Отопление и вентиляция жилого здания

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования

«Полоцкий государственный университет»

Кафедра ТТВиГ Расчётно-пояснительная записка к курсовой работе

«Отопление и вентиляция жилого здания»

Проверил: Широкова О.Н.

Новополоцк 2014

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Сопротивление теплопередаче наружных стен

1.2 Сопротивление теплопередаче чердачного покрытия

1.3 Сопротивление теплопередаче перекрытий над подвалом

1.4 Сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот

1.5 Сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов

2. ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЯ

2.1 Расчет тепло потерь через ограждающие конструкции

2.2 Затраты теплоты на нагрев и фильтрующегося воздуха

2.3 Определение удельной тепловой характеристики здания

2.4 Определение тепловой мощности системы отопления

2.5 Гидравлический расчет трубопроводов

2.6 Расчет отопительных приборов

3. ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЯ

3.1 Выбор систем вентиляции и их конструирование

3.2 Аэродинамический расчет систем вентиляции ЛИТЕРАТУРА ОБЩАЯ ЧАСТЬ Объектом проектирования является жилое трехэтажное здание с высотой этажа 2,9 м, имеющее подвал и чердак выполненное внутренняя часть из глиняного кирпича с=1800 кг/м³, наружная из силикатного с=1900 кг/м³. В качестве утеплителя используются плиты пенополистирольные с=50 кг/м³.

Источником теплоснабжения служит водяная тепловая сеть. Теплоноситель в системе отопления и его параметры — вода 95−70С. В здании проектируется двухтрубная с нижней разводкой система отопления.

Проектируемое здание находиться в городе Брест. Здание ориентировано на запад.

— -относительная влажность воздуха в помещениях жилых домов принимается равной 55%;

Расчётные температуры наружного воздуха:

­ температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 С;

­ температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 С;

­ температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 С;

Расчётные температуры воздуха внутренних помещений принимается

— для жилых комнат t = 18 С;

— для угловых жилых комнат t = 20 С;

— для индивидуальной ванны t = 25 С;

— для индивидуальной уборной t = 18 С;

— для лестничных клеток t = 16 С

1. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций

1.1 Сопротивление теплопередаче наружных стен (кроме световых проемов) Целью данного раздела работы является определение толщины теплоизоляционного слоя и термического сопротивления теплопередаче строительной конструкции.

Термическое сопротивление слоя многослойной конструкции R, м²· ^оС/Вт, определяется по формуле:

R_i = д_i/л_i

где д_i — толщина слоя, м;

л_i — коэффициент теплопроводности материала многослойной конструкции, Вт/(м· ⁰С).

Рисунок 1 — Конструкция наружной стены

Выбираем нормативное сопротивление теплопередаче наружных стен

R_норм=3,2 м²єС/Вт Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R, м²· ^оС/Вт, определяется по формуле:

R=1/б_в + R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅+ 1/б_н

где R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ — термические сопротивления отдельных слоёв конструкции, м² · ^оС/Вт;

б_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²· ^оС); б_в = 8,7 Вт/ м² · ^оС;

б_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м²· ^оС); б_н=23 Вт/(м²· ^оС).

Действительное сопротивление теплопередаче:

м²єС/Вт Решая это уравнение относительно д_х, получаем д_х = 0,1406 м.

Принимаем д_х=0,141 м. Тогда уточнённое действительное сопротивление теплопередаче:

R_действ = м²єС/Вт Определим тепловую инерцию D ограждения по формуле:

D =

где R_i — термическое сопротивление i-того слоя конструкции, м· °С/Вт;

S_i — расчётный коэффициент теплоусвоения материала i-того слоя ограждающей конструкции, Вт/(м· °С).

D =

Т.к. полученная величина 7 > D 4, то принимаем температуру наиболее холодных трех суток за расчетную зимнюю температуру t_{н.3 с}°С Полученное значение сопротивления теплопередаче R_действ ограждающей конструкции должно быть не менее требуемого сопротивления R, м· °С/Вт, определяемого по формуле:

R^тр = ,

где t_в — расчётная температура внутреннего воздуха, С; t_в = 18С;

t_н — расчётная зимняя температура наружного воздуха, С; t_н=-28°С;

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; n=1;

б_в— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²•С); б_в =8,7 Вт/(м²•С);

Дt_в— расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, С, Дt_в=6С;

R_Tреб = 0,79 м²єС/Вт.

