Курсовая работа: Тепловой расчет системы водяного отопления

Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный архитектурно-строительный университет

Курсовой проект

по дисциплине «Отопление»

«Тепловой расчет системы водяного отопления»

Выполнил:

студент гр. 6671

Блоховцов Е.

Проверил:

Хромова Е.М.

Томск 2011г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

1.1.1 Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха

1.1.2 Определение требуемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

1.2 Определение коэффициента теплопередачи для наружных стен

1.3 Определение коэффициента теплопередачи покрытия

1.4 Определение коэффициента теплопередачи окон

1.1.5 Определение коэффициента теплопередачи наружных дверей

1.6 Определение коэффициента теплопередачи полов

1.7 Расчет тепловой мощности системы отопления

1.7.1 Уравнение теплового баланса

1.7.2 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции здания

1.7.3 Дополнительные потери теплоты через ограждающие конструкции

1.8 Выбор системы отопления

1.8.1 Выбор и размещение стояков

1.8.2 Выбор и размещение отопительных приборов

1.9 Расчет поверхности нагревательных приборов

1.10 Гидравлический расчет системы отопления

1.10.1 Гидравлический расчет системы водяного отопления по удельным потерям на трение

1.11 Подбор оборудования узла управления

Список литературы

Введение

Потребление тепловой энергии в нашей стране, как и во всем мире, неуклонно возрастает, и прежде всего для теплообеспечения зданий и сооружений.

В настоящее время в целях экономии энергии при обеспечении санитарно-гигиенических и оптимальных параметров микроклимата помещений и долговечности ограждающих конструкций, устанавливаются требования к тепловой защите зданий. Эти требования рассматриваются так же с точки зрения охраны окружающей среды, рационального использования не возобновляемых природных ресурсов, уменьшения влияния “парникового эффекта” и сокращения выделений двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу.

Требования СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” предусматривают значительное возрастание требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Этот показатель увеличился в 3-3,5 раза. Такое увеличение теплозащиты зданий позволяет обеспечить тепловой комфорт в помещении, снизить потребление топлива и затраты на отопление.

Проектом предусматривается тепловая изоляция наружных стен утеплителем из жестких негорючих минераловатных плит ВЕНТИ БАТТС.

Для защиты утеплителя и устройства вентилируемой воздушной прослойки, применена навеска металлических сайдинговых панелей на прикрепленные к стене металлические конструкции.

Вентилируемые воздушный зазор предотвращает накопление влаги в утеплителе, профиль сайдинга предохраняет утеплитель от механических повреждений и внешних атмосферных воздействий, что обеспечивает, в конечном итоге, долговечность утеплителя.

Проектом предусматривается так же замена светопрозрачных ограждающих конструкций на более эффективные.

1. Технологическая часть

1.1 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

1.1.1 Расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха

Расчетные температуры наружного воздуха для теплотехнического расчета ограждающих конструкций принимаем согласно СНиП [ ]

Для г. Кемерово:

Zht – 231 день – отопительный период;

tht = минус 8,3 0С – средняя температура отопительного периода;

texe=минус 39 0С – средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспе- ченностью 0,92.

Зимнюю температуру наружного воздуха tн при расчете теплопотерь принимаем равной средней температуре наиболее холодной пятидневки:

tн = минус 39 0С;

Расчетную температуру внутреннего воздуха, принимаем согласно [ ]:

tв = 20 0С;

Зона влажности – сухая [2], влажностный режим помещений для г. Кемерово – нормальный. Следовательно, теплотехнические показатели слоев ограждений принимаем по условиям эксплуатации А.

Температуру внутреннего воздуха (tв) для помещений детских садов принимаем по [ ] и сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Параметры внутреннего воздуха

1.1.2 Определение требуемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать в соответствии со значениями, определяемыми, исходя из санитарно – гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения .

