Отопление и вентиляция гражданского здания

Отопление и вентиляция гражданского здания

Введение

В данном курсовом проекте рассчитаны системы отопления и вентиляции жилого дома. Рассматриваемый дом расположен в городе Волгограде. В доме есть жилые комнаты, кухни, ванные и туалетные комнаты. В кухнях, ванных и туалетных комнатах запроектирована система вентиляции воздуха. Данная постройка - двухэтажная, с чердачным помещением.

Исходные данные

теплотехнический плита перекрытие нагревательный конструкция

Город Саратов

Принимаются по [2]. Расчетные температуры внутреннего воздуха t_в, ^оС:

- жилая комната: t_в=18^оС (в угловых: 20 С);

-        кухня: t_в=18^оС;

         ванная: t_в=25^оС;

         уборная: t_в=16^оС;

         коридор: t_в=16^оС;

         лестничная клетка: t_в=16^оС.

В качестве расчетной принимается, что температура внутреннего воздуха равна t_в=18^оС, т.е. температуре воздуха в жилой комнате.

Расчетная температура наружного воздуха принимается по [1] в зависимости от географического положения здания или по [4].Для г. Волгоград расчетные параметры температуры наружного воздуха t_н ^оС:

Температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью К_ОБ=0,92:

t_н= -27 ⁰С

Продолжительность отопительного периода:

Принимается по [1] для периода со среднесуточной температурой воздуха меньше 8 ⁰С:

Z_ОП=196 сут.

1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

.1 Теплотехнический расчет наружной стены

Конструкция наружной стены принимается следующая: комбинированная кладка из кирпича с заполненным слоем утеплителя, внутренняя поверхность оштукатурена.

-слой штукатурки толщиной 0,02 м

-кладка кирпичная толщиной 0,38 м

-слой утеплителя

- кладка кирпичная толщиной 0,25 м

Материал комбинированной кладки - силикатный кирпич. Утеплитель - минеральная вата. Место строительства - г. Саратов.

По СНиП I I-3-79*(приложение 3) определяем расчетные коэффициенты теплопроводности:

λкл(кладки)=0,58 Вт/м˚С

λут(утеплителя)=0,056 Вт/м˚С

λшт(штукатурки)=0,7 Вт/м˚С

Толщина изоляции определяется расчетом. Сопротивление теплопередачи наружной стены Ro должно быть не менее сопротивление теплопередачи Ro тр

Сопротивление теплопередачи Ro определяется по формуле:

R₀^тр=,; [м² ºС / Вт] (1)

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, по [3] таб. 3* n=1;

tв - расчетная температура внутреннего воздуха,°C, tв=20°C;

tн - расчетная температура наружного воздуха равная средней температуре наиболее холод ной пятидневки,°C, по[1] tн= -25°C;

∆t^н -нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения,°C, по[3] таб. 2* ∆t^н=4°C;

α в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкций, Вт/м²°C, по[3] таб. 4*α в=8.7 Вт/м²°C;

R₀= [м² ºС / Вт]

Требуемое сопротивление теплоотдачи ограждающих конструкций Ro определяется по приложению 2 методических указаний, предварительно определив градусо-сутки отопительного периода по формуле:

ГСОП=,°C∙сут; (2)

T_оп=-2,2 ºС средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ≤8 ºС (по СНиП 2.01.01-82);

Z_оп = 178 сут. - продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ≤8 ºС (по СНиП 2.01.01-82);

ГСОП=(20+2.2)•178=3951,6

По величине ГСОП из [3] таб. 1б определяется приведенное термическое сопротивление теплопередаче наружной стены R₀^пр=1,59 м²°C/Вт

Из величин R₀^тр и R₀^пр выбирается наибольшая в качестве расчетной R₀=1,59 м²°C/Вт.

