Проектирование систем отопления и вентиляции бригадного дома с применением ветрооэнергетической установки

1. Графическая часть.dwg

0112-ИК-Балабаново-ИОС 4.С
Аксонометрическая схема системы отопления
Условные обозначения
Направление движения теплоносителя
Переход с одного диаметра на другой
Подающий трубопровод
Обратный трубопровод
Принципиальная технологическая схема системы отопления и ГВС с применением ветроэнергетической установки
Ветроэнергетическая установка
Циркуляционный насос системы отопления
Циркуляционный насос котлового контура
Циркуляционный насос системы ГВС
Гидравлический разделитель с
накопительной функцией
водяной теплообменник
Экспликация помещений
Санузел с умывальнями

2. Текстовая часть.docx

Министерство образования РФ
Тамбовский Государственный Технический университет
Кафедра гидравлики и теплотехники
подпись инициалы фамилия
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине «Нетрадиционные и
возобновляемые источники энергии»
«Проектирование систем отопления и вентиляции бригадного дома с
применением ветрооэнергетической установки»
(подпись дата)(инициалы фамилия)
Специальность 140106
Обозначение курсовой работы 140106-СЭП51з-067
(подпись дата) (инициалы фамилия)
Министерство образования и науки
Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
подписьинициалы фамилия
на курсовую работу по дисциплине
«Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
Студенткод 140106-группа СЭП-51з
Тема: «Проектирование систем отопления и вентиляции бригадного дома с применением малой ветроэнергетической установки»
Срок предоставления работы к защите
Исходные данные для проектирования (приводятся в соответствии с вариантом)
Перечень разделов пояснительной записки
3. Теплотехническая оценка ограждающих конструкций здания
4 Проверка стен на отсутствие конденсации влаги
5. Расчет основных и дополнительных теплопотерь через ограждающие конструкции здания
6. Расчет теплопоступлений
7. Расчет тепловой мощности систем отопления
8. Расчет площади поверхности и числа отопительных приборов
9. Гидравлический расчет системы отопления. Определение диаметров трубопроводов
10. Тепловая нагрузка системы горячего водоснабжения
11. Расчет системы вентиляции
12. Расчет нетрадиционного источника энергии
14. Список используемых источников
Перечень графического материала:
1. Фасад и план здания с основными размерами (А3)
2. Аксонометрическая схема системы отопления (А3)
3. Технологическая схема ветроэнергетической установки (А2)
подпись датаинициалы фамилия
Задание принял к исполнению
Теплотехническая оценка ограждающих конструкций здания6
1.Определение нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания6
2.Определение условий эксплуатации ограждающих конструкций7
3.Определение приведенных значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания7
3.1.Приведенное значение сопротивления теплопередаче наружных стен8
3.2.Приведенное значение сопротивления теплопередаче пола9
3.3.Приведенное значение сопротивления теплопередаче кровли13
3.4.Приведенное значение сопротивления теплопередаче окон13
3.5.Приведенное значение сопротивления теплопередаче наружных дверей13
4.Оганичение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции14
5.Сверка параметров ограждающих конструкций здания15
Теплотехнический расчет здания17
1.Расчет основных и добавочных теплопотерь через ограждающие конструкции здания17
2.Определение требуемого сопротивления воздухопроницания ограждающих конструкций.20
3.Расчет теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции21
4.Расчет бытовых теплопоступлений25
5.Определение суммарной нагрузки на систему отопления.25
Расчет мощности и числа отопительных приборов27
Гидравлический расчет системы отопления31
Расчет тепловой нагрузки системы горячего водоснабжения37
1.Расчет системы вентиляции39
Расчет нетрадиционного источника энергии39
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ43
Проектирование системы отопления и вентиляции является одной из ключевых инженерных задач грамотное решение этой задачи позволяет поддерживать внутри помещений условия для комфортного пребывания в них людей. В условиях нашего климата ошибки на этапе проектирования системы отопления крайне опасны.
Централизованная система теплоснабжения крайне популярная до некоего времени в нашей стране теряет свои позиции. В некоторых районах экономически целесообразно отказаться от этой системы в пользу местных систем отопления имеющих в разы меньшую длину трубопроводов предполагающих отсутствие компаний-посредников и не имеющих бесполезных потерь теплоты при грамотном проектировании. Кроме того местные системы отопления возможно совмещать или же полностью замещать энергосистемами на базе нетрадиционных источников теплоты.
