Теплотехнический расчет помещения и вентиляционно-отопительной системы

Теплотехнический расчет помещения и вентиляционно-отопительной системы

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

1.      
Расчет наружной стены

1 - кладка из силикатного кирпича ().

- плиты из пенополистирола ().

- цементно-песчаная штукатурка ().

Определяем градусо-сутки отопительного периода

 [°C*сут],

где

 - расчетная температура воздуха для жилых зданий, принимаемая по [2, табл.1] по минимальным значениям допускаемой температуры,

,  - средняя температура наружного воздуха и продолжительность отопительного периода, принимаемая по [3, табл.1] для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8°С;

=21 °С, = -6,8 °С, =200 суток

= 5560 [°C*сут]

Исходя из =5560 [°C*сут], определяем  [] по [1, табл.4]

=3,33 []

Затем подбираем толщину утеплителя

,

,  - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции [1, табл.7]

 - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции [4, табл.6 ]

=8,7 [], =23[]

=2,66 []

= 2,66*0,05=0,13

          Принимаем один слой пенополистирольных плит толщиной 100 мм и один слой толщиной 40 мм, а общую толщину стены 530 мм. Таким образом получаем:

=3,23 [],

 [].

Определяем расчетный температурный перепад , °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции.

,

n=1 [1,табл.6], =21 °С [2, табл.1], =-31°С[3, табл.1], =8,7 [] [1,табл.7],

=1,85 °С, =4 °С [1, табл.5],

<.

2.       Перекрытие над подвалом

1 - паркет (сосна, ).

- цементно-песчаная стяжка ().

- железобетонная плита().

- плиты из пенополистирола ().

,

ж/б - железобетонная плита; р - цементно-песчаный раствор; п - паркет,

=8,7 [], =12[],

Рубероид и прослойку из холодной мастики на водостойких вяжущих при опредлении сопротивления теплопередаче не учитывают ввиду очень малой величины.

Исходя из =5560 [°C*сут], определяем  [] по [1, табл.4],

= 4,96 [],

,

 [],

= 4,52*0,05=0,23 ,

Принимаем два слоя пенополистирольных плит толщиной 100 мм, а общую толщину пола 480 мм.

=5,03 [],

 [].

Определяем расчетный температурный перепад , °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции.

,

n=0,75 [1,табл.6], =21 °С [2, табл.1], =-31°С[3, табл.1], =8,7 []

[1, табл.7],

=0,89°С, =2 °С [1, табл.5],

<.

3.       Чердачное перекрытие

Схема чердачного перекрытия

- воздухонепроницаемая ткань.

2 - плиты из пенополистирола ().

слой рубероида.

3 - железобетонная плита().

= 4,39 [] (см. выше).

,

ж/б - железобетонная плита; р - цементно-песчаный раствор

=8,7 [], =12 [],

Слои рубероида при определении сопротивления теплопередаче не учитывают в виду очень малой величины.

[],

= 4,04*0,05=0,20 ,

Принимаем два слоя пенополистирольных плит толщиной 100 мм, а общую толщину перекрытия 420 мм.

=4,35 [],

 [].

,

n=0,9 [1,табл.6], =21 °С [2, табл.1], =-31°С[3, табл.1], =8,7 [] [1, табл.7],

=1,24 °С, =3 °С [1, табл.5],

<.

4.       Заполнение оконного проема

Исходя из =5560 [°C*сут], определяем  [] по [1, табл.4],

= 0,56 [].

Принимаем однокамерный стеклопакет из стекла с мягким селективным покрытием =0,56 [] [4, прил.6*].

[].

Исходя из того, что высота этажей 2,8 м ,целесообразно принять следующие размеры окон:

x1400, что соответствует размерам световых проемов.

Определение теплопотерь отапливаемых помещений

где:

n-поправочный коэффициент уменьшения расчетной разности температур для ограждений из табл.3*[4]

F - площадь поверхности ограждения, м²

tв - температура воздуха внутри помещения, ºC

tн - температура наружного воздуха и принимаемая равной температуре наиболее холодной пятидневки, составляющая для Ярославль -31ºС

К=1/Rо - коэф. теплопередачи;

Rо - полученное при расчете сопротивление теплопередаче ограждения, м²·°С/Вт

Добавочные потери тепла β учитывают особые условия ориентации и конфигурации здания.

