Расчет тепловой мощности системы отопления

Содержание
Исходные данные…………………………………………………………………….3
Расчет нормируемых величин теплозащитной оболочки…………………………6
Теплотехнический расчет наружных ограждений…………………………………8
Расчет тепловой мощности системы отопления…………………………………...12
Выбор системы отопления и отопительных приборов……………………………16
Список использованной литературы…………………………………………………………20
Приложение (графическая часть) ……………………………………………………….……21
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций, расчеты системы отопления выполняются на примере одноэтажного жилого здания.
На рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 приведены конструкции деревянного пола на лагах с утеплением, чердачного перекрытия на основе пустотных плит с утеплителем и пароизоляцией, наружной стены с утеплителем, план и фрагмент вертикального разреза здания.
Здание оборудуется автономной системой теплоснабжения на основе электрического водогрейного котла, устанавливаемого в кухне. Расчетная температура воды в системе отопления 85оС на 65оС.
Теплопроводы системы отопления выполнены из металлопластиковых труб с условным диаметром 15 мм.
Заполнение оконных проемов размером 1,46х1,47м выполнено двухкамерным стеклопакетом с межстекольным расстоянием 12 мм в пластмассовом переплете, со встроенным воздушным клапаном.
Входная дверь в стене западной ориентации имеет размеры 0,9х2.1 м.
В здании проживает 4 человека.
Таблицы Х.X (Х.Х-номер) принимаем согласно методических указаний по
написанию курсового проекта.
Последовательность определения исходных данных
По шифру (номеру в списке преподавателя, либо номеру зачетной книжки) определяют вариант и исходные данные для курсового проекта.
Предпоследняя цифра в табл. 1.1 определяет высоту потолка H, толщину утеплителя стен δст, условия эксплуатации ограждений, тип системы отопления (однотрубная или двухтрубная), тип отопительных приборов (стальные панельные радиаторы финской фирмы Purmo или алюминиевые секционные радиаторы итальянской фирмы Global).
Последняя цифра в табл. 1.2 определяет место расположения здания, климатические данные местности и расчетные параметры наружного воздуха.
Выбранный расчетный вариант приводится в курсовом проекте в виде фрагмента табл. 1.1 и табл.1.2.
После выбора расчетного варианта по табл. П.1 определяют теплотехнические параметры материалов фрагментов ограждающих конструкций, указанных на рис.1.1, рис.1.2, рис.1.3. Значение теплотехнических параметров материалов ограждения оформляют в виде табл. 1.3.
Таблица 1.1
Варианты исходных значений параметров
Предпоследняя
цифра номера 3
Высота потолка
Н, м 3,5
Условия эксплуа-
тации ограждений Б
Толщина утепли-
теля стены, δут, мм 75
Тип системы ото- пления Двух- труб-
ная
Тип отопительно- го прибора Алю-
мин. Global
Таблица 1.2 Климатические характеристики городов и расчетные параметры наружного воздуха по СП 131.13330.2012 Строительная климатология
№ вари- анта Город Расчетная температура наружного воздуха
tн, оС Продолжительность и средняя температура на-
ружного воздуха отопи- тельного периода Расчетная скорость ветра
v, м/с
Zот.пер , сут. tот.пер o 4 Александровское - 43 255 - 9,5 3,9
Таблица1.3 Исходные значения геометрических и теплотехнических параметров
№ п.п Ограждение Материал Толщина δ, мм Плот- ность
ρ, кг/м3 Коэф. теплопр.
, Вт/(моС)
1 Наружная стена Штукатурка Кирпич.кладка Утеплитель
Кирпич.кладка 20
510
75
120 1800
1400
60
1400 0,93
0,58
0,041
0,58
2 Пол Железобетон Утеплитель Возд.прослойка
Сосновая доска 160
100
40
32 2500
100
-
500 2,04
0,045
-
0,18
3 Чердачное перекрытие Ц.-п. штукатурка Пустотная плита Рубероид Утеплитель
Ц.-п. стяжка 15
220
5
150
25 1800
2500
600
100
1800 0,93
2,04
0,17
0,045
0,93

Рис. 1. 1. Конструкция пола. 1 – сосновые доски, 2 – лаги, 3 – воздушная прослойка, 4 – слой гидроизоляции, 5 – кирпичный столбик, 6 – утеплитель жесткая минплита, 7 – бетонная подушка

Рис.1.2. Конструкция чердачного перекрытия. 1 – цементно- песчаная штукатурка, 2 – железобетонная пустотная плита, 3 – пароизоляция из 2-х слоев рубероида, 4 – утеплитель жесткая минплита, 5 – цементно-песчаная стяжка

Рис. 1.3. Конструкция наружной стены. 1 – цементно-песчаный раствор (ρ =1800 кг/м3); 2 – кладка из керамического пустотного кирпича (ρ =1400 кг/м3); 3 – утеплитель из пенополиуретана, (ρ = 60 кг/м3);

Рис.1. 4. а) план здания: 1 – кухня, 2 – спальня, 3 – зал, 4 – детская комната, 5 – коридор 21,6 м2, ванная 4,8 м2, туалет 2,4 м2; б) фрагмент вертикального разреза
2. Расчет нормируемых величин теплозащитной оболочки.
