Расчёт отопительной нагрузки помещений жилого пятиэтажного здания в климатических условиях г. Красноярск

Расчёт отопительной нагрузки помещений жилого пятиэтажного здания в климатических условиях г. Красноярск

Содержание

Введение

. Исходные данные

.1 Техническая характеристика здания

.2 Конструкция наружных ограждений

.3 Характеристика климатического района

.4 Расчётные параметры внутреннего воздуха

.5 Характеристика ограждающих конструкций

. Определение отопительной нагрузки помещения

.1 Определение теплопотерь через ограждающие конструкции

.2 Расчёт отопительной нагрузки помещений

. Тепловой расчет отопительных приборов

. Гидравлический расчет трубопровода

4.1 Определение расчетного циркуляционного давления в системе отопления

4.2 Гидравлический расчет стояков

.3 Гидравлический расчет магистральных участков трубопровода

. Подбор оборудования теплового ввода

. Спецификация оборудования и материалов

Библиографический список

Введение

В курсовом проекте выполнен расчёт отопительной нагрузки помещений жилого 5-ти этажного здания в климатических условиях г. Красноярск.

Техническая характеристика здания его план и разрез приведены СК 1-6-89 с. 33.

Система отопления водяная, однотрубная, с верхней разводкой подающей магистрали, тупиковая. Температура носителя 105-70˚С.

В качестве отопительных приборов приняты чугунные секционные радиаторы типа МС 140-108.

Курсовой проект выполнен в соответствии с справочной нормативной литературой и соответствует техническим условиям на монтаж и эксплуатацию.

здание отопительный трубопровод тепловой

1. Исходные данные

.1 Техническая характеристика здания

Строительный объём здания = 37808 м³

Площадь застройки = 3100 м²

Жилая площадь = 1435 м²

Общая площадь =2224 м²

Здание жилое 5-ти этажное, имеет чердак и подполье.

.2 Конструкция наружных ограждений

Наружные стены - трёхслойные панели с эффективным утеплителем.

Наружная отделка наружных стен - фактурный слой декоративного бетона.

Внутренняя отделка - оклейка обоями, масляная окраска панелей.

Перекрытия - сборные железобетонные плоские панели горизонтального формования толщиной 160 мм.

Утеплитель чердачного перекрытия - минеральная вата.

Полы - линолеум, керамическая плитка.

Окна и балконные двери - с тройным остеклением.

Наружные двери - остекленные.

Внутренние двери - остекленные.

Перегородки - сборные железобетонные толщиной 80 мм.

Кровля - бетонная плита с мягкой кровлей.

.3 Характеристика климатического района

Город - Красноярск

Влажностная зона - сухая

Режим эксплуатации - нормальный

Коэффициент обеспеченности - 0,92

Средняя температура наиболее холодной пятиднёвки - -40˚С

Средняя температура наиболее холодных суток - -44˚С

Абсолютная минимальная температура - -53˚С

Средняя температура отопительного периода - -7,2˚С

Продолжительность отопительного периода - 235 суток.

Средние значение среднемесячных температур зимнего периода - -12,9˚С

Средняя за зимний период упругость водяного пара - 1,86 гПа

Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь - 6,2 м/с

Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль - 0 м/с

Удельная энтальпия - -40,2кДж/кг

Скорость ветра - 1 м/с

Расчетная географическая широта - 56˚С.Ш

Бараметрическое давление - 970 гПа

.4 Расчётные параметры внутреннего воздуха

В соответствии с нормативными требованиями для жилых зданий температура в помещениях принята следующая:

в жилых комнатах - 21˚С, в угловых жилых комнатах-23˚С

в кухнях - 19˚С, в угловых кухнях-21˚С

в лестничных клетках - 16˚С

в раздельных сан. узлах - 18˚С

в совмещённых сан. узлах - 25˚С

в ванных комнатах - 25˚С

относительная влажность воздуха - 40-60%.