Толщина изоляции наружной стены определяется из формулы:

, м²°C/Вт (3)

αн=23 Вт/м²˚С - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции (по табл. 6* СНиП I I-3-79*);

Толщина утеплителя наружной стены: δут= 0,1 м

R₀^ф=0.115+0.029+0.5+0.329+1.563=2.4

Коэффициент теплопередачи наружной стены определяется по формуле:

К_ст=, Вт/м²•˚С (4)

К_ст=

Толщина стены определяется по формуле:

δ_ст=δ₁+δ₂+δ₃+δ₄, м (5)

δ_ст=0,02+0,38+0,25+0,1=0,75 м

1.2 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

В качестве чердачного перекрытия принимаем следующую конструкцию, состоящую из нескольких слоев

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия:

Ro^тр =n (tв-tн)/Δtн∙αв=0.9 (20+25)/4∙8.7=1.16 м² ºС / Вт

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, по [3] таб. 3* n=0,9;

tв - расчетная температура внутреннего воздуха,°C, tв=20°C;

tн - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, C, по[2] tн= -25°C;

∆t^н - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, C, по[1] таб. 2* ∆t^н=4°C;

α в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м²°C по[1] таб. 4*α в=8.7Вт/м²°C;

Ro=2,19 м² ºС / Вт

Из величин R₀^тр и R₀^пр выбирается наибольшая, в качестве расчетной, R₀=2,19 м²°C/Вт

Величина термического сопротивления теплопередаче покрытия определяется по формуле:

2,83=

δут=0,22 м

R₀^Ф=2,196

К_чер=0,46

Толщина перекрытия определяется по формуле:

δ_п=δ₁+δ₂+δ₃+δ₄+ δ₅+δ₆, м;

δ_чер=0,002+0,015+0,002+0,015+0,22+0,3=0,554 м

1.3 Теплотехнический расчет пола

Требуемое по санитарно-техническим нормам термическое сопротивление пола вычисляется по формуле:

R₀^тр=, м²°C/Вт

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, по [3] таб. 3* n=0,9;

tв - расчетная температура внутреннего воздуха,°C, tв=20°C;

tн - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки,°C, по[2] tн= -25°C;

∆t^н - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции,°C, по[1] таб. 2* ∆t^н=4°C;

α в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м²°C

по[1] таб. 4*α в=8.7Вт/м²°C;

R₀^тр= = 1.16 м²°C/Вт

Из величин R₀^тр и R₀^пр выбирается наибольшая, в качестве расчетной, R₀=3,69 м²°C/Вт

Величина термического сопротивления теплопередаче наружной стены определяется по формуле:

3,69=

δут=0,34 м

R₀^ф=3,67 м²°C/Вт

Коэффициент теплопередачи наружной стены определяется по формуле:

К_пл=, Вт/м²°C;

К_пл=0,27 Вт/м²°C

Толщина пола определяется по формуле:

δ_ст=δ₁+δ₂+δ₃+δ_4,м

δ_пл=0,22+0,002+0,025+0,25=0,497 м

1.4 Теплотехнический расчет наружных дверей

Требуемое сопротивление теплопередаче R₀^тр дверей должно быть не менее 0.6 R₀^тр стен зданий и сооружений.

R₀^тр_дв=0,6•1,16=0,696, м²°C/Вт

Коэффициент теплопередачи пола определяется по формуле:

К_д=, Вт/м²°C;

К_д=1,44

1.5 Теплотехнический расчет окон

Конструкция остекления выбирается по[3] прил 6*.Принимается двойное деревянное остекление с приведенным сопротивлением теплопередаче

R₀=0,44 м²°C/Вт

Коэффициент теплопередачи оконного переплета определяется по формуле:

К_о =, Вт/м²°C;

К_о =2,27 Вт/м²°C

1.6 Определение коэффициента теплопередачи железобетонной пустой плиты перекрытия

Площадь одного отверстия:

По площади все отверстия равны d=0,16 м

Сторона эквивалентного по площади квадрата:

А==0,142 м

Плита перекрытия неоднородна, поэтому расчет ведется двумя пунктами:

1.      Параллельно тепловому потоку

.        Перпендикулярно тепловому потоку

Расчет параллельно тепловому потоку

Разрезаем панель плоскостями параллельно направлению теплового потока на два участка: I и II.

