных приняты следующие условия:

· температура горячей воды на входе в прибор t_г =95⁰С.

· температура охлажденной воды на выходе из прибора t_о=70^оС.

· перепад температур в приборе Дt_пр=t_г-t_о=25⁰С.

· средняя температура теплоносителя в приборе t_ср=(t_г+t_о)/2=82.5⁰С.

· разность t_ср воды в приборе и воздуха в помещении (принимается + 18⁰С) Дt_т=t_ср -t_в=(t_г+t_о)/2-t_в=(95+70)/2−18=64,5 К.

при этих показателях расход воды в приборе g_п=17.4 кг/(ч^.м^2. экм).

в₁ -коэффициент, учитывающий зависимость теплоотдачи прибора от Дt_п определяется из уравнения в₁=1.

в₂-коэффициент, учитывающий расход и способ подачи греющей воды. в₂=1

в₃-коэффициент, учитывающий схему циркуляции воды в приборе.

в₄-коэффициент, учитывающий способ установки прибора и число секции в приборе. в₃=1.

Привязка нагревательных приборов к осям помещения

Нагревательные приборы (радиаторы, конвекторы) обычно размещают под окнами. Привязка приборов необходима для расчета длины (l_i) отдельных участков неизолированных подводящих трубопроводов с целью учета их вклада в общий теплопроводности отопительной системы при следующих условиях:

1. Нагревательные приборы установлены по осям окон.

Расстояние от нижнего монтажного размера прибора (между трубами монтажный размер 0,5 м.) до пола равно 0,2 м (h₁ =0,7 м) и расстояние от горизонтальной подводящей линии горячей воды (рис.2) до потолка помещения равно 0,2 м. Таким образом, высоту стояка горячей воды можно определить:

H_стоякаh₀-0.2−0.2−0.5=h₀ -0.9=1.65м.

2. высота помещения h₀=h-д_g-д_xg=3.5−0.319−0.46=2.55 м.

3. Расстояние от оси окон до стояка отопления 1,2 м.

4. Высота помещения (чистая) h₀=h-h_g-д_xg=3.5−0.31−0.46=2.8

5. Координаты осей окон и трубопроводов:

а) ось одиночного окна а₁ для помещения «101» а₁=а/2=6/2=3, соответственно длина горизонтального подводящего (95⁰С) трубы с₁=а/2−1.2=6/2−1.2=1.8 м.

б) расстояние между осями двух окон в помещении «101» :

b₁=(b-д_нс/2)/2=(5−0.65/2)/2=2.34м, расстояние от внутренней стены до стояка также c₂=(b-д_нс/2)/2=(5−0.65/2)/2=2.34м и равно верхнему горизонтальному участку.

в) ось окна в помещении «102». Расстояние стояка от внутренней стены:

с₃ =(в-0.3)/2−1.2=(5−0.3)/2−1.2=1.15м.

отопление помещение нагрев теплопередача

Расчет площади поверхности нагрева системы отопления жилых помещений

q_о=9.28(Дt_т-10)в₁в₃=9.28· (64.5−10)·1·1=505.76 Вт/ экм

При расчете теплоты, необходимой для отопления помещения кроме теплоотдачи самих нагревательных приборов необходимо учитывать и теплоотдачу от неизолированных подводящих трубопроводов. В этом случае, снижается тепловая нагрузка на приборы и их поверхность: Q_пр=Q_тп-Q_тр.

Площадь теплоотдающей поверхности нагревательных приборов определяется по формуле :

F_пр =Q_тпв₁в₂/q_о-F_тр. экм

F_тр=1.78рd_тр^.Уl_in_i.

Где: d_тр-наружный диаметр трубы.

l_i-длина участка трубы.

n_i-поправочный коэффициент, учитывающий месторасположение и ориентацию труб:

n=1.0 для подводок к приборам и их «сцепки».

n=0.5 для вертикальных труб (стояков).

n=0.75 для обратных горизонтальных труб у пола помещения.

n=0.25 для подающих труб под потолком.

Тепловой вклад трубопроводов рассчитывается по формуле

Q_тр = 505 F_тр, Вт.

F_тр=1.78· 3.14·0.03·(1.8·0.25+1.65·0.5+0.917·1+3.3·0.25+1.65·0.5)=0.64 экм («101»)

F_тр=1.78· 3.14·0.03·(0.65·0.25+1.65·0.5)=0.17 экм (для «102»)

Q_тр=505F_тр=505· 0.64=323.2 Вт

Q_тр=505F_тр=505· 0.17=85.85 Вт

экмдля «101»

экмдля «102»

Для чугунных радиаторов типа М — 140 — АО, кроме того, определяется число секций n₂=в₃F_пр/f_с (округляется до целого числа в большую сторону.

n₂=1· 3.72/0.35=10.62?11 шт для «101» ,

n₂=1· 2.24/0.35=6.4?6 шт для «102» ,

Теплоотдача отдельного прибора рассчитывается как:

Q_прⁱ=505 n₂f_с=505· 11·0.35=1944.25(Вт / экм).- для «101» для одного прибора.

Q_прⁱ=505 n₂f_с=505· 6·0.35=1060.5 (Вт / экм).- для «102»

Оценим экономичность прибора:

и=Q_прⁱ /МДt_т=1944.25/(10· 64.5)=3.01 Вт/ (кг^. К).- для «101»

и=Q_прⁱ /МДt_т=1060.5/(10· 64.5)=1.64 Вт/ (кг^. К).- для «102»

где M — масса прибора.

Общая фактическая нагрузка на отопление в каждом помещении (101 и 102)

Q_от(ф) = Q_пр + Q_тр=3· 1944.25+323.2=6155.95 Вт. — для «101»

Q_от(ф) = Q_пр + Q_тр=1060.5+85.85=1146.35 Вт. — для «102»

Таблица Б Расчет систем отопления

1. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа. 1980. 470 с.

2. Ильинский В. М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат здания).-М.: Высшая школа, 1974.-320 с.

3. СНиП 23−01−99. Строительная климатология. Приняты и введены в действие с 01.01.2000 г. 67 с.

4. СНиП II-3−79 (с изменением № 4). Строительная теплотехника Минстрой России, 1998. 42 с.

5. Тихомиров К. В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. М.: Стройиздат. 1981. 272 с.

6. Строительная теплофизика. Методические указания к курсовой работе. Кафедра «Теплогазоснабжение» ТГАСУ. Томск.-2005. 43 с.