Проектирование водяной системы отопления
Министерство
образования РФ
ГОУ ВПО
"УГТУ - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Кафедра
Теплогазоснабжение и вентиляция
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ВОДЯНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Руководитель
Ширяева Н.П.
Студент
группы СЗ-4807
Брюховских
Е.А.
2011г
ВВЕДЕНИЕ
Данный курсовой проект содержит расчет и конструирование системы
отопления жилого здания, а также расчет отопительных приборов. Курсовой проект
состоит из расчетной части и графической части на листе формата А1.
1. Исходные данные
Местонахождение здания - г. Челябинск
Расчетная температура местности:
расчетная температура по параметру Б, tн = - 28 °С.
Номер плана здания - 14.
Схема разводки падающих магистралей - верхняя.
Тип отопительных приборов - «Комфорт 20».
Схема стояка - в
Насосное давление в теплосети, Рн = 13000 Па.
Температура воды в системе отопления - 95 - 70 °С.
Расчетные температуры воздуха в помещениях:
жилая комната (ЖК) угловая - 20 °С;
жилая комната (ЖК) неугловая - 20 °С;
кухня (К) - 19 °С;
туалет (Т) - 16 °С;
коридор (Кр) - 16 °С;
лестничная клетка, лифтовая площадка (Лк, Лп) - 16 °С.
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период,
tоп. =
- 7,8 °С.
Продолжительность отопительного периода, Zоп. = 280 сут.
2. Определение тепловой мощности системы отопления
Заполняется таблица 1 расчета для всех помещений нижнего, промежуточного
и верхнего этажей. В конце таблицы 1 указываются суммарные расчетные
теплопотери зданием.
2.1 Тепловой расчет ограждающих конструкций
2.1.1 Наружная стена (НС)
Определение сопротивления теплопередаче по условиям энергосбережения, Rreg., (м2 ´ °С)/Вт:
Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения принимается по
таблице 2.2. [2] в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода
В.
В = (tв - tоп.) ´ Zоп.,
где tоп. - средняя температура наружного
воздуха за отопительный период, °С
Zоп. -
продолжительность отопительного периода, сут.
tв -
температура внутреннего воздуха;
В = (20 - (- 7,8)) ´ 280 = 8344,
Rreg.
= 4,32(м2 ´ °С)/Вт.
Коэффициент теплопередачи стеновой панели:
ст. = 1 / Rreg
ст. = 1 / 4,32 = 0,23 Вт/(м2 ´ °С).
2.1.2 Перекрытие над неотапливаемым подвалом со световыми проемами
Определение требуемого сопротивления теплопередаче:
= 5,65 (м2 ´ °С)/Вт.
Коэффициент теплопередачи:
под. = 1 / Rreg
под. = 1 / 5,65 = 0,17 Вт/(м2 ´ °С).
2.1.3 Перекрытие бесчердачное (плоская кровля)
Определение требуемого сопротивления теплопередаче:
= 6,37 (м2 ´ °С)/Вт.
Коэффициент теплопередачи:
пот. = 1 / Rreg.
пот. = 1 / 6,37 = 0.16 Вт/(м2 ´ °С).
2.1.4 Окна и балконные двери
Определение требуемого сопротивления теплопередаче:
. = 0.70 (м2 ´ °С)/Вт.
По табл. 2,3[2] подбираем остекление: двухкамерный стеклопакет из стекла
с мягким селективным покрытием.
Rreg.
= 0,70 (м2 ´ °С)/Вт.
Коэффициент теплопередачи:
ок. = 1 / Rreg
ок. = 1 / 0.70 = 1,41 Вт/(м2 ´ °С).
Величина скорректированного коэффициента теплопередачи окон и балконных
дверей составляет:
ок.¢ = Kок. - Kст.
ок.¢ = 1,41 -
0,23 = 1,19 Вт/(м2 ´ °С).
2.1.5 Входная дверь
Определение требуемого сопротивления теплопередаче,
нсreg., (м2´°С)/Вт:
Rнсreg. = (tint - texp) ´ n / (Dtн ´ aв),
где n - коэффициент, учитывающий положение
наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.
