Отопление жилого здания

Отопление жилого здания

Кафедра: энергообеспечение предприятий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Отопление жилого здания

1. Теплотехнический расчет

Цель курсового проекта - закрепление знаний курса теоретических основ теплотехники и их применение при решении конкретной задачи: расчета необходимой мощности системы отопления жилого здания.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется по нормам СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания» для уточнения конструкций наружных ограждений. Данные теплотехнического расчета ограждающих конструкций в дальнейшем используется для расчета теплопотерь по помещениям здания.

.1 Задание на курсовое проектирование

Спроектировать одноэтажное здание, используя ограждающие конструкции согласно СНиП. Рассчитать основные теплопотери здания. Систему отопления, вид и параметры теплоносителя по характеристикам здания. Исходные данные выбираются из таблицы по последним цифрам зачетной книжки (З) и порядковым номером алфавита (в алфавите 33 буквы) первой буквы фамилии (Ф). Например: Иванов. И - 10 буква алфавита, поэтому выбирается 0 (ноль).

Таблица 1

Планировку дома, число окон и их расположение выбирается студентом самостоятельно. Длина и ширина дома - внешние размеры здания.

Число слоев стены и чердачного перекрытия выбирается из таб. 2. Толщину слоев (кроме утеплителя) и их характеристики выбираются самостоятельно.

Конструкция пола и характеристики материалов выбираются самостоятельно.

Расположение дома по сторонам света выбираются самостоятельно.

Таблица 2

Пример расчета

.2 Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха

Расчетная температура наружного воздуха tН наиболее холодной пятидневки и наиболее холодных суток для проектирования системы отопления принимается в соответствии с пунктом 2.14 СНиПа 2.04.05.-91* (приложение 4) «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» и СНиП 23.01-99 «Строительная климатология » (таблица I).

Расчетная температура внутреннего воздуха tВ принимается по обязательному приложению 4 СНиПа 2.08.01-89* «Жилые здания». г. Архангельск

Температура наиболее холодных суток tНС.= −39°C.

Температура наиболее холодной пятидневки tНП = −34°C.

Относительная влажность воздуха в помещении 59%.

Температура в помещениях жилых комнат tВ = 20°C.

Скорость ветра W = 5,2 м/с.

Средняя температура наружного воздуха,  = -4,4°С

Продолжительность отопительного периода -

- расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания: + 20°С

.3 Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

.3.1 Определение толщины стены

.Железобетонная плита. λ1= 1,45 ;

δ1= 0,2 (м);

ω = 2 (%); cо= 0,2 ; γо= 2500

2. Теплоизоляция (минеральная вата). λ2= 0,038 ; δ2= Х (м); cо= 0,18; γ0=100; ω = 2 (%)

. Газобетон. λ3= 0,29 ; δ3= 0,1 (м); cо= 0,84; γ0=1000; ω = 2 (%)

. Листы гипсовые обшивочные. λ4= 0,13 ; δ4= 0,01 (м);о= 0.24 ; γ0= 800; ω = 2 (%)

. Сухая штукатурка λ5 =0.4; δ5 =0,015(м);о= 0.2 ; γ0= 1600 ; ω = 2 (%)

Предположим, что стена относится к конструкциям средней массивности, т.е. 4<D≤7, тогда tн = tht.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

- нормируемое значения сопротивления теплопередаче м·°С/Вт,

Значения для величин  связано с разностью перепада температур наружного воздуха следует определять по формуле

= 0,00035*6173,2 + 1,4 = 3,55 м·°С/Вт

где - градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

, - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: a = 0,00035; b = 1,4;

Градусо-сутки отопительного периода , °С·сут, определяют по формуле

,

=( 20+4,4)*253 = 6173,2 °С·сут

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 <#"703468.files/image001.gif">, - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 <#"703468.files/image016.gif">

где δi - толщина слоя, м; λi - коэффициент теплопроводности материала.

