Обоснование принятой системы отопления

Система отопления – совокупность технических элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты, необходимой для поддержания температуры на заданном уровне.

Для индивидуальной застройки и для небольших зданий рекомендуется принимать индивидуальную систему отопления. В качестве источника теплоснабжения рекомендуется установить малометражный котел, который может быть расположен в подвале, на чердаке или в специально отведенном помещении в зависимости от разводки системы отопления. Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью насоса, устанавливаемого на обратном трубопроводе перед котлом. В зданиях до четырех этажей рекомендуется применять двухтрубную систему отопления. Разводка системы отопления задается заданием на проектирование, либо оговаривается с преподавателем. Для удаления воздуха из системы отопления устанавливаем воздухосборник или воздушные краны, для вмещения объема воды, получаемого вследствие ее расширения при нагреве, устанавливаем расширительный бак

Параметры теплоносителя в системе отопления принимаются для водогазопроводных, медных и металлопластиковых труб и — для пластиковых.

В системе отопления необходимо предусмотреть установку следующей арматуры: отключающей (например, краны, вентили) и водоспускной – перед котлом, для отключения отдельных ветвей системы и в зданиях свыше 4-х этажей для отключения стояков; регулирующей и отключающей (например, терморегуляторы, клапаны RLV, краны) перед отопительным прибором. Следует учитывать, что некоторая арматура имеет несколько функций, например клапан RLV – регулирующую и отключающую, клапан MSV – отключающую и водоспускную.

Принятая конструкция системы отопления должна быть представлена аксонометрической схемой в пояснительной записке. На аксонометрической схеме должны быть изображены все повороты, скобы, утки, необходимая арматура, должны быть указаны номера рассчитываемых участков, их длина и тепловая нагрузка. Аксонометрическая схема является основой для гидравлического расчета трубопроводов.

Расчетным участком называется участок трубопровода постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Исключение составляют стояки вертикальных однотрубных систем, где на расчетном участке могут быть трубы разного диаметра.

Циркуляционное кольцо — это замкнутый контур в системе отопления. Количество циркуляционных колец в двухтрубной системе отопления равно числу отопительных приборов.

Целью гидравлического расчета трубопроводов системы отопления является определение оптимальных диаметров труб, при которых обеспечивается устойчивая и надежная доставка расчетного количества теплоносителя ко всем отопительным приборам, а также определение данных для подбора оборудования системы отопления (котла, насоса…).

Задача гидравлического расчета сводится к выбору оптимальных диаметров на всех участках сети и определения потерь давления главного циркуляционного кольца, разность гидравлических сопротивлений необщих участков главного циркуляционного кольца и необщих участков остальных колец не должна превышать 15 % .

Гидравлический расчет трубопроводов производится в следующем порядке:

1) Определяется главное циркуляционное кольцо. Это кольцо проходит через наиболее удаленный отопительный прибор первого этажа и является самым нагруженным во всей системе. Главное кольцо разбивается на расчетные участки, начиная с обратной подводки наиболее неблагоприятно расположенного отопительного прибора по обратным трубопроводам до котла и далее по подающим трубопроводам до расчетного прибора.

2) Для каждого участка расчетного кольца определяется расход теплоносителя,:

, кг/ч

где — суммарная тепловая мощность отопительных приборов, подсоединенных к i-му участку трубопровода, Вт;

— удельная массовая теплоемкость воды ( = 4,187 кДж/(кг·К)).

— параметры теплоносителя в системе отопления, 0 С.

3) Для каждого расчетного участка главного циркуляционного кольца, ориентируясь по приложению 6 [5] находится заданный расход теплоносителя и определяется соответствующее ему значение диаметра трубопровода , скорости движения теплоносителя и фактическое значение удельной потери давления на трение , при этом желательно, чтобы удельные потери давления на участке не превышали 100 Па/м.

4) Вычисляется расчетная потеря давления на трение на участке, равная произведению .

5) По каждому расчетному участку главного циркуляционного кольца по приложению 5 [5] определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений .

6) По скорости движения теплоносителя по приложению 7 [5] находится значение динамического давления:

.

7) Произведение определяет потери давления на местные сопротивления на рассчитываемом участке.

8) По каждому расчетному участку вычисляется полная потеря давления:

.

9) Определяется полная потеря давления в главном циркуляционном кольце:

+ ΔР_об

Где ΔР_об – потери давления в оборудовании – тепловых счетчиках, терморегуляторах, фильтрах. Если нет технических данных потери давления в терморегуляторах принимаются равными потерям давления на регулируемых участках трудопровода ( если регулирующие клапаны в системе не установлены потери давления в терморегуляторе принимаются равными потерям в системе отопления ).

Рассчитанное таким образом главное циркуляционное кольцо принимается в дальнейших расчетах за опорное для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Для каждого циркуляционного кольца есть точки, общие с главным циркуляционным кольцом, где происходит деление или слияние потоков. Задача дальнейшего расчета состоит в подборе диаметров участков полуколец таким образом, чтобы гидравлические потери в них были равны уже подсчитанным потерям давления между общими точками на участках главного циркуляционного кольца.

