Отопление жилого здания

Кафедра: энергообеспечение предприятий КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Тема: Отопление жилого здания

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).

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

Пример расчета

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 = ?34°C.

Относительная влажность воздуха в помещении 59%.

Температура в помещениях жилых комнат tВ = 20 °C.

Скорость ветра W = 5,2 м/с.

Средняя температура наружного воздуха, = -4,4°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.Железобетонная плита. ?1= 1,45 ;

?1= 0,2 (м);

? = 2 (%); cо= 0,2; ?о= 2500

2. Теплоизоляция (минеральная вата). ?2= 0,038; ?2= Х (м); cо= 0,18; ?0=100;? = 2 (%)

3. Газобетон. ?3= 0,29; ?3= 0,1 (м); cо= 0,84; ?0=1000;? = 2 (%)

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

cо= 0.24; ?0= 800;? = 2 (%)

5. Сухая штукатурка ?5 =0.4; ?5 =0,015(м);

cо= 0.2; ?0= 1600; ? = 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

= 0,35*6173,2 + 1,4 = 3,55 м· °С/Вт 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

=(20+4,4)*253 = 6173,2 °С· сут 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 ;

Термическое сопротивление ограждающей конструкции, состоящей из i последовательно расположенных однородных слоев, определяется как сумма их термических сопротивлений:

где ?i — толщина слоя, м; ?i — коэффициент теплопроводности материала.

? железобетонная плита

? газобетон

? лист гипсовый

? сухая штукатурка

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 ?2 =?2 *R2 =0,038*2,750,105 м Толщину утеплителя округляем до стандартной толщины: 0,12 м и вычисляем

R2= 3,16

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

;;

Где c? — удельная теплоемкость материала;

?? — объемный вес материала;

?о — объемный вес материала в сухом состоянии;

cо — удельная теплоемкость сухого материала;

? — весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

— железобетонная плита

— теплоизоляция

— газобетон

— лист гипсовый

— для сухой штукатурки

Объемный вес материала:

— железобетонная плита

— теплоизоляция

— газобетон

— лист гипсовый

— для сухой штукатурки

Коэффициент теплоусвоения;

?железобетонная плита = 14,21

? теплоизоляции = 0,43

? газобетон= 8,03

? лист гипсовый = 2,62

? для сухой штукатурки = 5,97

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо =R1•S1+ R2•S2+ R3•S3+ R4•S4 + R5•S5 = 0,14*14,21+3,16*0,43+0,344*8,03 +0,076*2,62+0,037*5,97 = 6,53

Величина Dо= 6,53 (4<6,53<7), следовательно, предположение, что ограждение относится к ограждениям средней массивности, правильное.

Рассчитываем фактическое термическое сопротивление ограждения:

Фактическое термическое сопротивление ограждения Rоф = 3,92.

1.3.2 Определение толщины утеплителя чердачного покрытия

1.Стяжка. ?1=0,87;и ?1=0,02(м); cо=0,84 ?=4(%);

?0=1700;

2. Деревянный брус. ?3 =0.18; ?3 =0,1(м); cо=2,3; ?=20(%); ?0=500;

3. Листы гипсовые обшивочные ?4= 0,13; ?4= 0,01 (м);

cо= 0.24; ?0= 800;? = 2 (%)

4. Плита теплоизоляционная URSA П-15С. ?2=0.046; ?2=Х (м); cо=0,22; ?0=18;? =5(%)

5.Сухая штукатурка ?6 =0.4; ?6 =0.015(м); cо= 0.2 ;

?0= 1600; ? = 2 (%)

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

= 0,0005*6173,2 + 2,2 =5,27 м°С/Вт 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

=(20+4,4)*261 = 6173,2 °С· сут 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 ;

Термическое сопротивление ограждающей конструкции, состоящей из i последовательно расположенных однородных слоев, определяется как сумма их термических сопротивлений где? i — толщина слоя, м; ?i — коэффициент теплопроводности материала Определяем термическое сопротивление слоев чердачного покрытия:

? стяжка

? деревянного бруса

? листы гипсовые обшивочные

? сухая штукатурка

Из условия =Rо определяем толщину утеплителя:

Отсюда R2=4,41, т. е. толщина слоя утеплителя ?2 =?2 *R2 =0,046*4,410,203 м Округляем толщину утеплителя до стандартной величины: 0,24 м и вычисляем R2=5,22,

Определяем коэффициент теплоусвоения.

