Проблема енергоефективності будинків

Вступ

теплопостачання опалення будинок вентиляція

Проблема енергоефективності - надзвичайно актуальна для України. Складна екологічна ситуація, яка зумовлена значною мірою шкідливими викидами, вимагає широкого впровадження енергозберігаючих заходів. В умовах залежності економіки від імпорту паливно-енергетичних ресурсів, постійного зростання їх вартості, вирішення проблеми підвищення ефективності використання енергоносіїв, ощадливого та господарського ставлення до їх споживання стає першочерговим завданням.

Проблему належить вирішувати не лише оптимізацією і модернізацією існуючих виробництв, а насамперед впровадженням сучасних енергоощадних технологій, які використовують відновлювальні і нетрадиційні джерела енергії.

Таким вимогам відповідають теплонасосні системи, основою яких служить тепловий насос.

Сучасний стан застарілих котелень і централізованих тепломереж вимагають величезних одноразових затрат для їх оновлення. В той же час криза в економіці України унеможливлює такі одноразові витрати. Крім того, часто нову будівлю немає можливості приєднати до вже перевантаженої централізованої системи теплопостачання або вона знаходиться на великій відстані від централізованих мереж. У всіх цих випадках виручають автономні системи теплопостачання.

Компанії «Viessmann», СП «Укрінтерм» впроваджують сучасні автономні системи. До них відносяться модульні котельні установки з екологічно чистими і конденсаційними котлами, що працюють на газу низького тиску, когенераційні установки, газогенераторні котли, котли на пелетах, вузлові теплові пункти, поквартирні системи з індивідуальним газовим котлом, теплові насоси та сонячні колектори.

Виходячи з необхідності комплексного рішення проблеми, що передбачає проектування, будівництво та експлуатацію теплонасосних систем, ці компанії вже багато років організовують підготовку кадрів необхідної кваліфікації, розробляють нормативну базу.

Однією з причин низького енергетичного ККД існуючих систем теплопостачання є застаріле теплотехнічне обладнання, низька надійність транспортування теплової енергії.

З поширенням впровадження систем поквартирного опалення газовими котлами, виникають проблеми з пропускною спроможністю газопроводів, екологією, з розбалансуванням існуючих будинкових систем опалення. Установка поквартирного газового обладнання обмежена державними нормативами в будинках висотою до 10 поверхів. Спеціалісти СП «Укрінтерм» та «Viessmann» пропонують варіанти, які вирішують більшість із вказаних проблем. Це поєднання переваг автономного теплопостачання від модульних дахових котелень та індивідуальних теплових пунктів.

Проте в літературі відсутні дані по теоретичному і експериментальному обґрунтуванню застосуванню систем індивідуального теплопостачання з сучасними газовими водогрійними котлами, тепловими насосами та сонячними колекторами. Тому актуальним є теоретичне і експериментальне вивчення і підтвердження ефективності систем теплопостачання будинків з застосуванням сучасного інженерного обладнання, наприклад, конденсаційних котлів, теплових насосів, геліоколекторів.

Сучасна високоефективна конденсаційна техніка компанії «Viessmann» та СП «Укрінтерм» для роботи на рідкому паливі чи газі допоможе заощадити кошти і зменшити шкідливий вплив на довкілля. Сучасні конденсаційні котли, ККД яких досягає 98 відсотків, є на сьогодні найефективнішою опалювальною технікою.

До опалювальних приладів, що працюють на рідкому й газоподібному паливі, додається широкий спектр застосування відновлюваної енергії. І в цій галузі «Viessmann» може запропонувати інновативну й потужну техніку, яку можна до дрібниць пристосувати під різноманатні потреби й побажання. Важливу роль на ринку тепла відіграють, наприклад, сонячні колектори для гарячого водопостачання і для підтримки в опаленні, а також використання тепла повітря й землі за допомогою теплових насосів, та використання біомаси при спалюванні деревини.

Сонячні колектори дозволяють використовувати найекологічніші технології для отримання тепла чи електричної енергії; вони мають баагато переваг. Вони не вимагають великих витрат і стильно виглядають на даху. Вони роблять значний внесок у забезпечення будинку енергією; в деяких країнах люди отримують від держави гроші за віддану в загальну мережу електроенергію.

