Отопление жилого здания

1.Теплотехнический расчет

1.1 Задание на курсовое проектирование

1.2 Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха

1.3 Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

1.3.1 Определение толщины стены

1.3.2 Определение толщины утеплителя чердачного перекрытия

1.3.3 Определение толщины бетонной подготовки

1.4 Проверка конструкций ограждений на отсутствие конденсации водяных паров

2.Определение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций

3.Расчет теплопотерь помещений

3.1 Определение площади ограждающих конструкций

3.2 Расчет основных теплопотерь

3.3 Расчет добавочных теплопотерь

3.4 Схема жилого здания

4.Определение удельной тепловой характеристики здания

5.Выбор и конструирование системы отопления

5.1 Выбор системы отопления

5.2 Конструирование системы отопления

5.3 Схема системы отопления

6. Заключение

7. Список рекомендуемой литературы

1.Теплотехнический расчет Цель курсового проекта — закрепление знаний курса теоретических основ теплотехники и их применение при решении конкретной задачи: расчета необходимой мощности системы отопления жилого здания.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется по нормам СНиП 23−02−2003 «Тепловая защита здания» для уточнения конструкций наружных ограждений.

Данные теплотехнического расчета ограждающих конструкций в дальнейшем используется для расчета теплопотерь по помещениям здания.

1.1 Задание на курсовое проектирование Спроектировать одноэтажное здание, используя ограждающие конструкции согласно СНиП. Рассчитать основные теплопотери здания. Систему отопления, вид и параметры теплоносителя по характеристикам здания.

Исходные данные выбираются из таблицы по последним цифрам зачетной книжки (З) и порядковым номером алфавита (в алфавите 33 буквы) первой буквы фамилии (Ф). Например: Иванов. И — 10 буква алфавита, поэтому выбирается 0 (ноль).

Номер зачетной книжки: 920 401

Фамилия студента: Сечко Таблица 1

Планировку дома, число окон и их расположение выбирается студентом самостоятельно. Длина и ширина дома — внешние размеры здания.

Число слоев стены и чердачного перекрытия выбирается из таб. 2. Толщину слоев (кроме утеплителя) и их характеристики выбираются самостоятельно.

Конструкция пола и характеристики материалов выбираются самостоятельно.

Расположение дома по сторонам света выбираются самостоятельно.

Таблица 2

1.2 Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха Расчетная температура наружного воздуха tН наиболее холодной пятидневки и наиболее холодных суток для проектирования системы отопления принимается в соответствии с пунктом 2.14 СНиПа 2.04.05.-91* (приложение 4) «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» и СНиП 23.01−99 «Строительная климатология «(таблица I).

Расчетная температура внутреннего воздуха tВ принимается по обязательному приложению 4 СНиПа 2.08.01−89* «Жилые здания». г. Архангельск Температура наиболее холодных суток tНС.= ?39°C.

Температура наиболее холодной пятидневки tНП = ?37°C.

Относительная влажность воздуха в помещении 83%.

Температура в помещениях жилых комнат tВ = 20 °C.

Скорость ветра W = 3,7 м/с.

Средняя температура наружного воздуха, = -3,4°С Продолжительность отопительного периода ;

— расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания: + 20°С

1.3 Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

1.3.1 Определение толщины стены

1. Деревянный брус. л1= 0,18; д1= 0,05 (м);

щ1 = 20 (%); c1= 2,3; г1= 500;

2.Пеноплекс. л2= 0.052; д2= Х (м); cо= 0.56; г0=100; щ = 2 (%)

3. Деревянный брус. л 3= 0,18; д3= 0,05 (м); c3= 2,3; г3=500; щ = 20 (%);

4. Листы гипсовые обшивочные л4= 0,13; д4= 0,01 (м);

cо= 0.24; г0= 800; щ = 2 (%)

Предположим, что стена относится к конструкциям средней массивности, т. е. 4

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

— нормируемое значения сопротивления теплопередаче м· °С/Вт, Значения для величин связано с разностью перепада температур наружного воздуха следует определять по формуле

где — градусо-сутки отопительного периода, °С· сут, для конкретного пункта;

 — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С· сут: a = 0,35; b = 1,4;

Градусо-сутки отопительного периода, °С· сут, определяют по формуле

где — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30 494 (в интервале 20−22 °С),

 — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23−01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С

=(20+3,4)*261 = 6107 °С· сут а,

= 0,35*6107 + 1,4 = 3,54 м· °С/Вт Термическое сопротивление ограждающей конструкции, состоящей из i последовательно расположенных однородных слоев, определяется как сумма их термических сопротивлений:

где дi — толщина слоя, м; лi — коэффициент теплопроводности материала.