Для НС n = 1,0;
tint -
температура внутреннего воздуха;
texp -
температура наружного воздуха;
Dtн - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции. Для НС
жилых зданий Dtн = 4
°С;
нсreg. = (16 + 28 ) ´ 1 / (4 ´ 8,7) = 1.26 (м2 ´ °С)/Вт.
Сопротивление теплопередаче входной двери принимается в размере 60 % от Rнсreg для стеновой панели.
дд. = 1 / (0,6 ´ Rнсreg)
дд. = 1 / (0,6 ´ 1.26) = 1,32 Вт/(м2 ´ °С).
Величина скорректированного коэффициента теплопередачи входной двери
составляет:
дд.¢ = Kдд. - Kнс.
дд.¢ = 1,32 -
0,23 = 1,09 Вт/(м2 ´ °С).
2.2 Определение тепловой мощности системы отопления
Задача расчёта тепловой мощности системы отопления состоит в нахождении
всех составляющих теплового баланса (теплопотерь и теплопоступлений) и в
определении дефицита теплоты для каждого помещения и здания в целом.
со = Qо + åQд + Qв - Qбыт
Где Qо - основные потери теплоты через
ограждающие конструкции, Вт;
åQд -
суммарные добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;
Qв -
потери теплоты на инфильтрацию, Вт;
Qбыт -
бытовые тепловыделения, Вт.
2.2.1 Основные теплопотери
Основные потери теплоты Qо,
Вт, определяется:
о = К ´ F (tint - texp) ´ n
Где К - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м2´°С);
F -
расчетная площадь, м2;
n -
коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции
по отношению к наружному воздуху.
tint -
температура внутреннего воздуха, 20 °С;
texp -
температура наружного воздуха, texp =
- 28 °С;
Qонс =
0.23´ 8,9 (20-(-28)) ´ 1 = 98 Вт;
Qодо+бд
1.19 ´ 4,2 (20-(-28)) ´ 1 = 240 Вт;
Qопт =
0.16´ 7,3 (20-(-28)) ´ 1 = 56 Вт;
Qопл =
0,17 ´ 7,3 (20-(-28)) ´ 0,75 = 40 Вт.
2.2.2 Добавочные теплопотери
Добавочные теплопотери Qд
учитываются умножением основных теплопотерь на коэффициент N.
д = Qо × N
Где Qо - основные теплопотери, Вт;-
коэффициент добавочных теплопотерь
N = 1
+ y + j
Где y - коэффициент
учитывающий добавочные потери ограждающих конструкций НС, дверей и окон в
зависимости от ориентации по сторонам света см. п.3.2. [2];
j - коэффициент учитывающий добавочные потери на нагрев наружного воздуха,
поступающего в здание при открывании входных дверей, и равный 0,27 ´ H., j =
0,27 ´ 25,2 = 6,8
2.2.3 Теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха
Добавочные теплопотери на инфильтрацию наружного воздуха Qинф., Вт, рассчитывается для жилых
комнат:
инф. =
0,28 ´ L ´ rint ´ с ´ (tint - texp)
Где L - расход удаляемого воздуха (для
жилых зданий 2,7 м3/час на 1 м2 площади жилой комнаты), м3/ч;
С - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг ´ °С);
rint -
плотность воздуха в помещении, кг/м3;
texp -
температура наружного воздуха, °С;
tint -
температура внутреннего воздуха, °С,
Qинф.
= 0,28 ´ (7,3´3,0) ´ 1.197 ´ 1 ´ (20-(-28)) = 350 Вт, для жилой
комнаты;
Qинф.