Системи комунального теплопостачання (опалення, вентиляція, гаряче водопостачання) та технологічні потреби підприємств є одними з найбільших споживачів теплової енергії. Більшість цих споживачів забезпечується системами централізованого теплопостачання. Проте системи централізованого теплопостачання технічно відстають від сучасних наукових та інженерних досягнень, наприклад, порівняно з автономним теплозабезпеченням. Одним із шляхів вирішення проблеми енергозбереження в цілому є перехід до схем з використанням відновлювальних джерел енергії. Система теплопостачання з використанням сонячної енергії суттєво підвищує ефективність енергозабезпечення та покращує економічні показники. Якщо інтенсивності сонячної радіації недостатньо для приготування гарячої води, додатково включається електронагрівач або газовий водонагрівальний котел. Така система успішно пройшла стендові випробування в Одесі. Аналогічна система гарячого водопостачання змонтована на інженерному корпусі СП Укрінтерм і повністю забезпечує його протягом весняно-літнього періоду.

Все більшої актуальності набуває перехід до енергозберігаючих технологій, раціонального використання паливно-енергетичних ресурсів (заміна та модернізація водонагрівальних котлів, зменшення витрат теплоти і палива, альтернативний вибір джерел енергії, оптимізація режимів експлуатації існуючих систем і обладнання). За останні 10 років в Україні намітився суттєвий прогрес у галузі енерго-ефективного використання тепла та енергозбереження. Введені в дію державні будівельні норми, якими на 25-40% підвищено мінімальний опір теплопередачі зовнішніх огороджень будинків, вимоги до показників теплового комфорту в житлових приміщеннях, на нашому ринку з'явились і вже багато років стабільно працюють підприємства, які випускають та реалізовують сучасні водонагрівальні котли малої і середньої потужності, індивідуальні теплові пункти (Viessmann, СП Укрінтерм), впроваджуються нові системи поквартирного опалення житлових будинків з індивідуальним регулюванням та обліком спожитої енергії.

Широкого застосування в системах теплопостачання будинків набувають теплові насоси. Автономна система теплопостачання з тепловим насосом та сонячним колектором включає газовий водонагрівальний котел, тепловий насос з колектором для відбору тепла водного басейну чи ґрунтового масиву та систему геліотеплопостачання з ємнісним водонагрівачем і сонячним колектором.

Експлуатація систем теплопостачання з тепловим насосом та сонячним колектором підтверджує економічну і технологічну Доцільність комплексного використаня геліоколекторів та теплових насосів в теплопостачанні будинків.

1. Характеристика об’єкту та вихідні дані

Будівля, що проектується, являє собою готель з комплексом магазинів та їдальнею на 50 осіб. Розташована у м. Київ і є громадською спорудою.

Готельний комплекс, загальною площею 2097 м², та об'ємом 7 549,2 м³ є триповерховою спорудою (підвал, перший, другий, третій поверхи та горище.) з висотою поверху 3,600 м.

До складу об’єкту входять зал їдальні, торгівельні зали промислових та продовольчих товарів, кафе-бар, двомісні та одномісний номери готельного комплексу, кабінети, санітарно - побутові приміщення.

Підвал (план на відм. -3,000) готельного комплексу складається: з теплопункту, вентиляційних камер, електрощитової, коридорів, кладових, санвузлів та інших побутових приміщень.

Розміри в плані - 13,0 х 45,75 м.

Кліматичний район - I.

Використовуючи [3] виписуємо параметри для об’єкту будівництва у місті Києві:

-        розрахункова географічна широта - 52° п.ш.;

розрахунковий барометричний тиск - 990 Гпа;

-        зона вологості - нормальна;

         тривалість опалювального періоду - 187 діб/рік;

Розрахункові параметри зовнішнього повітря:

-        опалення - t_н = -22 °С;

-        вентиляція - t_н ^х.п. = -22 °С;

t_н ^т.п. = 23,7 °С.

2. Теплотехнічні характеристики огороджувальних конструкцій

Згідно з дод. 1 [3] кліматологічні дані для холодного періоду року для м. Київ становлять:

·   середня температура найхолоднішої п’ятиденки забезпеченістю 0,92

t_зовн = -22 ^оС

·        тривалість опалювального сезону (періоду з середньою добовою температурою зовнішнього повітря t_зовн8 °С):

Z_о.с=187 діб;

·   середня температура зовнішнього повітря опалювального сезону:

t_о.с = -1,1 ^оС;

Кількість градусо-діб опалювального сезону обчислюємо за формулою:_о.с = 3572 градусо-доби.

де _о.с - кількість градусо-діб опалювального сезону.

У відповідності з дод. 1 і 2 [4] м. Київ знаходиться у першій кліматичній зоні.

Згідно з дод. 1 [4] зона вологості для м. Київ - нормальна (Н).

