Проектирование системы водяного отопления десятиэтажного жилого дома в городе Вологде

ВВЕДЕНИЕ

• Однoй из ocнoвных кoммуникaциoнных cиcтeм, бeз кoтopых пpocтo нe вoзмoжнo пpeдcтaвить жизнь coвpeмeнных людeй, является отопление.
• Отопление -- представляет собой один из видов инженерного (технологического) оборудования здания, кроме того, является отраслью строительной техники. Монтаж стационарной установки отопления производится в процессе возведения здания, ее элементы увязываются со строительными конструкциями и сочетаются с интерьером помещений.
• Функционирование отопления характеризуется определенной периодичностью в течение года и изменчивостью использования мощности установки, зависящей прежде всего от метеорологических условий в холодное время года. При понижении температуры наружного воздуха и усилении ветра должна увеличиваться, а при повышении температуры наружного воздуха и воздействии солнечной радиации уменьшаться теплоподача от отопительных установок в помещения.
• Следовательно, основная роль отопления заключается в обеспечении благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей путем создания комфортной температурной обстановки в помещении в холодное время года, т. е. поддержанием достаточно равномерной температуры воздуха и определенной температуры внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов.
• Целью моей дипломной защиты является спроектирование системы водяного отопления десятиэтажного жилого дома в городе Вологде.

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходные параметры для данной дипломной работы являются расчетные параметры воздуха. Расчетные параметры разделяют: внутренние, наружные. По [1] определяем параметры внутреннего и наружного воздухавоздуха для города. Вологда, и заносим их в табличной форме 1.1.

Таблица 1.1 Расчетные параметры воздуха

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1 Расчет наружных ограждающих конструкций

Необходимо рассчитать сопротивление теплопередаче для наружных стен жилого дома, расположенного в Вологде.

Конструкция наружной стены представлена на рисунке 1.1.

Расчет наружных ограждающих конструкций

Необходимо рассчитать сопротивление теплопередаче для наружных стен жилого дома, расположенного в Вологде.

Конструкция наружной стены представлена на рисунке 1.1.

, ,

(2.1)

где tint- температура внутреннего воздуха, оС;

tht- средняя температура наружного воздуха, оС;

Zht- продолжительность отопительного периода, сутки.

Вычислим по формуле (2.2) численное значение Rreg:

, , (2.2)

где Dd- градусо - сутки отопительного периода;

а, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным [табл. 4, 2] для жилых зданий.

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле:

, , (2.3)

где n - коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [табл. 6, 2] n=1;

?t - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкций, оС[табл. 5, 2] ?t=4;

бin - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [табл. 7, 2] бint=8,7Вт/ м2*оС;

tint - температура внутреннего воздуха, оС;

text- расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, оС.

Принимаем для наружной стены численное значение Rregбольшей и равной Rо=1,52м2оС /Вт.

Сопротивление для однослойной или многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле (2.4):

, (2.4)

где Rsi - сопротивление теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;

Rк - термическое сопротивление ограждающей конструкции, с последовательно расположенными однородными слоями;

Rsе- сопротивление теплоотдачи наружной поверхности стены.

, (2.5)

где бint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, бint=8,7 Вт/м2оС.

, (2.6)

где R1, R2, Rn, Ral - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2*оС /Вт.

, (2.7)

где бext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода,бext=32 Вт/м2*оС.

Термическое сопротивление каждого из однородных слоев рассчитывается по следующим формулам:

, (2.8)

.

,

Сопротивление теплопередаче для замкнутой воздушной прослойки, расположенной вертикально вычисляем по таблице.7 СП 23-101-2004.

,

Определяем значение толщины теплоизоляции Rokwol-34, ТУ 5763-001-568460222-2008, лут.= 0,045 Вт/(моС); с = 19 кг/м3.

.

,

Выбираем в качестве расчётного значения толщину утеплителяRokwol 34 .

Вычисляем действительное значение сопротивления теплопередаче для наружной стены:

.

Так как 3,52 м2*оС/Вт > 3,43 м2*оС/Вт, то значения коэффициента теплопередачи определяем по формуле:

,. (2.9)

2.2 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

Необходимо рассчитать сопротивление теплопередачи для перекрытия чердака.

Конструкция покрытия приведена на рисунке 2.2.

