Отопление и вентиляция жилого здания

[Введите текст]

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткое описание здания

4-х этажное жилое здание с подвалом и чердаком.

Ограждающие конструкции:

Стеныкирпич силикатный утолщенный (= 1400 кг/м3).

Утеплитель — плиты пенополистирольные (= 50 кг/м3).

1.2 Краткая характеристика запроектированных устройств.

Система отопления — однотрубная вертикальная с верхней разводкой, с попутным движением воды, проточная регулируемая.

Теплоноситель в системе отопления — вода, параметры теплоносителя — 105−70 оС. Тип отопительных приборов — радиаторы. В здании устраиваем естественную вентиляцию: организованную вытяжку в каждой квартире из кухонь, ванных комнат, туалетов и санузлов и неорганизованный приток в каждое помещение через окна, форточки, балконные двери, щели в оконных переплетах.

1.3 Климатологические данные местности строительства

Местонахождение здания — г. Марьина Горка.

Ориентация здания — юго-восток.

Таблица 1.1 — Температура наружного воздуха, оС.

1.4 Метеорологические условия в помещениях

Расчётные температуры для помещений принимаем следующие:

для лестничных клеток — 16 оС;

для неугловых помещений — 18 оС;

для угловых помещений — 20 оС;

для ванных комнат — 25 оС;

для туалетов — 18 оС;

Относительную влажность воздуха в помещении принимаем ц=55.

2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1 Сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций

Требуемое сопротивление теплопередаче

ограждающей конструкции, за исключением заполнений световых проемов (окон и балконных дверей), следует определять по формуле:

(1)

где, n-коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый по табл.5.3/3/ или по таблице 2.5/2/;

— расчетная температура внутреннего воздуха,, принимаемая по табл. 4.1/3/ или по таблице П.1;

— расчетная температура наружного воздуха в холодный период, принимаемая по табл.3.¼/ или по таблице П. 3 с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций D (за исключением заполнений проемов) по таблице 5.2/3/ или по таблице 2.4;

коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл.5.4/3/;

— нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл.5.5/3/.

Тепловую инерцию ограждающей конструкции следует определять по формуле:

(2)

где — термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции,, определяемые по формуле:

(3)

где — толщина слоя, м;

— коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции, принимаемый по прилож. А /3/.

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, следует определять по формуле:

(4)

где — то же, что в формуле (1);

— термическое сопротивление отдельных слоёв конструкции,, принимаемый по формуле (3);

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий,, принимаемый по табл. 5.7 /3/.

По табл. 5.1/3/ определяем нормативные сопротивления теплопередаче для следующих ограждающих конструкций:

Наружная стена:

=3,2;

Перекрытие чердачное:

=6,0;

Заполнения световых проемов:

=1;

Перекрытие над подвалом: — по расчету, обеспечивая перепад между температурами пола и воздуха помещения первого этажа не более 2. Наружная стена Рис. 1 — 1 — Кирпич силикатный утолщенный; 2 — Утеплитель; 3 — Кирпич силикатный утолщенный; 4 -Цементно-песчаная штукатурка По приложению П2/2/ выбираем характеристики материалов слоев конструкции наружной стены:

Кирпич:

=1400;;; ;

Плиты:

=50;;; ;

Кирпич:

=1400;; ;; 4. Штукатурка: =1800;;; ;

Для определения толщины слоя теплоизоляции составим выражение для определения сопротивления теплопередаче стены и приравняем к нормативному:

откуда — толщина слоя теплоизоляции.

>3,2 — верно Определяем тепловую инерцию по формуле (2):

Т.к. D>4, то берем среднюю температуру наиболее холодной трех суток обеспеченностью 0,92

Тогда требуемое сопротивление теплопередаче:

<< (5)

Перекрытие над подвалом.

Рисунок 2 — перекрытие над подвалом: 1 — ж/б плита; 2 — слой теплоизоляции (плиты пенополистирольная); 3 — битум; 4 — цементно-песчаная стяжка; 5 — линолеум По приложению П2/2/ выбираем характеристики материалов слоев конструкции перекрытия над подвалом:

Ж/б плита

=2500;;; ;

Плиты:

=50;;; ;

Битум

=1400;;; ;

Цементно-песчаная стяжка

=1800;;; ;

Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове

=1800;;; ;

Нормативное сопротивление теплопередаче

=2,5, тогда

откуда

принимаем — толщина слоя теплоизоляции.