Вологісний режим приміщень в холодний період року в залежності від відносної вологості та температури внутрішнього повітря встановлюємо за даними табл. 1 [4]. При 12 <t_вн< 24^оС і відносній вологості ц=50%, приймаємо нормальний режим приміщень.

Огороджувальні конструкції слід підбирати у відповідності з умовами їх експлуатації, котрі визначають в залежності від вологістного режиму приміщень і зони вологості за табл. 2 [4]

Отже, для об'єкту, що проектується, приймаємо умови експлуатації огороджень Б.

Зовнішні стіни

Згідно з табл. 8 [4] нормативний опір теплопередачі

R _{q min} = 2,8 м^{2 о}С / Вт

Приймаємо наступну конструкцію зовнішньої стіни:

алюмінієва композитна панель товщиною 2 мм;

плити з мінеральної вати на синтетичному зв’язуючому (вміст зв’язуючого за масою від 4,0% до 5,0%) с=110 кг/м3 товщиною 100 мм;

кладка цегляна з повнотілої цегли глиняної звичайної на цементно-піщаному розчині с =1800 кг/м3 товщиною 510 мм.

Вікна та балконні двері.

Згідно з табл. 1 [4] мінімально допустиме значення опору теплопередачі складає

R _{q min} = 0,6 м^{2 о}С / Вт;

За табл. М1 [4] приймаємо двокамерний склопакет 4М1 -8-4М1 -8-4К з повітряним складом середовища камер склопакетів, для якого

R _пр = 0,62 м^{2 о}С / Вт;

Зовнішні двері.

Згідно з табл. 1 [4] мінімально допустиме значення опору теплопередачі складає

R _{q min} = 0,44 м^{2 о}С / Вт;

Приймаємо металеві зовнішні двері з утеплювачем з мінераловатних плит на синтетичному зв’язуючому (вміст зв’язуючого за масою від 4,0% до 5,0%) с =110 кг/м3 товщиною 20 мм, для яких

Горищне перекриття.

Згідно табл. 1 [4] мінімально допустиме значення опору теплопередачі складає

R _{q min} = 4,95 м² °С / Вт

Приймаємо тришарову панель з важкого бетону з утеплювачем з мінеральної вати =180 кг/м²; опір теплопередачі R_заг =5,08 м² °С / Вт; товщина шару утеплювача d_ут = 220 мм; d_заг =470 мм.

Внутрішні стіни.

Згідно з підрозділом 2 опір теплопередачі внутрішніх огороджуючи конструкцій повинен бути не менше потрібного опору теплопередачі, визначеного за формулою:

При цьому розрахункову різницю температури в суміжних приміщень приймаємо  °С

 м² °С / Вт

Приймаємо таку конструкцію внутрішньої стіни:

- цементно-піщана штукатурка с =1600 кг/м3 товщиною 15 мм;

- кладка цегляна з повнотілої цегли глиняної звичайної на цементно-піщаному розчині с =1800 кг/м3 товщиною 120 мм.

цементно-піщана штукатурка с =1600 кг/м3 товщиною 15 мм.

Неутеплена підлога

Згідно з [1] опір теплопередачі не утепленої підлоги на ґрунті слід визначити завширшки 2 м, паралельно зовнішнім стінам, приймаючи величину R_н.п, м²·⁰С / Вт.

-        для I зони - 2,1;

         для II зони - 4,3;

         для III зони - 8,6;

-        для IV зони - 14,2.

Результати розрахунку та підбору огороджуючих конструкцій зводимо у табл. 2.1.

Табл. 2.1. Характеристика огороджуючих конструкцій житлового будинку

3. Схеми систем опалення будинку

.1 Тепловтрати опалювального будинку та потужність системи опалення

Розрахункові тепловтрати Q_1, Вт, опалювального будинку слід обчислювати за формулою:

,

де _ог - тепловтрати через огороджувальні конструкції опалювального будинку, Вт;_в - тепловтрати на нагрівання вентиляційного повітря, Вт.

Тепловтрати через огороджувальні конструкції опалювального будинку складаються з основних Q_о та додаткових Q_д тепловтрат та обчислюються за формулою

,

де

- сума додаткових тепловтрат, виражених в частках від основних тепловтрат.