― железобетонная плита

― газобетон

― лист гипсовый

― сухая штукатурка

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно быть не менее  определяется по формуле

Из условия, что  =Rо, определяем толщину теплоизоляции:

Отсюда R2= 2,75, т.е. толщина слоя утеплителя δ2 =λ2 *R2 =0,038*2,75»0,105м

Толщину утеплителя округляем до стандартной толщины: 0,12 м и вычисляем

R2= 3,16

Для подсчета фактической характеристики тепловой инерции необходимо определить коэффициенты теплоусвоения слоев стены.

;;

Где cω - удельная теплоемкость материала;

γω - объемный вес материала;

γо - объемный вес материала в сухом состоянии;о - удельная теплоемкость сухого материала;

ω - весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

железобетонная плита

теплоизоляция

газобетон

лист гипсовый

для сухой штукатурки

Объемный вес материала:

железобетонная плита

теплоизоляция

газобетон

лист гипсовый

для сухой штукатурки

Коэффициент теплоусвоения;

―железобетонная плита = 14,21

― теплоизоляции = 0,43

― газобетон= 8,03

― лист гипсовый          = 2,62

― для сухой штукатурки   = 5,97

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо =R1∙S1+ R2∙S2+ R3∙S3+ R4∙S4 + R5∙S5 = 0,14*14,21+3,16*0,43+0,344*8,03 +0,076*2,62+0,037*5,97 = 6,53

Величина Dо= 6,53 (4<6,53<7), следовательно, предположение, что ограждение относится к ограждениям средней массивности, правильное.

Рассчитываем фактическое термическое сопротивление ограждения:

Фактическое термическое сопротивление ограждения Rоф = 3,92.

.3.2 Определение толщины утеплителя чердачного покрытия

.Стяжка. λ1=0,87;и δ1=0,02(м); cо=0,84 ω=4(%);

γ0=1700;

. Деревянный брус. λ3 =0.18; δ3 =0,1(м); cо=2,3; ω=20(%); γ0=500;

. Листы гипсовые обшивочные λ4= 0,13 ; δ4= 0,01 (м);о= 0.24 ; γ0= 800; ω = 2 (%)

. Плита теплоизоляционная URSA П-15С. λ2=0.046; δ2=Х (м); cо=0,22; γ0=18; ω =5(%)

.Сухая штукатурка λ6 =0.4; δ6 =0.015(м); cо= 0.2 ;

γ0= 1600 ; ω = 2 (%)

Предположим, что перекрытие относится к конструкциям средней массивности 4<D≤7

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

- нормируемое значения сопротивления теплопередаче м·°С/Вт,

Значения для величин  связано с разностью перепада температур наружного воздуха следует определять по формуле

,

= 0,0005*6173,2 + 2,2 =5,27 м°С/Вт

где - градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

, - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: a = 0,0005; b = 2,2;

Градусо-сутки отопительного периода , °С·сут, определяют по формуле

,

=( 20+4,4)*261 = 6173,2 °С·сут

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 <#"703468.files/image001.gif">, - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 <#"703468.files/image016.gif">

где δi - толщина слоя, м; λi - коэффициент теплопроводности материала

Определяем термическое сопротивление слоев чердачного покрытия:

― стяжка

― деревянного бруса  

― листы гипсовые обшивочные

― сухая штукатурка

Из условия  =Rо определяем толщину утеплителя:

Отсюда R2=4,41, т.е. толщина слоя утеплителя δ2 =λ2 *R2 =0,046*4,41»0,203м

Округляем толщину утеплителя до стандартной величины: 0,24 м и вычисляем R2=5,22,

Определяем коэффициент теплоусвоения.

