Отопление жилого здания

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Курсовой проект:

«Отопление жилого здания»

Выполнил:

студентка гр. ТГВ-42

Цветкова М.А.

Руководитель:

к.т.н., доцент каф. ТГВ Казачек Н.С.

Иваново 2010

Содержание отопление жилое здание

1. Исходные данные

2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

3. Расчет тепловых потерь отапливаемыми помещениями и составление теплового баланса

3.1 Расчет теплопотерь через наружные ограждения

3.2 Расчет теплового баланса помещения

4. Конструирование системы отопления

5. Гидравлический расчет систем водяного отопления

5.1 Определение расчетного располагаемого давления

5.2 Методы гидравлического расчета. Определение потерь давления в системе отопления

6. Расчет отопительного пункта

7. Расчет отопительных приборов Библиографический список

1. Исходные данные

1. Населённый пункт г. Ярославль

2. Здание жилое

3. Вариант 6

4. Этажность 5

5. Высота этажа 3 м

6. Высота окна 1,5 м

7. Температура наружного воздуха равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 = -31 єC

8. Средняя температура отопительного периода -4 єC

9. Продолжительность отопительного периода

10. Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь V= 5,5 м/с

11. Источник теплоносителя: городские тепловые сети

12. Параметры теплоносителя:

1) в тепловой сети: 130−70

2) в системе отопления: 95−70

13. Перепад давлений на абонентском вводе Драб=60 кПа

2. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций Теплотехнический расчёт выполняем для всех наружных ограждений: наружных стен, чердачного перекрытия, перекрытия над подвалом, окон и наружных дверей.

1) определим условия эксплуатации ограждений по таблице 1.1.

Влажностный режим помещения: нормальный.

Зона влажности: нормальная.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций: Б.

2) требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.

Приведенное сопротивление теплопередаче, м² єC /Вт, ограждающих конструкций, следует принимать не менее нормируемых значений, м², єC /Вт, в зависимости от градусо-суток района строительства, єC сут.

Градусо-сутки отопительного периода, єC сут. определяем по формуле:

= (20-(-4)) 221 = 5304 (єC сут),

где — расчётная средняя температура внутреннего воздуха здания, єC,

принимаемая равной 20 єC;

— средняя температура наружного воздуха, єC;

— продолжительность, сут, отопительного периода.

Так как величина отлична от табличной для значения, то её определим по формуле:

= а· + b, м² єC /Вт;

= 0,35 5304+ 1,4 = 3,26 м²· єC /Вт — для наружных стен;

= 0,45 5304 + 1,9 = 4,29 м² єC/Вт — для пола I этажа и чердачного перекрытия;

= 0,75 5304 + 0,15 = 0,55 м² єC /Вт — для окон и балконных дверей.

3) определяем фактическое термическое сопротивление наружной стены R_о:

Считается, что наружная стена состоит из 3-х слоев (1 и 3 слои — кирпич, 2 слой — теплоизоляционный). Толщина 1 и 3 слоев для кирпичной кладки — по 125 мм (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция наружной стены здания а) рассчитываем термическое сопротивление теплоизоляционного слоя R_ins по формуле:

м² єC/Вт, где — толщина i-тых слоёв;

— расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м єC);

— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м² єC);

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м² єC).

м єC/Вт;

б) рассчитаем толщину теплоизоляционного слоя:

м,

Принимаем толщину теплоизоляционного слоя м;

в) определим фактическое термическое сопротивление наружной стены:

м² єC /Вт,

м² єC/Вт;

г) определим коэффициент теплопередачи стены:

Вт/(м² єC)

— наружная стена;

4) по требуемому термическому сопротивлению окна выбираем его конструкцию:

= 0,55 R_o= 0,55 Вт/(м²· єC) — тройное остекление в пластмассовых раздельно-спаренных переплётах;

Вт/(м єC)

— окна;

5) аналогично определяем R_o и К для чердачного перекрытия, перекрытия над подвалом:

R_о = 4,29

Вт/(м² єC)

— чердачное перекрытие и перекрытие над подвалом;

6) приведенное сопротивление теплопередачи входных дверей определяется по формуле:

= м² єC /Вт, где n — коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;

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

t_ext — расчётная температура наружного воздуха в холодный период года, єC, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

k=1/0,88=1,14 Вт/(м² єC) — входные двери;

3. Расчёт тепловых потерь отапливаемыми помещениями и составление теплового баланса

3.1 Расчёт теплопотерь через наружные ограждения Расчет основных теплопотерь через наружные ограждения проводят по формуле:

Вт, где k — коэффициент теплопередачи ограждения;

F — Площадь ограждения, м (см. характеристику объекта);

— температура наружного воздуха, єC;

n — Коэффициент, зависящий от положения поверхности ограждения к наружному воздуху;

— температура воздуха внутри помещения, принимаемая равной 20 єC.