Конструкция перекрытия чердака: слой №1: ж/б монолитная плита, t = 200 мм; л=2,04 Вт/(моС); слой №2: утеплитель ISOVER «плавающий пол», лут.= 0,043 Вт/(м оС), с = 80 кг/м3, толщина слоя по расчету; слой №3: монолитная цем.-песчаная стяжка, t = 40 мм; л=0,93 Вт/(моС).

Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций Rreg примем по [табл. 4, 2] в зависимости от градусов суток Dd района строительства. Dd находим по формуле(2.1):

.

Определим по формуле (2.2) значение Rreg:

Сопротивление теплопередачи вычисляем по формуле (2.3).

,. (2.3)

где n - коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [табл. 6, 2], n=0,11;

?t - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, оС[табл. 5, 2], ?t=3;

бint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [табл. 7, 2], бint=8,7Вт/ м2*оС;

tint-температура внутреннего воздуха, оС;

text-расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, оС.

Принимаем для покрытия численное значение Rreg большей и равной Rо=0,22 м2*оС /Вт.

Сопротивление для однослойной или многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле (2.4).

Термическое сопротивление каждого из однородных слоев вычисляется по формуле (2.8).

Вычисляем значение толщины утеплителя ROKWOL «плавающий пол»:

Принимаем в качестве расчётного толщину утеплителя .

Определяем действительное значение сопротивления теплопередачи:

Так как условие выполняется (), то значение коэффициента теплопередачи определяется по формуле (2.9).

,. (2.9)

,.

2.3 Расчет перекрытия между жилым помещением и техническим подвалом

Необходимо рассчитать сопротивление теплопередачи для перекрытия находящимися между жилым помещением и техническим подвалом.

Конструкция перекрытия приведена на рисунке 2.5 и 2.6.

Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций Rreg примем в зависимости от градусов суток Dd района строительства. Dd находим по формуле (2.1).

Вычислим по формуле (2.2) численное значение Rreg

Конструкция перекрытия: 1- стяжка из цементно-песчаного раствора М200, г = 1800 кг/м3; 2 - керамзитовый гравий, г = 600 кг/м3; 3 - сборная ж/б плита, г = 2500 кг/м3

Неоднородный элемент конструкции покрытия здания

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (2.3).

,. (2.3)

где n - коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [табл. 6, 2], n=0,75;

?t - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, оС[табл. 5, 2], ?t=2;

бint- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [табл. 7, 2], бint=8,7Вт/ м2*оС;

tint - температура внутреннего воздуха, оС;

text - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, оС.

конструкции многопустотной плиты . Для упрощения круглые отверстия - пустоты плиты диаметром 150мм - заменяем равновеликими по площади квадратными со стороной. Находим термическое сопротивление теплопередаче железобетонной плиты.

. (2.11)

Термическое сопротивление теплопередаче плиты вычисляем отдельно для слоев, параллельных А - А и Б - Б и перпендикулярных В - В, Г - Г, Д - Д движению теплового потока.Термическое сопротивление плиты ,, в направлении, параллельном движению теплового потока, вычисляем для двух характерных сечений (А - А и Б - Б).

В сечении А - А (два слоя железобетона суммарной толщиной с коэффициентом теплопроводности и воздушная прослойка с термическим сопротивлением Ra.l= 0,15 м2·0С/Вт по данным СП 23-101-2004 термическое сопротивление составит:

. (2.12)

В сечении Б - Б (слой железобетоной плитыс коэффициентом теплопроводности ) термическое сопротивление составит:

. (2.13)

Затем получаем следующее по формуле:

. (2.14)

Площадь слоев в сечении А - А равна.

Площадь слоев в сечении Б - Б равна.

Термическое сопротивление плиты , в направлении, перпендикулярном движению теплового потока, вычисляют для трех характерных сечений (В - В, Г - Г, Д - Д).

Для сечения В - В и Д - Д (два слоя железобетона):

с . (2.15)

. (2.16)

Для сечения Г - Г термическое сопротивление составит:

. (2.17)

Площадь воздушных прослоек в сечении Г - Г равна

Площадь слоев из железобетона в сечении Г - Г равна

Термическое сопротивление воздушной прослойки в сечении Г - Г с равно по данным СП 23-101-2004.

Термическое сопротивление слоя железобетона в сечении Г - Г с :

. (2.18)

Затем определяем величину:

Полное термическое сопротивление железобетонной конструкции плиты определится по уравнению:

. (2.19)

Сопротивление для однослойной или многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле (2.4).