1.5 Характеристика ограждающих конструкций

Наружные стены:

керамзитобетон δ = 0,3 м

пенополистирол δ = 0,13 м

керамзитобетон δ = 0,05 м

Толщина наружной стены δ = 0,48 м

Коэффициент теплопередачи Кн.с = 0,27 Вт/(м²˚С)

Чердачное перекрытие:

бетонная стена δ = 0,16 м

минеральная вата δ = 0,2 м

шлаковая засыпка δ = 0,1 м

Толщина чердачного перекрытия δ = 0,46 м

Коэффициент теплопередачи Кч.п = 0,20 Вт/(м²˚С)

Полы:

Линолеумный пол:

линолеум δ = 0,005 м

цементно-песчаный раствор δ = 0,03 м

минеральная вата δ = 0,24 м

бетонная плита δ = 0,16 м

Толщина линолеумного пола δ = 0,43 м

Коэффициент теплопередачи Кл.п = 0,20 Вт/(м²˚С)

Плиточный пол:

керамическая плитка δ = 0,01 м

цементно-песчаный раствор δ = 0,03 м

минеральная вата δ = 0,24 м

бетонная плита δ = 0,16 м

Толщина плиточного пола δ = 0,44 м

Коэффициент теплопередачи Кп.п = 0,20 Вт/(м²˚С)

Бетонный пол:

цементно-песчаный раствор δ = 0,03 м

бетонная плита δ = 0,16 м

Толщина бетонного пола δ = 0,19м

Коэффициент теплопередачи Кб.п =2,38 Вт/(м²˚С)

Окна и балконные двери:

Двойное остекление с твердым селективным покрытием в раздельно - спаренных переплетах.

Коэффициент теплопередачи Кок =1,54 Вт/(м²˚С)

К = Кок - Кн.с

К =1,54 - 0,27 = 1,27 Вт/(м²˚С)

Фактическое сопротивление воздухопроницанию Rиф = 0,9 м²·ч·Па/кг

Лестничная клетка:

Наружные двери деревянные двойные

Коэффициент теплопередачи Кн.д =2,32 Вт/(м²˚С)

К = Кн.д - Кн.с

К =2,32 - 0,27 = 2,05 Вт/(м²˚С)

Добавка на входные наружные двери

0,27×Н = 0,34×19,6 = 6,7

Расчет потерь теплоты через пол лестничной клетки, расположенной по грунту, рассчитывают по зонам шириной 2 м. расположенным параллельно к наружным стенам здания.

Если нет наружных стен, то расчёт ведём по зонам пола.

В данном проекте есть наружные стены делить зоны начинаем от уровня земли, а затем пол.

зона стены:

Фактическое сопротивление воздухопроницанию

 (1.1)

Rн.с.1з = 2,1+0,37+3,17+0,06 = 2,1+3,6=5,7 м²·ч·Па/кг

Коэффициент теплопередачи

 (1.2)

 Вт/(м²˚С)

зона пола:

Фактическое сопротивление воздухопроницанию первой зоны пола по формуле (1.1).

з.п = 2,1+0,2+0,04 = 2,34 м2·ч·Па/кг

Коэффициент теплопередачи по формуле (1.2)

 Вт/(м²˚С)

зона пола:

Фактическое сопротивление воздухопроницанию

 (1.3)з.п = 4,3+0,2+0,04 = 4,54 м²·ч·Па/кг

Коэффициент теплопередачи по формуле (1.2)

 Вт/(м²·˚С)

зона пола:

Фактическое сопротивление воздухопроницанию

 (1.4)з.п = 8,6+0,2+0,04= 8,84 м²·ч·Па/кг

Коэффициент теплопередачи по формуле (1.2)

 Вт/(м²·˚С)

зона пола:

Фактическое сопротивление воздухопроницанию

 (1.5)з.п = 14,2+0,2+0,04= 14,44 м²·ч·Па/кг

Коэффициент теплопередачи по формуле (1.2)

 Вт/(м²·˚С)

2. Определение отопительной нагрузки помещения

.1 Определение теплопотерь через ограждающие конструкции

Потери тепловой энергии определяют через все ограждения, которые граничат с наружным воздухом (стены, окна, покрытия), с неотапливаемыми помещениями (чердачные перекрытия, перекрытия над неотапливаемыми подвалами, техподпольями), а также с помещениями, имеющими температуру на 3^оС и ниже, чем в рассчитываемом помещении.

Через каждый вид ограждения теплопотери рассчитываются по формуле:

=k·F·(tв-tн)·n·p (2.1)

где F - расчетная площадь ограждения, м²;н - температура наружного воздуха для расчета отопления, равная температуре по параметрам Б, ^оС;- коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;= 1 - для наружных стен, дверей, окон;= 0,6 - для пола первого этажа;= 0,9 - для потолка верхнего этажа.- множитель, учитывающий дополнительные теплопотери, определяемый из выражения:

=1+∑β (2.2)

где ∑β - сумма дополнительных потерь через ограждения, принимаемая в долях от основных теплопотерь.

