Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По дисциплине

Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности

ТЕМА: Отопление и вентиляция гражданского здания

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Объект: Туристическая база

Географический пункт: г. Шадринск

Материал наружных стен: Глиняный кирпич

Вид системы отопления: Водяная двухтрубная насосная с верхней разводкой

Источник теплоснабжения: Котельная

Ориентацию здания в отношении стран света принять самостоятельно

Срок выполнения работы с « » 2000 г.

по « » 2000 г.

Руководитель

(должность) (подпись) (Фамилия И.О.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ

2 РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ОТАПЛИВАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

3 РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

4 РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

5 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

6 ВЫБОР ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСОВ

7 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

8 ПОДБОР РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАКА

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ

1.1 Исходные данные

Температура наиболее холодной пятидневки: t _н =-34 єС;

Средняя температура отопительного периода: t _о.п. = -7,4 єС;

Продолжительность отопительного периода: Z _о.п. = 218 суток;

Средняя скорость ветра за январь: ω = - м/с;

Зона влажности: «С»;

1.2 Определение требуемых термических сопротивлений наружных ограждений

Требуемое значение сопротивления теплопередаче находим по формуле:

,

где t _в - расчётная температура воздуха в помещении, принимаемая по таблице 1.4 [1] t _в = 20 єС;

- коэффициент теплоотдачи от воздуха помещения к внутренней поверхности наружного ограждения, принимаемое по таблице 1.5 [1] Вт/(м² ∙К);

n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху;

Δ t _н - нормируемый температурный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой внутренней поверхности ограждения, принемаемый по таблице 1.7 [1].

1 Наружные стены:

n = 1; Δ t _н = 4 єС;

.

2 Чердачное перекрытие:

n = 0,9; Δ t _н = 3 єС;

.

3 Надподвальное перекрытие:

n = 0,75; Δ t _н = 2 єС;

.

1.3 Определение приведенных термических сопротивлений ограждений здания

Вычислим градусосутки отопительного периода:

;

°С ∙ сутки.

Вычислим приведённые термические сопротивления , м² ∙К/Вт, наружных ограждений здания:

1 Стены:

;

м² ∙К/Вт.

Принимаем следующую конструкцию стены:

Рисунок 1.1 Разрез стены

Внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора λ ₁ = 0,8 Вт/(м∙єС), δ ₁ = 0,020 м; Внутрнений и наружный слои кладки из обыкновенного глиняного кирпича на цементном песчаном растворе λ ₂ = λ ₄ = 0,81 Вт/(м∙єС); δ ₂ = 0,250 м; δ ₄ = 0,120 м; между слоями кирпичной кладки утеплитель из пенополиуретана λ ₃ = 0,03 Вт/(м∙єС); δ ₃ = x м.

Рассчитаем толщину утепляющего слоя из уровнения приняв :

,

где α _н = 23 Вт/(м² ∙єС) - коэффициент теплоотдачи в зимних условиях для наружных стен; для чердачных и надподвальных перекрытий α _н = 12 Вт/(м² ∙єС) по таблице 1.5 [1];

;

x = 0,086 м, принимаем толщину утеплителя x = 0,090 м.

Фактическое сопротивления теплопередаче R_ф будет:

;

(м² ∙єС)/Вт.

Вт/(м² ∙єС).

2 Окна:

;

м² ∙К/Вт.

Выбираем двухкамерные пакет из стекла с селективным покрытием по таблице 3[3] м² ∙К/Вт.

Вт/(м² ∙єС).

3 Перекрытия:

;

м² ∙К/Вт.

Принимаем следующую конструкцию чердачного перекрытия:

Цементная стяжка λ₁ = 0,582 Вт/(м∙°С), δ₁ = 0,020 м; Пенополиуретан λ ₂ = 0,03 Вт/(м∙°С), δ ₂ = x м; Железобетонная плита λ ₃ = 1,92 Вт/(м∙°С), δ ₃ = 0,220 м; Затирка λ₄ = 0,582 Вт/(м∙°С), δ₄ = 0,005 м.

Рассчитаем толщину утепляющего слоя:

;

;

x = 0,127 м;

Принимаем толщину утеплителя 0,13 м.

Фактическое сопротивления теплопередаче R _ф будет:

;

(м² ∙єС)/Вт.