Термическое сопротивление каждого из однородных слоев рассчитывается по следующей формуле (2.8).

При бint=8,7 Вт/м2*оС, бext=12 Вт/м2*оС, дстяж.=0,1 м,дкер.грав.=0,05 м, R5=0,183м2*оС/Вт вычисляем действительное значение термического сопротивления теплопередач:

Вычисляем значения коэффициента теплопередачи по формуле (2.9).

2.4 Теплотехнический расчет светового проема здания

Определяем [табл. 4, 2] для световых проемов требуемое термическое сопротивление теплопередаче по формуле (2.3):

По значению R_req выбираем конструкцию окна с приведенным сопротивлением теплопередаче R_0^r, м^2•?/Вт при условии..

Таким образом, для нашего примера принимаем окно с тройным остеклением с твердым селективным покрытием в раздельно-спаренном деревянном переплете с фактическим сопротивлением теплопередаче Для принятой конструкции светового проема коэффициент теплопередачи определяется по формуле (2.20):

2.5 Теплотехнический расчет наружной двери здания

Фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей можно найти по формуле:

Коэффициент теплопередачи наружных дверей вычисляется по формуле (2.20):

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

3.1 Общие положения

Для проектирования системы отопления жилого дома первоначально необходимо определить мощность системы отопления, необходимой для восполнения тепловых потерь через ограждающие конструкции.

Поэтому на первом этапе необходимо произвести расчет тепловых потерь ограждающих конструкций здания.

Руководствуясь [прил. 9, 2], находим тепловые потери здания, как сумму потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции или их части. Основные и добавочные потери теплоты следует определять, суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 10 Вт для помещений по формуле:

,, (3.1)

где к - коэффициент теплопроводности наружного ограждения, Вт/(м2*оС);

F - расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;

tвн - расчетная температура внутреннего воздуха, оС;

text- расчетная температура наружного воздуха, оС;

в - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые в соответствии с [прил. 9, 2];

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по [1].

3.2 Расчёт расходов теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений

Через неплотности наружных ограждений в помещение поступает холодный воздух. Частично воздух нагревается за счет охлаждения помещения и уходит в систему вентиляции.

Детальный расчет тепловых потерь на нагрев инфильтрующегося воздуха ведется в соответствии с [прил. 5, 2]. Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха следует определять по формуле:

,, (3.2)

где L - расход удаляемого воздуха, м3/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий -- удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 жилых помещений;

свн - плотность воздуха в помещении, рассчитывается по формуле:

с - удельная теплоемкость воздуха равна 1,49 кДж/(кгоС).

,, (3.3)

3.3 Тепловые потери помещений

При расчете тепловых потерь через ограждение здания площадь каждого ограждения должна рассчитываться с соблюдением правил измерения для наружных ограждений. Эти правила учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают условное увеличение и уменьшение площадей, где фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше теплопотери, полученной по приведенным выше формулам. Рассчитанные тепловые потери одноместного помещения определяются в соответствии с выражением (3.4).

,,

Вспомогательные помещения (коридоры, ванные комнаты и др.), как правило, расположены внутри квартиры и не имеют наружных стен - поэтому их тепловые потери рассчитываются только для пола первого этажа этих комнат и потолка верхнего этажа и делят эти тепловые потери между комнатами, которые общаются с этими вспомогательными комнатами.

Наружная стена лестничных клеток обычно принимается такой же конструкции, как и в квартирах. Потолок лестничной клетки является конструктивным продолжением мансардного этажа. Положительная величина потеря тепла на отверстиях двери.

Предварительный расчет сопротивления теплопередаче многослойных ограждающих конструкций, определение температуры на внутренней поверхности стен и в углах. Начальные данные устанавливают общий объект данных и данные в каждом защитном пространстве.

Результатом расчета являются: основные теплопотери и потери инфильтрации через ограждающую конструкцию здания; теплопотери в помещениях; прирост тепла от бытовых приборов для жилых помещений; теплопотери здания; нагрузка на приборы системы отопления; сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции здания. Ниже в таблице 3.1 приведён расчёт тепловых потерь.