Нормами СП 50.13330.2012 установлены следующие показатели тепловой защиты зданий:
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений (поэлементное требование);
б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование);
в) температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).
Определяется величина градусо-суток отопительного периода ГСОП по формуле, оС∙сут:
ГСОП= (tв-tо.п.) ∙zо.п.
ГСОП= (20+9.5)∙255 = 7522.5 оС∙сут
где tот.пер, Zот.пер – средняя температура наружного воздуха, оС, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по табл.1.1; tв =20 оС – расчетная температура внутреннего воздуха, для жилых помещений принимается минимальной из оптимальной табл. П.2.
По табл. П.3 определяются базовые значения требуемых сопротивлении теплопередаче R0.тр, м2оС/Вт, фрагментов ограждающей конструкции в зависимости от величины ГСОП района строительства путем линейной интерполяции:
Для стен:
Rотр =(4,2-3,5)*( 7522.5-6000)/(8000-6000)+3,5=4 м2*оС/Вт
Для перекрытий чердачных:
Rотр =(5,5-4,6)*( 7522.5-6000)/(8000-6000)+4,6=5,2 м2*оС/Вт
Для покрытий пола:
Rотр =(6,2-5,2)*( 7522.5-6000)/(8000-6000)+5,2=6 м2*оС/Вт
Для окон:
Rотр =(0,7-0,6)*( 7522.5-6000)/(8000-6000)+0,6=0,67 м2*оС/Вт
Для наружной двери:
Rодв =0,6 * Rонорм = 0,6 ∙ 4 = 2,4 м2 * оС/Вт
Определяется нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче фрагмента ограждения R0нор по формуле, м2оС/Вт:
R0нор = mp R0тр,
где mp – коэффициент, учитывающий особенности региона строительства. В курсовом проекте можно принять: mp = 0,63 для стен; mp = 0,95 для заполнений окон; mp = 0,8 для остальных ограждений.
Для стен:
R0нор = mp R0тр = 0,63∙ 4 =2,5 м2*оС/Вт
Для перекрытий чердачных:
R0нор = mp R0тр = 0,8∙ 5,2 = 4,2 м2*оС/Вт
Для покрытий пола:
R0нор = mp R0тр = 0,8∙ 6 = 4,8 м2*оС/Вт
Для окон:
R0нор = mp R0тр = 0,95∙ 0,67 = 0,64 м2*оС/Вт
Для наружной двери:
R0нор = mp R0тр = 0,8∙ 2,5 = 2 м2*оС/Вт
Определяется отапливаемый объем здания Vот, м3 по внутреннему обмеру здания. По табл. П.4 либо по формулам из табл. П.4 определяется нормируемое значение удельной теплозащитной характеристики здания в зависимости от отапливае- мого объема здания и градусо-суток отопительного периода.
Результаты оформляются в виде:
Vот = 12∙12∙3,5 =504 м3;kобтр = 0.455Вт/(м3оС).
Таблица 2.1 Нормативные значения сопротивления теплопередаче
Фрагмент
ограждения Наружная
стена Заполнение
окна Чердачное
перекрытие Входная
дверь Покрытие
пола
R0нор,
м2оС/Вт 2,5 0,64 4,2 2 4.8
Определяется температура точки росы для жилых комнат и кухни по формуле, оС:
tт.р = 20,1 – ( 5,75 – 0,00206е)2,
для кухни: tт.р = 20,1 – ( 5,75 – 0,00206∙1305)2 = 10,7 оС
для жилой комнаты: tт.р = 20,1 – ( 5,75 – 0,00206∙1273)2 = 10,3 оС
где е – парциальное давление водяного пара, Па, по формуле:
е = (φ/100)Е,
для кухни: е = (φ/100)Е = (60/100)∙2175=1305 Па
для жилой комнаты: е = (φ/100)Е = (55/100) ∙2315= 1273 Па
где Е – давление насыщенного пара при температуре tв, определяемое по формуле, Па:
Е = 1,84×1011ехр –5330/(273 + t) ].
для кухни: Е = 1,84×1011ехр –5330/(273 + 19) ] = 2175 Па
для жилой комнаты: Е = 1,84×1011ехр –5330/(273 + 20) ] = 2315 Па
Температура внутри помещения принимается равной расчетной температуре tв, относительная влажность принимается для жилых помещений φ = 55%, кухонь φ = 60 %.
Результаты расчета оформляются в виде табл. 2.2.
Таблица 2.2 Температура точки росы в помещениях tт.р
Помещение tв, оС φ, % tт.р, оС
Кухня 19 60 10.7
Жилая комната 20 55 10.3
Теплотехнический расчет наружных ограждений.
Теплотехнический расчет наружных ограждений производится в соответствии с положениями СП 50.133330.2012 «Тепловая защита зданий» и заключается в определении сопротивления теплопередаче всех элементов защитной оболочки здания.
Расчет сопротивления теплопередаче наружных стен
В курсовом проекте следует ограничиться рассмотрением сопротивления теплопередаче только глади стены, представляющей собой слоистую стенку, рис. 1.3.
