Обеспечение оптимального микроклимата в жилых зданиях

пз.docx

Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
Обеспечение оптимального микроклимата в жилых зданиях
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций6
Определение тепловой мощности системы отопления 12
Конструирование системы отопления18
Гидравлический расчет системы отопления20
Расчет поверхности и числа отопительных приборов28
Подбор оборудования теплового пункта 31
Приложение 1. Схема отопления 33
Основная цель отопления – создание теплового комфорта в помещениях т.е. тепловых условий благоприятных для жизнедеятельности человека. Тепловой комфорт в холодное время года обеспечивается если поддерживать определенную температуру воздуха в помещениях температуру внутренней поверхности наружных ограждений и поверхности отопительных установок. Отопление способствует также увеличению срока службы здания и оборудования. Обеспечение теплового комфорта в помещении возможно при правильном выборе системы отопления и подборе оборудования. Целью данного курсового проекта является приобретение навыков расчета и конструирования систем отопления для жилого здания.
Согласно заданию местонахождение здания – г.Липецк. Для проектирования принимается двухэтажное здание с не отапливаемым подвалом со световыми проемами в стенах.
Этому региону свойственны следующие климатические характеристики: температура наружного воздуха холодной пятидневки t5 =-27С средняя за отопительный период tоп =-25С. Продолжительность отопительного периода Zоп =218 сут. Схема разводки подающих магистралей – верхняя тип отопительных приборов – радиатор МС 90-108. Расчетное располагаемое давление в системе отопления 8000 Па. Температура воздуха в помещениях здания для:
уборной индивидуальной 20С;
лестничной клетки 16С;
коридора и прихожей 18С.
В угловых помещениях квартир расчетная температура воздуха принимается на 2С выше указанной.
Уровень земли находится на отметке 10 м а уровень пола подвала -30 м. Здание имеет чердак. Подвал используется для размещения оборудования теплового пункта и магистральных трубопроводов системы отопления. Вход в подвал через лестничную клетку. Высота наружных стен для 1 этажа равна
м для 2 этажа- 30 м при толщине перекрытий 03 м. Размеры окон в свету принимаются: горизонтальный 14 м и 18 м согласно плану здания вертикальный – 17 м. Размер окна в лестничной клетке 14х14 м. Независимо от местонахождения наружные двери принимаются двойные с тамбуром между ними; размеры дверей 12х22 м. Внутренние капитальные стены выполняются из кирпича толщиной 0 38 м перегородки- толщиной 01 м.
Проектом предусматривается проектирование водяной системы отопления с расчетными температурами 95-70С. Система отопления присоединяется через элеватор к тепловой сети с расчетными температурами 150-70С.
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
Целью теплотехнического расчета является определение толщины утепляющего слоя стеновой панели и вычисление коэффициентов теплопередачи наружных ограждений здания: стены чердачного перекрытия перекрытия над неотапливаемым подвалом остекления и входной двери в здание. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать наибольшим из требуемого сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям и по условиям энергосбережения.
1 ТРЕБУЕМОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
Санитарно-гигиенические требования определяют температуру внутренней поверхности ограждения при которой люди находящиеся в помещении не испытывают интенсивного радиационного охлаждения со стороны этой поверхности и на ней не наблюдается конденсация влаги. Минимально допустимое сопротивление теплопередаче удовлетворяющее этим условиям называется требуемым сопротивлением.
Сопротивление теплопередаче является наименьшим при котором обеспечивается допустимая по санитарно-гигиеническим требованиям минимальная температура внутренней поверхности ограждения при расчетной зимней температуре наружного воздуха:
где – требуемое сопротивление теплопередаче (м2С)Вт;
n – поправочный коэффициент на расчетную разность температур зависит от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху для наружных стен чердачных перекрытий и окон принимается равным 1 для перекрытия над неотапливаемым подвалом – 075;
– расчетная температура внутреннего воздуха согласно задания принимается равной 22С;
– расчетная температура наружного воздуха согласно задания принимается равной -27С;
– нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены принимается для наружных стен 4С для чердачного перекрытия 3С для перекрытия над неотапливаемым подвалом 2С;
– коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения принимаемый для гладких внутренних поверхностей равным 87 Вт( м2С);
Сопротивление теплопередаче для пола
Требуемое сопротивление теплопередаче входной двери в здание принимается в размере 60% от величины для стеновой панели.
