Расчетно-проектировочная работа № 2

Тема: Отопление и вентиляция здания

Цель: Научиться проектировать и знать основы расчета центральной водяной системы отопления жилого дома, а также его вентиляции

Содержание: 1) теплотехнический расчет ограждающих конструкций;

                   2) расчет теплопотерьпомещениями, этажами, зданием;

                   3) расчет и размещение нагревательных приборов;

                   4) трассировка сети внутри здания;

                   5) гидравлический расчет трубопроводов

                   6) проектирование вентиляции в кухнях и санузлах;

                   7) расчет воздухообмена помещений и одного наиболее загруженного вентканала

Рекомендуемая литература:

1. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция М.: СИ, 2001, стр. 97-104, 114-119, 131-139, 193-195, 202-205

Форма отчетности: расчетно-проектировочная работа

Критерии оценкивыполненной работы: баллы выставляются согласно графику контроля знаний

 

Проектирование системы отопления

Система отопления – это строительно-технологическая установка, предназначенная для поддержания внутренней температуры выше наружной в холодный период года. В рассматриваемом здание проектируется центральная водяная двухтрубная система отопления с нижней разводкой. Из основных элементов системы отопления в доме проектируются нагревательные приборы и трубы, которые необходимо рассчитать и разместить. Для этого необходимо знать количество тепла, которое будет терять здание при положительной внутренней температуре. Теплопотери пропорциональны коэффициенту теплопередачи конструкции, который зависит от материала ограждающих конструкций (наружной стены, чердачного перекрытия, пола), поэтому расчет системы отопления следует начинать с их теплотехнического расчета.

 

Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций

А) наружная стена

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций выражает способность конструкции сопротивляться прохождению через них теплоты

 ,

где   - сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности;

- сопротивление тепловосприятию наружной поверхности;

- коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждения соответственно. Расчётные величины , установленные в СНиП, приведены в таблице 1 приложения;

 ,   - сопротивление материальных слоёв ограждения, определяется как отношение толщины материального слоя   к коэффициенту теплопередачи .

Термическое сопротивление наружных ограждений отапливаемых зданий должно быть не менее требуемого термического сопротивления

,

которое определяется с учётом санитарно-гигиенических требований по формуле

где - расчётная температура внутреннего воздуха, принимается по СНиП (для жилых домов +18 ⁰);

- расчётная наружная температура, принимается в зависимости от района постройки;

 - нормативный температурный перепад между температурами внутреннего воздуха помещения и внутренней поверхностью ограждения (таблица 2 приложения);

 - коэффициент, учитывающий положение внешней стороны наружного ограждения по отношению к наружному воздуху (таблица 3 приложения).

После определения толщины наружной стены необходимо найти коэффициент теплопередачи ограждения, который является обратной величиной сопротивления теплопередачи

 б) чердачное перекрытие

Рассчитывается аналогично наружной стене, но согласно СНиП коэффициенты   меняются (таблицы 1-3 приложения)

 в) пол

Рассчитывается по зонам-полосам, щириной 2 метра параллельно наружным стенам. Чем ближе полоса расположена к наружной стене, тем она имеет меньше термическое сопротивление теплопередаче.

Условная величина термического сопротивления теплопередаче отдельных зон неутеплённых полов принимается независимо от толщины конструкции:

- для I зоны-полосы, т.е. поверхности пола, расположенной на расстоянии до 2 метров в глубину помещений от наружной стены, ;

- для II зоны-полосы, т.е. для следующих 2 метров от наружной стены, ;

- для III зоны-полосы, расположенной на расстоянии 4-6 метров в глубину помещений от наружной стены, ;

- для IV зоны-полосы (последней), причём её ширина не ограничена,

Сопротивление теплопередаче конструкций утеплённых полов, расположенных непосредственно на грунте, надлежит определять для каждой зоны по формуле

 ,

где  - сопротивление теплопередаче отдельных зон неутеплённого пола

 - сумма термических сопротивлений утепляющих слоёв

Утепляющими слоями считаются слои из материалов, имеющих теплопроводность

Теплотехнический расчёт пола заканчивается определением коэффициентов теплопередачи каждой зоны-полосы

 2 Расчёт теплопотерь

Потери тепла помещениями находятся суммированием потерь тепла через отдельные ограждающие конструкции, которые определяются по формуле

 ,

где  - площадь ограждающей конструкции, через которую происходит потеря тепла;

 - коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции;

 - расчётная температура внутреннего воздуха;

- расчётная температура наружного воздуха;

 - поправочный коэффициент к расчётной разности температур .

Эта формула не учитывает ряд факторов, влияющих на величину потерь. К ним относятся: ориентация ограждения по отношению к сторонам света; наличие двух и более наружных стен; поступление наружного воздуха через наружные двери; высота помещения и другие. Перечисленные факторы учитываются добавками, исчисляемыми в процентах к основным потерям тепла.