; ;

Где c? — удельная теплоемкость материала;

?? — объемный вес материала;

?о — объемный вес материала в сухом состоянии;

cо — удельная теплоемкость сухого материала;

? — весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

— стяжка

— теплоизоляция

— деревянный брус

— лист гипсовый

— для сухой штукатурки

Объемный вес материала:

— стяжка

— теплоизоляция

— деревянный брус

— лист гипсовый

— для сухой штукатурки

Коэффициент теплоусвоения;

? стяжка = 18,44

? теплоизоляции = 0,22

? деревянный брус = 6,37

? лист гипсовый = 2,62

? для сухой штукатурки = 5,97

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо=R1•S1+R2•S2+R3•S3+R4•S4+R5· S5 =

=0,023*18,44+5,22*0,22+0,555*6,37+0,076*2,62+0,037*5,97=5,53

Величина Dо= 5,53 (4<5,53?7),, следовательно, предположение, что ограждение относится к ограждениям средней массивности, правильное.

Фактическое термическое сопротивление ограждения вычисляется:

Определение толщины бетонной подготовки.

1. Деревянная доска. ?1=0,18; ?1=0,037(м); cо=2,3; ?=20(%); ?о=500.

2. Воздушная прослойка. Rв.п.=0,326.

3. Бетон на гравии или щебне ?3=1,3

cо=0.2; ?=2(%); ?с=2400; ?3=X (м)

4.Щебень ?4=0,26; ?4=0,36(м); cо=0.84; ?=4(%); ?с=900.

Предположим, что пол относится к массивной конструкции (D>7), тогда tН=tН.П== -36,50С.

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

= 0,45*6173,2 + 1,9 =4,67 м· °С/Вт 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

=(20+4,4)*253 = 6173,2 °С· сут 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 ;

Термическое сопротивление где? i — толщина слоя; ?i — коэффициент теплопроводности материала Определяем термическое сопротивление слоев пола:

? деревянная доска ;

? воздушная прослойка Rв.п.=0,326;

? щебень ;

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

Отсюда: R3=2,59, т. е. толщина слоя бетона из гравия или бетона ?3=?3*R3=1,3*2,593,37 м.

Определяем коэффициент теплоусвоения.

; ;

Где c? — удельная теплоемкость материала;

?? — объемный вес материала;

?о — объемный вес материала в сухом состоянии;

cо — удельная теплоемкость сухого материала;

? — весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

— деревянная доска

— бетон на гравия или щебня

— щебень

Объемный вес материала:

— деревянная доска

— бетон на гравия или щебня

— щебень

Определяем коэффициент теплоусвоения:

? деревянная доска = 7,64;

? бетон на гравии или щебня = 13,18

? щебень = 7,33;

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо=R1•S1+R3•S3+R4•S4=0,21*7,64+1,3*13,18+3,37*7,33=43,44

Величина Dо=43,44>7, следовательно, предположение, что ограждение относится к массивным ограждениям, правильное и пересчитывать не нужно.

Фактическое термическое сопротивление ограждения Rоф= 4,66.

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? В ограждающей конструкции следует определять по формуле Где: ?В=8,7 — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций

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

.

R0 — сопротивление теплопередаче.

?В стены = .

?В потолка =.

?В пола = .

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

Конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждающих конструкций не будет при условии: ?в > ?.

Поскольку ?В стены=18,340С >90С, ?В потолка=18,71°C >90С, ?В пола=18,69°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 теплопередачи 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. 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 (правила обмера ограждений) 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 ;

A? 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

?Q = 5499,3 Вт

4. Определение удельной тепловой характеристики здания После подсчета суммарных потерь тепла зданием определяется удельная тепловая характеристика по формуле где? Q — общие теплопотери здания, (Вт)

V — отапливаемый строительный объем здания, (м3)

? — коэффициент, учитывающий местные климатические условия.

V= 7,4*10,4*2,7=207,8 м³? = 1 (tв—tн) = 51,5 °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.

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, чтобы при наружной температуре — 31,5°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.

конденсация водяной пар помещение

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. Эккерт Э. Р., Дрейк Р. М. Теория теплои массообмена. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961

.ur