Отопление задачи с решением

Хозяин участка планирует устроить в жилом доме зимнее отопление. Он рассматривает два варианта: электрическое или газовое отопление. Цены на оборудование и стоимость его установки, данные о расходе газа, электроэнергии и их стоимости даны в таблице.

Нагреватель (котел)	Прочее оборудование и монтаж	Сред. расход газа / сред. потребл. мощность	Стоимость газа / электро-энергии
Газовое отопление	24 тыс. руб.	18 280 руб.	1,2 куб. м/ч	5,6 руб./куб. м
Электр. отопление	20 тыс. руб.	15 000 руб.	5,6 кВт	3,8 руб./(кВт · ч )

Обдумав оба варианта, хозяин решил установить газовое оборудование. Через сколько часов непрерывной работы отопления экономия от использования газа вместо электричества компенсирует разность в стоимости покупки и установки газового и электрического отопления?

Прочитайте внимательно текст и выполните задание.

На плане изображено домохозяйство по адресу: с. Авдеево, 3-й Поперечный пер., д. 13 (сторона каждой клетки на плане равна 2 м). Участок имеет прямоугольную форму. Выезд и въезд осуществляются через единственные ворота.

При входе на участок справа от ворот находится баня, а слева — гараж, отмеченный на плане цифрой 7. Площадь, занятая гаражом, равна 32 кв. м.

Жилой дом находится в глубине территории. Помимо гаража, жилого дома и бани, на участке имеется сарай (подсобное помещение), расположенный рядом с гаражом, и теплица, построенная на территории огорода (огород отмечен цифрой 2). Перед жилым домом имеются яблоневые посадки.

Все дорожки внутри участка имеют ширину 1 м и вымощены тротуарной плиткой размером 1 м × 1 м. Между баней и гаражом имеется площадка площадью 64 кв. м, вымощенная такой же плиткой.

К домохозяйству подведено электричество. Имеется магистральное газоснабжение.

Для объектов, указанных в таблице, определите, какими цифрами они обозначены на плане. Заполните таблицу, в ответ запишите последовательность четырёх цифр.

Объекты	жилой дом	сарай	баня	теплица
Цифры

Заметим, что, по тексту, жилой дом находится в глубине территории, также перед ним имеются яблоневые посадки. Исходя из рисунка, жилой дом обозначен цифрой 3. Гараж обозначен на рисунке цифрой 7. Сарай расположен рядом с гаражом. Значит, сарай обозначен цифрой 4. При входе на участок баня находится справа от ворот, значит, баня обозначена цифрой 6. Теплица находится на территории огорода, следовательно, теплица обозначена на рисунке цифрой 1.

Отопление задачи с решением

Хозяин участка планирует провести в жилом доме отопление. Он рассматривает два варианта: электрическое или газовое отопление. Цены на оборудование и стоимость его установки, данные о расходе газа, электроэнергии и их стоимости даны в таблице.

Нагреватель (котел)	Прочее оборудование и монтаж	Сред. расход газа / сред. потребл. мощность	Стоимость газа / электро-энергии
Газовое отопление	36 тыс. руб.	15 160 руб.	1,4 куб. м/ч	6,2 руб./куб. м
Электр. отопление	28 тыс. руб.	12 000 руб.	6,2 кВт	4,4 руб./(кВт · ч )

Обдумав оба варианта, хозяин решил установить газовое оборудование. Через сколько часов непрерывной работы отопления экономия от использования газа вместо электричества компенсирует разность в стоимости оборудования и установки газового и электрического отопления?

На плане изображено домохозяйство по адресу: с. Федосеево, 6-й Зелёный пер., д. 2 (сторона каждой клетки на плане равна 2 м). Участок имеет прямоугольную форму. Выезд и въезд осуществляются через единственные ворота.

При входе на участок справа от ворот находится хлев, а слева — сарай, отмеченный на плане цифрой 6. Площадь, занятая сараем, равна 36 кв. м.

Жилой дом находится в глубине территории. Помимо сарая, жилого дома и хлева, на участке имеется баня, расположенная в углу участка, и теплица, построенная на территории огорода (огород отмечен цифрой 2). Также в углу огорода расположена компостная яма.

Все дорожки внутри участка вымощены тротуарной плиткой размером 1 м × 1 м. Между баней и сараем и между сараем и хлевом имеются площадки, вымощенные такой же плиткой.

К домохозяйству подведено электричество. Имеется магистральное газоснабжение.

Для объектов, указанных в таблице, определите, какими цифрами они обозначены на плане. Заполните таблицу, в ответ запишите последовательность четырёх цифр.

