Проектирование системы отопления в доме отдыха поездных бригад на узловой станции

Проектирование системы отопления в доме отдыха поездных бригад на узловой станции

СОДЕРЖАНИЕ

1.       Исходные данные для проектирования

.        Теплотехническая часть

.1       Наружная стена (НС)

.2       Наружные и входные двери (НДВ)

.3       Бесчердачное перекрытие-потолок (ПТ)

.4       Перекрытие над неотапливаемым подвалом (ПЛ)

.5       Окна и балконные двери (ОК)

.6       Результаты теплотехнических расчетов

.7       Определение потерь теплоты помещениями

.8       Определение удельной отопительной характеристики здания

         Отопление

.1       Проектирование системы отопления

.2       Гидравлический расчет системы отопления

.3       Определение поверхности нагревательных приборов

.4       Подбор элеватора

.5       Определение годовых расходов теплоты на отопление

Список литературы

1.      ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.      Дом отдыха поездных бригад на узловой станции;

2.       Номер варианта 0-51;

3.      г. Астрахань;

4.       t_ext = -23°C;

5.       Z_ht = 167 сут;

6.       t_ht = -1.2°C;

.        Зона климатической влажности - 3-я (сухая);

.        Режим эксплуатации помещений - нормальный, φ = 50-60 % (для всех вариантов);

.        Условия эксплуатации ограждений - А (устанавливается согласно СНиП по п.п. 4 (прил. 1* СНиП II-3-79*), 5 (табл. 1 СНиП II-3-79*)); Внутренний климат - жилое здание: t_int = +20°C (т.к. t_ext < -31°C).

2.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Теплотехнический расчет наружных ограждений

К наружным ограждениям, через которые отапливаемое помещение теряет теплоту, относятся стены, окна и балконные двери, наружные входные двери, перекрытия над неотапливаемым подвалом (подпольем), чердачные и бесчердачные перекрытия, полы на грунте.

Теплотехнический расчет заключается в определении толщины слоя ограждения или утеплителя, при которой термическое сопротивление теплопередаче ограждения будет не менее требуемых значений.

.1 Наружная стена (НС)

(см. табл. 5, 6 СНиП 23-02-2003)

табл. 4 СНиП 23-02-2003;

при   D_d = 2000

R_req = 2,1 м²К/Вт

D_d = 4000

R_req = 2,8 м²К/Вт

при   D_d = 3540,4 R_req = 2,64 м²К/Вт

Проверяем условие : 2.64 > 1.32 м²К/Вт - верно

В качестве расчетной величины принимаем термическое сопротивление, исходя из условий энергосбережения, т.е. R_req = 2.64 м²К/Вт.

Задаемся конструкцией наружной стены (НС), см. рис. 1:

Рисунок 1

- Штукатурка на известково-песчаном растворе, δ₁ = 0,015 м. Согласно СНиП (прил. 3* СНиП II-3-79*): позиция 73, ρ = 1600 кг/м³, λ_А = 0,7 Вт/мК;

- Сплошная кладка из керамического пустотелого кирпича, δ₂ = 0,38 м. Согласно СНиП: позиция 91, ρ = 1400 кг/м³ (кирпич), ρ = 1600 кг/м³ (кладка) λ_А = 0,58 Вт/мК;

- Утепляющий слой - жесткие минеральноватные маты, δ₃ = ? м. Согласно СНиП: позиция 135, ρ = 100 кг/м³, λ_А = 0,06 Вт/мК;

- Штукатурка цементно-песчаная, δ₄ = 0,02 м. Согласно СНиП: позиция 71, ρ = 1800 кг/м³, λ_А = 0,76 Вт/мК.

Для каркасных зданий, см. рис. 2:

Рисунок 2

1, 4 - аналогичны указанным на рисунке 1;

- бетон, δ₂ = 0,06 м, разновидность бетона выбирать согласно СНиП исходя из плотности ρ = 700 кг/м³;

- пенополиуретан, δ₃ = ? м, параметры выбирать согласно СНиП.

Расчет толщины утепляющего слоя δ₃ :

;

Исходя из конструктивных соображений, принимаем δ₃ = 0,12 м.