Полученные величины удовлетворяют неравенству R^тр нормдейств:

0,79 < 3,2< 3,214

1.2 Сопротивление теплопередаче чердачного покрытия Термическое сопротивление слоя многослойной конструкции R, м²· ^оС/Вт, определяется по формуле:

R_i = д_i/л_i

где д_i — толщина слоя, м;

л_i — коэффициент теплопроводности материала многослойной конструкции, Вт/(м· ⁰С).

Рисунок 2 — Конструкция чердачного покрытия

Для чердачного перекрытия R_норм = 6 м²єС/Вт.

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R, м²· ^оС/Вт, определяется по формуле:

R=1/б_в + R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅+ 1/б_н

где R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ — термические сопротивления отдельных слоёв конструкции, м² · ^оС/Вт;

б_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²· ^оС); б_в = 8,7 Вт/ м² · ^оС;

б_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м²· ^оС); б_н=12 Вт/(м²· ^оС).

Действительное сопротивление теплопередаче:

R= м²єС/Вт Решая это уравнение относительно д_х, получаем д_х = 0,2534 м.

Принимаем д_х=0,255 м. Тогда уточнённое действительное сопротивление теплопередаче:

R_действ =м²єС/Вт

Определим тепловую инерцию D ограждения по формуле:

D =

где R_i — термическое сопротивление i-того слоя конструкции, м· °С/Вт;

S_i — расчётный коэффициент теплоусвоения материала i-того слоя ограждающей конструкции, Вт/(м· °С).

D=

Т.к. полученная величина D=4<5,48<7, то принимаем температуру наиболее холодных трех суток за расчетную зимнюю температуру t_н.3с°С Полученное значение сопротивления теплопередаче R_действ ограждающей конструкции должно быть не менее требуемого сопротивления R, м· °С/Вт, определяемого по формуле:

R^тр = ,

где t_в — расчётная температура внутреннего воздуха, С; t_в = 18С;

t_н — расчётная зимняя температура наружного воздуха, С; t_н=-28°С ;

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; n=0.9;

б_в— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²•С); б_в =8,7 Вт/(м²•С);

Дt_в— расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, С, Дt_в=4С;

R^тр = =1,06 м²єС/Вт.

Полученные величины удовлетворяют неравенству R^тр нормдейств:

1,06<6<6,03

1.3 Сопротивление теплопередаче перекрытий над подвалом Задаемся тепловой инерцией ограждения 4D7, тогда t_н=-23^оС (температура наиболее холодных трех суток обеспеченностью 0,92).

Определяем требуемое сопротивление R по формуле:

R^тр = ,

где t_в — расчётная температура внутреннего воздуха, С; t_в = 18С;

t_н — расчётная зимняя температура наружного воздуха, С; t_н=-28°С ;

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; n=0.6;

б_в— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²•С); б_в =8,7 Вт/(м²•С);

Дt_в— расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, С, Дt_в=2С;

R^тр = 1,41 м²єС/Вт.

Рисунок 3 — Конструкция перекрытия над подвалом

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R > 2,5, м²· ^оС/Вт, определяется по формуле:

R=1/б_в + R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + 1/б_н

где R₁, R₂, R₃, R₄ — термические сопротивления отдельных слоёв конструкции, м² · ^оС/Вт;

б_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²· ^оС); б_в = 8,7 Вт/ м² · ^оС;

б_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м²· ^оС); б_н=12 Вт/(м²· ^оС).

Действительное сопротивление теплопередаче:

R= м²єС/Вт Решая это уравнение относительно д_х, получаем д_х = 0,1109 м.

Принимаем д_х=0,111 м. Тогда уточнённое действительное сопротивление теплопередаче:

R_действ = м²єС/Вт Определим тепловую инерцию D ограждения по формуле:

D =

где R_i — термическое сопротивление i-того слоя конструкции, м· °С/Вт;

S_i — расчётный коэффициент теплоусвоения материала i-того слоя ограждающей конструкции, Вт/(м· °С).

D= (4<4.022<7)

Полученные величины удовлетворяют неравенству R^трT_норм действ:

1,41<2,5<2,516

1.4 Сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот Сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот определяется по формуле:

Rн.д =0,6· R,

где R-требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, определяемое при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодных трех суток обеспеченностью 0,92.