Везде есть свои плюсы и минусы. Возобновляемые источники энергии позволяют черпать тепло буквально «из воздуха» в то же время подобные технологические процессы не получили серийного распространения в нашей стране в связи с весомой капиталоемкостью на начальном этапе.
В данной работе мы рассмотрим возможность организации отопления горячего водоснабжения и вентиляции на базе экзотической системы – ветроэнергетической установки.
Бригадный дом предназначен для строительства в сельской местности на центральных усадьбах или отделениях совхозов и колхозов.
Основные размеры здания: a = 15400 мм; b = 2300 мм;
Бесчердачная конструкция
Три слоя рубероида на битумной мастике
Пароизоляция из двух
Панель железобетонная пустотелая
Окна с двойным остеклением
Двери деревянные однопольные
Район строительства: Косторома;
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 092: минус 31 °C;
Средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С: минус 39 °C;
Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С: 222 суток;
Ориентация фасада: Ю;
Система отопления: Центральная водяная двухтрубная с верхней разводкой t1 = 85 оС t0 = 65 оС насосная или безнасосная;
Нагревательные приборы: Регистры из гладких труб диаметром 140 мм Z = 3 l = 2 м.
Теплотехническая оценка ограждающих конструкций здания
1.Определение нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания
В соответствии с [1] нормами установлены следующие показатели тепловой защиты здания:
- приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;
- санитарно-гигиенический включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы.
Приведенное сопротивление теплопередаче м2·°CBт ограждающих конструкций следует принимать не менее нормируемых значений м2·°CВт определяемых по таблице 4 [1] в зависимости от градусо-суток района строительства °С·сут.
Градусо-сутки отопительного периода определим по формуле:
где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания °С; примем = 20 °C.
- средняя температура наружного воздуха °С и продолжительность сут отопительного периода принимаемые по [2] для г. Кострома; = -39 °C = 222 сут.
Таким образом по формуле (1):
В соответствии с примечанием к таблице 4 [1] для бытовых зданий справедлива формула:
со следующими коэффициентами:
для стен: = 00003 = 12;
для покрытий: = 00004 = 16;
для окон: = 000005 = 02.
Таким образом для наружных стен нормируемое значение сопротивления теплопередаче равно:
для дверей (в соответствии с п. 5.7 [1]):
2.Определение условий эксплуатации ограждающих конструкций
В соответствии с [4] относительная влажность в здании бригадного дома не должна превышать шестидесяти процентов. Следовательно по таблице 1 [3] принимаем сухой режим помещений. Далее по таблице приложения 2 [3] принимаем условия эксплуатации ограждающих конструкций «А».
3.Определение приведенных значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания
В соответствии с п. 2.6 [3] сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции следует определять по формуле:
где – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимаемый по табл. 4* [3] Вт(м2·°C).
– коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции принимаемый по табл. 6* [3] Вт(м2·°C);
- термическое сопротивление ограждающей конструкции м2·°CВт определяемое: однородной (однослойной) - по формуле (4) неоднородной – по формуле (5).
Термическое сопротивление м2·°CВт слоя многослойной ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции следует определять по формуле:
- расчетный коэффициент теплопроводности материала i-го слоя Вт(м2·°C).
3.1.Приведенное значение сопротивления теплопередаче наружных стен
Коэффициенты теплопроводности и толщина элементов входящих в конструкцию наружных стен:
строганные доски = 014 Вт(м2·°C); = 0017 м;
строительная бумага = 021 Вт(м2·°C); = 0003 м;
наружные доски = 014 Вт(м2·°C); = 0015 м;
воздушный слой = 015 м2·°CВт; = 0014 м;
два слоя д.с.п = 023 Вт(м2·°C); = 003 м;
два слоя д.с.п. = 023 Вт(м2·°C); = 003 м;
внутренние доски = 014 Вт(м2·°C); = 0015 м;
сухая штукатурка = 076 Вт(м2·°C); = 0014 м;
Тогда совместив формулы (3) и (4) получим:
3.2.Приведенное значение сопротивления теплопередаче пола
Приведенное термическое сопротивление неоднородной ограждающей конструкции определяется следующим образом:
Плоскостями параллельными направлению теплового потока ограждающая конструкция (или часть ее) условно разрезается на участки из которых одни участки могут быть однородными (однослойными) - из одного материала а другие неоднородными - из слоев различных материалов и термическое сопротивление ограждающей конструкции определяется по формуле:
где и – соответственно площади м2 и термические сопротивления м2·°CВт отдельных участков конструкции.