Для угловой комнаты = 22 єC, для лестничной клетки = 18 єC.

Добавочные теплопотери на ориентацию по сторонам света рассчитываются по формуле:

Вт, где — коэффициент добавочных потерь;

Суммарные теплопотери через ограждения определяются по формуле:

Вт.

Пример:

101- ЖКУ — жилая комната угловая Ограждающие конструкции Ориентация: Размер, м Площадь м²

записываем условными обозначениями:

НС — наружная стена Ю-З 6,49· 3 19,47−2,25

НС — наружная стена С-З 3,49· 3 10,47−2,25

ТО — тройное остекление Ю-З 1,5· 1,5 2,25

ТО — тройное остекление С-З 1,5· 1,5 2,25

ПЛ — перекрытие над подвалом — 3,1· 6,1 18,91

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м² єC):

для стены К=0,31 Вт/(м² єC);

для окна К=1,82 Вт/(м² єC);

для пола К=0,23 Вт/(м² єC).

Основные теплопотери:

Вт. Принимаем Вт — наружная стена;

Вт. Принимаем 140 Вт — наружная стена;

Вт. Принимаем 210 Вт — окно;

Вт. Принимаем 210 Вт — окно;

Вт. Принимаем 140 Вт — перекрытие над подвалом.

Добавочные теплопотери:

— для стены;

140· 0,1=14 Вт. Принимаем 10 Вт — для стены;

— для окна;

210· 0,1=21 Вт. Принимаем 20 Вт — для окна;

0 — перекрытие над подвалом.

Суммарные теплопотери через ограждения:

Вт — наружная стена;

Вт — наружная стена;

Вт — окно;

Вт — окно;

Вт — перекрытие над подвалом.

Аналогично рассчитываем остальные помещения.

Результаты расчета заносим в таблицу 2.1

Таблица 3.1 Тепловые потери через ограждения

3.2 Расчёт теплового баланса помещения

1) Теплопотери на нагрев инфильтрующего воздуха Qи, расчет проводят для окон каждого этажа по формуле:

где с = 1 кДж/(кг єC) — удельная теплоемкость воздуха;

— коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха в ограждение встречным тепловым потоком,

= 0,7 для окон с тройным переплётом;

— площадь окна, м²;

— количество воздуха, поступающего путем инфильтрации через 1 окна, кг/(;

где — сопротивление воздухопроницанию, (принимается по табл.3.2);

p — разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окна, Па.

Таблица 3.2 Характеристика окон

где H — высота здания, м, от уровня земли до устья вытяжной шахты;

h — расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон;

— плотность наружного воздуха, кг/м³

кг/м³;

V — расчётная скорость в январе, м/с (прил. 1);

к_l — коэффициент учёта изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здании, к_l = 0,85;

— условно-постоянное давление воздуха в здании, Па;

кг/м³;

— аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания (, -0,6).

— удельный вес, Н/м, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении

Н/м;

2) расход теплоты на нагрев воздуха, поступающего для компенсации естественной вытяжки из квартиры, Q_в определяем по формуле:

Вт, где — расход удаляемого воздуха, м³/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий — удельный нормативный расход 3 м³/ч на 1 м² жилых помещений.

3) бытовые теплопоступления, определяем для всех помещений, кроме лестничной клетки:

Вт, где 10 — удельные теплопоступления с 1 м² площади, Вт/м²;

— площадь пола, м².

4) расчёт тепловой нагрузки на систему отопления.

Определение тепловых нагрузок на отопительные приборы Q_от производится по формулам:

для жилых комнат

Вт, где — наибольшая величина из расходов теплоты или на инфильтрацию Q_и или на вентиляцию Q_в.;

для кухонь:

Вт;

для лестничных клеток:

Вт.