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, отвечающих санитарно – гигиеническим и комфортным условиям, вычисляются по формуле, м2 0С/Вт:

Rreq = n (tint – text) / th х int (1.1)

Где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по , таблица 6; n = 1;

tint – расчетная температура внутреннего воздуха, 0С, принимаемая согласно [ ] и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; tint = 20 0С;

text – расчетная зимняя температура наружного воздуха, в холодный период года, 0С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,29 по ; text = минус 39 0С;

th – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаем по , таблица 5; th = 4 0С;

int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2 0С), принимаемый по , таблица 7; int = 8,7 Вт/(м2 0С);

(м2 0С)/Вт;

Требуемое сопротивление теплопередаче, Rreq, исходя из условий энергосбережения, определяется по , таблица 4, с учетом градусо-суток отопительного периода (Dd), 0Ссут, определяемого по формуле:

Dd = (tint - tht) Zht (1.2)

Dd = (20 + 8,3) 231 = 6537,3 0Ссут

1.2 Определение коэффициента теплопередачи для наружных стен

Для расчета тепловых нагрузок системы отопления необходимы значения коэффициентов теплопередачи через наружные ограждения здания.

Коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения вычисляются по формуле:

К = 1 / R0; (1.3)

Где R0 - сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции, (м2 0С)/В;

R0 = 1/ int + (1.4)

Где int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2 0С), принимаемый по , таблица 7;

int = 8,7 Вт/(м2 0С);

ext – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 0С), принимаемый по , таблица 6; ext = 23,0 Вт/(м2 0С);

i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2 0С), принимаемый по , таблица 3;

Расчет начинается с определения требуемого сопротивления теплопередаче Rreq, (м2 0С)/Вт:

Таблица 1.2 – Теплофизические свойства материалов наружной стены

Значение Rreq, определяется по формуле:

Rreq = а Dd + b , (м2 0С)/Вт; (1.5)

Rreq = 0,00035 х 6537,3 + 1,4 = 3,69 (м2 0С)/Вт;

Определяем сопротивление теплопередачи наружной стены по формуле (1.4):

= 1/8,7 + 0,02/0,76 + 0,51/0,58 +0,15/0,04 + 1/23 = 4,72 (м2 0С)/Вт;

С учетом наличия гибких связей в приведенное сопротивление вводится коэффициент теплотехнической однородности конструкции стены, r = 0,8:

= R0 х r (1.6)

Определим сопротивление теплопередачи с учетом коэффициента теплотехнической однородности конструкции стены:

= 4,72 х 0,8 = 3,78 (м2 0С)/Вт;

R0 - требование СНиП выполняется

Определяем коэффициент теплопередачи наружной стены :

Кнс = 1/3,78 = 0,26 Вт/(м2 0С);

1.3 Определение коэффициента теплопередачи покрытия

Таблица 1.3 – Теплофизические свойства материалов

Требуемое сопротивление теплопередачи Rreq, (м2 0С)/Вт определим по формуле:

Rreq = 0,0005 х 6537,3 + 2,2 = 5,47 (м2 0С)/Вт;

Сопротивление теплопередачи покрытия определяется по формуле:

Rпок = 1/8,7 + 0,01/0,17 + 0,01/0,17 + 0,025/0,76 + 0,04/0,17 + 0,21/0,041 + 0,2/1,92 + 1/23 = 5,53 (м2 0С)/Вт;

R0 Rreq - требование СНиП выполняется.

Определим коэффициент теплопередачи покрытия по формуле:

Кпок = 1/5,53 = 0,18 Вт/(м2 0С);

1.4 Определение коэффициента теплопередачи для окон

Приведенное сопротивление теплопередаче Rreq заполнений проемов (окон, балконных дверей и фонарей) принимается по , таблица 4, для значения Dd = 6537,3 0С сут, определенного ранее.

Rreq = 0,00005 х 6537,3 + 0,3 = 0,63 (м2 0С)/Вт.

Принимаем окна – двухкамерный стеклопакет в раздельных деревянных переплетах из стекла обычного с R0 = 0,65 (м2 0С)/Вт.

Определим коэффициент теплопередачи через заполнение световых проемов

Кок = 1/0,65 = 1,54 Вт/(м2 0С).

1.5 Определение коэффициента теплопередачи наружных дверей

Расчетный коэффициент теплопередачи через наружные двери определяется как разность между действительным коэффициентом и коэффициентом теплопередачи стены.