Таблица 3.1 Фрагмент расчета тепловых потерь в помещении

4. РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

4.1 Расчет системы отопления и параметры теплоносителя

В соответствии с техническими требованиями в жилом доме установлена система водяного отопления с двухтрубной горизонтальной межкомнатной разводкой. В местах общего пользования к стоякам доступа подключены отопительные приборы. На каждом этаже установлен напольный коллектор для горизонтальной системы отопления квартиры с узлами регулирования и учета тепловой энергии, необходимыми запорными клапанами и автоматическими вентиляционными отверстиями.

Шкафы с напольным коллектором устанавливаются в специальной нише в межкомнатном коридоре, так как необходимо обеспечить свободный доступ обслуживающего персонала.

Выбор этой системы обоснован несколькими факторами.

Горизонтальная планировка квартиры дает возможность учесть теплопотребление для каждой отдельной квартиры и ограничить возможность жильцов самостоятельно увеличивать мощность отопительных приборов. Несмотря на более высокую стоимость некоторых компонентов системы, такая схема имеет ряд существенных преимуществ:

Служба эксплуатации отключить только одну квартиру в случае аварии или при необходимости ремонта, замены отопительных приборов, запорной и регулирующей арматуры в квартире.

Его можно оборудовать квартирными теплосчетчиками, что дает возможность установить самые экономические параметры микроклимата. Например, при длительном отсутствии можно снизить темпер. Ремонт пригодности системы отопления. Скрытая прокладка в гофре даст возможность, в необходимости произвести замену участка трубопровода, который был поврежден, без вскрытия конструкции пола или стены.

Срок службы квартирной системы примерно в 2 раза выше благодаря высокому качеству материала. Использование этой системы более экономически целесообразно.

Все недостатки однотрубной системы полностью лишены двухтрубной системы отопления, в которой радиаторы могут быть подключены как к непосредственному водоснабжению радиаторов, так и к обратному. Такая система может позволить устанавливать радиаторы одинакового размера и регулировать количество тепловыделения, которое поступает в радиаторы, что имеет возможность управляться как автоматикой (термостатом), так и вручную.

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ Системы отопления

5.1 Общие положения

Система водяного отопления представляет собой разветвленную закольцованную сеть труб и приборов отопления заполняется теплоносителем. Трубы нагретая вода (теплоноситель) распределяется по нагревательным устройствам, охлаждающим устройствам, теплоноситель собирается вместе в линии труб и возвращается в отопительный агрегат, где с помощью насоса смешивается, смешивается в питающей линии с теплоносителем из теплосети, и снова подается в систему отопления. Трубопроводы предназначены для доставки и передачи в каждое помещение отапливаемого здания необходимого количества тепловой энергии. Поскольку теплопередача происходит при охлаждении определенного количества теплоносителя, то требуется выполнить гидравлический расчет системы. Задача гидравлического расчета - выбор экономичных диаметров труб с учетом принятых перепадов давления и расхода теплоносителя. Это должна быть гарантированная доставка во все части системы отопления для обеспечения расчетных тепловых нагрузок отопительных приборов.

Существующие методы гидравлического расчета трубопроводов систем отопления весьма трудоемки, а точность увязки потребляемых давлений невелика из-за ограниченного диапазона труб. Гидравлический расчет выполняют по пространственной схеме системы отопления, вычерченная в аксонометрической проекции. Схема показывает, что циркуляционные кольца разделены на секции и вызывают тепловые нагрузки.

Участок называется трубой постоянного диаметра с одинаковым расходом теплоносителя. Последовательно соединенные секции, образующие замкнутый контур циркуляции теплоносителя через теплогенератор, образуют циркуляционное кольцо системы.

Первый этап гидравлического расчета является определение расхода вода в помещениях, кг/ ч, по формуле:

Gуч. = Qуч.Ч3,6 / сЧ(tг - tо ), (5.1) где

где Qуч. - тепловая нагрузка участка, Вт;

с = 4,19 кДж/кг 0С, удельная теплоемкость воды;

3,6 - коэффициент перевода тепловой нагрузки из Вт в кДж/ч;

tг-tо - температурный график работы системы отопления 85-60, °С

Тепловая нагрузка участка, Qуч составляется из суммарных потерь отопительных приборов, обслуживаемых протекающим по участке теплоносителем.

Ориентируясь на полученные значения расходов воды на участках, Gуч , кг/ч, при помощи расчетных таблиц подбираются диаметры труб для данного расчетного участка d, мм, скорость теплоносителя v, м/с, и среднее падение давления.

