Расчет отопления жилого помещения

Расчет отопления жилого помещения

КУРСОВАЯ РАБОТА

“Расчет отопления жилого помещения”

Томск 2008

Введение

В связи с введением изменений № 3 и № 4 в СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» значительно изменены требования к теплотехническим свойствам наружных ограждений. В результате принятия региональных и городских программ энергосбережения предусматривается проектирование зданий с сопротивлением теплопередаче наружных ограждений по условиям энергосбережения, что особенно актуально для климатических условий Сибири. Поэтому, в настоящее время предъявляются повышенные требования к конструкции и теплоизоляции наружных стен и перекрытий при строительстве новых и реконструкции существующих зданий.

Исходные данные

Планировка здания показана на рис. 1 и 2, а=5.5м, б=6м, в=5.5м, h=3.5 м.

Конструкция наружных ограждений показана на рис.3.

Климатическая характеристика района застройки: г. Иркутск

Температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки tн, 0С	-36
Средняя температура отопительного периода tоп со среднесуточной температурой ≤8 0С	-8.5
Продолжительность отопительного пери-ода Zоп, сут.	240
Расчетная скорость ветра ν для зимнего периода, м/с	2.9

Характеристика помещения:

Две жилых комнаты одна из которых угловая.

Размеры окон: ширина s=1.2м, высота d=1.4м.

Толщина внутренних стен b₁ =0.30м.

Расчетные температуры в помещениях "101" (угловом по СНиП) t_в1=+22^оС, в помещении "102" t_в2=+20⁰С, теплопередачей между этими помещениями пренебрегаем ввиду малого градиента температур (2^оС).

Характеристика системы отопления.

Отопление водяное, отопительные приборы-радиаторы, разводка верхняя с подачей воды "сверху-вниз".

Температура воды на входе в приборы t_г=+95⁰С, температура охлажденной воды на выходе t_о=+70⁰С.

Диаметр подводящих трубопроводов d_н=30 мм.

Расчет коэффициентов теплопередачи и теплопотерь через наружные ограждающие конструкции

Рис.1. План помещений "101" и "102".

-отопительные приборы (радиаторы).

-стояки горячей воды.

Рис.2. Помещение "101".

-нагревательные приборы.

-стояк подачи горячей воды.

-стояк отвода охлажденной воды.

-окна.

Рис.3. Варианты конструкции наружных стен

1 - цементно-песчаный раствор (1800 кг/м³);

- кладка из силикатного кирпича (1800 кг/м³);

- плита минераловатная (200 кг/м³).

Теплопотери через наружные ограждающие конструкции

Определим общее термическое сопротивление многослойной стены:

Коэффициенты теплоотдачи принимаются в соответствии с СНиП для внутренней и наружной стены составят: α_в=8.7 и α_н =23.0 Вт/ м²·К.

Отсюда можно определить толщину утепляющего слоя стены:

Где: λ_ут- коэффициент теплопроводности

СНиП предусматривают два значения величины R_о^тр:

По санитарно-гигиеническим и комфортным условиям:

R_о^тр (I)=n·(t_в-t_н)/Δt_н·α_в=1·(22-(-36))/(4·8.7)=1.66 м²·К/Вт.

где:

n-коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции относительно наружного воздуха, n=1.

Δt_н-нормируемый перепад температуры между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждения, для наружных стен составляет 4 К.

t_в-расчетная температура внутреннего воздуха.

t_н-расчетная зимняя температура наружного воздуха.

По условиям энергосбережения.

R_о^тр(II)=f(ГСОП).

ГСОП=(t_в-t_оп)·Z_оп=(22-(-8.5))·240=7320

тогда R_о^тр(II)=3.73 м²·К/Вт

Где:

t_оп- среднесуточная температура (≤ 8^оС).

Z_оп-продолжительность отопительного периода.

Для расчета толщины утепляющего слоя x_ут из двух величин R_о^тр выбирают наибольшее.

Определим значение толщины утепляющего слоя:

 

Общая толщина наружной стены будет равна:

δ_нс=0.02+0.38+0.21+0.03=0.640м.

