Проектирование систем отопления и вентиляции кафе с применением биоэнергетической установки

1. Графическая часть.dwg

0112-ИК-Балабаново-ИОС 4.С
Условные обозначения
Направление движения теплоносителя
Горизонтальная ветвь
Гидравлические параметры горизонтальных ветвей 2 и 3 аналогичны параметрам горизонтальной ветви 1
Экспликация помещений

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 кафе с применением биоэнергетической установки»
(подпись дата)(инициалы фамилия)
Специальность 140106
Обозначение курсовой работы 140106-СЭП51з-103
(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 кафе с применением биоэнергетической 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 биоэнергетической 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 чердачного перекрытия10
3.4.Приведенное значение сопротивления теплопередаче окон11
3.5.Приведенное значение сопротивления теплопередаче наружных дверей11
4.Оганичение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции12
5.Сверка параметров ограждающих конструкций здания13
Теплотехнический расчет здания14
1.Расчет основных и добавочных теплопотерь через ограждающие конструкции здания14
2.Определение требуемого сопротивления воздухопроницания ограждающих конструкций.17
3.Расчет теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции18
4.Расчет бытовых теплопоступлений22
5.Определение суммарной нагрузки на систему отопления.22
Расчет мощности и числа отопительных приборов24
Гидравлический расчет системы отопления30
Расчет тепловой нагрузки системы горячего водоснабжения35
1.Расчет системы вентиляции36
Расчет нетрадиционного источника энергии37
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ39
На настоящий момент перед энергетической отраслью России стоит ряд задач в частности: привести к минимуму затраты энергии на теплоснабжение как промышленных так и жилых объектов; исключить нерациональное использование ресурсов; внедрить по возможности в энергосистему современные мировые разработки дабы она соответствовала запросам настоящего времени и не представляла собой анахронизм распростершийся от Европы до берегов Тихого океана.
За последнее время многое уже изменилось.
В связи с повышением требований к теплотехническим характеристикам зданий ни одно новое строительство не обходится без теплоизоляционных материалов снижающих потерю теплоты до рационального минимума.
Появилась альтернатива централизованной системе теплоснабжения – небольшие энергетические установки обслуживающие целые здания или квартиры.
Появилась альтернатива и старожилам топливно-энергетического комплекса – нетрадиционные источники энергии.
Одним из многообещающих направлений в нетрадиционной энергетике является применение возобновляемых биоресурсов для производства аналогов полезных ископаемых – нефти и газа; использование биологических отходов для производства энергии. Наша страна занимающая наибольшую площадь в мире и традиционно тесно связанная с сельским хозяйством является перспективным плацдармом для внедрения технологий подобного рода.
Существует и множество других проблем энергетического развития нашей страны но все их невозможно рассмотреть в рамках одной работы.
Здание кафе. Вариант №1.
Основные размеры здания: a = 1770 мм; b = 8490 мм;
Штукатурка известко-во-цементная
Кирпич силикатный по ГОСТ 530-2007
Штукатурка известко-вая
Конструкция покрытия
Асбоцементные волокнистые плиты
Окна с двойным остеклением
Двери деревянные двупольные
Район строительства: Брянск;
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 092: минус 26 °C;
Средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С: минус 23 °C;
Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С: 205 суток;
Ориентация фасада: ЮВ;
Система отопления: Центральная водяная однотрубная с верхней разводкой t1 = 80 оС t0 = 65 оС насосная или безнасосная;
Нагревательные приборы: Змеевики из гладких труб диаметром 32 мм
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 = 22 °C;
- средняя температура наружного воздуха °С и продолжительность сут отопительного периода принимаемые по [2] для г. Брянск; = -23 °C = 205 сут.
Таким образом по формуле (1):
В целях повышения комфортности примем для здания кафе параметры ограждающих конструкций как для здания жилого. В соответствии с примечанием к таблице 4 [1] для жилых зданий справедлива формула:
со следующими коэффициентами:
для стен: = 000035 = 14;
для перекрытий чердачных: = 000045 = 19;
для окон: = 0000075 = 015.
Таким образом для наружных стен нормируемое значение сопротивления теплопередаче равно:
для перекрытий чердачных:
для дверей (в соответствии с п. 5.7 [1]):
2.Определение условий эксплуатации ограждающих конструкций
В соответствии с [4] относительная влажность в здании кафе являющегося общественным зданием не должна превышать шестидесяти процентов. Следовательно по таблице 1 [3] принимаем сухой режим помещений. По рисунку 2 [2] принимаем нормальную зону влажности для г. Брянск. 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).