Чем больше скорость движения воды в системе отопления, тем эффективнее она будет работать. При этом следует помнить, что большая скорость движения воды влечет за собой увеличение падения давления по длине, а оно, в свою очередь на увеличение общих потерь давления на всех участках циркуляционного кольца Рст, Па.

Сумма потерь давлений по всем участкам на отдельном циркуляционном кольце должно находиться в пределах: Р 10 000 Па.

Это достигается за счет потерь давления: на трение, на местные сопротивления.

Следующим шагом является определение суммы коэффициентов местных сопротивлений . Она рассчитывается для каждого расчетного циркуляционного участка по количеству фасонных частей, арматуры и оборудования: тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, отопительные приборы, воздухосборники, расширительные баки и другие.

По окончании гидравлического расчета БКК производят соединение других колец ветки с основным БКК. Вторичные циркуляционные кольца состоят из секций основного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных секций. Термин "связь" относится к уравниванию потерь давления параллельно соединенных дополнительных секций вторичного кольца и необщих секций главного кольца. Поэтому в каждом новом кольце рассчитываются только дополнительные сечения (стояки). Теоретически гидравлическое сопротивление всех циркуляционных колец должно быть одинаковым (без учета разницы гравитационных давлений).Разность между располагаемым напором увязываемого стояка Нраспи его гидравлическим сопротивлением ?рстне должна превышать 15% от величины гидравлического сопротивления ОЦК.

Практически другие кольца не рассчитываются, так как они с ОЦК имеют много общих участков, а увязывают остальные стояки с ОЦК. Невязка до 15% должна устраняться при наладочной регулировке стояков системы отопления посредством закрытия кранов или вентилей, установленных на стояках. Если невязка больше 15% и диаметр стояка больше минимального, то следует сконструировать составной стояк. Если при минимальном диаметре стояка величина невязки превышает 15%, то на выходе из стояка устанавливают дроссельную диафрагму. Диаметр отверстия диафрагмы вычисляют по формуле:

, мм, (5.2)

где за величину гидравлического сопротивления диафрагмы ?рд, Па, принимают абсолютную величину невязки:

. (5.3)

6. РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

6.1 Общие положения

Нами было принято решение о применении биметаллических Отопительные приборы - один из основных элементов системы отопления, предназначенный для теплопередачи от теплоносителя в отапливаемое помещение. К отопительным приборам предъявляются высокие теплотехнические, технико - экономические и санитарно - гигиенические требования. Отопительные приборы, используемые в системах отопления, делятся по материалу: металлические (чугунные и стальные), комбинированные и неметаллические; по наружной поверхности: гладкие (радиаторы, трубы) и ребристые (конвекторы, ребристые трубы). Самые распространенные чугунные радиаторы. Они отлиты в отдельные секции. Разделы можно собрать в приборы различных размеров путем соединять ниппели ребра с набивками. Несколько секций в сборке называют чугунными секционными радиаторами.

Тип отопительных приборов следует выбирать в соответствии с характером и назначением здания. Также необходимо учитывать тип системы отопления, тип и параметры теплоносителя, технические и экономические соображения.

После выбора типа отопительных приборов, определения мест расположения и способа присоединения трубопроводов к системе отопления будет определен тип приборов.

Для поддержания в отапливаемом помещении необходимой температуры необходимо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, было равно тепловым потерям помещениясекционных радиаторов марки Elsotherm, где площадь нагрева одной секции сек = 0,2 м2 =0,261 ЭКМ.

6.2 Расчет площади отопительных приборов

Требуемая поверхность нагревательных приборов, Fпр может быть определена по формуле (6.1):

(6.1)

где - требуемая теплоотдача отопительного прибора помещения, Вт;

- коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/м2°С;

- температурный напор отопительного прибора, определяемый по формуле:

где - температура воды на входе в отопительный прибор и на выходе из него, °С;

- температура внутреннего воздуха в помещении, °С.

В однотрубных системах водяного отопления вода проходит последовательно через все отопительные приборы, частично охладившись в одном приборе вода поступает в следующий отопительный прибор, в результате остывания температура воды на входе в прибор , и на выходе из них является неодинаковыми для различных приборов и вычисляется по формуле (6.3), (6.4).

,, (6.3)

,, (6.4)

где - суммарная теплоотдача отопительных приборов, расположенных до расчётной точки стояка до ходу движения воды ;