Отопление и вентиляция жилого здания

Отопление и вентиляция жилого здания

1.       ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Этажность здания - 2 (высота первого этажа h_1эт = 3,3 м, высота второго этажа h_2эт = 3,3 м, высота вентиляционной шахты Н_ш = 3,9 м и отметкой низа входа (земли) h_оз = 0 м).

.        
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА, МИКРОКЛИМАТ ИСКУССТВЕННОЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

здание отопление теплотехника

2.1     Определение климатических характеристик района строительства.

Климатические параметры холодного периода года принимаем по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*» (табл.2 и рис.2 методических указаний) и заносим в таблицу 1.

Таблица-1. Климатические характеристики района строительства

где t₅^0,92, °С - средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;

t_оп, °С - средняя температура наружного воздуха за отопительный период со среднесуточной температурой воздуха ≤ 8 °С;

z_оп, сут - продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой наружного воздуха ≤ 8 °С (при температуре наружного воздуха ≤ 10 °С продолжительность стояния больше на 15-20 суток);

v_хп, м/с - скорость ветра, максимальная из средних скоростей по румбам за январь;

ϕ_хм, % - средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца;

.2      
Определение параметров внутреннего микроклимата проектируемого здания

Расчетные условия и характеристики внутреннего микроклимата здания принимаем по ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» и СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003» (табл.3 методических указаний) и выписываем в таблицу 2.

Таблица-2. Расчетные условия и характеристики внутреннего микроклимата жилого здания

.3       Расчет теплотехнических характеристик и определение толщины теплоизоляции

Теплотехнические показатели строительных материалов заданного варианта конструктива стены выбираем по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003» (приложение А методических указаний) и сводится в таблицу 3.

Таблица-3. Теплотехнические показатели строительных материалов.

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций принимаем по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003» (таблица 5 методических указаний).

Таблица-4. Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

Примечание:

Δt^н, °С - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;

n - коэффициент учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;

α_в, Вт/(м²°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;

α_н, Вт/(м²°С) - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции.

Градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год:

ГСОП=(21-(-2,3))∙194 = 4520,2 °С•сут/год

Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций определяем по таблице 6 методических указаний:

наружной стены (НС):

перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами (ПЛ, ПТ):

Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R_о^норм, (м²°С)/Вт:

наружной стены (НС):

перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами (ПЛ, ПТ):

где m_р - коэффициент, учитывающий особенности региона строительства. Для стен: m_р = 0,63; для светопрозрачных конструкций: m_р = 0,95; m_р = 0,8 для остальных ограждающих конструкций.

Расчетное сопротивление теплопередаче наружной стены R^р_о, (м²°С)/Вт:

Термическое сопротивление теплопередаче слоя утеплителя R_ут, (м²°С)/Вт:

где α_в = 8,7 Вт/(м²°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции (см. таблицу 4);

α_н = 23 Вт/(м²°С) - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (см. таблицу 4).

Фактическое сопротивление теплопередаче наружной стены:

Коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций:

наружной стены (НС):

перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами (ПЛ, ПТ):

Примечание: при определении коэффициента теплопередачи для перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами (ПЛ, ПТ), фактическое сопротивление теплопередаче перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами, R_о^факт, (м²°С)/Вт, принимается равным нормируемому значению приведенного сопротивления теплопередаче перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами, R_о^норм, (м²°С)/Вт.

2.4     Проверка возможности конденсации водяных паров на внутренней поверхности и в толще наружного ограждения

Конденсации водяных паров на внутренней поверхности наружного ограждения не происходит, если температура на данной поверхности τ_в.п, °C, выше температуры точки росы t_р, °C, т.е. выполняется условие τ_в.п > t_р

Температура на внутренней поверхности стены, τ_в.п, °C:

Температура точки росы t_р, °C:

где φ_в - относительная влажность внутреннего воздуха, Па, φ_в = 55% (см. таблицу 2);

Е_в - упругость водяных паров, Па, Е_в = 2488 Па (по данным таблицы 7 методических указаний при t_в = 21 °C (по рядовой жилой комнате)).