Плоскостями перпендикулярными направлению теплового потока ограждающая конструкция условно разрезается на слои из которых одни слои могут быть однородными - из одного материала а другие неоднородными - из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление ограждающей конструкции определяется как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев:
Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции следует определять по формуле:
Примем шаг между лагами равным одному метру. Ширину лаги примем равной ста пятидесяти миллиметрам. Для расчета приведенного значения сопротивления теплопередаче пола на лагах условно примем два участка и три слоя по предложенной выше методике.
Коэффициенты теплопроводности и толщина элементов входящих в конструкцию пола:
доски = 014 Вт(м2·°C); = 0037 м;
битум = 017 Вт(м2·°C); = 0002 м;
лага = 014 Вт(м2·°C); = 005 м;
бетон В 75 = 174 Вт(м2·°C); = 01 м;
воздушная прослойка (второй участок) = 022 м2·°CВт.
Разделим конструктивный элемент плоскостями параллельными направлению теплового потока.
Площади участка I участка II соответственно составляют:
Определим сопротивление теплопередаче участка I:
Определим сопротивление теплопередаче участка II:
Определим значение м2·°CВт для пола на лагах по формуле (5):
Теперь разделим конструктивный элемент плоскостями перпендикулярными направлению теплового потока.
Определим сопротивление теплопередаче слоя 1:
Определим сопротивление теплопередаче слоя 2 по формуле (5):
Определим сопротивление теплопередаче слоя 3:
Определим значение м2·°CВт для пола на лагах по формуле (6):
Приведенное термическое сопротивление конструкции пола на лагах определим по формуле (7):
Приведенное термическое сопротивление пола бригадного дома определим по формулам и рекомендациям [6]:
Для расчета сопротивления теплопередаче конструкций расположенных на грунте применяют упрощенную методику. Поверхность пола и стен (при этом пол рассматривается как продолжение стены) по грунту делится на полосы шириной два метра параллельные стыку наружной стены и поверхности земли. Отсчет зон начинается по стене от уровня земли а если стен по грунту нет то зоной I является полоса пола ближайшая к наружной стене. Следующие две полосы будут иметь номера II и III а остальная часть пола составит зону IV. Для каждой зоны неутепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:
Приведенное термическое сопротивление пола на лагах по каждой зоне определяется по формуле:
где - приведенное термическое сопротивление пола на лагах
- сопротивление теплопередаче неутепленного пола
- приведенное термическое сопротивление конструкции пола на лагах м2·°CВт.
Подставим значения в формулу (8). Для зоны I:
Среднее приведенное термическое сопротивление пола на лагах (всех зон в соответствии с площадью занимаемой каждой зоной) определяется по формуле:
где – площади соответствующих зон м2; исходя из плана здания:
Определим среднее приведенное термическое сопротивление пола на лагах по формуле (9):
3.3.Приведенное значение сопротивления теплопередаче кровли
Коэффициенты теплопроводности и толщина элементов входящих в конструкцию кровли:
рубероид = 017 Вт(м2·°C); = 0005 м;
пенобетон = 0067 Вт(м2·°C); = 02 м;
рубероид = 017 Вт(м2·°C); = 00015 м;
железобетон = 192 Вт(м2·°C); = 02 м.
3.4.Приведенное значение сопротивления теплопередаче окон
Для окон с двойным остеклением по [3] приведенное сопротивление теплопередаче равно:
3.5.Приведенное значение сопротивления теплопередаче наружных дверей
Коэффициенты теплопроводности и толщина элементов входящих в конструкцию наружных дверей:
Сосна и ель поперек волокон = 014 Вт(м2·°C); = 04 м;
4.Оганичение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции
В соответствии с п. 5.8. [1] расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин и определяется по формуле:
где - коэффициент учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;
– расчетная температура внутреннего воздуха °C
- расчетная температура наружного воздуха °C
- приведенное сопротивление теплопередаче конкретной ограждающей конструкции м2·°CВт;
– то же что и в формуле (3).
