Гидравлический расчет системы отопления здания

Определение тепловых потерь через наружные стены, оконные проемы, крышу, на нагрев инфильтрующегося воздуха. Расчет бытовых теплопоступлений. Вычисление и обоснование количества секций калорифера. Гидравлический расчет системы отопления жилого здания.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	20.03.2017
Размер файла	832,7 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/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидравлический расчет системы отопления здания

тепловой калорифер отопление

Жилой дом расположен в Ярославской области, в г. Рыбинске.

Длина дома — 42 м; ширина — 13 м; высота этажа от пола до потолка — 2,5 м; высота подвала от пола до перекрытия первого этажа — 2,5 м. В данном доме проживают 12 взрослых и 6 детей.

— расчетная внутренняя температура воздуха согласно ГОСТ 30494 — 96 [1];

— расчетная наружная температура воздуха ГОСТ 30494 — 96;

t_ht — средняя температура наружного воздуха за весь отопительный период, о С;

— расчетная температура воздуха в техподполье, о С;

t_T — температура теплоносителя, циркулирующего в трубопроводе при расчетных условиях, о С;

z_ht — продолжительность отопительного периода, сутки;

D_d — градусо — сутки отопительного периода, ;

— плотность внутреннего воздуха при 22 о С.

— ускорение свободного падения;

— удельная теплоемкость сухого воздуха;

R_ст — термическое сопротивление стены, ;

R_ок — термическое сопротивление оконного проема, ;

R_кр — термическое сопротивление крыши, ;

— нормируемое сопротивление теплопередаче, части цокольной стены, расположенной выше уровня грунта, ;

— сопротивление теплопередаче заглубленной части стен техподполья, ;

R_req — нормируемое сопротивление теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем жилого здания, ;

— нормируемое сопротивление теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем, ;

R₁ — сопротивление воздухопроницанию окон, ;

R₂ — сопротивление воздухопроницанию дверей, ;

— нормируемое сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций, ;

— нормируемое сопротивление воздухопроницанию дверей,;

— нормируемое сопротивление воздухопроницанию окон в деревянных переплетах,;

— нормируемое сопротивление воздухопроницанию окон в пластиковых переплетах,;

— удельный вес наружного воздуха, Н/м 3 ;

— удельный вес внутреннего воздуха, Н/м 3 ;

q_t — плотность теплового потока от трубопроводов, Вт/м;

q₁₈ — линейная плотность теплового потока от трубопроводов, Вт/м;

q b . c — тепловой поток через цокольное перекрытие, Вт/м 2 ;

— расчетная разность давлений на наружной и внутренней поверхностях наружных ограждений, Па;

— разность давлений , определенная для помещений 1 — го этажа, Па;

n — коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.

— добавочные потери тепловой энергии в долях от основных потерь;

— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности; ;

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности; ;

h_i — высота от уровня земли до центра рассчитываемого помещения, м;

с_1н — аэродинамический коэффициент для наветренной поверхности ограждения здания;

с_1п — аэродинамический коэффициент для подветренной поверхности ограждения здания;

А₁ — площадь окон (балконных дверей), м 2 ;

А₂ — площадь наружных дверей, м 2 ;

А_ок — расчетная площадь поверхности окна, м 2 ;

А_кр — расчетная площадь поверхности крыши, м 2 ;

А_b — площадь цокольного перекрытия (над техподпольем), м 2 ;

l — суммарная длина поперечного сечения ограждений техподполья, м;

V_b — объем техподполья, м 3 ;

n_a — коэффициент кратности воздухообмена в техподполье; ч -1 ;

k_с — коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях;

— количество инфильтрующегося воздуха, через ограждение помещения, кг/ч;

Q_тв — тепловыделения в здании, кВт;

Q_тп — тепловые потери здания, кВт;

Q_int — бытовые тепловыделения, МДж;

Q_s — теплопоступления от солнечной радиации, МДж;

— теплоступления от отопительных приборов, кВт;

Для обеспечения комфортной температуры в зданиях и сооружениях используются централизованные и автономные (местные) системы отопления.

Систем автономного отопления здания предполагает наличие независимого источника тепла.

Система централизованного водяного отопления здания представляет разветвлённую систему трубопроводов, по которым теплоноситель от внешнего источника — тепловой магистрали, подается в отапливаемое здание с заданными параметрами.

Нагрев воздуха в помещениях здания происходит на установленных под оконными проемами теплообменниках — радиаторах, через которые прокачивается горячий теплоноситель.

Согласно техническим условиям, максимальная расчетная температура теплоносителя, подаваемого в здание может составлять 95 . Согласно Сан пин СанПиН 2.2.4.548—9 6 диапазон температур воздуха внутри здания составляет 18—2 2 .

Существующие методики расчета водяной системы отопления позволяют определить расчетные параметры системы для наиболее нагруженного периода работы, при расчетной минимальной температуре окружающей среды для данного района. Согласно этих параметров, проводится проектирование системы отопления конкретного здания.

