Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций. Расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха. Выбор системы отопления и типа нагревательных приборов, гидравлический расчет. Противопожарные требования к устройству систем вентиляции.
Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодное время года на большей части территории страны, когда теплопотери зданий через ограждающие конструкции значительно превышают внутренние тепловыделения. Таким образом, отоплением называется искусственное обогревание помещений здания с целью возмещения теплопотерь и для поддержания в них температуры на заданном уровне, определяемом условиями теплового комфорта для находящихся в здании людей и требованиями протекающего технологического процесса. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для стен: R0трэн= a·Dd b, (м2°С)/Вт, где Dd - градусо-сутки отопительного периода, °С?сут, для конкретного пункта; 5.7 (СНИП 23-02-2003) фактическое сопротивление теплопередаче наружной двери равно: R0трэн , где: - приведенное сопротивление теплопередаче стен, определяемое по формуле: , где: п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице (СНИП 23-02-2003); добавочный коэффициент, учитывающий ориентацию наружного ограждения: а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные стены, двери и окна обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад =0,1; на юго-восток и запад =0,05. б) в общественных административно-бытовых и производственных помещениях через две наружные стены и более =0,15,если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 - в других случаях. в) через не обогреваемые полы 1-го этажа над холодными подвалами зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха-40°С и ниже, =0,05.
Введение
Потребление энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает и прежде всего для теплообеспечения зданий и сооружений.
Известно, что на теплоснабжение гражданских и производственных зданий расходуется более одной трети всего добываемого органического топлива. Между тем, добыча и транспортировка топлива обходится все дороже в связи с освоением глубоких месторождений в новых отдаленных районах. Поэтому при дальнейшем развитии народного хозяйства страны необходима экономия топлива.
Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение) являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодное время года на большей части территории страны, когда теплопотери зданий через ограждающие конструкции значительно превышают внутренние тепловыделения.
Таким образом, отоплением называется искусственное обогревание помещений здания с целью возмещения теплопотерь и для поддержания в них температуры на заданном уровне, определяемом условиями теплового комфорта для находящихся в здании людей и требованиями протекающего технологического процесса.
Отопление очень важно для нашей страны, где почти каждое здание должно иметь систему отопления. В настоящее время большинство городов имеет разветвленную систему теплоснабжения. Создаются системы дальнего прямоточного теплоснабжения. В практике строительства используются самые различные виды отопительных систем. В крупносборных зданиях наряду с радиаторными нашли применение панельно-лучистые, воздушные и конвекторные системы отопления. Начинают применяться системы электрического и газового отопления (газовые инфракрасные излучатели).
Ведутся работы по выявлению и использование дешевых источников тепла. Если во многих странах за рубежом в отопительных установках используется преимущественно один вид топлива (в Западной Европе - мазут, в странах Восточной Европы - бурый уголь), то в нашей стране применяют различные виды местного топлива - газ, мазут, уголь, торф, сланцы - дрова и т.д. Таковы тенденции развития отдельных направлений техники теплоснабжения.
В условиях рыночной экономики и всевозрастающих потребностей, как промышленности, так и жилищного уровня людей, большое значение имеет увеличение термического сопротивления ограждения в 2-3 раза, что позволяет уменьшить бесполезные потери тепла и тем самым уменьшить расход топлива. Также огромное значение для данной отрасли представляет введение и использование автоматических систем и установка счетчиков. Это позволяет экономичнее расходовать энергию и топливо и снизить затраты на ее использование.
1. Исходные данные
Объект строительства: трех этажный жилой дом;
Место строительства: г. Боготол, Красноярского края.
2. Тепловой режим здания
2.1 Расчетные параметры наружного воздуха
По СНИП 23-01-99*: Расчетная температура наружного воздуха, тн=-390С;
Температура отопительного периода, тот пер=-7,60С;
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для стен: R0трэн= a·Dd b, (м2°С)/Вт, где Dd - градусо-сутки отопительного периода, °С?сут, для конкретного пункта;
а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 4, СНИП 23-02-2003, для соответствующих групп зданий.
R0трэн=0,00035·6596,4 1,4 = 3,70 (м2°С)/Вт.