= 0,28 ´ 60 ´ 1,197 ´ 1 ´ (19-(-28)) = 950 Вт, для кухни;
для лестничной клетки:
определяем разность давлений Р1 воздуха на наружную и внутреннюю
поверхность ограждения (окон лестничной клетки):
Р1=(H-h1)×(exp-int)+0,5×ν2×exp×(Сн-Сп)×Кν-Рint=(25,2-4,9)×(14,13-11,98)+0,5×52×1,453×(0,8+0,6)×0,66-0=60,43
Па,
Где Н - высота здания от уровня земли до верха карниза, м;
hi -
расчетная высота от уровня земли до верха окон, м;, int - удельный вес, Н/м3,
соответственно при температуре наружного
texp и
внутреннего tint воздуха, равны:=3463/(273-28)=14,13
Н/м3, int=3463/(273+16)=11,98 Н/м3;
ν - скорость ветра м/с, равная 5;-
плотность наружного воздуха, кг/м3;
Сн, Сп - соответственно аэродинамические коэффициенты для наветренной и
подветренной поверхностей наружных ограждений, равные Сн= 0,8, Сп= - 0,6;
Кν - коэффициент учета изменения
скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, равный 0,66;
Рint - условно постоянное давление воздуха, Па, в помещении здания (для
жилых зданий Рint= 0),
вычисляем сопротивление Rитр воздухопроницанию по формуле:
итр=1/Gн×(Р/Ро)0,67=1/6× (41,1/10)0,67=0,45 (м2 ´ ч)/кг,
Где Gн - нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих
конструкций, равная 6 кг/(м2×ч);
Р - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности
наружных ограждений, Па;
Ро - разность давлений воздуха, при которой определяется сопротивление
воздухопроницанию Rи, Ро= 10 Па, разность давления Р
определяется по формуле:
Р=0,55×H×(exp-int) + 0,03×exp×ν2 =
0,55×25,8×(14,13-11,98) + 0,03×14,13×52 = 41,1 Па
Где Н - высота здания от уровня земли до верха карниза, м;, int -
удельный вес, Н/м3, соответственно при температуре наружного texp и внутреннего tint воздуха;
ν - скорость ветра, м/с, равная 5,
вычисляем расход Gи инфильтрующегося воздуха через окно 1 этажа:
Gи=0,216×A1×Рi0,67Rи=0,216×3,06×60,430,67/0,45+= 22,9 кг/ч,
Где А1 - площадь соответственно окна, м2;
Рi - разность давлений воздуха на
наружной и внутренней поверхности наружных ограждений помещения на расчетном
этаже, Па;н - нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих
конструкций, равная 6 кг/(м2×ч), рассчитываем расход теплоты для
нагревания инфильтрующегося воздуха через окна с 1 по 9 этаж и входную дверь:
в= 0,28 × Gи
× с ×
(tint-texp) × Кн, Вт
Где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг ´ °С);
Кн - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкции,
равный 0,8;
texp -
температура наружного воздуха, °С;
tint -
температура внутреннего воздуха, °С,в = (22,9*0,28*1*(20+28)*0,8=246,2 Вт
2.2.4 Бытовые тепловыделения
Бытовые тепловыделения, Qбыт.,
Вт, для кухонь и жилых комнат принимаются в размере 10 Вт на 1 м2 площади пола.
быт. = 10 ´ Fпл.
Где Fпл - площадь пола отапливаемого помещения, м2.
2.2.5 Тепловая мощность системы отопления жилого
здания
р = SQо. ´ (1+Sβ) + Qв. - Qбыт, Вт
Где Qо - основные потери теплоты через
ограждающие конструкции, Вт;
Qв. -
потери теплоты на инфильтрацию, Вт;
Qбыт.
- бытовые тепловыделения, Вт,
Qр =
(221х1)+(163х1,05)+(217х1,05)+(118х1)+620-130= 1230 Вт.
Вычисленные значения Qо., Qв., Qбыт. и Qр.
округляются до ближайшего кратного 10 Вт значения.
Тепловая мощность системы отопления Qс.о.1, Вт, определяется как сумма затрат теплоты на отопление
отдельных помещений и лестничной клеток.
