Административное здание железнодорожного поселка с населением 2000 жителей в г. Екатеринбург

• 1. Исходные данные для проектирования
• 2. Описание здания и строительных конструкций
• 3. Теплотехнический расчет наружных ограждений
• 4. Определение потерь тепла помещениями и удельной отопительной характеристики здания
• 5. Проектирование системы отопления
• 6. Гидравлический расчет системы отопления
• 7. Расчет нагревательных приборов
• 8. Подбор элеватора
• 9. Определение годовых расходов теплоты на отопление
• Библиографический список

1. Исходные данные для проектирования

Административное здание железнодорожного поселка с населением 2000 жителей.

Вариант 63. г. Екатеринбург,

t_ext = - 35 ⁰C — температура воздуха наиболее холодной пятидневки, °С, обеспеченностью 0,92, принимаемые по СНиП 23−01.

t_ht = - 6 ⁰C, Z_ht = 230 суток - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сутки, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23−01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °C — при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °C — в остальных случаях. График работы котельной, температура воды на входе t_с = 130 ⁰C, на выходе t_о = 70 ⁰C. Двухэтажное здание без чердака, с подпольем под всем зданием. Разводка магистральных трубопроводов — нижняя (в подполье).

Схема движения теплоносителя попутная.

Система стояков однотрубная, со смещенными замыкающими участками и трехходовыми кранами. Влажностный режим помещения нормальный (ц = 50 — 60%).

Расчет проводится по каждой комнате.

2. Описание здания и строительных конструкций

Стены — кирпичные; перегородки — гипсобетонные; перекрытия — многопустотные ж/б плиты; крыша — совмещенная с рулонной кровлей; полы — дощатые; керамические.

Поэтажный план здания с экспликацией помещений представлен на чертеже графической части работы.

3. Теплотехнический расчет наружных ограждений

1. Конструкция ограждений: стены — слой кирпичной кладки толщиной 0,51 м, изолированный снаружи энергосберегающим материалом утеплителем URSA — фасад, крепится на гибких связях с шагом 600 мм, и диаметром 6 мм, в качестве декоративного элемента выступает виниловый сайдинг, изнутри стены обшиваются гипсокартонном толщиной 12,5 мм. Эскиз ограждения представлен на рис. 1, а; перекрытия над не отапливаемым подпольем — многопустотные ж/б плиты, напольное покрытие — линолеум, утепленные энергосберегающим материалом Ursa Glasswool (рис. 1, б); бесчердачное перекрытие с рулонной кровлей — совмещенная крыша, утепленная пенополистирольными плитами (рис. 1, в).

Рис. 3.1.

2. Определим требуемое термическое сопротивление теплопередачи ограждения, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, по формуле

(3.1)

гдеt_int — расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С, принимаемая в соответствии с ГОСТ 30 494–96 и нормами проектирования зданий и сооружений следующей: 20, так как t_ext = - 35 ⁰C ?-32 ⁰C

t_ext — расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная для г. Екатеринбурга — 35 ⁰С (взята из СНиП 23−01−99* как средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92);

n — коэффициент, учитывающий положение ограждения по отношению к наружному воздуху (табл.6 СНиП 23−02−2003):

n = 1 — наружные стены

n = 0,9 — перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов);

n = 0,6 — перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли

Дt_n — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения (табл. табл. 5 СНиП 23−02−2003)

Дt_n = 4,5 ⁰С для стен;

Дt_n = 4,0 ⁰С для чердачных перекрытий

Дt_n = 2,5 ⁰С для перекрытий над подвалами

б_int — коэффициент теплообмена у внутренней поверхности ограждения, принимаемый равным 8,7 Вт/ (м^{2 0}С).

Подставим численные значения и рассчитаем термическое сопротивление теплопередаче:

для стен м^{2 0}С/Вт;

для пола м^{2 0}С/Вт;

для крыши м^{2 0}С/Вт.

3. По табл.4 СНиП 23−02−2003 определим приведенное сопротивление теплопередаче из условий энергосбережения R_req в зависимости от значения градусосуток отопительного периода, определяемого по формуле

(3.2)

Где t_ht = - 6 ⁰C, Z_ht = 230 сут. — соответственно средняя температура и продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха не более 8 ⁰С [4]; t_int = 20⁰С:

⁰С*сут.