Проверим выполнение условия не выпадения конденсата на внутренней поверхности наружного ограждения:

τ_в.п > t_р

,24 °C > 17,17 °C (Условие выполняется, конденсация водяных паров на внутренней поверхности наружного ограждения не произойдет).

Конденсации водяных паров в толще ограждающей конструкции не происходит, если в какой-либо точке ограждения парциальное давление водяных паров e, Па, не превосходит по величине давление насыщенного водяного пара E, Па, при той же температуре, т.е. выполняется условие:

 e < E 

1. Определяем распределение температуры по сечению наружной стены:

Рисунок-2. Схема изменения температуры по сечению стены.

t_в=21;

где t_хм, °C - средняя температура наиболее холодного месяца - января (по таблице 2 методических указаний).

. Определяем парциальное давление водяных паров влажного воздуха в состоянии насыщения соответствующее температуре в расчетных сечениях наружной стены по таблице 7 методических указаний:

. Определяем парциальное давление водяного пара в наружном и внутреннем воздухе:

Парциальное давление водяных паров во внутреннем воздухе, Па:

e_в=Е_в∙ 2488 ∙ 55/100 = 1368 Па

Парциальное давление водяных паров в наружном воздухе, Па:

eн= Ен∙ 330 ∙ 71/100 = 234 Па 

. Определяем общее сопротивление паропроницанию наружной стены, м^2.ч^.Па/мг:

где R_П.в и R_П.н - сопротивления влагоотдаче на внутренней и наружной поверхностях стены, м^2.ч^.Па/мг. R_П.в = 0,0267 м^2.ч^.Па/мг; R_П.н = 0,0052 м^2.ч^.Па/мг;

μ_i , мг/(м ч Па) - паропроницаемость материала i - го слоя (таблица 3).

5. Значения упругости водяных паров на границах отдельных слоев е_х, определяется по формуле

где - сопротивления паропроницанию части наружной стены от рассматриваемой точки до внутреннего воздуха, м² ∙ч ∙Па/мг.

e_в = 1368 Па

Полученные результаты сведем в таблицу 5.

Таблица-5. Распределение значений t, °C, e, Па, и E, Па в сечении наружной стены

Результаты расчета оформляем в виде графика распределения значений температуры t, °C, парциального давления водяного пара e, Па, и давления насыщенного водяного пара E, Па (рис.3).

На участках, где давление насыщения Е, Па, оказывается меньше или равным значению давления водяного пара е, Па, возможна конденсация водяных паров.

Рисунок-3. Схема распределения t, °C, e, Па, E, Па, по сечению наружной стены (определение зоны возможной конденсации в толще наружной стены).

.5       Выбор заполнения оконных проемов

Тип и конструкция заполнения светового проема выбираются исходя как из требований по теплозащите, так и требований по сопротивлению воздухопроницанию.

Выбор типа и конструкции заполнения оконного проема исходя из требований по теплозащите:

По данным таблицы 9 методических указаний выбирается тип заполнения светопроема таким образом, чтобы:

где R_о^тр - требуемое сопротивление теплопередаче для окна, м²°С/Вт.

Градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год:

ГСОП=(21-(-2,3))∙194 = 4520,2 °С•сут/год

Базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче по таблице 6 методических указаний для окон (ОК):

Принимаем тип заполнения светопроема: Однокамерный стеклопакет из стекла с твердым селективным покрытием с R_о = 0,51 м²°С/Вт (условие выполнено).

Уточнение типа и конструкции заполнения оконного проема исходя из требований по сопротивлению воздухопроницанию:

Проверяем принятый тип заполнения оконных проемов на воздухопроницаемость и подбираем тип уплотнения притворов по условию:

где R_и^ф = 0,40 м² ч/кг (по таблице 9 методических указаний для однокамерного стеклопакета из стекла с твердым селективным покрытием);

R_и^тр - требуемое сопротивление воздухопроницанию окна:

Принимаем G_н = 6 кг/(ч^.м²) для окон жилых зданий и помещений в деревянных переплетах;

Dp_о - разность давлений воздуха по обе стороны окна, при которой проводятся исследования воздухопроницаемости окон, Dp_о =10 Па;

Dp - разность давлений на наружной и внутренней поверхности окон, Па, по формуле:

где Н - высота здания (от нижней отметки входа в здание до устья вентиляционной шахты), м.

