Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Кафедра: Промышленной теплотехники

Курсовая работа

“Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека”

Выполнил: студент группы ПТЭ-31

Дорощак С. А.

Проверил: Семёнов Б.А.

Саратов 2010

РЕФЕРАТ

Данная курсовая работа содержит 17 страниц печатного текста, 3 таблицы, 4 чертежа, выполненных на одном листе формата А1.

ВОЗДУХ, ОТОПЛЕНИЕ, ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ, ТРУБОПРОВОД, ТЕМПЕРАТУРА, РАДИАТОР, ЗАДВИЖКА, ПРОБКОВЫЙ КРАН, ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ, КОЛЬЦО ЦИРКУЛЯЦИИ.

Целью данной работы является расчет системы водяного отопления административного корпуса промышленного предприятия, включающий в себя :

1. Выбор расчетных параметров внутреннего и наружного воздуха;

2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания;

3. Расчет тепловых потерь и определение тепловой нагрузки на систему отопления;

4. Расчет нагревательных приборов;

5. Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления.

ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННЕГО И НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Выбираем основные расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха для города Воронежа:

Наружная расчетная отопительная температура:

t _ext= -26 C;

Средняя продолжительность отопительного периода:

z_ht = 196 сут. ;

Средняя температура отопительного периода:

t_ht = -3,1 C;

Внутренняя температура:

t_int = 18 C;

5.Расчетная скорость воздуха

V=4,2 м/с

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

Градусо-сутки отопительного периода определяются по формуле:

D_d = (t_int - t_ht)·z_ht ;

где t_ht- средняя температура отопительного периода;

z_ht- средняя продолжительность отопительного периода;

D_d = (18 - (-3,1))·196 = 4135,6 C·сут.

Определим R_req:

R_req. =0,0003·4135,6+1,2 = 2,44 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче внутреннего слоя штукатурки:

R_{шт. вн} = _{шт. вн}/_шт;

где _i - толщина слоя;

_i - теплопроводность материала;

R_{шт. вн} = 0,015/0,76 = 0,0197 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче кладки (2 кирпича):

R_кл= _кл/_кл;

R_кл= 0,51/0,95 = 0,53 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче наружного слоя штукатурки:

R_{шт. нар} = _{шт. нар} / _шт;

R _{шт. нар} = 0,02/0,76 = 0,0263 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности:

R_int= 1/_int;

где _int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности;

R_int= 1/8,7 = 0,115 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплоотдаче наружной поверхности:

R_ext= 1/_ext;

где _ext- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности;

R_ext= 1/23 = 0,0435 (м²·C)/Вт.

Суммарное сопротивление стены без теплоизоляции:

;

=0,115+0,0197+0,53+0,0263+0,043=0,7274 (м²·C)/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя:

;

=2,856/0,93 -0,875=1,896 (м²·C)/Вт.

Расчет требуемой толщины теплоизоляционного слоя.

,

где _ти - теплопроводность теплоизоляционного материала, берется из задания;

^ти =1,896·0,053 = 0,1005м.

С определенным шагом по толщине (шаг - 10 мм) для нашего материала принимаем ближайшее большее целое значение толщины, то есть 110 мм.

= 110 мм.

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционного материала:

;

= 0,110/0,053 = 2,075 (м²·C)/Вт.

Определим фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:

;

= 0,7274+2,075=2,8028 (м²·C)/Вт > R_reg=2,44 (м²·C)/Вт.

Проверка санитарно-гигиенических требований:

;

;

?t_п= 4,5C по СНИП 23-02-2003

?t₀ ? ?t_п - конструкция удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям.

Расчет коэффициента теплопередачи

;

где К_ст. - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции;

К_ст. = 1/2,802 = 0,357 Вт/(м²·C).

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЧЕРДАЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

D_d =4135,6 C·сут. , R_req. =0,00035·4135,6+1,3 = 2,747 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче цементной стяжки:

R_ц.с. = _ц.с./_ц.с.;

R_ц.с. = 0,05/0,76 = 0,065 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче многопустотной железобетонной панели дано в задании и равно:

R_ж/б = 0,14 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности и наружной поверхности определяются по тем же формулам и они, соответственно, равны:

R_int= 0,115 (м²·C)/Вт.

R_ext= 0,043 (м²·C)/Вт.