Тепловая инерция:

Т.к. 4

==1,07

где n=0,4-принимается по табл.5.3, /1/; - расчетная температура внутреннего воздуха; - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл.5.5, /1/.

<<

Перекрытие чердачное Рисунок 3 — Перекрытие чердачное: 1 — ж/б плита; 2 — битум; 3 — теплоизоляционный слой (плиты пенополистерольные); 4 — цементно-песчаная стяжка По приложению П2/2/ выбираем характеристики материалов слоев конструкции покрытия чердачного:

Ж/б плита

=2500;;; ;

Битум

=1400;;; ;

Плиты:

=50;;; ;

Цементно-песчаная стяжка

=1800;;; ;

коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;

Нормативное сопротивление теплопередаче

=6,0,

тогда

откуда

принимаем — толщина слоя теплоизоляции.

Тепловая инерция:

Т.к. 4

тогда требуемое сопротивление теплопередаче:

==1,2

где n=0,9-принимается по табл.5.3, /1/;

— расчетная температура внутреннего воздуха;

— нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл.5.5, /1/.

<<

Заполнение световых проемов Сопротивление теплопередаче заполнений наружных световых проемов Rок должно быть не менее нормативного сопротивления теплопередаче

=1

и не менее требуемого сопротивления

=0,39 .

Для обеспечения

=1

устанавливаем стеклопакет — общий переплет 2 стеклопакета и дополнительное одинарное остекление с уплотнением стыков и затворов пенополиурэтаном, термическое сопротивление которых обеспечивает .

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

Rн.д=0,6*Rн.с.треб.

где Rн.с.треб. — требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, определяемое по формуле (1.4) см. выше.

R=,

Rн.с.треб.==(1*(18+24))/8,7*6= 0,8 м² Сє/Вт;

Rн.д=0,6*0,8=0,48 м² Сє/Вт;

Сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот

Rвс=(2/) +

Rвс (120)=2/8,7+ 0,02/0,7+0,120/1,36+0,02/0,7 =0,37 м² Сє/Вт

1,3- Известково-песчаный раствор: = 0,70 Вт/(м °С); =0,02 м

2- Силикатный кирпич: = 1,36 Вт/(м °С); =0,120 м Температура внутренней поверхности Температура внутренней поверхности, ограждающей конструкции определяется по формуле:

Полученное значение должно быть больше температуры точки росы, которая определяется по формуле:

где — упругость водяных паров в воздухе помещения, Па, определяемая по формуле:

Таким образом конденсации влаги на внутренней поверхности наружной стены не будет так как .

3. ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЯ

3.1 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Потери теплоты Q, Вт, через ограждающую конструкцию определяют по формуле:

(7)

где — площадь ограждающей конструкции, м2;

R — сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, ;

tв — температура внутреннего воздуха, 0С;

tн — расчетная температура наружного воздуха, принимаемая равной температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, 0С;

— добавочные потери теплоты в долях от основных потерь;

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху /3, табл.5.3/.

3.2 Затраты теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха

В жилых зданиях без организованного притока и с естественной вытяжкой потери теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха находятся по формуле:

(11)

где — расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения;

с — удельная теплоемкость воздуха, равная 1 ;

k — коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока в конструкциях;

L — расход удаляемого воздуха, м3/ч,

pн — плотность наружного воздуха, кг/м3, определяемая по формуле

(12)

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.

(13)

гдеFn — площадь пола помещения, м2.

Полный расчет теплопотерь и теплопоступлений производится для лестничной клетки и квартиры с наибольшим количеством комнат на первом, промежуточном и последнем этажах здания.

3.3 Определение удельной тепловой характеристики здания

Удельный расход тепловой энергии на отопление жилого здания, Вт/(м3· °С) определяется по формуле:

(14)

где Qs — суммарный годовой расход тепловой энергии на отопление, Вт;

V — отапливаемый объем, = 887,24 м³;

— средняя по объему здания расчетная температура внутреннего воздуха,= - 18 °C;

— средняя за отопительный период температура наружного воздуха, °С, для периода с температурой наружного воздуха ниже +8 0С /2, табл. П3/ =(-1,6 °С).

Суммарный годовой расход тепловой энергии на отопление Qs, Вт, определяется по формуле:

здание вентиляция ограждающий конструкция

(15)

где — основные, добавочные годовые потери теплоты и годовой расход теплоты на нагревание инфильтрирующегося воздуха, кВт· ч;

(16)

— годовые поступления теплоты от бытовых приборов, кВт· ч;

(17)

— коэффициент, принимаемый по /7, табл.1/ в зависимости от способа регулирования системы отопления (для водяного отопления без автоматического регулирования принимается равным 0,2).