Rн.д =0,6· 0,79=0,474 м²єС/Вт.

1.5 Сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов

R=0,55 м²· ^оС/Вт — для тройного остекления в деревянных раздельно-спаренных переплетах. По причине не соответствия с гос. нормами применим в расчёте 2 спаренных, трёхслойных стеклопакета.

R=0,55•2=1,1 м²· ^оС/Вт Полученное значение сопротивления теплопередаче заполнений наружных световых проемов R должно быть не менее 1 R (1 дейст):

1 1,1

2. ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЯ

2.1 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции Потери теплоты Q, Вт, через отдельную ограждающую конструкцию определяют по формуле:

Q_огр.=

где F_p— площадь ограждающей конструкции, м²;

R — сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м²· К)/Вт;

t_в — температура внутреннего воздуха, С;

t_н — расчетная температура наружного воздуха, принимаемая равной наиболее холодным трем суткам обеспеченностью 0,92, С;

в — добавочные потери теплоты в долях от основных потерь; они учитывают: 1) ориентацию ограждений по сторонам света;

2) подогрев врывающегося воздуха через наружные двери или ворота;

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

Для лестничных клеток теплопотери вычисляются по всей высоте без деления на этажи.

Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур в этих помещениях равна меньше 3С.

2.2 Затраты теплоты на нагрев и фильтрующегося воздуха Затраты теплоты на нагрев и фильтрующегося воздуха определяются по формуле:

Q_инф.=0,28· L·с_н·с·(t_в-t_н)

где с — удельная теплоёмкость воздуха, равная 1кДж/кг · С;

L — расход удаляемого воздуха, м³/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, для жилых зданий принимаемый равным 3 м³/ч на 1 м² жилых помещений и кухни;

с_н — плотность наружного воздуха, кг/м³, определяемая по формуле:

с_н=;

с = 353/(273−23) = 1,412 кг/м³

При составлении теплового баланса для жилых зданий учитываются бытовые теплопоступления в кухнях и жилых комнатах в размере 21 Вт на 1 м² площади пола, т. е.

Q_быт=21· F_п ,

где F_п — площадь пола помещения, м².

Пример расчёта комнаты 101

1) Потери теплоты Q, Вт, через ограждающую конструкцию:

Q_{огр нс — 1} =Вт;

Q_{огр. то.}= Вт;

Q_{огр нс — 2} =Вт;

Q_{огр. пл.}= Вт

2) Определение затрат теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Q_инф=Вт

3) Определение теплопоступлений от бытовых приборов:

Q_быт=Вт

4) Потери теплоты помещения:

Q =82,328+86,195+139,938+96,689+480,896−198,011=688,037 Вт Следующие комнаты рассчитываем также, и полученные данные заносим в таблицу 2.1.

Таблица 1 Расчет теплопотерь здания

? 10 998,225 20 481,57 8621,783 22 858,02

2.3 Определение тепловой мощности системы отопления После расчета потерь теплоты всеми помещениями определяется тепловая нагрузка стояков (ветвей) и тепловая мощность системы отопления.

Тепловая нагрузка стояка (ветви) определяется по формуле:

жилой здание теплопередача вентиляция

Q_{cт (ветви)} = УQ_прi

где Q_прi — тепловая нагрузка прибора, принимаемая равной теплопотерям помещения, в котором этот прибор установлен, Вт; в случае, когда в помещении установлено несколько приборов, теплопотери делятся поровну на каждый прибор;

n — число отопительных приборов, присоединенных к стояку (ветви).

Результаты расчета заносятся в таблицу 2.3.

Таблица 2 — Тепловая нагрузка стояков

2.5 Гидравлический расчет трубопроводов Целью гидравлического расчета является подбор сечений трубопроводов, достаточных для пропуска заданного количества теплоносителя. Гидравлический расчет трубопроводов производится для одного циркуляционного кольца нашей системы. В двухтрубных системах с искусственной циркуляцией, неблагоприятным следует считать кольцо, проходящее через наиболее удаленный стояк.

Неблагоприятное циркуляционное кольцо служит показателем допускаемого расхода давления по всем остальным кольцам в системе, в нем расходуется максимальное давление на трение и местные сопротивления.