Расчетные таблицы в приложении А.

Общие теплопотери по зданию составили 42878Вт.

Удельная тепловая характеристика здания:

42878/0,44*8133*(20-(-31))=0,18 Вт/(м), где

а=0,54+22/(t-t)=0,54+22/(20-(-31))=0,44 (3.9, [1])

Конструирование системы отопления

Для расчета системы отопления выбираем основное циркуляционное кольцо, проходящее через стояк 8 и прибор на шестом этаже. При выборе циркуляционного кольца руководствовались тем, что данный стояк самый нагруженный среди удаленных и выбранная ветвь (Ст5, Ст6, Ст7 и Ст8) самая нагруженная:

=2838Вт

=2862 Вт

=1511 Вт

=4307 Вт

Итого: 11518 Вт.

Гидравлический расчет системы отопления

Задача гидравлического расчета трубопроводов сводится к определению экономичных сечений участков трубопроводов, обеспечивающих при определенном заданном перепаде давления подачу необходимого теплоносителя по всем нагревательным приборам.

Основным циркуляционным кольцом выбрано кольцо через Ст8, т.к. в помещениях, отапливаемых кольцом (Ст5, Ст6, Ст7, Ст8), наибольшие теплопотери по сравнению с другими кольцами, и данный стояк самый нагруженный из крайних.

Расчетное циркуляционное давление в системах с искусственной циркуляцией равно сумме давления, создаваемого насосом и естественного давления (при качествен-количественном регулировании):

DРн=8000 Па - давление, создаваемое циркуляционным насосом;

DРе-естественное циркуляционное давление:

DРе.тр. - естественное циркуляционное давление, возникающее в трубопроводе.

DРе.пр -естественное циркуляционное давление ,возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в отопительных приборах ,Па.

где Qст -тепловая нагрузка стояка,Вт;

Q_п.i - теплопотери i- го помещения, Вт;

b= 0,64 -среднее приращение плотности (объемной массы) при понижении температуры воды

hi - вертикальное расстояние между условными центрами: охлаждения в стояке для i- го прибора и нагревания(середина высоты теплообменника или котла, точка смешения воды в тепловом пункте); это расстояние может измеряться от уровня магистрали, прокладываемой в подвальном помещении;

-- расчетная разность температуры воды в системе;

g =9,81м/с-скорость свободного падения.

Т.к. 707,5 < 10% от 8000, то

При подборе диаметра труб исходят из принятого расхода воды и среднего ориентировочного значения удельной линейной потери давления:

где

=0,65-для системы с насосной искусственной циркуляцией - коэффициент, учитывающий долю потерь давления на трении;

=102,8м -общая длина последовательных участков, составляющих циркуляционное кольцо;

Па/м .

Расход теплоносителя на участке:

,где

с = 4,187 кДж /(кг*С) - удельная массовая теплоемкость воды ;

Qуч - расход тепла на участке;

Dt = t_г-t_о - расчетная разность температуры воды в начале и в конце участка трубопровода, ºC;

=1,04-коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины (для чугунных радиаторов, в зависимости от марки);

=1,02- коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительных приборов у наружных ограждений(для чугунных радиаторов).

Скорость движения воды по трубам V и потери давления на трение на 1 м и R находим методом интерполяции.

Rl-потери давления по длине.

Все расчеты сведены в табл.1

åz-сумма коэффициентов местных сопротивлений:

участок Æ15:

·        Приборы (радиаторы чугунные) 6 шт. z = 10

·        вентиль прямоточный 6 шт. z = 15

·        вентиль прямоточный 2 шт. z = 6

·        тро    йник на проход 2 шт. z = 2

участок Æ20:

·        тройник на проход z = 1

3 участок Æ20:

·        тройник на проход z = 1

4 участок Æ25:

·        вентиль прямоточный z = 3

·        тройник на противотоке z = 3

участок Æ32:

·        вентиль прямоточный z = 3

·        тройник на противотоке z = 3

участок Æ40:

·        вентиль прямоточный z = 3

7 участок Æ40:

·        тройник на ответвление z = 1,5

·        вентиль прямоточный z = 3

участок Æ32:

·        тройник на ответвление z = 1,5

·        вентиль прямоточный z = 3

участок Æ25:

·        вентиль прямоточный z = 3

·        тройник на проход z = 1

участок Æ20:

·        тройник на проход z = 1

11 участок Æ20:

·        тройник на проход z = 1

Z = åz *V²r/2 - потери давления на преодоление местного сопротивления.