— сумма основных и добавочных потерь теплоты помещениями здания, Вт, принимается по таблице 1 — 10 867,44 Вт;

— сумма расходов теплоты на нагревание наружного воздуха, инфильтрирующегося в помещениях здания, Вт принимается по таблице 1 -9674,07Вт;

tн — средняя температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92, °С, принимаемая по таблице 3.1 /4/ или по таблице П3/2/;

— суммарный тепловой поток, регулярно поступающий в помещения зданий от бытовых приборов, Вт, принимается по таблице 1 — 2929,2 Вт;

Вт

Вт

3.4 Определение тепловой мощности системы отопления

Произведем расчет теплопотерь остальных помещений здания не вошедших в составленный тепловой баланс. Теплопотери таких помещений определяются по формуле:

(18)

где — объем помещения, м3.

Таблица 3.2-Теплопотери помещений

Определим тепловую нагрузку стояков и тепловую мощность системы отопления.

Тепловая нагрузка стояка определяется по формуле:

(19)

где — тепловая нагрузка прибора, принимаемая равной теплопотерям помещения, в котором этот прибор установлен, Вт;

n — число отопительных приборов присоединенных к стояку.

Результаты расчета тепловых нагрузок всех стояков заносим в таблицу.

Таблица 3.3 — Тепловая нагрузка стояка

3.5 Выбор системы отопления и ее конструирование

В здании запроектирована однотрубная, вертикальная система отопления с попутным движением воды. В качестве отопительных приборов — чугунные радиаторы. В качестве теплоносителя используется вода. Температура теплоносителя — 105 °C.

Магистральные трубопроводы проложены на расстоянии 1 м от стен подвала — для подающих магистралей, и на расстоянии 0,5 м — для отводящих магистралей. Стояки проложены на расстоянии 0,2 м от стен. Длина подающих подводок — 0,5 м, отводящих — 0,7 м.

3.6 Гидравлический расчет трубопроводов

Для систем с искусственной циркуляцией величина располагаемого давления определяется по формуле:

(20)

где — искусственное давление, создаваемое элеватором, Па (кПа)

— давление, возникающее за счет охлаждения воды в отопительных приборах, Па;

— давление, вызываемое охлаждением воды в теплопроводах, Па, принимаемое по прил. 4/8/;

Б — коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчетных условиях (для однотрубных систем — 1);

Рис. 4

Для системы однотрубной с верхней разводкой:

(21)

где g — ускорение силы тяжести, м/с2;

h — вертикальное расстояние от середины водонагревателя до середины рассматриваемого отопительного прибора, м;

— плотности, соответственно горячей и обратной воды, кг/м3;

плотность смеси воды на соответствующем участке подъёмной и опускной части стояка, кг/м3.

Для определения плотности воды необходимо знать ее температуру участков стояка после смешивания потоков. Температура определяется по формуле:

tпр (i+1)=t1-(0,86*Qпр (i+1))/Gст

tcм3=105-(0,86*2030,34)/194,3=96,0°С

tcм2=96,0-(0,86*1870,92)/194,3=87,7 °С

tcм1=87,7-(0,86*1870,92)/194,3=79,4 °С Плотность воды в зависимости от ее температуры определяется по формуле:

(22)

Температура горячей воды — 105 °C, обратной — 70 °C;

кг/м3

кг/м3

кг/м3

кг/м3

Па

Па Определяем ориентировочное значение удельной потери давления на трение при движении теплоносителя по трубам Rср, Па/м, по формуле:

(23)

где К — доля потерь давления на трение, принимаемая для систем с искусственной циркуляцией равной 0,65;

— сумма длин расчетного кольца, м (63,51м);

Па/м По полученному значению Rср по таблице П6 /2/ принимают диаметры участков d, мм; и по значению расходов воды определяются действительные скорости движения воды V, м/с, и удельные потери на трение R, Па/м.

Расход воды на участке Gуч, кг/ч, определяется по формуле:

(24)

где Qуч — тепловая нагрузка участка, Вт;

tг, tо — температура горячей и обратной воды, °С.

Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяются по формуле:

(25)

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, определяемая в зависимости от видов местных сопротивлений по таблице П7 /2/;

Неблагоприятное циркуляционное кольцо — кольцо через отопительный прибор 11 стояка (самый удаленный).

Рассчитаем первый участок этого циркуляционного кольца

кг/ч Принимаем диаметр 25 мм.

