Отопление жилого дома

Отопление жилого дома

1. Задание

Отопление предназначено для поддержания в объёме помещения и на внутренних поверхностях наружных ограждений расчётных температурных параметров Система отопления — комплекс оборудования для выработки, перемещения и передачи в помещение расчётного количества теплоты. Основными конструктивными элементами систем отопления являются источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.

Существует множество видов систем отопления: водяная, паровая, воздушная, газовая, электрическая и печное отопление.

Требования к системе отопления:

1. Санитарно-гигиенические:

— система отопления во всём объёме помещения должна поддерживать расчётную температуру;

— температура поверхности нагревательных приборов не должна превышать 80−85 ^оС.

2. Архитектурно-строительные: удобство, интерьер, минимальная площадь.

3. Монтажные: унифицированная система отопления.

4. Экономические: минимальные строительные и эксплуатационные затраты.

5. Эксплуатационные:

— система должна быть подвержена наладке и регулированию в процессе работы;

— должна подавать во все помещения расчётное количество теплоты при изменении температуры наружного воздуха, т. е. она должна быть подвержена как качественному, так и количественному регулированию.

В жилых и общественных зданиях должна поддерживаться температура внутреннего воздуха, исходя из санитарно-гигиенических требований.

2. Теплотехнический расчёт

2.1 Наружная стена

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций определяем по одной из формул (в расчёте используется большее значение):

(1)

где n — коэффициент, применяемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;

t_в — расчётная температура внутреннего воздуха, ⁰С, принимаемая согласно нормам проектирования соответствующих зданий;

t_н — расчётная зимняя температура наружного воздуха, ⁰С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92; для Твери t_н= - 32 ⁰С;

— нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;

— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций.

Для наружной стены имеем:

, .

В целях повышения теплозащитных качеств ограждающих конструкций, исходя из технико-экономических условий, согласно ГСОП, определяем термическое сопротивление по формуле:

(2)

где , — средняя температура, ⁰С, и продолжительность, сут., отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ⁰С.

⁰С сут Согласно в зависимости от назначения помещения и наружного ограждения определяем термическое сопротивление:

Принимаем .

Термическое сопротивление для слоя или однородной ограждающей конструкции определяют по формуле:

(3)

где — толщина слоя, м;

— расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя, .

Состав стены:

1. штукатурка _шт = 0.02 м, _шт = 0.93 Вт/м⁰С (п. 72, прил3*, л. 4);

2. кирпич глиняный м, _к = 0.81 Вт/м⁰С (п. 87, прил3*, л. 4);

3. утеплитель (минеральная вата) _ут = 0.07 Вт/м ⁰С (п. 72, прил3*, л. 4);

Для наружной стены имеем:

(4)

где — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (для зимних условий), ;

м.

2.2 Пол над неотапливаемым подвалом

Имеем;; n = 0.75;

Состав:

1. железобетонная плита (принимаем R_ж/б = 0,156)

2. утеплитель

3. дощатый настил м,

4. пароизоляция м,

Требуемое сопротивление теплопередаче по формуле (1) равно:

Принимаем: .

Вычисляем толщину утеплителя по формуле (4):

м Суммарная толщина пола: м

2.3 Безчердачное перекрытие

Состав:

1. железобетонная плита (R_ж/б = 0,22)

2. пароизоляция м,

3. утеплитель

4. стяжка из цементно-песчаного раствора, м

5. гидроизоляция м,

Принимаем n=1,0;; ;

Принимаем:, тогда толщина утеплителя равна:

Принимаем м

2.4 Окна

По для двойного остекления принимаем. Принимаем обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах из обычного стекла R_o = 0.53. Тогда имеем:

2.5 Наружная дверь

2.6 Лестничная клетка

3. Определение теплопотерь через ограждения

Общие потери теплоты помещением через наружные ограждения определяются суммированием потерь теплоты через ограждающие конструкции:

(5)

где — расчётная площадь ограждающей конструкции, м²

— расчётная температура воздуха помещения, ;

— расчётная температура наружного воздуха, равная температуре холодной пятидневки при расчёте потерь теплоты через наружные ограждения или температуре воздуха более холодного смежного помещения при расчёте потерь теплоты через внутренние ограждения,

— добавочные потери теплоты в долях от основных потерь;

— коэффициент учёта положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

Расчётные площади ограждающих конструкций вычисляют с точностью до 0,1 м², соблюдая правила обмера ограждений по планам и разрезам здания.