Актуальной является задача регулирование параметров работы спроектированной системы отопления при изменении температуры окружающей среды во время отопительного периода. Количества тепла, отдаваемое от теплоносителя воздушной среде помещений зависит от температуры и расхода теплоносителя. Для регулирования количества тепла проводится качественная или количественная регулировка системы отопления. Задача регулирования параметров работы, спроектированной системы отопления является основной целью курсовой работы.

Чертеж 1. Внешний вид и размеры отдельно стоящего здания

1. Термодинамический расчёт здания

Необходимость постоянного подвода тепловой энергии в любое здание в холодное время года обусловлено тепловыми потерями через ограждающие конструкции здания, возникающими вследствие разности температур между его внутренними помещениями и окружающей средой. Значение температуры внутри помещения устанавливается нормативными документами ГОСТ 30494, ГОСТ 12.1.005 [2], СанПиН 2.1.2.1002 [3] и СанПиН 2.2.4.548 [4] в зависимости от назначения здания и его климатической категории.

Для поддержания установленной температуры в пределах постоянного значения здание должно находиться в состоянии теплового равновесия, т.е. должно осуществляться равенство между тепловыделениями и потерями тепловой энергии через ограждающие конструкции здания:

где сумма тепловыделений в здании, кВт;

сумма тепловых потерь, кВт.

К статьям тепловыделений относятся:

? Бытовые тепловыделения — выделения тепла от организма человека и теплопоступления от электрооборудования, эксплуатируемого в рассчитываемом помещении (система освещения, вентиляции, бытовая техника, и др.)

? Теплопоступления от солнечной радиации — поступление тепловой энергии в здание через оконные и другие светопрозрачные конструкции за счет излучаемой электромагнитной энергии Солнца.

? Теплопоступления от отопительных приборов — выделение тепловой энергии за счет обогрева помещений с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта

Теплопоступления от отопительных приборов соответствует потребному теплоснабжению здания.

Исходя из формулы следует, что значение потребного теплоснабжения определяется как разность:

1.1 Определение теплопотерь здания

Тепловые потери здания состоят из утечек тепловой энергии через наружные стены, оконные и дверные проемы, пол и наклонную крышу здания в окружающую среду. Расчет тепловых потерь производится согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [5].

Важной характеристикой объекта теплопотребления, определяющей коэффициенты теплопотерь вертикальных ограждающих конструкций, значения теплопоступлений солнечной энергии и другие расчетные величины, является расположение здания относительно сторон света. Для рассчитываемого объекта расположение относительно сторон света выбрано условно и представлено на рис. 1

Рис. 1. Расположение здания относительно сторон света

1.2 Определение тепловых потерь через наружные стены

В соответствии заданием наружные стены рассчитываемого здания выполняются из кирпича керамического рядового, пустотелого, 1,44NF 250x120x88 мм

Толщины слоев и теплопроводность материалов стен представлены в Таблице 1.

Толщина слоя , м

Кирпич керамический рядовой, пустотелый, 1,44NF 250x120x88 мм

Штукатурка: Glims Velur

Тепловые потери через стены рассчитываются по формуле:

где расчетная площадь поверхности стены, м 2 ;

термическое сопротивление стены, ;

расчетная температура воздуха внутри помещения, ;

расчетная температура наружного воздуха, ;

n коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, приведенный в [СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий];

добавочные потери тепловой энергии в долях от основных потерь, определяемые в соответствии с [СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий].

Термическое сопротивление стен определяется по формуле:

где коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности,

коэффициент теплоотдачи наружной поверхности,

толщина соответствующего слоя;

теплопроводность соответствующего слоя в условиях эксплуатации;

Подставляя в формулу (2.4) численные значения имеем

Подставляя в формулу (2.3) численные значения имеем

Результаты расчета тепловых потерь через стены здания сведены в Таблицу 2 .

Таблица 2. Значения теп ловых потерь через стены здания

Площадь стены основного здания, м 2

Теплопотери через стены основного здания, кВт

1.3 Определение тепловых потерь через оконные проемы

Согласно проекту, в здании выполняются двухкамерные стеклопакеты в переплетах ПВХ. Теплопотери через окна определяются по формуле:

где расчетная площадь поверхности окна, м 2 ;

термическое сопротивление оконного проема, .

Для данного здания были взяты двухкамерные стеклопакеты в пластиковых переплётах, с термическим сопротивлением 0,54 .

Подставляя в формулу (2.5) численные значения имеем

Таблица 3. Тепловые потери через окна

Площадь окна, м 2

Тепловые потери, кВт

Суммарные тепловые потери через окна данного помещения составляют 5,67 кВт.

1.4 Определение тепловых потерь через крышу здания

Верхнее ограждающее перекрытие здания, в разрезе, показано на рис. 2

3 — Железобетонная плита; 4 — Mин.вата маты теплоизоляционные: Good Shell; 5 — Сосна

Для расчета тепловых потерь через верхнее перекрытие используем данные о материалах: железобетонное основание, мин. вата маты теплоизоляционные: Good Shell, слой сосны.

Толщины слоев и теплопроводность материалов крыши представлены в таблице 4.