2 СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПО УСЛОВИЯМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения принимается по справочной литературе в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода ГСОП:
где – средняя температура наружного воздуха за отопительный период согласно задания принимается равной -25С;
– продолжительность отопительного периода согласно задания 218сут.
По справочной литературе при ГСОП=5341 градусо-суток путем интерполяции подбираем .
Для пола =43 м2СВт для потолка =487 м2СВт для наружных стен =334 м2СВт для окон =055 м2СВт.
Найдем расчетное сопротивление теплопередаче путем сравнения рассчитанных для каждой ограждающей конструкции сопротивлений теплопередаче.
> то для расчетов принимают (=):
для пола =43 м2СВт для потолка =487 м2СВт для наружных стен =334 м2СВт для окон =055 м2СВт.
В качестве заполнения светового проема принимаем однокамерный стеклопакет из стекла с мягким селективным покрытием. Сопротовление теплопередаче =056 м2СВт.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ УТЕПЛЯЮЩЕГО СЛОЯ
=002 2 =0065 3ут 4=001
-Штукатурка известково-песчаная (ρ=1600 кгм3);
-Кладка из глиняного кирпича (ρ=1600 кгм3);
-Пенополиуретан (ρ=80 кгм3);
-Асбоцементный лист (ρ=1800 кгм3).
Коэффициенты теплопередачи для штукатурки известково-песчаной λ=07 Вт(мс) для кладки из глиняного кирпича λ=07 Вт(мс) для пенополиуретана λ=005 Вт(мс) для асбоцементного листа λ=047 Вт(мс).
Из уравнения находим термическое сопротивление слоя утеплителя Ri ут:
Где Rор - расчётное сопротивление теплопередачи принимаем 334(м2оС)Вт.
- термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции без утепляющего слоя.
- термическое сопротивление утепляющего слоя;
αн– коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций зимой принимается для наружных стен 23 Вт(м2ºС).
- коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения принимается для гладких поверхностей равным 87 Вт(м2ºС).
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Коэффициент теплопередачи для всех ограждающих конструкций вычисляется по формуле
Коэффициент теплопередачи для пола
Для того чтобы при расчете основных теплопотерь не учитывать площади окон и входных дверей дважды (в площадях стен и отдельно) следует пользоваться скорректированными коэффициентами теплопередачи для окон и входных дверей.
Определение тепловой мощности системы
Расчет тепловой мощности системы отопления сводится к нахождению всех составляющих теплового баланса а именно теплопотерь и теплопоступлений и определения дефицита теплоты для каждого помещения здания в целом.
Потери теплоты в жилых зданиях связаны с теплоотдачей через ограждающие конструкции а также с расходом теплоты на нагревание наружного воздуха который проникает в помещения через неплотности в ограждениях.
Причинами инфильтрации являются тепловое давление возникающее вследствие разности плотностей наружного холодного и внутреннего теплого воздуха и ветровое давление создающее на наветренной стороне здания избыточное давление а над подветренной – разряжение. Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха зависит от температур наружного и внутреннего воздуха от направления и скорости ветра планировки и высоты здания. Кроме того в жилых зданиях работа естественной вытяжной вентиляции не компенсируется специально организованным притоком. Поэтому наружный воздух поступает в помещения через неплотности неподогретым что требует дополнительного расхода теплоты .
В качестве расчетного принимается большее значение из и . Для малоэтажных жилых зданий величина как правило превышает . Поэтому в курсовом проекте определяется расход теплоты требуемый на нагревание наружного воздуха поступающего в помещение только вследствие естественной вытяжки не компенсируемой подогретым приточным воздухом.
Перед началом расчета все помещения (за исключением ванных туалетов и лестничных клеток) нумеруются. Каждому помещению в зависимости от его назначения присваивается индекс.
Из уравнения теплового баланса определяют теплопотери каждого помещения
Qогр - основные потери теплоты наружными ограждениями помещения Вт;
Nд- коэффициент учитывающий добавочные потери;
Qв – расход теплоты на нагревание наружного воздуха поступающего в помещение вследствие естественной вытяжки Вт;
Qбыт – бытовые тепловыделения Вт.
Основные теплопотери помещения определяются как сумма потерь теплоты через каждое наружное ограждение вычисленных по формуле:
где – коэффициент теплопередачи наружного ограждения Втм2С рассчитанный в п.3 пояснительной записки;
– площадь наружного ограждения м2;
– расчетная температура внутреннего воздуха для рассматриваемого помещения в С;
– средняя температура наиболее холодной пятидневки С согласно задания -27С;
n – поправочный коэффициент на расчетную разность температур зависит от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху для наружных стен чердачных перекрытий и окон принимается равным 1 для перекрытия над неотапливаемым подвалом – 075.