Требуемое сопротивление теплопередачи через наружные двери определяется по формуле:

= 0,6 х 1,7 = 1,02; (1.7)

Материал дверного полотна – плита древесноволокнистая (плотность =200 кг/м3; коэффициент теплопроводности = 0,07 Вт/м3 0С; толщина двери = 0,06 м). Фактическое сопротивление теплопередачи R0, Вт/(м2 0С) определяем по формуле 1.4:

R0ДВ = 1/8,7 + 0,06/0,07 + 1/23 = 1,02 Вт/(м2 0С).

Определяем расчетный коэффициент теплопередачи для наружных дверей:

КДВ = 1/ R0ДВ – КСТ = 1/1,02 – 0,26 = 0,72 Вт/(м2 0С).

1.6 Определение коэффициента теплопередачи полов

Таблица 1.4 – Теплофизические свойства материалов

Требуемое сопротивление теплопередаче Rreq, (м2 0С)/Вт определяется по формуле:

Rreq = 0,00045 х 6537,3 + 1,9 = 4,84 (м2 0С)/Вт;

Фактическое сопротивление теплопередачи пола первого этажа определяется по формуле:

= 1/8,7 + 0,07/0,29 + 0,02/0,76 + 0,18/0,041 + 0,2/1,92 + 1/23 =

=4,92 (м2 0С)/Вт;

- требование СНиП выполняется.

Коэффициент теплопередачи пола первого этажа определяется по формуле:

КПЛ = 1/ 4,92 = 0,2 Вт/(м2 0С).

1.7 Расчет тепловой мощности системы отопления

1.7.1 Уравнение теплового баланса

Для компенсации теплопотерь через наружные ограждения устраивают системы отопления.

Расчетные теплопотери помещений административного здания Q0 вычисляют по уравнению теплового баланса:

Q0 = QОГР + QД (1.8)

Где QОГР – основные потери теплоты через ограждающие конструкции здания, Вт;

QД – суммарные добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции здания, Вт.

1.7.2 Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции здания

Основные потери теплоты Q0, Вт, через рассматриваемые ограждающие конструкции зависят от разности температуры наружного и внутреннего воздуха и рассчитываются с точностью до 10 Вт по формуле:

Q0 = А х К х ( tв – tн) х n;(1.9)

отопление теплопередача здание

Где: n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху по ;

tв – расчетная температура воздуха помещения, 0С;

tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, 0С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, принимаемая по ;

К – коэффициент теплопередачи наружного ограждения, Вт/(м2 0С);

А – расчетная поверхность ограждающей конструкции, м2;

При проведении расчетов пользуются следующими условными обозначениями ограждающих конструкций: НС- наружная стена; ОК – окно; Пт – потолок; Пл – пол; НД – наружная дверь.

Для помещений цокольного и первого этажей теплопотери определяются через наружные стены, остекления, полы.

Для помещений верхних этажей – через наружную стену, остекление, потолок.

Теплопотери для лестничной клетки определяются для всех этажей сразу, через все ограждающие конструкции, как для одного помещения.

1.7.3 Дополнительные потери теплоты через ограждающие конструкции

Дополнительные теплопотери, Вт, определяемые ориентацией ограждений

по сторонам света (в долях от основных теплопотерь), рассчитываются по по формуле:

QД.ОР = Qог х ор (1.10)

Где ор – коэффициент добавки на ориентацию.

Величина ор принимает следующие значения:

- 0,1 – для ограждений, ориентированных на север, северо-запад, северо-восток и восток;

- 0,05 – для ограждений, ориентированных на юго-восток и запад;

-0 – для ограждений, ориентированных на юг и юго-запад.

