Отопление и вентиляция жилого дома

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Отопление и вентиляция жилого дома

Казань 2011 г.

Введение

В данной работе проводится расчет системы отопления для квартиры, где выбираются отопительные приборы (радиаторы), определяется число секций в выбранном радиаторе, проводится теплотехнический расчет ограждающих конструкций, рассчитываются теплопотери помещений.

Также в работе выполнен расчет вентиляции квартиры, с определением воздухообмена, приведен аэродинамический расчет каналов.

Расчет выполнен для г. Казань, для одной квартиры, расположенной на 2 этаже 3-х этажного дома.

квартира отопление теплопотеря воздухообмен

1. Исходные данные для г. Казань

Ориентация фасада здания В (восток)

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0.92, tн, єC -32.

Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха <8єС, Zсут 215.

Средняя температура воздуха со средней температурой воздуха <8єС, tоп, єС -5,2.

Расчетная температура в помещении в холодный период года t, єС

– для помещений жилой комнаты (1) и (2) 21–23

– для кухни (4) 18–21

– для коридора (3) и (7) 18–20

– для ванны (6) 25

– для уборной (5) 19–21

Примечание: Для теплотехнического расчета примем температуру в помещениях в холодный период года 21єС.

2. Теплотехнический расчет наружных ограждений

Цель расчета – подобрать такую толщину утеплителя, который для данного объекта соответствовал бы требованиям СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий».

Слой 1 – внутренняя штукатурка. Известково-песчаный раствор. Толщина слоя δ1=0.01 м. Теплопроводность материала λ1=0.81 Вт/мєС.

Слой 2 – кирпич силикатный. Толщина слоя δ2=0.12 м. Теплопроводность материала λ2=0.87 Вт/мєС.

Слой 3 – утеплитель. Утеплитель из вспененного Пенополистирол по ГОСТ 15588. Толщина слоя δ3=0.100 м. Теплопроводность материала λ4=0.041 Вт/мєС.

Слой 4 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-шлаковом растворе. Толщина слоя δ4=0.25 м. Теплопроводность материала λ4=0.76 Вт/мєС.

Слой 5 – наружная штукатурка. Цементно-песчаный раствор. Толщина слоя δ5=0.01 м. Теплопроводность материала λ5=0.93 Вт/мєС.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены исходя из санитарно-гигиенических условий, по формуле:

Roтр=(tв-tн) хn/αвх∆tн, мІ х єС / Вт. (1)

где n =1 – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности стены по отношению к наружному воздуху;

∆tн=4 єС – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены;

αв=8.7 Вт/мІхєС – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены;

tв=21єС – температура внутреннего воздуха;

Roтр=[(21 – (-32)) х1]/8.7х4=64/34.8=1.52 мІ х єС / Вт

Определяем требуемое (приведенное) сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения, в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода ГСОП.

ГСОП=(tв-tоп) хZоп, єС х сут. (2)

где tоп, Zоп – средняя температура наружного воздуха, єС и, соответственно, продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП=[(21 – (-5,2)] х215=5633 єСхсут.

Roтр=3,36 мІ х єС / Вт (через ГСОП)

Roтр=1.52 мІ х єС / Вт

Для дальнейших расчетов из двух значений требуемого сопротивления выбираем большее Roтр=3.36 мІ х єС / Вт.

По этому значению, с учетом коэффициента теплотехнической однородности, определяем термическое сопротивление слоя утеплителя.

Общее сопротивление теплопередаче ограждения находится по формуле:

R0=Rв+R1+R2+R3+R4+R5+Rн=1/ αв+ δ1/ λ1++ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ 1/+ 1/αн (3)

где Rв и Rн –соответственно сопротивления теплообмену на внутренней и наружной поверхностях ограждения, мІ х єС / Вт.

3,36=1/8.7+0.01/0.81+0.12/0.87+ δутеп./0.041+0.25/0.76+0.01/0.93+1/23;

3,36=0.1149+0.0123+0.1379+ δутеп./0.041+0.3289+0.0107+0.0434

3,36=0.626+ δутеп./0.041; 2.71= δутеп./0.041; δутеп.=0.11 м.;

δутеп.=111 мм. (по расчету);

δутеп.=120 мм. (с учетом стандартной толщины утеплителя);

Общая толщина наружной стены 510 мм.