Объекты	Хлев	Компостная яма	Баня	Жилой дом
Цифры

При входе на участок справа от ворот находится хлев. Значит, хлев отмечен на плане цифрой 7. Компостная яма находится в углу огорода, следовательно, она отмечена на плане цифрой 1. Слева от ворот находится сарай, справа от ворот находится хлев, огород отмечен цифрой 2. Значит, баня, расположенная в углу участка, отмечена цифрой 5. Жилой дом находится в глубине участка, следовательно, он отмечен цифрой 4.

Примеры решения задач. Задача 5.1. Определить затраты тепла S Q на отопление проектируемого здания локомотивного депо по его удельной тепловой характеристике

Задача 5.1. Определить затраты тепла S Q на отопление проектируемого здания локомотивного депо по его удельной тепловой характеристике, составляющей 0,7 Вт/м 3 К.Объем отапливаемого здания равен 4000 м 3 . Температура воздуха в помещении составляет 18 о С. Температура наружного воздуха t_н = – 15 о С.

Решение.Расчет затрат тепла на отопление здания производим по формуле

(5.1)

где a – коэффициент учета района строительства здания, принимается по [3, табл. 11.7], a = 1,08; q_V – удельная тепловая характеристика здания, при отсутствии значения принимается по [3, прил. 6]; V_н – объем здания или отапливаемой его части, м 3 ; t_в – средняя нормируемая температура воздуха в отапливаемых помещениях, о С,

кВт.

Задача 5.2. Для общественного здания определить величину удельной тепловой характеристики при следующих исходных данных: F = 500 м 2 ; S = 120 м 2 ; V_н = 1300 м 3 ; d = 0,3.

Решение.Расчет q_V производим по формуле (5.2), учитывающей степень остекления,

, (5.2)

где d – степень остекления наружных стен здания в долях единицы; F – площадь наружных стен, м 2 ; S – площадь здания в плане, м 2 ; V_н – объем здания, м 3 ,

Вт/м 3? о С.

Полученное значение q_V не отличается от приведенного в [3, прил. 6], т.е. здание считается отвечающим теплотехническим требованиям.

Задача 5.3. Определить тепловую мощность отопительной системы пассажирского купейного вагона с 36 пассажирами, если площадь ограждений составляет F = 220 м 2 . Приведенный коэффициент теплопередачи через ограждения вагона k = 2,5 Вт/м 2 К. Температура воздуха в вагоне t_в = 20 о С; температура наружного воздуха t_н = –30 о С. Принять количество теплоты, выделяемой одним пассажиром, q_пас = 100 Вт/чел.

Решение.Тепловую мощность отопительной установки вагона Q_от для компенсации дефицита теплоты находим из уравнения теплового баланса:

, (5.3)

где Q_пот и Q_выд – соответственно теплопотери и тепловыделения, Вт.

Теплопотери через ограждающие конструкции вагона определяем по формуле

(5.4)

где k – коэффициент теплопередачи ограждений, Вт/м 2 К; F – площадь ограждений, м 2 ; (t_в – t_н) – разность температур воздуха, К.

Расчет теплоты, выделяемой пассажирами в вагоне, производим по формуле

(5.5)

где N – количество пассажиров в вагоне.

кВт.

Задача 5.4. Пассажирский купейный вагон имеет площадь ограждения F = 200 м 2 . Приведенный коэффициент теплопередачи составляет 2,5 Вт/м 2 К. Температура наружного воздуха t_н = – 40 о С; температура воздуха в вагоне t_в = 20 о С. Коэффициент теплопередачи нагревательных приборов k_н = 10 Вт/м 2 К, при этом температура воды на входе в приборы t₂ = 90 о С, а на выходе t₁ = 70 о С. Определить площадь теплообменной поверхности отопительной системы вагона.

Решение.Необходимая поверхность нагревательных приборов определяется по аналогии с предыдущей задачей из уравнения теплового баланса теплопотерь и теплопоступлений:

(5.6)

. (5.7)

Подставляя исходные данные, получим:

= 150 м 2 .

Задача 5.5.Рассчитать калориферную установку в системе воздушного отопления производственного помещения для нагревания воздуха L = 28000 м 3 /ч с начальной температурой t_н = –18 о С до конечной t_к = 20 о С. Теплоноситель: вода с параметрами t_r = 130 о С и t_о = 70 о С.

Решение. Определяем плотность (объемная масса) воздуха при t_к = +20 о С:

кг/м 3 .

Расход тепла на нагревание воздуха, ккал/ч,

ккал/ч.

Задаемся массовой скоростью   = 8 кг/(м 2 с), при которой живое сечение, м 2 , калориферной установки по воздуху

м 2 .

По [3, прил. 17] принимаем калориферы модели КФС-9 с установкой их параллельно по воздуху

м 2 .

Определяем фактическую массовую скорость, кг/(м 2 с), при параллельной установке калориферов:

кг/(м 2 с).

