Отопление и вентиляция гражданского здания

В данном курсовом проекте рассчитаны системы отопления и вентиляции жилого дома. Рассматриваемый дом расположен в городе Волгограде. В доме есть жилые комнаты, кухни, ванные и туалетные комнаты. В кухнях, ванных и туалетных комнатах запроектирована система вентиляции воздуха. Данная постройка — двухэтажная, с чердачным помещением.

Исходные данные

теплотехнический плита перекрытие нагревательный конструкция Город Саратов Принимаются по. Расчетные температуры внутреннего воздуха t_в, ^оС:

— жилая комната: t_в=18^оС (в угловых: 20 С);

— кухня: t_в=18^оС;

— ванная: t_в=25^оС;

— уборная: t_в=16^оС;

— коридор: t_в=16^оС;

— лестничная клетка: t_в=16^оС.

В качестве расчетной принимается, что температура внутреннего воздуха равна t_в=18^оС, т. е. температуре воздуха в жилой комнате.

Расчетная температура наружного воздуха принимается по в зависимости от географического положения здания или по. Для г. Волгоград расчетные параметры температуры наружного воздуха t_н ^оС:

Температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью К_ОБ=0,92:

t_н= -27 ⁰С Продолжительность отопительного периода:

Принимается по для периода со среднесуточной температурой воздуха меньше 8 ⁰С:

Z_ОП=196 сут.

1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

1.1 Теплотехнический расчет наружной стены

Конструкция наружной стены принимается следующая: комбинированная кладка из кирпича с заполненным слоем утеплителя, внутренняя поверхность оштукатурена.

1-слой штукатурки толщиной 0,02 м

2-кладка кирпичная толщиной 0,38 м

3-слой утеплителя

4 — кладка кирпичная толщиной 0,25 м

Материал комбинированной кладки — силикатный кирпич. Утеплитель — минеральная вата. Место строительства — г. Саратов.

По СНиП I I-3−79*(приложение 3) определяем расчетные коэффициенты теплопроводности:

лкл (кладки)=0,58 Вт/м?С

лут (утеплителя)=0,056 Вт/м?С

лшт (штукатурки)=0,7 Вт/м?С Толщина изоляции определяется расчетом. Сопротивление теплопередачи наружной стены Ro должно быть не менее сопротивление теплопередачи Ro тр Сопротивление теплопередачи Ro определяется по формуле:

R₀^тр=,; [мІ єС / Вт] (1)

где n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, по таб. 3* n=1;

tв — расчетная температура внутреннего воздуха,°C, tв=20°C;

tн — расчетная температура наружного воздуха равная средней температуре наиболее холод ной пятидневки,°C, по[1] tн= -25°C;

?t^н -нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения,°C, по[3] таб. 2* ?t^н=4°C;

б в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкций, Вт/мІ°C, по[3] таб. 4*б в=8.7 Вт/мІ°C;

R₀= [мІ єС / Вт]

Требуемое сопротивление теплоотдачи ограждающих конструкций Ro определяется по приложению 2 методических указаний, предварительно определив градусо-сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП=,°C•сут; (2)

T_оп=-2,2 єС средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ?8 єС (по СНиП 2.01.01-82);

Z_оп = 178 сут. — продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ?8 єС (по СНиП 2.01.01-82);

ГСОП=(20+2.2)*178=3951,6

По величине ГСОП из [3] таб. 1б определяется приведенное термическое сопротивление теплопередаче наружной стены R₀^пр=1,59 мІ°C/Вт Из величин R₀^тр и R₀^пр выбирается наибольшая в качестве расчетной R₀=1,59 мІ°C/Вт.