V²r/2 =Рд - динамическое давление воды на участке. По значению скорости на участке находим динамическое давление. /приложение Е,[1]/

(R*l+z) - общее сопротивление, возникающее при движении воды в трубопроводе.

При тупиковом движении теплоносителя невязка потерь давления в циркуляционном кольце не должна превышать 15%.

å(R*l+z) = 6771,72 Па

,9DРр = 0,9*8000=7200 Па

Невязка: (7200-6771,72)/7200 = 5,95%<15%, невязка выполняется.

Приложение Б. Гидравлический расчет системы отопления

Тепловой расчет отопительных приборов

Задача расчета заключается в определении поверхности внешней части отопительных приборов, которая будет обеспечивать выделение теплового потока Qрасч для компенсации тепловых потерь помещения. В расчете учитываем тепловой поток от открытого проложенных трубопроводов.

- номинальное число секций радиатора

=1-коэффициент учета установки радиатора;

=1-коэффициент учета секции (до 15 секций);

Q_н.у.=150 Вт - номинальный условный поток теплоты 1 секции радиатора МС - 90 - 108 /таблица 6.2, [1]

-требуемый номинальный тепловой поток,

 -тепловой поток прибора;

Q_п=846 Вт - теплопотери помещения.

-теплопередача открыто проложенных в пределах помещения труб к которым присоединяется прибор.

q_в,q_г-теплопередача 1м вертикальных и горизонтальных труб;

l_в,l_г-длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения.

-комплексный коэффициент приведения номинального теплового потока к расчетным условиям.

t_в=20°C- температура воздуха в помещении,

t_г = 95⁰С - расчетная температура горячей воды в системе.

С = 4,187 кДж/кг⁰С - теплоемкость воды.

G_ст = 157,13 кг/ч - расход воды на участке.

-суммарное понижение температуры воды на участках подающей магистрали (стр.37, [1]).

=25,3*0,4/10=1,1⁰С

a=1-коэффициент затекания воды /таблица 5.1, [1]/

-суммарное тепловая нагрузка приборов, подключенных к стояку от распределительной магистрали до рассматриваемого этажа;

=4307-846=3461 Вт;

-тепловая нагрузка всего стояка;

=4307 Вт;

=157,13 кг/ч -расход участка;

=1,04

 -расход воды в радиаторе (для однотрубной системы)

G_пр = 1*157,13= 157,13 кг/ч.

=846-0,9*191,5=673,7 Вт

=2,5*49,87+1*66,87=191,5 Вт

 при (95-1,1) - 20 = 73,9 ⁰С

 /приложение Ж, [1]/

95-1,1-(95-70)*3461/4307=73,8 ⁰С

73,8-20-0,5*673,7*1,02*1,04/157,13*4,187=53,3 ⁰С

b=1, коэффициент учета атмосферного давления в данной местности 760 мм рт.ст. для радиатора чугунного /таблица 6.1, [1]/

n=0,3, для чугунного секционного радиатора при направлении движения теплоносителя сверху-вниз при расходе воды 157,13 кг/ч; /приложение И, [1]/

p=0

с=1

В качестве отопительных приборов используем радиаторы МС-90-108 с f=0,187 м²; номинальный тепловой поток на одну секцию q=150 Вт.

Окончательно принимаем 6 секции

Расчёт канальной системы естественной вытяжной вентиляции

В жилых домах устраивают естественную вытяжную канальную вентиляцию из кухни, санузлов и ванной комнаты. Так как в задании используется чердачная крыша, каждый воздуховод выводится на крышу. Вытяжные каналы размещаются во внутренних капитальных стенах. Для зданий с числом этажей > 5 с целью сокращения площади, занимаемой каналами, выполняются по схеме с перепуском через один или несколько этажей. Такие блоки имеют сборный канал большого сечения, к которому подключаются вертикальные каналы из этажей.

Основы расчёта заключаются в определении естественного давления Δре, Па, возникающего за счёт разности плотности наружного и внутреннего воздуха, и сечений вентиляционных каналов, обеспечивающих заданный расход воздуха.

