Отопление и вентиляция гражданского здания

Федеральное агентство по образованию (Рособразование) ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ По дисциплине Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности ТЕМА: Отопление и вентиляция гражданского здания ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Объект: Туристическая база Географический пункт: г. Шадринск Материал наружных стен: Глиняный кирпич Вид системы отопления: Водяная двухтрубная насосная с верхней разводкой Источник теплоснабжения: Котельная Ориентацию здания в отношении стран света принять самостоятельно Срок выполнения работы с «» 2000 г.

по «» 2000 г.

Руководитель.

(должность) (подпись) (Фамилия И.О.).

1 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ.

2 РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ОТАПЛИВАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.

3 РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

4 РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ.

• 5 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
• 6 ВЫБОР ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСОВ
• 7 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

8 ПОДБОР РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАКА.

• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ.

1.1 Исходные данные.

Температура наиболее холодной пятидневки: t_н =-34 єС;

Средняя температура отопительного периода: t_о.п. = -7,4 єС;

Продолжительность отопительного периода: Z_о.п. = 218 суток;

Средняя скорость ветра за январь: щ = - м/с;

Зона влажности: «С»;

1.2 Определение требуемых термических сопротивлений наружных ограждений.

Требуемое значение сопротивления теплопередаче находим по формуле:

.

где t_в — расчётная температура воздуха в помещении, принимаемая по таблице 1.4 t_в = 20 єС;

— коэффициент теплоотдачи от воздуха помещения к внутренней поверхности наружного ограждения, принимаемое по таблице 1.5 Вт/(м²•К);

n — коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху;

Дt_н — нормируемый температурный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой внутренней поверхности ограждения, принемаемый по таблице 1.7.

1 Наружные стены:

n = 1; Дt_н = 4 єС;

.

2 Чердачное перекрытие:

n = 0,9; Дt_н = 3 єС;

.

3 Надподвальное перекрытие:

n = 0,75; Дt_н = 2 єС;

.

1.3 Определение приведенных термических сопротивлений ограждений здания.

Вычислим градусосутки отопительного периода:

;

°С • сутки.

Вычислим приведённые термические сопротивления, м²•К/Вт, наружных ограждений здания:

1 Стены:

;

м²•К/Вт.

Принимаем следующую конструкцию стены:

Рисунок 1.1 Разрез стены.

Внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора л₁ = 0,8 Вт/(м•єС), д₁ = 0,020 м; Внутрнений и наружный слои кладки из обыкновенного глиняного кирпича на цементном песчаном растворе л₂ = л₄ = 0,81 Вт/(м•єС); д₂ = 0,250 м; д₄ = 0,120 м; между слоями кирпичной кладки утеплитель из пенополиуретана л₃ = 0,03 Вт/(м•єС); д₃ = x м.

Рассчитаем толщину утепляющего слоя из уровнения приняв :

.

где б_н = 23 Вт/(м²•єС) — коэффициент теплоотдачи в зимних условиях для наружных стен; для чердачных и надподвальных перекрытий б_н = 12 Вт/(м²•єС) по таблице 1.5 1;

;

x = 0,086 м, принимаем толщину утеплителя x = 0,090 м.

Фактическое сопротивления теплопередаче R_ф будет:

;

(м²•єС)/Вт.

Вт/(м²•єС).

2 Окна:

;

м²•К/Вт.

Выбираем двухкамерные пакет из стекла с селективным покрытием по таблице 3[3] м²•К/Вт.

Вт/(м²•єС).

3 Перекрытия:

;

м²•К/Вт.

Принимаем следующую конструкцию чердачного перекрытия:

Рисунок 1.2 Чердачное перекрытие.

Цементная стяжка л₁ = 0,582 Вт/(м•°С), д₁ = 0,020 м; Пенополиуретан л₂ = 0,03 Вт/(м•°С), д₂ = x м; Железобетонная плита л₃ = 1,92 Вт/(м•°С), д₃ = 0,220 м; Затирка л₄ = 0,582 Вт/(м•°С), д₄ = 0,005 м.

Рассчитаем толщину утепляющего слоя:

;

;

x = 0,127 м;

Принимаем толщину утеплителя 0,13 м.