Сопротивление теплопередаче R0ст глади стены определяется по формуле, м2оС/Вт:
R0ст = 1/αв + Σ δi/i + 1/αн,
где αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены, табл. П.5; αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены, табл. П.6; δi, i – толщина слоя, м и коэффициент теплопроводности, Вт/(моС) материала слоя стены.
Фактическое сопротивление теплопередаче наружной стены:
Расчет сопротивления теплопередаче пола
Сопротивление теплопередачи пола рассчитывается по методике двухметровых зон.
Последовательность выполнения расчетов
1036205476251-я зона 2-я зона
3-я зона 4-я зона
2 м
001-я зона 2-я зона
3-я зона 4-я зона
2 м
Площадь пола разбивается на зоны шириной 2 м параллельные наружным стенам рис. 3.1. Для неболь- ших помещений зона 4 и даже зона 3 могут отсутствовать, для больших помещений зона 4 занимает всю оставшуюся часть площади.
Определяются площади F1, F2, F3, F4 полученных зон, при этом:

Рис. 3.1.
для первой зоны участки пола размером 2х2 м, примыкающие к углам, учитывается дважды. Сопротивление теплопередаче зон пола без утепления принимают:
R1з = 2,1 м2 оС/Вт; R2з = 4,3 м2 оС/Вт;
R3з = 8,6 м2 оС/Вт; R4з = 14,2 м2 оС/Вт.
Определяют сопротивление теплопередаче каждой двухметровой зоны с деревянным полом толщиной др и коэффициентом теплопроводности др на лагах и с утеплителем толщиной уп с коэффициентом теплопроводности уп по формуле:
Riз.у = 1,18(Riз + упуп + дрдр).
R1з = 1,18(2,1 +  + )= 5,33 м2 оС/Вт
R2з = 1,18(4,3 +  + )= 7,93 м2 оС/Вт
R3з = 1,18(8,6 +  + )= 12,99 м2 оС/Вт
R4з = 1,18(14,2 +  + )= 19,61 м2 оС/Вт
Приведенное сопротивление теплопередаче пола в целом определится по формуле:
R0пол = (F1+F2+F3 +F4)/(F1/R1з.у+F2/R2з.у+F3/R3з.у+F4/R4з.у).
R0пол = (2∙12∙4+(2∙8∙2+2∙4∙2)+4∙4 )/( (2∙12∙4)/5.33+(2∙8∙2+2∙4∙2)/7.93+(4∙4) /12.99) =
= 6,3 м2 оС/Вт
Расчет приведенного сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия
Расчет сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия начинают с определения приведенного сопротивление теплопередачи железобетонной пустотной плиты перекрытия.
Последовательность выполнения расчетов
Заменим круглое сечение пустот плиты на квадратное сечение эквивалентное по площади. На рис. 3.2 схематично изображено сечение плиты с квадратными пустотами.
Плоскостями, параллельными тепловому потоку, рис. 3.2, а, плиту разделим на два чередующихся слоя: первый трехслойный шириной δ1 - бетон, воздушная прослойка, бетон; второй однородный бетонный шириной δ2.
Плоскостями перпендикулярными направлению тепловому потоку, рис. 3.2 б, плиту разделяют на три слоя: третий и пятый однородные бетонные толщиной δ3 и δ5; четвертый неоднородный толщиной δ4 воздушная прослойка, бетон:

Рис. 3.2
Используя значения толщины плиты δпл, м, расстояния между центрами пустот δцен, м, диаметры пустот d, м, рис. 1.2, определяем значения величин δ1, δ2, δ3, δ4, δ5, м:
δ1 = 0,886d; δ2 = δцен – δ1; δ3 = δ5 = (δпл – δ1)/2; δ4 = δ1.
Определяем сопротивление теплопередаче первого и второго слоев по формулам:
R1 = δ3/б + Rв.п + δ5/б,R2 = δпл/б,
где б – коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(моС); Rв.п – сопротивление теплопередаче воздушной прослойки, м2оС/Вт, приведено в табл. П.7.
Определяем сопротивление теплопередаче плиты для варианта разбиения а) по формуле:
R|| = (δ1 + δ2)/(δ1/R1 + δ2/R2).
Определяем сопротивление теплопередаче слоев 3, 4, 5 по формулам:
R3 = 3б, R6 = 4б, R4 = (δ1+ δ2)/(δ1/Rв.п+ δ2/R6), R5= 5б.
Определяем сопротивление теплопередаче плиты для варианта разбиения б) по формуле:
R = R3 + R4 + R5.
Окончательно приведенное сопротивление пустотной плиты определяем по формуле:
Rопр.пп = (R|| + 2 R)/3.
Сопротивление теплопередаче слоистой конструкции чердачного перекрытия определяется по формуле:
R0чер =1/αв + δш1/λш1 + Rопр.пп + δу/λу + δш2/λш2 + 1/αн,
где δш1, λш1 – толщина и коэффициент теплопроводности внутреннего слоя штукатурки; δу, λу – толщина и коэффициент теплопроводности слоя утеплителя; δш2, λш2 – толщина и коэффициент теплопроводности наружной стяжки; Rопр.пп – приведенное сопротивление пустотной плиты перекрытия; αн – по табл. П.5 для чердака.