Суммарное сопротивление стены без теплоизоляции:

;

=0,115+0,14+0,065+0,043=0,3638 (м²·C)/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя:

;

(м²·C)/Вт.

Расчет требуемой толщины теплоизоляционного слоя.

;

м.

Полученное значение округляем, как и в предыдущем случае до ближайшего большего целого, то есть до 110 мм.

=110 мм.

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционного материала:

;

(м²·C)/Вт.

Определим фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:

;

=2,863(м²·C)/Вт > R_reg=2,747 (м²·C)/Вт.

Проверка санитарно-гигиенических требований:

;

;

?t_п= 4C по СНИП 23-02-2003

?t₀ ? ?t_п - конструкция удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям.

Расчет коэффициента теплопередачи

;

К_ч = 1/2,863 = 0,349 Вт/(м²·C).

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОДВАЛЬНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

отопление тепловой здание водяной

D_d =4235,6 C·сут. , R_req. = 2,747 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче слоя линолеума:

R_лин = _лин/_лин;

R_лин = 0,003/0,75 = 0.004 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче цементной стяжки:

R_ц.с. = _ц.с./_ц.с.;

R_ц.с. = 0,05/0,76 = 0,0658 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче пенобетона:

R_п/б = _п/б/_п/б;

R_п/б = 0,1/0,44 = 0,227 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче защитного слоя:

R_з.с. = _з.с./_з.с.;

R_з.с. = 0.003/0.17 = 0.017 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплопередаче многопустотной железобетонной панели дано в задании и равно:

R_ж/б = 0.14 (м²·C)/Вт.

Сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности и наружной поверхности определяются по тем же формулам и они, соответственно, равны:

R_int= 0,115 (м²·C)/Вт.

R_ext= 0,043 (м²·C)/Вт.

Суммарное сопротивление стены без теплоизоляции:

;

=0,115+0,004+0,0658+0,227+0,14+0,017+0.043=0,6118 (м²·C)/Вт.

Требуемое сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя:

;

(м²·C)/Вт.

Расчет требуемой толщины теплоизоляционного слоя.

;

м.

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционного материала:

;

(м²·C)/Вт.

Определим фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:

;

=2,8845(м²·C)/Вт. > R_reg=2,747 (м²·C)/Вт.

Проверка санитарно-гигиенических требований:

;

.

?t_п= 2,5C по СНИП 23-02-2003

?t₀ ? ?t_п- конструкция удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям.

Расчет коэффициента теплопередачи

;

К_под. = 1/1.816 = 0.55 Вт/(м²·C).

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОКОН

Расчет требуемого сопротивления теплопередаче

По таблице 4 СНиПа 23.02.2003, для административных зданий, определим значения коэффициентов a и b:

a = 0,00005;

b = 0,2.

Значение D_d определяется по той же формуле, и оно равно:

D_d = 4135,6 C·сут.

Значение требуемого сопротивления теплопередаче определим по формуле:

R_req = a·D_d + b;

R_req = 0.00005·4135,6 + 0,2 = 0,406 (м²·C)/Вт.

По приложению 6 изменения 4 СНиПа 23.01 2004 выбираем двойное остекление в раздельных переплетах с фактическим значением приведенного сопротивления теплопередаче:

= 0,44 (м²·C)/Вт;

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле:

;

к_окна = 1/0,44 = 2,273 Вт/(м²·C).

Определяем значение основных (трансмиссионных) потерь:

;

q_ок = 2,273·(18 - (-26))·1 =100,012 Вт/м².

Рассчитаем требуемый и фактический эксплуатационные режимы воздухопроницаемости оконного поема, при использовании однокамерных стеклопакетов из стекла с твердым селективным покрытием, для рассматриваемого здания, при скорости ветра 5 м/с.

Определяем плотности внутреннего и наружного воздуха, по формулам:

_int = 353/(t_int + 273);

_int = 353/(18 + 273) = 1,213 кг/м³;

_ext = 353/(t_ext + 273);

_ext = 353/(-26 + 273) = 1,429 кг/м³.

Среднее по зданию значение разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждений определяется по формуле:

P = 0.55·H·g·(_ext - _int) + 0.3·_ext·V²,

P = 0,55·7,5·9,81·(1,429 - 1,213) + 0.3·1,429·4,2² = 16,294 Па.