Вт/(м² ∙єС).

Рисунок 1.3 Надподвальное перекрытие

Линолеум λ ₁ = 0,256 Вт/(м² ∙°С); δ ₁ = 0,005 м; Доска λ₂ = 0,174 Вт/(м² ∙°С); δ₂ = 0,020 м; Выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора λ ₃ = 0,8 Вт/(м² ∙єС); δ ₃ = 0,015 м; Пенополиуретан λ ₄ = 0,03 Вт/(м² ∙°С); δ ₄ = x м; Железобетонная плита λ ₅ = 1,92 Вт/(м² ∙°С); δ ₅ = 0,220 м.

Рассчитаем толщину утепляющего слоя:

;

;

x = 0,124 м;

Принятая толщина утеплителя 0,13 м.

Фактическое сопротивления теплопередаче R _ф будет

(м² ∙єС)/Вт.

Вт/(м² ∙єС).

Так как конструкции наружных ограждений были выбраны при R_o > R_тр , то проверка на конденсацию водяных паров не требуется.

Фактическое сопротивление для толстой внутренней стены:

,

где, внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора λ ₁ = 0,8 Вт/(м∙єС), δ ₁ = 0,020 м; слой кладки из обыкновенного глиняного кирпича на цементном песчаном растворе λ ₂ = 0,81 Вт/(м∙єС); δ ₂ = 0,24 м;

(м² ∙єС)/Вт.

Вт/(м² ∙єС).

Фактическое сопротивление для тонкой внутренней стены:

,

где, внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора λ ₁ = 0,8 Вт/(м∙єС), δ ₁ = 0,020 м; слой кладки из обыкновенного глиняного кирпича на цементном песчаном растворе λ ₂ = 0,81 Вт/(м∙єС); δ ₂ = 0,12 м;

(м² ∙єС)/Вт.

Вт/(м² ∙єС).

Сопротивление теплопередачи наружных двойных дверей принимаем по таблице 1.16 [1], (м² ∙єС)/Вт. Вт/(м² ∙єС).

2 РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ОТАПЛИВАЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Потери тепла помещениями через ограждающие конструкции, учитываемые при проектировании систем отопления, разделяются на основные, условно называемые нормальными, и добавочные, которыми учитывается ряд факторов, влияющих на величину теплопотерь.

Основные теплопотери помещений Q, Вт, слагаются из потерь тепла через отдельные ограждающие конструкции, определяемые по формуле:

Q = F ∙ k ∙( t_B - t_H )∙ n ,

где F - площадь ограждающей конструкции, через которую происходит потеря тепла, м²

k - коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции, Вт/(м² ·К);

t _в - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

t _н - расчетная температура наружного воздуха, °С;

n - поправочный коэффициент к расчетной разности температур (t _в - t _н ).

Теплообмен через ограждения между смежными отапливаемыми помещениями при расчете теплопотерь учитывается, если разность температур воздуха, этих помещений более 3° С. При меньшей разности температур теплообмен незначителен и не учитывается. Расчет теплопотерь сведем в таблицу.

Таблица 1 Расчёт теплопотерь.

Таблица 2 Позонный расчет пола

Итог: Q_пл = 849,1 + 69,17 = 911,1 Вт

Определяем удельную тепловую характеристику здания:

,

где - суммарные теплопотери всех помещении здания;

, м³ , объём здания;

м³ ;

Вт/м³ ∙ °С.

Должно выполнятся условие. Нормативное значение берётся по таблице 4 [3] в зависимости от . Значение нормируемой удельной тепловой характеристики для гражданского здания (туристическая база) . Так как 0,16 < 0,35, следовательно, условие выполняется.

3 РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Для поддержания в помещении требуемой температуры необходимо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, установленными в помещении, соответствовало расчетным теплопотерям помещения.

Количество тепла Q , Вт, отдаваемого прибором, пропорционально площади поверхности его нагрева F _пр , экм и коэффициенту теплоотдачи прибора q _пр .

Исходя из этого, можно написать:

;

,

где, - теплоотдача прибора, Вт/экм, находим по таблице III.22. [1].