В таком случае:

;

Коэффициент теплопередачи:

Толщина перекрытия:

Коэффициент теплопередачи:

2.3 Бесчердачное перекрытие (покрытие) (ПТ)

при   D_d = 2000             R_req = 3.2 м²К/Вт

D_d = 4000             R_req = 4,2 м²К/Вт

при   D_d = 3540   R_req = 3,97 м²К/Вт

Проверяем условие : 3.97 > 1.76 м²К/Вт - верно

С учетом целесообразного коэффициента запаса, равного 7%,

=

Задаемся конструкцией перекрытия, см. рис. 3:

Рисунок 3

- Рубероид, δ₁ = 0,05 м;

- Утепляющий слой - жесткие минеральноватные маты, δ₂ = ? м. Согласно СНиП: позиция 135, ρ = 100 кг/м³, λ_А = 0,06 Вт/мК;

- Плита перекрытия, δ₃ = δ_пл= 0,22 м, R_пл = 0,19 м²К/Вт.

Расчет толщины утепляющего слоя δ₂ (расчет производится без учета рубероида):

Из конструктивных соображений принимаем δ₂ = 0,3 м.

В таком случае:

> ;

Коэффициент теплопередачи:

Толщина перекрытия:

2.4 Перекрытие над неотапливаемым подвалом (ПЛ)

при   D_d = 2000    R_req = 2,8 м²К/Вт

D_d = 4000    R_req = 3,7 м²К/Вт

при   D_d = 3540    R_req = 3,493 м²К/Вт

Проверяем условие : 3,493 > 1,85 м²К/Вт - верно

С учетом целесообразного коэффициента запаса, равного 7%,

Задаемся конструкцией перекрытия, см. рис. 4:

Рисунок 4

1 - Линолеум + цементная стяжка, δ₁ = 0,05 м;

- Утепляющий слой - жесткие минеральноватные маты, δ₂ = ? м. Согласно СНиП: позиция 135, ρ = 100 кг/м³, λ_А = 0,06 Вт/мК;

- Плита перекрытия, δ₃ = δ_пл= 0,22 м, R_пл = 0,19 м²К/Вт.

Расчет толщины утепляющего слоя δ₂ (без учета цементной стяжки и линолеума):

Из конструктивных соображений принимаем δ₂ = 0,2 м.

В таком случае:

;

Коэффициент теплопередачи:

Толщина перекрытия:

2.5 Окна и балконные двери (ОК)

при   D_d = 2000

R_req = 0,3 м²К/Вт

D_d = 4000

R_req = 0,45 м²К/Вт

При D_d = 3540

R_req = 0,4155 м²К/Вт

Согласно СНиП принимаем (прил. 6* СНиП II-3-79*):

Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных (деревянных или ПВХ) переплетах из обычного стекла .

Коэффициент теплопередачи:

2.6 Результаты расчета сводятся в таблицу

2.7 Определение потерь теплоты помещениями

Произведен расчет потерь теплоты через наружные ограждения всех отапливаемых помещений.

Теплопотери каждого помещения, Вт, определены путем суммирования потерь теплоты через отдельные ограждения, рассчитываемых (с точностью до 10 Вт) по формуле

Q = k*F*(t_int-t_ext)nP + Q_inf

- коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2·ºС);- расчетная площадь ограждения, м²;_int - температура внутреннего воздуха рассчитываемого помещения, ºС;_ext - температура наружного воздуха для расчета отопления, ºС, - поправочный коэффициент к разности температур;- множитель, учитывающий дополнительные потери теплоты, определяемой из выражения

P=1+Σр,

где Σр - сумма добавочных потерь теплоты, принимаемых в долях от основных теплопотерь;_inf - добавочные потери теплоты, Вт, на подогрев инфильтрационного наружного воздуха, поступающего через неплотности окон и балконных дверей, определяемые по формуле

Q_inf = 0,28А_0К· F_0К·G_inf·(t_int-t_ext),

где А_0K - коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока; для окон и балконных дверей (стеклопакетов) А_0K=0,7. _0K - расчетная площадь окон и балконных дверей, м²;_inf - нормативное количество наружного воздуха, поступающего путем инфильтрации через 1 м² площади окон и балконных дверей, кг/(м²·ч);

В таблице 2 приведен расчет теплопотерь помещений.