Толщина изоляции наружной стены определяется из формулы:

, мІ°C/Вт (3)

бн=23 Вт/мІ°С - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции (по табл. 6* СНиП I I-3-79*);

Толщина утеплителя наружной стены: дут= 0,1 м

R₀^ф=0.115+0.029+0.5+0.329+1.563=2.4

Коэффициент теплопередачи наружной стены определяется по формуле:

К_ст=, Вт/м²*?С (4)

К_ст=

Толщина стены определяется по формуле:

д_ст=д₁+д₂+д₃+д₄, м (5)

д_ст=0,02+0,38+0,25+0,1=0,75 м

1.2 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

В качестве чердачного перекрытия принимаем следующую конструкцию, состоящую из нескольких слоев

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия:

Ro^тр =n (tв-tн)/Дtн•бв=0.9 (20+25)/4•8.7=1.16 мІ єС / Вт

где n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, по таб. 3* n=0,9;

tв — расчетная температура внутреннего воздуха,°C, tв=20°C;

tн — расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, C, по[2] tн= -25°C;

?t^н — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, C, по[1] таб. 2* ?t^н=4°C;

б в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/мІ°C по[1] таб. 4*б в=8.7Вт/мІ°C;

Ro=2,19 мІ єС / Вт

Из величин R₀^тр и R₀^пр выбирается наибольшая, в качестве расчетной, R₀=2,19 мІ°C/Вт Величина термического сопротивления теплопередаче покрытия определяется по формуле:

2,83=

дут=0,22 м

R₀^Ф=2,196

К_чер=0,46

Толщина перекрытия определяется по формуле:

д_п=д₁+д₂+д₃+д₄+ д₅+д₆, м;

д_чер=0,002+0,015+0,002+0,015+0,22+0,3=0,554 м

1.3 Теплотехнический расчет пола

Требуемое по санитарно-техническим нормам термическое сопротивление пола вычисляется по формуле:

R₀^тр=, мІ°C/Вт где n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, по таб. 3* n=0,9;

tв — расчетная температура внутреннего воздуха,°C, tв=20°C;

tн — расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки,°C, по[2] tн= -25°C;

?t^н — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции,°C, по[1] таб. 2* ?t^н=4°C;

б в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/мІ°C

по[1] таб. 4*б в=8.7Вт/мІ°C;

R₀^тр= = 1.16 мІ°C/Вт Из величин R₀^тр и R₀^пр выбирается наибольшая, в качестве расчетной, R₀=3,69 мІ°C/Вт Величина термического сопротивления теплопередаче наружной стены определяется по формуле:

3,69=

дут=0,34 м

R₀^ф=3,67 мІ°C/Вт Коэффициент теплопередачи наружной стены определяется по формуле:

К_пл=, Вт/мІ°C;

К_пл=0,27 Вт/мІ°C

Толщина пола определяется по формуле:

д_ст=д₁+д₂+д₃+д_4,м д_пл=0,22+0,002+0,025+0,25=0,497 м

1.4 Теплотехнический расчет наружных дверей

Требуемое сопротивление теплопередаче R₀^тр дверей должно быть не менее 0.6 R₀^тр стен зданий и сооружений.

R₀^тр_дв=0,6*1,16=0,696, мІ°C/Вт Коэффициент теплопередачи пола определяется по формуле:

К_д=, Вт/мІ°C;

К_д=1,44

1.5 Теплотехнический расчет окон

Конструкция остекления выбирается по[3] прил 6*.Принимается двойное деревянное остекление с приведенным сопротивлением теплопередаче

R₀=0,44 мІ°C/Вт Коэффициент теплопередачи оконного переплета определяется по формуле:

К_о =, Вт/мІ°C;

К_о =2,27 Вт/мІ°C

1.6 Определение коэффициента теплопередачи железобетонной пустой плиты перекрытия

Площадь одного отверстия:

По площади все отверстия равны d=0,16 м Сторона эквивалентного по площади квадрата:

А==0,142 м Плита перекрытия неоднородна, поэтому расчет ведется двумя пунктами:

1. Параллельно тепловому потоку

2. Перпендикулярно тепловому потоку Расчет параллельно тепловому потоку Разрезаем панель плоскостями параллельно направлению теплового потока на два участка: I и II.