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:
штукатурка известково-цементная = 07 Вт(м2·°C); = 001 м;
кирпич силикатный = 076 Вт(м2·°C); = 048 м;
штукатурка известковая = 07 Вт(м2·°C); = 0008 м;
Тогда совместив формулы (3) и (4) получим:
3.2.Приведенное значение сопротивления теплопередаче пола
Коэффициенты теплопроводности и толщина элементов входящих в конструкцию пола:
цементная стяжка = 076 Вт(м2·°C); = 0018 м;
бетон B 75 = 174 Вт(м2·°C); = 01 м.
Приведенное термическое сопротивление конструкции пола определим совместив формулы (3) и (4):
Приведенное термическое сопротивление пола здания кафе 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 по грунту определяется по формуле:
где - приведенное термическое сопротивление пола на лагах
- сопротивление теплопередаче неутепленного пола
- приведенное термическое сопротивление конструкции пола по грунту м2·°CВт.
Подставим значения в формулу (5). 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 по грунту по формуле (6):
3.3.Приведенное значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия
Коэффициенты теплопроводности и толщина элементов входящих в конструкцию чердачного перекрытия:
минеральный войлок = 0064 Вт(м2·°C); = 018 м;
строительная бумага = 015 Вт(м2·°C); = 0002 м;
щит из досок = 014 Вт(м2·°C); = 0021 м;
сухая штукатурка = 07 Вт(м2·°C); = 0014 м.
Для чердачного перекрытия:
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); = 06 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 зданий нормируемые температурные перепады равны для наружных стен:
для покрытий и чердачных перекрытий:
для пола на грунте – не нормируется;
По справочным данным температура точки росы при заданных параметрах микроклимата в помещении составляет плюс шесть градусов Цельсия следовательно данный параметр никак не отразится на дальнейших расчетах.
Преобразуем формулу (7) 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
Чердачное перекрытие
Как видно из таблицы наружные стены и покрытия не соответствуют условиям энергоэффективности.
Включим в конструкцию наружных стен дополнительно мат минераловатный с параметрами:
= 0064 Вт(м2·°C); = 015 м.
Тогда уточненное приведенное значение сопротивления теплопередаче стен составит:
что удовлетворяет условиям энергоэффективности.
Включим в конструкцию чердачного перекрытия дополнительно мат минераловатный с параметрами:
= 0064 Вт(м2·°C); = 007 м.
Тогда уточненное приведенное значение сопротивления теплопередаче перекрытия чердачного составит:
В качестве остекления окон примем двухкамерный стеклопакет из стекла с твердым селективным покрытием с сопротивлением теплопередаче по [3]
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 034 H – для двойных дверей без тамбура.
Для удобства расчет ограждающих конструкций на тепловые потери по формуле (8) 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 = 8740 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 (13):
определим удельный вес внутреннего воздуха:
Определим разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций по формуле (12):
Тогда по формулам (9) (10) (11) 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 (12).
– то же что и в формуле (11);
– фактическое сопротивление воздухопроницанию соответственно i-ой светопрозрачной конструкции и i-ой двери или секции ворот.
Необходимо отметить что формула (15) 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 (10)-(15) представим в виде таблицы:
Таблица 3 – Расчет расхода теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха.
Таким образом суммарные потери теплоты на инфильтрацию = 1822 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:
= 6·90 + 600 = 1140 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 змеевиков из гладких труб по таблице 2 приложения 12 [7] прием
– 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 (17) 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 отопительных приборов Вт
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 змеевика 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 змеевике:
где – номинальный условный тепловой поток одной трубы змеевика Вт;
– число труб в змеевике в соответствии с заданием
– коэффициент учета числа секций в приборе примем
– коэффициент учета способа установки змеевика. Примем установку в стенной нише от верха змеевика до низа ниши сто миллиметров:
где – длина змеевика м в соответствии с заданием
Для удобства преобразуем формулы (21) и (24) 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 тридцать два миллиметра при числе рядов труб более двух:
Следовательно теплопередача одного метра гладкой трубы диаметром тридцать два миллиметра 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 (22) (25) учитывая что = = = = 1:
Подставим значения в формулу (26)
Примем систему с обходными участками («байпасами»). Для этой системы характерно разделение теплоносителя после отопительного прибора при этом часть теплоносителя идет через отопительный прибор часть – через байпас.
При расчете однотрубной системы отопления необходимо учитывать что в каждый следующий по ходу движения теплоносителя прибор поступает вода с меньшей температурой за счет использования ее теплоты в предыдущем приборе. При этом также падает теплоотдача каждого последующего прибора за счет снижения разности средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха меняется требуемый расход теплоносителя для поддержания расчетной мощности прибора.
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:
Зададим температуру выхода после каждого отопительного прибора
Температуру подачи в каждый конкретный отопительный прибор (кроме первого)определим по формуле:
где - температура подачи в предыдущий отопительный прибор;
- полезная теплоотдача от труб проложенных в помещении;
– суммарный расход теплоносителя через горизонтальную ветвь. Примем три горизонтальных ветви по десять приборов каждая.