Mин.вата маты теплоизоляционные: Good Shell, 50 мм

Тепловые потери через крышу рассчитываются по формуле:

где расчетная площадь поверхности крыши, м 2 ;

термическое сопротивление крыши, ;

Термическое сопротивление крыши определяется по формуле:

где коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности,

коэффициент теплоотдачи наружной поверхности,

толщина соответствующего слоя;

теплопроводность соответствующего слоя в условиях эксплуатации.

В результате вычислений термическое сопротивление крыши отдельно стоящего здания принимает значение:

Расчетная площадь поверхности крыши объекта составляет

Тепловые потери через крышу данного здания в соответствии с зависимостью (2.6) составляют

1.5 Теплотехнический расчет техподполья

Место расположения здания — г. Рыбинск, ;

Площадь цокольного перекрытия (над техподпольем) A_b = 546 м 2 ;

Ширина подвала — 13 м; площадь пола техподполья — 546 м 2 ;

Высота наружной стены техподполья, заглубленной в грунт — 1,5 м;

Площадь наружных стен техподполья, заглубленных в грунт — 165 м 2 ;

Суммарная длина l поперечного сечения ограждений техподполья, заглубленных в грунт:

Высота наружной стены техподполья над уровнем земли — 1,5 м;

Площадь наружных стен над уровнем земли — 110 м 2 ;

Объем техподполья V_b = 1365 м 3 ;

Расчетные температуры системы отопления нижней разводки 95 о С, горячего водоснабжения 60 о С.

Длина трубопроводов системы отопления с нижней разводкой l_pi составила:

Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:

Газораспределительных труб в техподполье нет, поэтому кратность воздухообмена в техподполье n_a = 0,5 ч -1 .

Температура воздуха в помещениях первого этажа .

1. Нормируемое сопротивление теплопередаче , части цокольной стены, расположенной выше уровня грунта, определяют согласно СНиП 23 — 02 для стен в зависимости от градусо — суток D_d отопительного периода климатического района. При этом в качестве расчетной температуры внутреннего воздуха принимают расчетную температуру воздуха в техподполье , о С, равную не менее плюс 2 о С при расчетных условиях.

В данном случае имеем значение градусо — суток и нормируемое сопротивление теплопередачи цокольной стены, расположенной выше уровня грунт а .

2. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части техподполья определим как для утепленных полов на грунте, состоящей из термического сопротивления стены, равного , и участков пола техподполья.

Сопротивление теплопередаче участков пола техподполья (начиная от стены до середины техподполья) шириной: 0,5 м — 2,1 ; 2 м — 4,3 ; 2 м — 8,6 ; 4 м — 14,2 . Соответственно площадь этих участков для части техподполья длинной 1 м будет равна 1,7 м 2 (стены, контактирующей с грунтом), 0,5 м 2 , 2 м 2 , 2 м 2 , 4 м 2 .

Таким образом, сопротивление теплопередаче заглубленной части стен техподполья равно

Вычислим приведенное сопротивление теплопередачи ограждений заглубленной части техподполья по формуле

3. Согласно СНиП 23 — 02 нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытия над техподпольем жилого здания R_req для равно 4,6 .

Определим значение нормируемого сопротивления теплопередаче цокольного перекрытия над техподпольем , , по формуле

где R_req — нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытий над техподпольем, определяемое согласно СНиП 23 — 02 в зависимости от градусо — суток отопительного периода климатического района;

n — коэффициент, определяемый по формуле

где — расчетная температура воздуха в техподполье; — расчетная температура внутреннего воздуха, о С, принимаемая согласно СП 23 — 101 — 2004 [6]; — расчетная температура наружного воздуха, о С, принимаемая согласно СНиП 23 — 01 [7].

Подставляя значения в формулы (2.10) и (2.11), получаем следующие значения

4. Определим температуру воздуха в техподполье по формуле (2.12)

где — расчетная температура воздуха в помещении над техподпольем, о С; — расчетная температура наружного воздуха, о С, принимаемая согласно СНиП 23 — 01; l_pi — длина трубопровода i — го диаметра, м, принимается по проекту; A_b — площадь техподполья (цокольного перекрытия), м 2 ; — нормируемое сопротивление теплопередача цокольного перекрытия; V_b — объем воздуха, заполняющего пространство техподполья, м 3 ; n_a — кратность воздухообмена в подвале, ч -1 : при прокладке в подвале газовых труб n_a = 1,0 ч -1 , в остальных случая n_a = 0,5 ч -1 ; — плотность воздуха в техподполье, кг/м 3 , принимаемая равной ; A_s — площадь пола и стен техподполья, контактирующих с грунтом, м 2 ; — приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части техподполья; A_b.w — площадь наружных стен техподполья над уровнем земли, м 2 ; — нормируемое сопротивление теплопередачи, части цокольной стены, расположенной выше уровня грунта, определяют согласно СНиП 23 — 02 для стен в зависимости от градусо — суток D_d отопительного периода климатического района, ; q_pi — линейная плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции, приходящейся на 1 м длины трубопровода i — го диаметра с учетом теплопотерь через изолированные опоры, фланцевые соединения и арматуру, Вт/м; для чердаков и подвалов q_pi приведены в таблице

Нормируемая плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции трубопроводов на чердаках и подвалах