При учете дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу приборов, формула для расчёта поверхности прибора принимает общий вид:

,

где β ₁ – коэффициент, учитывающий охлаждение воды в трубах;

β ₂ ­– коэффициент, учитывающий способ установки прибора;

Число секций в радиаторах определяется по формуле:

,

где β ₃ – коэффициент, учитывающий число секций приборов типа М-140 [5];

.

Площадь поверхности нагрева одной секции М-140-АО-300 = 0,217 экм. В процессе определения необходимой площади поверхности нагревательных приборов исходные и получаемые данные записывают в бланк. Разность между фактической и расчётной площадью поверхности прибора должна быть более -5%. Расчёт нагревательных приборов заносим в таблицу 2.

Таблица 2 Расчёт нагревательных приборов.

4 РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ДВУХТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Как известно из гидравлики при движении реальной жидкости по трубам всегда имеют место потери давления на преодоление сопротивления двух видов – трения и местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся тройники крестовины, отводы, вентили, краны нагревательных приборов, котлы, теплообменники и т. д..

Потери давления R _т , Па, на преодоление трения на участке трубопровода с

постоянным расходом движущейся среды (воды, пара) и неизменным диаметром определяют по формуле:

,

где R – удельная потеря давления;

l – длина участка трубопровода.

Потерю давления на преодоление местных сопротивлений, Па, оп­ределяют по формуле:

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений в данном участке трубопро­вода, величина безразмерная;

– динамическое давление воды в данном участке трубопровода, Па.

Общее сопротивление, возникающее при движении воды в трубопроводе циркуляционного кольца, включая отопительный прибор, котел и арматуру, может быть представлено как сумма потерь давления на трение Σ R· l и сумма потерь в местных сопротивлениях ΣΖ уравнением:

,

где Ρ_р – располагаемое давление.

Расчёт сети начинают с главного циркуляционного кольца, для которого R _ср имеет наименьшую величину.

Кроме величины R_ср , для подбора диаметра трубопроводов по таблице или номограмме необходимо знать количество воды G , кг/ч, протекающей по каждому расчетному участку циркуляционного кольца.

Величина G определяется по формуле:

, кг/ч

где Q – тепловая нагрузка расчетного участка по теплоотдаче приборов, Вт;

t_г -t_о – перепад температур воды в системе, ^о С;

с – теплоемкость воды, кДж/(кг·К);

3,6 – коэффициент перевода единиц Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученное значение R_ср , и определив количество воды

G, кг/ч, можно с помощью номограммы или расчетной таблицы подобрать оптимальные диаметры труб расчетного кольца. Все данные, получаемые при расчете трубопровода, заносят в таблицу.

При расчете отдельных участков трубопровода необходимо иметь в виду следующее: местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетным участкам с наименьшим расходом воды; местные сопротивления нагревательных приборов, котлов и бойлеров учитывают поровну в каждом примыкающем к ним трубопроводе.

Если по произведенному расчету с учетом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше располагаемого давления, то на отдельных участках кольца следует изменить диаметры труб.

Невязка в расходуемом давлении между отдельными циркуляцион­ными кольцами допускается в однотрубных системах и двухтрубных си­стемах с попутным движением воды до 15%, а в двухтрубных с тупиковой разводкой – до 25%.

Расчет трубопроводов двухтрубной системы водяного отопления с искусственной циркуляцией воды отличается от расчета трубопроводов такой же системы, но с естественной циркуляцией воды определением располагаемого давления. В системе с искусственной циркуляцией оно складывается из давления, возникающего в результате охлаждения воды в приборах и трубопроводах, и давления, которое создается насосом.

Располагаемое давление в этом случае определяется по выражению

,

где Δ Р_пр – естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах. Па,

ΔР_тр – естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубо­проводах, Па;

Р_нас – давление, создаваемое насосом, Па.

Аксонометрическая схема системы отопления представлена на рисунке 4.

Гидравлический расчёт системы отопления сводим в таблицу 3.

Рисунок 4 Аксонометрическая схема системы отопления

Таблица 3 Гидравлический расчёт системы отопления.

Рассчитаем невязку:

%

Невязка допустима.

Расчёт местных сопротивлений сводим в таблицу 4.

Таблица 4 Расчёт местных сопротивлений

5 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

В канальных системах естественной вытяжной вентиляции воздух пе­ремещается в каналах и воздуховодах под действием естественного дав­ления, возникающего вследствие разности давлений холодного наруж­ного и теплого внутреннего воздуха.