Кроме того температура внутренней поверхности ограждающей конструкции (за исключением вертикальных светопрозрачных конструкций) должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года а температура внутренней поверхности конструктивных элементов остекления окон зданий должна быть не ниже плюс 3 °С
Для общественных административных и бытовых зданий нормируемые температурные перепады равны для наружных стен:
для покрытий и чердачных перекрытий:
для пола на лагах – не нормируется;
По справочным данным температура точки росы при заданных параметрах микроклимата в помещении составляет плюс четыре градуса Цельсия следовательно данный параметр никак не отразится на дальнейших расчетах.
Преобразуем формулу (10) и определим требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций исходя из условий ограничения температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности. Для наружных стен:
5.Сверка параметров ограждающих конструкций здания
Сведем в таблицу значения полученные в предыдущих разделах:
Таблица 1 - Нормируемые и приведенные значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
Ограждающая конструкция
Как видно из таблицы наружные стены покрытия и окна не соответствуют условиям энергоэффективности.
Включим в конструкцию наружных стен дополнительно мат минераловатный с параметрами:
= 0064 Вт(м2·°C); = 012 м.
Тогда уточненное приведенное значение сопротивления теплопередаче стен составит:
что удовлетворяет условиям энергоэффективности.
Включим в конструкцию кровли дополнительно мат минераловатный с параметрами:
= 0064 Вт(м2·°C); = 01 м.
Тогда уточненное приведенное значение сопротивления теплопередаче кровли составит:
В качестве остекления примем двухкамерный стеклопакет из обычного стекла. Его сопротивление теплопередаче составляет:
Теплотехнический расчет здания
1.Расчет основных и добавочных теплопотерь через ограждающие конструкции здания
В соответствии с [7] основные и добавочные потери теплоты следует определять суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции по формуле:
где - расчетная площадь
- сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции м2·°CВт;
- расчетная температура внутреннего воздуха °C; примем для помещений комфортную температуру
- расчетная температура наружного воздуха °C;
– добавочные потери теплоты в долях от основных потерь;
- коэффициент принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.
Добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции следует принимать:
В помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные стены двери и окна обращенные на север восток северо-восток северо- запад в размере 01. На юго-восток и запад – в размере 005.
В угловых помещениях дополнительно по 005 на каждую стену дверь и окно.
Через наружные двери не оборудованные воздушно-тепловыми завесами при высоте от средней планировочной отметки земли до верха здания в размере 022·H – для одинарных дверей.
Для удобства расчет ограждающих конструкций на тепловые потери по формуле (11) представим в виде таблицы:
Таблица 2 – Теплотехнический расчет здания.
Добавки к теплопотерям %
Общий добавочный множитель
На число наружных стен
Таким образом суммарные основные и добавочные потери теплоты равны = 11457 Вт
2.Определение требуемого сопротивления воздухопроницания ограждающих конструкций.
Требуемое сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций определим в соответствии с [8] и [1] по формулам для наружных стен:
для окон (при = 10 Па):
где - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций Па;
- разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях светопрозрачных ограждающих конструкций при которой определяется сопротивление воздухопроницанию
- нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций принимаемая равной:
Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций определим по формуле:
где – высота высота здания м;
- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха Нм3;
- максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь мс;
Удельный вес воздуха определяется по эмпирической формуле:
где t – расчетная температура воздуха °C.
Определим удельный вес наружного воздуха по формуле (16):
определим удельный вес внутреннего воздуха:
Определим разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций по формуле (15):
Тогда по формулам (12) (13) (14) требуемое сопротивление воздухопроницанию составит для наружных стен:
3.Расчет теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции
В соответствии с [7] расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха следует определять по формуле:
где – расход инфильтрующегося воздуха кгч;
– удельная теплоемкость воздуха равная = 1 кДж(кг·°C)
- расчетная температура внутреннего воздуха °C;
- коэффициент учета влияния встречного теплового потока принимаемый равным = 1.
В соответствии с [9] расход инфильтрующегося воздуха в помещение через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле:
где – площадь соответственно
- разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций Па; для простоты расчетов примем что каждая рассматриваемая конструкция находится на отметке первого этажа следовательно примем это значение равным полученному по формуле (15).
– то же что и в формуле (14);
– фактическое сопротивление воздухопроницанию соответственно i-ой светопрозрачной конструкции и i-ой двери или секции ворот.