с.о.1 = SQр1эт + SQр ´ (nэт - 2) + SQрверх + SQлк;
Где SQр1эт, SQрверх - теплопотери соответственно первого и верхнего этажей,
Вт;
SQр -
теплопотери промежуточного этажа, Вт;
SQлк -
теплопотери лестничных клеток, Вт,
Qс.о.1
= 140460 Вт
Все полученные данные записываются в табл. 1.
2.2.6 Определение удельной тепловой
характеристики жилого здания
Фактическая удельной тепловой характеристики жилого здания qоф, Вт/(м3×°С), определяется по формуле:
оф = SQр /(Vзд
× (tint-texp))
где SQр - расчётные теплопотери всеми
помещениями здания, Вт;
Vзд -
объём отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м3;
(tint-texp) - расчётная разность температур внутреннего и
наружного воздуха для характерных помещений, °С
Можно объяснить следующим:
. Удачная ориентация по сторонам света;
. Небольшие теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна
и двери.
Фактический удельный расход теплоты Qудф на 1 м2 общей площади здания, Вт/м2, определяется по
формуле:
удф = SQр/SF
где SQр - расчётные теплопотери всеми
помещениями здания, Вт;
SF -
общая площадь всех отапливаемых помещений, м2,
отопительный стояк труба
здание
3. Конструирование системы отопления
В курсовом проекте предусматривается вертикальная однотрубная система
отопления.
3.1 Установка отопительных приборов
Отопительные приборы устанавливаются в жилых комнатах и кухнях у наружных
стен под окнами. В угловых комнатах приборы устанавливаются у обеих наружных
стен. Во всех помещениях низ конвекторов располагается над полом на высоте не
менее 0,15 м.
В коридорах, прихожих и туалетах отопительные приборы не устанавливаются.
3.2 Установка отопительных стояков
В угловых комнатах устанавливается отопительный стояк в углу,
образованный наружными стенами.
К стоякам, обслуживающим отопительные приборы в кухнях, отопительные
приборы других помещений не присоединены. Запрещено подключение к одному стояку
отопительных приборов, установленных соседними квартирами. При верхней разводке
магистралей, главный стояк прокладывается в лестничной клетке, ближайшей к узлу
ввода.
3.3 Прокладка магистральных труб
Подающие магистрали при верхней разводке прокладываются на чердаке. Для
удобства монтажа и ремонта расстояние от наружной стены до оси трубопровода
принимается равным 1-1,5м. Высота подающих магистралей над перекрытием верхнего
этажа принята 0,5м. Обратные трубопроводы при любой разводке прокладываются на
кронштейнах вдоль наружных стен на 1м ниже от потолка подвала. Магистральные
трубопроводы на чердаке и в подвале теплоизолируются. Все магистральные
трубопроводы должны иметь уклон 0,003 в сторону ввода теплосети.
При конструировании система отопления делится на две одинаковые части
(ветки), расположенные симметрично относительно узла ввода.
.4 Удаление воздуха.
При верхней разводке воздух удаляется с помощью воздухозборников, которые
устанавливаются в конце каждой ветви перед последним стояком.
3.5 Арматура
В каждой пофасадной ветви после узла ввода устанавливается вентиль dу £ 40 или задвижка dу ³ 50. Такая же арматура
устанавливается в конце обратных ветвей перед узлом ввода. На подающих
пофасадных ветвях после узла ввода и на обратных пофасадных ветвях до
отключающей арматуры перед узлом ввода устанавливаются трубки dу = 15 мм длиной 0,5 м с пробковыми
кранами для спуска воды.
В начале стояков (tг =
95°С)
устанавливаются пробковые краны. В конце всех стояков устанавливаются пробковые
краны.
Регулировка теплоотдачи конвекторов осуществляется воздушными клапанами,
встроенными в корпус конвектора.
4. Гидравлический расчет системы отопления
Согласно табл. 2.1., плана подвала, верхнего этажа и первого этажа и
указаний п. 2.1. - п. 2.5. выбирается главное циркуляционное кольцо.
Вычерчивается аксонометрическая схема главного циркуляционного кольца (М
1:100), которое разбивается на расчетные участки. Каждый участок
характеризуется расходом теплоносителя и диаметром трубопровода. Вместе с
номером указывается его тепловая нагрузка (Вт) и длина (м). У конвекторов
тепловая нагрузка пишется сверху.