Для определения площади наружных стен измеряют: по планам — длину стен угловых помещений по внешней поверхности от наружных углов до осей внутренних стен, неугловых помещений — между осями внутренних стен; по разрезам — высоту стен на первом этаже: от нижней поверхности перекрытия над холодным подвалом до уровня чистого пола второго этажа; на средних этажах: от поверхности пола одного этажа до поверхности пола следующего; на верхнем этаже: от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия.

Площади окон, дверей определяют по наименьшим размерам строительных проёмов.

Расчётную температуру воздуха помещений принимают по нормам проектирования соответствующих зданий. В приложении 4 приведены значения расчётных температур для помещений жилых зданий. Там же указаны нормативные документы, согласно которым принимаются значения для общественных зданий различного назначения. В угловых помещениях квартир температура воздуха должна приниматься на 2 выше указанной в.

Расчётную температуру наружного воздуха принимают по с коэффициентом обеспеченности 0,92, равную температуре наиболее холодной пятидневки.

Добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции помещений любого назначения следует принимать в долях от основных потерь:

a) Для помещений в зданиях любого назначения для наружных вертикальных стен, дверей и окон, обращённых на север, восток, северо-восток и северо-запад, — в размере 0,1, на юго-восток и запад — в размере 0,05; для общественных, административно-бытовых зданий при наличии двух наружных стен и более — соответственно 0,15 и 0,1;

b) Для необогреваемых полов первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчётной температурой наружного воздуха минус 40 и ниже (параметры Б) — в размере 0,05;

c) Для наружных дверей, не оборудованных воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, в размере:

0,2 Н — для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;

0,27 Н — для двойных дверей с тамбурами между ними;

0,34 Н — для двойных дверей без тамбура;

0,22 Н — для одинарных дверей;

d) Для помещений общественных зданий (кроме лестничных клеток) высотой более 4 м суммарные теплопотери (с учётом всех добавок) увеличивают на 2% на каждый метр высоты сверх 4 м, но не более чем на 15%.

Теплопоступления в помещения.

Тепловой поток, регулярно поступающий в комнаты и кухни жилых домов от освещения, людей и других источников следует принимать в количестве 10 Вт на 1 м² площади пола. Эти тепловыделения (бытовые) следует вычитать из суммарных теплопотерь помещений:

(6)

Составление тепловых балансов помещений.

Тепловой баланс определяется для каждого помещения и лестничных клеток. Расчёт тепловых балансов сводится в таблицу 1.

В графу 1 вносят номера отапливаемых помещений. Нумерацию подвальных помещений начинают с № 101, второго — с № 201 и т. д. Лестничные клетки нумеруются буквами ЛК1 и т. д. и определяют теплопотери не по отдельным этажам, а сразу по всей высоте клеток.

Для обозначения ограждений (графа 4) приняты следующие сокращения: наружная стена — НС; внутренняя стена — ВС; окно с двойным остеклением — ОД; окно с одинарным остеклением — ОС; пол над подвалом — ПЛ; покрытие или перекрытие — ПТ; дверь одинарная — ДО; дверь двойная — ДД.

В графу 5 вносят направление стороны горизонта, на которое ориентировано ограждение (С, СВ, ЮВ, Ю и т. д.).

В графу 6 вносят линейные размеры ограждений в соответствии с правилами обмера с точностью до 0,1 м. При наличии в одном помещении нескольких однотипных ограждений указывают их количество.

При определении площади наружных стен (графа 7), имеющих оконные проёмы, а так же внутренних стен с дверными проёмами площади окон и дверей не вычитают из площади стен. Площадь наружной стены с дверью определяется, как разность площадей стены и наружной двери.

Расчётные коэффициенты теплопередачи (графа 10) для окон и внутренних дверей определяются как разность между их действительными коэффициентами теплопередачи и коэффициентами теплопередачи стен. Коэффициент теплопередачи наружной двери принимается согласно требованиям.