Фактическое термическое сопротивление наружной стены:

R0ф=1/ αв+ δ1/ λ1++ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ 1/+ 1/αн=

=1/8.7+0.01/0.81+0.12/0.87+ 0.120/0.041+0.25/0.76+0.01/0.93+1/23=

=0.1149+0.0123+0.1379+2.44+0.3289+0.0107+0.0434=3.57 мІ х єС / Вт;

Коэффициент теплопередачи

К= 1/ R0ф=1/3.57=0.28, Вт/ мІ х єС; (4)

3. Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания

Потери теплоты через наружные ограждения равны:

Qогр.=КхFх (tв-tн) хnх (1+∑β), Вт (5)

где К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/ мІ х єС;

F – расчетная площадь ограждающей конструкции, мІ;

∑β – сумма добавочных потерь теплоты в долях от основных потерь;

β1 – добавка на ориентацию стен, дверей и световых проемов по сторонам света.

Qогр.для помещения (1)=0.33х24.35х [21 – (-32)] х1х (1+0.1)=468.47 Вт;

По формуле (5) определяется Qогр. для остальных помещений.

Теплозатраты на нагревание инфильтрующегося воздуха определяют по формуле

Qинф.=0.28хLинф.хρхсх (tв-tн), Вт (6)

где Lинф. – расход воздуха, удаляемого естественной вытяжной вентиляцией, принимаемый равным 3 мі/ч на 1 мІ площади жилых помещений и кухни;

ρ – плотность воздуха, кг/мі, рассчитываемый по формуле

ρ=353/(273+tн) (7)

ρ=353/(273+(-32))=1.46

с – теплоемкость воздуха, принимаемая равной 1.005 кДж/(кгхєС);

Qинф.для помещения (1)=0.28х55.35х1.46х1.005х (21 – (-32))=1205,23 Вт.

По формуле (6) определяется Qинф. для остальных помещений.

При определении тепловой мощности системы отопления учитывают бытовые тепловыделения Qбыт. (приготовление пищи, электробытовые приборы и т.п.), которые определяют для всех помещений, кроме лестничных клеток по формуле

Qбыт.=kхFпл, Вт (8)

где k – норма теплопоступлений, равная 10–17 Вт на 1 мІ;

Fпл – площадь пола помещений, мІ;

Qбыт. для помещения (1)= 15х18.45=276.75 Вт;

По формуле (8) определяется Qбыт. для остальных помещений.

Тепловая мощность системы отопления Qполн. Определяется по потерям теплоты через наружные ограждения, теплозатратам на нагревание инфильтрующегося воздуха, за вычетом бытовых тепловыделений и рассчитывается по формуле:

Qполн.= Qогр.+ Qинф. – Qбыт., Вт; (9)

Qполн.для помещения (1) = 468,47+1205,23–276.75=1396.95 Вт;

По формуле (9) определяется Qполн. для остальных помещений.

Полученные значения теплопотерь для всех помещений приведены в таблице №1.

Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочного решения здания определяют удельные показатели расхода тепла по формуле:

qуд.=Qполн./Vн х (tв-tн), Вт/міхєС (9*)

где Vн – объем здания по наружному обмеру, мі;

qуд.=4140,57 Вт/4020.0 мі х (21 – (-32)) єС=0.02, Вт/міхєС;

Удельная теплоэнергопотребность здания за год (отопительный период) qоп. определяют по формуле:

Qоп=[Qполн х (tв-tоп)/(tв-tн)]/(ГСОП/F), Вт/мІхєСхсут (9)

Qоп=[4140,57х (21 – (-5,2))/(21 – (-32))]/(5633/837.72)= 304,4 Вт/мІхєСхсут.