; ;

Где  cω - удельная теплоемкость материала;

γω - объемный вес материала;

γо - объемный вес материала в сухом состоянии;о - удельная теплоемкость сухого материала;

ω - весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

стяжка

теплоизоляция

деревянный брус

лист гипсовый

для сухой штукатурки

Объемный вес материала:

стяжка

теплоизоляция

деревянный брус

лист гипсовый

для сухой штукатурки

Коэффициент теплоусвоения;

― стяжка = 18,44

― теплоизоляции = 0,22

― деревянный брус = 6,37

― лист гипсовый          = 2,62

― для сухой штукатурки  = 5,97

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо=R1∙S1+R2∙S2+R3∙S3+R4∙S4+R5·S5 =

=0,023*18,44+5,22*0,22+0,555*6,37+0,076*2,62+0,037*5,97=5,53

Величина Dо= 5,53 (4<5,53≤7), , следовательно, предположение, что ограждение относится к ограждениям средней массивности, правильное.

Фактическое термическое сопротивление ограждения вычисляется:

Определение толщины бетонной подготовки.

. Деревянная доска. λ1=0,18; δ1=0,037(м); cо=2,3; ω=20(%); γо=500.

. Воздушная прослойка. Rв.п.=0,326.

. Бетон на гравии или щебне λ3=1,3о=0.2; ω=2(%); γс=2400; δ3=X(м)

.Щебень λ4=0,26; δ4=0,36(м); cо=0.84; ω=4(%); γс=900.

Предположим, что пол относится к массивной конструкции (D>7), тогда tН=tН.П== -36,50С.

Определяем требуемое термическое сопротивление:

- нормируемое значения сопротивления теплопередаче м·°С/Вт,

Значения для величин  связано с разностью перепада температур наружного воздуха следует определять по формуле

= 0,00045*6173,2 + 1,9 =4,67 м·°С/Вт

где - градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

, - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: a = 0,00045; b = 1,9;

Градусо-сутки отопительного периода , °С·сут, определяют по формуле

,

=( 20+4,4)*253 = 6173,2 °С·сут

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 <#"703468.files/image001.gif">, - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 <#"703468.files/image016.gif">

где δi - толщина слоя; λi - коэффициент теплопроводности материала

Определяем термическое сопротивление слоев пола:

― деревянная доска ;

― воздушная прослойка  Rв.п.=0,326;

― щебень ;

Из условия  =Rо определяем толщину бетона на гравии или щебне:

Отсюда: R3=2,59, т.е. толщина слоя бетона из гравия или бетона δ3=λ3*R3=1,3*2,59»3,37м.

Определяем коэффициент теплоусвоения.

; ;

Где cω - удельная теплоемкость материала;

γω - объемный вес материала;

γо - объемный вес материала в сухом состоянии;о - удельная теплоемкость сухого материала;

ω - весовая влажность.

Удельная теплоемкость материала:

деревянная доска

бетон на гравия или щебня

щебень

Объемный вес материала:

деревянная доска

бетон на гравия или щебня

щебень

Определяем коэффициент теплоусвоения:

― деревянная доска = 7,64;

― бетон на гравии или щебня  = 13,18

― щебень = 7,33;

Подсчитываем характеристику тепловой инерции:

Dо=R1∙S1+R3∙S3+R4∙S4=0,21*7,64+1,3*13,18+3,37*7,33=43,44

Величина Dо=43,44>7, следовательно, предположение, что ограждение относится к массивным ограждениям, правильное и пересчитывать не нужно.

Фактическое термическое сопротивление ограждения Rоф= 4,66.

.4 Проверка конструкций ограждений на отсутствие конденсации водяных паров

Проверка на отсутствие конденсации водяных паров заключается в сопоставлении температуры внутренней поверхности ограждения и температуры «точки росы», соответствующей параметрам воздуха внутри помещения.

Температуру внутренней поверхности τВ ограждающей конструкции следует определять по формуле

Где: αВ=8,7 - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкцийВ = 20°C - Температура в помещениях жилых комнат.

.

R0 - сопротивление теплопередаче.

τВ стены = .

τВ потолка =.