Додаткові тепловтрати в, через огородження в частках від основних тепловтрат, приймаємо в таких розмірах [6]:

-         в приміщеннях будь-якого призначення через зовнішні вертикальні та похилі стіни, двері та вікна, звернені на північ, схід, північний схід, північний захід, захід - в розмірі в=0,05,

-        в громадських і адміністративно - побутових і виробничих приміщеннях при наявності двох зовнішніх стін і більше - в=0,15, якщо одне із огороджень звернене на північ, схід, північний схід і північний захід, і в=0,1 - в інших випадках,

         для зовнішніх воріт, необладнаних повітряними або повітряно-тепловими завісами - в розмірі в=3 при відсутності тамбура та в розмірі в=1 при наявності тамбура біля воріт.

·   Основні тепловтрати через огороджувальні конструкції приміщення визначають підсумовуванням тепловтрат через окремі огороджувальні конструкції, обчисленням за формулою

,

де

А - розрахункова площа огороджуючої конструкції, м²;_заг - опір теплопередачі огороджуючої конструкції, м^2оС / Вт;- коефіцієнт теплопередачі огороджуючої конструкції, Вт/(м^2оС);_p - розрахункова температура повітря,^оС, в приміщенні з урахуванням її підвищення по висоті для приміщення заввишки більше 4 м;_ext - розрахункова температура зовнішнього повітря, ^оС,- коефіцієнт, що враховує положення зовнішньої поверхні огородження стосовно до зовнішнього повітря, приймається за СНиП II-3-79**.

·   Втрати теплоти на нагрівання вентиляційного повітря.

Втрати теплоти Q_в, Вт, розраховують для кожного опалювального приміщення, що має одне або більшу кількість вікон чи балконних дверей в зовнішніх стінах [6], виходячи із необхідності забезпечення підігріву зовнішнього повітря в об‘ємі однократного повітрообміну в годину, за формулою

Тепловтрати теплоізольованими трубопроводами

Втрати теплоти Q₂, Вт, трубопроводами, що прокладаються в неопалювальних приміщеннях, слід визначати за формулою:

,

де - довжина ділянки, м, теплоізольованих трубопроводів визначеного діаметра;_{тр -}нормована лінійна щільність теплового потоку.

Втрати теплоти Q₂, Вт, теплоізольованими трубопроводами, що прокладаються в неопалювальних приміщеннях, не повинні перевищувати 3% від величини Q_c.o, тобто можна приймати

.

·   Тепловтрати через підлогу розташовану на ґрунті, та стіни, занурені в землю.

Втрати теплоти через підлогу, що розташована на ґрунті, розраховують по зонах шириною 2 м, які паралельні зовнішнім стінам. Найближча до зовнішньої стіни зона вважається першою, наступні дві - другою та третьою, а остання частина підлоги, не залежно від її площі, вважається четвертою зоною. Розподіл підлоги на зони виконується незалежно від внутрішнього планування приміщень першого поверху. Кількість зон, що вміщуються на площі підлоги першого поверху, залежить від розмірів будівлі. Тепловтрати через підземну частину зовнішніх стін і підлогу опалювального підвалу розраховують також по зонам шириною 2 м, з відліком від рівня землі. Підлога підземної частини при такому відліку розглядається як продовження підземної частини зовнішніх стін.

Таб. 3.2.1Розрахунок тепловтрат опалювального будинку

Теплова потужність системи опалення

Розрахункова теплова потужність, Вт, системи опалення визначається за формулою

,

де ₁ - розрахункові тепловтрати опалювального будинку, Вт;₁ - коефіцієнт урахування додаткового теплового потоку прийнятий до установки опалювальних приладів, який виникає внаслідок округлення їх поверхні нагріву понад розрахункову величину, b₁=1,08, приймається по табл. 1 [1];₂ - коефіцієнт врахування додаткових втрат теплоти опалювальними приладами, розташованими у зовнішніх огороджень, b₂=1,04 для радіаторів сталевих панельних при розташуванні їх біля зовнішньої стіни, приймається по табл. 2 [1];₂ - втрати теплоти, Вт, трубопроводами, що прокладаються в неопалювальних приміщеннях;₃ - тепловий потік, Вт, що регулярно надходить від електричних приладів, освітлення, технологічного обладнання, комунікацій, матеріалів, нагрітих поверхонь та людей, котрий слід враховувати в цілому на систему опалення будинку.

Q₃=10А_зп

де

А_зп - загальна площа будинку, яку визначають як суму загальних площ квартир і площі сходової клітки на рівні кожного поверху цього будинку.