2.8 Определение удельной отопительной характеристики здания

Определив путем суммирования теплопотерь отдельных помещений тепловую нагрузку на отопление всего здания Q_зд, находим удельную отопительную характеристику здания q₀, Вт/(м³·ºС):

Q_зд= 25170,9Вт.

q₀=Q_зд/V*(t_int - t_ext)* α

где V = 2086,56 м³ - строительный объем здания (без подвала);

α - поправочный коэффициент, учитывающий фактическое значение наружной температуры t_ext:

α = 0,54+22/(t_int - t_ext) = 0,54+22/43 = 1,05₀ =25170,9/(2177.6 * 43*1,05) =0,25Вт/(м³·ºС)

По величине q₀ судят о теплотехнической экономичности здания. Полученные значения q₀ сравниваем со справочными данными: значения удельных отопительных характеристик зданий объемом 2000-5000 м³ для жилых зданий лежат в пределах 0,25÷0,19 Вт/(м3·ºС), следовательно q₀ удовлетворяет требуемым условиям.

3. ОТОПЛЕНИЕ

.1 Проектирование системы отопления

Расчетные параметры теплоносителя для однотрубных систем 105-70ºС.

На листе ватмана представлены планы 1-ого,2-ого этажей, подвала с размещением в них трубопровода, а также разрез проектируемого здания и аксонометрия инженерных сетей.

3.2 Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления заключается в определении диаметров трубопроводов, при которых используется располагаемое давление в расчетном циркуляционном кольце и обеспечивается подача к каждому нагревательному прибору расчетного количества воды.

В курсовом проекте произведен гидравлический расчет наиболее неблагоприятного циркуляционного кольца системы, которым считается в однотрубной системе - кольцо от элеватора, через весь стояк, наиболее удаленный от теплового центра.

Гидравлический расчет представлен в таблице 3.

Определяем располагаемое давление в расчетном большом циркуляционном кольце. Величина располагаемого давления, Па, для систем с механическим побуждением определяется из выражения

ΔP_Р=ΔP_м+0,5ΔP_гр

где ΔP_м - давление, создаваемое элеватором, величину которого принимаем 60 Па на один погонный метр кольца:

ΔP_м = 60*∑l_i = 60*84,27 = 5056,2 Па

ΔP_гр - гравитационное давление, вызываемое охлаждением воды в нагревательных приборах, Па.

В однотрубных системах:

ΔP_гр=h_прив*(ρ₀-ρ_г)*g ;

_прив - приведенное расстояние, м, между центрами охлаждения (расчетный стояк) и нагревания (элеватор), определяемое по формуле:

_прив = ∑Q_ih_i/Q_ст = (Q_{приб 1 эт}*h_1эт + Q_{приб 2 эт}*h_2эт)/ (Q_{приб 1 эт} + Q_{приб 2 эт}) =

= (626*1,67 + 647*4,67)/(626 + 647) = 3,19

ρ₀, ρ_г - плотность охлажденной и горячей воды, кг/м³

ΔP_гр = 3,19*(977,8-954,8)*9,81 = 719,8 Па;

ΔP_Р=ΔP_м+0,5ΔP_гр = 5056,2 + 0,5*719,8 = 5416,1 Па;

Определяем необходимый расход теплоносителя на участке, кг/ч:

G_уч = 3,6*Q_уч/С*(t_г-t_о)

где С - удельная теплоемкость воды; С=4,19 кДж/(кг·ºС);_г ,t₀ - расчетные температуры воды в начале и конце стояка,

Определение среднего значения удельного сопротивления на трение в кольце, Па/м,

R_ср= (1 - α)0,9* ΔP_Р/ Ʃl_i= (1 - 0,25)*4874,49/84,27 = 37,6 Па/м

где α - доля потерь давления, приходящаяся на местные сопротивления для однотрубных α=0,25;

Σl_i - сумма длин участков расчетного циркуляционного кольца, м.