Участок I: железобетонная стенка с бетонными включениями.

Длина участка по ширине панели равна (рассматриваем панель длиной 1 м):

F₁=l=Z-ab=0,388 м²

Толщина панели: δ=0,22 м

Коэффициент теплопроводности ж/б: λ_ж/б=1,92

Коэффициент теплопроводности бетона: λ_б=1,74

b=6 м

Термическое сопротивление панели перекрытия при расчете параллельно тепловому потоку:

Участок I:

R₁=м²°C/Вт

Участок II: железобетонная стенка с пустотами (воздушными прослойками).

Термическое сопротивление воздушных прослоек:

R_вп=0,15 м²°C/Вт

Термическое сопротивление ж/б плиты:

R_ж/б= м²°C/Вт

Общее сопротивление стенок и пустот:

R₂=R_вп+R_ж/б=0,191 м²°C/Вт

Общая площадь участковII:

F_п= l•a•b=0,852 м²

Общее термическое сопротивление всей панели при расчете параллельно тепловому потоку:

R_II=, м²°C/Вт

где R₁, R₂ - термическое сопротивление отдельных характерных участков поверхности ограждения, м²°C/Вт

F_I, F_II-площади отдельных участков поверхности ограждения, м²

R_II=0,165 м²°C/Вт

Расчет перпендикулярно тепловому потоку

Разрезаем панель плоскостью, перпендикулярной тепловому потоку по трем слоям, причем 1и 3 слои одинаковы по толщине и материалу

Общая условная толщина 1и 3 слоев:

δ=δ-а=0,22-0,142=0,02=R₃

Термическое сопротивление:

слой: R₁=0,02 м²°C/Вт

слой: R₃= 0,02 м²°C/Вт

слой: представляет собой воздушные прослойки с бетонными перемычками. Необходимо определить средний коэффициент теплопроводности λ_ср для этого слоя. Так как материалы различные, то эквивалентный коэффициент теплопроводности воздуха в пустотах:

λ_э=а/R_вп=0,947 Вт/м²•˚С

Средний коэффициент теплопроводности определится по формуле:

λ_ср=, Вт /м²•˚С

где л_I, л₂ - коэффициенты теплопроводности материалов, входящих в состав рассматриваемого слоя, Вт/ м²•˚С

l_I, l₂ - длины участков, входящих в рассматриваемый слой, м

л_ср=1,172 Вт/м²•˚С

Среднее термическое сопротивление 2 слоя:

R₂=a/л_ср=0,121 м²°C/Вт

Термическое сопротивление всех слоев при расчете перпендикулярно направлению теплового потока определяется по формуле (12):

R₁=R₁+R₂+R₃=0,161 м²°C/Вт

Таким образом имеем: R_I=0,161 м²°C/Вт

R_II=0,121 м²°C/Вт

Термическое сопротивление панели перекрытия определяется по формуле:

2. Теплопотери через ограждающие конструкции

Для расчета нагревательных приборов и диаметров трубопроводов системы отопления определяются потери тепла в каждом помещении в отдельности и во всём здании в целом.

Основные теплопотери определяются по формуле:

Q=, Вт; (6)

где К - коэффициент теплопередачи;

F_n - расчетная площадь ограждающей конструкции, м²;

n - поправочный коэффициент к расчётной разности температур.

Для определения наружных стен измеряется:

• по плану:

длина стен угловых помещений по внешней поверхности от наружных углов до осей внутренних стен;

длина стен не угловых помещений между осями внутренних стен;

• по разрезу:

высота стен на первом этаже от нижней поверхности перекрытия над подвалом до уровня чистого пола второго этажа;

на втором этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия.

Поверхности окон, дверей определяют по наименьшим размерам строительных проемов.

Поверхности потолков и полов измеряют:

у угловых помещений - от внешней поверхности стены до оси внутренней стены;

у не угловых помещений - между осями внутренних стен.