В загальну площу квартир включають площу всіх її приміщень, вбудованих шаф, а також лоджій, балконів, веранд, терас і холодних комор, які враховуються з такими коефіцієнтами: для лоджій - 0,5, для балконів і терас - 0,3, для веранд і холодних комор - 1,0. Площу горища, технічного підпілля (технічного горища), а також тамбурів сходових кліток, ліфтових та інших шахт, портиків, ґанків, зовнішніх відкритих драбин в загальну площу будинку не включають:

Q₃=20200 Вт

Враховуючи всі попередньо наведені формули, остаточний вигляд формули для визначення розрахункової теплової потужності системи водяного опалення має вигляд:

.

.2 Опалювальних прилади

Для системи опалення будинку, в якості опалювальних приладів використовуються сталеві радіатори «Vonova» [6]. Радіатори «Vonova» обладнанні комплектом вентилів і пристосовані до різних варіантів підключення. Оптимальне функціонування «радіатор - вентиль» забезпечує високу тепловіддачу і легкість монтажу, а завдяки використанню термоголовки, заощаджується енергія при роботі системи опалення.

Радіатори «Vonova» готові до швидкого монтажу в двотрубних і однотрубних системах. Крім підключення «знизу», для цих радіаторів існує можливість інших типів підключення, наприклад, підключення збоку - одностороннє чи хрестоподібне.

Можливість підключення радіатора за допомогою муфти з внутрішньою різьбою 1/2», як звичайного компактного радіатора, дозволяє підключати радіатор до мідних, сталевих чи пластикових труб.

Безпосередньо на вентиль можна монтувати термостатичні головки фірми Danfoss RTD-R Inova 3140 та RTS-R 3610; фірми Heimeier VK; фірми Herz D; фірми Honeywell thera-DA.

Радіатори з вбудованими вентилями обладнанні вентилем для підключення в двохтрубних і однотрубних системах, запобіжним ковпачком вентиля, спускною пробкою і краном Маєвського.

Робочі параметри радіатора:

-         робочий тиск до 1,0 МПа (10 бар)

-        робоча температура до 110 ^оС

Розрахунковий переклад температур води в системі опалення t_г=90 ^оС, t_o=70^оС;

Висота приміщень h _прим =3,6 м;

Тип опалювального приладу: VONOVA KV

Тепловий потік опалювального приладу, що відрізняється від нормованих, визначають за формулою:

де _н - номінальний тепловий потік опалювальних приладів при нормованих умовах, Вт;

Дt_T - розрахунковий температурний напір в опалювальному приладі,°С;

Дt_Н =70°С - нормований температурний напір в опалювальному приладі;

G_О.П. - розрахункова витрата води в опалювальному приладі, кг/год;

G_Н =360 кг/год - нормована витрата води в опалювальному приладі;

n і p - емпіричні показники степеня відповідно по відносному температурному напорі і відносній витраті води;

ц₁ - поправочний коефіцієнт, що враховує зміну теплового потоку опалювального приладу при відміні розрахункового температурного напору Дt_T від нормованого Дt_Н;

ц₂ - поправочний коефіцієнт, що враховує зміну теплового потоку опалювального приладу при величині при відміні розрахункової витрати води G_О.П. від нормованої G_Н;- коефіцієнт, що приймається за графіком в залежності від розрахункового барометричного тиску Рб, гПа для конкретного географічного пункту;- поправочний коефіцієнт, який враховує схему руху води в опалювальному приладі та зміну показника степеня р при різних діапазонах витрати теплоносія;

ш₁ - поправочний безрозмірний коефіцієнт, який враховує зменшення теплового потоку опалювального приладу при русі води в ньому за схемою «згори - вниз»;

ш₂ - поправочний коефіцієнт на число рядів опалювальних приладів по вертикалі, який враховує зменшення теплового потоку верхніх приладів, що омиваються нагрітим потоком повітря від розташованих нижче приладів;

ш₃ - поправочний коефіцієнт, який враховує зменшення теплового потоку опалювальних приладів при їх установці в два ряди у глибину.

Так як горизонтальні трубопроводи приладових віток прокладені в монолітній підлозі, то тепловіддача від них буде незначною. Установка радіаторів прийнята під вікнами вільно у стіни. Підводки до опалювальних приладів передбачені з відступами.

Визначаємо потрібні теплові надходження у приміщення.