Фактическое сопротивление теплопередаче для стен равно R0ф=1/?в ?1/?1 ?2/?2 ?3/?3 ?4/?4 1/?н= R0трэн, отсюда находим толщину утеплителя: ?2 = (R0трэн -(1/?в ?1/?1 ?3/?3 ?4/?4 1/?н ))?2 = (3,70-(1/8,7 0,03/0,93 0,38/0,81 0,02/0,93 1/23))*0,064 = 0,193м.
Таким образом, толщина чердачного перекрытия составит: ?черд.=250 10 15 220 40=535мм.
При пересчете, фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия будет равно: R0ф=1/8,7 0,25/2,04 0,01/0,93 0,015/0,17 0,22/0,05 0,04/0,93 1/12=4,86 (м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции: К = 1/ R0ф =1/4,86=0,205 Вт/(м°С).
Перекрытие над неотапливаемым подвалом
Перекрытие над подвалом состоит из следующих слоев (снизу вверх):
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для перекрытия над подвалом: R0трэн= a·Dd b, (м2°С)/Вт, где Dd - градусо-сутки отопительного периода, °С?сут, для конкретного пункта;
а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 4, СНИП 23-02-2003, для соответствующих групп зданий.
R0трэн=0,00045·6596,4 1,9 = 4,86 (м2°С)/Вт.
Фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия равно R0ф=1/?в ?1/?1 ?2/?2 ?3/?3 ?4/?4 ?5/?5 1/?н= R0трэн, отсюда находим толщину утеплителя:
Таким образом, толщина чердачного перекрытия составит: ?стены=250 3 240 20 2=435мм.
При пересчете, фактическое сопротивление теплопередаче для чердачного перекрытия будет равно: R0ф=1/8,7 0,25/2,04 0,003/0,27 0,24/0,053 0,02/0,93 0,002/0,23 1/12=4,89 (м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции: К = 1/ R0ф =1/4,89=0,204 Вт/(м°С).
Окна
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче для окон: R0трэн= a·Dd b, (м2°С)/Вт, где Dd - градусо-сутки отопительного периода, °С?сут, для конкретного пункта;
а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 4, СНИП 23-02-2003, для соответствующих групп зданий.
R0трэн=0,00005·6596,4 0,3 = 0,63 (м2°С)/Вт.
Выбираем конструкцию окна [прил.6*, СНИП II-3-79*.] в зависимости от величины R0трэн=0,63(м2°С)/Вт и с учетом выполнения условия R0ф > R0трэн.
Таким образом, к установке принимаем окна из обычного стекла с двухкамерным стеклопакетом в раздельных переплетах с фактическим сопротивлением теплопередаче R0ф =0,68(м2°С)/Вт.
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции: К = 1/ R0ф =1/0,68=1,47 Вт/(м°С).
Двери
Согласно п. 5.7 (СНИП 23-02-2003) фактическое сопротивление теплопередаче наружной двери равно: R0трэн , где: - приведенное сопротивление теплопередаче стен, определяемое по формуле: , где: п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице (СНИП 23-02-2003);
Dtn - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности tint ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице (СНИП 23-02-2003);
aint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2?°С), принимаемый по таблице (СНИП 23-02-2003);
R0трэн .
Определяем коэффициент теплопередачи для данной ограждающей конструкции: К = 1/ R0ф =1/0,90=1,11 Вт/(м°С).
Найденные значения толщин конструкций, фактических сопротивлений теплопередаче, коэффициентов теплопередачи заносим в сводную таблицу 1.
Таблица 1
Наименование ограждения
1. наружная стена 0,630 3,80 0,26
2. чердачное перекрытие 0,535 4,86 0,205
3. перекрытие над подвалом 0,515 4,89 0,204
4. оконный проем - 0,68 1,47
5. наружная дверь - 0,90 1,11
2.4 Тепловой баланс помещений
Тепловой баланс помещений представляется в виде следующего равенства: (1) где: - потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;
- расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, Вт;
- необходимые теплопоступления для компенсации потерь теплоты через ограждающие конструкции и нагрева инфильтрующегося воздуха, Вт;
- бытовые тепловыделения, Вт.