Определяем R_req методом двойной интерполяции:

= 2,99 м^{2 0}С/Вт для стен;

= 3,39 м^{2 0}С/Вт для перекрытий крыши и пола;

= 0,50 м^{2 0}С/Вт для окон и балконных дверей.

4. Толщина теплоизолирующего слоя ограждения д_х, м, определяется из условия соблюдения требования:

(3.3)

где — фактическое сопротивление теплопередаче, м^{2 0}С/Вт.

Чтобы получить это значение, раскроем его:

административное здание строительная конструкция

. (3.4)

Отсюда

(3.5)

Где R₁, R₂, R_x — сопротивления теплопередаче отдельных слоев ограждения, м^{2 0}С/Вт;

д₁, д₂, д_х — конструктивные толщины отдельных слоев ограждения, м;

б_ext — коэффициент теплообмена у наружной поверхности ограждения, принимаемый по таблица 6 (СНиП II-3−79*):

23 Вт/ (м^{2 0}С) — Наружных стен;

12 Вт/ (м^{2 0}С) — Перекрытий чердачных;

6 Вт/ (м^{2 0}С) — Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли;

б_int = 8,7 Вт/ (м^{2 0}С);

л₁, л₂, л_х — теплопроводности материалов слоев, Вт/ (м х ⁰С). Они равны (приложение Д СП 23−101−2004):

для Екатеринбурга условие эксплуатации ограждения А:

Для многопустотных железобетонных плит перекрытий при толщине 0,22 м термическое сопротивление равно 0,18 м^{2 0}С/Вт;

Рассчитаем:

для стен м; округляем до 0,10 м;

для крыши м; округляем до 0,2 м;

для пола м; округляем до 0,1 м.

5. Определяем фактическое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом принятой толщины расчетного слоя по формуле

(3.6)

а также соответствующий коэффициент теплопередачи К, Вт/ (м^{2 0}С), по формуле

(3.7)

для стен: м^{2 0}С/Вт;

Вт/ (м^{2 0}С);

для крыши: м^{2 0}С/Вт;

Вт/ (м^{2 0}С);

для пола: м^{2 0}С/Вт;

Вт/ (м^{2 0}С).

Для наружных дверей требуемое сопротивление теплопередаче должно быть не менее

м^{2 0}С/Вт.

Значение R_req = 0,50 м^{2 0}С/Вт для окон и балконных дверей.

Фактические сопротивления окон и балконных дверей и тип заполнения световых проемов выберем согласно приложению 6* (СНиП II-3−79*): Двухкамерный стеклопакет из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 6 мм) в деревянных или ПВХ переплетах м^{2 0}С/Вт. Вт/ (м^{2 0}С).

4. Определение потерь тепла помещениями и удельной отопительной характеристики здания

1. Теплопотери каждого помещения, Вт, определяются путем суммирования потерь теплоты через отдельные ограждения, рассчитываемых (с точностью до 10 Вт) по формуле

(4.1)

Где К — рассчитанный ранее коэффициент теплопередачи ограждения;

F — расчетная площадь ограждения, м²;

t_int и t_ext — температуры воздуха в каждом конкретном помещении и наружная, см. ранее;

n — поправочный коэффициент к разности температур, см. ранее;

Р — множитель, учитывающий дополнительные потери теплоты, определяемый из выражения

(4.2)

Где — сумма добавочных потерь теплоты, определяемая из приложения 9 [6];

Расчет потерь теплоты по указанным формулам сведем в бланк 1.

Условные обозначения в бланке:

каждое помещение нумеруется трехзначным числом, первая цифра которого обозначает номер этажа, вторая и третья — порядковый номер помещения на этаже (см. Графическую часть);

в колонке «Название ограждения помещения»: НС — наружная стена, ДО — двойное окно, НД — наружная дверь, Пт — перекрытие крыши, Пл — пол.