Добавочные потери теплоты учитывают ориентацию наружных ограждений по сторонам света и дополнительный расход теплоты на нагревание холодного воздуха врывающегося в здание при открывании входных дверей. Величину этих потерь характеризует коэффициент . В зависимости от ориентации помещения по сторонам света коэффициент принимают:
Ограждение ориентировано на
Расход теплоты Qв на нагревание наружного воздуха поступающего в помещение вследствие естественной вытяжки определяют только для жилых комнат Вт;
Где А – площадь пола жилой комнаты м2.
Бытовые тепловыделения принимаются в размере 10 Вт на 1 м2 каждого помещения в котором предусматривается установка отопительного прибора (кроме лестничной клетки).
Теплопотери коридоров и прихожих включаются в расход теплоты на отопление одной из прилежащих (желательно угловой) жилых комнат. Поэтому расчетная тепловая мощность Вт системы отопления этой комнаты определяется как
Для остальных помещений
Вычисленные значения величин округляются до ближайшего кратного 10 Вт значения.
Вычисленные значения теплопотерь оформляются виде таблицы. Расчет заканчивается определением тепловой мощности системы отопления всего здания как суммы затрат теплоты на отопление отдельных помещений.
Результаты расчета приведены в таблице 1.
Наименование помещения tв °C Fпл м²
Характеристика ограждающих конструкций
Продолжение Таблицы 1
Конструирование системы отопления
В проекте предусматривается вертикальная двухтрубная система отопления. Отопительные приборы устанавливаются во всех жилых комнатах кухнях лестничных клетках и размещаются кроме лестничных клеток под каждым окном. В угловых комнатах приборы устанавливаются у обеих наружных стен даже если одна из них не имеет окон. В лестничной клетке отопительный прибор устанавливается сразу после входного тамбура. Во всех помещениях кроме лестничной клетки низ радиаторов располагается над полом на высоте не менее 01 м. В коридорах прихожих и туалетах отопительные приборы не устанавливаются. Исключение составляют коридоры и прихожие имеющие одну и более наружных стен.
Отопительные стояки располагаются у наружных стен. В угловых комнатах стояки размещаются в углах образованных наружными стенами для того чтобы предохранить стены от сырости и промерзания. В кухнях примыкающих к лестничной клетке стояки располагаются в углу образованном наружной стеной и стеной лестничной клетки. К стоякам обслуживающим отопительные приборы в кухнях не рекомендуется подсоединять приборы других помещений. Запрещается подключение к одному стояку отопительных приборов установленных в соседних квартирах. Отопительный прибор лестничной клетки присоединяется к системе стояком. Главный стояк прокладывается в лестничной клетке.
По заданию проектируется система с верхней разводкой подающих магистралей. При такой разводке подающие магистрали прокладываются на чердаке. Для удобства монтажа расстояние от наружной стены до оси трубопровода принимается равным 1-15 м. Обратные магистрали прокладываются в подвале вдоль наружных стен на кронштейнах на расстоянии 02 м от потолка.
Для удобства система отопления разделена примерно на две части расположенные симметрично относительно главного стояка. Подающие магистрали расположенные на чердаке имеют уклон не менее 0002 в сторону главного стояка а трубопроводы расположенные в подвале - в сторону узла ввода. Для отключения отдельных ветвей системы в начале и в конце каждой ветви устанавливается вентиль. Опорожнение ветви при этом осуществляется через тройники с пробкой установленные в конце нижних частей ветвей перед отключающими устройствами.
Все магистральные трубопроводы в подвале и на чердаке теплоизолируются.
Регулирование теплоотдачи радиаторов МС 90-108 осуществляется встроенными кранами двойной регулировки которые устанавливают на верхней подводке к прибору и на чертежах планов условно не показывается. При подсоединении приборов к стояку в угловой комнате можно ограничиваться установкой крана двойной регулировки на одном из них. Кран двойной регулировки на подводке к радиатору в лестничной клетке не устанавливается
Удаление воздуха из системы осуществляется с помощью воздухосборников которые устанавливаются в конце каждой ветви перед последним стояком.
Конструкция системы отопления представлена в комплекте графических материалов курсового проекта.