В графу 11 вносят основные теплопотери через ограждения.

В графу 14 вносится коэффициент учёта добавочных потерь теплоты. Здесь — суммарные добавочные потери теплоты для каждого ограждения.

В графу 15 вносят значения теплопотерь через каждое ограждение, определяемые по формуле. Суммируя эти значения, получают общие теплопотери каждым помещением.

Значения расходов теплоты на нагревание инфильтрующегося в помещения наружного воздуха вносят в графу 16.

При наличии в помещении тепловыделений,, их значения вносят в графу 17.

В графу 18 вносят результаты составления тепловых балансов по каждому помещению.

Тепловая мощность системы отопления здания определяется суммированием значений мощностей отопительных установок отдельных помещений из графы 18.

Поскольку в системах отопления неизбежны бесполезные потери теплоты (в трубопроводах, проходящих по неотапливаемым помещениям или прислонённых и встроенных в конструкции наружных ограждений, в узле теплового ввода и других элементах системы) необходимо определить установочную тепловую мощность системы отопления здания с учётом допустимой величины дополнительных потерь теплоты:

Из таблицы 1 имеем:

(7)

Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений и для ориентировочного расчёта теплопотерь зданий пользуются показателем — удельная тепловая характеристика здания .

Величина, , определяет средние теплопотери 1 м³ здания, отнесённые к расчётной разности температур, равной 1:

(8)

где — объём отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³.

м³ (9)

где =0,98 — поправочный коэффициент на расчетную разность температур.

4. Выбор системы отопления

Система отопления — это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Основными конструктивными элементами систем отопления являются источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.

По расположению основных элементов системы отопления разделяют на местные и центральные. По виду теплоносителя местные и центральные системы отопления принято называть системами водяного, парового, воздушного и газового отопления. Теплоноситель — среда, переносимая тепло.

При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается в ИТП для последующего нагревания.

Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на системы: с естественной циркуляцией и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами бывают системы: однотрубные и двухтрубные. В каждом стояке однотрубной системы приборы соединяются одной трубой и вода протекает последовательно через все приборы.

В курсовом проекте применяется однотрубная система водяного отопления с нижней разводкой магистральных трубопроводов. Система тупиковая. В качестве нагревательных приборов приняты радиаторы типа М-140. Снабжение теплом осуществляется от тепловой сети через элеватор, установленный в ИТП. Параметры теплоносителя. В здании применены две разводящие магистрали по каждой фасадной стене. В подвальном помещении магистрали прокладываются на опорах вдоль стен.

Размещение стояков зависит от положения магистралей и размещения подводок к отопительным приборам. Обязательным является обособление стояков лестничных клеток, а также расположение стояков в наружных углах помещений.

Конструирование системы отопления заключается в размещении на планах здания теплового пункта, теплопроводов, отопительного оборудования, а также создания условий для ее нормальной работы.

Рекомендуется применять для однотрубных систем отопления стояки с одним размером по всей длине (15,20,25). Допускается применение составных стояков из трубопроводов не более двух диаметров, при этом стояк должен иметь только один переход с одного диаметра на другой.

Размещение подводки зависит от вида отопительного прибора и положения труб в системе отопления. Подводки для большинства приборов прокладывают горизонтально длиной от 300 до 500 мм.

Отопительные приборы размещают преимущественно у наружных стен под световыми проемами.

Для ручного регулирования системы отопления используют следующую запорно-регулирующую арматуру: задвижки, вентили, пробковые краны, обратные клапаны, краны проходные двойной регулировки и трехходовые краны. Запорную арматуру устанавливают на отдельных ветвях для отключения каждой ветви в отдельности, а также до и после элеваторов, на вводе в здание.

Регулирующую арматуру устанавливают на подводках к нагревательным приборам. В однотрубных системах отопления такая арматура имеет пониженный коэффициент местных сопротивлений Для удаления воздуха из системы отопления у верхних приборов предусматривается установка воздушных кранов.

Для выключения стояков и спуска воды из них на подъёмном и опускном участках в местах присоединения к магистрали устанавливаются запорные вентили или краны для спуска воды и, если требуется, регулирующие диафрагмы.