Естественное давление Δр_е Па, определяют по формуле:

, (5.1)

где h_i – высота воздушного столба, принимаемая от центра вытяжного отверстия до устья вытяжной шахты, м;

ρ _н , ρ _в – плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³ .

Аэродинамический расчет воздуховодов (каналов) выполняют по таблице или номограммам, составленным для стальных воздуховодов круглого сечения при ρ _в = 1,205 кг/м³ , t _в = 20 °С. В них взаимосвязаны величины L , R , w , h_w и d .

Чтобы воспользоваться таблицей или номограммой для расчета воздуховода прямоугольного сечения, необходимо предварительно определить соответствующую величину равновеликого (эквивалентно­го), диаметра, т.е. такого диаметра круглого воздуховода, при котором для той же скорости движения воздуха, как и в прямоугольном воздуховоде, удельные потери давления на трение были бы равны. Диаметр определяется по; формуле:

, (5.2)

где a, b – размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

Аксонометрическая схема вентиляции представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 Аксонометрическая схема системы вентиляции

Таблица 5 Расчёт местных сопротивлений

Из таблицы VII.7 [5] определяем, что часовой объём вентилируемого воздуха, м³ /ч.

Это значение принимаем в качестве расчётного.

Вытяжная решётка будет находиться на высоте 2,2 м над уровнем пола.

Для определения площади сечения канала на данном участке задаёмся скоростью движения воздуха по таблице 4.1 [6], м/с.

Площадь поперечного сечения канала, м² , определяется по формуле:

, (5.3)

Принимаем размеры поперечного сечения прямоугольного канала, м.

Уточним скорость движения воздуха на участке:

, (5.4)

Эквивалентный диаметр участка:

, (5.5)

где а , b – размеры поперечного сечения прямоугольного канала, мм.

По номограмме, приложение 1 [6] определяем удельную потерю давления на трение, Па/м.

Потери давления на трение на участке с учётом шероховатости:

, (5.6)

где - коэффициент шероховатости материала канала, для шлакобетонных плит таблица III.5 [5];

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений на участке по таблице 6.

Из приложения 1 [6] по скорости воздуха определяем динамическое давление, Па.

Потери давления на местные сопротивления участка:

, (5.7)

Общие потери давления на участке, Па:

. (5.8)

Результаты расчёта системы вентиляции представлены в таблице 6.

Располагаемое давление, Па, в естественной вытяжной системе вентиляции определяется по формуле:

, (5.9)

где h – расстояние по вертикали от оси вытяжной решетки до устья вытяжной шахты, м,

Для второго этажа h = 1,6 м;

Для первого этажа h = 4,3 м;

– плотность наружного воздуха, кг/м³ , при температуре 5 °С, ;

– плотность внутреннего воздуха, кг/м³ , при °С, ;

Па.

Па.

Сравним полученные потери на участке 1,2,3,4 с располагаемым давлением: 1,026 Па = 2,7 Па, следовательно, условие естественной вентиляции P_РАСП. ≥Rl+Z = ΔP выполняется.

На участке 5,6,7,4: 0,969 Па < 1,37 Па;

На участке 8,7,4: 0,978 Па < 2,7 Па;

На участке 9,3,4: 0,921 Па < 1,37 Па;

Все условия выполняются.

Таблица 6 Расчёт смистемы вентиляции

6 ВЫБОР ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА

Для подбора циркуляционного насоса необходимо знать требуемую его подачу и расчётное давление. Требуемая подача насоса V_нac , м³ /ч, определяется тепловой нагрузкой обслуживаемой системы отопления ΣQ, Вт, и перепадом температуры воды .

, (6.1)

где α – коэффициент запаса, учитывающий бесполезные потери тепла, α= 1,1…1,2;

с – теплоемкость воды, кДж/(кг·К);

ρ₇₀ – плотность воды, кг/м³ ;

м³ /ч.

Давление, создаваемое циркуляционным насосом, должно быть достаточным для преодоления всех сопротивлений движению воды в системе и принимается по потерям давления в самом невыгодном циркуляционном кольце:

Па= 4,954 кПа.

; (6.2)

м.