Расчет малых полуколец производится аналогично расчету главного циркуляционного кольца. Величина невязки в полукольцах определяется по формуле:

,

где – потеря давления в главном полукольце, равная потере давления на участках, не общих с малым полукольцом, Па;

– потеря давления в малом полукольце, Па.

Если по расчету невязка получилась больше 15%, в нижней части стояка малого полукольца необходимо установить дополнительное местное сопротивление (кран двойной регулировки или дроссельную диафрагму).

Диаметр отверстия дроссельной диафрагмы рассчитывают по формуле:

, мм.

Диаметр отверстия шайбы округляют до 0,5 мм в ближайшую сторону. Для уменьшения возможности засорения отверстия диаметр шайбы принимают не меньше 3 мм. В качестве деликатной дроссельной шайбы можно устанавливать клапан MSV-Ι.

При выполнении гидравлического расчета необходимо следить, чтобы скорости движения воды не превышали предельно допустимых значений (из условия бесшумной работы системы отопления), приведенных в .

Расчетные данные гидравлического расчета сводятся в таблицу.

Таблица 3.2. Гидравлический расчет системы отопления.

РАСЧЕТНАЯ ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания в холодный период года температурной обстановки, соответствующей комфортной и отвечающей требованиям технологического процесса.

Температура помещений зависит от поступлений и потерь тепла, а также от теплозащитных свойств наружных ограждений и расположения обогревающих устройств.

Тепло поступает в помещение от технологического оборудования, нагретых материалов, источников искусственного освещения, людей, а также от технологических процессов, связанных с выделением тепла. В холодный период года помещение теряет тепло через наружные ограждения, на нагревание материалов, транспортных средств и оборудования, поступающих извне. Тепло расходуется на нагревание воздуха, который поступает в помещение через неплотности в ограждениях и для компенсации воздуха, удаляемого технологическим оборудованием и вытяжными системами, если удаление этого воздуха не компенсируется притоком подогретого воздуха приточной вентиляции.

Для определения тепловой мощности системы отопления составляют баланс часовых расходов тепла для расчетных зимних условий в виде.

где Q_ОГР — потери тепла через наружные ограждения;

Q_И.В — расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещение при инфильтрации и вентиляции;

Q_ТЕХН — дебаланс между расходом тепла на технологические нужды и минимальными технологическими и бытовыми теплопоступлениями.

Расчетная тепловая мощность системы отопления соответствует максимальному дефициту тепла.

Для промышленных зданий в расчет принимают интервал с наименьшими тепловыделениями.

Для гражданских зданий обычно принимают, что в помещении отсутствуют люди, нет искусственного освещения и других бытовых тепловыделений, поэтому определяющими расход тепла являются теплопотери через ограждения и инфильтрация.

В жилых зданиях при определении тепловой мощности системы отопления учитывают теплопотери через ограждающие конструкции, больший из расходов тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение вследствие инфильтрации или для компенсации нормативного воз­духообмена, а также бытовые теплопоступления в размере, регла­ментируемом СНиП.

Определение потерь тепла через отдельные ограждения. Расчетные потери тепла

Q_т.п, Вт, через отдельные ограждения или их части площадью F определяют по форму

Q_т.п.= (t_в— t₅)nFη=K(t_в— t₅) nFη (1.68)

где t_В — расчетная температура внутри помещения;

t₅ — температура холодной пятидневки для района строительства;

п — коэффициент, учитывающий уменьшение разности температур (см. прил. 4);

η — коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери.

Теплопотери помещения Q_ОГР равны сумме потерь тепла через его наружные ограждения, рассчитанных по формуле (1.68), а также потерь или поступлений тепла через внутренние ограждения, если температура воздуха в соседних помещениях ниже или выше температуры в данном помещении на 5 о С и более.

Коэффициенты теплопередачи К для наружных стен и перекрытий принимают по теплотехническому расчету.

Для теплотехнического расчета окон и балконных дверей в СНиП приведены две таблицы (см. прил. 5 и 6). По одной из них можно определить минимально допустимое или требуемое сопротивление теплопередаче окна R_О ТР в зависимости от назначения помещения и расчетной разности температур t_B — t_Н. В другой таблице даны фактические сопротивления теплопередаче различных конструкций окон и балконных дверей. С помощью этих таблиц можно подобрать конструкцию или определить сопротивление теплопередаче заполнения светового проема известной конструкции

Коэффициент теплопередачи К для наружных дверей определяют в зависимости от их конструкции по приложению 6.

Добавочные теплопотери через ограждения.

Основные теплопотери через ограждения часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как принятая формула не учитывает влияния некоторых факторов. Потери тепла могут заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу ограждений и щели в них, а также под действием облучения солнцем. Теплопотери помещения в целом могут существенно возрасти (η > I) в результате врывания холодного воздуха через открываемые наружные двери и т. п.

Дополнительные потери тепла обычно учитывают добавками к основным теплопотерям, задаваемыми в процентах к последним. Условно добавки делят на несколько видов по определяющим факторам.