Ї Деревянный брус

Ї Деревянный брус

Ї лист гипсовый

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно быть не менее определяется по формуле Из условия, что =Rо, определяем толщину теплоизоляции:

Отсюда R2= 2,75, т. е. толщина слоя утеплителя д2 =л2 *R2 =0,052*2,750,15 м Толщину утеплителя округляем до стандартной толщины: 0,16 м и вычисляем

R2= 3,077

Для подсчета фактической характеристики тепловой инерции необходимо определить коэффициенты теплоусвоения слоев стены.

;

;

Где cщ — удельная теплоемкость материала;

гщ — объемный вес материала;

го — объемный вес материала в сухом состоянии;

cо — удельная теплоемкость сухого материала;

щ — весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

— деревянный брус

— теплоизоляция

— деревянный брус

— лист гипсовый

Объемный вес материала:

— деревянный брус

— теплоизоляция

— деревянный брус

— лист гипсовый

Коэффициент теплоусвоения;

Ї Деревянный брус = 7,64

Ї теплоизоляции S2=0,89

Їдеревянный брус S3=7.64

Ї лист гипсовый S4=2.62

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо =R1•S1+ R2•S2+ R3•S3+ R4•S4

Dо =0,278*7,64+3*0.89+0,278*7,64+0,076*2,62=7.1

Величина Dо= 7.1 (4<7.1>7), следовательно, ограждение относится к массивным ограждениям.

Рассчитываем фактическое термическое сопротивление ограждения:

1.3.2 Определение толщины утеплителя чердачного покрытия

1. Асбестоцементые листы. л1=0,41; д1=0,01(м); c1=0,84;щ1=3(%); г1=1600;

2. Пеноплекс. л2= 0.052; д2= Х (м); cо= 0.56; г0=100; щ = 2 (%)

3. Гравий керамзитовый. л3=0,15; д3= 0,1 (м); c3= 0,2; г3= 800; щ3=5(%);

4. Лист гипсовый. л4=0,13; д4=0,01(м); г4=800; c4=0,24; щ4=2 (%);

5. Деревянный брус. л5=0,18; д5=0,05(м); г0=500; cо=2,3; щ=20(%)

Предположим, что перекрытие относится к конструкциям средней массивности 4

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

— нормируемое значения сопротивления теплопередаче м· °С/Вт, Значения для величин связано с разностью перепада температур наружного воздуха следует определять по формуле

где — градусо-сутки отопительного периода, °С· сут, для конкретного пункта;

 — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С· сут: a = 0,0005; b = 2,2;

Градусо-сутки отопительного периода, °С· сут, определяют по формуле

где — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30 494 (в интервале 20−22 °С),

 — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23−01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °C ;

Таким образом,

=(20+3,4)*261 = 6107 °С· сут а,

= 0,0005*6107 + 2,2 =5,25 м°С/Вт Термическое сопротивление ограждающей конструкции, состоящей из i последовательно расположенных однородных слоев, определяется как сумма их термических сопротивлений:

где дi — толщина слоя, м; лi — коэффициент теплопроводности материала Определяем термическое сопротивление слоев чердачного покрытия:

Ї Асбестоцементные листы

Ї Гравий керамзитовый

Ї Лист гипсовый

Ї Деревянный брус

Из условия =Rо определяем толщину утеплителя:

Отсюда R2=4.05, т. е. толщина слоя утеплителя д2 =л2 *R2 =0,052*4,050,21 м Округляем толщину утеплителя до стандартной величины: 0,2 м и вычисляем R2=4,

Определяем коэффициент теплоусвоения.