Уточнением значение термического сопротивления наружной стены:

 

 м²·К/Вт.

Определяем коэффициент теплопередачи:

k_нс=1/R_нс=1/3.72=0.269 Вт/м^2.К

Определяем теплопотери:

Вт (для "102").

Расчет сопротивления теплопотерь через световые проемы

Приведенное требуемое сопротивление теплопередаче R_о^тр заполнений световых проемов определяется по методическим указаниям. R_о^сп=0.62 м²·К/Вт.

k_сп=1/R_сп=1/0.62=1.62 Вт/м^2.К

Вт (для "101").

Вт (для "102").

Тип заполнения световых проемов: двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах с заполнением межстекольного пространства аргоном.

Расчет теплопотерь через пол первого этажа

Конструкция пола первого этажа приведена на рис.4 и включает сосновые доски на лагах, опирающихся через кирпичные столбики на железобетонную панель с утепляющим слоем.

Толщина утепляющего слоя x_ут=0.20м, λ_ут = 0,07 Вт/ (м^.К), термическое сопротивление воздушной прослойки R_вп = 0,165 (м^{2 .} К)/Вт.

Рис. 4. Конструкции пола первого этажа:

1-доска сосновая (ρ=500 кг/м³)

-воздушная прослойка (δ_вп=0.04м)

-плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (ρ=200 кг/м³)

-панель перекрытия железобетонная (ρ=2500 кг/м³)

 

Для полов на лагах применяется упрощенный метод расчета, основанный на различиях теплопередачи через различные участки пола. При этом, поверхность пола помещения делится параллельно наружным стенам на три зоны по 2 метра, как показано на рис.5. Каждая из зон имеет условное сопротивление теплопередачи.

R_п¹=2.15              R_п²=4.3. R_п³=8.6 R_п⁴=14.2

 

Термическое сопротивление воздушной прослойки принимается равным:

 

R_вп=δ_вп/λ_вп =0.165м²К/Вт.

 

Таким образом, общее сопротивление каждой отдельно взятой зоны составит:

 

R_оⁱ=1.18(R_п+x_ут /λ_ут +R_вп), а К_п=1/R_о

R_о¹=1.18·(2.15+0.20/0.04+0.165)=8.63 м²К/Вт,        

К_п¹=1/8.63=0.12 Вт/м^2.К

R_о²=1.18·(4.3+0.20/0.04+0.165)=11.17 м²К/Вт,        

К_п²=1/11.17=0.09Вт/м^2.К

R_о³=1.18·(8.6+0.20/0.04+0.165)=16.24 м²К/Вт,        

К_п²=1/16.24=0.06 Вт/м^2.К

R_о⁴=1.18·(14.2+0.20/0.04+0.165)=20.49 м²К/Вт,      

К_п²=1/20.49 =0.05 Вт/м^2.К

Q_оп = ( t_в - t_н) Σ (k_п^{i .} F_i)

Q_оп=(22-(-36)) · (0.12·19+0.09 ·11)=189.66 (для "101").

Q_оп=(20-(-36)) · (0.12· 8.8+0.09 ·8.8+0.06· 8.8+0.05· 8.8)=157.70 (для "102").

F_п,101=23.80м²

F_п,102=25.40м²

Рис. 5. Распределение площади пола по зонам с различным термич. сопротивлением.

Площадь пола первой зоны, примыкающей к углу, учитывается дважды из-за дополнительного переохлаждения.

Общая высота пола h_п отсчитывается от верхнего уровня подготовки пола (плиты) до верхнего уровня покрытия доской.

Расчет теплопотерь через пол чердачного перекрытия

Конструкция чердачного перекрытия в виде оштукатуренной снизу монолитной железобетонной плиты с утепляющим слоем приведена на рис.6.

Для расчета чердачного перекрытия принимается величина α_н =12 Вт/(м²К), а величина Δt_н =3 К.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.6. Конструкция пола чердачного перекрытия.

-цементно-песчаный раствор (1800 кг/м³).