Н = 0+ 3,3 + 3,3 + 3,9 = 10,5 м;

v = v_хп = 3,6 м/с (таблица 1);

g_н, g_в - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха:

где t_н = t₅^0,92 = -24 °С (таблица 1).

где t_в = 21 °С (по таблице 2 для рядовой жилой комнаты).

Проверяем выполнение условия для принятого типа заполнения оконного проема:

R_и^ф R_и^тр

; Условие выполняется.

Окончательно принятый тип заполнения оконных проемов: однокамерный стеклопакет из стекла с твердым селективным покрытием с:

R_о = 0,51 м²°С/Вт;

R_и^ф = 0,40 м² ч/кг;

число уплотненных притворов 1 шт.

Коэффициенты теплопередачи окна (ОК), Вт/(м²°С):

3.      
ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

.1       Определение тепловой мощности системы отопления

Определение тепловой мощности системы отопления производится после составления уравнения теплового баланса по каждому из помещений здания:

где Q_ТП - тепловые потери через ограждающие конструкции помещений, Вт;

Q_ИНФ - теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха, Вт;

Q_Б - бытовые тепловыделения, Вт.

Расчет тепловой мощности системы отопления сводится в таблицу 6.

Тепловые потери через ограждающие конструкции помещения Q_ТП, Вт, определяются следующим образом:

где k - коэффициент теплопередачи отдельной ограждающей конструкции, Вт/(м²°С);

A - расчетная площадь поверхности ограждения, вычисленная по правилам его обмера, м²;

t_в - внутренняя температура воздуха в помещении, °С;

t_н - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, t_н5^0,92 при расчете теплопотерь через наружные ограждения (или температура воздуха за внутренним ограждением, через которое рассчитываются тепловые потери), °С;

n - коэффициент учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;

β - коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери в долях от основных.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха рассчитываются для разных типоразмеров окон для каждого этажа.

где с - массовая теплоемкость воздуха, равная 1.005 кДж/(кг°С);

b_э -экономайзерный коэффициент, зависящий от конструкции окна. Для окон в раздельных переплетах = 0.8. для окон в спаренных переплетах b_э = 1, (см. п.2.5).

t_в - внутренняя температура воздуха в помещении. °С, таблица 2;

t_н - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года

°С, таблица 1;

А - площадь окна, м²;

G_о - удельный расход инфильтрующегося воздуха. кг/(м² ч).

где R_и^ф - фактическое сопротивление воздухопроницанию окна, (м²ч)/кг, (см. и. 2.5);

Δр - расчетная разность давлений. Па.

где v - расчетная скорость ветра для холодного периода, как максимальная из средних скоростей по румбам за январь, повторяемость которой не ниже 16%, м/с, (v _хл по данным таблицы 2 методических указаний);

Н - высота от середины окна до устья вентшахты. м;

р_{н ,} р_в - плотность, соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³:

Высота от середины окна до устья вентшахты, м, переделяется по формуле

где 0,75 м - принятая высота от пола этажа до низа окна.

Определение теплопотерь на нагрев инфильтрующегося воздуха для разных типоразмеров окон для каждого этажа.

для 101 помещения (угловая жилая комната (УК)):

Окна в комнатах - 2 м × 1,5 м.

Определяем плотность наружного и внутреннего воздуха:

Высота от середины окна до устья вентшахты, м

Н=3,3+3,3+3,9-0,75-1,5/2=8,75 м.

Расчетная разность давлений, Па, определяется по формуле:

Δр=5,4∙8,75∙(1,42-1,19)+0,29∙1,42∙3,6²=15,96 Па.

Удельный расход инфильтрующего воздуха.

.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Q_инф=0,278∙1,005∙1∙(23-(-24))∙3∙3,41=135 Вт.

Для 201 помещения (угловая жилая комната (УК) на втором этаже):

По заданию в рамках курсовой работы окна в комнатах - 2 м × 1,5 м.