Расчет по варианту
Железобетонная пустотная плита имеет следующие параметры: толщина δпл = 220 мм, диаметр пустот d= 140 мм, расстояние между центрами δцен = 185 мм, коэффициент теплопроводности бетона 2,04 Вт/м∙оС. Сопротивление теплопередаче воздушной прослойки (горизонтальной при потоке тепла снизу вверх и положительной температуре в прослойке) по табл. Е1 СП 50.13330.2012 равно Rв.п = 0,15 м2оС/Вт.
Определить приведенное сопротивление теплопередаче.
Решение:
а) определяем по формулам выше толщины слоев:
δ1 = δ4 = 0,886∙ 0, 14 = 0,124 м; δ2 = (0,185-0,124)=0,06 м;
δ3 = δ5 = (0,22-0,124)/2=0.048 м;
б) по формулам выше определяем величины R1 и R2, м2оС/Вт:
R1 = 0,048/2,04 + 0,15 + 0,048/2,04 = 0,197;R2 = 0,22/2,04 = 0,11.
в) по формуле вычисляем R||, м2оС/Вт:
R|| = (0,124 + 0,06)/(0,124/0,197 + 0,06/0.11) = 0,157.
г) по формулам выше вычисляем величины R3, R4, R5, м2оС/Вт:
R3 = R5 = 0,048/2,04 = 0,024;R6 = 0,124/2,04= 0,061;
R4 = (0,124 + 0,091)/(0,089/0,15 + 0,091/0,061) = 0,103.
д) по формуле вычисляем R, м2оС/Вт:
R = 0,024 + 0,103 + 0,024 = 0,151.
е) вычисляем приведенное сопротивление плиты по формуле:
R0пп = (0,157 + 2∙0,151)/3 = 0,163 м2оС/Вт.
Для сравнения вычисляем сопротивление теплопередаче
R0сп сплошной бетонной плиты толщиной 220 мм:
R0сп = 0,22/2,04 = 0,11 м2оС/Вт.
Наличие пустот увеличило сопротивление теплопередаче на 33%.
Сопротивление теплопередаче слоистой конструкции чердачного перекрытия определяется по формуле:
R0чер =1/αв + δш1/λш1 + Rопр.пп + δу/λу + δш2/λш2 + 1/αн,
R0чер =1/8,7+ 0,015/0,93+ 0,163 + 0,15/0,045+ 0,005/0,17+ 0,025/0,93 + 1/12 = 4.2 м2оС/Вт
где δш1, λш1 – толщина и коэффициент теплопроводности внутреннего слоя штукатурки; δу, λу – толщина и коэффициент теплопроводности слоя утеплителя; δш2, λш2 – толщина и коэффициент теплопроводности наружной стяжки; Rопр.пп – приведенное сопротивление пустотной плиты перекрытия; αн – по табл. П.5 для чердака.
Сравнение фактических и нормируемых значений
Определяется фактическое сопротивление теплопередаче заполнений оконных проемов R0ок по табл. П.8 в зависимости от конструкции окна в исходных данных для проектирования.
R0ок = 0, 68 м2оС/Вт
Определяется F площадь фрагментов наружных ограждений отдельно: суммарная площадь кирпичной стены, суммарная площадь заполнения оконных проемов, площадь дверей, потолка, пола.
Результаты определения сопротивления теплопередаче фрагментов ограждения оформляются виде табл. 3.1.
Таблица 3.1 Фактические значения сопротивления теплопередаче
Фрагмент
ограждения Наружная
стена Заполнение
окна Чердачное
перекрытие Входная
дверь Покрытие
пола
R0фак,
м2оС/Вт 3.1 0.68 4.2 2 6.3
F, м2 192 15.02 144 1,85144
Рассчитывается фактическая удельная теплозащитная характеристика оболочки здания kоб по формуле, Вт/(м3оС):
kоб = (1/Vот) Σ(Fi/R0i),
kоб = (1/504) Σ(192/3,1+15.02/0,68+144/4.2+1,85/2+144/6,3)= 0.3 Вт/(м3оС)
где суммирование по i проводится по фрагментам ограждения здания, образующим замкнутую оболочку; Fi – площадь фрагмента, м2; R0i – фактическое сопротивление теплопередаче фрагмента; Vот – отапливаемый объем здания, м3.
Рассчитывается температура tп отдельно на глади стены, пола, чердачного перекрытия, окна по формуле, оС:
tпi = tв – (tв – tн)/(R0i αвi),
Для стен tпi = 20 – (20 – (-43))/(3,1∙8,7) = 17,7 оС
Для чердачного перекрытия tпi = 20 – (20 – (-43))/(4,2∙8,7) = 18,1 оС
Для пола tпi = 20 – (20 – (-43))/(6,3∙8,7) = 18,87 оС
Для окон tпi = 20 – (20 – (-43))/(0,68∙8,7) = 6,8 оС
где i – индекс фрагмента оболочки здания.
Температура в наружном угле здания определяется по формуле, оС:
tу = tпст – 0,18(1 – 0,23R0ст)(tв – tн),
tу = 17.7 – 0,18(1 – 0,23∙3.1)(20 – (-43)) = 14,5 оС
где tпст – температура на глади стены; R0ст – сопротивление теплопередаче глади стены.
Результаты расчета оформляются в виде табл. 3.2.