Скорость движения воды — 0,43 м/с.

Потери давления на трение, на 1 м длины — 120 Па/м.

Найдем сумму местных сопротивлений для каждого участка:

Коэффициенты местных сопротивлений о на участках.

Результаты расчета всех остальных участков в таблице.

Для нормальной работы системы отопления необходимо, чтобы выполнялось условие:

(26)

Проверим выполнение данного условия:

6,54% < 10% Верно

3.7 Расчет отопительных приборов

Необходимая теплопередача отопительного прибора в рассматриваемом помещении определяется по формуле:

(27)

где Qп — теплопотери помещения, Вт (табл. 3.1, 3.2);

— теплоотдача отрыто расположенных в пределах помещения труб стояка и подводок, Вт, определяемая по формуле:

(28)

где — теплоотдача 1 м вертикально и горизонтально проложенных труб, Вт/м, принимаемая равными Вт/м, Вт/м.

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

Количество секций отопительного прибора определяется по формуле:

(29)

где — теплопередача отопительного прибора, Вт;

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

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

;

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

(30)

где — номинальная плотность теплового потока секции чугунного радиатора, Вт, принимаемая для чугунных радиаторов 2К — 60П — 500 равной Вт; fсекции=0,19 м²

— температурный напор, °С, определяемый по формуле

(31)

где — температура воздуха в помещении, °С;

— средняя температура воды в приборе, °С, определяемая по формуле

(32)

где — температура воды, входящей в прибор, °С;

поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь приборов, для радиаторов 1,03ч1,06;

поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений, при установке у стены секционного радиатора, принимаем равным 1,02;

с — теплоёмкость воды, принимаем равной 4,19 кДж/(кг· °С);

Gст — расход воды на стояке, кг/ч.

Пример расчёта количества секций отопительного прибора для комнаты 112 (входят теплопотери 111 комнаты):

Теплопотери помещением — 2124,38 Вт Теплоотдача труб ;

=333,2 Вт Температурный напор равен 105-(1,8*1824,5*1,02*1,02)/(4,19*194,3)-18=82,8 °С Расчетная плотность теплового потока равна 684*(82,8/70)^1,3=850,88 Вт.

Необходимая теплопередача отопительного прибора

Вт Расчетное площадь ;

Расчетное число секций;

Результаты расчета всех остальных отопительных приборов в таблице.

4. ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЯ

4.1 Определение воздухообменов в помещениях

Количество вентиляционного воздуха L, м3/ч, принимается по таблице П. 1 /2/:

для кухонь — 90 м3/ч;

для туалета и ванной комнаты — 25 м3/ч.

Количество вентиляционного воздуха для комнат, не связанных коридором с кухней или санузлом, определяется по формуле:

(33)

где 3 — кратность воздухообмена, м3/(ч· м2);

Fпл — площадь пола, м2.

4.2 Выбор систем вентиляции и их конструирование

В здании запроектирована естественная вентиляция. Устраивают организованную вытяжку в каждой квартире из кухонь, ванных комнат и туалетов и неорганизованный приток в каждое помещение через окна, форточки, балконные двери, щели в оконных переплетах.

Так как в здании одни перегородки, то выполняется приставная вентиляция, в качестве этого выбирают вентблоки с круглыми каналами. Минимальный диаметр канала в вентблоке 100 мм. Вытяжные отверстия закрываются решётками с подвижными и неподвижными жалюзями.

Минимальная высота выброса воздуха над кровлей должна составлять — 0,5 м.

4.3 Аэродинамический расчет систем вентиляции

При выполнении расчёта вычерчиваем схему системы вентиляции в аксонометрической проекции. Каждый канал рассматриваем как отдельный участок. При расчёте каналов выполняем ориентировочный подбор сечений по формуле:

где L — расход воздуха, удаляемый через канал, м3/ч.

Vдопустимая скорость воздуха в канале, для вытяжных шахт

V= 0,5 ч 1,5 м/с.

Потери давления на участке вентиляционной сети определяется:

где R — потери давления на 1 м длины воздуховода, Па/м, принимается по рисунку[2,прил.Д];

l — длина участка, м;

в — поправочный коэффициент на шероховатость стенок канала

Z — потери давления в местных сопротивлениях определяемые как:

где Уо — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке определяется в зависимости от видов местных сопротивлений [4,прил.9

рдинамическое давление на участке, Па, принимаем по монограмме [2,прил.Д].