За формулою обчислюємо температуру води, що надходять у кожний опалювальний прилад:

Визначаємо перепад температур води в радіаторах за формулою:

Температурний напір в кожному радіаторі обчислюємо за формулою:

Розрахункову теплову потужність кожного радіатора обчислюємо за формулою:

За формулою або за графіком знаходимо для кожного значення коефіцієнта ц₁:

Поправочний коефіцієнт ц₂ визначаємо за формулою:

Приймаємо для спрощення розрахунків коефіцієнти на барометричний тиск у формулі: b = 1;

Згідно з поясненнями до формули для всіх радіаторів приймаємо коефіцієнт ш₁ = 1; ш₂ = 1 (однорядна установка радіаторів по вертикалі); ш₃ = 1 (однорядна установка радіаторів у глибину).

Потрібний тепловий потік радіатора, приведений до нормованих умов, обчислюємо за формулою:

Фактичний тепловий потік радіатора Q^ф_н визначаємо з технічної документації на прилади.

Розходження між величинами Q^ф_н і Q^потр_н визначаємо для кожного радіатора за формулою:

.3 Системи водяного опалення

)        Сучасні системи опалення

Системи опалення і гарячого водопостачання актуальні для всіх видів приміщень: будинок, офіс, виробництво. У будь-який час року, не залежно від погоди людині властиво перебувати в комфортних умовах. Сучасні системи опалення складаються з трьох основних елементів:

.        Опалювальний прилад

.        Металопластикові труби

.        Джерело теплоти

У наш час системи опалення можна орієнтовно представити у вигляді наступної класифікації (табл. 3.1), згідно з авторами [5].

Табл. 1. Класифікація систем опалення

Системи опалення підрозділяються на дві групи: місцеві й центральні.

Центральними називаються системи, призначені для опалення декількох приміщень із єдиного теплового центра (вузла).

У місцевих системах для опалення одного приміщення всі три основних елементи конструктивно об'єднані в одній установці (котлі), безпосередньо в якій відбуваються одержання, перенос і передача тепла в приміщення.

Котли, в залежності від типу палива(енергії) розділяють на:

·        газові;

·        мазутні;

·        твердопаливні;

·        електричні.

2)      Двотрубна горизонтальна система водяного опалення.

В представленій громадській будівлі

проектуємо водяну двотрубну систему опалення.

Переваги двотрубних горизонтальних систем водяного опалення:

·   економічні показники вигідно відрізняються від економічних показників інших систем опалення: менші затрати енергетичних ресурсів на нагрівання теплоносія до визначеної температури - в двотрубних системах опалення перепад температур води у кожному опалювальному приладі постійний; середня температура води в любому приладі двотрубного стояка також однакова. За цими показниками можна зробити висновок щодо економічної доцільності використання запропонованої системи опалення.

·   має ряд технічних переваг: обмежене число проходів через перекриття; повне використання тепловіддачі трубопроводів, що зменшує об’ємність опалювальних приладів; в порівнянні з однотрубними СВО - більше число можливого встановлення опалювальних приладів; втрати тиску у однотрубній системі значно перевищують втрати в двотрубній системі; система опалення має достатньо спрощену схему гідравлічного розрахунку при запропонованому попутному русі теплоносія; можливість по квартирного відключення приладових віток при проведенні регламентних та експлуатаційних робіт.

·   горизонтальна система опалення забезпечує кращі санітарно-гігієнічні умови, має більш естетичний вигляд, так як є можливість прокладання горизонтальних ділянок трубопроводу в підлозі, або застосувати плінтусний варіант прокладання трубопроводів, дає можливість регулювання кількості теплоти, яка надходить до приміщення, за допомогою термостатичних клапанів та можливість контролю витрати коштів на опалення кожним власником квартири окремо за допомогою встановлення водоміра.

Недоліки системи водяного опалення:

·   більша металоємність системи в порівнянні з однотрубною, значне використання часу на монтаж та введення в експлуатацію - мається на увазі проведення пуско-налагоджувального (первинного) регулювання тепловіддачі опалювальних приладів, що є характерним для двотрубної системи.

3.4 Трубопроводи систем опалення, гідравлічний режим роботи

Основною задачею гідравлічного розрахунку є визначення діаметрів трубопроводів по заданим тепловим, гідравлічним і геометричним параметрам системи опалення.

Теплоносієм для системи опалення прийнята вода з параметрами 95 - 70 ˚С. В запроектованій будівлі приймається двотрубна горизонтальна система опалення з нижньою розводкою.

Перед виконанням гідравлічного розрахунку трубопроводів визначаємо значення наявної різниці тиску для системи опалення. Тиск, що створює елеватор, знаходимо по заданому значенню періоду тисків на вводі теплоносія в будівлю і коефіцієнту змішування.