Таблица 3.2 Температура поверхности фрагментов ограждения
Фрагмент
ограждения Наружная
стена Пол Чердачное
перекрытие Наружный
угол Заполнение
окна
tп, оС 17,7 18,87 18,1 14.5 6,8
Фактические значения сопротивления теплопередаче, удельной теплозащитной характеристики, температура на внутренней поверхности ограждений сравниваются с нормируемыми значениями из раздела 2. Температура на поверхности заполнения оконного проема должна быть больше 3-х оС.
Делаем вывод, что по удельной обьемной теплозащитой характеристике и сопротивлениям теплопередаче, здание соответсвует нормативным требованиям СП 50.13330.2012. Температура на поверхности проема составила 6,8 оС, больше 3-x оС, что вполне устаивает.
ТЕПЛОВОЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
В соответствии с СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» система отопления жилого здания должна обеспечивать нормируемую температуру воздуха в помещении, учитывая: потери теплоты через ограждающие конструкции; расход теплоты на нагревание наружного воздуха, предназначенного для вентиляции помещения; тепловой поток, регулярно поступающий в помещение от электроприборов, освещения, людей (бытовые теплопоступления).
Расчет теплопотерь через ограждения
Теплопотери здания в целом определяются по формуле:
Nзд = Nпом.j,
где j – индекс помещения, Nпом – теплопотери помещения.
Теплопотери помещением складываются из теплопотерь через все фрагменты ограждающих его конструкций, Вт:
Nпом =  Ni,
где Ni – потери i-м ограждением.
Величины Ni вычисляются по формуле, Вт:
Ni = Fi (tв – tн) s (1+ 1)/R0i
где Fi – площадь ограждения при высоте этажа от низа пола на лагах до верха перекрытия
, м2; Roi - фактическое сопротивление теплопередаче, м2 оС/Вт, табл. 3.1; tв – расчетная температура воздуха внутри помещения, оС; tн – расчетная температура наружного воздуха, оС; s – коэффициент, зависящий от положения ограждения по отношению к наружному воздуху, принимается по табл. П.9; 1 – коэффициентов добавочных теплопотерь на ориен- тацию наружного ограждения относительно сторон света, определяемых по табл. П.10.
Дополнительные теплопотери в угловых комнатах следует учесть увеличением расчетной температуры внутреннего воздуха tв на 2оС.
Последовательность выполнения расчетов следует из структуры табл. 4.1.
В курсовом проекте вычисление теплопотерь следует произвести только для жилых комнат и кухни, рис. 1.4.
Определяется расчетная температура внутреннего воздуха в угловых комнатах.
Определяются площади ограждений помещений с учетом ориентации здания по сторонам света, рис. 1.4.
Определяются коэффициенты s и 1, табл. П.9, табл. П.10.
По формулам выше проводят расчет.
Таблица 4.1 Результаты расчета тепловых потерь
Помеще- ние tв, Ограж- дение Fi, м2 Ст. света tв - tн s 1+ 1 R0.п i, Ni, Вт Nпом.j, Вт
оС оС р     м2оС/Вт   21 Стена 20,21 С 64 1 1,1 3,1 451,8 1444,1
  Стена 13,76 З 64 1 1,05 3,1 293,7 Кухня Окно 2,15 З 64 1 1,05 0,68 262,9   Пол 17,4 - 64 1 1 6,3 174,0   Потолок 17,4 - 64 0,9 1 4.2 261,7   22 Стена 18,49 С 65 1 1,1 3,1 419,9 1893,2
  Стена 23,65 В 65 1 1,1 3,1 537,2 Спальня Окно 2,15 В 65 1 1,1 0,54 279,8   Пол 25,8 - 65 1 1 6,3 262,1   Потолок 25,8 - 65 0,9 1 4.2 394,2   22 Стена 23,65 В 65 1 1,1 3,1 537,2 2475,4
  Стена 23,65 Ю 65 1 1 3,1 488,3 Зал Окно 2,15 В 65 1 1,1 0,68 279,8   Окно 2,15 Ю 65 1 1 0,68 254,4   Пол 36 - 65 1 1 6,3 365,7   Потолок 36 - 65 0,9 1 4.2 550,0   22 Стена 23,65 Ю 65 1 1 3,1 488,3 2438,3
  Стена 23,65 З 65 1 1,05 3,1 512,8 Детская Окно 2,15 Ю 65 1 1 0,68 254,4   Окно 2,15 З 65 1 1,05 0,68 267,1   Пол 36 - 65 1 1 6,3 365,7   Потолок 36 - 65 0,9 1 4.2 550,0 Здание   Nзд = Σ Nпом.j 8250,9
Затраты теплоты на вентиляцию
Затраты теплоты на вентиляцию определяют по формуле, Вт.
Nвен = 0,278сρнLвен(tв – tн),
где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1,0 кДж/кгоС;
ρн – плотность наружного приточного воздуха, кг/м3; Lвен – количество приточного воздуха на вентиляцию, м3/ч.
Плотность воздуха вычисляется по формуле, кг/м3:
ρ = 353/(273 + t),
где t – температура воздуха, оС.
Для жилых помещений количество приточного воздуха Lвен включает воздух от неорганизованной фильтрации через неплотности заполнений световых проемов и от организованной фильтрации через форточки, фрамуги, воздушные клапаны.