Например, для помещения 101:

кг/м³;

Н/м;

Н/м;

кг/м³;

Па;

кг/(м² ч);

Вт;

Вт;

Вт;

Вт;

Полученные результаты заносим в таблицу 2.2.

Таблица 3.3 Тепловой баланс помещений

Определяем удельную тепловую характеристику:

q_уд=

Где — отопительная нагрузка всего здания, Вт

V_зд— объем здания по наружным параметрам без чердака, м³

T_в — принимается равной температуре рядового помещения.

q_уд=.

4. Конструирование системы отопления В курсовом проекте рассчитывается система водяного отопления пятиэтажного дома. В данном проекте была применена двухтрубная система с нижней разводкой (с нижним расположением подающей и нижней прокладкой обратной магистралей).

В качестве отопительных приборов были выбраны чугунные секционные радиаторы типа М-140АО, т.к. они наиболее долговечны и менее требовательны к качеству воды, а также сравнительно дешевы. Отопительные приборы устанавливаем у наружных стен под окнами, такая установка препятствует распространению холодных потоков воздуха в объёме помещения. Расстояние от пола до низа радиатора составляет 100 мм. Стояки, как и отопительные приборы, располагаем у наружных стен — открыто на расстоянии 35 мм от поверхности стен.

Для подключения приборов к трубопроводам применялась проточная регулируемая схема присоединения. В качестве регулятора использовался кран КРД — кран, регулирующий двойной, который обеспечивает поступление в прибор требуемого количества воды для нормальной теплоотдачи. Он позволяет регулировать расход воды через прибор от 0 да максимума.

В системе отопления применяем следующие виды запорно-регулирующих арматур: на стояках устанавливаем вентили 15ч8бр d_у = 20мм — служащие для отключения стояка на время выполнения аварийных работ. Также на стояках устанавливаем краны трехходовые служащие для отключения стояка и спуска воды находящейся в системе отопления.

Для удаления воздуха из системы отопления применяем кран типа Маевского 15кч18п2, устанавливаемые на каждом радиаторе помещений пятого этажа.

В системе отопления применяем металлические трубы: стальные водогазопроводные (ГОСТ 3262), выпускаемые диаметром до 50 мм. Все трубы в помещении прокладываем открыто.

5. Гидравлический расчет систем водяного отопления

5.1 Определение расчетного располагаемого давления

В задачу гидравлического расчета входит определение диаметров труб и потерь давления в системе. Внутренние диаметры труб зависят от скорости воды:

(5.1)

где G, кг/с — расход воды;, кг/м³ — плотность воды; v, м/с — ее скорость.

Скорость воды в трубах не должна превышать допустимых значений. Для жилых и общественных зданий [6]:

Диаметр трубы, м — 10 15 20 и более Предельная скорость, м/с — 1,5 1,2 1

Потери давления в трубопроводах P, Па, с учетом запаса давления определяются по формуле:

(5.2)

где Р_p — расчетное располагаемое циркуляционное давление

(5.3)

где Р_н — циркуляционное давление, создаваемое насосом;

Р_е — естественное циркулярное давление;

Б — коэффициент, учитывающий долю естественного циркуляционного давления в расчетном располагаемом давлении. Для двухтрубных систем равен 0,4, для однотрубных систем равен 1,0.

Насосное циркуляционное давление Р_н определяется в зависимости от способа присоединения системы отопления к тепловым сетям. Если система отопления присоединяется через элеватор, то Р_н равно давлению, создаваемому элеватором.

(5.4)

где Р_аб — перепад давлений в тепловой сети на входе в абонентский ввод;

_э = 0,2−0,3 — КПД элеватора;

u — коэффициент смешения элеватора.

(5.5)

где t₁— расчетная температура воды в прямом трубопроводе тепловой сети. Принимается по заданию;

t_г = 95 ⁰ С, t₀ = 70 ⁰Cрасчетные температуры горячей и обратной воды в системе отопления.

Естественное циркулярное давление Р_е зависит от принятой схемы системы отопления (однотрубная или двухтрубная)

Двухтрубная система.

Естественное циркуляционное давление для приборов 1-ого этажа определяется по формуле:

(5.6)

где h₁ — расстояние по вертикали от уровня расположения элеватора до центра отопительного прибора 1 этажа, м.