5. Гидравлический расчёт стояков

Цель гидравлического расчёта — определение диаметров расчётных участков по заданным тепловым нагрузкам при условии увязки потерь давления в точках слияния и разделения потоков воды.

Подсчитываем суммарную тепловую нагрузку каждого стояка расчётной ветви системы отопления:

— дальний стояк

— промежуточный стояк

— ближний стояк Расчёт начинают с определения гидравлического сопротивления ближнего стояка. Задаются такими диаметрами труб стояка, замыкающих участков и подводок, при которых в нём будет теряться 60…80% от располагаемого давления в системе отопления. Допустима невязка до 15%.

(10)

Расход воды в стояке должен быть больше требуемого минимального расхода воды для принятого диаметра труб подъёмной ветви стояка.

Расход воды в стояке определяется по формуле:

(11)

где — тепловая нагрузка стояка, Вт;

— перепад температур воды в стояке, ^оС;

— теплоёмкость воды.

Потери давления в стояках определяются по методу характеристик сопротивления. В этом случае потери на трение и на местные сопротивления на участках трубопроводов стояка равны:

(12)

где S — характеристика сопротивления участка трубопровода стояка, равная потере давления в нём при расходе воды 1, .

За участок стояка может быть принят укрупнённый узел или отрезок трубопровода, как с местными сопротивлениями, так и без них. Значения, , радиаторных узлов и участков стояков приведены в [10], таблица 3 приложения. Для узлов стояка, не приведённых в таблице, характеристики сопротивления могут быть подсчитаны по формулам:

— для участка трубопровода длиной :

(14)

— для местного сопротивления:

(15)

где — приведённый коэффициент трения для трубопровода длиной, м;

— коэффициент местного сопротивления;

А — удельное скоростное давление в трубопроводе, возникающее при прохождении 1 кг/ч воды, .

Значения и даны в [10], таблица 4 приложения. Значения коэффициентов местного сопротивления фасонных частей, арматуры и тройников на ответвлениях стояков от подающего и обратного магистральных трубопроводов приведены в.

Данные расчёта сводим в таблицу 2.

Согласно этой таблицы имеем невязки:

Для ближнего стояка:

(невязка 4,6%)

В целях сохранения постоянства величины диаметра трубопровода по всему стояку можно специально установить диафрагму, рассчитав её на избыточное давление. Диаметр отверстий регулирующих диафрагм равен:

(16)

где — требуемая потеря давления в диафрагме, мм вод. ст.

Для промежуточного стояка:

Па (невязка 1,0%)

Для дальнего стояка:

Па (невязка 3,6%)

6. Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов системы отопления

Трубопроводы разбиваются на участки. Участок — это отрезок трубопровода определённого диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов удобнее вести по методу удельных потерь давления. Потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участке магистрального трубопровода определяются по формуле:

(17)

где — удельная потеря давления на трение, Па/м; принимается по [7];

— длина участка, м;

— потеря давления на преодоление местных сопротивлений, Па:

(18)

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

— динамическое давление, Па.

Величину Z также можно определить из.

Расход воды в перемычке (участок 11) равен:

(19)

кг/ч Порядок расчёта:

1. Гидравлический расчёт на участках от ближнего до дальнего стояка (участки 1 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15, 16, 17,18,19,20,21).

2. Гидравлический расчёт от ближнего стояка до элеватора (участки 8, 9, 10, 11, 12,13,14).

Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов системы отопления сводим в таблицу 3.