При составлении таблицы расчета теплопотерь приняты обозначения:

НС - наружная стена;

ОД - двойное остекление;

ПЛ - пол;

ПТ - потолок.

ДД - дверь двойная

Добавочные потери теплоты β принимаются в долях от основных потерь через наружные ограждения:

• для помещений в зданиях любого назначения для наружных стен и окон обращенных на север, восток - в размере 0.1; на запад - в размере 0.05;

• в угловых помещениях дополнительно - по 0.05 на каждую стены и окно если одно из ограждений обращено на север, восток; и 0.1 на запад.

• для наружных дверей, не оборудованных воздушно-тепловыми завесами, при высоте здания H, м в размере 0.27Н - для двойных дверей с тамбуром между ними.

Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха определятся по формуле:

Q_инф= , Вт; (7)

где l_уд - расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым приточным воздухом;

м³/ч, l_уд=3 м³/ч;

F_п - площадь пола, м²;

ρ_н - плотность наружного воздуха, кг/м³;

ρ_н= (8)

с_в - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг°C), с_в=1 кДж/(кг°C)

Тепловой поток регулярно поступающий от электрических приборов, освещения и других источников в количестве 10Вт на 1 м² площади пола вычисляется по формуле.

, Вт; (9)

Расчеты сведены в таб. 1.

Для проверки правильности подсчётов определяем установочную тепловую мощность систем отопления здания с учётом допустимой величины дополнительных потерь теплоты по формуле:

, Вт, где Q_o - тепловая мощность системы отопления здания, Вт.

Q_зд=1,07•45409,03=48587,66

Определяем удельную тепловую характеристику здания по формуле:

Q_o=, Вт/м³∙⁰С; (10)

где V_н - объём отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³.

α - коэффициент учитывающий местные климатические условия.

V_н=33,4•17,3•8=4622,56 м^3, α=1,035

q_o= =0,252 Вт/м³∙⁰С

По таблице подбираем:

 Вт/м³∙⁰С

Невязка:

3. Расчет нагревательных приборов

Площадь поверхности нагревательных приборов определяется по формуле:

F_пр=, м²; (11)

где Q₀ - тепловая нагрузка помещения, Вт;

β₁ - коэффициент, учитывающий остывание воды в трубах, β₁=1;_пр - коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, Вт/м²°C,_пр=10.92 Вт/м²°C;

t_т - средняя температура теплоносителя в приборе,°C

t_т = (12)

t_г - температура горячей воды,°C, t_г =95°C;

t_о - температура обратной воды,°C, t_о=70°C;

t_в - температура окружающей среды,°C;

Число секций в приборе определяется по формуле:

N= (13)

где φ_с - площадь поверхности нагрева одной секции радиатора, φ_с = 0,244;

β₂ - коэффициент, учитывающий способ установки прибора, β₂=1,02;

β₃ - коэффициент, учитывающий число секций в приборе, для начала принимается β₃ =1,

в дальнейшем, если: N < 15, то b₃=1;

< N < 20, то b₃=0,98;

N ³ 20, то b₃=0,96.

В угловой комнате устанавливается 2 нагревательных прибора.

Расчёты сведены в таблицу 2.

4. Гидравлический расчет трубопровода системы водяного отопления

Система отопления принимается двухтрубная, с верхней разводкой магистрального трубопровода горячей воды. На верхней отводке к нагревательным приборам устанавливаются краны двойного регулирования, за исключением приборов, расположенных на магистральных линиях.

Для удаления воздуха из системы отопления предусматриваются воздушные краны в верхней пробке нагревательных приборов. В качестве нагревательных приборов приняты чугунные радиаторы типа М140-180, которые устанавливаются под окнами.

Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов ведётся по методу удельных потерь давления на трение. В этом случае потери давления на трение и на местные сопротивления на участках магистрального трубопровода определяется по формуле:

, Па; (14)

где R - удельные потери давления на трение на 1 м длины трубы, Па/м;

l - длина участка, м;

Z - потери давления в местных сопротивлениях на рассчитываемом участке, Па;

 (15)

где Р_д - динамическое давление, Па;

Р_д= (16)

V-скорость движения воды, м/с

x - коэффициент местного сопротивления.