;

;

Где cщ — удельная теплоемкость материала;

гщ — объемный вес материала;

го — объемный вес материала в сухом состоянии;

cо — удельная теплоемкость сухого материала;

щ — весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

— Асбестоцементные листы

— теплоизоляция

— Гравий керамзитовый

— Лист гипсовый

— Деревянный брус

Объемный вес материала:

— Асбестоцементные плиты

— Теплоизоляция

— Гравий керамзитовый

— Лист гипсовый

— Деревянный брус

Коэффициент теплоусвоения;

— Асбестоцементные плиты = 12,14

Ї Теплоизоляции = 0,89

— Гравий керамзитовый = 2,7

— Лист гипсовый = 2,62

— Деревянный брус= 7,64

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо=R1•S1+R2•S2+R3•S3+R4•S4+R5· S5 =

12,14*0,024+4*0.89+2,7*0,667+2,62*0,076+7,64*0,278=7.9

Величина Dо= 7.9 (4<7.9>7),, следовательно, ограждение относится к массивным ограждениям.

Фактическое термическое сопротивление ограждения вычисляется:

1.1.3 Определение толщины бетонной подготовки воздух здание отопление конденсация

1.Деревянная доска. л1=0,18; д1=0,037(м); cо=2,3; щ=20(%); го=500.

2.Воздушная прослойка. Rв.п.=0,326.

3.Бетон на гравии или щебне л3=1,3

cо=0.2; щ=2(%); гс=2400; д3=X (м)

4.Щебень л4=0,26; д4=0,36(м); cо=0.84; щ=4(%); гс=900.

Предположим, что пол относится к массивной конструкции (D>7),

тогда tН=tН.П== -380С.

Определяем требуемое термическое сопротивление:

— нормируемое значения сопротивления теплопередаче м· °С/Вт, Значения для величин связано с разностью перепада температур наружного воздуха следует определять по формуле

где — градусо-сутки отопительного периода, °С· сут, для конкретного пункта;

 — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С· сут: a = 0,45; b = 1,9;

Градусо-сутки отопительного периода, °С· сут, определяют по формуле

где — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30 494 (в интервале 20−22 °С),

 — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23−01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °C ;

Тогда,

=(20+3,4)*261 = 6107 °С· сут а,

= 0,45*6107 + 1,9 =4,65 м· °С/Вт Термическое сопротивление где дi — толщина слоя; лi — коэффициент теплопроводности материала Определяем термическое сопротивление слоев пола:

Ї деревянная доска ;

Ї воздушная прослойка Rв.п.=0,326;

Ї щебень ;

Из условия =Rо определяем толщину бетона на гравии или щебне:

Отсюда: R3=2,58, т. е. толщина слоя бетона из гравия или бетона д3=л3*R3=2,58*0,561,44 м.

Определяем коэффициент теплоусвоения.

;

;

Где cщ — удельная теплоемкость материала;

гщ — объемный вес материала;

го — объемный вес материала в сухом состоянии;

cо — удельная теплоемкость сухого материала;

щ — весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

— деревянная доска

— бетон на гравии или щебне

— щебень

Объемный вес материала:

— деревянная доска

— бетон на гравии или щебне

— щебень

Определяем коэффициент теплоусвоения:

Ї деревянная доска = 7,64;

Ї бетон на гравии или щебне = 13,18

Ї щебень = 7,33;

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо=R1•S1+R3•S3+R4•S4=0,21*7,64+1,3*13,18+0,56*7,33=23,89

Величина Dо=23,89>7, следовательно, предположение, что ограждение относится к массивным ограждениям, правильное и пересчитывать не нужно.

Фактическое термическое сопротивление ограждения Rоф= 4,65.

1.4 Проверка конструкций ограждений на отсутствие конденсации водяных паров Проверка на отсутствие конденсации водяных паров заключается в сопоставлении температуры внутренней поверхности ограждения и температуры «точки росы», соответствующей параметрам воздуха внутри помещения.

Температуру внутренней поверхности фВ ограждающей конструкции следует определять по формуле:

Где: бВ=8,7 — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций

tВ = 20 °C — Температура в помещениях жилых комнат.