Потери теплоты через ограждающие конструкции
Основные и добавочные потери теплоты следует определять суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формуле: , Вт, (2) где - расчетная площадь ограждающих конструкций, м2;
-коэффициент, зависящий от положения наружной ограждающей конструкции к наружному воздуху: - для наружных стен, чердачных перекрытий, окон, наружных дверей n=1.
- для перекрытий над подвалом n=0,6.
- добавочный коэффициент, учитывающий ориентацию наружного ограждения: а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные стены, двери и окна обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад =0,1; на юго-восток и запад =0,05. б) в общественных административно-бытовых и производственных помещениях через две наружные стены и более =0,15,если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 - в других случаях. в) через не обогреваемые полы 1-го этажа над холодными подвалами зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха -40°С и ниже, =0,05. г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий H, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере: 0,2 H - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;
0,27 H - для двойных дверей с тамбурами между ними;
0,34 H -для двойных дверей без тамбура;
0,22 H -для одинарных дверей.
Расход теплоты на нагревание инфильтрирующегося воздуха
- расход теплоты на нагревание инфильтрирующегося наружного воздуха складывается из и , из которых в расчет берется большее значение.
(3) где: - расход инфильтрирующего воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения;
- расчетные температуры воздух, 0С, в помещении и наружного воздуха в холодный период года;
- коэффициент учета влияния встречного теплового потока, для окон и балконных дверей с тройными переплетами равен 0,7;
Расход инфильтрирующего воздуха в помещении через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле: (4)
где: - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окон, по формуле: (2.5)
Н - высота здания, м, от уровня земли;
hi - расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон;
gн, gвн - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3 g = 3463/(273 t), (6) rн - плотность, кг/м3, наружного воздуха;
u - скорость ветра, м/с, Се,n, Ce,p - аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренных поверхностей, принимаемая по СНИП 2.01.07-85;
kl - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимаемый по СНИП 2.01.07-85;
pint - условно постоянное давление воздуха, Па, в помещении здания, принимаемое при практических расчетах для жилых зданий с естественной вентиляцией pint = 0. А - площадь окна, м2;
Расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха
Расход теплоты на нагревание инфильтрирующегося воздуха, компенсирующего расход вытяжного воздуха при естественной вентиляции: , Вт (8) где: Ln - расход удаляемого воздуха, м3/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, для жилых зданий - удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 жилых помещений.
Определяем бытовые тепловыделения по п. Г.6, СНИП 23-02-2003: Qбыт.- бытовые теплопоступления помещения.
Для жилых зданий без ограничения социальной нормы: Qбыт. = 10 Fпола, Вт, (9)
Определение расчетных теплопотерь помещений
В качестве примера проведем расчет потерь теплоты через ограждающие конструкции для помещения №202.
По формуле (2): - для наружной стены обращенной на север: ;
- для окна обращенного на север:
По формуле (5):
По формуле (2.6):
?н = 353/(273 ti)= 353/(273 - 39)=1,50
; - аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренной поверхностей ограждений (принимаемые по СНИП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия, приложение 4, схема 1);
k1 =0,5- коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания. =10 Па - разность давления воздуха при котором определяется сопротивление воздухопроницанию по (п.8.4, СНИП 23-02-2003);
Rитр=1/6 (30,26/10)?=0,34 м2 ч Па/ кг
По (табл.5.4, спр. Староверова. 1ч.) выбираем - для окон из обычного стекла с двухкамерным стеклопакетом в раздельных переплетах.
Расход теплоты на нагревание инфильтрирующегося воздуха, формула (3): = 0,28·10,22·1,2·1· (18 39) ·0,7=137,01Вт
Расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха формула (8): Qвент=0,28·3·5,04·1,2· (18 39) ·0,7=202,7 Вт
Расход теплоты на нагревание инфильтрующего воздуха помещений жилых зданий при естественной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, следует принять равным большей из величин.
- следовательно принимаем =202,7Вт
Бытовые тепловыделения ищем по формуле (9): Qбыт. = 10 Fпола=10*5,04 =50,4Вт, где: Fпола =50,4 - площадь помещения.
Из уравнения (1) выражаем :
Для всех остальных помещений расчет аналогичен.
