Проектирование систем вентиляции и отопления промышленного здания

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра: «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»

Курсовой проект

по дисциплине «Отопление и вентиляция»

на тему

«Проектирование систем вентиляции и отопления

промышленного здания»

Выполнил:

студент гр. ТЭН-412

Гришина А.И.

Проверил:

доцент

Горячкин Н.Б.

Москва-2008

Спроектировать системы отопления производственного здания

1. Размеры в метрах

2. Материал ограждений железобетон

3. Интенсивность труда Cn- спокойная

Л- лёгкая

Ст- средней тяжести

4. Оринтация фасада В- восток

Ю- юг

З- запад

С- север

Наружные условия.

Параметры наружного воздуха для жилых, общественных, административно-бытовых и производственных помещений следует принимать:

Параметры А - для систем вентиляции, воздушного душирования и кондиционирования третьего класса для теплого периода года;

Параметры Б - для систем отопления, вентиляции, воздушного душирования и кондиционирования для холодного периода года и для систем кондиционирования первого класса для теплого периода года. Для систем кондиционирования второго класса следует принимать температуру наружного воздуха для теплого периода года на 2 °С и удельную энтальпию на 2 кДж/кг ниже установленных для параметров Б.

Строительные конструкции внешних ограждений отапливаемых жилых и общественных зданий должны отвечать требованиям: прочности и устойчивости, огнестойкости и долговечности, архитектурного оформления и экономичности, а также теплотехническим нормам. Ограждающие конструкции выбирают в зависимости от физических свойств материала, конструктивного решения, температурно-влажностного режима воздуха в здании и климатических характеристик района строительства в соответствии с нормами сопротивления теплопередаче, паро- и воздухопроницанию.

Проектирование системы отопления включает в себя: расчет поверхности нагревательных приборов, гидравлический расчет циркуляционных колец системы, выбор запорно-регулирующей арматуры, насосов системы воздухоудаления, конструктивное исполнение отдельных узлов системы отопления.

Санитарно-гигиенические требований ограничивают: понижение температуры t_в.пов. на внутренней поверхности ограждений значением допустимой температуры . Температура должна быть такой, чтобы человек не испытывал интенсивного радиационного охлаждения. Исключается и конденсация водяных паров на ограждениях, т.е. t_в.пов> t_тр. (температура точки росы воздуха в помещении).

Внутренние условия.

Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) — пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.

Помещение с постоянным пребыванием людей — помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.

Микроклимат помещения — состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

Оптимальные параметры микроклимата — сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

Допустимые параметры микроклимата — сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов Терморегуляции не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Классификация помещений

Помещения 1 категории — помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.

Помещения 2 категории — помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой.

Помещения За категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.

Помещения 36 категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Помещения Зв категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.

Помещения 4 категории — помещения для занятий подвижными видами спорта.

Помещения 5 категории — помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т.п.).

Помещения 6 категории — помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые).

Параметры микроклимата

1В помещениях жилых и общественных зданий следует обеспечивать оптимальные или допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне.

2Требуемые параметры микроклимата: оптимальные, допустимые или их сочетания — следует устанавливать в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года.

3 Параметры, характеризующие микроклимат помещений:

- температура воздуха;

- скорость движения воздуха;

- относительная влажность воздуха; результирующая температура помещения;

- локальная асимметрия результирующей температуры.

Тепловые потери помещения.

Влажностный режим помещений зданий и сооружений в зимний период в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха следует устанавливать по табл. 1 [4]. Зоны влажности территории СССР следует принимать по при л. 1* [4].

Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства следует устанавливать по прил. 2 [4].

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R_oследует принимать в соответствии с заданием на проектирование, но не менее требуемых значений,, определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения — табл. 16* [4].

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле

где - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл. 3* [4];

t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, °С, берется из табл3;

t_н.р- расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (табл. 1.);

Dt^нор- нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;

R_в- сопротивление теплопередаче внутренних поверхностей наружных ограждений,

R_в=0,1149 м²К/Вт;

Для стен цеха:

²К/Вт

Dt^нор=20 – 12 = 8 ⁰С;

Дальнейший расчет требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций сведен в таблицу:

Выбор тепловой изоляции для стен:

Величина сопротивления теплопередаче принятой конструкции:

, ;

где - сумма сопротивлений конструктивных слоёв, ;

, ;

;

Температура внутренней поверхности ограждений:

Для стен цеха: .

железобетон d=0,4м l_ж.б.=1,92 Вт/м²К

гипсокартон (1 листа 0,01м) d=0,01 м l_г.к.=0,36 Вт/м²К

ППУ d=0,02 м l_ППУ= 0,05 Вт/м²К

.

- условие выполняется

.

Конденсация водяных паров происходить не будет.