τВ пола = .

Температура «точки росы» Θ определяется по таблицам «Физические свойства влажного воздуха», Θ=9°C.

Конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждающих конструкций не будет при условии: τв > Θ.

Поскольку τВ стены=18,340С >90С, τВ потолка=18,71°C >90С, τВ пола=18,69°C >90С, то конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждающих конструкций не будет. Таким образом, условие выполняется.

2. Определение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций здания

Коэффициентом теплопередачи называется количество тепла, проходящего через 1м2 ограждения в течение часа при разности температур внутреннего и наружного воздуха равной 1°C.

Для стен и перекрытий коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

;

Для остекленных поверхностей двойное в раздельных пернеплетах. Термическое сопротивление теплопередачи берем из приложения 6 СНиПа II-3-79**

Rокн = 0,44 Kокн.=2,27.

Коэффициент теплопередачи дверей (наружных деревянных одинарных)

Rдверей = 0,20 Kдверей.=5 .

Термическое сопротивление для полов определяем по приложению 9 СНиПа 2.04.05.91 «Отопление и вентиляция»

Rн.п.― термическое сопротивление неутепленных полов .

.Rв.п. - сопротивление воздухопроницанию (для бруса Rв.п. = 1,5 (м2 × ч × Па/кг)).

Для 1-ой зоны Rн.п.=2,1 K1=0,30

Утепленными полами считаются полы с утепляющими слоями из материалов, имеющих коэффициент теплопроводности менее единицы.

Зоной называется полоса шириной 2м, параллельная наружной стене. Зоны нумеруются, начиная от наружной стены. Площадь первой зоны, примыкающей к углу наружной стены, подсчитывается дважды. Площадь пола разбивается максимум на четыре зоны.

3. Расчет теплопотерь помещений

.1 Определение площади ограждающих конструкций (правила обмера ограждений)

Площадь ограждения определяется:

-поверхность окон, дверей - по наименьшим размерам проемов к свету;

поверхность потолков и полов в угловых помещениях - от внутренней поверхности наружных стен до осей противоположных стен, а в неугловых - между осями внутренних стен и от внутренней поверхности наружной стены до оси противоположной стены;

высота стен этажа при расположении пола на лагах - от нижнего уровня подготовки пола до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия;

- длина наружных стен в неугловых помещениях - между осями внутренних стен, а в угловых - от внешних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен;

поверхность участков полов на лагах, расположенных возле угла наружных стен в первой двухметровой зоне вводится в расчет дважды.

Для подсчета поверхности ограждающих конструкций линейные размеры их принимаются с точностью до 0,1м. Поверхности отдельных ограждающих конструкций подсчитываются с точностью до 0,1м2

.2 Расчет основных теплопотерь

Расчет теплопотерь помещений необходимо производить в точном соответствии с действующими нормами. При определении потерь тепла через строительные ограждения следует учитывать основные и добавочные потери тепла. Расчет теплопотерь производится по формуле

Q=Q'*A

где Q'- основные потери тепла ограждением ;

A― коэффициент, учитывающий добавочные потери тепла.

Теплопотери каждого помещения определяются суммированием теплопотерь через отдельные ограждающие конструкции, входящие в данное помещение. Добавочные теплопотери учитываются только для вертикальных и наклонных ограждений (стены, окна, двери).

Основные теплопотери подсчитываются по формулам:

а) для стен, чердачных перекрытий, окон, дверей

Q'=K*F∙(tв-tн)∙n, ;

б) для полов, расположенных на лагах

'=(K1*F1+K2*F2+…+)(tв-tн), .