Необходимо отметить что формула (18) не учитывает инфильтрацию через наружные стены так как обычно их воздухопроницание ничтожно мало по сравнению с остальными конструкциями и в расчетах не учитывается.
Для соблюдений условий энергетической эффективности примем фактическое сопротивление воздухопроницанию конструкций равным требуемому:
Для удобства расчет ограждающих конструкций на инфильтрацию по формулам (13)-(18) представим в виде таблицы:
Таблица 3 – Расчет расхода теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха.
Таким образом суммарные потери теплоты на инфильтрацию = 3059 Вт
4.Расчет бытовых теплопоступлений
В соответствии с [1] бытовые тепловыделения учитываются по расчетному числу людей с расчетом
и по установочной мощности освещения.
Примем число людей постоянно присутствующих в здании равным
а установочную мощность освещения
Таким образом суммарные теплопоступления составят:
= 8·90 + 1200 = 1920 Вт.
5.Определение суммарной нагрузки на систему отопления.
Подытожив предыдущие разделы определим суммарные потери тепла зданием по формуле:
где – значения полученные в предыдущих разделах;
– коэффициент запаса мощности.
В соответствии с приложением 12 [7] требуемая суммарная нагрузка на систему отопления определяется по формуле:
где – часть расчетных потерь теплоты Вт возмещаемых отопительными приборами;
– коэффициент учета дополнительного теплового потока за счет округления сверх расчетной величины; примем
– коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами расположенными у наружных ограждений для регистра из гладких труб по таблице 2 приложения 12 [7] прием как для радиатора:
– дополнительные потери теплоты при остывании теплоносителя в подающих и обратных магистралях проходящих в неотапливаемых помещениях Вт;
- часть расчетных потерь теплоты Вт возмещаемых поступлением теплоты от трубопроводов проходящих в отапливаемых помещениях. При этом необходимо помнить что в соответствии с п. 3.46 [7] необходимо учитывать девяносто процентов расчетного теплового потока от трубопроводов.
Неотапливаемых помещений в составе здания не имеется следовательно:
Теплоотдача открыто проложенных в пределах помещений труб определяется по формуле:
– длина i-й трубы м.
Часть выражения (20) представим в виде:
где – требуемая мощность отопительных приборов с учетом полезной теплоотдачи трубопроводов и добавочных коэффициентов.
Для соблюдения правил теплового баланса необходимо выполнение условия:
где – фактическая мощность одного прибора Вт
– число отопительных приборов.
Расчет мощности и числа отопительных приборов
В соответствии с разделом 9.3 [8] фактическая теплопередача отопительного прибора определяется по формуле:
где – номинальный условный тепловой поток прибора Вт;
– комплексный коэффициент приведения к расчетным условиям для теплоносителя воды определяется по формуле:
где – разность средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха ºС;
– расход воды через прибор кгч;
– коэффициент учета атмосферного давления; примем = 1;
– коэффициент учета направления движения теплоносителя воды в приборе снизу-вверх; примем = 1;
n p c – экспериментальные числовые показатели зависящие от направления движения и расхода воды через отопительный прибор для регистра из гладких труб при движении теплоносителя сверху вниз составляют:
360 – соответственно ºС и кгч температура и расход воды через прибор при стендовых испытаниях (расчетные условия первого типа).