По СП 60.13330.2012 величина Lвен рассчитывается, м3/ч:
для жилых помещений с расчетной заселенностью более 20 м2 общей площади на человека по количеству людей m:
Lвен = 30∙m;
для жилых зданий с расчетной заселенностью менее 20 м2 общей площади на человека по жилой площади Fж:
Lвен = 3∙Fж,
где Fж – площадь жилых помещений, м2, к которым относятся спальни, детские, гостиные, кабинеты, библиотеки, столовые, кухни-столовые.
Последовательность выполнения расчетов
По формулам определяется общее количество воздуха, необходимого для вентиляции здания.
Lвен = 30∙4 = 120 м3/час
При жилой площади на человека 115,2/4 = 28,8 м2.
Вычисляется количество наружного воздуха, поступающего в каждое помещение Lвен.j, в зависимости от числа окон при допущении, что весь воздух поступает в здание через окна и в равном количестве через каждое окно.
По формуле вычисляется количество теплоты, необходимое для нагрева наружного воздуха отдельно для каждого помещения Nвен.i и здания в целом Nвен.
Результаты расчета оформляются в виде табл. 4.2
Таблица 4.2 Результаты расчета затрат теплоты на вентиляцию
  Кухня Спальня Зал Детская Здание
Lвен.j, м3/ч 20 20 40 40 Lвен =120
Nвен.j, Вт 538,6 547,2 1094,3 1094,3 Nвен =3274,4
Вычисляется удельная вентиляционная характеристика здания kвен по формуле, Вт/(м3оС):
kвен = 0,278сLвенρот.пер/Vот,
kвен = 0,278∙1∙120∙1,53/504= 0,101 Вт/(м3оС)
где с – удельная теплоемкость воздуха 1,0 кДж/(кгоС); ρот.пер – плотность воздуха по при средней температуре отопительного периода tот.пер, кг/м3, Vот – отапливаемый объем, м3.
Бытовые теплопоступления
Для жилых помещений величины бытовых теплопоступлений Nбыт определяется по площади жилых помещений, Вт:
Nбыт = qбыт Fж,
Удельная величина бытовых теплопоступлений qбыт принимается:
для жилых зданий с расчетной плотностью заселения менее 20 м2, но более 10 м2 общей площади на человека:
qбыт = 17 Вт/м2;
для жилых зданий с расчетной плотностью заселения более 45 м2 общей площади на человека:
qбыт = 10 Вт/м2.
Последовательность выполнения расчетов
Определяется удельная величина бытовых теплопоступлений qбыт. Для жилых зданий с промежуточной заселенностью величина qбыт определяется интерполяцией.
qбыт = 17 Вт/м2
При жилой площади на человека 115,2/4 = 28,8 м2.
В соответствии с размерами помещений рис. 1.4 определяется величина бытовых теплопоступлений для каждой комнаты отдельно Nбыт.j и всего здания Nбыт.
Результаты оформляются в виде табл.4.3.
Таблица 4.3 Результаты расчета бытовых теплопоступлений
  Кухня Спальня Зал Детская Здание
Nбыт.j, Вт 295.8 438.6 612 612 Nбыт =1958.4
Вычисляется удельная характеристика бытовых теплопоступлений kбыт по формуле, Вт/(м3оС):
kбыт = Nбыт/Vот(tв – tот.пер)]
kбыт = 1958,4/504∙(20– (-9,5)] = 0,135 Вт/(м3оС)
Тепловая мощность системы отопления помещений
1. Определяется т.н. расчетная тепловая мощность системы отопления для каждой комнаты в отдельности Nот.j и здания в целом Nот по формулам, Вт:
Nот.j = Nпом.j + Nвен.j – Nбыт.j; Nот = Nогр + Nвен – Nбыт.
Результаты расчета оформляются в виде табл.4.4
Таблица 4.4 Результаты расчета тепловой мощности системы отопления
  Кухня Спальня Зал Детская Здание
Nот.j, Вт 1686,9 2001,7 2957,7 2920,6 Nот =9567
Расход тепловой энергии за отопительный сезон
Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период Qот, кВт·ч определяется по формуле:
Qот = 0,024ГСОПVот qотр.
где qотр – расчетная удельная характеристика тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, Вт/(м3оС), определяемую в курсовом проекте по формуле:
qотр = kоб + kвен – kбыт – kрад,
где kоб – удельная теплозащитная характеристика оболочки здания; kвен – удельная вентиляционная характеристика; kбыт – удельная характеристика бытовых теплопоступлений; kрад – удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации.
Удельная характеристика теплопоступлений от солнечной радиации kрад определяется по формуле, Вт/(м3оС):
kрад = 11,6Qрад/(VотГСОП),
где Qрад – теплопоступления через окна от солнечной радиации в течении отопительного периода, МДж.
Величина Qрад складывается из теплопоступлений через окна, расположенные на всех сторонах фасада здания, ориентированных по сторонам света, и вычисляется по формуле:
Qрад = τ1τ2(FсIс + FзIз + FюIю + FвIв),
где τ1 – коэффициент относительного проникания солнечной радиации через светопропускающее заполнение оконного проема, принять 0,9; τ2 – коэффициент затенения светового проема непрозрачными элементами заполнения оконного проема, принять 0,7.
