Проект системы отопления многоквартирного 14 этажного жилого дома

Определение теплового режима здания, проектирование и гидравлический расчет системы. Сметная стоимость монтажных работ и применяемых материалов. Определение тeплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания с учетом потерь тепла нa инфильтрацию.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	04.07.2018
Размер файла	900,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система отопления считается довольно необходимым моментом в создании необходимых условий жизни, не только лишь для благоприятного пребывания людей, но также необходимо для сохранения самого дома и расположенных в нем материальных ценностей. Расчет системы отопления жилого дома состоит из определения теплового режима здания, проектирования и гидравлического расчета системы, определения сметной стоимости монтажных работ и применяемых материалов.

Определение теплового режима заключается в определение тeплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания с учетом потерь тепла нa инфильтрацию.

Задача данной работы: спроектировать систему отопления жилого 14 этажного дома в городе Вологде.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходными данными к дипломному проекту являются расчетные параметры воздуха. Расчетные параметры подразделяются на внутренние и внешние. Определяем параметры внутреннего и наружного воздуха для г. Череповца и сведем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 — Расчетные параметры воздуха

Наружные расчетные параметры

Температура холодной пятидневки

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период

Продолжительность отопительного периода

2. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1 Вычисление наружных ограждающих конструкций

тепловой гидравлический потеря инфильтрация

Необходимо рассчитать сопротивление теплопередаче наружной стены жилого здания, расположенных в городе Вологде.

Конструкция наружной стены показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Конструкция наружной стены: 1- бакелизированная фанера, л =0,12 Вт/(м 2 0 С); 2 — утеплитель ROCKWOOL Лайт Баттс, л =0,041 Вт/(м 2 0 С); 3 — гипсокартонный лист, л =0,064 Вт/(м 2 0 С); 4 — стекломагнезитовый лист, л =0,4 Вт/(м 2 0 С)

Нормируемое значение сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций , (м 2 0 С)/Вт, определяется по формуле:

где — коэффициент, учитывающий индивидуальности региона постройки. В формуле (2.1) принимается равным 1;

— значение необходимого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, (м 2 0 С)/Вт, берется в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), 0 Ссут/год, региона [3].

ГСОП найдем по формуле (2.2):

где — температура внутреннего воздуха, 0 С;

— средняя температура наружного воздуха, 0 С;

продолжительность отопительного периода, сутки.

Для значений ГСОП отсутствующих в [3 значение находится по формуле:

где ГСОП — градусо-сутки отопительного периода для определенного района;

— коэффициенты, принимаемые по [3].

Нормируемое значение сопротивления теплопередачи рассчитывается по формуле (2.4):

где — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, 0 С, [3] 0 С;

— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3] Вт/(м 2 0 С);

— температура внутреннего воздуха, 0 С;

— расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, 0С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [1].

Для наружной стены выбираем большее получившееся значение равное .

Сопротивление ограждающей поверхности для многослойной и однослойной конструкции рассчитывается по формуле (2.5):

где — сопротивление теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, (м 2 0 С)/Вт;

— термическое сопротивление одно- или многослойной ограждающей конструкции, (м 2 0 С)/Вт;

— сопротивление теплоотдачи наружной поверхности стены, (м 2 0 С)/Вт;

где — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3] Вт/(м 2 0 С);

где — термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, (м 2 0 С)/Вт;

где — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода принимаемый по [3], , Вт/(м 2 0 С).

Термическое сопротивление каждого однородного слоя определяется по формуле (2.9):

При полученных значениях термического сопротивления вычислим действительное значение термического сопротивления теплопередач:

Так как 3,32 (м 2 0 С)/Вт 2 0 С)/Вт, то значение коэффициента теплопередачи находим по формуле:

2.2 Вычисление чердачного покрытия

2.2.1 Вычисление покрытия «теплого чердака»

Следует рассчитать сопротивление теплопередачи для покрытия «теплого чердака».

На рисунке 2.2 приведена конструкция покрытия.