-железобетонная плита (2500 кг/м³).

-утепляющий слой.

Толщина железобетонной плиты δ_ж/б=0.08м.

Толщина раствора=0.03м.

СНиП предусматривают два значения величины R_о^тр:

По санитарно-гигиеническим и комфортным условиям:

R_о^тр (I)=n·(t_в-t_н)/Δt_н·α_в=1·(22-(-36))/(3·12)=1.61 м²·К/Вт.

По условиям энергосбережения.

R_о^тр(II)=f(ГСОП).

ГСОП=(t_в-t_оп)·Z_оп=(22-(-8.5))·240=7320

тогда R_о^тр(II)=5.80 м²·К/Вт

Для расчета толщины утепляющего слоя x_ут из двух величин R_о^тр выбирают наибольшее

Определим значение толщины утепляющего слоя:

 

м

Общая толщина наружной стены будет равна: δ_чп=0.03+0.08+0.39=0.51м.

Уточнением значение термического сопротивления наружной стены:

м²·К/Вт.

Определяем коэффициент теплопередачи:

K_чп=1/R_чп=1/5.85=0.17 Вт/м^2.К

Определяем теплопотери:

Вт (для "101").

Вт (для "102").

 

Таблица А. Результаты расчета теплопотерь через наружные ограждения.

Помещение	Расчетный параметр	Наружные стены	Световые проемы	Пол	Потолок
101	Площадь, м2	50.90	5.04	23.8	23.8
	ko, Вт/м2.К	0.269	1.62	0.21	0.17
	Qi, Вт	794.14	473.56	189.66	234.67
	Общие теплопотери Qтп =ΣQi=1692,03 Вт					Площадь, м2	33.30	1.68	25.4	25.4
	ko, Вт/м2.К	0.269	1.62	0.32	0.17
	Qi, Вт	501.63	152.41	157.70	241.81
	Общие теплопотери Qтп =ΣQi=1053.55Вт

Расчет воздухопроницаемости и теплопотерь на нагревание воздуха при его инфильтрации

Расчет разности давлений

Инфильтрация воздуха в жилых помещениях происходит за счет разности давлений Δp наружного воздуха и воздуха в помещении, связанного с различием температур и плотностей воздуха.

G^н-нормативная воздухопроницаемость наружной стены. G^н=0.5 кг/(м^2.ч).

G^н -для световых проемов жилых зданий G^н=6 кг/(м^2.ч).

Определим удельный вес наружного и внутреннего воздуха:

 Н/м³,

 Н/м³

Тогда разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях стен здания определяется по формуле:

Δp=0.55·H_р·(g_н-g_в)+0.03g_нν²=0.55·3·(14.61-11.82)+0.03·14.61·2.9=8.29Па

Где: Н_р-расчетная высота здания (от поверхности земли до верха карниза, 3 м).

ν-максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь.

 м² чПа/кг       -для стен

 м² чПа/кг    -для окон

Δр_о =10 Па-стандартная разность давления воздуха.

Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений

Сопротивление воздухопроницанию стены равно сумме сопротивлений воздухопроницанию каждого слоя:

R_и=R_и1+R_и2+R_и3+R_и4=497.3+8.4+18+746=1269.7м² чПа/кг          -для стен.

R_и=R_и^тр=0.15 м² чПа/кг          - для окон.

Расчет расхода тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха

Найдем расход воздуха через единицу поверхности наружного ограждения:

 кг/ м^2. ч

Общие затраты тепла на подогрев инфильтрующегося воздуха:

Q_и=0.278·G_и^о··с(t_в-t_н)=0.278·31.96·1·(22-(-36))=515.32 Вт.

Сделаем расчет для помещения "102".

 Н/м³

Δp=0.55·H_р·(g_н-g_в)+0.03g_нν²=0.55·3·(14.61-11.82)+0.03·14.61·2.9²=8.29Па

 м² чПа/кг       -для стен

 кг/ м^2. ч

Q_и=0.278·G_и^о··с(t_в-t_н)=0.278·10.7·1·(20-(-36))=166.58 Вт.