.

R0 — сопротивление теплопередаче.

фВ стены = .

фВ потолка =.

фВ пола = .

Температура «точки росы» И определяется по таблицам «Физические свойства влажного воздуха», И=9°C.

Конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждающих конструкций не будет при условии: фв > И.

Поскольку фВ стены=180С >90С, фВ потолка=19°C >90С, фВ пола=18°C >90С, то конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждающих конструкций не будет. Таким образом, условие выполняется.

2.Определение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций здания Коэффициентом теплопередачи называется количество тепла, проходящего через 1 м² ограждения в течение часа при разности температур внутреннего и наружного воздуха равной 1 °C.

Для стен и перекрытий коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

;

Для остекленных поверхностей двойное в раздельных пернеплетах. Термическое сопротивление теплопередаче берем из приложения 6 СНиПа II-3−79**

Rокн = 0,44 Kокн.=2,27.

Коэффициент теплопередачи дверей (наружных деревянных одинарных)

Rдверей = 0,20 Kдверей.=5 .

Термическое сопротивление для полов определяем по приложению 9 СНиПа 2.04.05.91 «Отопление и вентиляция»

Rн.п.Ї термическое сопротивление неутепленных полов .

Rв.п. — сопротивление воздухопроницанию (для бруса Rв.п. = 1,5 (м2 ч Па/кг)).

Для 1-ой зоны Rн.п.=2,1 K1=0,30

Для 2-ой зоны Rн.п.= 3,6 K2=0,21

Утепленными полами считаются полы с утепляющими слоями из материалов, имеющих коэффициент теплопроводности менее единицы.

Зоной называется полоса шириной 2 м, параллельная наружной стене. Зоны нумеруются, начиная от наружной стены. Площадь первой зоны, примыкающей к углу наружной стены, подсчитывается дважды. Площадь пола разбивается максимум на четыре зоны.

3.Расчет теплопотерь помещений

3.1 Определение площади ограждающих конструкций Площадь ограждения определяется:

—поверхность окон, дверей — по наименьшим размерам проемов к свету;

—поверхность потолков и полов в угловых помещениях — от внутренней поверхности наружных стен до осей противоположных стен, а в неугловых — между осями внутренних стен и от внутренней поверхности наружной стены до оси противоположной стены;

— высота стен этажа при расположении пола на лагах — от нижнего уровня подготовки пола до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия;

— длина наружных стен в неугловых помещениях — между осями внутренних стен, а в угловых — от внешних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен;

— поверхность участков полов на лагах, расположенных возле угла наружных стен в первой двухметровой зоне вводится в расчет дважды.

Для подсчета поверхности ограждающих конструкций линейные размеры их принимаются с точностью до 0,1 м. Поверхности отдельных ограждающих конструкций подсчитываются с точностью до 0,1 м²

3.2 Расчет основных теплопотерь Расчет теплопотерь помещений необходимо производить в точном соответствии с действующими нормами.

При определении потерь тепла через строительные ограждения следует учитывать основные и добавочные потери тепла. Расчет теплопотерь производится по формуле

Q=Q'*A,

где Q'— основные потери тепла ограждением ;

AЇ коэффициент, учитывающий добавочные потери тепла.

Теплопотери каждого помещения определяются суммированием теплопотерь через отдельные ограждающие конструкции, входящие в данное помещение. Добавочные теплопотери учитываются только для вертикальных и наклонных ограждений (стены, окна, двери).

Основные теплопотери подсчитываются по формулам:

а) для стен, чердачных перекрытий, окон, дверей Q'=K*F•(tв-tн)•n, ;

б) для полов, расположенных на лагах Q'=(K1*F1+K2*F2+…+)(tв-tн), .