После выбора неблагоприятного циркуляционного кольца оно разбивается на расчетные участки, которые нумеруются, начиная от водонагревателя по расчетному кольцу. Расчетный участок — участок, где остаются постоянными тепловая нагрузка и диаметр. Участок начинается у одного разветвления и кончается у другого разветвления.

Для систем с искусственной циркуляцией величина располагаемого давления определяется по формуле Др=Др+Б•(Др_.+Др), (2.11)

где Дрискусственное давление, создаваемое элеватором, Па (7−12кПа);

Дрдавление, возникающее за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па;

Дрдавление, вызываемое охлаждением воды в теплопроводах, Па принимаемое по рис. П. 1 методических указаний, Др=300Па;

Б — коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчётных условиях; для двухтрубных систем 0,4.

Величина естественного давления, возникающего в рассматриваемом кольце от остывания воды в отопительных приборах, определяется по формуле:

— для двухтрубной системы с нижней разводкой Др= h•g•(с-с), (2.12)

где g — ускорение силы тяжести, м/с² g =9,81 м/c²;hвертикальное расстояние от середины водонагревателя (элеватора) до середины рассматриваемого отопительного прибора;h=8,15 м ;

с, с — плотности, соответственно обратной и горячей воды, кг/м³ .

Плотность воды в зависимости от её температуры определяется по формуле с = 1000,3 — 0,06•t — 0,0036•t², (2.13)

где t — температура воды, єС .

t=70 єС,

t =95 єС.

с = 1000,3 -0,06•70 -0,0036•70² =978,5 кг/м³ ,

с = 1000,3 -0,06•95 -0,0036•95² = 962,11 кг/м

Зная плотности, соответственно обратной и горячей воды, кг/м³, определяем величину естественного давления Др Др=8,15•9,81•(978,5−962,11)=1310,4 Па Определяем величину располагаемого давления Др=7000 +0,4•(1310,4 +300) = 7644,16 Па Определяем ориентировочное значение удельной потери давления на трение при движении теплоносителя по трубам по формуле:

где:

k-доля потерь давления на трение, принимаемая для систем с естественной циркуляцией 0,65

l-сумма длин участков расчетного кольца

=98,13 Па По этому значению по таблице принимаем диаметры участков d, мм, и по значению расходов определяем действительные скорости движения воды v, м/с, и удельные потери давления на трение R, Па/м. Эти данные заносим в таблицу.

Расход воды на участке определяем по формуле:

G_уч= ,

где: Q_уч— тепловая нагрузка участка;

Эти значения заносим в таблицу Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяется по формуле:

где: — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке

— плотность при 95 ⁰C; vскорость движения воды Уо — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке:

Таблица 3. Местные сопротивления на участках

Результаты гидравлического расчета сводятся в таблицу 4.

Таблица 4. Гидравлический расчет

Потери давления в кольце оказались в пределах 90% располагаемого давления, следовательно, гидравлический расчет произведен верно.

2.6 Расчет отопительных приборов Необходимая теплопередача отопительного прибора в рассматриваемое помещение определяется по формуле:

Q_пр=Q_n— 0,9Q_тр,

где Q_n — теплопотери помещения, Вт (табл. 2.1, 2.2);

Q_тр— теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб стояка (ветви) и подводок, к которым присоединён прибор, Вт, определяется по формуле:

Q_тр=q_вl_в+ q_гl_г,

где q_в, q_г — теплоотдача 1 м вертикально и горизонтально проложенных труб, Вт/м, принимаемые равными q_в = 90 Вт/м; q_г = 110 Вт/м;

l_в, l_г — длина вертикальных и горизонтальных трубопроводов, проложенных в помещении, м.

Количество секций отопительного прибора определяется по формуле:

N=,

где Q_пр — теплопередача отопительного прибора, Вт;

в₄ — поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении, при открытой установке в₄ =1;

в₃ — поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, принимаемый при числе секций до 15 шт. в₃ =1;

q_пр — расчетная плотность теплового потока, Вт, определяемая для одной секции чугунного радиатора по формуле:

q_пр= q_ном()^1,3,

где q_ном — номинальная плотность теплового потока секции чугунного радиатора, Вт, принимаемая для чугунных радиаторов 2К-60П-500 равной q_ном =125 Вт;

Дt_ср— температурный напор, єС, определяемый по формуле:

Дt_ср=t_ср— t_в,

где t_в — температура воздуха в помещении, єС;

t_ср— средняя температура воды в приборе, єС, определяемая для двухтрубной системы:

t_ср=0,5*(t_г+t_о) ,

где t_г — температура воды,єС, входящей в прибор

t_о — температура воды выходящей из прибора, єС;

Расчет отопительных приборов производится для расчетного стояка, и результаты расчета сводятся в таблицу 5.