Требуемое сопротивление теплопередачедверей и ворот должно быть не менее стен зданий и сооружений, определенного выше при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92. Требуемое сопротивление теплопередачи для окон находится из условия отсутствия конденсации влаги на внутренних поверхностях.

Для верности расчета необходимо, чтобы

Конденсация водяных паров происходить не будет, если выполняется условие

Дальнейший расчет сопротивления ограждающих конструкций сведен в таблицу:

Тепловые потери помещений.

Q_пот=Q_огр+Q_инф+Q_мат+Q_тех+Q_вент

Теплопотери через ограждения помещений:

Основные и добавочные потери теплоты следует определять суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт для помещений по формуле:

2.* Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:

а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1, на юго-восток и запад— в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно — по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 —в других случаях;

б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях — 0,13;

а) через необогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40°С и ниже (параметры Б) — в размере 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;

д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, — в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 — при наличии тамбура у ворот.

Примечание Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам "г" и "д" не следует учитывать.

Расчет сопротивления ограждающих конструкций сведен в таблицу:

Тоже самое что и на 1 этаже-только без учета Цеха

Определение теплопотерь через полы.

Сопротивление теплопередачи для неутепленных полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с коэффициентом теплопроводности λ > 1,2 Вт/(м²-°С) по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам, принимая R_c, м²-°С /Вт, равным:

I зона – R=2,15 м²К/Вт

II зона – R=4,3м²К/Вт

III зона – R=8,6 м²К/Вт

IV зона – R = 14,2 м²К/Вт

На полу уложены железобетонные плиты

(l=6 м, b=0,82,0 м, δ=0,4 м, R=1,0 м²с/Вт)

на воздушной прослойке δ=100 мм;

ж.б. плита δ = 0,4 м, λ = 1,5 Вт /м²К;

воздушная прослойка δ = 0,1 м, R = 4,35 м²К/Вт;

грунт λ = 2,33 Вт /м²К ;

Для пола ИТП:

Для подвальных стен ИТП:

R_{ж.б. плиты} =м²К/Вт

Теплопотери через крышу:

Q=(1/R) ×F×Dt×n

гидроизоляция d = 0,02 м, l =0,6 Вт/м² К

шлакобетонd = 0,15 м, l = 0,7 Вт/м² К

ж.б. плита d = 0,25 м, l=1,5 Вт/м²К

R_кр= R_н+ å(d_i/l_i)+ R_в

R_кр=(0,02/0,6)+(0,15/0,7)+(0,25+1,5)+0,114+0,05 = 0,578;

R_н=0,05 м² К/Вт

R_в=0,114 м² К/Вт

n = 0.75 – для бесчердачной крыши

Для крыши цеха:

Q = (1/0,578) ×96×(20-(-32))×0,75= 6477,51 Вт;

12913,5

Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций

Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций, за исключением заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей), зданий и сооружений R_H должно быть не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию м²чПа/кг, определяемого по формуле:

где ∆р — разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па;

G^H — нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м² ч).

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций ∆р, Па, следует определять по формуле:

,

где Н — высота здания (от поверхности земли до верха карниза), м;

g_Н, g_В — удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м³, определяемый по формуле:

g =

здесь t - температура воздуха: внутреннего (для определения g_В), наружного (для определения g_н);

v — максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, принимаемая согласно [1].

Нормативную воздухопроницаемость G^H, кг/(м²ч), ограждающих конструкций зданий и сооружений следует принимать по табл. 12* [4].

Сопротивление воздухопроницанию многослойной ограждающей конструкции Па/кг, следует определять по формуле

где- сопротивления воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, м² • ч • Па/кг, принимаемые по прил. 9* [4].

Rстены=4Rжб+Rппу+Rгипсокарт.=4*19620+2*79+10*0,12=78638 м² • ч • Па/кг

Rкрыши=4Rжб+Rшлакобетон+Rгидроизол.=4*19620+0,3+∞(воздухонепрониц.)= ∞ м² • ч • Па/кг

Сопротивление воздухопроницанию окон и балконных дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий R_H должно быть не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию R_Н^тр, м² • ч/кг, определяемого по формуле

— разность давления воздуха, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию

Результаты расчетов требуемого сопротивления воздухопроницанию заносим в таблицу. Для окон реальное сопротивление воздухопроницанию берется из [10].