Фактическое сопротивления теплопередаче R_ф будет:

;

(м²•єС)/Вт.

Вт/(м²•єС).

Принимаем следующую конструкцию надподвального перекрытия:

Рисунок 1.3 Надподвальное перекрытие.

Линолеум л₁ = 0,256 Вт/(м²•°С); д₁ = 0,005 м; Доска л₂ = 0,174 Вт/(м²•°С); д₂ = 0,020 м; Выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора л₃ = 0,8 Вт/(м²•єС); д₃ = 0,015 м; Пенополиуретан л₄ = 0,03 Вт/(м²•°С); д₄ = x м; Железобетонная плита л₅ = 1,92 Вт/(м²•°С); д₅ = 0,220 м.

Рассчитаем толщину утепляющего слоя:

;

;

x = 0,124 м;

Принятая толщина утеплителя 0,13 м.

Фактическое сопротивления теплопередаче R_ф будет.

(м²•єС)/Вт.

Вт/(м²•єС).

Так как конструкции наружных ограждений были выбраны при R_o > R_тр, то проверка на конденсацию водяных паров не требуется.

Фактическое сопротивление для толстой внутренней стены:

.

где, внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора л₁ = 0,8 Вт/(м•єС), д₁ = 0,020 м; слой кладки из обыкновенного глиняного кирпича на цементном песчаном растворе л₂ = 0,81 Вт/(м•єС); д₂ = 0,24 м;

(м²•єС)/Вт.

Вт/(м²•єС).

Фактическое сопротивление для тонкой внутренней стены:

.

где, внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора л₁ = 0,8 Вт/(м•єС), д₁ = 0,020 м; слой кладки из обыкновенного глиняного кирпича на цементном песчаном растворе л₂ = 0,81 Вт/(м•єС); д₂ = 0,12 м;

(м²•єС)/Вт.

Вт/(м²•єС).

Сопротивление теплопередачи наружных двойных дверей принимаем по таблице 1.16 [1], (м²•єС)/Вт. Вт/(м²•єС).

2 РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ОТАПЛИВАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.

Потери тепла помещениями через ограждающие конструкции, учитываемые при проектировании систем отопления, разделяются на основные, условно называемые нормальными, и добавочные, которыми учитывается ряд факторов, влияющих на величину теплопотерь.

Основные теплопотери помещений Q, Вт, слагаются из потерь тепла через отдельные ограждающие конструкции, определяемые по формуле:

Q = F•k•(t_B — t_H)•n,.

где F — площадь ограждающей конструкции, через которую происходит потеря тепла, м².

k — коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции, Вт/(м²· К);

t_в — расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

t_н — расчетная температура наружного воздуха, °С;

n — поправочный коэффициент к расчетной разности температур (t_в — t_н).

Теплообмен через ограждения между смежными отапливаемыми помещениями при расчете теплопотерь учитывается, если разность температур воздуха, этих помещений более 3° С. При меньшей разности температур теплообмен незначителен и не учитывается. Расчет теплопотерь сведем в таблицу.

Таблица 1 Расчёт теплопотерь.

Таблица 2 Позонный расчет пола.

Итог: Q_пл = 849,1 + 69,17 = 911,1 Вт.

Определяем удельную тепловую характеристику здания:

.

где — суммарные теплопотери всех помещении здания;

м³, объём здания;

м³ ;

Вт/м³ • °С.

Должно выполнятся условие. Нормативное значение берётся по таблице 4 в зависимости от. Значение нормируемой удельной тепловой характеристики для гражданского здания (туристическая база). Так как 0,16 < 0,35, следовательно, условие выполняется.

3 РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

Для поддержания в помещении требуемой температуры необходимо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, установленными в помещении, соответствовало расчетным теплопотерям помещения.

Количество тепла Q, Вт, отдаваемого прибором, пропорционально площади поверхности его нагрева F_пр, экм и коэффициенту теплоотдачи прибора q_пр.

Исходя из этого, можно написать:

;

.

где, — теплоотдача прибора, Вт/экм, находим по таблице III.22.

При учете дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу приборов, формула для расчёта поверхности прибора принимает общий вид:

.