Расчетные площади наружных ограждений (с точностью до 0,1 м²) определяем по линейным размерам. Расчет потерь теплоты лестничными клетками производится как для одного помещения по высоте. Площади окон и дверей не вычитаются из площади наружных стен. При определении (дополнительных) потерь теплоты через них используется значение приведенного коэффициента теплопередачи: (К_ок — К_нс) = (1,96 — 0,33) = 1,63 Вт/ (м^{2 0}С).

2. Определение удельной отопительной характеристики здания производим следующим образом. Определяем путем суммирования теплопотерь отдельных помещений (бланк 1) тепловую нагрузку на отопление всего здания Q_зд.

Таблица 4.1

Итого 31 914 Вт Тогда удельная отопительная характеристика здания, Вт/ (м^{3 0}С):

(4.3)

где V — строительный объем здания без подвала, м³;

б — поправочный коэффициент, учитывающий фактическое значение наружной температуры и определяемый по формуле

. (4.4)

Строительный объем здания 2446,46 м³

Вычислим:

Вт/ (м^{3 0}С).

Значения удельных характеристик жилых зданий объемом лежат в пределах .

5. Проектирование системы отопления

Система стояков двухтрубная, расчетные параметры теплоносителя 95 — 70 ⁰С. Прокладка трубопроводов нижняя, в подполье.

В графической части работы представлен чертеж системы отопления на поэтажных планах здания и изображена аксонометрическая схема системы отопления.

6. Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления заключается в определении диаметров трубопроводов, при которых используется располагаемое давление в расчетном циркуляционном кольце и обеспечивается подача к каждому нагревательному прибору расчетного количества воды. Производим расчет наиболее неблагоприятного циркуляционного кольца системы, т. е. кольца от элеватора — через подающую магистраль, нижний нагревательный прибор наиболее удаленного стояка, обратную магистраль к тепловому вводу.

1. Расчетное циркуляционное кольцо: от элеватора через стояк № 1 через нагревательный прибор стояка № 6, обратная магистраль на тепловой ввод. Длина циркуляционного стояка:

11,47+11,764,2+13,2+6,3+2,3+2,3+832+1,2+8,05+0,24=72,59 м

Величина располагаемого давления, Па, для систем с механическим побуждением определяется из выражения

(5.1)

Где ДР_м — давление, создаваемое элеватором, принимаем из расчета 60 Па на 1 погонный метр расчетного циркуляционного кольца, т. е.72,59×60 = 4522 Па; ДР_гр — гравитационное давление, вызываемое охлаждением воды в нагревательных приборах; для двухтрубной системы при нижней разводке

(5.2)

гдеh_i — вертикальное расстояние между центрами охлаждения в приборе расчетного кольца и нагревания (смешивания воды в элеваторе), 2,14 м;

h_пр = (2840×1,49+780×4,49) /3620=2,14

с_о = 977,8 и с_г = 961,9 кг/м³ — плотность охлажденной и горячей воды;

g = 9,8 м/с² — ускорение свободного падения.

Отсюда

Па;

Па.

2. Циркуляционное кольцо размечаем на расчетные участки с указанием длин и тепловых нагрузок. Тепловые нагрузки магистральных участков определяем как сумму тепловых нагрузок стояков, обслуживаемых этими участками.

В бланке 2 приведены результаты определения тепловых нагрузок. Расчетные участки нумеруем. Схема нумерации представлена на рисунке 6.1.

3. Определяем необходимый расход теплоносителя на участке, кг/ч, по формуле

(5.3)

Где С = 4,19 кДж/ (кг ⁰С) — удельная теплоемкость воды;

t_г = 95 ⁰С, t_о = 70 ⁰С — расчетные температуры воды в начале и конце стояка.

Результат вычислений заносим в таблицу 6.1

4. Определяем среднее значение удельного сопротивления на трение, Па/м, из выражения

(5.4)

Где б — доля потерь давления, приходящаяся на местные сопротивления: для однотрубной системы б = 0,3;

=57,46 м — сумма длин участков расчетного циркуляционного кольца.

Па/м.