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений

Расход теплоты Q_i, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха следует определять по формуле

Q_i = 0,28 S G_i c(t_p - t_i)k,(1)

Расход инфильтрующегося воздуха в помещении G_i, кг/ч, через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле:

G_i = 0,216 S A₁Dp_i^0,67 /R_u + S A₂ G_H (Dp_i/Dp₁)^0,67

Расчетная разность давлений Dp_i, определяется по формуле

Dp_i =g [(H - h_i) (p_н– p_в ) + 0,5 p_i v² (c_e,n - c_e,p) k_l - p_int]

где Н— высота здания, м, от уровня средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты;

h— расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей, дверей, ворот, проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей;

g_i, g_p — удельный вес, Н/м, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемый по формуле

g =

Примечания: 1. Максимальный расход теплоты на нагревание наружного воздуха следует учитывать для каждого помещения при наиболее неблагоприятном для него направлением ветра. При расчете тепловой нагрузки здания с автоматическим регулированием расход теплоты на инфильтрацию следует принимать при наиболее неблагоприятном направлении ветра для всего здания.

Находим расчетную разность давлений и результаты заносим в таблицу. Потери теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха и заносим в последующую таблицу.

Потери на нагрев инфильтрационного воздуха по 1 этажу

Потери на нагрев инфильтрационного воздуха по 2этажу

Итого теплопотери на нагрев инф. Воздуха в целом по зданию: Q_инф= 7261,056Вт

Теплопоступления в помещения

Q_выд=Q_чел+Q_обор+Q_эл+Q_мат+Q_тех+Q_изл

Тепловыделения от человека:

Q=β_инт×β_од×(2,5+10,36)×(35-t_в)

β_инт– коэффициент учета интенсивности работы, принимаемый для легкой работы равным 1,05;

β_од – коэффициент учета теплозащитных свойств одежды = 0,65;

W_в – подвижность воздуха в помещении, м/с = 0,1 м/с;

Для цеха:

Q_чел=1,05×0,65×(2,5+10,36)×(35 - 20)= 60 Вт/чел

N= 15 человек;

Q_чел= 15×60 = 900 Вт;

Q_выд для кабинета от людей:

Q_чел=1,05×0,65×(2,5+10,36)×(35-20) = 73 Вт/чел

N= 4 человека;

Q_чел = 4×73 = 292 Вт;

Теплопоступления от установок:

Теплопоступления в помещение от нагретого оборудования Qоб определяют по данным технологического проекта или вычисляют теплоотдачу от нагретой поверхности, если заданы площадь поверхности, температура поверхности.

,

где: φ – коэффициент облучаемости, принимаемый равным 1 , если рассеивание идет между параллельными поверхностями.

Данное выражение возможно упростить, приняв, что:

где b_1-2 – некоторый коэффициент перевода, учитывающий влияние 4-ой степени;

при τ₁= 65°С и t_вн = 20°С , b_1-2 =1,3;

ε_пр= 0,9 – приведенный коэффициент черноты системы тел;

С₀ – постоянная Больцмана, С₀ = 5,67 Вт/ м² К⁴

Теплопоступления в цех от одного аппарата:

В цеху установлено 4 таких установки. Следовательно, суммарное поступление тепла в цеху от оборудования будет составлять:

Теплопоступления от электрооборудования и освещения

Q_эл=k×N

N - мощность осветительных приборов или силового оборудования, Вт

k=k₁×k₂×k₃×k₄

k₁ = 0,7 - учитывает использование фактической мощности оборудования;

k₂ = 0,5 – учитывает загрузку оборудования;

k₃ = 0,5 – коэффициент одновременности работы оборудования;

k₄ = 0,15 – учитывает долю перехода эл. энергии в теплоту;

k₄ =1 – для светильников;

Для цеха:

Q'_эл=0,7×0,5×0,5×0,15×18 = 0,47 кВт=470 Вт;

Q_ламп=0,7×0,5×0,5×1×2=350 Вт;

Q_эл=470 + 350 = 820 Вт;

Для кабинета:Q_эл =0 т.к. люминесцентные лампы.

Определение полных теплопотерь и теплопоступлений в помещения

Q_пот = Q_стен + Q_пол(Qкр) + Q_инф;

Q_пост = Q_чел+ Q_эл+ Q_ОБ

Q_от = Q_пот - Q_пост;

Для цеха:

Q_пот= 27487,06+ 6477,51+ 3063,711=37028,281Вт;

Q_пост =900 + 2480 + 820 =4200 Вт

Q_от =37028,281 – 4200 = 32828,281 Вт

РАСЧЕТ И ВЫБОР ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Предварительный расчет отопительных приборов.

Функцию непосредственного обогрева помещения выполняют нагревательные приборы, являющиеся основным элементом системы отопления. В них происходит подача потребителю тепла, аккумулированного теплоносителем в тепловом пункте системы. Устройство для обогрева помещения должно наилучшим образом передавать тепло от теплоносителя в помещение, обеспечивать комфортность тепловой обстановки в помещение не ухудшая его интерьера, при наименьших затратах средств, а также металла и других материалов.

Принимаю двухтрубную систему отопления с нижней разводкой. Температурный график 95/70 °С. Независимое присоединение к тепловой сети, работающей по температурному графику 150/70 °С, через пластинчатый теплообменник.