Гидравлический расчет системы отопления
Система водяного отопления представляет собой разветвленную и закольцованную сеть трубопроводов. Цель гидравлического расчета системы отопления состоит в подборе диаметров ее отдельных участков таким образом чтобы по ним проходили расчетные расходы теплоносителя. В этом случае каждый отопительный прибор будет получать и передавать в воздух помещения расчетное количество теплоты необходимое для компенсации теплопотерь.
В курсовом проекте гидравлический расчет сводится к определению диаметров участков главного циркуляционного кольца и увязке потерь давлений в ближайшем к тепловому вводу стояке.
В качестве главного принимается циркуляционное кольцо проходящее через наиболее удаленный от узла ввода стояк. В него включается отопительный прибор первого этажа.
Главное циркуляционное кольцо разбивается на последовательно соединенные участки. Каждый участок характеризуется своим неизменным расходом теплоносителя и диаметром трубопровода. Границами участка являются точки в которых происходит изменение расхода теплоносителя или диаметра трубопровода. Участки нумеруются последовательно по ходу теплоносителя. За первый расчетный участок принята обратная подводка отопительного прибора первого этажа. Вместе с номером участка на схеме указывается его тепловая нагрузка (Вт) и длина (м).
Расчетная схема главного и малого циркуляционного кольца представлена на рис.1.
Гидравлический расчет системы отопления выполняется в табличной форме. Расход теплоносителя определяется по формуле
где – тепловая нагрузка на участке Вт;
– удельная теплоемкость воды кДж(кгС) С=4187;
– коэффициент перевода Вт в кДжч.
Диаметр трубопровода определяется по прил.7 [1] в зависимости от величины и ориентировочного значения удельных потерь на трение :
где – расчетное располагаемое давление в системе отопление Па равное 8000 Па;
– суммарная длина всех последовательно соединенных участков циркуляционного кольца м;
– доля гидравлических потерь приходящихся на местные сопротивления .
Для главного циркуляционного кольца:
Для малого циркуляционного кольца:
По известной величине и принятому диаметру трубопровода находятся значения и скорость движения воды .
Для определения потерь давления в местных сопротивлениях для каждого участка составляется перечень местных сопротивлений и в зависимости от величины по прил.8 [1] находятся значения . Вычисляется сумма коэффициентов местных сопротивлений (см.табл.3).
Тепловая нагрузка на 1 участке равна тогда расход теплоносителя равен
Принимаем по прил.8 [1] . Потери давления по длине на первом участке равны .
Принимаем по прил.9 [1]
Суммарные потери давления на первом участке
Суммарные потери давления главного циркуляционного кольца сравниваются с величиной расчетного располагаемого давления в системе отопления . Расхождение между ними равно
Суммарные потери давление главного циркуляционного кольца не превышают 10% поэтому расчет можно считать законченным.
Суммарные потери давления малого циркуляционного кольца сравниваются с величиной расчетного располагаемого давления в системе отопления . Расхождение между ними равно
Суммарные потери давление малого циркуляционного кольца не превышают 10% поэтому расчет можно считать законченным.
Избыточное давление:
Ризб =Рр –Σ(Rl+Z)общ - Σ(Rl+Z)ст=8000-424055-4778=371167 Па
где Рр – расчетное располагаемое давление в системе отопления;
Σ(Rl+Z)ст – суммарные потери давления в рассчитываемом стояке Па.
Для обеспечения прохождения по стояку расчетного количества теплоносителя Gст необходимо погасить это избыточное давление с помощью дроссельной шайбы диаметр отверстия которой определяется по формуле:dш=3.54= 3.54=31мм.
Запрещается установка дроссельных шайб с диаметром отверстия менее 5 мм следовательно принимаем дроссельную шайбу с диаметром отверстия 5 мм.
Гидравлический расчет главного циркуляционного кольца системы отопления
Гидравлический расчет малого циркуляционного кольца системы отопления
Коэффициенты местных сопротивлений главного циркуляционного кольца
Местное сопротивление
Коэффициент местного сопротивления
Радиатор чугунный М 90-108
Тройник на противоток
Вентиль обыкновенный
Тройник на растекание
Коэффициенты местных сопротивлений малого циркуляционного кольца
Расчет поверхности и числа отопительных приборов
Задача теплового расчета отопительного прибора состоит в определении такой величины его поверхности при которой обеспечивается передача расчетного количества теплоты от теплоносителя внутреннему воздуху помещения.
В проекте расчет выполняется для приборов присоединенных к наиболее удаленному от узла ввода стояку главного циркулирующего кольца. Определяется число и поверхность приборов установленных на первом этаже № 103.