В процесі гідравлічного розрахунку визначають витрату теплоносія і підбирають діаметри труб на розрахункових ділянках. По розрахованій витраті теплоносія і прийнятим діаметрам трубопроводів розраховують втрати тиску на кожній розрахунковій ділянці, використовуючи наступний метод гідравлічного розрахунку:

 де

S - характеристика опору ділянки, Па/(кг/год)²;

G - витрата циркуляційної води на розрахунковій ділянці, кг/год;

 де

Q - теплове навантаження ділянки;

 - перепад температури води в системі опалення, ˚С;

 де

A - питомий динамічний тиск, що відповідає, що відповідає проходження через трубопровід 1 кг/с води, Па/(кг/с);

В результаті гідравлічного розрахунку трубопроводів системи опалення отримують загальні втрати тиску  в циркуляційному кільці, яке складається з n-ної кількості ділянок, які дорівнюють сумі втрат тисків на цих ділянках:

Ув’язування втрат тиску в циркуляційних кільцях трубопроводів системи водяного опалення потрібно виконувати у вузлових точках без врахування опорів загальних розрахункових ділянок, що входять до складу порівнюваних циркуляційних кілець.

Нев’язку тисків знаходять за формулою:

 де

 - наявна різниця тисків для даної ділянки;

 - дійсна втрата тиску на даній ділянці;

По існуючим нормам [1] нев’язка у втратах тиску не повинна перевищувати ± 15%; При неможливості ув’язки втрат тиску у циркуляційних кільцях і стояках для зменшення надлишкового тиску на трубопроводі передбачають встановлення дроселюючи шайб (як правило в нижній частині стояка). Діаметр отвору дроселюючої шайби знаходять по формулі:

 де

G - витрата теплоносія у стояку, кг/год;

 - потрібна втрата тиску у шайбі, Па;

Виконуючи гідравлічний розрахунок трубопроводів, необхідно намагатись отримувати мінімальні невязки, так як при цьому дійсний режим роботи системи опалення наближається до розрахункового, зменшується або виключається необхідність в монтажному регулюванні системи.

Отже задача гідравлічного розрахунку трубопроводів полягає в ув’язуванні тисків в циркуляційних кільцях з метою забезпечення потрібних витрат води на всіх ділянках системи опалення.

Після виконаного гідравлічного розрахунку основного циркуляційного кільця розраховують величину запасу за виразом:

Зазвичай величину запасу знаходять тільки для основного циркуляційного кільця, так як другорядні кільця з основним повинні бути ув’язані у ході гідравлічного розрахунку трубопроводів.

Розрахунок природного тиску у циркуляційних кільцях, що проходять через горизонтальні приладові вітки на 1 поверсі будинку, за формулою:

ДРпрi=g*hi*(сo-сr)

де, g = 9,81 м/с2 прискорення вільного падіння; hi - вертикальна відстань між центром нагрівання води і центром охолодженням води в опалювальних приладах горизонтальної приладової вітки і-поверху, м;

сo-сr - відповідно густина охолодженої і гарячої води в системі опалення, кг/м3.

Аналогічно обчислюємо розрахункові природний і циркуляційні тиски для інши циркуляційних кілець, що проходять через горизонтальні приладові вітки решти поверхів будинку.

Розрахункові тиски в циркуляційних кільцях

Коефіцієнт врахування максимально природного тиску слід приймати 0,7

Гідравлічний розрахунок магістральних трубопроводів двохтрубної поквартирної системи опалення

Для забезпечення гідравлічної сталості роботи системи опалення приймаємо, що втрати тиску у приладових ділянках складають не менше 70% від загальних втрат у головному циркуляційному кільці.

Для забезпечення ефективності теплового регулювання теплової потужності опалювального приладу втрати тиску на радіаторному термостатичному клапані повинні складати як можна більше але не менше 25% від загальних втрат на регулюючій ділянці головного циркуляційного кільця.

4. Вентиляція приміщень та теплопостачання повітронагрівачів

.1 Повітрообміни в приміщеннях

Визначення надлишкової теплоти, вологи та газових шкідливостей які надходять в приміщення.

Використовуючи [1] виписуємо параметри зовнішнього повітря для об’єкту будівництва в м. Київ.

-        розрахункова географічна широта: 52° п.ш.

         розрахунковий барометричний тиск: 990 ГПа

Наступні данні зводимо в таблицю 4.

Табл.4.1.1. Розрахункові параметри зовнішнього повітря

Параметри внутрішнього повітря приймаються згідно [11] і поділяються на оптимальні та допустимі.