Скорость теплоносителя в трубках калориферов, м/с, при последовательном присоединении трубопровода

м/с.

По [3, прил. 19] для   = 9,6 кг/(м 2 с),  _mp = 0,137 м/с, коэффициент теплопередачи калорифера к = 20,8 ккал/(ч м 2 о С).

Определим требуемую поверхность нагрева, м 2 , калориферной установки

где – средняя температура теплоносителя; t_СР – средняя температура воздуха,

м 2 .

Находим количество подлежащих установке калориферов при поверхности нагрева одного калорифера КФС-9 F_к = 41,6 м 2 :

шт.

Принимаем к установке четыре калорифера, запас поверхности нагрева 11 %, что вполне допустимо.

Задача 5.7. В моечном отделении депо испаряются водяные пары в количестве 10 кг/ч. Температура наружного воздуха – 12 о С, внутреннего – 18 о С, относительная влажность – 80 %. Требуется определить необходимый воздухообмен для помещения.

Решение.По I – d диаграмме влажного воздуха [4] находим влагосодержание в наружном воздухе и внутри помещения: d_н = 7 г/кг и d_вн = 10,3 г/кг.

Из полученных данных определяем необходимый воздухообмен по формуле

,

кг/ч.

Задача 5.8. В цехе выделяется хлор. При нормальной работе оборудования кратность воздухообмена К_Рн = 14 ч –1 . В случае нарушения технологического режима выделение хлора увеличивается в 10 раз, т.е. m = 10. Определить через какое время после устранения аварии концентрация хлора снизится до ПДК, если кратность воздухообмена аварийной вентиляции равна 6 ч –1 .

Решение.Определяем общую кратность воздухообмена во время аварии:

ч –1 .

Определяем время, за которое концентрация хлора снижается до ПДК по формуле [4]

(5.8)

где m – отношение количества вредных газов (паров), выделяющихся при аварии к их количеству при нормальном процессе; n – отношение кратности аварийной вентиляции к кратности при нормальной работе:

ч = 9,1 мин.

Следовательно, за 9,1 мин после аварии концентрация хлора будет снижена до ПДК при работе вентиляции.

Задача 5.9. По психрометру Ассмана t_c = 17 °C, t_м = 12 °C, р_б = 101325 Па, V = 0,2 м/с. Определить относительную влажность воздуха.

Решение.По таблице физических свойств воздуха находим парциальные давления насыщенных паров: при t_м = 12 ° C, р_нас = 1400 Па, при t_c = 17 °C, р_п.в. = 1920 Па [4]. Определяем парциальное давление, Па, паров воды в воздухе:

Па.

Находим относительную влажность воздуха по [4, формула (1.6)]:

На основании аналогичных расчетов составлены психрометрические таблицы для определения относительной влажности воздуха по показаниям температур сухого и мокрого термометра.

Задача 5.10. В помещении для кратковременного пребывания людей собралось 50 человек. Объем помещения V = 1000 м 3 . Определить, через какое время t после начала собрания нужно включить в работу приточно-вытяжную вентиляцию при следующих данных: количество СО₂, выделяемое одном человеком, 23 л/ч; допустимое содержание СО₂ в воздухе помещения х₂ = 2 л/м 3 ; концентрация СО₂ в наружном (приточном) воздухе х₁ = 0,6 л/м 3 .

Решение. Определяем общее количество СО₂, выделяющегося в помещении от людей:

л/ч.

Находим по [4, формула (II.7)] t = V (х₂ – х₁)/G время включения в работу вентиляционной системы:

ч.

Следовательно, вентиляцию можно включить в работу через 1,21 ч (73 мин) после начала производственного собрания.

Задача 5.11. В помещении испытаний топливной аппаратуры депо требуется переместить 3000 м 3 /ч воздуха при полном расчетном давлении 35 кг/м 2 . Подобрать тип вентилятора и определить мощность электродвигателя.

Решение.По исходным данным характеристики вентиляторов Ц4-70 в соответствии с [4] находим, что требуемые параметры могут быть обеспечены вентилятором № 5. На его характеристике находим пересечение вертикальной прямой, соответствующей производительности 3000 м 3 /ч, и горизонтальной прямой, соответствующей давлению 35 кг/м 2 . Точка пересечения соответствует кпд вентилятора h _в = 0,69.

Мощность электродвигателя определяется по формуле

где L – производительность вентилятора, м 3 /ч; Р – давление, создаваемое вентилятором, кг/м 2 ; h _в – кпд вентилятора; h _п – кпд передачи (при размещении вентилятора на одном валу с двигателем h _п = 1).

Подставляя исходные данные, получим:

кВт.