Рисунок 2.2 — Конструкция покрытия:

1 — стяжка из цементно-песчаного раствора, г = 1800 кг/м 3 ; 2 — керамзитовый гравий, г = 600 кг/м 3 ; 3 -сборная ж/б плита, г = 2500 кг/м 3

Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций, , (м 2 0 С)/Вт, принимается в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), 0 Ссут/год, региона строительства и определяется по [3]. ГСОП найдем по формуле (2.2):

где — средняя температура воздуха в чердаке, для 9-14 этажных зданий принимается 15-16 0 С;

По формуле (2.3) рассчитаем необходимое значение теплопередачи:

Нормируемое значение теплопередачи найдем по формуле (2.12):

где — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, 0 С [3] = 3 0 С;

— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкций [3] = 8,7 Вт/(м 2 0 С);

— температура внутреннего воздуха, 0 С;

— расчетная температура воздуха в чердаке, 0 С;

— коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [3], ;

Для покрытия численное значение примем большей и равной =2,413 (м 2 0 С)/Вт.

Расчет сопротивления для многослойной ограждающей конструкции по формуле (2.5).

По формуле (2.9) определяется термическое сопротивление отдельных однородных слоев конструкции.

При Вт/(м 2 0 С); Вт/(м 2 0 С); Вт/(м 2 0 С); м; Вт/(м 2 0 С); м; Вт/(м 2 0 С); м.

Определим действительное значение термического сопротивления теплопередач по формуле (2.13):

Так как 0,612 (м 2 0 С)/Вт 2 0 С)/Вт, то значение коэффициента теплопередачи находим по формуле (2.11):

2.3 Расчет перекрытия промеж жилым помещением и техническим подвалом

Следует рассчитать сопротивление теплопередачи для перекрытия между жилым помещением и технологическим подвалом.

Конструкция перекрытия показана на рисунках 2.3 и 2.4.

Рисунок 2.3 — Конструкция перекрытия:

1- стяжка из цементно-песчаного раствора М200, г = 1800 кг/м 3 ; 2 — керамзитовый гравий, г = 600 кг/м 3 ; 3 — сборная ж/б плита, г = 2500 кг/м 3

Рисунок 2.4 — Многопустотная железобетонная плита

Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций, , (м 2 0 С)/Вт, берется в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), 0 Ссут/год. ГСОП найдем по формуле (2.2) исходя из региона строительства (таблица 3.3).

Конструкция перекрытия показана на рисунках 2.3 и 2.4:

Найдем требуемое значение теплопередачи по формуле (2.3):

По формуле (2.12) рассчитывается нормируемое значение теплопередачи:

Возьмем для покрытия большее численное значение и равное (м 2 0 С)/Вт.

Рассчитаем термическое сопротивление для многопустотной железобетонной конструкции, а для упрощения задачи, заменяем круглые отверстия-пустоты железобетонной плиты диаметром 159мм равными по площади квадратами, сторону которых рассчитаем по формуле (2.14):

Отдельно находим тепловое сопротивление плиты теплопередачи, перпендикулярное и параллельное движению теплового потока.

Определим термическое сопротивление плиты , (м 2 0 С)/Вт, в направлении, параллельном движению теплого потока для двух отличающихся сечений (А-А и Б-Б).

Сечение А-А состоит из двух одинаковых слоев железобетона, толщина которых м с коэффициентом теплопроводности , Вт/(м 2 0 С) и воздушный зазор между ними толщиной м с термическим сопротивлением , (м 2 0 С)/Вт определяемым по 4. Тогда термическое сопротивление будет:

Сечение Б-Б состоит из однородного слоя железобетона, толщина которого м с коэффициентом теплопроводности Вт/(м 2 0 С). Сопротивление термического слоя составит:

Термическое сопротивление плиты, в направлении параллельном движению теплового потока, определяется по формуле (2.17):

где — площадь слоев в сечении А-А, найдем по формуле (2.18), м 2 ;

— площадь слоев в сечении Б-Б, найдем по формуле (2.19), м 2 ;

где a — равная сторона квадрата;

n — количество пустот в плите;

m — количество участков между пустотами;

l — длина конструкции плиты, равная одному метру.

Термическое сопротивление плиты , (м 2 0 С)/Вт вычисляют для трех сечений (В-В, Г-Г, Д-Д), в направлении перпендикулярном движению теплового потока.

Сечения В-В и Д-Д являются одинаковыми. Сумма толщин равна м с коэффициентом теплопроводности Вт/(м 2 0 С).