В качестве первого участка выбирается последний от узла ввода стояк. Он
начинается в месте ответвления от подающей магистрали последнего стояка и
кончается в точке слияния с ним на обратной магистрали.
Расход теплоносителя на участке:
= 3,6 ´Q / c ´ (tг - t0)
где Q - тепловая нагрузка на участке, Вт;
с - удельная теплоемкость воды, с = 4,187 кДж/(Вт ´ 0С);
tг, t0- температуры горячей и обратной
воды, °С.
Диаметр трубопровода на участке определяется по табл. 6 [3] в зависимости
от величины G и ориентировочного значения удельных
потерь на трение Rор., Па/м:
где
DРр - расчетное располагаемое давление в системе
отопления, Па,
DРр = Рн + РЕ,
где
Рн - давление, развиваемое циркуляционным насосом в теплосети, Па;
РЕ
- естественное давление от охлаждения воды в системе отопления, Па.
РЕ = Рпр.+ Ртр
где Рпр. - давление от охлаждения воды в приборах, Па,
Рпр. = (3,6 ´ b ´ g / c ´ G) ´ S (Qп ´ hп)
где b - среднее
увеличение объемной массы воды при уменьшении ее температуры на 10С, кг/(м3 ´ 0С)
g -
9,8 м/с2;
Qп -
тепловая нагрузка отопительного прибора n-ого уровня, Вт;
hп -
высота между центром охлаждения отопительного прибора n-ого уровня и уровнем обратной магистрали теплосети в узле
ввода, м.
Рпр. = (3,6 ´ 0,64 ´ 9,8 /
4,19 ´ 229) ´ (1060 ´ 20,68 + 930 ´ 17,68 + 930 ´ 14,68 + 930 ´ 11,68 + 930 ´ 8,68 + 930 ´ 5,68 + 1020 ´ 2,68) = 1895 Па
Ртр. - давление от охлаждения воды в трубах, Па.
Ртр= 1,57 х ln х nэт2,74
ln-
расстояние по подающей магистрали от главного стояка до вертикальной части
расчетного, м.
n-
показатель степени (для одноэтажного здания равен 0,2, для каждого последующего
этажа уменьшается на 0,02)
Ртр= 1.57 х 54,40.08 х 72.74=448 Па
РЕ= Рпр. + Ртр= 1895+448=2343 Па
DРр = 13000 + 2343 = 15343 Па.
Rср =
(0,65*Рр)/∑l
,65- коэффициент учитывающий долю потерь давления на трение.
∑l- общая длина главного
циркуляционного участка, м.
Rср=
(0,65*15343)/171,9=58 Па/м
По известной величине G и Rст по табл. 6 подбираем диаметр
стояка, определяя при этом фактические потери давления на трение Rф и скорость воды w.
1. Рассчитываем характеристики
сопротивления 1-го участка,d=25мм
местные сопротивления:
отвода на 90°
x=0,5х22=11
вентиль обыкновенный x=1х9,3=9,3
кран пробковый x=1х1,5=1,5
конвекторов «Комфорт-20» x=7х14,4=100,8
воздухосборник x=1х1,5=1,5
åx=124,1
Величина Z находится по
табл.10 [3] или по формуле
= Sz ´ ((r ´ w2)
/ 2)
где r - плотность
воды, кг/м3; w - скорость
воды, м/с2. Z =792,32 Па. Затем находится величина
общих потерь давления на участке S (R ´ l + Z).
Определяем потери давления на трение:
Rф х l= 30,5х10=305 Па
Суммарные потери давления на трения составляют:
S (R ´ l + Z)1уч.=
792,32+305=1097 Па, что не удовлетворяет устойчивости стояка, поскольку
S (R ´ l + Z) / DРр= 1097/15343=0,07<0,7
Следовательно необходимо создать дополнительное сопротивление, для этого
ставим дроссель-шайбу диаметром dш, мм
dш=3,57
где
Gст -расход теплоносителя в стояке, кг/ч;
DРизб - разность
давлений, равная 0,85Рр-Рст,Па
dш=3,57=5,16 мм ≈6 мм.