Расчет отопления помещений

Определение суммарных теплопотерь из отдельных помещений

Для компенсации теплопотерь и поддержания требуемой температуры в жилых помещениях при их проектировании необходим расчет системы отопления.

В каждом помещения теплопотери через наружные ограждения:

Q_тп =Q_нс+Q_сп+Q_п+Q_чп+Q_и=794.14+473.56+189.66+234.67+515.32= =2207.35Вт ("101")

Q_тп =Q_нс+Q_сп+Q_п+Q_чп+Q_и=501.63+152.41+157.70+241.81+166.58=

=1220.13Вт ("102")

На основе определения общих теплопотерь рассчитывается необходимая тепловая нагрузка на отопление Q_от=Q_тп .

Найдем среднесезонный расход тепла для двух помещений вцелом:

Найдем годовой расход тепла:

 кДж

Общий расчета систем отопления

Для сравнения и расчета приборов вводится понятие эквивалентного квадратного метра ( экм ), за который принимается площадь внешней поверхности прибора, отдающая 505 Вт теплоты при стандартных условиях, отвечающих наиболее общим условиям отопления.

В качестве стандартных приняты следующие условия:

·    температура горячей воды на входе в прибор t_г =95⁰С.

·        температура охлажденной воды на выходе из прибора t_о=70^оС.

·        перепад температур в приборе Δt_пр=t_г-t_о=25⁰С.

·        средняя температура теплоносителя в приборе t_ср=(t_г+t_о)/2=82.5⁰С.

·        разность t_ср воды в приборе и воздуха в помещении ( принимается + 18⁰С)

Δt_т=t_ср -t_в=(t_г+t_о)/2-t_в=(95+70)/2-18=64,5 К.

при этих показателях расход воды в приборе g_п=17.4 кг/(ч^.м^2. экм).

β₁ -коэффициент, учитывающий зависимость теплоотдачи прибора от Δt_п определяется из уравнения β₁=1.

β₂-коэффициент, учитывающий расход и способ подачи греющей воды. β₂=1

β₄-коэффициент, учитывающий способ установки прибора и число секции в приборе. β₃=1.

Привязка нагревательных приборов к осям помещения

Нагревательные приборы (радиаторы, конвекторы) обычно размещают под окнами. Привязка приборов необходима для расчета длины (l_i ) отдельных участков неизолированных подводящих трубопроводов с целью учета их вклада в общий теплопроводности отопительной системы при следующих условиях:

. Нагревательные приборы установлены по осям окон.

Расстояние от нижнего монтажного размера прибора ( между трубами монтажный размер 0,5 м.) до пола равно 0,2 м (h₁ =0,7 м) и расстояние от горизонтальной подводящей линии горячей воды (рис.2) до потолка помещения равно 0,2 м. Таким образом, высоту стояка горячей воды можно определить:

H_стоякаh₀-0.2-0.2-0.5=h₀ -0.9=1.65м.

. высота помещения h₀=h-δ_g-δ_xg=3.5-0.319-0.46=2.55 м.

. Расстояние от оси окон до стояка отопления 1,2 м.

. Высота помещения (чистая) h₀=h-h_g-δ_xg=3.5-0.31-0.46=2.8

. Координаты осей окон и трубопроводов:

а) ось одиночного окна а₁ для помещения "101" а₁=а/2=6/2=3, соответственно длина горизонтального подводящего (95⁰С) трубы с₁=а/2-1.2=6/2-1.2=1.8 м.

б) расстояние между осями двух окон в помещении "101":

b₁=(b-δ_нс/2)/2=(5-0.65/2)/2=2.34м, расстояние от внутренней стены до стояка также c₂=(b-δ_нс/2)/2=(5-0.65/2)/2=2.34м и равно верхнему горизонтальному участку.

в) ось окна в помещении "102". Расстояние стояка от внутренней стены:

с₃ =(в-0.3)/2-1.2=(5-0.3)/2-1.2=1.15м.