7. Увязка потерь давления в полукольцах системы отопления

Элеватор — ближний 8-ой стояк — элеватор (участки 8−14):

(Rl+z) == 13 000−9916=3084 Па (20)

(Rl+z) =355,65+515,37+506,88+19,79+263,35+523,87+368,55=2553,46 Па

2553,46<3084 Па (невязка 14%)

Элеватор — промежуточный 12-ый стояк — элеватор (участок 4−12, 13−18)

(Rl+z) ==13 000−7718=5282 Па

(Rl+z)=2553,46+769,36+343,17+241,33+293,33+293,33+241,33+343,17+769,36= 5847,84 Па

5847,84<5282 Па (невязка 10,7%)

Элеватор — дальний 15-ый стояк — элеватор (участок 1−11, 12−21):

(Rl+z) == 13 000−5012=7988 Па

(Rl+z) =5847,84+738,45+397,7+365,56+365,56+397,7+540,9=8653,71 Па

8653,71<7988 Па (невязка 8,3%)

Потери давления в самом невыгодном циркуляционном кольце системы отопления от элеватора через самый невыгодный стояк учётом запаса 10% составляют:

Па (21)

Эта величина используется при расчёте элеватора. Построим эпюру давления в расчётном кольце системы отопления (рис. 1).

8. Расчёт количества нагревательных приборов

Определяется температура воды на входе в прибор каждого этажа:

(22)

где — температура горячей воды, выходящей из элеватора, ^оС;

— суммарная тепловая нагрузка приборов, расположенных по ходу воды до рассчитываемого эта же стояка, Вт;

— расход воды в стояке, кг/ч.

Требуемая поверхность нагрева прибора, м², равна:

(23)

где — тепловая нагрузка прибора, Вт;

— коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, для радиаторов типа М-140 ;

— температура воздуха внутри помещения, ^оС;

— поправочный коэффициент, учитывающий бесполезное охлаждение воды в трубах стояка до рассматриваемого прибора ([10], приложение, таблица 5).

Находим площадь труб, проложенных в обслуживаемом помещении F_тр, м². Полезная теплоотдача нагревательной поверхности труб этажестояка равна:

Для приборов 1, 2, 3, 4, 5, 6 этажей 8 — го ближнего стояков:

Эта же стояк мм; замыкающий участок мм; подводка к прибору мм, подающий ненагруженный стояк d = 20 мм.

Для 1, 2, 3, 4, 5, 6 этажей 12 — го промежуточного стояков:

мм Эта же стояк мм; замыкающий участок мм; подводка к прибору мм, подающий ненагруженный стояк d = 25 мм.

d = 15 мм L = 0.5 + (2.8 — 0.5) + 2×0,5 = 3,8 м

d = 20 мм L = 2.8 м Площадь труб, приложенных в обслуживаемом помещении:

(24)

Для приборов расположенных на последнем 15 — ом этаже

мм

мм Далее определяется расчётная поверхность нагрева радиаторов с учётом площади полезной теплоотдачи открыто проложенных труб:

(25)

Количество секций нагревательного прибора (радиатора) равно:

теплопередача потеря помещение дом

(26)

где — коэффициент, учитывающий способ установки нагревательного прибора, определяемый по [8]; при стандартной его установке ;

— поправочный коэффициент, учитывающий число секций в радиаторе:

(27)

Площадь одной секции радиатора М-140 составляет м²

СНиП 23.01−99 «Строительная климатология и геофизика.»

СНиП 2.04.05−99 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.»

СНиП II-3−95 «Строительная теплотехника с изменениями и дополнениями.»

СНиП 2.04.14−98 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

Бодров В. И. Сухов «Конструирование систем водяного отопления гражданских зданий.» Н. Новгород, НГАСА, 1996.

ГОСТ 21.602−79. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Рабочие чертежи.

Богословский В.И., Сканави А. И. «Отопление». М 1991 г.

Справочник проектировщика" Внутреннее санитарно-техническое устройство" Ч. 1

«Отопление» В. И. Богословский Б.А., Крупнов. М. 1990 г.

Щекин Р. В. Березовский В.А. Потапов В. А. «Расчет систем центрального отопления» Киев. 1975

Бодров В.И., Сухов В. В., Козлов Е. С., Трошин В. Г. «Определение тепловой мощности системы отопления гражданских зданий» 1990 г.

Бодров В.И., Румянцева И. А. «Гидравлический расчет однотрубной системы водяного отопления с нижней разводкой магистральных трубопроводов» 1991 г.

Бодров В.И. «Полный тепловой и гидравлический расчет водяного элеватора» 1990 г.

Сухов В.В., Беспалов В. Ф. «Конструирование узлов управления систем отопления гражданских зданий» 1995 г.