Таким
образом фактическое сопротивление стояка 1 равно 0,85хРр=13041,55 Па. Суммируем
это сопротивление с потерями давления на остальных участках кольца получаем
Р=å(Rl+Z)=14558,9 Па,
что
составляет 0,95 Рр, что допустимо.
5. Тепловой расчет отопительных приборов
В курсовом проекте выполнен расчет для приборов, присоединенных к
наиболее удаленному от узла ввода стояку главного циркуляционного кольца.
5.1 Характеристика отопительных приборов
По заданию курсового проекта к установке принят конвектор «Комфорт-20».
Конвектор «Комфорт-20» состоит из двух расположенных в горизонтальной
плоскости водогазопроводных труб диаметром 25 мм с оребрением из тонких
стальных пластин. Пластины заключены в кожух из стального листа. Конвектор
снабжен воздушным клапаном для регулирования теплоотдачи, поэтому регулирующая
арматура на подводках к этому отопительному прибору не устанавливается.
5.2 Расчет поверхности нагрева
Общая площадь поверхности нагрева отопительных приборов:
р1 = Qпр / qпр,
где Qпр - тепловая нагрузка на данный
прибор, Вт;
Qпр = Qп - βтр ´ Qтр,
где Qп - теплопотери помещения, Вт;
βтр - поправочных коэффициент,
учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов, βтр = 0,9;
Qтр -
суммарная теплоотдача проложенных в помещении открытых трубопроводов, Вт.
тр = qв ´ lв + qг ´ lг
где lв, lг - длина вертикальных и горизонтальных теплопроводов в
пределах помещения, м;
qв, qг - теплоотдача 1 м вертикально и
горизонтально проложенных труб, Вт/м (табл. 6.2.) [3].
qпр -
поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м².
пр = qном ´ (Δtср / 70)n+1 ´ (Gпр / 360)р ´ с,
где qном - номинальная плотность теплового
потока, Вт/м², для конвектора - qном = 357 Вт/м²;
Δtср - разница между средней температурой воды в приборе и
температурой помещения:
Δtср = tср. -
tв
где tср. - средняя температура воды в
отопительном приборе,
Для первого отопительного прибора по ходу движения воды в стояке сумма
расчетных тепловых нагрузок åQп=0.
Тогда средняя температура воды в конвекторе на девятом этаже будет равна:
tср1= tг-åD tм-=95- 4 -
=86,97°С
tср. =
где tT - температура теплоносителя на входе
в прибор, tT = 95°С;
t0 -
температура воды на выходе из прибора, t0 = 70°С.
Gпр. -
расход воды через прибор , кг/ч, Gпр. =
Gст.
5.3 Определение количества типоразмеров конвекторов
Выбор марки конвектора «Комфорт-20» производен с помощью табл. 6.1. [3] в
зависимости от величины расчетной поверхности Fp.
Общая площадь всех принятых к установке в данном помещении марок
конвекторов Fф должна удовлетворять следующему
условию:
,95 Fp £ Fф ³ 1,2 Fp.
Литература
1. Водяные
системы отопления жилых зданий: Методические указания к выполнению курсового
проекта по дисциплине «Отопление»/ Е. А. Комаров, Т. А. Пестрякова, Н. П.
Ширяева. Екатеринбург: УГТУ, 1995.
.
Проектирование водяных системы отопления: Методические указания к выполнению
курсового проекта по дисциплине «Отопление»/ Е. А. Комаров, Т. А. Пестрякова,
Н. П. Ширяева. Екатеринбург: УГТУ, 1995.
. Обеспечение
оптимального микроклимата в жилых зданиях. Часть 1. Отопление: Методические
указания к выполнению курсового проекта т практических занятий/ Н. П. Ширяева,
Е. А. Комаров. Екатеринбурга: УГТУ-УПИ, 2001.