Задача 5.12. Воздухообмен, обеспечивающий удаление избытков теплоты в цехе локомотивного депо, составляет 185000 кг/ч. Определить площади приточных и вытяжных фрамуг, если расстояние между центрами фрамуг Н = 8 м, t_в = 23,3 ° С, t_ух = 31,3 ° С, t_н = 20,3 ° С. Соотношение площадей приточных F₁ и вытяжных F₂ фрамуг составляет 1,25.

Решение. По [4, формула (IХ.19)] определяем расстояние от нейтральной зоны до центра вытяжных фрамуг, для чего предварительно по известным температурам находим r _в = r _ух = 1,16 кг/м 3 и r _н = 1,204 кг/м 3

м.

° С и кг/м 3 .

Вычисляем расстояние от нейтральной зоны до центра приточных отверстий

м.

По [4, формулы (IХ.16) и (IХ.17)] определяем величины площадей фрамуг:

м 2 ;

м 2 .

Задача 5.13. Рассчитать воздушную завесу у ворот локомотивного депо, выполненную по схеме с забором внутреннего воздуха и подачей его в завесу без подогрева. Размеры ворот: ширина В = 3,5 м, высота Н = 2,5 м. Расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха соответственно составляют t_н = –20 ° С; t_в = –10 ° С;

Решение.По [4, формула (ХII.7)] находим максимальную скорость, м/с, у пола, принимая высоту расположения нейтральной зоны Z = 4 м:

м/с.

Вычисляем расход наружного воздуха, м 3 /ч, при бездействии завесы:

м 3 /ч.

Задаемся геометрическими размерами завесы: шириной щели в = 0,1 м; углом наклона струи к плоскости ворот a = 30° (при этом коэффициент a = 0,2).

По [4, график (ХII.5)] при а = 0,2, a = 30° и подаче воздуха через щель снизу j = 0,41.

Определяем характеристику завесы:

Задавшись кпд завесы ŋ = 0,6; находим расход воздуха на завесу, м 3 /ч,

м 3 /ч.

Определяем начальную скорость струи:

м/с.

Находим количество воздуха, входящего в помещение, м 3 /ч,

м 3 /ч.

Определяем температуру смеси, если воздух завесы не подогревается:

° С.

Повысим температуру завесы до t_см = 0 ° С путем подогрева воздуха и определим начальную температуру воздуха:

° С.

Расход теплоты на подогрев воздуха калориферами составит

ккал/ч.

Определим расход воздуха при t_см = 0 ° С:

м 3 /ч.

Найдем кпд завесы при новых условиях:

Задача 5.14. Рассчитать воздушно-тепловую завесу для административного здания локомотивного депо при заборе внутреннего воздуха на завесу. Исходные данные: t_н = –26 ° С; r _н = 1,43 кг/м 3 ; h_л.к = 9 м; t_в = 16 °С; r _в = 1,22 кг/м 3 ; h_эт = 3 м; Н_дв = 2,5 м; F_вх = 2 м 2 ; количество проходящих людей n = 1000 чел/ч; К = 0,38; m _вх = 0,1 для входных вращающихся дверей; t_у = 50° С.

Решение. Определяем количество наружного воздуха, поступающего через вход в здание по формуле

кг/ч.

Находим расход воздуха на завесу, кг/ч,

кг/ч.

Определяем расход теплоты, Вт, на воздушно-тепловую завесу:

Вт.

Задача 5.15. Рассчитать очистку запыленного воздуха в рукавных фильтрах, если объем воздуха Q составляет 35000 м 3 /ч. Подобрать марку рукавного фильтра, определить их необходимое число и воздушную нагрузку.

Решение. Задаемся удельной воздушной нагрузкой на ткань фильтра q= 50 м 3 /м 2 ч.

Определяем необходимую величину фильтрующей поверхности, м 2 ,

м 2 .

По [5, табл. ХI.6] принимаем к установке рукавный фильтр марки ФВК-90, рабочая фильтрующая поверхность которого составляет 75 м 2 , и тогда потребное число фильтров составит

шт.

Принимаем к установке 10 рукавных фильтров с общей фильтрующей поверхностью 900 м 2 и рабочей поверхностью

м 2 .

Фактическая воздушная нагрузка на ткань фильтра составит

м 3 /м 2 ч,

т.е. очень близка к заданной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Безопасность жизнедеятельности / Под ред. С.В. Белова. – М.: Высш. шк., 1999.

2. СНиП 2.04.05-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

3. Тихомиров, К.В. Теплотехника, отопление и вентиляция зданий / К.В. Тихомиров. – М.: Стройиздат, 1986.

4. Дроздов, В.Ф. Отопление и вентиляция. Ч.II. Вентиляция / В.Ф. Дроздов. – М.: Высш. шк., 1988.

5. Инженерные решения по охране труда в строительстве / Под ред. Г.Г. Орлова. – М.: Стройиздат, 1985.