где в₁ — коэффициент, учитывающий охлаждение воды в трубах;

в₂ — коэффициент, учитывающий способ установки прибора;

Число секций в радиаторах определяется по формуле:

.

где в ₃ — коэффициент, учитывающий число секций приборов типа М-140 [5];

.

Площадь поверхности нагрева одной секции М-140-АО-300 = 0,217 экм. В процессе определения необходимой площади поверхности нагревательных приборов исходные и получаемые данные записывают в бланк. Разность между фактической и расчётной площадью поверхности прибора должна быть более -5%. Расчёт нагревательных приборов заносим в таблицу 2.

Таблица 2 Расчёт нагревательных приборов.

4 РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ДВУХТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ.

Как известно из гидравлики при движении реальной жидкости по трубам всегда имеют место потери давления на преодоление сопротивления двух видов — трения и местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся тройники крестовины, отводы, вентили, краны нагревательных приборов, котлы, теплообменники и т. д.

Потери давления R_т, Па, на преодоление трения на участке трубопровода с.

постоянным расходом движущейся среды (воды, пара) и неизменным диаметром определяют по формуле:

.

где R — удельная потеря давления;

l — длина участка трубопровода.

Потерю давления на преодоление местных сопротивлений, Па, оп-ределяют по формуле:

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений в данном участке трубопро-вода, величина безразмерная;

— динамическое давление воды в данном участке трубопровода, Па.

Общее сопротивление, возникающее при движении воды в трубопроводе циркуляционного кольца, включая отопительный прибор, котел и арматуру, может быть представлено как сумма потерь давления на трение УR· l и сумма потерь в местных сопротивлениях УЖ уравнением:

.

где С_р — располагаемое давление.

Расчёт сети начинают с главного циркуляционного кольца, для которого R_ср имеет наименьшую величину.

Кроме величины R_ср, для подбора диаметра трубопроводов по таблице или номограмме необходимо знать количество воды G, кг/ч, протекающей по каждому расчетному участку циркуляционного кольца.

Величина G определяется по формуле:

кг/ч где Q — тепловая нагрузка расчетного участка по теплоотдаче приборов, Вт;

t_г-t_о — перепад температур воды в системе, ^оС;

с — теплоемкость воды, кДж/(кг· К);

3,6 — коэффициент перевода единиц Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученное значение R_ср, и определив количество воды.

G, кг/ч, можно с помощью номограммы или расчетной таблицы подобрать оптимальные диаметры труб расчетного кольца. Все данные, получаемые при расчете трубопровода, заносят в таблицу.

При расчете отдельных участков трубопровода необходимо иметь в виду следующее: местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетным участкам с наименьшим расходом воды; местные сопротивления нагревательных приборов, котлов и бойлеров учитывают поровну в каждом примыкающем к ним трубопроводе.

Если по произведенному расчету с учетом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше располагаемого давления, то на отдельных участках кольца следует изменить диаметры труб.

Невязка в расходуемом давлении между отдельными циркуляцион-ными кольцами допускается в однотрубных системах и двухтрубных си-стемах с попутным движением воды до 15%, а в двухтрубных с тупиковой разводкой — до 25%.

Расчет трубопроводов двухтрубной системы водяного отопления с искусственной циркуляцией воды отличается от расчета трубопроводов такой же системы, но с естественной циркуляцией воды определением располагаемого давления. В системе с искусственной циркуляцией оно складывается из давления, возникающего в результате охлаждения воды в приборах и трубопроводах, и давления, которое создается насосом.

Располагаемое давление в этом случае определяется по выражению.

.

где ДР_пр — естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах. Па,.

ДР_тр — естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубо-проводах, Па;

Р_нас — давление, создаваемое насосом, Па.

Аксонометрическая схема системы отопления представлена на рисунке 4.

Гидравлический расчёт системы отопления сводим в таблицу 3.

Рисунок 4 Аксонометрическая схема системы отопления.

Таблица 3 Гидравлический расчёт системы отопления.

Рассчитаем невязку:

%.

Невязка допустима.

Расчёт местных сопротивлений сводим в таблицу 4.

Таблица 4 Расчёт местных сопротивлений.

5 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ.