Согласно заданию тип отопительного прибора – радиатор М 90-108
Каждая секция радиатора состоит из двух полых вертикальных колонок эллиптического сечения.
Общая площадь поверхности нагрева отопительных приборов м2 находится по формуле
где – тепловая нагрузка на данный прибор Вт;
– поверхностная плотность теплового потока Втм2.
Требуемая теплоотдача прибора в рассматриваемом помещении определяется по формуле
где – теплопотери помещения Вт;
– суммарная теплоотдача проложенных в пределах помещения нагретых труб стояка и подводок Вт;
– поправочный коэффициент учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов (при открытой прокладке труб .
Суммарную теплоотдачу труб Вт определяют по формуле
где – длина вертикальных и горизонтальных теплопроводов в пределах помещения м;
– теплоотдача 1 м вертикально и горизонтально проложенных труб Втм принимается исходя из диаметра и положения труб а также разности температуры теплоносителя при входе его в рассматриваемое помещение и температуры воздуха в помещении .
Плотность теплового потока прибора Втм2 составит
где – номинальная плотность теплового потока Втм2 (для радиатора равно 802);
– разница между средней температурой воды в приборе и температурой воздуха в помещении С;
– расход воды через прибор кгч;
– экспериментальные числовые показатели выражающие влияние конструктивных и гидравлических особенностей прибора на его коэффициент теплопередачи принимается по табл.6.3 [1].
Средняя температура воды в отопительном приборе равна
где – температура теплоносителя на входе в прибор принимаемая ;
– температура воды на выходе из прибора принимаемая .
Принимаем для расчета самый удаленный от узла ввода стояк 3 помещение 103.
Для подсчитанного расхода значения показателей равны по табл. 6.3 [1] n=03 p=002 c=1039.
Для выбранного помещения согласно плану . Тогда по табл. 6.2 [1] теплоотдача открыто проложенных трубопроводов равна для диаметра 15 мм. Суммарная теплоотдача труб равна
Требуемая теплоотдача прибора в помещении равна
Общая площадь поверхности нагрева равна
Число секций радиаторов устанавливаемых в одном помещении вычисляется по формуле:
-площадь теплоотдающей поверхности одной секции равная для радиаторов 0187 .
Полученное значение округляется до ближайшего большего.
Подбор оборудования теплового пункта.
Система водяного отопления присоединяется к трубопроводам централизованного теплоснабжения с помощью местного теплового пункта. Он предназначен для регулирования расхода и параметров теплоносителя в соответствии с режимом теплопотребления учетом расхода теплоносителя и распределения теплоносителя по отдельным ветвям системы отопления а также заполнения и опорожнения отопительной системы. Тепловой пункт размещается в подвале здания.
В курсовом проекте подбор оборудования сводится к выбору номера элеватора и определению его основных характеристик (диаметр сопла dс и горловин dг ).
При подборе элеватора в качестве исходных величин вычисляются:
-количество теплоносителя циркулирующего в системе отопления кгч
-приведенный расход воды тч
- коэффициент смешения элеватора
где Qзд - расчетная тепловая мощность системы отопления здания Вт;
ΔPp - расчётное располагаемое давление в системе отопления Па.
tг.п. - температура теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления tг.п = 150 ºС; tг = 95 ºС ; tо = 70 ºС.
По полученным значениям Gпр и q с помощью номограммы приведенной в [3] подбираем элеватор с диаметром сопла dс = 3 мм и горловин dг= 15 мм .
СНиП 2.04.05-91*. Отопление вентиляция и кондиционированиеМинстрой России. М.: ГП ЦПП 1994. 68 с.
СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизикаГосстрой СССР. М.: Стройиздат 1983. 136 с.
Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник проектировщика. Ч.1. ОтоплениеПод ред. И. Г. Староверова. М.: Стройиздат 1990. 344 с.
Теплоснабжение: Уч. Пособие для студентов вузовПод ред. В. Е. Козина и др. М.: Высшая школа 1980. 408 с.
.Обеспечение оптимального микроклимата в жилых зданиях отопление. Методические указания. Н.П. Ширяева Е.А. Маляр. ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ» 2007.

тгив.dwg

- манометр; 2-термометр; 3- обратный клапан; 4- регулятор расхода;
- элеватор; 6- грязевик; 7- водомер; 8- клапан подпора.
Аксонометрическая схема
Расчетная схема главного и малого циркуляционного кольца
Схема трубопроводов и оборудования теплового пункта