Разность средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха определяется по формуле:
где – температура теплоносителя в подающем трубопроводе ºС
– падение температуры до рассматриваемого прибора ºС
- температура теплоносителя в обратном трубопроводе ºС
- расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания °С;
Требуемое число рядов труб в регистре:
где – номинальный условный тепловой поток одной трубы регистра Вт;
– число труб в регистре в соответствии с заданием
– коэффициент учета числа секций в приборе примем
– коэффициент учета способа установки регистра. Примем открытую установку:
где – длина регистра м в соответствии с заданием
Для удобства преобразуем формулы (24) и (27) в виде:
Необходимо помнить что при использовании устаревшей литературы номинальная мощность отопительного прибора (или одной секции) задается как правило в размерности эквивалентного квадратного метра (экм). Эта величина по сути равна отношению тепловой мощности отопительного прибора (или одной секции) при расчетных условиях второго типа к принятой для удобства ранее величине
При этом расчетными условиями второго типа являются:
Площадь поверхности при испытаниях приблизительно составляет
Разность средней температуры теплоносителя и окружающего воздуха
Расход теплоносителя через прибор при расчетных условиях второго типа составляет:
= 174 (кгч)экм = 348 кгч;
В справочной литературе для одного метра гладкой трубы диаметром сто пятьдесят миллиметров при числе рядов труб более двух:
Следовательно теплопередача одного метра гладкой трубы диаметром сто пятьдесят миллиметров при числе рядов труб более двух при расчетных условиях второго типа составит:
Приведем теплопередачу одного метра трубы змеевика к расчетным условиям первого типа. Совместим формулы(25) и(28) учитывая что = = = = 1:
Подставим значения в формулу (29):
При определении фактической теплопередачи отопительного прибора необходимо учитывать падение температуры в подающих участках трубопровода до места установки прибора. В соответствии с разделом 9.4 [8] среднее падение температуры в подающей теплоизолированной магистрали составит:
Определим разность средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха по формуле (26):
Примем в первом приближении расход через прибор равным:
и подставим все известные значения в формулу (25):
Тогда по формуле (28):
В первом приближении примем к установке
Определим полезную теплоотдачу от труб проложенных в помещении.
Примем что разводящая магистраль теплоизолирована следовательно ее тепло не используется. Примем во внимание тепло от подводок к отопительным приборам; тогда выражение (21) примет вид:
где – тепловая мощность подводки к одному прибору Вт;
Тепловая мощность подводки к одному прибору вычисляется по формуле:
где – соответственно теплоотдачи подающих горизонтальных и вертикальных труб Втм;
- соответственно теплоотдачи обратных горизонтальных и вертикальных труб Втм;
– длины этих труб м.
Примем подводки условным диаметром пятнадцать и длиной один метр; найдем их параметры при = 84 ºС и = 65 ºС:
По формуле (30) определим полезную теплоотдачу от трубопроводов:
Проверим выполнение условия (23):
· = 1628 · 10 = 16280 Вт
Условие (23) соблюдается следовательно расчет количества отопительных приборов был произведен верно.
Фактическую суммарную нагрузку на систему отопления определим по формуле:
Гидравлический расчет системы отопления
В соответствии с заданием принята система отопления центральная водяная двухтрубная с верхней разводкой. Для упрощения гидравлического расчета примем систему с попутным движением теплоносителя. В соответствии с параграфом 8.3 [9] при гидравлическом расчете системы отопления с попутным движением воды в магистралях расчет производится не только для основного циркуляционного кольца но и двух второстепенных – через ближний и дальний прибор.
Уточним расход теплоносителя через отопительный прибор по формуле:
где – фактическая мощность отопительного прибора рассчитанная в предыдущем разделе Вт
87 – удельная теплоемкость воды Дж(кг·ºС);
– то же что и в предыдущем разделе ºС.
Гидравлический расчет системы будем вести по удельным линейным потерям давления.
В соответствии с разделом 10.9 [8] среднее ориентировочное значение удельной потери давления определяется по формуле:
где – ориентировочная доля местных потерь в системе; примем
– располагаемый перепад давления в системе Па. Примем
– суммарная длина трассы (всех расчетных участков) м. В соответствии с планом
Определим среднее ориентировочное значение удельной потери давления по формуле (33):
На это значение будем ориентироваться в дальнейшем при определении линейного падения давления.
В соответствии с параграфом 49 [10] падение давления вызванное трением и местными сопротивлениями измеряется в долях динамического давления и выражается формулой:
где – коэффициент гидравлического трения определяющий в долях динамического давления линейную потерю давления на длине трубопровода равной его диаметру;
– длина участка сети м;
– сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке определяется по справочным данным;
– скорость жидкости в трубопроводе мс;
– плотность жидкости кгм3; примем
– внутренний диаметр трубопровода м;
– линейное падение давления вследствие трения о стенки трубы Пам;
– падение давления на преодоление местных сопротивлений Па.
В соответствии с параграфом 50 [10] коэффициент гидравлического трения подчиняется различным алгоритмам в зависимости от режима течения жидкости.
Для гидравлически гладких труб:
где – число Рейнольдса определяющее режим течения.
В переходной области течения коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:
где – абсолютная шероховатость трубопровода = 02 мм.