Где n — поправочный коэффициент;

F — площадь (м2);

3.3 Расчет добавочных теплопотерь К основным теплопотерям, делаются добавки в процентах, учитывающие дополнительное охлаждение помещений:

1) на ветер: для ограждений, защищенных от ветра при скорости менее 5м/сек, добавка принимается равной 5%, при скорости от5 до 10 м/сек — 10%; для ограждений, не защищенных от ветра, добавки увеличивают в 2 раза;

2) на ориентацию ограждения относительно сторон света, добавки учитывают влияние солнечной радиации;

3) на продуваемость угловых помещений и помещений, имеющих две и более наружных стены, 5%;

4) на врывание холодного воздуха через наружные двери;

5) на инфильтрацию холодного воздуха через ограждения.

Расчеты по теплопотерям помещений сведены в таблицу 3.

3.4 Схема жилого помещения

Таблица 3.

УQ = 6386 Вт

4.Определение удельной тепловой характеристики здания После подсчета суммарных потерь тепла зданием определяется удельная тепловая характеристика по формуле:

где УQ — общие теплопотери здания, (Вт)

V — отапливаемый строительный объем здания, (м3)

б — коэффициент, учитывающий местные климатические условия.

V= 8,5*7,5*2,5=159,4 м³

б = 1

(tв—tн) = 58 °C

5. Выбор и конструирование системы отопления

5.1 Выбор системы отопления Систему отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов следует принимать в соответствии с характеристикой и назначением отдельных зданий и помещений, с местными, конструктивными особенностями. Так, при наличии одноэтажного здания и для экономии стальных труб, применяем однотрубную систему отопления.

5.2 Конструирование системы отопления На плане здания наносятся нагревательные приборы в виде условных прямоугольников. Стояки располагаются во всех внешних углах помещений. Остальные стояки размещаются так, чтобы они были максимально нагружены приборами. Стояки нумеруются, начиная с левого верхнего угла здания, по часовой стрелке.

В соответствии с принятыми решениями вычерчивается аксонометрическая схема системы отопления. На схеме изображаются трубопроводы, нагревательные приборы, краны регулировочные, запорные, задвижки и другая арматура.

6.

Заключение

На основе спроектированного здания можно сделать вывод, что оно полностью подходит для жилья согласно нормам. При расчетах можно увидеть, что конструкция стен, потолка и пола построена так, что при наружной температуре — 38 °C сохраняется внутренняя +20°C. Этому балансу способствовало, регулирования толщены утеплителя. Из этого можно выделить, что проверка конструкции на отсутствие конденсации водяных паров показала ее отсутствие, т. к в среднем внутренняя температура больше температуры точки россы согласно физическим свойствам влажного воздуха.

Систему отопления, вид и параметры теплоносителя принял по характеристикам отдельного здания. Схема системы, вид и параметры теплоносителя изображена.

7. Список рекомендуемой литературы

1. Тихомиров К. В. «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Москва, Стройиздат, 1981.

2. Луканин В. Н. «Теплотехника» Москва, «Высшая школа», 2000.

3. СНиП 23.02−2003 «Тепловая защита зданий». М.:Госстрой России, ФГУП ЦПП

4. СНиП 2.04.05−91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» .

5. СНиП II-3−79 «Строительная теплотехника» .

6. СНиП 2.08.01−89* «Жилые здания».

7. СНиП 23.01−99 «Строительная климатология».

8. Алексеев Г. Н. Общая теплотехника.-М.:Высшая школа, 1980

9. Фокин К. Ф. «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий».

М.: Стройиздат, 1973.

10. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М.:Энергия, 1973

11. Мухачев Г. А. Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. — М.: Высшая школа, 1991

12. Нащекин В. В. Техническая термодлинамика и теплопередача. — М.: Высшая школа, 1980

13. Теория тепломассообмена / С. И. Исаев, И. А. Кожинов, В. И. Кофанов и др.; Под ред. А. И. Леонтьева. — М.:Высшая школа, 1979

14. Теплотехника/ А. П. Баскаков,. Б. В. Берг, О. К. Витт и др.; Под ред. Баскакова. — М.: Высшая школа, 1991

15. Теплотехника/ Архаров, Исаев, Кожинов и др.; Под общ. Ред. Крутова. — М.:Машиностроение, 1986

16. Шорин С. Н. Теплопередача. — М.: Высшая школа, 1964

17. Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник проектировшика/ под. ред. И. Г. Староверова Ч1. Отопление. М.: Стойиздат, 1976.