Нормативную воздухопроницаемость окон определяем из СНиПа 23.02.2003 /1/:

G_п = 6,0 кг/(м²·ч).

Определим требуемое сопротивление к воздухопроницаемости окон, по формуле:

;

где P - средний перепад давления по зданию;

P₀ - стандартный перепад давления;

= (1/6)·( 16,294 /10)^2/3 = 0,231 (м²·ч·Па)/кг.

Оконные блоки зданий, согласно СНиПу 23.02.2003, нужно выбирать согласно воздухопроницаемости: для трехэтажных зданий не ниже класса Б.

Согласно сертификату, воздухопроницаемость оконных блоков, при стандартном перепаде давления в 10 Па, составляет:

G_n = 5,7 кг/(ч*м²);

показатель режимов фильтрации - n = 0,64.

При P = 16,294 оконный блок соответствует классу В по воздухопроницаемости, и может использоваться в жилых и административных зданиях из двух этажей.

Фактическое сопротивление воздухопроницаемости, при использовании данного типа оконных блоков, определяется по формуле:

;

= (1/5,7)·( 16,294 /10)^2/3 = 0,243 (м²·ч·Па)/кг.

Так как > - принимаем блок к установке.

Расчетные значения разности давлений внутреннего и наружного воздуха для окон первого и второго этажа определяются по формуле:

P = g·(H - h)·(_ext - _int) + 0,5·V²·_ext·(C_еп - C_ер)·k₁+P_int;

где C_еп , C_ер - аэродинамические коэффициенты воздуха с наветренной и подветренной сторон (C_еп = 0,8; C_ер = -0,6);

h - высота от земли до окна;

H - высота здания;

k₁ - коэффициент изменения давления по высоте;

P_int - избыточное, условно постоянное, давление внутри здания, определяется из баланса притока-вытяжки.

Для первого этажа:

P = 9,81·(7,5 - 2,5)·(1,429 - 1,213) + 0,5·4,2²·1,429·(0,8 +0,6)·1+0 = =28,03Па;

Для второго этажа:

P = 9,81·(7,5 - 6)·(1,429 - 1,213) + 0.5·4,2²·1.429·(0,8 +0,6)·1+0 = =20,621Па.

Удельный воздушный поток, инфильтрирующийся через 1м² поверхности заполнения оконных проемов, определяется для каждого этажа отдельно, по формуле:

;

Для первого этажа:

G_inf.1 = (1/0,243)·(28,03/10)^0,64 = 7,958 кг/(м²·ч);

Для второго этажа:

G_inf.2 = (1/0,243)·(20,621/10)^0,64 = 6,539 кг/(м^2·*ч).

Дополнительная величина удельных теплопотерь на нагрев воздуха инфильтрирующегося на 1м² оконных проемов, определяют так же отдельно для каждого этажа, по формуле:

q_{inf i} = 0.28·G_{inf i}·C·(t_int - t_ext)·k;

где C - удельная теплоемкость воздуха (C = 1.005 кДж/кг·C);

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока, для двойного остекления он равен 0,8;

Для первого этажа:

q_{inf 1} = 0,28·7,958·1.005·(18 + 26)·1 = 98,092 Вт/м²;

Для второго этажа:

q_{inf 2} = 0,28·6,539·1.005(18 + 26)·1 = 80,6 Вт/м².

Суммарная величина удельных теплопотерь заполнения оконных проемов, с учетом инфильтрационной и трансмиссионной составляющих, определяется по формуле:

q_i = q_ок + q_{inf i};

Для первого этажа:

q₁ = 100,012 + 98,092 = 198,104 Вт/м²;

Для второго этажа:

q₂ = 100,012 + 80,6 = 180,612 Вт/м²;

Результирующие приведенные коэффициенты теплопередачи окон каждого этажа, с учетом трансмиссии и инфильтрации составят:

k_окi = q_i/(t_int - t_ext);

Для первого этажа:

k_ок1 = 198,104 /44 = 4,502 Вт/(м²·C);

Для второго этажа:

k_ок2 = 180,612 /44= 4,105 Вт/(м²·C).

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА СИСТЕМУ ОТОПЛЕНИЯ

Теплопотери рассчитываются отдельно для каждого помещения по всем ограждающим конструкциям, имеющимся в помещении.