В области квадратичного закона коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:
Первое переходное число Рейнольдса определяющее переход от области гладких труб к переходной области определяется по формуле:
Второе переходное число Рейнольдса от переходной области к области квадратичного закона определяется по формуле:
Таким образом при определении коэффициента гидравлического трения определяется фактическое число Рейнольдса по формуле
где – кинематический коэффициент вязкости м2с примем
сравнивается со значениями полученными по формулам (38) и (39) после чего выбирается расчетная формула (35) (36)или (37).
Коэффициенты местных сопротивлений в соответствии с таблицей II.11 [8]
Таблица 4 – Коэффициенты местных гидравлических сопротивлений
Внезапное расширение
Скорость жидкости в трубопроводе определим по формуле:
где – расход теплоносителя на i-том участке кгч.
Вследствие громоздкости расчетов по формулам (33) - (41) представим расчеты в виде таблицы:
Таблица 5 – Гидравлический расчет системы отопления
Падение давления в основном циркуляционном кольце (через пятый прибор по ходу движения теплоносителя в подающем трубопроводе) определяется как сумма падений давлений на участках 1-5; Р1 и 5’-10’:
Падение давления через ближайший прибор по ходу движения теплоносителя в подающем трубопроводе определяется как сумма падений давлений на участках 1; 1’-10’.
Падение давления через дальний прибор по ходу движения теплоносителя в подающем трубопроводе определяется как сумма падений давлений на участках 1-10; 10’.
Как мы видим падение давления через ближайший прибор превышает падение давления через дальний прибор причем максимальным падением давления является падение давления через пятый прибор. Это связано большим числом местных сопротивлений на обратном трубопроводе. Избытки давления на отопительных приборах будут гаситься при помощи регулировочной арматуры установленной на этих приборах.
Получившаяся большая потеря давления меньше расчетного располагаемого перепада давлений:
следовательно расчет произведен верно.
Расчет тепловой нагрузки системы горячего водоснабжения
Наиболее рациональным решением проблемы горячего водоснабжения в нашем случае станет установка емкостного водонагревателя сглаживающего по сути неравномерность пользования горячей водой. В таком случае достаточно будет произвести расчет среднего часового расхода воды. В пиковых же режимах потребность в горячей воде будет компенсироваться за счет воды накопленной в емкостном водоподогревателе.
В соответствии с [11] средний часовой расход горячей воды за период (сутки смена) максимального водопотребления следует определять по формуле:
где - норма расхода горячей воды л потребителем в сутки (смену) наибольшего водопотребления; для бригадного дома по приложению 3 [11] примем
- число водопотребителей; примем
- расчетный период ч; примем длину смены
Таким образом по формуле (42):
Тепловую нагрузку системы горячего водоснабжения определим по формуле:
где – температура горячей воды °C; в соответствии с требованием [11] принимаем
- температура холодной воды °C; примем
1.Расчет системы вентиляции
В соответствии с приложением М [12] для зданий общественных и административных минимальный расход наружного воздуха в расчете на одного человека принимается равным:
Расчетное число людей примем как и в предыдущем разделе:
Таким образом необходимый расход воздуха определим по формуле:
Подставим значения в формулу (44):
Как мы видим необходимый расход воздуха меньше расхода поступающего с инфильтрацией. Следовательно необходимо предусмотреть мероприятия направленные на увеличение воздухообмена такие как естественное проветривание через форточки и фрамуги.
Расчет нетрадиционного источника энергии
В качестве нетрадиционного источника энергии примем ветроэнергетическую установку.
Технологическая схема системы отопления и горячего водоснабжения бригадного дома на базе ветроэнергетической установки состоит из собственно ветрогенератора вырабатывающего нестабилизованную электроэнергию для питания электрического котла бака-аккумулятора для запаса тепловой энергии при перерывах в работе ветроустановки водяного водоподогревателя для работы на систему ГВС. Бак-аккумулятор также выполняет функцию гидравлического разделителя разграничивая контуры отопления теплоснабжения системы ГВС и котловой контур.
Необходимая электрическая мощность ветроэнергетической установки составит:
= 18143 + 3140 = 21283 Вт.