Для приборов 2 этажа:

(5.7)

и т.д.

Расчет:

1) ;

2) Па;

3) Па;

4) Па;

5) Па;

5.2 Методы гидравлического расчета. Определение потерь давления в системе отопления

При проведении гидравлического расчета составляется расчетная схема трубопроводов в аксонометрии с соблюдением ЕСКД и ГОСТ 21 602–79. На схеме, кроме трубопроводов, наносятся отопительные приборы, запорно-регулирующая арматура и, если требуется, оборудование теплового пункта. В схеме записывается тепловая нагрузка приборов и тепловая нагрузка участков системы, длины и диаметры участков. При изображении стояков подающий стояк размещается справа, а обратный слева, если смотреть со стороны помещения.

Гидравлический расчет проводится, в основном, двумя методами: по удельным потерям давления и по характеристикам сопротивлений. Обычно по первому методу рассчитываются двухтрубные и однотрубные системы, а по второму — однотрубные.

При расчете системы отопления, независимо от метода, сначала определяется основное циркуляционное кольцо, которое включает прямой и обратный магистральные трубопроводы с ответвлением к наиболее удаленному прибору.

В тупиковых схемах двухтрубных систем основным является кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. Для однотрубных — кольцо, проходящее через дальний стояк.

После расчета участков основного циркуляционного кольца производится расчет других циркуляционных колец.

Расчет двухтрубной системы отопления по удельным потерям давления

При заданном перепаде давления в тепловой сети значение R_ср находят по формуле:

(5.8)

Па/м;

Па/м;

где Р_р — располагаемое циркуляционное давление, определяемое по формуле (5.3)

Результаты гидравлического расчета заносятся в табл.5.2

В первой графе записываются номера участков от 1 до n прямых и обратных трубопроводов основного циркуляционного кольца.

Во второй графе записываются тепловые нагрузки Q_i, Вт, участков, которые можно определить, зная общую тепловую нагрузку на систему отопления Q_от и тепловые нагрузки отдельных отопительных приборов. Тепловые нагрузки отопительных приборов берутся из табл. 3.2. Они равны теплопотерям помещения Q_от, где установлен данный прибор.

В третьей графе записывается расход воды на участках G_i, кг/ч, который вычисляется по формуле:

(5.9)

где — коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь (сверх расчетной), для радиаторов 1,03 1,08;

— коэффициент, учитывающий размещение отопительного прибора у наружной стены, равен 1,02.

Длины участков l_i, м, в четвертой графе определяются, согласно плану и разрезам здания.

Пятая, шестая, седьмая и восьмая графы заполняются на основе данных таблицы (прил. 5), по которой, зная расход воды на участке G_i, определяются величины d_i, w_i, R_i.

В девятую графу заносятся значения коэффициентов местных сопротивлений (прил. 4) участков. Местные сопротивления, расположенные на границе двух участков, относят к тому участку, где меньше расход теплоносителя.

Десятая графа заполняется (прил. 7) с учетом того, что потери в местных сопротивлениях определяются по формуле:

(5.10)

Cуммарные потери давления на участке R_i l_i +Z_i записываются в одиннадцатую графу. Определяются потери давления в основном циркуляционном кольце сложением потерь давления на всех участках. При этом должно соблюдаться условие:

(5.11)

то есть должен обеспечиваться запас давления в 10%. Если это условие не соблюдается, необходимо добиться равенства, подбирая другие диаметры на отдельных участках.

Пример расчета:

1) № участка: 1.

2) Тепловая нагрузка участка: 101 522 Вт.

3) Расход воды на участке:

кг/ч.

4) Длина участка определена согласно плану: 1,95 м.

5) Диаметр трубы, скорость воды на участке и удельные потери на трение определяем по справочнику проектировщика (Таблица для гидравлического расчета систем отопления трубопроводов водяного отопления при перепадах температуры воды в системе 95−70° С) по величине расхода воды на участке.

6) Потери на трение:

Па.

7) Сумма КМС: задвижка = 0,5;

Тройник на ответвлении = 1,5;

Сумма КМС = 0,5+1,5=2;

8) Потери в МС:

Па;

9) Суммарные потери давления:

Па.

Таблица 5.1 КМС на участках

Таблица 5.2 Гидравлический расчет магистрали