Участок I: железобетонная стенка с бетонными включениями.

Длина участка по ширине панели равна (рассматриваем панель длиной 1 м):

F₁=l=Z-ab=0,388 м²

Толщина панели: д=0,22 м Коэффициент теплопроводности ж/б: л_ж/б=1,92

Коэффициент теплопроводности бетона: л_б=1,74

b=6 м Термическое сопротивление панели перекрытия при расчете параллельно тепловому потоку:

Участок I:

R₁=мІ°C/Вт Участок II: железобетонная стенка с пустотами (воздушными прослойками).

Термическое сопротивление воздушных прослоек:

R_вп=0,15 мІ°C/Вт Термическое сопротивление ж/б плиты:

R_ж/б= мІ°C/Вт Общее сопротивление стенок и пустот:

R₂=R_вп+R_ж/б=0,191 мІ°C/Вт Общая площадь участковII:

F_п= l*a*b=0,852 м²

Общее термическое сопротивление всей панели при расчете параллельно тепловому потоку:

R_II=, мІ°C/Вт

где R₁, R₂ — термическое сопротивление отдельных характерных участков поверхности ограждения, мІ°C/Вт

F_I, F_II-площади отдельных участков поверхности ограждения, м²

R_II=0,165 мІ°C/Вт Расчет перпендикулярно тепловому потоку Разрезаем панель плоскостью, перпендикулярной тепловому потоку по трем слоям, причем 1и 3 слои одинаковы по толщине и материалу Общая условная толщина 1и 3 слоев:

д=д-а=0,22−0,142=0,02=R₃

Термическое сопротивление:

1 слой: R₁=0,02 мІ°C/Вт

3 слой: R₃= 0,02 мІ°C/Вт

2 слой: представляет собой воздушные прослойки с бетонными перемычками. Необходимо определить средний коэффициент теплопроводности л_ср для этого слоя. Так как материалы различные, то эквивалентный коэффициент теплопроводности воздуха в пустотах:

л_э=а/R_вп=0,947 Вт/м²*?С Средний коэффициент теплопроводности определится по формуле:

л_ср=, Вт /м²*?С где л_I, л₂ — коэффициенты теплопроводности материалов, входящих в состав рассматриваемого слоя, Вт/ м²*?С

l_I, l₂ — длины участков, входящих в рассматриваемый слой, м

л_ср=1,172 Вт/м²*?С Среднее термическое сопротивление 2 слоя:

R₂=a/л_ср=0,121 мІ°C/Вт Термическое сопротивление всех слоев при расчете перпендикулярно направлению теплового потока определяется по формуле (12):

R₁=R₁+R₂+R₃=0,161 мІ°C/Вт Таким образом имеем: R_I=0,161 мІ°C/Вт

R_II=0,121 мІ°C/Вт Термическое сопротивление панели перекрытия определяется по формуле:

2. Теплопотери через ограждающие конструкции

Для расчета нагревательных приборов и диаметров трубопроводов системы отопления определяются потери тепла в каждом помещении в отдельности и во всём здании в целом.

Основные теплопотери определяются по формуле:

Q=, Вт; (6)

где К — коэффициент теплопередачи;

F_n — расчетная площадь ограждающей конструкции, м²;

n — поправочный коэффициент к расчётной разности температур.

Для определения наружных стен измеряется:

* по плану:

— длина стен угловых помещений по внешней поверхности от наружных углов до осей внутренних стен;

— длина стен не угловых помещений между осями внутренних стен;

* по разрезу:

— высота стен на первом этаже от нижней поверхности перекрытия над подвалом до уровня чистого пола второго этажа;

— на втором этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия.

Поверхности окон, дверей определяют по наименьшим размерам строительных проемов.

Поверхности потолков и полов измеряют:

— у угловых помещений — от внешней поверхности стены до оси внутренней стены;

— у не угловых помещений — между осями внутренних стен.