З таблиці VII.6. [11] виписуємо оптимальні параметри мікроклімату (температура t, відносна вологість , швидкість руху повітря v), котрі при тривалому систематичному впливанні на організм людини забезпечують зберігання нормального функціонального та теплового стану організму без напружень реакцій терморегуляції.

Нормативні параметри повітря в обслуговуючій зоні громадських будинків

холодний і перехідний період року:

Температура t = 19-21^оС,

Відносна вологість  = 60-40%,

Швидкість руху повітря v = 0,3 м/с.

теплий період року:

Температура t = 22-25^оС,

Відносна вологість  =60-40%,

Швидкість руху повітря v=0,3 м/с.

Розрахункове приміщення - зал їдальні на 50 чоловік.

Теплонадходження в приміщення:

Від людей

Повна кількість теплоти (сума явної та прихованої) визначаються за формулою:

де - тепловиділення однією людиною (повне), Вт_i - число людей в приміщенні з даною інтенсивністю навантаження.

Кількість людей в залі їдальні - n_і = 50 чол

Тепловиділення однією людиною, ТП - =148 Вт; ХП - =155 Вт;

Повна кількість теплоти:

Теплий період року Q_л.п. = 50 · 148 = 7400 Вт,

Холодний період року, Q_л.п. = 50 · 155 = 7750 Вт,

Від джерел освітлення

Теплонадходження від джерел освітлення знаходимо за формулою:

- площа підлоги приміщення, м²_уд - питома потужність ламп, Вт/м²;

- коефіцієнт, який враховує надходження тепла в обслуговуючу зону приміщення, для люмінесцентних ламп дорівнює 0,55.

Площа підлоги приміщення -116 м²,

Питома потужність ламп N_уд = 14 Вт/м²

Q_л.п. = 116 · 14 · 0,55 = 893 Вт.

Від сонячної радіації

Кількість теплоти, Вт, яка потрапляє в приміщення через світлові прорізи за рахунок сонячної радіації і різниці температур зовнішнього та внутрішнього повітря,

де q' та q» - кількість тепла, яке потрапляє в приміщення в липні через одинарне засклення світлових прорізів, Вт/м²; F_o = F_o'+ F_o» - площа світлового прорізу, визначається за його найменшими розмірами, м²; F_o', F_o» - площі світлових прорізів відповідно опромінювані та неопромінювані прямою сонячною радіацією, м²; - коефіцієнт теплопропускання сонцезахисного устрою; R_o - опір теплопередачі заповнювачів світлових прорізів, м²К/ Вт; t_н та t_в - розрахункова температура зовнішнього та внутрішнього повітря, ^ос; - коефіцієнт, який залежить від типу засклення, приймаємо рівним 1,0; 0,9; 0,8 відповідно при одинарному, подвійному та потрійному заскленні та 0,7 при заскленні склоблоками;

 - коефіцієнт, який враховує акумуляцію тепла внутрішніми огороджуючими конструкціями приміщення.

При наявності засобів сонцезахисту в приміщенні або міжскляному просторі =1

При проектуванні вентиляції, величину  враховувати в розрахунках не потрібно.

Для вертикального засклення світових прорізів

де  та - надходження тепла відповідно від прямої та розсіяної сонячної радіації через одинарне вертикальне засклення світлового прорізу в липні, Вт/м²

- коефіцієнт, який враховує затемнення засклення світових прорізів та забруднення атмосфери; - коефіцієнт, який враховує забруднення скла;

Для вертикального засклення світових прорізів

,

Надходження тепла від сонячної радіації через одинарне вертикальне засклення світлового прорізу в липні, =280 Вт/м².

Коефіцієнт, який враховує затемнення засклення світових прорізів та забруднення атмосфери =1,05;

Коефіцієнт, який враховує забруднення скла =0,95

,

Кількість теплоти, Вт, яка потрапляє в приміщення через світлові прорізи за рахунок сонячної радіації і різниці температур зовнішнього та внутрішнього повітря,

Теплонадходження з зовнішнім повітрям.

де Lmin - повітрообмін по мінімальній кількості необхідного повітря на людину, м³/год

 - густина повітря, кг/м³.

 - різниця ентальпій зовнішнього і внутрішнього повітря, кДж/кг.

Повітрообмін по мінімальній кількості необхідного повітря на людину (для кафе 20 м³/год на одну людину), кг/год.

де n - кількість людей в приміщенні.

Кількість людей в приміщенні n =50 чол.

Різниця ентальпій зовнішнього і внутрішнього повітря =(62-50)=12 кДж/кг.

Табл.4.1.2 Розрахунок теплонадходжень