Суммарное термическое сопротивление слоев составит:

Термическое сопротивление для сечения Г-Г определяется по формуле (2.21):

где — площадь воздушных прослоек в сечении Г-Г, равна;

— площадь слоев из железобетона в сечении Г-Г, равна ;

— термическое сопротивление воздушной прослойки (м 2 0 С)/Вт по [4] толщиной м;

термическое сопротивление в сечении Г-Г толщиной м с коэффициентом теплопроводности Вт/(м 2 0 С).

Полное термическое сопротивление плиты определяется по уравнению:

Вычислим сопротивление однослойной и многослойной ограждающей конструкции по формуле (2.5).

По формуле (2.9) определяется термическое сопротивление каждого однородного слоя.

По Вт/(м 2 0 С); Вт/(м 2 0 С); Вт/(м 2 0 С) ; м; Вт/(м 2 0 С); м; (м 2 0 С)/Вт.

По формуле (2.13) найдем действительное значение термического сопротивления теплопередач:

По формуле (2.11) рассчитываем коэффициент теплопередачи:

3. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

3.1 Общие утверждения

Создавая проект системы отопления жилого дома, первоочередно необходимо найти мощность, которая компенсирует тепловые потери через ограждающие конструкции здания. Для этого проектирование начинается с расчета тепловых потерь всех ограждающих конструкций.

Мы определяем тепловые потери, как сумму тепловых потерь через отдельные ограждающие конструкции или их части [5]. Разница между температурой наружного и внутреннего воздуха зависит от основных и дополнительных потерь тепла, вычислить их по формуле:

где k — коэффициент теплопроводности наружного ограждения, Вт/(м 2 0 С);

F — расчетная площадь ограждающей конструкции, м 2 ;

t_вн — расчетная температура внутреннего воздуха, 0 С;

в — добавочные потери теплоты, определяемые по [5];

n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по [3].

3.2 Вычисление расходов теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений

Сквозь не плотности наружных ограждений в помещение поступает холодный воздух. Частично происходит нагрев воздуха за счет остывания помещения и уходит в систему вентиляции.

Подробно разработанный расчет тепловых потерь на нагрев инфильтрующегося воздуха принято по [5]. По формулам (3.2) и (3.3) определяется расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха:

где L — расход удаляемого воздуха, м 3 /ч, принимается для жилых помещений равным 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади жилых помещений;

— плотность наружного воздуха, принимается по [5];

— расчетная температура внутреннего воздуха, 0 С;

— расчетная температура наружного воздуха, 0 С;

— удельная теплоемкость воздуха равна 1,49 кДж/(кг 0 С).

где — количество инфильтрующегося воздуха, поступающего в помещение сквозь не плотности наружных ограждающих конструкций, кг/ч определяется по формуле (3.4);

— коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха в ограждении встречным тепловым потоком, равный 1,0;

— расчетная температура внутреннего воздуха 0 С;

— расчетная температура наружного воздуха, 0 С;

— удельная теплоемкость воздуха равна 1,49 кДж/(кг 0 С).

где — разность давлений воздуха на наружную и внутреннюю поверхности, Па, окон, наружных и балконных дверей на расчетном этаже, рассчитывается по формуле (3.5):

— площадь окон и балконных дверей;

— сопротивление воздухопроницанию, (м 2 чПа)/кг, окон, балконных дверей.

где H — высота здания м;

h — расчетная высота м от уровня земли до верха окон балконных дверей;

— соответственно удельный вес Н/м 3 , при температуре наружного и внутреннего воздуха, найдем по формуле (3.6):

где — скорость ветра, м/с, принимается по параметрам Б [1];

— плотность наружного воздуха, кг/м 3 , принимается по [5];

— аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, ;

— коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания [5];

— условно постоянное давление воздуха в здании, Па, принимаемое при практических расчетах для жилых зданий с естественной вентиляцией .

Расход теплоты по расчету по формулам (3.2) и (3.3) на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых при естественной вытяжной вентиляции, принимается равным большей из полученных величин.