Определяем плотность наружного и внутреннего воздуха:

Высота от середины окна до устья вентшахты, м

Н=3,3+3,9-0,75-1,5/2=5,45 м.

Расчетная разность давлений, Па, определяется по формуле:

Δр=5,4∙5,45∙(1,42-1,19)+0,29∙1,42∙3,6²=11,95 Па.

Удельный расход инфильтрующего воздуха.

.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Q_инф=0,278∙1,005∙1∙(23-(-24))∙3∙2,82=111 Вт.

Для 104 помещения (кухня на первом этаже):

По заданию в рамках курсовой работы окна в кухнях - 1,5 м × 1,5 м.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Определяем плотность наружного и внутреннего воздуха:

Высота от середины окна до устья вентшахты, м

Н=3,3+3,3+3,9-0,75-1,5/2=9,0 м.

Расчетная разность давлений, Па, определяется по формуле:

Δр=5,4∙9,0∙(1,42-1,2)+0,29∙1,42∙3,3²=15,47 Па.

Удельный расход инфильтрующего воздуха.

.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Q_инф=0,278∙1,005∙1∙(21-(-24))∙2,25∙3,34=90 Вт.

Для 204 помещения (кухня на втором этаже):

По заданию в рамках курсовой работы окна в кухнях - 1,5 м × 1,5 м.

Определяем плотность наружного и внутреннего воздуха:

Высота от середины окна до устья вентшахты, м

Н=3,3+3,9-0,75-1,5/2=5,7 м.

Расчетная разность давлений, Па, определяется по формуле:

Δр=5,4∙5,7∙(1,42-1,20)+0,29∙1,42∙3,6²=11,75 Па.

Удельный расход инфильтрующего воздуха.

.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Q_инф=0,278∙1,005∙1∙(21-(-24))∙2,25∙2,78=75 Вт.

Для лестничной клетки (ЛК):

Окна на лестничных клетках - 1,5 м × 1,5 м.

Определяем плотность наружного и внутреннего воздуха:

Высота от середины окна до устья вентшахты, м

Н=3,3+3,9-0,75-1,5/2=5,7 м.

Расчетная разность давлений, Па, определяется по формуле:

Δр=5,4∙5,7∙(1,42-1,23)+0,29∙1,42∙4²=11,11 Па.

Удельный расход инфильтрующего воздуха.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха:

Q_инф=0,278∙1,005∙1∙(14-(-24))∙2,25∙2,68=64 Вт.

Таблица-6. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

3.2     Конструирование и гидравлический расчет системы отопления

Конструирование системы отопления начинают с размещения отопительных приборов, стояков, магистралей и узла управления. Тип системы отопления по заданию: двухтрубная система отопления с нижним розливом и тупиковым движением теплоносителя. Марка отопительных приборов: М 140 АО.

Как правило, отопительные приборы размещают под светопроемами в местах, доступных для осмотра, ремонта и очистки.

В жилых зданиях массового строительства стояки из стальных труб прокладываются, как правило, открыто на расстоянии 15-20 мм от стен. На лестничных клетках делают отдельные стояки с присоединением отопительных приборов по проточной нерегулируемой системе.

Магистральные трубопроводы прокладываются открыто по стенам здания на кронштейнах на расстоянии не менее 100 мм от стен. Участки магистралей и стояков, проходящие через неотапливаемые помещения, выполняются в теплоизоляции. Подающая магистраль на чердаке прокладываются в техническом подполье на расстоянии 1,0 метр от потолка, и соединяется с нанесенными на план стояками. Для выпуска воздуха предусмотрены краны Маевского, которые расположены на последних точках (второй этаж) отопительного прибора.

Как правило, при верхнем расположении подающей магистрали главный стояк системы отопления прокладывается на лестничной клетке.

Магистральные трубопроводы прокладываются с уклоном не менее 0,002, обеспечивающим удаление воздуха и опорожнение систем.

