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×Рi0,67Rи=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.