Расчетную площадь ограждения конструкции F, м², определяют с точностью до 0,1 м² по правилам обмера линейных размеров ограждения в плане и разрезе здания.

Линейные размеры ограждения определяют следующим образом:

а) площадь окон, дверей и фонарей - по наименьшим размерам строительных проемов в свету;

б) площадь полов и потолков - по размерам между осями внутренних стен или от внутренней поверхности наружных стен до оси внутренних стен;

в) высота стен первого этажа при наличии пола, расположенного непосредственно на грунте, - от уровня чистого пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа; при наличии неотапливаемого подвала или подполья - от уровня нижней поверхности конструкции пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа;

г) высота стен промежуточного этажа - между уровнями чистых полов данного и вышележащего этажей;

д) высота стен верхнего этажа - от уровня чистого пола верхнего этажа до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия или от уровня чистого пола до линии пересечения внутренней поверхности наружной стены с верхней плоскостью бесчердачного покрытия;

е) длина наружных стен неугловых помещений - между осями внутренних стен, а угловых помещений - от угла до оси внутренних стен;

ж) длина внутренних стен - от внутренней поверхности наружных стен до оси внутренней стены или между осями внутренних стен.

Добавочные теплопотери ∑β через ограждающие конструкции помещения любого назначения принимают в долях от основных теплопотерь:

а) для наружных вертикальных наклонных (вертикальная проекция) стен, дверей и окон, обращенных на север (С), восток(В), северо-восток(СВ) и северо-запад(СЗ), - в размере 0,1, на юго-восток(ЮВ) и запад(З) - в размере 0,05, на юг(Ю) и юго-запад(ЮЗ) - 0;

б) в угловых помещениях- в жилых зданиях tв повышается на 2˚С по сравнению с рядовыми помещениями;

в угловых помещениях - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад 0,1 - в других случаях.

в) для наружных дверей, не оборудованных воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте здания H, м (от уровня земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или шахты), в размере:

.2 H- для тройных дверей с двумя тамбурами между ними,

,27 H- для двойных дверей с тамбуром между ними,Ю

.34 H- для двойных дверей без тамбура,

.22 H- для одинарных дверей;

г) для наружных ворот, не оборудованных воздушными или воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 при наличии тамбура у ворот;

д) через необогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40оС и ниже(параметры Б) - в размере 0.05.

Коэффициент учета положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху n принимают по таблице 2.3 [1].

Теплопотери через внутренние ограждающие конструкции помещений можно не учитывать, если разность температур в этих помещениях равна 3^оС и меньше.

Расчет тепловой нагрузки представляется в табличной форме (таблица 2.1).

Площадь окон не вычитают из площади стены, а при определении теплопотерь через окна из коэффициента теплопередачи окна вычитают коэффициент теплопередачи наружной стены, т.е. в таблице записывают (kок-kн.с.).

Расчет теплопотерь помещения сведён в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Расчет теплопотерь через ограждения

.2 Расчёт отопительной нагрузки помещений

Отопительную нагрузку помещений жилых и ряда общественных зданий Qот, Вт, рассчитывают по формуле:

от = Qогр + Qинф - Qбыт (2.3)

где Qогр-суммарные теплопотери ограждающих конструкций помещения, Вт;инф-количество теплоты, потребное для нагрева инфильтрующего воздуха, Вт;быт-бытовые тепловыделения, Вт.

Расход теплоты Qинф Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, равен:

инф = 0,28·Ln ·p·c·(tв-tн)·k (2.4)

где Ln - расход удаляемого воздуха, м³/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий - удельный нормативный

расход 3 м³/ч на 1 м² жилых помещений;

р - плотность воздуха в помещении, кг/м³.

При расчёте отопительной нагрузки учитывают тепловой поток, регулярно поступающий в помещения комнат и кухонь жилых домов от электроприборов, освещения, людей (бытовые тепловыделения - Qбыт), который принимают в количестве не менее 10 Вт на 1 м2 площади пола:

быт ≥ 10Fпл (2.5)

Для жилых комнат и кухонь отопительную нагрузку находим по формуле (2.3)

Для нежилых помещений (коридоров, лестничных клеток, кладовых и т.п.):

от = Qогр + Qинф (2.6)

Расчёт отопительной нагрузки сведён в таблицу 2.2.

Таблица 2.2-Расчёт отопительной нагрузки помещений.