Теплопотери для жилых помещений сведены в таблицу 2 [приложение 1].
3. Система отопления
3.1 Выбор системы отопления и типа нагревательных приборов
Выбор производится согласно прил.11 СНИП 2.04.05-91*: Для жилых помещений - вертикальная однотрубная система отопления с последовательным соединением нагревательных приборов с параметрами теплоносителя 950С на подаче и 70 0С в обратной линии.
Теплоноситель от ТЭЦ 95-700С
Система отопления с нижней разводкой с тупиковым встречным движением воды в магистралях.
В качестве нагревательных приборов принимаем конвекторы типа «Универсал».
На лестничной клетке принимаем к установке конвекторы типа «Универсал».
3.2 Тепловой расчет нагревательных приборов
Цель теплового расчета заключается в определении площади нагревательной поверхности отопительных приборов, достаточной для подачи в помещение требуемого количества тепла при расчетных условиях.
Требуемый номинальный тепловой поток для выбора типоразмера отопительного прибора: , (10) где - необходимая теплоотдача прибора, определяется по формуле:
, (11)
- тепловые потери помещения;
- теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб стояка (ветки) и подводок, к которым непосредственно присоединен прибор: , (12) где - теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных труб, Вт/м, для неизолированных труб принимаем по таблице 11.22, (спр. Староверова. 1ч.);
для изолированных труб принимаем по таблице 11.24, (спр. Староверова. 1ч.);
, - длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения;
Коэффициент - коэффициент приведения к расчетным условиям, определяется по формуле: , (13) где - коэффициент учета атмосферного давления в данной местности принимается по табл.9.1, (спр. Староверова. 1ч.), ;
- коэффициент учета направления движения теплоносителя воды в приборе снизу - вверх (табл.9.11 спр. Староверова. 1ч.): - ;
- -показатели для определения теплового потока отопительных приборов: ; ; ;
Количество воды, циркулирующей в стояке: , (14) где - коэффициент, учитывающий дополнительный тепловой поток вследствие округления числа элементов отопительного прибора до целого числа или увеличения площади нагревательной поверхности его до стандартного значения (определяется по табл. 9.4 спр. Староверова. 1ч.);
- коэффициент, учитывающий величину дополнительного теплового потока вследствие расположения отопительного прибора у наружной стены (табл. 9.5 спр. Староверова. 1ч.);
- теплоемкость воды, ;
Средняя температура в отопительном приборе: , , (2.15)
- температура теплоносителя на входе в прибор;
- температура теплоносителя на выходе из прибора: , , (16)
- расчетная разность температур воды в системе.
Рассчитываем из условия что теплоноситель не остывает при движении по магистральным трубопроводам.
Среднетемпературный напор:
, , (17)
Расход воды, проходящей через каждый отопительный прибор с учетом коэффициента затекания, .
, (18)
Пример расчета
В качестве примера проведем тепловой расчет нагревательного прибора расположенного на первом этаже на стояке №1 в комнате №121.
Ст.1 d=15;
Qct1=?QI=4017,5Вт;
По формуле (14) получим: Gct1=3,6*4017,5·1,03·1,02/4,187·(95 - 70) = 145,2 кг/ч
Расход воды, проходящий через каждый отопительный прибор с учетом коэффициента затекания : Gпр= Gct1· =145,2·1=145,2кг/ч
Средний температурный напор в приборе определяется по формуле:
Коэффициент приведения к расчетным условиям определяется по формуле: =
Полезная теплоотдача труб стояков, подводок к отопительным приборам, проложенных в помещении определяется по формуле::
Необходимая теплоотдача прибора по формуле::
Требуемый номинальный тепловой поток для выбора типоразмера отопительного прибора определяется по формуле (10): .
Согласно этому значению подпираем тип нагревательного прибора по табл. X.1. (спр. Староверова. 1ч) - КН20- 1,311к.
Аналогично делается тепловой расчет всех приборов.
Тепловой расчет сведен в таблицу 3 [приложение 2].