5. На каждом участке по приложению 1 Методических указаний, используя данные расчета, определяем ориентировочный диаметр трубопровода d и по нему принимаем ближайший по ГОСТу. Затем по приложению 2 Методических указаний определяем фактические значения R, скорости w и динамического давления P_д = сw²/2.

Заносим результаты в бланк 2.

6. По таблице 3.1 Методических указаний находим значения коэффициентов местных сопротивлений о для каждого участка и суммируем их.

Определяем потери давления на трение по длине участка и в местных сопротивлениях по формуле:

. (5.5)

7. Находим полные потери давления на каждом участке: (Rl + Z)

Таблица 6.1.

Гидравлический расчет трубопроводов

8. Проверяем правильность расчета:

.

Расчет проведен верно.

Проверяем малое циркуляционное кольцо

7. Расчет нагревательных приборов

В качестве нагревательных приборов принимаем чугунные радиаторы типа МС 140−98 (площадь одной секции f = 0,24 м²; номинальный тепловой поток q_ном = 725 Вт/м²).

Первый стояк циркуляционного кольца: Q = 1900 Вт.

Последний стояк: один радиатор (лестничная клетка А, Q = 1200 Вт.)

Определяем поверхность нагрева и количество секций в каждом из приборов, присоединенных к первому и последнему стоякам расчетного циркуляционного кольца. Тепловая нагрузка рассчитываемого прибора, Вт, определяется с точностью 10 Вт, путем распределения теплопотерь помещения на установленные в нем радиаторы. Требуемая площадь радиатора,, определяется из выражения:

(7.1)

— расчетная плотность теплового потока в конкретных условиях эксплуатации прибора,, определяемая по формуле:

(7.2)

— показатель, принимаемый в зависимости от направления движения воды в радиаторе:, .

— показатель, принимаемый при расходе воды через прибор:

(7.3)

средний температура воды в рассчитываемом приборе для двухтрубной системы отопления с учетом остывания воды в магистральных трубопроводах до расчетного стояка, принимаемого для проектируемых в работе зданий 2

Количество воды, кг/ч, затекающей в прибор, для однотрубного стояка определяется по формуле:

(7.4)

— коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых приборов за счет округления сверх расчетной величины для радиатора типа МС 140 ;

— коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения приборов у наружных ограждений; для радиаторов; у внешней стены

Число секций в нагревательном приборе, шт, определяется из выражения:

(7.5)

— коэффициент, учитывающий способ установки радиатора; у стены без ниши под подоконной доской ;

— коэффициент, учитывающий число секций в радиаторе:

Для 1 стояка: Q = 1900 Вт.

Для последнего стояка Qпр = 1200 Вт.

8. Подбор элеватора

Коэффициент смешивания

.

Массовый расход воды, циркулирующей в системе отопления, равен

т/ч.

Диаметр горловины элеватора

мм.

Выбираем элеватор № 1.

Диаметр сопла

мм.

Расход сетевой воды:

т/ч

Требуемая разность давлений перед элеватором

кПа.

9. Определение годовых расходов теплоты на отопление

Расход тепла на отопление здания на весь отопительный период, ГДж, определяют из выражения

ГДж.

Библиографический список

1. СНиП II-3−79*. Строительная теплотехника (с изменениями № 3 и 4). 1998. — 24 с.

2. СП 23−101−2000. Проектирование тепловой защиты здания.

3. ГОСТ 30 494−96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

4. СНиП 23−01−99*. Строительная климатология.

5. СНиП 23−02−2003. Тепловая защита зданий.

6. СНиП 2.04.05−91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

7. СНиП 41−01−2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

8. СНиП 2.08.01−89*. Жилые здания и общежития.

9. Тихомиров В. К., Сергеенко Э. С. Теплотехника, газоснабжение и вентиляция. — М.: Стройиздат, 1991. — 312 с.

10. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. — Ч.1. Отопление. — М.: Стройиздат, 1990. — 344 с.

11. Еремкин А. И., Королева Т. И. Тепловой режим зданий: Учебное пособие. — М.: Изд-во АСВ, 2003.

12. Отопление и вентиляция. Методические указания для курсового проектирования. /Сост. доц. Зибрев О. А. — СПб.: Типография ПГУПС, 2005. — 28 с.