В канальных системах естественной вытяжной вентиляции воздух пе-ремещается в каналах и воздуховодах под действием естественного дав-ления, возникающего вследствие разности давлений холодного наруж-ного и теплого внутреннего воздуха.

Естественное давление Др_е Па, определяют по формуле:

(5.1).

где h_i — высота воздушного столба, принимаемая от центра вытяжного отверстия до устья вытяжной шахты, м;

с_н, с_в — плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³.

Аэродинамический расчет воздуховодов (каналов) выполняют по таблице или номограммам, составленным для стальных воздуховодов круглого сечения при с_в = 1,205 кг/м³, t_в = 20 °C. В них взаимосвязаны величины L, R, w, h_w и d.

Чтобы воспользоваться таблицей или номограммой для расчета воздуховода прямоугольного сечения, необходимо предварительно определить соответствующую величину равновеликого (эквивалентно-го), диаметра, т. е. такого диаметра круглого воздуховода, при котором для той же скорости движения воздуха, как и в прямоугольном воздуховоде, удельные потери давления на трение были бы равны. Диаметр определяется по; формуле:

(5.2).

где a, b — размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

Аксонометрическая схема вентиляции представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 Аксонометрическая схема системы вентиляции Таблица 5 Расчёт местных сопротивлений.

Из таблицы VII.7 определяем, что часовой объём вентилируемого воздуха, м³/ч.

Это значение принимаем в качестве расчётного.

Вытяжная решётка будет находиться на высоте 2,2 м над уровнем пола.

Для определения площади сечения канала на данном участке задаёмся скоростью движения воздуха по таблице 4.1 [6], м/с.

Площадь поперечного сечения канала, м², определяется по формуле:

(5.3).

Принимаем размеры поперечного сечения прямоугольного канала, м.

Уточним скорость движения воздуха на участке:

(5.4).

Эквивалентный диаметр участка:

(5.5).

где а, b — размеры поперечного сечения прямоугольного канала, мм.

По номограмме, приложение 1 определяем удельную потерю давления на трение, Па/м.

Потери давления на трение на участке с учётом шероховатости:

(5.6).

где — коэффициент шероховатости материала канала, для шлакобетонных плит таблица III.5 [5];

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений на участке по таблице 6.

Из приложения 1 по скорости воздуха определяем динамическое давление, Па.

Потери давления на местные сопротивления участка:

(5.7).

Общие потери давления на участке, Па:

. (5.8).

Результаты расчёта системы вентиляции представлены в таблице 6.

Располагаемое давление, Па, в естественной вытяжной системе вентиляции определяется по формуле:

(5.9).

где h — расстояние по вертикали от оси вытяжной решетки до устья вытяжной шахты, м,.

Для второго этажа h = 1,6 м;

Для первого этажа h = 4,3 м;

— плотность наружного воздуха, кг/м³, при температуре 5 С, ;

— плотность внутреннего воздуха, кг/м³, при С, ;

Па.

Па.

Сравним полученные потери на участке 1,2,3,4 с располагаемым давлением: 1,026 Па = 2,7 Па, следовательно, условие естественной вентиляции P_РАСП.?Rl+Z = ДP выполняется.

На участке 5,6,7,4: 0,969 Па < 1,37 Па;

На участке 8,7,4: 0,978 Па < 2,7 Па;

На участке 9,3,4: 0,921 Па < 1,37 Па;

Все условия выполняются.

Таблица 6 Расчёт смистемы вентиляции.

6 ВЫБОР ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА.

Для подбора циркуляционного насоса необходимо знать требуемую его подачу и расчётное давление. Требуемая подача насоса V_нac, м³/ч, определяется тепловой нагрузкой обслуживаемой системы отопления УQ, Вт, и перепадом температуры воды .

(6.1).

где б — коэффициент запаса, учитывающий бесполезные потери тепла, б= 1,1…1,2;

с — теплоемкость воды, кДж/(кг· К);

с₇₀ — плотность воды, кг/м³;

м³/ч.

Давление, создаваемое циркуляционным насосом, должно быть достаточным для преодоления всех сопротивлений движению воды в системе и принимается по потерям давления в самом невыгодном циркуляционном кольце:

Па= 4,954 кПа.

; (6.2).

м.