1. Добавка на ориентацию ограждения по странам света. Ее принимают для всех наружных вертикальных ограждений. Величины добавок берут в соответствии со схемой на рис.1.14.

2. Добавка на угловые помещения. Для угловых помещений и помещений, имеющих два и более наружных вертикальных ограждений, средняя радиационная температура ниже, чем для остальных помещений, поэтому для таких помещений температуру внутреннего воздуха принимают выше на 2 о С для жилых зданий, а для зданий другого назначения повышение температуры учитывают 5% добавкой к основным теплопотерям вертикальных наружных ограждений.

3. Добавка на врывание холодного воздуха. Для входов, не оборудованных воздушно-тепловыми завесами (наружные двери с кратковременным открыванием при n этажах в здании), ее принимают равной:

60 n % при тройных дверях с двумя тамбурами,

80 п % — при двойных дверях с одним тамбуром и

65 п% — при одинарных дверях.

В промышленных зданиях добавку на врывание холодного воз­духа через ворота, не имеющие тамбура и шлюза, если они открыты менее 15 мин в 1 ч, принимают

В общественных зданиях независимо от их этажности при проходе через двери

до 500— 600 чел в 1 ч принимают добавку в размере 500%.

4. Добавка на высоту. Ее вводят для помещении общественных зданий высотой более 4 м. Расчетные значения теплопотерь всех ограждений увеличивают на 2% на каждый метр высо­ты но добавка должна быть не более 15%. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения в результате повышения температуры воздуха. Для лестничных клеток добавку на высоту не принимают. В промышленных зданиях необходимо производить специальный расчет распределения температуры по высоте, который определит теплопотери через стены и перекрытия.

Расход тепла на нагревание холодного воздуха.

В производственных помещениях расход тепла на нагревание холодного воздуха, поступающего вследствие инфильтрации через притворы окон, фонарей, дверей, ворот, доходит до 30—40% основных теплопотерь. Учитывая столь большую величину этих затрат тепла, при расчете теплопотерь производственных помещений делают специальный подсчет затрат тепла на нагрев поступающего в помещение холодного воздуха. Такой же расчет выполняют для крупных общественных зданий.

Количество тепла Q, Вт, необходимое для нагрева массового расхода G, кг/°С, наружного воздуха, имеющего температуру t_Н до температуры в рабочей зоне помещения t_В, равно:

где с — удельная теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДж/(кг·°С).

Расход поступающего наружного воздуха G определяют по формуле

где а — поправочный коэффициент для двойных переплетов металлических а = 0,65; для двойных переплетов деревянных а = 0,5;

для деревянных притворов ворот и дверей а = 2;

j — расход воздуха, проникающего в помещение через 1 м притвора, кг/ч, принимаемый по табл. 1.6.

Для жилых и общественных зданий, оборудованных естественной вытяжной вентиляцией, количество тепла на нагревание наружного воздуха следует определять по расходу воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации, а для жилых комнат — по большей из двух величин:

а) расход воздуха, поступающего путем инфильтрации;

б) расход воздуха, обеспечивающий минимальный нормативный воздухообмен.

Количество тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещения жилых и общественных зданий путем инфильтрации Q_И Вт, следует определять по формуле

где F — расчетная площадь окон, м 2 ;

G_O — расход воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации через 1 м 2 окон и балконных дверей, кг/(м 2 • ч);

А» коэффициент, учитывающий подогрев воздуха тепловым потоком, принимаемый равным для окон с раздельными пере­плетами 0,8, адля спаренных переплетов 1.

Значение G₀ определяют по формуле

G₀= (1.74)

где А и Б — параметры, принимаемые по табл. 1.5;

ρ_Н — плотность наружного воздуха, кг/м 3 ;

Δр — разность давлений воздуха у наружной и внутренней поверхностей наружных ограждающих конструкций здания, Па, определяемая, по формуле

Δр=9,81(h_y.m -h_n)( ρ_Н – 1,27)+1,4(βυ) 2 ρ_Н (1.75)

здесь h_y.m — высота устья вытяжной шахты над уровнем земли, м;

h_n — высота центра рассматриваемого элемента ограждения над уровнем земли, м;

β — тот же поправочный коэффициент, что и в формуле (1.51);

υ — расчетная скорость ветра, м/с.

Количество тепла на нагревание наружного воздуха в объеме, обеспечивающем минимальный нормативный воздухообмен в жилых комнатах, Вт, следует определять по формуле

Q_H= = 1,005( )F_ж (1.76)

где l_В — нормативный воздухообмен, принимаемый равным 3 м 3 /ч на I м 2 жилом площади;

t_B — температура внутреннего воздуха, о С;

t_Н А — расчетная вентиляционная температура наружного воздуха о С;

F_Ж — площадь жилой комнаты, м 2 .

В тепловом балансе, определяющем установочную мощность системы отопления жилых зданий, по СНиП, необходимо учитывать бытовые тепловыделения Q_БЫТ в количестве 21 Вт на 1 м 2 площади жилых комнат и кухонь;

где F — площадь жилых комнат и кухонь, м 2 .