3.3 Гидравлический расчет системы отопления
Расчет вертикальной системы отопления (для двойных стояков) ведем по характеристикам гидравлического сопротивления. Стояки принимаем с односторонним присоединением приборов. Сначала определяем характеристики гидравлического сопротивления стояков согласно табл. 10.19 (спр. Староверова. 1ч):
S1 - сопротивление этажестояков;
S2 - сопротивление приборных узлов верхнего этажа;
S3 - сопротивление узла присоединения у подающей магистрали;
S4 - сопротивление узла присоединения у обратной магистрали;
S5 - сопротивление прямых участков труб стояков;
S6 - сопротивление приборных узлов, определяется по формуле: S6 = Sп Sпр lпр
Sп - сопротивления подвода, (Па/(кг/ч)2), Sпр - сопротивление прибора длиной 1 (м), (Па/(кг/ч)2), lпр - длина прибора.
Перепад температур на первом стояке (для ветки 1) принимаем 25 0С.
Потери давления на участках и в холостых стояках определяем по по удельным потерям давления:
R - потери давления на трения на 1 м, Па, принимается по табл. II.2 (спр. Староверова. 1ч) l - длина участка, м.
Z - потери давления на местные сопротивления, принимается по табл. II.3 [1]. Проведем гидравлический расчет стояка 1 и участка магистрали 1-2.
Расчетная схема представлена в приложении 3.1.
Стояк 1. диаметр труб D =15 мм t11=950C t2=700C
Потери давления в стояке 1: S1= 113?2?10-4=92?10-4 (Па/(кг/ч)2)
Определим потери давления на участке 1-2 (D =15 мм) по удельным потерям давления. По диаметру участка и расходу по табл. II.2 (спр. Староверова. 1ч) определяем: R=15Па/м; v=0,118 м/с.
По табл. II.10 (спр. Староверова. 1ч) определяем =1,5*4 1,5=7,5
По табл. II.3 (спр. Староверова. 1ч) определяем Z=52,8 Па
Потери давления на участке 1-2:
Па
Аналогично определяются потери давления на всех стояков и участков.
Потери давления в стояке 1 и участках 1-2, 2-3: Па
Потери давления в стояке Ст.2 (D=15мм): S1= 113?4?10-4=92?10-4 (Па/(кг/ч)2)
Определяем невязку: , что является допустимым. Невязка для систем с тупиковым движением воды, не должна превышать 15%.
Гидравлический расчет сведен в таблицу 4 [приложение 3].
4. Противопожарные требования к устройству систем отопления и вентиляции гидравлический прибор отопление
В зданиях и сооружениях следует предусматривать технические решения, обеспечивающие пожаровзрывобезопасность систем отопления, вентиляции и кондиционирования.
Для материалов, конструкций и изделий, подлежащих обязательной сертификации в области пожарной безопасности, возможность использования в системах отопления, вентиляции и кондиционирования следует определять подтверждением на их применение в строительстве - при наличии сертификатов соответствия и пожарной безопасности России.
Трубопроводы в местах пересечения перекрытий, внутренних стен и перегородок следует прокладывать в гильзах из негорючих материалов.
Заделку зазоров и отверстий в местах прокладки трубопроводов следует предусматривать негорючими материалами, обеспечивающими нормируемый предел огнестойкости ограждений.
Пределы огнестойкости узлов пересечений строительных конструкций трубопроводами из полимерных материалов должны определяться по ГОСТ Р 53306.
В лестничных клетках не допускается установка отопительных приборов, выступающих от плоскости стен на высоте менее 2,2 м от поверхности проступей и площадок лестницы.
Список литературы
1. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 1. Отопление/Под ред. И.Г. Староверова. - М.: Стройиздат, 1990.
2. СНИП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России.- М.: ГУПЦПП, 2004.
3. СНИП 2.04.05- 91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России. - М.: ГУПЦПП, 1992.
5. СНИП 23-02-2003. Тепловая защита зданий/ Госстрой России.-М.: ГУПЦПП, 2003.
6. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха Кн. 2 / Под ред. Н.Н. Павлова. - М.: Стройиздат, 1990.
7. ГОСТ 21.602-2003. Система проектной документации для строительства. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Рабочие чертежи.- М., 2003.
8. СНИП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР.- М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1989.
9. СП 7.13130.2009 "Отопление, вентиляция и кондиционирование. противопожарные требования."/ ФГУ ВНИИПО МЧС России. - М.: 2009.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