3.3 Тепловые потери помещений

Из формулы (3.7) теплового баланса определяются теплопотери для жилого здания:

где — основные потери теплоты через ограждающие конструкции здания, Вт;

— теплопотери на инфильтрацию, Вт;

— бытовые тепловыделения, Вт.

В таблице 3.1 и приложении 1 приведен пример расчета тепловых потерь.

Таблица 3.1 — Часть результатов из расчета тепловых потерь через ограждающие конструкции

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Качественному обогреву квартиры всегда предшествуют предварительные расчеты, выбор схемы, способ разводки, покупка радиаторов, труб и котлов, то есть все то, что в совокупности создает уютную и теплую атмосферу зимой.

Разводка системы отопления в многоквартирном доме играет не последнюю роль в данном процессе, поэтому важно знать, какие типы ее бывают, преимущества и недостатки каждого из них.

4.1 Подбор системы отопления

Выбор вида системы отопления осуществляется в соответствии с СП 60.13330.2012 [6].

В разработке проекта будет проектирована двухтрубная система отопления коллекторного типа с поквартирной разводкой.

Поэтажная система отопления очень эффективна. При этом применяется коллекторная разводка с двухтрубной схемой. В ее основе находится общий стояк, к которому подведен обратный и подающий коллекторы на всех этажах. От них в квартиры идут трубы, подающие теплоноситель. Ряд преимуществ для выбора данной системы отопления:

­ во все отопительные приборы теплоноситель поступает с одной и той же температурой;

­ выход из строя одного отопительного прибора никак не влияет на работу остальных;

­ можно использовать в домах с любым количеством этажей

­ возможно установить терморегуляторы на радиаторы, позволяющие регулировать температуру теплоносителя.

4.2 Проектирование системы

При конструировании системы отопления необходимо гарантировать расчетную температуру и одинаковый нагрев воздуха помещений, гидравлическую и тепловую стойкость, взрывопожарную безопасность и легкость очистки и ремонта. [5].

Конструирование необходимо начать с расстановки стояков и отопительных приборов. Стояки устанавливаем на расстоянии 150±50 мм от откосов оконных проемов, а длину подводок к приборам принимаем 400 мм [7].

Для исключения переохлаждения и конденсации влаги на внутренних поверхностях стен, в угловых помещениях стояки прокладываем в наружных углах. На лестничных клетках и в лифтовых холлах отопительные приборы присоединяем к отдельным стоякам системы отопления.

Тепловой пункт, где находится узел ввода тепловой сети, размещаем в подвале. Систему отопления нужно создать с тупиковой разводкой магистралей. В подвале прокладываем магистральные трубопроводы системы отопления с нижней разводкой.

На магистралях требуется установка арматуры для отключения отдельных частей системы отопления, арматура для стояков, пригодной для изоляции отдельных труб, при необходимости выполнения ремонтных и других работ в отопительный сезон.

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

5.1 Общие утверждения

Система отопления выполняет функцию распределения теплоносителя через нагревательные устройства, представляя собой сильно разветвленную и сложную закольцованную сеть. Целью гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов при заданной тепловой нагрузки и расчетного циркуляционного давления. Теплоноситель для этой системы — вода. Для доставки и передачи в каждое помещение отапливаемого здания необходимого количества тепловой энергии требуются трубопроводы.

Задачей гидравлического расчета системы теплоснабжения трубопровода является выбор оптимальных участков трубы для прохождения заданного количества (расхода) воды на определенных участках. При этом установленный технико-экономический уровень эксплуатационных энергозатрат на перемещение воды, санитарно-гигиенические требования к уровню гидравлического шума, а также некоторая металлоемкость проектируемой системы отопления не должны быть превышены.

В инженерной практике для точного расчета гидравлической задачи решается методом подбора. Количество теплоты, получаемое теплоносителем, зависит от его расхода и разности температур при охлаждении воды в устройстве [7]. Для этого производится расчет расхода воды на каждое нагревательное устройство, с известным перепадом температуры теплоносителя по тепловым трубам системы. Необходимо гарантировать поставку всех частей системы отопления для обеспечения конструкции тепловых нагрузок нагревательных приборов.

5.2 Величины теплоносителя

Для отопительной техники применяется высокотемпературная вода, которая под влиянием избыточного давления не вскипает в трубопроводах.

Температурный перепад между горячей и охлажденной водой (), характеризует параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления.