При составлении таблицы расчета теплопотерь приняты обозначения:

НС — наружная стена;

ОД — двойное остекление;

ПЛ — пол;

ПТ — потолок.

ДД — дверь двойная Добавочные потери теплоты в принимаются в долях от основных потерь через наружные ограждения:

* для помещений в зданиях любого назначения для наружных стен и окон обращенных на север, восток — в размере 0.1; на запад — в размере 0.05;

* в угловых помещениях дополнительно — по 0.05 на каждую стены и окно если одно из ограждений обращено на север, восток; и 0.1 на запад.

* для наружных дверей, не оборудованных воздушно-тепловыми завесами, при высоте здания H, м в размере 0.27Н — для двойных дверей с тамбуром между ними.

Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха определятся по формуле:

Q_инф=, Вт; (7)

где l_уд — расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым приточным воздухом;

мі/ч, l_уд=3 мі/ч;

F_п — площадь пола, мІ;

с_н — плотность наружного воздуха, кг/мі;

с_н= (8)

с_в — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг°C), с_в=1 кДж/(кг°C)

Тепловой поток регулярно поступающий от электрических приборов, освещения и других источников в количестве 10Вт на 1 мІ площади пола вычисляется по формуле.

Вт; (9)

Расчеты сведены в таб. 1.

Для проверки правильности подсчётов определяем установочную тепловую мощность систем отопления здания с учётом допустимой величины дополнительных потерь теплоты по формуле:

Вт, где Q_o — тепловая мощность системы отопления здания, Вт.

Q_зд=1,07*45 409,03=48 587,66

Определяем удельную тепловую характеристику здания по формуле:

Q_o=, Вт/м³•⁰С; (10)

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

б — коэффициент учитывающий местные климатические условия.

V_н=33,4*17,3*8=4622,56 м^3, б=1,035

q_o= =0,252 Вт/м³•⁰С По таблице подбираем:

Вт/м³•⁰С Невязка:

3. Расчет нагревательных приборов

Площадь поверхности нагревательных приборов определяется по формуле:

F_пр=, мІ; (11)

где Q₀ — тепловая нагрузка помещения, Вт;

в₁ — коэффициент, учитывающий остывание воды в трубах, в₁=1;

k_пр — коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, Вт/мІ°C,

k_пр=10.92 Вт/мІ°C;

t_т — средняя температура теплоносителя в приборе,°C

t_т = (12)

t_г — температура горячей воды,°C, t_г =95°C;

t_о — температура обратной воды,°C, t_о=70°C;

t_в — температура окружающей среды,°C;

Число секций в приборе определяется по формуле:

N= (13)

где ц_с — площадь поверхности нагрева одной секции радиатора, ц_с = 0,244;

в₂ — коэффициент, учитывающий способ установки прибора, в₂=1,02;

в₃ — коэффициент, учитывающий число секций в приборе, для начала принимается в₃ =1,

в дальнейшем, если: N 15, то ₃=1;

15 N 20, то ₃=0,98;

N 20, то ₃=0,96.

В угловой комнате устанавливается 2 нагревательных прибора.

Расчёты сведены в таблицу 2.

4. Гидравлический расчет трубопровода системы водяного отопления

Система отопления принимается двухтрубная, с верхней разводкой магистрального трубопровода горячей воды. На верхней отводке к нагревательным приборам устанавливаются краны двойного регулирования, за исключением приборов, расположенных на магистральных линиях.

Для удаления воздуха из системы отопления предусматриваются воздушные краны в верхней пробке нагревательных приборов. В качестве нагревательных приборов приняты чугунные радиаторы типа М140−180, которые устанавливаются под окнами.

Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов ведётся по методу удельных потерь давления на трение. В этом случае потери давления на трение и на местные сопротивления на участках магистрального трубопровода определяется по формуле:

Па; (14)

где R — удельные потери давления на трение на 1 м длины трубы, Па/м;

l — длина участка, м;

Z — потери давления в местных сопротивлениях на рассчитываемом участке, Па;

(15)

где Р_д — динамическое давление, Па;

Р_д= (16)

V-скорость движения воды, м/с

— коэффициент местного сопротивления.