Насосы подбирают по их рабочим характеристикам, которые приведены в справочниках по санитарной технике и в каталогах заводов-изготовителей.

По требуемой подаче и давлению выбираем насос типа UPS 25-20 [4].

Характеристики насоса приведены в таблице 7.

Таблица 7 Характеристики насоса

7 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

Необходимо подобрать котёл, выбрать дымовые каналы для него, и определить высоту дымовой трубы.

Выбор котла производится по суммарной поверхности нагрева, которая определяется по формуле:

м² , (7.1)

где 1,1… - коэффициент запаса на производительные потери тепла соответственно при нижней и верхней разводке трубопроводов;

- расчетное количество тепла, ккал/ч;

- тепловое напряжение поверхности нагрева, ккал/(м² ·ч).

В качестве расчетного количества тепла принимаем суммарные теплопотери всего здания Вт = 22761 ккал/ч.

По таблице V.13 определяем тепловое напряжение поверхности нагрева.

Для котлов типа ВНИИСТО-Мч большой модели при сжигании сортированного антрацита ккал/(м² ·ч).

м² .

Исходя из полученного результата, к установке принимаем 2 котла ВНИИСТО-Мч (большая модель) ГОСТ 7252-54, с максимальной теплопроизводительностью при сжигании сортированного антрацита 14000 ккал/ч.

· Количество секций котла – 3 штуки;

· Строительная длина – 400 мм;

· Ёмкость – 30,5 л;

· Поверхность нагрева – 1,5 м² ;

· Масса без воды – 247 кг.

Для чугунных котлов ВНИИСТО-Мч подбираем размеры дымовых каналов по таблице V.21 [1].

· Площадь сечения каналов от чугунных котлов – 196 см²

· Площадь сечения выходного отверстия трубы – 378 см²

· Размеры канала, кирпичей – 1/2Ч1/2

· Высота трубы при известной теплопроизводительности – 9 м.

Для водогрейных и паровых котлов расход рассчитывается по формуле:

, (7.2)

где - расход тепла, ккал/ч;

- средняя низшая теплота сгорания топлива ккал/кг;

- кпд котельной установки [1]. По таблице V.23 [1] для антрацита находим ккал/кг.

кг/ч.

Площадь склада для твердого топлива на месячный запас:

, м² , (7.3)

где - объемная масса топлива, принимаемая по таблице V.23 [1], кг/м³ , ;

- высота штабеля в зависимости от рода топлива, м, ;

м² .

Расход твердого топлива за отопительный период:

, (7.4)

где 1,1…1,2 - коэффициент, учитывающий непроизводительные потери тепла;

- теплопотери здания, ккал/ч;

- средняя внутренняя температура отапливаемых помещений, ^о С;

т.

8 ПОДБОР РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАКА

Объём воды, л, в элементах системы отопления (нагревательных приборах, трубопроводах и котлах) находится по формуле:

, (8.1)

где - тепловая мощность системы отопления, Вт, Вт;

- объём воды в элементах системы отопления, л, в расчёте на теплоотдачу.

Для нагревательных приборов: л, для трубопроводов местной системы с насосной циркуляцией: л по таблице III.43 [1], для чугунных секционных котлов: л по таблице III.43 [1].

л.

Полезная ёмкость расширительного бака, л, при температуре в подающем трубопроводе ⁰ С определяется по выражению:

, (8.2)

л.

Поскольку ни один из стандартных баков не подходит, сконструируем расширительный сосуд исходя из величины полезного объема. Емкость бака до переливной трубы 21,51·1, 5 = 32 л = 0,032 м³ . Примем высоту бака H = 500мм, тогда диаметр найдем по формуле:

Примем диаметр D = 300 мм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Щекин Р.В. и др. Справочник по теплоснабжению и вентиляции.

2. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1981. – 272 с.

3. Свистунов В. М., Пушняков Н. К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха обьектов агропромышленного комплекса и жилищно-комунального хозяйства: Учебник для вузов.- СПб.: Политехника, 2001.- 423 с.: ил.

4. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. I. Отопление/ В. Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А. Н. Сканави и др.; Под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. -4-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1990.-334 с.: ил.-(Справочник проектировщика).

5. Отопление: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Строительство», специальности 290700/ Л.М. Махов. – М.: АСВ, 2002.- 576 с.: ил.