В выпускном квалификационном проекте используется отопительный график для отопления жилых зданий 95-70 0 С, средняя температура воды в нагревательных приборах равна 85,5 0 С. Исходя из графика принимаем

Рассчитанная средняя температура горячей воды, циркулирующей через нагревательные приборы, является максимальной и поддерживается только при расчетной температуре наружного воздуха.

5.3 Подсчет тепловой нагрузки системы отопления

Вычисленная тепловая нагрузка прибора в помещении определяется тепловыми потерями помещения , величина которой должна быть несколько выше, так как устройство устанавливается на наружных стенах или под окнами и обогревает ограждения, увеличиваются действительный значения . Для определения действительной нагрузки прибора рассчитаем по формуле:

где — коэффициент учета дополнительных потерь теплоты, равный для биметаллических радиаторов, при размещении у наружной стены;

— коэффициент, учитывающий некоторое увеличение теплового потока радиаторов, равный 1,02 для радиаторов Radena Bimetall.

Номинальная тепловая нагрузка стока определяется по формуле (5.2):

где — сумма расчетных нагрузок нагревательных приборов, присоединенных к данному стояку, Вт.

Теплоемкость и тепловая нагрузка стояков записаны на аксонометрической диаграмме ветвей системы отопления. По ним находится расход воды в отдельных стояках, , и в системе, . Расход теплоносителя определяется по формуле (5.3), исходя из уравнения теплового баланса.

где — расчетная тепловая нагрузка стояка, Вт/ч;

— удельная массовая теплоемкость воды, равная 1,163, Вт/(кг· 0 С).

5.4 Подсчет циркуляционного напора в системе водяного отопления

Подсчет системы отопления начинается с определения наиболее протяженной и нагруженной ветви, а в ней выделяют основное циркуляционное кольцо (ОЦК). Для тупиковой системы ОЦК проходит через наиболее удаленный, а при равных длинах, через наиболее нагруженный стояк расчетной ветви.

Для ОЦК вычисляется расчетный циркуляционный напор по формуле (5.4):

где — искусственный напор (давление), создаваемый насосом, Па;

— естественное циркуляционное давление, возникающее в кольце системы вследствие охлаждения воды в нагревательных приборах и трубах циркуляционного кольца, Па. Искусственное давление, создаваемое насосом, принимаем равным Па;

— длина основного циркуляционного кольца, м;

— это самая большая часть напора, Па.

Естественный напор рассчитывается по формуле (5.5), взятой для расчета по методике [5]:

где — ускорение свободного падения, м/с2;

— среднее приращение плотности воды при ее охлаждении на 1 0 C, ;

— удельная массовая теплоемкость воды, Вт/(кг·0С);

— сумма произведений мощностей нагревательных приборов стояка на вертикальное расстояние от условного центра охлаждения приборов до центра нагревания воды в системе.

Таким образом получаем:

Расчетное давление необходимо для создания циркуляции воды в системе отопления, поэтому является очень важной рассчитываемой величиной.

5.5 Подсчет главного циркуляционного кольца (ОЦК) по удельным линейным потерям давления

По формуле (5.6) определим линейные и местные потери давления на участке теплопровода:

где — переводной коэффициент, ;

— длина рассчитываемого участка;

— местные потери давления на участке;

— удельная линейная потеря давления на 1м трубы, Па/м, определяется по расходу воды G, кг/ч [8].

Расход воды рассчитывается по формуле (5.7):

где — температурный перепад между горячей и охлаждённой водой, 0 С;

— удельная массовая теплоемкость воды, равная 1,163, Вт/(кг· 0 С);

— коэффициент учета дополнительных потерь теплоты, равный для радиаторов Radena Bimetall 1,05 при размещении у наружной стены;

— коэффициент, учитывающий некоторое увеличение теплового потока радиаторов, равный 1,02 для Radena Bimetall;

— необходимая теплоподача теплоносителем в i-е помещение.

Местные потери давления на участке определяются по формуле (5.8):

где — скорость теплоносителя на участке, м/с определяется по [8];

— плотность теплоносителя, кг/м 3 ;

— сумма коэффициентов местных сопротивлений (КМС). КМС ОЦК показаны в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке ОЦК