Суммарное количество теплоты для отопления здания равно:

∑Qот = ∑Qот,1эт + 3× ∑Qот,3эт + ∑Qот,5эт + 2×∑Qот,л.к (2.7)

∑Qот = 20830+3×17150+22150+2×4010 = 102450 Вт

Удельная отопительная характеристика здания равна:

=  (2.8)

где Vн - отапливаемый объём здания по наружному обмеру

а - поправочный коэффициент учитывающий климатические условия

 (2.9)

н = 15,1 × 538,4 = 8130 м³

Удельную отопительную характеристику здания находим по формуле (2.8)

  =0,21 Вт (м³·˚С)

Полученная величина q0=0,21 Вт (м³·˚С) входит в диапазон нормированных значений.

3. Тепловой расчет отопительных приборов

Тепловой расчет выполнен с учетом теплоотдачи трубопроводов проложенных помещениях.

Последовательность теплового расчета отопительных приборов:

Температура воды, поступающая в первый по ходу движения воды прибор стояка однотрубной системы определяется по формуле:

г= tг(расч)-∆ tм (3.1)

где tг (расч) - температура воды в подающей магистрали на вводе, ˚С;

∆tм - понижение температуры воды в подающей магистрали до расчетного стояка, ˚С, принимается в соответствии с рекомендациями на с. 45 [5].

Для однотрубной системы определяют температуру воды, поступающей в прибор каждого этажа:

 (3.2)

где Qст - тепловая нагрузка, Вт, всех приборов стояка;

-тепловая нагрузка, Вт, приборов выше расчетного по ходу движения воды.

Рассчитывают среднюю температуру теплоносителя в приборе:

 (3.3)

Вычисляют температурный напор прибора:

∆tср=tср.т - tв (3.4)

Для однотрубной системы отопления определяют расход воды в стояке Gст и фактический расход воды в отопительном приборе Gпр по формулам:

 (3.5)

где β1 - поправочный коэффициент, зависящий от вида прибора, определяемый по таблице 9.4 [5];

β2 - коэффициент, учитывающий способ установки прибора, определяемый по таблице 9.5 [5].

пр= α×Gст (3.6)

где α - коэффициент затекания воды в прибор, определяемый по таблице 9.3 [5].

Вычисляют тепловую нагрузку прибора, Вт:

пр = Qот - 0,9×Qтр - 60 (3.7)

где Qтр - теплоотдача открыто проложенных в помещении труб;

тр = qв×lв + qг×lг (3.8)

где qв, qг - теплоотдача 1 м открыто проложенных вертикальных и горизонтальных труб, определяемая по таблице II.22 [5];в, lг - длина вертикальных и горизонтальных труб в помещении.

Тепловой поток прибора не должен уменьшаться более чем на 5% (при Qпр≤1200 Вт) или на 60 Вт (Qпр > 1200 Вт) по сравнению с Qтр.

Находят требуемый номинальный тепловой поток прибора, по нему выбирают прибор по таблице Х.I [5].

Qн.т =  (3.9)

где φк - комплексный коэффициент приведения Qн.т к расчетным условиям

 (3.10)

где b - коэффициент учета атмосферного давления, определяемый по таблице 9.1 [5];

ψ - коэффициент учета направления движения воды, если сверху - вниз, то ψ=1, если снизу - верх, то по таблице 9.II [5];, р, с - экспериментальные числовые показатели, находятся по таблице 9.2 [5].

По величине Qн.т по таблице Х.I [5] подбирают типоразмер прибора и выписывают его характеристику и фактическое значение Qн.у.

Расчет сводят в таблицу 3.1

Для расчета разбиваем все стояки на группы:

Группа I: стояки 1;

Группа II: стояки 2, 5, 8, 11;

Группа III: стояки 3, 6, 7, 10;

Группа IV: стояки 12; Группа V: стояки 13; Группа VI: стояки 14,17,20,23;

Группа VII: стояки 15, 16, 21, 22;

Группа VIII: стояки 18, 19; Группа IX: стояк 24; Группа X: лестничная клетка стояки 4, 9.

Таблица 3.1 - Тепловой расчет приборов

. Гидравлический расчет трубопровода

Для расчета выбираем главное циркуляционное кольцо. Оно включает в себя магистральные участки с 1 по 26 участки. Потери давления в наиболее удаленном расчетном стояке 10 определены методом характеристик сопротивления. Потери давления в магистральных участках с 1 по 26 рассчитаны методом удельных потерь давления на трение.