Определив потери давления на трение по длине участка R*l и в местных сопротивлениях Z=P_д*Σξ , находим полные потери давления на каждом участке (Rl+Z). Расчет диаметров участков расчетного циркуляционного кольца приведен в таблице 3.

Проверка правильности произведенного гидравлического расчета большого циркуляционного кольца:

7%≤ (0.9* ΔP_Р-Ʃ(Rl+Z)) / (0.9* ΔP_Р)*100 ≤12% ;

(0.9* ΔP_Р-Ʃ(Rl+Z)) / (0.9* ΔP_Р)*100 =

(0,9*5416,1 -4530,01)/ (0,9*5416,1) *100% = 7,06%

% < 7,06% < 12%

Условие выполняется!

3.3 Определение поверхности нагревательных приборов

В курсовом проекте необходимо определить поверхность нагрева и количество секций в каждом из приборов, присоединенных к последнему стояку расчетного циркуляционного кольца.

В качестве нагревательных приборов приняты чугунные радиаторы типа МС 140-98 (площадь одной секции f_с=0,24 м², номинальный тепловой поток q_ном= 725 Вт/м²).

F_пр= Q_пр/q _пр

где q_пр - расчетная плотность теплового потока в конкретных условиях эксплуатации прибора, Вт/м2

q _пр= q _ном(Δt_ср/70)^m*( G_пр /360)^p

где m - показатель, принимаемый при движении воды в радиаторе «сверху-вниз», равным 1,3;- показатель, принимаемый при расходе теплоносителя через прибор G_пр до 60 кг/ч и схеме движения «сверху-вниз», равным 0,02

Δt_ср - средний температурный напор (t_ср.пр.-t_int), ºС,

где t_ср.пр.- средняя температура воды в приборе, ºС;_int - температура внутреннего воздуха в рассматриваемом помещении, ºС.

Средняя температура воды в рассчитываемом приборе t_ср.пр. с учетом остывания воды в магистральных трубопроводах до расчетного стояка, принимаемого для проектируемых в работе зданий, равным 2 ºС.

Для однотрубной системы отопления:

₁₂ = t_г -2 - (3,6*Q_прi*β₁β₂)/(G_ст*C)

Q_прi - тепловая нагрузка каждого радиатора, присоединенного к рассматриваемому стояку по ходу движения воды до рассчитываемого этажеузла, Вт;

β₁ -коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых приборов за счет округления сверх расчетной величины для радиатора МС140; β₁ =1,05

β₂ -коэффициент учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения приборов у наружных ограждений; для радиаторов β₂ =1,02

G_ст - количество воды, поступающее в однотрубный стояк, кг/ч, определяемое по выражению:

_cт = (3,6*∑ Q_прi * β₁β₂)/(С*( t_г -2 - t_о))

∑ Q_прi - тепловая нагрузка на стояк, Вт;_cт = (3,6*(626+647)*1,05*1,02)/(4,19*(105-2-70)) = 35,5 кг/ч₁₂^2эт = t_г -2 - (3,6*Q_пр^2эт*β₁β₂)/(G_ст*C) = 105-2-(3,6*647*1,05*1,02)/(35,5*4,19) = 86,2 ºС₁₂^1эт = t_г -2 - (3,6*Q_пр^1эт*β₁β₂)/(G_ст*C) = 105-2-(3,6*626*1,05*1,02)/(35,5*4,19) = 86,8 ºС

t_ср.пр.^2эт = (tг - 2)+ t₁₂^2эт /2 = (105-2+86,2)/2 = 94,6 ºС

t_ср.пр.^1эт = (t₁₂^1эт + t_о)/2 = (86,8+70)/2 = 78,4 ºС

Δt_ср^2эт = t_ср.пр.^2эт - t_int = 94,6 - 18 = 76,6 ºС

Δt_ср^1эт = t_ср.пр.^1эт - t_int = 78,4 - 18 = 60,4 ºС

Количество воды, кг/ч, затекающей приборы для однотрубного стояка:

_пр =G _cт * α = 35,5 * 1 = 35,5 кг/ч

α = 1, коэффициент затекания воды в приборы однотрубного стояка с односторонним присоединением приборов.