4. Выбор и расчет отопительных приборов

Поверхность нагрева приборов определяется по формуле

Fпр=Qпр/qпрхβ1хβ2, мІ (10)

где qпр – расчетная плотность теплового потока, Вт/мІ;

qпр= qномхφ1хφ2хспрхbхp=qномх [∆tср/70] (1+n) х (Gпр/360) m хСпрхbхp (11)

где: qном – номинальная плотность теплового потока, Вт/мІ;

360 – нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор, кг/ч;

n, m – эмпирические показатели степени соответственно при относительных температурном напоре и расходе теплоносителя;

β1,β2 – поправочные коэффициенты;

b – безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается влияние атмосферного давления на тепловой поток прибора;

p – безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается специфика зависимости теплового потока и коэффициента теплопередачи прибора от количества секций (площади) при движении теплоносителя по различным схемам;

∆tср – средний температурный перепад между средней температурой теплоносителя в приборе и температурой окружающего воздуха tв, єС;

∆tср=[(tвх – tвых)/2] – tв =tвх – ∆tпр/2 – tв (12)

где: tвх, tвых – температура воды, соответственно, входящей в прибор и выходящий из прибора, єС;

∆tпр – перепад температур теплоносителя между входом и выходом отопительного прибора, єС;

tв – расчетная температура помещения;

Gпр – расход воды в приборе, кг/ч;

Gпр=(3.6хQпр)/c х (tг-tо), кг/ч (13)

где: tг, tо – температура воды в системе отопления, соответственно горячей и охлажденной, єС;

с – теплоемкость воды, равная 4.187 кДж/(кг х єС);

Определяем расход воды в приборе, кг/ч, для помещения (1)

Gпр=(3.6хQпр)/c х (tг-tо)=(3.6х1493.06)/4.187х (95–70)=5375/62.805=85.58 кг/ч;

∆tср=90 – (15/2) – 21=61.5 єС;

qпр= 406.25х (61./70) 1.3 х (85.58/360) 0.04x1x1x1=323.7 Вт/мІ;

Fпр=1493.06/323.7x1.02x1.07=4.23;

В качестве радиаторов выбраны биметаллические секционные радиаторы «Сантехпром БМ».

Модель радиатора РБС-500.

Площадь наружной поверхности fс, мІ 0.48

Коэффициент β1=1.02

Коэффициент β2=1.07 (у наружного остекления).

Схема движения теплоносителя принята сверху вниз.

Коэффициент n=0.3

Коэффициент c=1

Коэффициент m=0.04

Коэффициент p=1

Поправочный коэффициент b=1 (при 760 мм. рт. ст).

Коэффициент β3=0.99 для 8–10 секций в радиаторе.

Число секций в радиаторе:

N= Fпрх β3/ fс (14)

где β3 - поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном приборе;

fс – поверхность нагрева одной секции (для секционных радиаторов);

N=4.23х0.99/0.48=8.55 принимаем 9 секций.

Для помещения (1) следует выбрать 1 радиатор 9 секций длиной 720 мм.

Для остальных помещений данные приведены в таблице 2.

Таблица 2

Для жилого помещения 2 следует выбрать 1 радиатор с 4 секциями, длиной 320 мм.

Для помещения кухни следует выбрать 1 радиатор с 6 секциями, длиной 480 мм.

Для жилого помещения 3 следует выбрать 1 радиатор с 4 секциями, длиной 320 мм.

5. Вентиляция. Выбор системы вентиляции

В рассматриваемом помещении следует принять естественную вытяжную вентиляцию по специально предусмотренным каналам. Вытяжные системы предусмотреть в помещениях кухни, уборной, ванны.

Приток воздуха в помещения неорганизованный, через форточки и неплотности в ограждающих конструкциях.

Необходимый воздухообмен для жилых зданий определяют по кратности вохдухообмена.

L=VxKp, мі/ч (15)

где, L – объем удаляемого воздуха, мі/ч;

Kp – кратность воздухообмена;

V – объем помещения, мі

Для кухни: L=1х90.27+100х1= 190.27 мі/ч;

Для уборной: L= 1х119.16 + 50=169.16 мі/ч;

Таблица определения воздухообмена

6. Аэродинамический расчет каналов

Целью данного расчета является определение, размеров вытяжных каналов для удаления нормируемого объема воздуха при расчетных условиях.