Таблица 5. Расчет отопительных приборов

3. ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЯ

3.1 Выбор систем вентиляции и их конструирование В данной работе устраиваем естественную вентиляцию: организованную вытяжку в каждой квартире из кухонь, ванных комнат, туалетов и неорганизованный приток в каждое помещение через окна, форточки, щели в оконных переплётах.

В кирпичных внутренних стенах размеры каналов принимаются кратными Ѕ кирпича (140×140мм, 140×270мм).

Вытяжные отверстия располагаем на расстоянии 0,5- 0,7 м от потолка. Вытяжные отверстия закрываются решётками с подвижными и неподвижными жалюзи. Минимальная высота выброса воздуха над кровлей для плоских крыш принимается не менее 0,5 м.

3.2 Аэродинамический расчет систем вентиляции При расчёте каналов выполняется ориентировочный подбор сечений по формуле:

f_к^ор=,

где L — расход воздуха, удаляемый через канал, м³/ч. В работе было принято L = 25 м³/ч для индивидуальной ванной и уборной, L = 50 м³/ч для совмещенного санузла и L = 90 м³/ч для кухонь.

н_доп — допустимая скорость воздуха в канале.

Потери давления на участке вентиляционной сети определяется по формуле:

Др = ,

где Rпотери давления на 1 м длины воздуховода, Па/м.

l — длина участка, м;

в — поправочный коэффициент на шероховатость стенок канала (для кирпичных каналов 1,3);

Z — потери давления в местных сопротивлениях определяемые как

Z = Уо р_д,

где Уосумма коэффициентов местных сопротивлений на участке определяется в зависимости от местных сопротивлений;

о для: вход с поворотом потока воздуха (с учётом жалюзийной решётки)=2; выход с поворотом потока воздуха=2,5

р_д — динамическое давление на участке.

Расчётное располагаемое давление, Па, в системе естественной вентиляции определяется по формуле:

Др_е=,

где h — вертикальное расстояние от центра вытяжной решётки до устья вытяжной шахты, м;

с_н -плотность наружного воздуха при температуре = +5єС, с_н=1,27кг/м³;

с_в — плотность внутреннего воздуха, кг/м³ определяемая как с_в=

Полученные значения расчета заносим в таблицу 3.1

Размеры сечения каналов принимаем :

для кухни равный 140×270 мм;

для совмещенного санузла равный 140×140 мм;

для отдельной уборной и ванной равный 140×140 мм;

По полученным значениям находим d:

d_{экв к}= = =0,184 м

d_{экв с}= = =0,14 м Значения коэффициентов местных сопротивлений для всех участков принимается равным: =4,5

Таблица 6 — Коэффициенты местных сопротивлений

Действительную скорость воздуха в канале принимаем по монограмме:

— для кухни 0,95м/с ;

— для санузла 0,9м/с.

— для уборной — 0,45м/с.

Полученные значения заносим в табл.7

Таблица 7 — Аэродинамический расчёт системы вентиляции

Для нормальной работы системы вентиляции необходимо, чтобы выполнялось условие:

;

На участке 3 ВЕ-3, участках 2,3 ВЕ-2, ВЕ-4, ВЕ-6, участках 1, 2, 3 условие не выполняется.

Для усиления тяги устанавливаем канальный вентилятор;

Выбираем тип решеток РР-1: ;

РР-2:

РР-3:

1. Методические указания к курсовой работе «Отопление и вентиляция жилого здания» по курсу «Инженерные сети и оборудование» для студентов специальности 70.02.01; 70.04.03 / Картавцева О. В., Новополоцк, 2005 г.

2. СниП II-3−79 «Строительная теплотехника», Госстрой России, Москва 1998г

3. Тихомиров К. В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. М.: Стройиздат, 1991 г.