Расчётное располагаемое давление, Па, в системе естественной вентиляции определяется по формуле [2, стр.189]:

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

сплотность наружного воздуха при температуре +5єС, сн=1,27 кг/м3;

сплотность внутреннего воздуха, кг/м3 определяется как:

— на кухне: t = 18 єC; = 1,21 кг/м3

— в санузле: t = 25 єC; = 1,18 кг/м3

Для нормальной работы системы вентиляции надо, чтобы выполнялось условие:

Пример расчёта вентиляции Выполняем ориентировочный подбор сечений:

— для кухонь:

. Принимаем канал диаметром 180 мм

— для санузлов:

. Принимаем канал диаметром 130 мм Длина участков:

с первого этажа l 1 = 11,3 м со второго этажа l 2 = 8,55 м с третьего этажа l 3= 5,85 м с четвёртого этажа l 4 = 2,89 м Динамическое давление на участке принимаем по монограмме[1,прил.Д]:

— для кухонь: р= 0,57 Па;

— для санузлов р= 0,15 Па.

Потери давления в местных сопротивлениях определяются при Уо = 2+2,5 = 4,5

— для санузлов z = 4,5• 0,15= 0,675Па.

— для кухонь z = 4,5•0,57 = 2,56 Па;

Потери давления на 1 м длины воздуховода, Па/м, принимаются по[2,прил.Д]:

— для кухонь R =0,1 Па/м; - для кухонь

— для санузлов R =0,045 Па/м.

Для каждого из участков общие потери давления:

— для кухни:

I этажа: Др = (0,1•11,3•1,5 + 2,56) = 4,26Па/м;

II этажа: Др = (0,1•8,55•1,5 + 2,56) = 3,84Па/м;

III этажа: Др = (0,1•5,88•1,5 + 2,56) = 3,44Па/м;

IV этажа: Др = (0,1•2,89•1,5 + 2,56) = 2,99Па/м;

— для санузла:

I этажа: Др = (0,045•11,3•1,5 + 0,675) = 1,44Па/м;

II этажа: Др = (0,045•8,55•1,5 + 0,675) = 1,25Па/м;

III этажа: Др = (0,045•5,88•1,5 + 0,675) = 1,07Па/м;

IV этажа: Др = (0,045•2,89•1,5 + 0,675)= 0,87Па/м;

Расчётное располагаемое давление:

— для кухни:

I этажа: Дре = = 9,81•11,3•(1,27−1,21) = 6,65Па;

II этажа: Дре = = 9,81•8,55•(1,27−1,21) = 5,03 Па;

III этажа: Дре = = 9,81•5,88•(1,27−1,21) = 3,5Па;

IV этажа: Дре = = 9,81•2,98•(1,27−1,21) = 1,75Па;

— для санузла:

I этажа: Дре = 9,81•11,3•(1,27−1,18) = 9,98Па;

II этажа: Дре = 9,81•8,55•(1,27−1,18) = 7,54 Па;

III этажа: Дре = 9,81•5,88•(1,27−1,18) = 5,19 Па;

IV этажа: Дре = 9,81•2,98•(1,27−1,18) = 2,6 Па;

Для нормальной работы системы вентиляции надо, чтобы выполнялось условие: пример расчета

Условие не выполняется. Но в целях нормальной работы системы вентиляции следует применить жалюзи воздухозаборной решетки, чтобы регулировать расход удаляемого воздуха. На 4-ом этаже устанавливаем осевой вентилятор, так как погрешность получилась с минусом.

Полученные значения расчета заносим в таблицу 3.6 — Аэродинамический расчет системы вентиляции.

Число жалюзийных решеток принимается равным числу каналов в помещении. Для выбора жалюзийной решетки рассчитываем площадь живого сечения:

Выбираем для помещений с расходом воздуха L = 90м3/ч жалюзийную решетку — РР-3 с поперечными размерами 200×200 с площадью живого сечения f=0,032 м², а для помещений с расходом воздуха L = 50м3/ч жалюзийную решетку — РР-1 с поперечными размерами 100×200 с площадью живого сечения f=0,016 м².

1. ТКП 45−2.04−43−2006(с изменением). «Строительная теплотехника». Строительные нормы проектирования. — Минск: Минстрой архитектура, 2007.

2. Картавцева О. В, Кундро Н. В, Широкава О. Н. УМК «Инженерные сети и обарудование. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» — Новополоцк. ПГУ, 2009.

3. Методические указания к курсовому проекту «Отопление и вентиляция жилого здания» по курсу «Инженерные сети и оборудование» для студентов специальности 70.02.01, 70.04.03.