В соответствии с [2] примем среднюю скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха менее восьми градусов Цельсия равной
Воспользуемся приведенной в [13] методикой расчета ветроэнергетической установки. Мощность развиваемая ветроколесом определяется по формуле:
где – параметр характеризующий эффективность использования ветроколесом энергии ветра; по указаниям [2] для современных ветроагрегатов примем
– ометаемая площадь ветроколеса м2;
– плотность воздуха кгм3 примем
Подставим вместо переменной переменную представим ометаемую площадь через диаметр ветроколеса и представим уравнение относительно диаметра ветроколеса:
Решим уравнение (47):
Определимся с другими характеристиками агрегата. Оптимальный коэффициент быстроходности находится по формуле:
где – число лопастей ветроагрегата.
Примем число лопастей равным двум.
Тогда по формуле (48):
Коэффициент быстроходности находится по формуле:
где – окружная скорость удаленной точки ветроколеса мc;
Представим формулу (49) в виде:
– диаметр ветроколеса м;
– угловая скорость ветроколеса с-1.
Подставим вместо переменной переменную и перепишем уравнение (50) относительно :
Решим уравнение (51):
В результате расчетов было установлено что для покрытия мощности на систему отопления и горячего водоснабжения необходима ветроэнергетическая установка с числом лопастей равным двум;
диаметром ветроколеса
расчетной угловой скоростью
В заключение подытожим предыдущие разделы.
В рамках данной курсовой работы было выполнено следующее:
- Был произведен расчет ограждающих конструкций зданий в частности расчет нормируемых и фактических сопротивлений теплопередачи расчет на ограничение конденсации влаги расчет инфильтрации теплопоступлений; расчет потерь теплоты зданием в целом.
- Была уточнена тепловая мощность отопительных приборов полезная теплопередача трубопроводов внутри здания; подобрано необходимое количество отопительных приборов.
- Была рассчитана гидравлическая сеть системы отопления в соответствии с заданной схемой разводки и принятой трассировкой; подобраны диаметры трубопроводов.
- Были рассчитаны системы вентиляции и горячего водоснабжения; определена суммарная мощность систем отопления и ГВС.
- В соответствии с потребной мощностью была разработана схема с использованием ветроэнергетической установки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. – Взамен СНиП II-3-79*; Приняты постановлением Госстроя РФ от 26.06.2003 N 113.
СНиП 23-01-99. Строительная климатология. - Взамен СНиП 2.01.01-82; Введены в действие с 1 января 2000 г. постановлением Госстроя России от 11.06.99 г. № 45.
СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника; в ред. Изменений утв. Постановлением Госстроя СССР от 19.12.1985 N 241N 3 введенного в действие постановлением Минстроя РФ от 11.08.1995 N 18-81 иN 4 утв. Постановлением Госстроя РФ от 19.01.1998 N 18-8.
ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.введения 1989-01-01.
ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении.введения 01.03.1999.
Малявина Е.Г. Теплопотери здания. Справочное пособие. М. «АВОК-ПРЕСС» 2007.
СНиП 2.04.05-91*. Отопление вентиляция и кондиционирование. - Является переизданием СНиП 2.04.05-91 с изменением № 1 утвержденным постановлением Госстроя России от 21 января 1994 г. № 18-3 и изменением № 2 утвержденным постановлением Госстроя России от 15 мая 1997 г. № 18-11.
Богословский В. Н. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В трех частях. Ч. I. Отопление В.Н. Богословский Б.А. Крупнов А.Н. Сканави и др. – М.: Стройиздат 1990. – 344 с.
Сканави А. Н. Отопление А. Н. Сканави Л.М. Махов. – М.: АСВ 2002. – 576 с.
Каменев П. Н. Отопление и вентиляция. Учебник для вузов. В 2-х ч. Ч. I. Отопление. Изд. 3-е перераб. и доп.П. Н. Каменев А. Н. Сканави В. Н. Богословский и др. – М.: Стройиздат 1975. - 483 с.
СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий. - Является переизданием СНиП 2.04.01-85 с изменениями № 1 2 утвержденными постановлением Госстроя СССР от 28 ноября 1991 г. № 20 от 11 июля 1996 г. № 18-46 и поправками введенными письмом Госстроя СССР от 6 мая 1987 г. № АЧ-2358-8.
СНиП 41-01-2003. Отопление вентиляция и кондиционирование. – принят и введен в действие с 01.01.2004 г. постановлением Госстроя России от 26 июня 2003 г. № 115.
Твайделл Дж. Возобновляемые источники энергииДж. Твайделл А. Уэйр. – М.: Энергоатомиздат. 1990. - 392 с.