Величины Fс, Fз, Fю, Fв площади, м2 оконных проемов, ориентированные по четырем сторонам света, в частности в курсовом проекте север, запад, юг, восток.
Величины Iс, Iз, Iю, Iв средние за отопительный период значения солнечной радиации, МДж/м2 на вертикальную поверхность, ориентированную по сторонам света, в частности север, запад, юг, восток.
Последовательность выполнения расчетов
По табл. П.11 определяются значения солнечной радиации, ориентированные по сторонам света. Значения площадей заполнения оконных проемов принимаются по табл. 4.1, также в соответствии со сторонами света.
Qрад = τ1τ2(FсIс + FзIз + FюIю + FвIв) =
= 0,9∙0,7∙(2,15∙2∙928+ 2,15∙2∙1659 + 2,15∙2∙928) = 28566,4 МДж
Вычисляется удельная характеристика солнечной радиации.
kрад = 11,6∙28566,4/(504∙6998,4) =0, 094 Вт/(м3оС)
Вычисляется удельная характеристика тепловой энергии на отопление и вентиляцию qотр.
qотр = 0,3+0,101 – 0,135 – 0,094= 0, 172 Вт/(м3оС)
Полученное значение сравнивается с нормативным значением qоттр = 0, 462 Вт/(м3оС) для 1-но этажного дома площадью 144 м2.
%=(0,172 - 0,462)/0,462 = -63 %
По отклонению qотр от qоттр и по табл. П.13 определяется класс энерго-эффективности здания.
Имеем класс энергоэффективности очень высокий А++.
Определяется расход тепловой энергии за отопительный период.
Qот = 0,024∙6998,4∙504∙0.172 = 14560,3 кВт∙час.
СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Выбор системы отопления
Для зданий небольшой этажности (до 3-х этажей) в системах отопления используется горизонтальная разводка труб.
Горизонтальная разводка может быть в виде одного циркуляционного кольца по периметру здания, так и нескольких циркуляционных колец, охватывающих одну или несколько комнат.
На рис. 5.1а приведены аксонометрическая схема двухтрубной горизонтальной системы отопления из одного кольца.

Рис. 5.1. Аксонометрическая схема двотрубной системы отопления: I – электрокотел; II – циркуляционный насос; III - расширительный бак; IY – отопительный прибор; Y – кран шаровой проходной; IY– кран регулирующий проходной
В однотрубных системах вода поступает и отводится по одной и той же трубе, отопительные приборы подсоединения последовательно. Теплоноситель, попадая поочередно в радиаторы, отдает каждый раз часть своего тепла. Таким образом, в радиатор, находящийся на последнем месте в кольце, попадает вода более низкой температуры. Это приводит к необходимости увеличивать количество секций в конечной батарее, а, следовательно, к повышенной трудоемкости теплового расчета.
Выбор отопительных приборов
В курсовом проекте в соответствии с заданием рекомендуются к установке в помещениях секционные алюминиевые радиаторы фирмы Global, рис. 5.2.
Технические характеристики радиаторов приведены в табл. П.14.
Приборы устанавливаются открыто под световыми проемами. Количество устанавливаемых в помещении отопительных приборов определяется планировкой помещения. Обычно устанавливают по одному прибору на окно. В угловых комнатах устанавливают дополнительный отопительный прибор и у наружной стены без окна. При установке в помещении нескольких отопительных приборов тепловая мощность каждого отопительного прибора определяется отдельно, исходя из конкретной планировки.

Рис. 5.2
Последовательность выполнения расчетов
Определяется количество отопительных приборов для каждой комнаты в соответствии с планировкой здания рис. 1.1. Если в помещении устанавливается два отопительных прибора, тепловая мощность Nот.j из табл. 4.4 распределяется между приборами - Nпр.s, например, поровну.
Выбирается схема подключения отопительных приборов к тепловым магистралям, рис. 5.4. Наиболее эффективна схема сверху-вниз (рис. 5.4 а, 5.4. в) с более равномерной температурой по высоте прибора. Схема снизу-вниз (рис. 5.4 б, 5.4.г) менее эффективна, но более эстетична.
Определяется установочная мощность отопительных приборов для каждой комнаты по формуле, Вт:
Nус.s = 12Nпр.s,
где 1 – поправочный коэффициент, учитывающий дополни- тельные потери теплоты через ограждение при размещении отопительных приборов у наружных ограждений, определяется по табл. П.15; 2 – коэффициент запаса отопительного прибора на компенсации неучтенных теплопотерь, например, от смежных помещений (β2 = 1,0 - 1,2), для жилых зданий принимают β2 = 1,2; s – индекс прибора.

Рис. 5.4. Схемы подключения отопительных приборов. 1 – подающий трубопровод; 2 – отопительный прибор; 3 – терморегулятор (ручной или автоматический); 4 – воздухоотводчик; 6 – кран проходной; 7 – обратный трубопровод.
На плане здания, рис.1.1 на листах формата А4 вычерчивается схема прокладки трубопроводов и схема размещения отопительных приборов с указанием установочной их тепловой мощности (смотреть приложение 1).