Отопительные приборы:

Принимаем стальные панельные радиаторы компании «Stelrad» (Голландия). Стальные панельные радиаторы компании «Stelrad» являются приборами высокого дизайна с упрочненной воздуховыпускной решёткой и несколько скруглёнными углами для травмобезопасности. Эти радиаторы представляют собой отопительные приборы регистрового типа (с горизонтальными каналами вверху и внизу каждой панели, соединенными вертикальными каналами с шагом 33 1/3 мм)

Δt_ср =,

где: Δt_ср - температурный напор;

t_пр - температура горячей воды °С;

t_обр - температура охлаждённой воды °С;

t_в - температура внутреннего воздуха, °С;

где: Gвд - расход воды через отопительный прибор кг/ч;

Q_от - сводные теплопотери Вт;

С_вд = 4,187 кДж/кг°С;

t_пр - температура горячей воды °С;

t_обр - температура охлаждённой воды °С;

коэффициенты β₁ и β₂ беруться из табл. 9.4 и 9.5 [7].

β₁ = 1,04

β₂ = 1,02

t_пр = 95°С;

t_обр = 70°С;

Требуемый номинальный тепловой поток:Q_пр^ндля выбора типоразмера отопителя определяется:

,

где:Q_от^расч – требуемая теплота по результатам теплового баланса помещения;

φ_к – комплексный коэффициент приведения Q_н^усл к расчетным условиям

φ_к= ,

где: N, p, c– экспериментальные числовые показатели, учитывающие тип отопительного прибора, направление движения воды и ее расход.

n= 0,15 – для чугунных радиаторов;

b = 0,99 - коэффициент учета атмосферного давления в данной местности;

ψ = 0,85 - коэффициент учета направления движения теплоносителя в отопительном приборе

Коэффициент избыточного (недостаточного) тепловыделения отопительных приборов из-за кратности числа секций:

Предварительный гидравлический расчет сети отопления и выбор диаметров трубопроводов

Гидравлический расчет выполняется двумя основными способами:

1. по характеристикам гидравлического сопротивления (исходя из выбранного диаметра труб, в них определяется расход воды);

2. по удельным линейным потерям давления (зная расход воды, определяются диаметры трубопроводов).

Принимаем для стояков, подводки и магистралей водогазопроводные трубы.

Задаемся диаметрами:

- для стояков и подводки принимаем D_усл=15 мм ;

- для магистралей D_усл=25 мм;

При расчете с использованием характеристик сопротивления трубопроводов линейные и местные потери давления на участке системы в Па находятся по формуле:

где G – расход воды на участке, кг/ч;

S – характеристика гидравлического сопротивления участка, Па/(кг/ч)²;

,

где: А - удельное динамическое давление на участке Па/(кг/ч)², определяется по табл 10.7 [7].

d_тр и l- эквивалентный диаметр и длина участка;

λ - коэффициент гидравлического сопротивления;

Σξ- сумма коэффициентов местных сопротивлений. Определяется исходя из принятой системы отопления.

Находим потери до потребителя на самом дальнем и самом ближнем стояке (главное и малое кольцо) и результаты заносим в таблицу. При большом различии гидравлических потерь (больше 10 %) необходимо уменьшить разность гидравлических сопротивлений. Один из способов - шабирование.

На стояках с меньшими гидравлическими потерями ставятся шайбы, с сопротивлением, снижающим разность гидравлических сопротивлений стояков к допустимой.

Теплопоступления от проходящих в помещении труб систем отопления:

где q_ТР^вертиq_ТР^гор - теплопотери 1 метра вертикальной и горизонтальной трубы, зависящие от температуры теплоносителя и диаметра трубы, беруться по таблицам П. 22 и П. 23 [7] соответственно для неизолированных и изолированных труб. Изолировать рекомендуется магистрали и стояки.

l_верт и l_rop - соответственно длина вертикального и горизонтального участка, м.

Потери температуры в трубах находятся по формуле:

, °С

Если в проектируемом помещении разность Qот – Qтр < 0, то участок трубы (магистрали или стояка) выполняются в этом помещении с тепловой изоляцией. В качестве тепловой изоляции будем использовать пенополиуретан.

В подвале для ИТП, кабинета, раздевалки тепловыделения от труб оказались больше, чем требовалось на отопление. Оцениваем увеличение температуры в этих помещениях:

,

для ИТП:

G= 98,91 кг/ч, , ,

т.е. в ИТП будет увеличение температуры на 2,7 °С (допустимо);

для кабинета: G = 11,28 кг/ч , , т.е. в кабинете будет увеличение температуры на 2,1 °С (допустимо);

для раздевалки: G = 28,50 кг/ч , , т.е. в кабинете будет увеличение температуры на 2,5 °С (допустимо);