отопление помещение нагрев теплопередача

Расчет площади поверхности нагрева системы отопления жилых помещений

q_о=9.28(Δt_т-10)β₁β₃=9.28·(64.5-10)·1·1=505.76 Вт/ экм

При расчете теплоты, необходимой для отопления помещения кроме теплоотдачи самих нагревательных приборов необходимо учитывать и теплоотдачу от неизолированных подводящих трубопроводов. В этом случае, снижается тепловая нагрузка на приборы и их поверхность: Q_пр=Q_тп-Q_тр.

Площадь теплоотдающей поверхности нагревательных приборов определяется по формуле :

F_пр =Q_тпβ₁β₂/q_о-F_тр. экм

F_тр=1.78πd_тр^.Σl_in_i.

Где: d_тр-наружный диаметр трубы.

 l_i-длина участка трубы.

n_i-поправочный коэффициент, учитывающий месторасположение и ориентацию труб:

n=1.0 для подводок к приборам и их «сцепки».

n=0.5 для вертикальных труб (стояков).

n=0.75 для обратных горизонтальных труб у пола помещения.

n=0.25 для подающих труб под потолком.

Тепловой вклад трубопроводов рассчитывается по формуле

Q_тр = 505 F_тр, Вт.

F_тр=1.78·3.14·0.03·(1.8·0.25+1.65·0.5+0.917·1+3.3·0.25+1.65·0.5)=0.64 экм ("101")

F_тр=1.78·3.14·0.03·(0.65·0.25+1.65·0.5)=0.17 экм (для "102")

Q_тр=505F_тр=505·0.64=323.2 Вт

Q_тр=505F_тр=505·0.17=85.85 Вт

 экм -для "101"

 экм -для "102"

Для чугунных радиаторов типа М - 140 - АО, кроме того, определяется число секций n₂=β₃F_пр/f_с ( округляется до целого числа в большую сторону.

n₂=1·3.72/0.35=10.62≈11 шт для "101",

n₂=1·2.24/0.35=6.4≈6 шт для "102",

Теплоотдача отдельного прибора рассчитывается как:

Q_прⁱ=505 n₂f_с=505·11·0.35=1944.25(Вт / экм).- для "101" для одного прибора.

Q_прⁱ=505 n₂f_с=505·6·0.35=1060.5 (Вт / экм).- для "102"

Оценим экономичность прибора:

θ=Q_прⁱ /МΔt_т=1944.25/(10·64.5)=3.01 Вт/ (кг^. К).- для "101"

θ=Q_прⁱ /МΔt_т=1060.5/(10·64.5)=1.64 Вт/ (кг^. К).- для "102"

где M - масса прибора.

Общая фактическая нагрузка на отопление в каждом помещении (101 и 102)

Q_от(ф) = Q_пр + Q_тр=3·1944.25+323.2=6155.95 Вт. - для "101"

Q_от(ф) = Q_пр + Q_тр=1060.5+85.85=1146.35 Вт. - для "102"

Таблица Б Расчет систем отопления

Помещение	Тип прибора	Число секций	Qпр, Вт	Кол.прибор.	Qпр,Вт	Qтр,Вт	Qот(ф), Вт
«101»	М-140-АО	11	1944.2	3	1944.2	323.2	6155.95
«102»	М-140-АО	6	1	1060.5	85.85	1146.35
Общая нагрузка отопления, Вт	ΣQот=Qот (101)+Qот (102)=6155.95 +1146.35=7302.3
Среднесезонный расход тепла Qср , Вт	1781.72
Годовой расход тепла Qг =86,4Qср,Zоп, кДж	36945745.92

Список литературы

1.   Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа. 1980. 470 с.

2.      Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат здания).-М.: Высшая школа, 1974.-320 с.

.        СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Приняты и введены в действие с 01.01.2000 г. 67 с.

.        СНиП II-3-79 (с изменением №4). Строительная теплотехника Минстрой России, 1998. 42 с.

5.   Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. М.: Стройиздат. 1981. 272 с.

6.      Строительная теплофизика. Методические указания к курсовой работе. Кафедра «Теплогазоснабжение» ТГАСУ. Томск.-2005. 43 с.