Расчетная формула имеет вид:

Q_i = k_i·F_i·(t_int - t_ext)·n_i·(1+_i);

где k - коэффициент теплопередачи;

F - площадь ограждающей конструкции;

n - поправочный коэффициент на положение;

- сумма дополнительных коэффициентов на ориентацию, на продувание, на врывание холодного воздуха и на северные климатические районы (₁ - на ориентацию,₂ - на продуваемость, в помещениях с двумя и более стенами обращенными наружу, ₃ - на врывание воздуха через наружные двери).

Расчет тепловых потерь сводится в таблицу 1. Для ее заполнения, дополнительно, необходимы следующие исходные данные:

Фактическая толщина стены - _ст=0.64 м;

Фактическая толщина подвального перекрытия - _п.п.=0.41м;

Фактическая толщина межэтажного перекрытия - _м.п.=0.3 м;

Фактическая толщина чердачного перекрытия - _ч.п.=0.31 м.

РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Необходимо определить количество секций радиатора МС-140-108 /, требуемое для отопления каждого помещения здания. Значения расчетной тепловой нагрузки для каждого помещения здания приведены в таблице 2. Расчетные параметры теплоносителя на входе и выходе из прибора: t₁ = 100C,t₂ = 70C. Температура внутреннего воздуха t_в = 18C. Система отопления двухтрубная. Полученные значения заносятся в таблицу 2.

Расчетный расход теплоносителя, проходящего через данный нагревательный прибор, рассчитывается по формуле (определяется для каждого помещения здания):

G = (3,6·Q_пр)/(C·(t_вх - t_вых)),

где Q_пр - расчетная тепловая нагрузка помещения;

t₁,t₂ - соответственно, температура входа и температура выхода теплоносителя из прибора.

Температура поверхности нагревательного прибора определяется по формуле:

t_пр = (t₁ + t₂)/2;

t_пр = (100+70)/2 = 85C

Тогда можно определить перепад температур между поверхностью прибора и температурой внутреннего воздуха в помещении:

t_пр = t_пр - t_в

t_пр = 85-18=67C

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Порядок гидравлического расчета:

1. В аксонометрической схеме системы отопления выбирается расчетное кольцо рециркуляции;

2. Определяется располагаемое давление в кольце;

3. Расчетное кольцо разбивается на участки, границами расчетных участков являются точки, в которых происходит изменение расхода теплоносителя или диаметра трубопровода;

4. Определяется ориентировочное значение требуемой удельной потери на трение по формуле:

Ртр = 0,5*?Рр/?L

Ртр = 0,5*19000/68,6=138,48 Па/м;

?Рр - располагаемое давление в кольце (Па),

?L - суммарная длина участков текста.

5. Вычисляются расчетные расходы теплоносителя на каждом участке:

G = 3.6*Qуч/(C*(tпр-tобр))

Qуч - тепловая нагрузка данного участка;

С = 4,19 кДж/(кг*C) - удельная теплоемкость воды.

6. По справочной таблице гидравлического расчета подбирается стандартный диаметр трубопровода, обеспечивающий прохождение расчетного расхода при фактической величине удельной потери на трение.

Rтр.факт. ? Rориент.

При этом из таблицы выписываются значения d, Rтр.факт. ,V, Рдин.

6. Вычисляются потери на трение на всем участке Rтр.факт.*L (Па)

7. По справочной таблице определяется ж всех местных сопротивлений, имеющихся на данном участке.

8. Вычисляются потери давления на местные сопротивления:

z = ?ж + Рдин.

10. Вычисляются суммарные потери давления на данном участке R*L+z

11. Определяются суммарные потери давления по всему расчетному кольцу циркуляции ?(ж + Рдин).

12. Проверяется выполнение условия

?(ж + Рдин) ? ?Рр

Расчетные данные занесены в таблицу 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была рассчитана система отопления административного корпуса промышленного предприятия города Екатеринбурга. В результате расчета получили:

фактическое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций:

стенки: = 2.95 (м²·C)/Вт;

подвал: =3.3331 (м²·C)/Вт;

чердачного перекрытия: =3.314 (м²·C)/Вт;

суммарные тепловые потери: Q=51783 Вт;

суммарные гидравлические потери: ?=8193,664Па.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богословский В.Н. “Отопление и вентиляция”.

2. СНиП 23-02-2003: “Тепловая защита зданий”.

3. СНиП 41-01-2003: “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.

4. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Под ред. Щёкина

Размещено на Allbest.ru