Диаметр трубопровода подбирается в зависимости от расхода воды на участке, который определяется по формуле:

G=, кг/ч; (17)

где Q_уч — тепловая нагрузка на данном участке с учётом того, что на рассматриваемом участке проходит тепловая нагрузка с предыдущего, Вт;

с — удельная массовая теплоёмкость воды, Дж/кг•⁰С, с =4,19 Дж/кг•⁰С;

t_г — температура воды в подающем трубопроводе системы отопления,°C, t_г =95°C;

t_о — температура воды в обратном трубопроводе системы отопления,°C, t_о=70°C;

4.1 Определение расчётного циркуляционного давления для главного циркуляционного кольца

Расчётное циркуляционное давление в главном кольце определяется по формуле:

Р_сист.=Р_нас.+В•[h₁•(₀ — _г)•g], Па (18)

где Р_нас — давление создаваемое насосами, Па;

Р_нас.=80•L (19)

Р_нас.=80•65,8=5264 Па В-коэффициент гравитации, В=0,5

h₁ — расстояние от середины элеватора до середины рассматриваемого прибора по вертикали, м, h₁=5,4 м;

_о — плотность охлаждённой воды, кг/м³,_о=977,7 кг/м³;

_г — плотность горячей воды, кг/м³, _г=961,9 кг/м³;

Р_сист.= 5264+0,5•(5,4•(977,7−961,9) •9,81)=5484,31 Па Все показатели принимаются по таблицам приложения.

Все расчёты сведены в таблицу 3

Таблица 3. Гидравлический расчет системы водяного отопления

5. Подбор элеватора

Расчетной характеристикой элеватора служит коэффициент смешения (эжекции), который определяется по формуле:

(20)

где: t₁=150°C — температура воды, поступающей из тепловой сети;

t₂=95°C — температура воды, поступающей в систему отопления;

t₃=70°C — температура воды, поступающей из системы отопления;

Далее определяем количество воды циркулирующей в системе отопления по формуле:

т³/час (21)

где:УQ — суммарный расход тепла на отопление;

с — удельная массовая теплоёмкость воды, Дж/кг•⁰С, с =4,187 Дж/кг•⁰С;

т3/час Затем определяем приведенный расход смешанной воды по формуле:

(22)

По коэффициенту эжекции и по приведенному расходу смешанной воды G_пр=0,26 подбираем номер элеватора, диаметр сопла и горловины.

Принимаем элеватор № 1:

d_сопла=3 мм

d_горл.=9 мм

6. Вентиляция

Загрязненный воздух из помещения выходит через жалюзийные решетки, расположенные в несущих конструкцию стенах, поднимается вверх, достигает воздуховодов и выходит через шахту в атмосферу.

Вытяжка регулируется вытяжными решетками, а также задвижками, установленными в сборных воздуховодах и шахте.

Вентиляционные каналы, через которые происходит удаление воздуха, оснащаются вентиляционными решетками.

Количество требуемых решеток определяется по формуле:

шт. (23)

где: z-количество воздуха, которое необходимо удалить из помещения, м³/ч.

— для кухни с 4-х конфорочной плитой — z = 90 м³/ч.

— для индивидуальной ванной комнаты и уборной — z = 25 м³/ч.

f_ж.с. -площадь живого сечения решетки, м².

V-скорость движения воздуха в жалюзийной решетке, принимается равной 0,5−1 м/с.

Расчет сводится в таблицу 4:

1. СНиП 23 — 01 — 99 Строительная климатология.

2. СНиП 2.08.01 — 89* Жилые дома.

3. СНиП II — 3 — 79* Строительная теплотехника.

4. СНиП 2.04.05 — 91* Отопление, вентиляция и кондиционирование.

5. В. И. Бодров и др. Определение тепловой мощности систем отопления гражданских зданий / Методические указания. — 1990.