В рамках курсовой работы, тепловой пункт располагается в подвале, в центре здания у лестничной клетки. Элеваторный узел управления крепится на кронштейнах к капитальным стенам подвала на высоте, удобной для обслуживания запорно-регулирующей арматуры. Ось элеватора располагается на высоте 1 - 1,2 м от пола, обратный трубопровод - ниже элеватора на 0,5 - 0,7 м.

Расход теплоносителя - воды, кг/ч, на участке определяется следующим образом:

Температура подающей и обратной воды в однотрубных системах отопления tг = 128 °С, tо = 70 °С.

Гидравлический расчет системы отопления сводим в таблицу 7.

Таблица-7. Гидравлический расчет системы отопления

Расчетное циркуляционное давление Р_ц, Па:

где Б = 1 для однотрубных систем отопления.

ΔР_со - давление, создаваемое элеватором в системе отопления, Па:

Где ΔР_тс -перепад давления в теплосети, Па, в соответствии с приложением 1;

и - коэффициент смешения в элеваторе:

где τ₁ - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети, °С, при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления (в соответствии с приложением 1);

τ₂ - температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети, °С, (в соответствии с приложением 1);

t_г- температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, °С.

ΔР_е - естественное давления от остывания теплоносителя в отопительных приборах, Па:

Для однотрубных систем:

где t₀ - температура воды в обратном трубопроводе системы отопления, С;_oп -высота от центра отопительного прибора 1-го этажа до оси элеватора;т - тепловая нагрузка расчетного стояка, равная сумме тепловых нагрузок всех приборов, присоединенных к нему, Вт;_oп h_oп - тепловая нагрузка отопительного прибора і-го этажа, Вт, и высота от центра отопительного прибора до оси элеватора.

U=(128-95)/(95-70)=1,32;

ΔР_со=0.714·61000·(1+1.32)²=8091,93 Па;

;

ΔР_Ц=19721+1·892,33=20614 Па.

ΔР_зап=(20614-19721)/20614·100%=4,3%

3.3     Расчет поверхности нагрева и подбор отопительных приборов

Приведен подробный расчет отопительного прибора 101 помещения, установленного у стояка 1. Расчет всех отопительных приборов сведен в таблицу 8.

По таблице 6 п.3.1 расчетные теплопотери 101 помещения составляют 1562,88 Вт. В помещении установлены один отопительных прибора.

Рассмотрим отопительный прибор у Ст.1.

Принимаем марку отопительных приборов М 140 АО (по заданию).

Подключение отопительных приборов снизу-вниз.

Расчетная поверхность нагрева отопительного прибора Ар, определяется следующим образом:

где q_oп - поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м², определяемая по формуле:

где - номинальная плотность теплового потока прибора, Вт/м² (на одну секцию для М 140АО - 595 Вт/м²;). Марка отопительных приборов принимается в соответствии с приложением 1.

Δt -температурный напор, °С:

где t_в- температура воздуха в помещении, принимается 23 °С;_вх, t_вых -температура теплоносителя - воды на входе и выходе отопительного прибора, °С. В двух трубной системе для п-то прибора по ходу движения теплоносителя в стояке:

где Q_cт -тепловая нагрузка расчетного стояка, равная сумме тепловых нагрузок всех приборов, присоединенных к нему, Вт;

 - суммарная тепловая нагрузка всех отопительных приборов, начиная от подающей магистрали до рассматриваемого прибора, Вт;

' суммарная тепловая нагрузка всех отопительных приборов, начиная от подающей магистрали, включая рассматриваемый прибор, Вт.

β₁- коэффициент, учитывающий направление движения воды в приборе, принимается 0,79

п, Р - экспериментальные показатели, учитывающие влияние типа отопительного прибора, направление движения и количество проходящей воды, принимается п=0,24, Р=0,07.

А_р=1562,88/429,58=3,64 м²;

Для секционных радиаторов расчетное число секций в отопительном приборе Nр:

β₂=1/(0,92+(0,16/3,64)=1,04р=3,64·1,04/0,299=12,62

В помещении 101 будет установлен отопительный прибор марки М 140 АО с количеством секций 13 шт.

Таблица-8. Расчет нагревательной поверхности (длины или числа секций) отопительных приборов