Проектирование системы отопления здания

Введение Системы отопления – это совокупность технических элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи во все обогреваемые помещения количества теплоты, необходимого для поддержания температуры на заданном уровне. Системы отопления подразделяются на местные и центральные.
Центральными называют системы предназначенные для отопления многих помещений из одного теплового центра. Тепловой центр может обслуживать одно обогреваемое сооружение и группу сооружений( в этом случае систему отопления именуют районной). Теплоперенос в системах отопления осуществляется теплоносителем –жидкой средой (вода) или газообразной (пар, воздух, газ). В зависимости от вида теплоносителя системы отопления подразделяют на водяные, паровые, воздушные и газовые. Центральные системы водяного и воздушного отопления устраивают с естественной циркуляцией теплоносителя или с механическим побуждением циркуляции насосом или вентиляторами. Водяное отопление применяют при местном и центральном теплоснабжении. Система отопления состоит из теплового пункта, магистрали, отдельных стояков и ветвей с приборными узлами. Задачей вентиляции помещений является поддержание в них благоприятного для человека состояния воздушной среды в соответствии с нормируемыми ее характеристиками. Необходимость проектирования систем теплогазоснабжения и вентиляции обусловлена санитарно-гигиеническими требованиями и комфортными условиями проживания. Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение) являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодное время года на большей части территории страны, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения. Для поддержания необходимой температуры внутреннего воздуха здания оборудуются отопительными установками. Создание и поддержание теплового комфорта в помещениях жилых зданий – их основная задача. Состояние воздушной среды в помещениях в холодное время года определяется действием не только отопления, но и вентиляции. Отопление и вентиляция предназначены для поддержания в помещениях помимо необходимой температуры определенных влажности, подвижности, давления, газового состава и чистоты воздуха. Во многих производственных и гражданских зданиях отопление и вентиляция неотделимы, они совместно создают требуемые санитарно-гигиенические условия, что способствует снижению числа заболеваний людей, улучшению их самочувствия, повышению производительности труда и качества продукции. 1. Расчетные параметры наружного воздуха Расчетные параметры наружного воздуха принимаются согласно [1] для города Белогорск: - температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 -37˚С - средняя температура за отопительный период -12,6˚С - продолжительность отопительного периода z = 219 сут - зона влажности: - нормальная 2. Расчетные параметры внутреннего воздуха Расчетные параметры внутреннего воздуха принимаются согласно [2] для города Белогорск: - температура воздуха в жилой комнате – 22 ºС; - температура воздуха в помещении кухни – 21 ºС; - температура воздуха в ванной комнате – 27 ºС; - температура воздуха в санузле – 22 ºС (если совмещены санузел и ванная – 27 ºС); - температура воздуха во внутреннем коридоре – 22 ºС; - температура воздуха на лестничной клетке – 18 ºС. 3. Теплотехнические характеристики наружных ограждений Теплотехнические характеристики наружных ограждений принимаются согласно [3] с учетом градусосуток отопительного периода. ГСОП= (, градусосут - температура внутреннего воздуха внутри наиболее характерных помещений. Так как для города Белогорск -37˚С, то =22˚С. Тогда ГСОП = (22-(-12,6))· 219 = 7577,4 (градусосут) Далее по таблице с учетом ГСОП определяем сопротивление теплопередаче (с интерполированием): Для наружной двери (двойной с тамбуром между дверями): , 4. Тепловой баланс помещений. Определение мощности системы отопления Таблица 2 Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха при естественной вытяжке, не компенсируемой подогретым приточным воздухом, и бытовые тепловыделения № пом. Температура внутреннего воздуха tв, ˚С Размеры пола Qв Qб ширина, м длина, м А, м2 01 24 2,8 3,8 10,64 24-(-37)=61 649 106 02 27 2,0 2,2 4,40 27-(-37)=64 282 03 21 3,4 2,4 8,16 21-(-37)=58 473 82 04 22 2,1 0,9 1,89 22-(-37)=59 112 05 27 2,0 2,2 4,40 27-(-37)=64 282 06 22 3,4 5,2 17,68 22-(-37)=59 1043 177 07 18 2,2 12,5 27,50 18-(-37)=55 1513 08 22 3,4 5,2 17,68 22-(-37)=59 1043 177 09 21 3,4 2,4 8,16 21-(-37)=58 473 82 10 22 2,1 0,9 1,89 22-(-37)=59 112 11 27 2,0 2,2 4,40 27-(-37)=64 282 12 24 2,8 3,8 10,64 24-(-37)=61 649 106 13 27 2,0 2,2 4,40 27-(-37)=64 282 14 24 2,8 3,8 10,64 24-(-37)=61 649 106 15 21 3,4 2,4 8,16 21-(-37)=58 473 82 16 22 2,1 0,9 1,89 22-(-37)=59 112 17 22 3,4 5,2 17,68 22-(-37)=59 1043 177 18 22 3,4 5,2 17,68 22-(-37)=59 1043 177 19 22 2,8 3,5 9,80 22-(-37)=59 578 98 20 21 3,4 2,4 8,16 21-(-37)=58 473 82 21 22 2,1 0,9 1,89 22-(-37)=59 112 22 24 2,8 3,8 10,64 24-(-37)=61 649 106 А 18 3,0 5,4 16,2 18-(-37)=55 891 Таблица 3 Тепловой баланс помещений № пом. Qв Qб
Первый этаж Промежуточный этаж Пятый этаж Итого Q1 Qи Qпр Q1 Qи Qпр Q1 Qи Qпр 01 649 106 824 330 1367 664 266 1207 891 356 1434 6422 02 282 37 15 319 61 25 343 662 03 473 82 647 259 1039 563 225 955 691 276 1083 4982 04 112 15 6 127 26 10 138 265 05 282 37 15 319 61 25 343 662 06 1043 177 683 273 1549 477 191 1343 808 323 1674 7252 07 190 76 190 316 126 316 506 08 1043 177 683 273 1549 477 191 1343 808 323 1674 7252 09 473 82 647 259 1039 563 225 955 691 276 1083 4982 10 112 15 6 127 26 10 138 265 11 282 37 15 319 61 25 343 662 12 649 106 923 369 1466 737 295 1280 1014 405 1557 6863 13 282 37 15 319 58 23 340 658 14 649 106 907 363 1450 723 289 1266 997 399 1540 6788 15 473 82 594 238 986 512 205 904 638 255 1030 4723 16 112 15 6 127 26 10 138 265 17 1043 177 638 255 1504 434 174 1300 763 305 1629 7033 18 1043 177 585 234 1451 434 174 1300 676 270 1542 6893 19 578 98 517 207 997 339 135 819 628 251 1108 4562 20 473 82 594 238 986 512 205 904 638 255 1030 4723 21 112 15 6 127 26 10 138 265 22 649 106 943 377 1486 744 297 1287 1041 416 1584 6931 А 3528 1411 4939 4939 Qзд 88556 5. Компоновка системы отопления В здании запроектирована однотрубная водяная система отопления, тупиковая, с нижней разводкой магистралей. Параметры теплоносителя в тепловой сети 125-70˚С, а в системе отопления 95-70˚С. Перепад давлений на вводе в здание 50 кПа. Тепловой пункт располагается в подвале здания в специально отведенном помещении вдоль внутренней капитальной стены. Отопительные приборы присоединяются к стоякам во всех помещениях кроме лестничной клетки с помощью смещенного замыкающего участка. Отопительные приборы к стояку лестничной клетки присоединяются по проточной схеме. Удаление воздуха из системы отопления осуществляется с помощью автоматических воздушных кранов, расположенных в верхних точках отопительных приборов последнего этажа.
Применяется открытая прокладка отопительных труб. Длина подводки к отопительным приборам не превышает 1,25-1,5м, уклон подводки - 5 -10 мм на всю её длину (при длине до 0,5м допускается прокладка подводки без уклона). При размещении стояков: обособляют стояки для отопления лестничных клеток, помещают стояки в углах наружных стен, предусматривают их изгибы для компенсации теплового удлинения труб. Магистрали прокладываются в технических помещениях с разделением системы отопления на две пофасадные части. При размещении магистралей предусматривают свободный доступ к ним для осмотра, ремонта и замены, а также уклон (рекомендуется 0,003, при необходимости по СНиП допустим минимальный уклон 0,002) и компенсацию теплового удлинения труб. На подводках к отопительным приборам устанавливают регулирующие краны (только для эксплуатационного регулирования), имеющие пониженный (до 5) коэффициент местного сопротивления (ручные краны – проходные КРП и трехходовые КРТ; автоматические краны). 