Определяется расход теплоносителя через каждый отопительный прибор и температурный напор между поверхностью прибора и температурой воздуха в помещении.
Расход теплоносителя через каждый прибор Gпр.s для двухтрубной системы определяется по формуле кг/ч:
Gпр.s = 3,6Nус.s /ср(tвх - tвых) ],
где Nус.s - установочная тепловая мощность прибора, Вт; ср = 4,19 кДж/кгоС – удельная теплоемкость воды; tвх = 85оС – температура на входе в отопительный прибор; tвых = 65оС – температура на выходе из прибора.
Температурный напор между прибором и воздухом в помещении (одинаковый для всех приборов) определяется по формуле:
Δtпр = (tвх + tвых)/2 – tв.
Подбираются отопительные приборы для каждого помещения по следующей схеме.
Секционные радиаторы. Номинальная тепловая мощность одной секции радиатора qном табл. П.14 пересчитывается в фактическую в зависимости от температурного напора Δtпр.s и расхода теплоносителя Gпр.s по формуле:
qфак.s = qном (Δtпр.s /70)1+n (Gпр.s/360)рcпр
где n, p – константы прибора, спр – учитывает схему присоединения прибора, табл. П.17.
Рассчитать необходимое число секций ls для каждого прибора по формуле:
ls = Nус.s/qфак.s.
Полученное число секций округляется до целого числа в большую строну.
Результаты оформить в виде таблиц 5.1.
Расчет.
Однотрубная горизонтальная система имеет 6 отопительных приборов установочной тепловой мощностью 2064,9 Вт; 2450,4 Вт; 1810,3 Вт на 2 прибора; 1787,7 Вт на 2 прибора соответственно. Параметры теплоносителя tвх = 85оС; tвых = 65оС. Отопительные приборы подключены к магистрали по односторонней схеме с осевой перемычкой. Температура в помещении жилых комнат tв = 22 оС и в кухне tв = 21 оС.
Определить: расход теплоносителя и температурный напор для каждого прибора, а также приведенный тепловой поток и количество секций.

Рис. 5.3.
Решение.
Определяем расход теплоносителя для приборов:
G1 = 3,6х(1,02∙1,2∙2064,9) /4,19(85 - 65)] = 88,50 кг/ч.
G2 = 3,6х(1,02∙1,2∙2450,4) /4,19(85 - 65)] = 105,02 кг/ч.
G2,3 = 3,6х(1,02∙1,2∙1810,3) /4,19(85 - 65)] = 77,58 кг/ч.
G4,5 = 3,6х(1,02∙1,2∙1787,7) /4,19(85 - 65)] = 76,61 кг/ч.
Определяем температуру в узлах между приборами, охлаждение воды по формуле, и температурный напор по формуле для каждого прибора:
Δtпр.1 =(85+65)/2 –21= 54 оС.
Δtпр.2-6 = (85+65)/2 –22= 53 оС.
Таблица 5.1 Результаты подбора отопительных приборов
  Кухня Спальня Зал Детская
Nус.s, Вт 2064,9 2450,4 1810,3 1810,3 1787,7 1787,7
Gпр.s, кг/ч 88,50 105,02 77,58 77,58 76,61 76,61
Δtпр.s, оС 54,0 53,0 53,0 53,0 53,0 53,0
Global,
кол. сек. 15 19 14 14 14 14
Длина, мм 1200 1520 1120 1120 1120 1120
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учебник для вузов/ К.В.Тихомиров, Э.С. Сергеенко. – М.: ООО «БАСТЕТ», 2009. - 480 с.
Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха)/ В.Н. Богословский. – СПб.: «АВОК Северо-Запад», 2006. – 400 с.
Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий/ К.Ф.Фокин. –М: «АВОК-ПРЕСС», 2006. – 256 с.
Хрусталев, Б.М. Теплоснабжение и вентиляция/ Б.М. Хрусталев, Ю.Я. Кувшинов, В.М. Копко. – М.: АСВ, 2005. – 575 с.
Малявина Е. Г. Теплопотери здания. Справочное пособие/ Е.Г. Малявина. М.: «АВОК-ПРЕСС» 2007. – 160 с.
СП 50.13330.2013. Тепловая зашита зданий. Утв. Минрегион РФ: Введ. в действие 01.01.2012. – Изд. офиц. – М., 2012.- 100 с.
СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Утв. Минрегион РФ: Введен в действие 01.01.2013. – Изд. офиц. – М., 2012.- 81 с.
СП 131.13330.2013. Строительная климатология. Утв. Минрегион РФ: Введен в действие 01.01.2013. – Изд. офиц. – М., 2012.- 113 с.
СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. Утв. совм. приказом ОАО "ЦНИИпромзданий" и ФГУП ЦНС: Введен в действие с 01.06. 2004. – 186 с.
ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении: М.: Стандартинформ: Введен в действие с 01.01.2013.  15 с.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3, части 1-6, выпуск 20. Томская, Новосибирская, Кемеровская обл., Алтайский кр. СПб.: Гидрометеоиздат 1993. – 358 с.
Приложение (графическая часть)

Рисунок 1 – План здания с расположением элементов отопительной системы

Рисунок 2 – Аксонометрическая схема двухтрубной системы отопления