Расчетная плотность теплового потока:

_пр^2эт = 725*(76,6/70)^1,3*(35,5/360)^0,02 = 778,2 Вт/м²

q _пр^1эт = 725*(60,4/70)^1,3*(35,5/360)^0,02 = 571,6 Вт/м²

Требуемая площадь радиатора:

_пр^2эт= Q_пр^2эт /q _пр^2эт = 647/778,2 = 0,83 м²

F_пр^1эт= Q_пр^1эт /q _пр^1эт = 626/571,6= 1,1 м²

Число секций в нагревательном приборе, шт

n = (F_пр * β₄ )/(f_c* β₃)

_c = 0,24 м², площадь одной секции;

β₄ - коэффициент, учитывающий способ установки радиатора: при открытой установке β₄ =1;

β₃ - коэффициент, учитывающий число секций в радиаторе:

β₃ = 0,97+0,06/ F_пр

β₃^2эт = 0,97+0,06/ F_пр^2эт = 0,97 + 0,06/0,83 = 1,04

β₃^1эт = 0,97+0,06/ F_пр^1эт = 0,97 + 0,06/1,1 = 1,02

Т.о. число секций в радиаторе:

n ^2эт = F_пр^2эт_* β₄/(f_с*β₃^2эт) = 0,83*1/(0,24*1,04) = 3,3

Принимаем 4 секции;

n ^1эт = F_пр^1эт_* β₄/(f_с*β₃^1эт) = 1,1*1/(0,24*1,02) = 4,49

Принимаем 5 секций.

.4 Подбор элеватора

Основной характеристикой для подбора элеватора является коэффициент смешения:

U= (t_с - t_г)/ (t_г - t_о)*1,15 = (150 - 105)/(105 - 70)*1,15 = 1,48

t_с = 150 ºС - температура сетевой воды в тепловой сети.

Массовый расход воды, циркулирующей в системе отопления, т/ч:

_сист=3,6 Q_сист/(С*( t_г - t_о)*10³) = 3,6*25170,9/(4,19*(105-70)*10³) = 0,62т/ч;

_сист = 25170,9Вт - тепловая мощность системы отопления.

Диаметр горловины элеватора, мм:

_г = 15.5* (G _сист²/ ΔH_сист)^1/4 = 15,5*(0,62²/4319,96)^1/4 = 7 мм

ΔH_сист=Σ(R*l+Z ) =- потери давления в расчетном циркуляционном кольце системы отопления в кПа (из таблицы 3).

По найденному диаметру горловины подбираем номер стандартного элеватора: т.к. d_г < 18 мм - принят элеватор № 1;

Диаметр сопла, мм, для подобранного элеватора определён по приближенной зависимости:

_с = d_г/(1+ U) = 8/(1+ 1,48) = 2,82 мм

Требуемая разность давлений перед элеватором, кПа:

ΔР_эл=6,28*G_с²/ d_с⁴ = 6,28*0,25²/ 0,282⁴ = 62 кПа

_с - расход сетевой воды, т/ч;_с = 0,282 - диаметр сопла в см.

_с= 3,6* Q_сист/(С*( t_с - t_о)*10³) = 3,6*25170,9/(4,19*(150-70)*10³) = 0,27т/ч

3.5 Определение годовых расходов теплоты на отопление

Расход тепла на отопление здания на весь отопительный период, ГДж:

Q_год= 3,6* β * Q_зд*( t_int - t_ht)*Z_ht*24)/ ( t_int - t_ext)*10⁶ =

= 3,6*1,05*25170,9*(20-(-1,2))*167*24/(18-(-23))*10⁶ =197 ГДж.

β - коэффициент, учитывающий непроизводительные потери тепла

системой отопления, при нижней разводке β =1,05;

t_ht = -1,2 ºС - средняя температура отопительного периода; _ht = 167 сут - продолжительность отопительного периода

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Отопление и вентиляция. Методическое указание для курсового проекта. Зибрев О.А. Санкт-Петербург, 2004 г.

. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника (с изменениями № 3 и № 4).

. ГОСТ 30 494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

. СНиП 2.08.01-89*. Жилые здания и общежития.