Расчет каналов следует производить, исходя из располагаемого давления, ∆Ре, Па, при расчетной наружной температуре tн=+5єС.

∆Ре=h х (ρн -ρв) х g, Па (16)

где ρн – плотность наружного воздуха при температуре tн=+5єС равная 1.27 кг/мі;

ρв – плотность внутреннего воздуха, кг/мі;

ρн=353/(273+ tв) (17)

где h – высота от жалюзийной решетки до верха вытяжки, м;

Определяем плотность наружного воздуха для кухни:

ρн=353/(273+21)=353/294=1.2 кг/мі;

Для остальных помещений плотность наружного воздуха определяется по формуле (16).

Определение располагаемого давления для кухни по формуле (15):

∆Ре=h х (ρн -ρв) х g = 6.2 х (1.27–1.2) х9.81= 4.26 Па;

Располагаемого давления для уборной:

∆Ре=h х (ρн -ρв) х g = 6.2 х (1.27–1.19) х9.81= 5.47 Па

Сечение канала определяется по формуле:

F=L/(3600хv), мІ (18)

где v – нормируемая скорость движения воздуха по каналам, изменяется от 0.5 до 1.0 м/с;

Определение сечения канала для кухни:

F=190.27/(3600х1.0)=190.27/3600=0.052 мІ;

Определение сечения канала для кухни:

F=169.16/(3600х1.0)=169.16/3600=0.046 мІ;

По приложению 14 округляем полученное значение до стандартного, для кухни 0.073 мІ соответствует сечение канала 270х270 мм.

Для уборной округляем полученное значение сечения канала до стандартного 0.073 мІ, что соответствует сечению канала 270х270 мм.

Так как скорость выбрана произвольно, то по подобранному стандартному сечению находим фактическую скорость по формуле (17).

Для кухни получаем фактическую скорость:

v=L/(Fх3600) =190.27/0.052х3600=190.27/187.2=1.02 м/с;

Аналогично определяется фактическая скорость для уборной.

v=L/(Fх3600) =169.16/0.046х3600=169.16/165.6=1.02 м/с;

Определяем эквивалентный диаметр для прямоугольного канала по формуле:

dэ=2 х а х b/(а+b), мм (19)

где a и b – стороны канала, мм;

Для помещения кухни эквивалентный диаметр равен

dэ=2х270х270/(270+270)=145800/540=270 мм;

Аналогично определяется эквивалентный диаметр для уборной.

dэ=2х270х270/(270+270)=145800/540=270 мм;

По эквивалентному диаметру и фактической скорости находят потери давления на трение по приложению 10 [5].

Для помещения кухни потери давления составляют 0.07 Па/м;

Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле:

Z=∑ζ х pvІ/2, Па (20)

где ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, которые принимаются по приложению 9 [2].

pvІ/2 – динамическое давление, Па, принимаемая по номограмме рис. 8 [1].

Для кухни потери давления в местных сопротивлениях, составляют Z=2 х 0.67=1.34 Па;

Для уборной потери давления в местных сопротивлениях, составляют Z=2х0.60=1.20 Па.

После определения потерь давления на трение и в местных сопротивлениях их сравнивают с располагаемым давлением по формуле:

∑((R x l)β+Z) х а≤∆Pt (20)

где l – длина расчетного участка, м;

а – коэффициент запаса, равный 1.1–1.5;

β – коэффициент шероховатости, принимаемый по приложению 14 [1].

Для кухни:

(0.92+1.34) х1.5< 4.26; 3.39<4.26;

Для уборной:

(2.03+1.20) х1.5<5.47; 4.84<5.47

Исходя из полученных данных можно сделать вывод что вентиляционные каналы выбраны верно.

Список литературы

1. Отопление и вентиляция жилого дома: Методические указания к курсовой и расчетно-графической работам для студентов строительных и экономических специальностей / Сост.: Т.Г. Дымолазова, Ю.Х. Хабибуллин. Казань: КГАСУ, 2008. - 48 с.

2. Тихомирнов К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1991. -480 с.

3. СНиП II-3–79 «Строительная теплотехника».