6. Гидравлический расчет системы отопления Гидравлический расчет системы отопления выполняется согласно [4] и [5]. Метод расчета - по удельным потерям давления на участках и постоянному перепаду температур в стояках. 1. Определение располагаемого перепада давлений: , где - располагаемый перепад давлений, Па; - перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом, Па; - естественное (гравитационное) циркуляционное давление, Па, которым в ходе расчета можно пренебречь. Коэффициент смешения элеватора: При U=1,2 и =50 кПа перепад давлений после элеватора составляет=10 кПа. Тогда кПа. 2. Определение средних удельных потерь давления на трение , где β=0,65 (для систем с искусственной циркуляцией); - сумма длин участков главного циркуляционного кольца. Па 3. Определение расхода воды на участках: теплотехнический нагревательный отопление гидравлический , где с – теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг·К); и - коэффициенты, принимаемые в данном случае 1,02 и 1,04 соответственно. Для участка №12 расход воды определяется по формуле: Данные расчета представлены в таблице 4. Определение запаса , т.е. является допустимым. Увязку главного циркуляционного кольца производим с кольцом, проходящим через стояк 4 (табл. 4). Таблица 4 Гидравлический расчет системы отопления № уч. Q, Вт G, кг/ч l, м d, мм R, Па/м Rl, Па V, м/с Δpv, Па Σζ Z, Па Rl+Z 1 88556 3228 7,8 50 60 468 0,458 103,02 1,5 154,53 622,53 2 45049 1642 6,8 40 50 340 0,360 63,80 1,5 95,70 435,70 3 25466 928 2,1 32 45 94,5 0,311 47,39 10,5 497,60 592,10 4 20021 730 1,4 25 80 112 0,348 59,10 1,5 88,65 200,65 5 12769 466 3,6 20 120 432 0,363 65,03 1,5 97,55 529,55 6 7522 274 37 20 38 1406 0,198 19,24 133,1 2560,84 3966,84 7 12769 466 3,6 20 120 432 0,363 65,03 3 195,09 627,09 8 20021 730 0,6 25 80 48 0,348 59,10 3 177,30 225,30 9 25466 928 2,1 32 45 94,5 0,311 47,39 12 568,68 663,18 10 45049 1642 6 40 50 300 0,360 63,80 3 191,40 491,40 11 88556 3228 8,2 50 60 492 0,458 103,02 1,5 154,53 646,53 12 - 1761 0,4 40 60 24 0,390 74,60 1,5 111,90 135,90 Σ 9136,76 Расчет стояка 5 5123,48 13 7252 264 26,2 25 70 1834 0,274 37,10 80,3 2979,1 4813,13 Невязка Таблица 5 Местные сопротивления участков № уч. Наименование местного сопротивления ζ
Σζ 1 Задвижка 50 Отвод 90˚ 50 – 2 шт. 0,5 0,5 1,5 2 Тройник 50*50*40 в ответвлении 1,5 1,5 3 Тройник 40*32*32 в ответвлении Вентиль 32 1,5 9 10,5 4 Тройник 32*32*25 в ответвлении 1,5 1,5 5 Тройник 25*25*20 в ответвлении 1,5 1,5 6 Тройник 20 в ответвлении Тройник 20 на противотоке Отвод 90˚20 - 2 шт. Вентиль 20 – 2шт. Радиаторный участок промежуточный-8 шт. Радиаторный участок верхний – 2 шт. 1,5 3 1,5 10 11,6 6,4 133,1 7 Тройник 25*25*20 на противотоке 3 3 8 Тройник 32*32*25 на противотоке 3 3 9 Тройник 40*32*32 на противотоке Вентиль 32 3 9 12 10 Тройник 50*50*40 на противотоке 3 3 11 Отвод 50 – 2 шт Задвижка 50 0,5 0,5 1,5 12 Тройник 40 в ответвлении 1,5 1,5 13 Тройник 20 в ответвлении Тройник 20 на противотоке Отвод 90˚ 20 – 2 шт. Вентиль 20 – 2 шт. Радиаторный участок промежуточный–4шт. Радиаторный участок верхний – 1 шт. 1,5 3 1,5 10 11,6 6,4 80,3 7. Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов ведется согласно [5]. Марка отопительного прибора: чугунный радиатор РД-90 Расчет ведется для отопительных приборов одного стояка (стояк 5) по формуле: , (табл. 6); (табл. 7). Таблица 6 Теплоотдача трубопроводов по стояку 5 Номер помещения и Наимено-вание участка d, мм l, м , ˚C ˚С , Вт/м , , Вт/м , Вт 108 22˚ Стояк 20 0,40 95,00 73,00 97 38,80 545,70 Стояк 20 0,50 95,00 73,00 78 39,00 Подводка 20 0,35 95,00 73,00 97 33,95 Зам. уч-к 20 0,50 92,33 70,33 74 37,00 Подводка 20 0,35 89,65 67,65 89 31,15 Стояк 20 2,40 89,65 67,65 69 165,60 Стояк 20 3,40 70,00 48,00 45 153,00 Стояк 20 0,80 70,00 48,00 59 47,20 208 22˚ Стояк 20 0,40 89,65 67,65 69 27,60 422,20 Подводка 20 0,35 89,65 67,65 89 31,15 Зам. уч-к 20 0,50 87,34 65,34 66 33,00 Подводка 20 0,35 85,02 63,02 81 28,35 Стояк 20 2,40 85,02 63,02 64 153,60 Стояк 20 3,30 70,00 48,00 45 148,50 308 22˚ Стояк 20 0,40 85,02 63,02 64 25,60 394,80 Подводка 20 0,35 85,02 63,02 81 28,35 Зам. уч-к 20 0,50 82,70 60,70 60 30,00 Подводка 20 0,35 80,38 58,38 73 25,55 Стояк 20 2,40 80,38 58,38 57 136,80 Стояк 20 3,30 70,00 48,00 45 148,50 408 22˚ Стояк 20 0,40 80,38 58,38 57 22,80 371,75 Подводка 20 0,35 80,38 58,38 73 25,55 Зам. уч-к 20 0,50 78,06 56,06 54 27,00 Подводка 20 0,35 75,74 53,74 66 23,10 Стояк 20 2,40 75,74 53,74 52 124,80 Стояк 20 3,30 70,00 48,00 45 148,50 508 22˚ Стояк 20 0,40 75,74 53,74 52 20,80 139,65 Подводка 20 0,35 75,74 53,74 66 23,10 Зам. уч-к 20 0,50 72,87 50,87 49 24,50 Подводка 20 0,35 70,00 48,00 59 20,65 Стояк 20 0,40 70,00 48,00 59 23,60 Стояк 20 0,60 70,00 48,00 45 27,00 Таблица 7. Расчет площади теплоотдающей поверхности отопительных приборов Радиатор марки РД-90, =675 Вт/м², f=0,203м²
Номер помещения , Вт , Вт , ˚С , ˚С ˚С ˚С , ˚С ˚С G, кг/ч 108 1549 545,70 95,00 89,65 5,35 92,33 22 70,33 263,89 208 1343 422,20 89,65 85,02 4,63 87,34 22 65,34 264,37 308 1343 394,80 85,02 80,38 4,64 82,70 22 60,70 263,80 408 1343 371,75 80,38 75,74 4,64 78,06 22 56,06 263,80 508 1674 139,65 75,74 70,00 5,74 72,87 22 50,87 265,81 Схема подачи воды n p b , Вт/м² ,м² m, шт. ↑↓ 0,25 0,04 1 671 1 1,06 1,53 1,024 7 0,25 0,04 1 612 1 1,06 1,54 1,024 7 0,25 0,04 1 558 1,02 1,06 1,72 1,013 8 0,25 0,04 1 505 1,03 1,06 1,94 1,003 10 0,25 0,04 1 447 1,04 1,06 3,43 0,967 17 8. Подбор вспомогательного оборудования индивидуального теплового пункта
1. Подбор элеватора Для подбора элеватора определяем расчетный коэффициент смешения (с 15 %-ным запасом) и приведенные расход воды: ,
где - расход воды на головном участке системы отопления – из гидравлического расчета с переводом, т/ч; Потери давления в главном циркуляционном кольце системы отопления с 10 %-ным запасом, Па. (т/ч) Принимаем элеватор ВТИ – теплосети Мосэнерго номер 1 со следующими характеристиками: - диаметр горловины – 15 мм; - размеры: L=425 мм, А=90 мм, С=110 мм, =37 мм, =51 мм, =51 мм; - длина сопла полная – 110 мм; - длина сменной части сопла – 55 мм; - масса элеватора – 10 кг; - диаметр сопла – 12 мм. 2. Подбор грязевика Подбор грязевика осуществляем с учётом диаметров подводящих трубопроводов так, чтобы скорость в поперечном сечении корпуса была не более 0,05 м/с: , где При температуре 95˚ плотность воды равна 961,9 кг/м³, тогда м³/ч м Принимаем грязевик № 2 серии 10Г с =40 мм, =159 мм и размерами: H=270 мм, L=350 мм, d=40 мм, s=3,5 мм, h=170 мм. Масса грязевика 21,28 кг. 9. Расчет воздухообмена помещений здания Воздухообмен помещений определяется по одной из формул: или , где L- количество воздуха, удаленного из помещения, м³/ч; n – нормативная кратность воздухообмена, 1/ч; V- внутренняя кубатура помещения, м³; m – норма воздухообмена на 1 м² площади пола помещения, м³/(ч·м²). Таблица 8. Определение воздухообмена помещений и ориентировочных размеров вертикальных вытяжных каналов № пом. Наименование помещения Площадь , A, м² Кратность или норма воздухообмена, n, 1/ч, m, м³/(ч·м²) Воздухообмен помещения, L, м³/ч 01 жилая комната 10,64 3 32 02 ванная 4,40 25 25 03 кухня 8,16 90 90 04 санузел 1,89 25 25 05 ванная 4,40 25 25 06 жилая комната 17,68 3 53 07 коридор межкв. 