Где n - поправочный коэффициент;

F - площадь (м2);

.3 Расчет добавочных теплопотерь

К основным теплопотерям, делаются добавки в процентах, учитывающие дополнительное охлаждение помещений:

) на ветер: для ограждений, защищенных от ветра при скорости менее 5м/сек , добавка принимается равной 5%, при скорости от5 до 10 м/сек - 10%; для ограждений, не защищенных от ветра, добавки увеличивают в 2 раза;

) на ориентацию ограждения относительно сторон света, добавки учитывают влияние солнечной радиации;

) на продуваемость угловых помещений и помещений, имеющих две и более наружных стены, 5%;

) на врывание холодного воздуха через наружные двери;

) на инфильтрацию холодного воздуха через ограждения.

Расчеты по теплопотерям помещений сведены в таблицу 3.

.4 Схема жилого помещения

Таблица 3

ΣQ = 5499,3 Вт

. Определение удельной тепловой характеристики здания

После подсчета суммарных потерь тепла зданием определяется удельная тепловая характеристика по формуле

где ΣQ - общие теплопотери здания, (Вт)

V - отапливаемый строительный объем здания, (м3)

α - коэффициент, учитывающий местные климатические условия.

V= 7,4*10,4*2,7=207,8 м3  α = 1 (tв-tн) = 51,5 °C

5. Выбор и конструирование системы отопления

.1 Выбор системы отопления

Систему отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов следует принимать в соответствии с характеристикой и назначением отдельных зданий и помещений, с местными, конструктивными особенностями. Так, при наличии одноэтажного здания и для экономии стальных труб, применяем однотрубную систему отопления.

.2 Конструирование системы отопления

На плане здания наносятся нагревательные приборы в виде условных прямоугольников. Стояки располагаются во всех внешних углах помещений. Остальные стояки размещаются так, чтобы они были максимально нагружены приборами. Стояки нумеруются, начиная с левого верхнего угла здания, по часовой стрелке.

В соответствии с принятыми решениями вычерчивается аксонометрическая схема системы отопления. На схеме изображаются трубопроводы, нагревательные приборы, краны регулировочные, запорные, задвижки и другая арматура.

Заключение

На основе спроектированного здания можно сделать вывод что оно полностью подходит для жилья согласно нормам. При расчетах можно увидеть что конструкция стен, потолка и пола построена так , чтобы при наружной температуре - 31,5°C сохраняется внутренняя +20°C. Этому балансу способствовало, регулирования толщены утеплителя. Из этого можно выделить, что проверка конструкции на отсутствие конденсации водяных паров показала ее отсутствие т.к в среднем внутренняя температура больше температуры точки россы согласно физическим свойствам влажного воздуха .

Систему отопления, вид и параметры теплоносителя принял по характеристикам отдельного здания. Схема системы, вид и параметры теплоносителя изображена.

конденсация водяной пар помещение

Список использованной литературы

1. Тихомиров К.В. "Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция" Москва, Стройиздат, 1981.

. Луканин В.Н. «Теплотехника» Москва, «Высшая школа», 2000.

. СНиП 23.02-2003 «Тепловая защита зданий». М.:Госстрой России, ФГУП ЦПП

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

. СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника".

. СНиП 2.08.01-89* «Жилые здания».

. СНиП 23.01-99 «Строительная климатология».

. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника.-М.:Высшая школа,1980

. Фокин К.Ф. «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий».

М.: Стройиздат, 1973.

. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.:Энергия, 1973

. Мухачев Г.А. Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1991

. Нащекин В.В. Техническая термодлинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа,1980

. Теория тепломассообмена / С.И.Исаев, И.А.Кожинов, В.И. Кофанов и др.; Под ред. А.И.Леонтьева. - М.:Высшая школа, 1979

. Теплотехника/ А.П.Баскаков,. Б.В. Берг, О.К.Витт и др.; Под ред. Баскакова. - М.: Высшая школа, 1991

. Теплотехника/ Архаров, Исаев, Кожинов и др.; Под общ. Ред. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986

. Шорин С.Н. Теплопередача. - М.: Высшая школа, 1964

. Эккерт Э.Р., Дрейк Р.М. Теория тепло- и массообмена. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961