Диаметр трубопровода подбирается в зависимости от расхода воды на участке, который определяется по формуле:

G=, кг/ч; (17)

где Q_уч - тепловая нагрузка на данном участке с учётом того, что на рассматриваемом участке проходит тепловая нагрузка с предыдущего, Вт;

с - удельная массовая теплоёмкость воды, Дж/кг∙⁰С, с =4,19 Дж/кг∙⁰С;

t_г - температура воды в подающем трубопроводе системы отопления,°C, t_г =95°C;

t_о - температура воды в обратном трубопроводе системы отопления,°C, t_о=70°C;

.1 Определение расчётного циркуляционного давления для главного циркуляционного кольца

Расчётное циркуляционное давление в главном кольце определяется по формуле:

Р_сист.=Р_нас.+В∙[h₁∙(r₀ - r_г)∙g], Па (18)

где Р_нас - давление создаваемое насосами, Па;

Р_нас.=80∙åL (19)

Р_нас.=80∙65,8=5264 Па

В-коэффициент гравитации, В=0,5

h₁ - расстояние от середины элеватора до середины рассматриваемого прибора по вертикали, м, h₁=5,4 м;

r_о - плотность охлаждённой воды, кг/м³,r_о=977,7 кг/м³;

r_г - плотность горячей воды, кг/м³, r_г=961,9 кг/м³;

Р_сист.= 5264+0,5∙(5,4∙(977,7-961,9) ∙9,81)=5484,31 Па

Все показатели принимаются по таблицам приложения [3].

Все расчёты сведены в таблицу 3

Таблица 3. Гидравлический расчет системы водяного отопления

5. Подбор элеватора

Расчетной характеристикой элеватора служит коэффициент смешения (эжекции), который определяется по формуле:

 (20)

t₂=95°C - температура воды, поступающей в систему отопления;

t₃=70°C - температура воды, поступающей из системы отопления;

Далее определяем количество воды циркулирующей в системе отопления по формуле:

т³/час (21)

где:ΣQ - суммарный расход тепла на отопление;

с - удельная массовая теплоёмкость воды, Дж/кг∙⁰С,

с =4,187 Дж/кг∙⁰С;

 т3/час

Затем определяем приведенный расход смешанной воды по формуле:

 (22)

По коэффициенту эжекции  и по приведенному расходу смешанной воды G_пр=0,26 подбираем номер элеватора, диаметр сопла и горловины.

Принимаем элеватор №1:

d_сопла=3 мм

d_горл.=9 мм

6. Вентиляция

Загрязненный воздух из помещения выходит через жалюзийные решетки, расположенные в несущих конструкцию стенах, поднимается вверх, достигает воздуховодов и выходит через шахту в атмосферу.

Вытяжка регулируется вытяжными решетками, а также задвижками, установленными в сборных воздуховодах и шахте.

Вентиляционные каналы, через которые происходит удаление воздуха, оснащаются вентиляционными решетками.

Количество требуемых решеток определяется по формуле:

, шт. (23)

где: z-количество воздуха, которое необходимо удалить из помещения, м³/ч.

для кухни с 4-х конфорочной плитой - z = 90 м³/ч.

для индивидуальной ванной комнаты и уборной - z = 25 м³/ч.

f_ж.с. -площадь живого сечения решетки, м².

V-скорость движения воздуха в жалюзийной решетке, принимается равной 0,5-1 м/с.

Расчет сводится в таблицу 4:

Литература

1. СНиП 23 - 01 - 99 Строительная климатология.

2.      СНиП 2.08.01 - 89* Жилые дома.

.        СНиП II - 3 - 79* Строительная теплотехника.

.        СНиП 2.04.05 - 91* Отопление, вентиляция и кондиционирование.

.        В.И. Бодров и др. Определение тепловой мощности систем отопления гражданских зданий / Методические указания. - 1990.