При определении основных и добавочных потерь тепла через ограждающие конструкции помещений исходные и получаемые фактические данные вписываются в таблицу 1 для лучшей организации техники расчёта.

 

Таблица 3.1 – Расчет теплопотерь помещениями

 

№ помещения	Назначение помещения	Внутрен. температура	Поверхность охлаждения			Площадь	Разность температур	Поправочный коэффициент	Коэф-т теплопередачи	Основная потеря тепла	Добавка к основной потере тепла, %			Всего добавочных потерь	Общая потеря тепла
			Обозначение	Ориентация по сторонам света	Расчетные размеры						Наличие 2-х и более НС	Обдувание ветром	Другие
11	2	3	44	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16

 

Рекомендации по заполнению таблицы 3.1

На плане типового этажа нумеруются все помещения, имеющие наружные ограждения. Нумерация трехзначная: первая цифра указывает на этаж. В графу 1 вписывается номер рассматриваемого помещения 

В графу 2 заносится назначение помещения, определяемое согласно плану.

Внутренняя температура уточняется из таблицы 4 приложения и записывается в графу 3.

 В 4-ой графе условными знаками обозначаются теплоограждающие конструкции:

НС-наружная стена

До-окно с двойным остеклением,

Оо- окно с одинарным остеклением,

Пл-пол,

Пт- потолок,

Од-одинарная дверь.

В 5-ой графе указывается ориентация ограждающих конструкций по сторонам света: ю-юг, в-восток, сз-северо-запад и т.д.

В 6-ой графе записываются размеры ограждающих конструкций.

В 7-ую - площадь, причем при определении площади стен площадь окон не вычитывается.

В 8-ую графу заносят разность расчетных внутренних и наружных температур, наружная расчетная температура неизменна для каждого района постройки.

В 9-ую графу – коэффициент уменьшения  расчетной разности температур, по таблице 8 приложения.

В 10-ую графу заносится коэффициент теплопередачи конструкции, подсчитанный при теплотехническом расчете. Причем для окон коэффициент теплопередачи равен разности коэффициентов теплопередачи окна (таблица 5 приложения) и наружной стены.

В 11-ую графу вносят основные теплопотери ограждения, получаемые перемножением граф 7, 8, 9, 10.

В 12-ую графу заносят добавку на ориентацию по сторонам света. Величина этой добавки следующая: при ориентации ограждения на север, восток – 10%, запад – 5%, юг – 0%.

В 13-ую графу заносят добавку на обдуваемость ограждения ветром. Если расчетная зимняя скорость ветра не превышает 5 м/с, то добавка на обдуваемость принимается в размере 5%. Если расчетная зимняя скорость ветра превышает 5 м/с, то добавка на обдуваемость принимается в размере 10%.

В 14-ую графу вносят добавку на наружные стены и окна при наличии в помещении  двух и более наружных стен. Эта добавка составляет 5% от потерь тепла через вертикальные наружные ограждения.

В 15-ую графу заносят суммарные величины добавок, вычисленные в ваттах.

В 16-ой графе приводится сумма тепловых потерь с учетом всех добавок всеми ограждениями данного помещения.

В таблице должны быть подведены итоги потерь тепла по отдельным помещениям.

Далее прогнозируются теплопотери этажей путем суммирования потерь тепла помещениями, расположенных на данном этаже. Теплопотери здания вычисляются сложением потерь тепла этажей.

 

 3 Расчет и размещение нагревательных приборов

Нагревательные приборы принимаются согласно заданию на проектирование. Данные о приборах из литературных источников приводят в таблицу 3.2.

 

 

 – Технико-экономические показатели прибора

Нагревательные приборы	Единица измерения	Поверхность нагрева		Коэффициент перерасчета с м2 в экм	Размеры, мм				Коэффициент теплопередачи	Масса, кг
			экм		Высота		Ширина	Глубина
					Полная	Монтажная
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Для поддержания в помещении требуемой температуры необходимо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, установленными в помещении, соответствовало расчетным теплопотерям помещения.

Количество тепла, отдаваемого прибором, пропорционально площади поверхности его нагрева, коэффициенту теплопередачи прибора и разности температур теплоносителя в приборе и омывающего его воздуха помещения

,

откуда                                  

При учете дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу приборов

 ,

где  - коэффициент, учитывающий охлаждение воды в трубах;

 - коэффициент, учитывающий способ установки прибора;

 - коэффициент, учитывающий способ подводки теплоносителя к нагревательному прибору и относительный расход воды через прибор;

 - коэффициент, учитывающий число секций в приборе.