27,50 - - 08 жилая комната 17,68 3 53 09 кухня 8,16 90 90 10 санузел 1,89 25 25 11 ванная 4,40 25 25 12 жилая комната 10,64 3 32 13 ванная 4,40 25 25 14 жилая комната 10,64 3 32 15 кухня 8,16 90 90 16 санузел 1,89 25 25 17 жилая комната 17,68 3 53 18 жилая комната 17,68 3 53 19 жилая комната 9,80 3 29 20 кухня 8,16 90 90 21 санузел 1,89 25 25 22 жилая комната 10,64 3 32 А лестничная клетка 16,2 - - 10. Компоновка естественных вытяжных вентиляционных систем В здании запроектирована вытяжная и приточная вентиляция с естественным побуждением. Удаление воздуха из помещений квартир запроектировано через вытяжные каналы кухонь, уборных, ванных и совмещенных санузлов. Вытяжной канал из кухни можно объединять с вытяжным каналом из ванной комнаты (при совмещенном санитарном узле); вентиляционные каналы из уборной и ванной одной квартиры можно объединить в общий канал; вентиляционные каналы из кухонь и санитарных узлов, расположенные на разных этажах, можно объединить в сборный вертикальный канал. Для систем, которые объединяют вытяжные каналы квартир, ориентированные на одну сторону, устанавливают дефлектор.
11. Аэродинамический расчет естественной вытяжной вентиляционной системы Расчет ведется методом удельных потерь давления. 1.Определение располагаемого естественного давления Располагаемое естественное давление определяется по формуле: , где Н - высота воздушного столба, принимаемая от центра вытяжного отверстия до устья вытяжной шахты, м; g – ускорение свободного падения (9,81 м/с² ); и - плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³. При температуре наружного воздуха = 5˚С плотность воздуха равна 1,27 кг/м³, при температуре внутреннего воздуха равной = 22˚ (с/у) плотность воздуха равна 1,197 кг/м³; = 21˚ (кухня) плотность воздуха равна 1,201 кг/м³; = 25˚ (ванная) плотность воздуха равна 1,185 кг/м³. Располагаемое давление для вентиляционного канала из кухни для разных этажей (с учётом, что вытяжка воздуха из помещений производится из верхней зоны на высоте 0,5м от потолка) составит: Па Па Па Па Па Располагаемое давление для вентиляционного канала из с/у для разных этажей (с учётом, что вытяжка воздуха из помещений производится из верхней зоны на высоте 0,5м от потолка) составит: Па Па Па Па Па Фактические суммарные потери давления на указанных участках не должны превышать располагаемого давления. 2. Определение полных потерь давления Изначально принимаем скорость движения воздуха V´=1,0м/с и определяем ориентировочный размер сечения канала по формуле: По принятому сечению канала фактическую скорость воздуха на участке определяем по формуле: Эквивалентный диаметр трения по скорости для канала: теплотехнический нагревательный отопление гидравлический Таблица 10 Коэффициенты местных сопротивлений Номер участка Наименование местных сопротивлений ζ Σζ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 Жалюзийная решетка с подвижными жалюзи 1,21 2,31 Отвод под 90˚ 1,1 12. Подбор вспомогательного оборудования Жалюзийные решетки принимаем размером 200*200 с живым сечением 0,023м². Принимаем дефлектор №3 с диаметром патрубка 300 мм. Список литературы 1. СНиП «Строительная климатология» 23.01.99*/ Госстрой России, М. 2003. 2. ГОСТ 30494-96. Международный стандарт. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. М.НТКС, Москва, 1999. 3. СНиП «Тепловая защита зданий» 23-02-2003/ Госстрой России. – М.: 2004. 4. СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» 41-01-2003/ Госстрой России, М. 2004. 5. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч.Ч.1. Отопление/ В.Н. богословский, Б.А.Крупнов, А.Н. Сканви и др.; Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990 – 344 с.: ил. – (Справочник проектировщика).