Количество удаляемого воздуха из помещений:

·        Кухни с двухкомфорочными газовыми плитами 60,

·        Ванная комната и санузел 50

Расчет проводим для кухни шестого этажа - самый неблагоприятный участок (ВЕ2).

Естественное давление определяется по формуле

где h =1,5 м - высота воздушного столба, принимаемая от центра жалюзийной решетки до

устья вытяжной шахты, м;

rн =1,270 кг/м³ - плотность наружного воздуха при t=+5°С

rв 1,205 кг/м³ - плотности внутреннего воздуха при t=+20°С

Участок №1

Для определения площади сечения канала участка 1, задаемся скоростью движения воздуха 0,5 м/с. При этой скорости и количестве удаляемого воздуха по каналу L=60 м³/ч , площадь сечения канала f,м² должна быть:

Принимаем для участка 1 кирпичный канал 1/2х1 кирпича (f =0,038 м²). При этой площади сечения фактическая скорость движения воздуха равна:

Т.к. этот канал прямоугольного сечения, для определения потери давления на трение необходимо установить по табл.7.2 [1] эквивалентный диаметр. Он будет равен 180 мм.

Пользуясь методом интерполяции по номограмме (Приложение К,[1]) находим, что при скорости движения воздуха 0,44 м/с в воздуховоде диаметром 180 мм потеря давления на 1 м воздуховода равна R=0,035 Па/м, а на всем участке 1 с учетом коэффициента шероховатости b=1,08 (табл.7.1 [1]), длина участка l = 0,95 м.

R·l·b=0,035·0,95·1,08= 0,036 Па

Далее по приложению Л [1] находим сумму всех коэффициентов местных сопротивлений участка:

жалюзийная решётка ζ=2;

колено прямоугольное ζ=1,2.

тройник под углом на вытяжке для прохода воздуха ζ=0,2

∑ζ=3,4.

По приложению К [1] определяем динамическое давление в зависимости от скорости движения воздуха 0,44 м/с, которое равняется 0,15 Па.

Тогда потери на трение на участке 1 получим

Общая потеря на трение на участке

,

где α=1,1 - коэффициент запаса.

Участок №2:

На участке 2 количество движущегося воздуха равно 360 м³/ч. Скоростью задаёмся равной 1,5 м/с. Тогда получим площадь сечения короба

Принимаем вертикальный шлакогипсовый короб размером 400×400 мм (f =0,16 м²). При этом фактическая скорость равна

Эквивалентный диаметр равен 400 мм. Потерю давления методом интерполяции получим 0,023 Па/м, с учётом коэффициента шероховатости b=1,13, длина участка l = 1,5 м.

R·l·b=0,016·1,5·1,13=0,027 Па

Далее по приложению Л [1] находим сумму всех коэффициентов местных сопротивлений участка:

Утепляющий колпак ζ=0,1;

Вытяжная шахта с зонтом ζ=1,3;

∑ζ=1,4.

Определяем динамическое давление в зависимости от скорости движения воздуха 0,625 м/с, которое равняется 0,22 Па.

Тогда потери на трение на участке 2 получим

Общая потеря на трение на участке

Потеря давления на участках будет составлять

Можно сделать вывод, что условие выполняется. Полученная невязка не превышает допустимой и составляет:

(0,956-0,915)/0,956=4%

Библиографический список

утепление система вентиляция отопление

1. Суханова И.И. Отопление и вентиляция жилого здания: Учебное пособие. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2005. - 86 с.

2. СниП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. -М.: ГП ЦПП, 1994. -66с.

3. СниП 2.08.01-89*. Жилые здания/Минстрой России. -М.: ГП ЦПП, 1995. -16с.

4. СниП II-3-79**. Строительная теплотехника/Госстрой СССР. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. -32с.

5. ГОСТ 21.602-79*. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Рабочие чертежи

6. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учебник для вузов. -М.: Стройиздат, 1981. -272с.,ил.

7. Шкуратов О.Г. Отопление, вентиляция и теплогазоснабжение зданий. Курс лекций. - г. Киров: «Альфа-ПЛЕКС», 1997. - 102с.

8. СниП 2.01.02-82. Строительная климатология и геофизика/Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1983. -136с.