Насосы подбирают по их рабочим характеристикам, которые приведены в справочниках по санитарной технике и в каталогах заводов-изготовителей.

По требуемой подаче и давлению выбираем насос типа UPS 25−20.

Характеристики насоса приведены в таблице 7.

Таблица 7 Характеристики насоса.

7 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ.

Необходимо подобрать котёл, выбрать дымовые каналы для него, и определить высоту дымовой трубы.

Выбор котла производится по суммарной поверхности нагрева, которая определяется по формуле:

м², (7.1).

где 1,1… — коэффициент запаса на производительные потери тепла соответственно при нижней и верхней разводке трубопроводов;

— расчетное количество тепла, ккал/ч;

— тепловое напряжение поверхности нагрева, ккал/(м²?ч).

В качестве расчетного количества тепла принимаем суммарные теплопотери всего здания Вт = 22 761 ккал/ч.

По таблице V.13 определяем тепловое напряжение поверхности нагрева.

Для котлов типа ВНИИСТО-Мч большой модели при сжигании сортированного антрацита ккал/(м²?ч).

м².

Исходя из полученного результата, к установке принимаем 2 котла ВНИИСТО-Мч (большая модель) ГОСТ 7252–54, с максимальной теплопроизводительностью при сжигании сортированного антрацита 14 000 ккал/ч.

· Количество секций котла — 3 штуки;

· Строительная длина — 400 мм;

· Ёмкость — 30,5 л;

· Поверхность нагрева — 1,5 м²;

· Масса без воды — 247 кг.

Для чугунных котлов ВНИИСТО-Мч подбираем размеры дымовых каналов по таблице V.21.

· Площадь сечения каналов от чугунных котлов — 196 см².

· Площадь сечения выходного отверстия трубы — 378 см².

· Размеры канала, кирпичей — ½Ч½.

· Высота трубы при известной теплопроизводительности — 9 м.

Для водогрейных и паровых котлов расход рассчитывается по формуле:

(7.2).

где — расход тепла, ккал/ч;

— средняя низшая теплота сгорания топлива ккал/кг;

— кпд котельной установки. По таблице V.23 для антрацита находим ккал/кг.

кг/ч.

Площадь склада для твердого топлива на месячный запас:

м², (7.3).

где — объемная масса топлива, принимаемая по таблице V.23 [1], кг/м³, ;

— высота штабеля в зависимости от рода топлива, м, ;

м².

Расход твердого топлива за отопительный период:

(7.4).

где 1,1…1,2 — коэффициент, учитывающий непроизводительные потери тепла;

— теплопотери здания, ккал/ч;

— средняя внутренняя температура отапливаемых помещений, ^оС;

т.

8 ПОДБОР РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАКА.

Объём воды, л, в элементах системы отопления (нагревательных приборах, трубопроводах и котлах) находится по формуле:

(8.1).

где — тепловая мощность системы отопления, Вт, Вт;

— объём воды в элементах системы отопления, л, в расчёте на теплоотдачу.

Для нагревательных приборов: л, для трубопроводов местной системы с насосной циркуляцией: л по таблице III.43 [1], для чугунных секционных котлов: л по таблице III.43.

л.

Полезная ёмкость расширительного бака, л, при температуре в подающем трубопроводе ⁰С определяется по выражению:

(8.2).

л.

Поскольку ни один из стандартных баков не подходит, сконструируем расширительный сосуд исходя из величины полезного объема. Емкость бака до переливной трубы 21,51· 1, 5 = 32 л = 0,032 м³. Примем высоту бака H = 500 мм, тогда диаметр найдем по формуле:

Примем диаметр D = 300 мм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

.

1. Щекин Р. В. и др. Справочник по теплоснабжению и вентиляции.

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

3. Свистунов В. М., Пушняков Н. К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха обьектов агропромышленного комплекса и жилищно-комунального хозяйства: Учебник для вузов.- СПб.: Политехника, 2001. 423 с.: ил.

4. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. I. Отопление/ В. Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А. Н. Сканави и др.; Под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. -4-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1990.-334 с.: ил.-(Справочник проектировщика).

5. Отопление: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Строительство», специальности 290 700/ Л. М. Махов. — М.: АСВ, 2002. 576 с.: ил.