В первом приближении примем
Расход теплоносителя через отопительный прибор определим по формуле:
где – фактическая мощность отопительного прибора Вт
87 – удельная теплоемкость воды Дж(кг·ºС);
–температура подачи в каждый конкретный отопительный прибор и температура в обратном трубопроводе отопительного прибора ºС.
Полезную теплоотдачу от труб проложенных в помещении будем определять исходя из следующих соображений.
Примем что разводящая магистраль теплоизолирована следовательно ее тепло не используется. Теплоотдача подводок к отопительным приборам будет меняться за счет понижения температуры в подающих участках. В таком случае выражение (18) примет вид:
где – тепловая мощность подводки к
Тепловая мощность подводки к i-му 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 все подводки условным диаметром пятнадцать и длиной в половину метра
Для примера рассчитаем теплоотдачу подводок у первого отопительного прибора.
Найдем теплоотдачу нетеплоизолированных труб = 79 ºС и = 65 ºС:
Вследствие громоздкости вычислений представим результаты полученные по формулам (22) (23) (25) (27) (28) (29) (30) в виде таблицы
Таблица 4 – Расчет мощности отопительных приборов ветви номер один.
Температура подаси ºС
Температура обратки ºС
Разность средней температуры воды и воздуха ºС
Комплексный коэффициент приведения
Расход воды через прибор кгч
Тепловая мощность i-ой подводки Вт
Горизонтальная ветвь номер два и номер три аналогичны ветви номер один ее расчет предоставлять не будем. Учтем ее утроив значения теплоотдачи отопительных приборов и трубопроводов.
= 4058 · 3 = 12174 Вт
Суммарная теплоотдача подводок к отопительным приборам составит:
Проверим выполнение условия (20):
Избыток теплоты на одну ветвь составляет
( - )3 = (12174 – 11081)3 = 364 Вт
что меньше максимальной мощности одного отопительного прибора. В принципе для уменьшения расчетного избытка теплоты возможно принять меньшее число приборов на одной из ветвей но это может привести к гидравлическому разрегулированию системы поэтому оставим схему без изменений.
Фактическую суммарную нагрузку на систему отопления определим по формуле:
Гидравлический расчет системы отопления
В соответствии с заданием принята система отопления водяная однотрубная с верхней разводкой.
Для экономии места у наружных стен греющие змеевики вследствие их низкой теплоотдачи будем располагать в два яруса – один над другим.
Так как горизонтальные ветви идентичны произведем расчет лишь горизонтальной ветви номер один.
Зададимся циркуляционным кольцом включающим в себя все отопительные приборы (минуя байпасы) так как для этого кольца в случае полного перекрытия трехходовых клапанов в сторону байпасов характерно наибольшее падение давления.
Также необходимо отметить что в принципе в таком случае при расчете нет необходимости разбиения системы на участки так как расход будет постоянным в любой точке системы. Тем не менее условное разбиение на участки до каждой пары отопительных приборов сделает расчет более наглядным.
Гидравлический расчет системы будем вести по удельным линейным потерям давления.
В качестве расхода теплоносителя через горизонтальную ветвь зададимся расходом принятым в предыдущем разделе.
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 (31):
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 (36) и (37) после чего выбирается расчетная формула (33) (34)или (35).
Коэффициенты местных сопротивлений в соответствии с таблицей II.11 [8]
Таблица 5 – 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 (31) - (39) представим расчеты в виде таблицы:
Таблица 6 – Гидравлический расчет системы отопления
Падение давления в основном циркуляционном кольце определяется как сумма падений давлений на участках 1-6:
Получившаяся 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 жилого дома квартирного типа по приложению 3 [11] примем
- число водопотребителей; примем
- за расчетный период примем
Таким образом по формуле (40):
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 жилых 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 (42):
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 биоэнергетическую установку.
Зададимся проточной системой для производства биогаза. Основными компонентами биогаза являются метан и углекислый газ соотношение которых зависит от исходного субстрата и технологии брожения кроме того в биогазе содержатся незначительные количества водорода сероводорода а также азота. [13]
Суммарные нагрузки на системы отопления и водоснабжения составят:
= 14315 + 1308 = 15623 Вт.
Известно что низшая теплота сгорания метана составляет:
Расход биогаза на покрытие нужд систем отопления и водоснабжения рассчитаем по формуле:
где – коэффициент полезного действия котельной установки примем
Подставим значения в формулу (44):
Таким образом принимаем установку по производству биогаза производительностью рассчитанной выше.
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.
- Была рассчитана необходимая производительность установки по производству биогаза.
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.
Баадер В. Биогаз. Теория и практикаВ. Баадер Е. Доне М. Бренндерфер – М.: «Колос». 1982. - 148 с.