В результате гидравлического расчета главного циркуляционного кольца должно быть выполнено условие

∆Рст+∑(R∙I+Z)1 =0,9∙∆Рр (4.1)

.1 Определение расчетного циркуляционного давления в системе отопления

Расчетное (располагаемое давление) для создания циркуляции воды определяется по формуле

∆Рр = ∆Рн + ∆Ре (4.2)

где ∆Рн - давление создаваемое циркуляционным насосом

∆Рн =5000 Па

- естественное циркуляционное давление, определяемое по формуле:

∆Рн = ∆Ре,пр + ∆Ре,тр (4.3)

где ∆Ре,тр - естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в трубах,

∆Ре,тр = 300 Па;

∆Ре,пр - естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в отопительных приборах. Для вертикальных однотрубных систем:

 (4.4)

где  - среднее приращение плотности при понижении температуры на 1˚С, принимается по таблице 10.4 [5];

β = 0,66г,tо - расчетная температура горячей и охлажденной воды, ˚С;ст - отопительная нагрузка всех приборов стояка, Вт;

Qi - отопительная нагрузка прибора i-го этажа;

hi - вертикальное расстояние между центром охлаждения прибора i -го этажа и центром нагрева, м;

∑Qi∙hi = Q1∙h1 + Q2∙h2 + Q3∙h3 + Q4∙h4 + Q5∙h5 (4.5)

∑Q∙h = 1050∙1,8 + 850∙4,6 + 850∙7,1 + 850∙9,6 + 1150∙12,1 = 33910

 Па

=1616 Па + 300 Па = 1916 Па.

∆Рр = 5000 Па + 1916 Па = 6916 Па.

.2 Гидравлический расчет стояков

Расчетным стояком в главном циркуляционном кольце является стояк 10 с горизонтальным участком. Потери давления в стояке определяем по формуле:

∆Рст10 = Sст10 ∙ G2ст10 (4.6)

где: Gст10 - расход воды в стояке 10, кг/ч;ст10 - характеристика сопротивления стояка.

Sст10 = S1 + n∙S2 (4.7)

где: S1 - характеристика сопротивления труб (горизонтальных участков и вертикальных участков труб);- число радиаторных узлов, (число этажей), n = 5;- характеристика сопротивления радиаторного узла.

 (4.8)

где: А - удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2, определяемый по таблице 10.7 [5];

 - приведенный коэффициент гидравлического трения, определяемый по таблице 10.7 [5];тр - длина горизонтальных и вертикальных участков труб (без замыкающих участков);

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений, определяемый по таблице II.11 [5].

 (4.9)

где:  - проводимость участка.

 (4.10)

 (4.11)

Расчет стояка сведен в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Гидравлический расчет стояков

4.3 Гидравлический расчет магистральных участков трубопровода

При условии, что потери давления в стояках для устойчивой работы системы отопления составляют 50-70% от общих потерь давления, получаем, что общие потери давления в главном циркуляционном кольце через Ст10 равны:  Па.

Для снижения расчетного циркуляционного давления до величины ∆р/р=1692 Па устанавливаем дроссельную шайбу на вводе.

Потери давления в дроссельной шайбе на вводе в здание равны:

∆рд = ∆рр - ∆р/р (4.12)

∆рд = 6916-1692 =5224 Па

Диаметр диафрагмы равен:

 (4.13) (4.14)

 кг/ч

 мм.

Для расчета магистральных участков трубопровода используют метод удельных потерь давления на трение.

На участке трубопровода потери давления равны:

 (4.15)

где R- удельная потеря давления на 1 м трубы, Па/м.

 (4.16)

Количество циркуляционной воды, кг/ч, на каждом участке определяют по формуле:

 (4.17)

где Qi - тепловая нагрузка участка, Вт.

Найдем среднюю ориентировочную величину удельной потери давления на трение в трубопроводах расчетного циркуляционного кольца:

 (4.18)

где k- коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления от общей величины расчетного давления, для систем отопления с искусственной циркуляцией k=0,35, для систем с естественной циркуляцией k=0,5;

∑ℓ- общая длина последовательно соединенных участков расчетного кольца, м.

По значениям Rср и расходу теплоносителя на рассчитываемом участке G в пределах допустимых скоростей по таблицам найдем ближайший диаметр участка d, действительную величину потерь давления R и скорость воды ν. Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений на каждом участке ∑𝝃 и потерю давления в местных сопротивлениях Z. Найдем величину общих потерь давления на участке (Rℓ+Z).

Гидравлический расчет магистральных участков сведен в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Гидравлический расчет магистральных участков