Расчет нагревательных приборов сводим в таблицу 3.3. Рекомендуется проводить расчет нагревательных приборов тех же помещений, для которых был проведен расчет теплопотерь (таблица 3.1).

 

 Таблица 3.3 – Расчет нагревательных приборов

 

№ помещения	Наименование и внутренняя температура	Температура теплоносителя	Расчетный перепад температур	Теплопотери помещением	Коэффициент теплопередачи прибора	Поверхность нагрева прибора	Поправочные коэффициенты				Поверхность нагрева с учетом поправок	Число секций в приборе		Принимаемое количество секций
										Суммарный
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

 

Рекомендации по заполнению таблицы 3.3

В графу 3 заносится средняя температура теплоносителя. Температура горячего теплоносителя 95⁰, холодного 70⁰, тогда средняя температура теплоносителя 82,5⁰.

В графу 4 заносится расчетный перепад температур равный разности между графами 3 и 2.

В графу 5 заносят теплопотери помещениями, которые были определены выше и значения которых выбираются из таблицы 3.1.

В графу 6 заносят коэффициент теплопередачи заданного нагревательного прибора из таблицы 3.2.

В 7-ой графе поверхность нагревательного прибора определяется путем последовательного деления 5-ой графы на 4-ую и 6-ую.

В 8-ую графу заносится  - поправка на остывание воды в трубах из таблицы 6 приложения.

В 9-ую графу заносится  - поправка на способ установки прибора из таблицы 7 приложения.

В 10-ую графу вносится коэффициент, учитывающий способ подводки теплоносителя к нагревательному прибору и относительный расход воды через прибор. При подводке теплоносителя сверху вниз принимается =1.

В графу 11 вносится суммарный поправочный коэффициент, который находится как произведение граф 8, 9, 10.

В 12-ую графу вносится поверхность нагрева прибора с учетом всех поправок, которая определяется произведением 7-ой графы на 11-ую.

В 13-ой графе определяется количество секций в приборе как отношение графы 12 на площадь одной секции выбранного прибора из таблицы 2.

В 14-ую графу вносят - поправочный коэффициент на число секций в приборе по таблице 8 приложения.

В 15-ую графу вносится принимаемое число секций, равное произведению граф 13 и 14.

одному стояку не подсоединялось более двух приборов. Размещенные стояки с плана типового этажа сносят на план подвала, далее проводится трассировка отопительных труб в подвале с учетом того, что наружная теплосеть расположена с противоположенной стороны к фасаду здания. В подвале тру77бы отопительной системы (магистральные и распределительные трубы) не лежат на полу, а размещаются на железобетонных «подушках» высотой 20-30 см. Далее в масштабе вычерчивается аксонометрическая схема системы отопления, где показываются все трубы, нагревательные приборы, арматура. По аксонометрической схеме отопления можно будет проводить гидравлический расчет.

 

4 Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления

Цель гидравлического расчета - определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.

При движении жидкости по трубам давление теряется на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений (тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, отопительные приборы, котлы, теплообменники и т.д).

Потери давления R_т, Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом воды определяется по формуле

R_т = λ/d · w²/2 · ρl = Rl

где d - диаметр теплопровода, м; λ - коэффициент гидравлического трения (безразмерный); w - скорость движения воды, м/с; ρ - плотность воды, кг/м³; R -удельные потери давления (таблица 15 приложения), Па/м; l - длина участка теплопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па

Z = ∑ζ ρ v²/2

где ∑ζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений (таблица 16приложения), (безразмерная); ρv²/2 - динамическое давление воды на участке теплопровода (таблица 17 приложения), Па.

Суммарные потери давления должны быть меньше расчетно-циркуляционного (располагаемого) давления, устанавливаемого для данной системы.

Существует много разных методик гидравлического расчета водяных отопительных систем, но больше всего распространены две из них:

1)по удельным потерям -раздельное определение потерь давления на трение и местное сопротивление. Диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях равных расчетному перепаду температуры воды во всей системе;

2)по характеристикам сопротивления - устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают переменные (неравные) перепады температуры воды в стояках и ветвях.

Предварительно выбирают диаметр теплопровода на каждом расчетном участке с учетом допустимых скоростей движения воды. Расчетным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

При расчете главного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении) предусматривают запас давления на неучтенные сопротивления (не более 15%):

 

∑(Rl + Z)_г.ц.к. = 0,85Δp_{р .}

 

До гидравлического расчета выполняют аксонометрическую схему системы со всей запорно-регулирующей арматурой.

Схему составляют после:

- подсчета тепловой мощности системы отопления здания;

- выбора типа отопительных приборов;

- определения их число для каждого помещения;

- размещения на поэтажных планах здания отопительных приборов, горячих и обратных стояков, а на планах чердака и подвала — подающих и обратных магистралей;

При проведении подсчетов используются формулы и специальные таблицы.