Дополнительные потери теплоты, Вт, на нагревание холодного воздуха, поступающего при кратковременном открывании наружных входов, не оборудованных воздушно-тепловыми завесами, принимаются в зависимости от типа входных дверей и высоты здания Н:

- для двойных дверей с тамбурами между ними:

QД.НД = QОГР.НД х (0,27 х Н); (1.11 )

- для двойных дверей без тамбура:

QД.НД = QОГР.НД х (0,34 х Н); (1.12 )

- для одинарных дверей:

QД.НД = QОГР.НД х (0,22 х Н); (1.13 )

Где QОГР.НД – основные теплопотери через наружные двери в помещении лестничной клетки, Вт.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 1.5

Таблица 1.5 – Расчет тепловых потерь помещения детского сада

1.8 Выбор системы отопления

При проектировании системы водяного отопления необходимо обеспечить расчетную температуру и равномерный нагрев воздуха в помещении, гидравлическую и тепловую устойчивость, взрывопожарную безопасность и доступность очистки и ремонта. Для помещений детских садов необходимо принимать при температуре теплоносителя плюс 85 градусов однотрубные системы отопления с радиаторами или конвекторами. Однотрубные системы обладают лучшей тепловой и гидравлической устойчивостью, в отличие от двухтрубных.

В проекте принята система однотрубная с горизонтальными кольцами (14 колец – по 7 на каждом этаже). Кольца подключаются к магистральным трубопроводам, прокладываемым в подвале. На каждом кольце установлены балансировочные клапаны марки MSV - M и клапаны запорные муфтовые с дренажным краном марки USV -1 . Удаление воздуха осуществляется через клапаны для выпуска воздуха (с клапаном безопасности) марки ABSOLUT , устанавливаемые на каждом приборе.

В качестве отопительных приборов приняты радиаторы алюминиевые марки ELEGANCE .

На подводках к радиатору предусматривается установка автоматического терморегулятора RTD - G и запорного радиаторного клапана RLV .

1.8.1 Выбор и размещение стояков

Стояки прокладываются, открыто и располагаются преимущественно у наружных стен на расстоянии 35 мм от внутренней поверхности до оси трубы при диаметре менее 32 мм. В местах пересечения стояков и подводок огибающие скобы устраивают на стояках изгибом в сторону помещения.

Конструкция стояков должна обеспечивать унификацию узлов и деталей. В соответствии с проектом, стояки размещены на расстоянии 150 мм от откоса

оконного проема. В угловых помещениях стояки размещены в углах наружных стен во избежание конденсации влаги на внутренней поверхности. В лестничной клетке предусмотрены стандартные стояки, подключенные к подающей магистрали, но имеющие возможность отключения от нее за счет запорных устройств. Для обеспечения требуемой температуры в лестничных клетках, предусмотрена установка радиаторов большей мощности.

1.8.2 Выбор и размещение отопительных приборов

В данном проекте принимаем к установке алюминиевые радиаторы ELEGANCE .

Отопительные приборы следует располагать у наружных стен, преимущественно под окнами, в местах доступных для осмотра, ремонта и очистки. В помещениях отопительные приборы устанавливаем в полунишах или открыто у стен. При установке приборов в нише или полунише расстояние от пола до низа прибора должно быть 60 мм; от верха прибора до подоконной доски – 50 мм; от прибора до поверхности штукатурки стены – 25 мм.

1.9 Расчет поверхности нагревательных приборов

Тепловой расчет системы отопления заключается в определении площади поверхности отопительных приборов. К расчету приступают после выбора типа отопительных приборов, места установки, способа присоединения к тубам системы отопления, вида и параметров теплоносителя, температура воздуха в отапливаемом помещении.

Поверхность нагрева отопительных приборов в однотрубных системах отопления рассчитывается с учетом температуры теплоносителя на входе в каждый прибор t вк , 0С, количество теплоносителя, проходящего через прибор, G пр , м3/ч и величины тепловой нагрузки Q пр , Вт.

Расчет отопительного прибора осуществляется в следующей последовательности:

а) Вычерчивается расчетная схема стояка, принимается тип отопительного прибора и место установки, схема подачи теплоносителя в прибор, конструкция узла прибора, равная теплопотерям Q пр , Вт;

б) Определяется суммарное понижение расчетной температуры воды tп.м., 0С, на участках подающей магистрали от начала системы до рассматриваемого отопительного прибора в соответствии с таблицей 1.6

Таблица 1.6 – Величина понижения температуры воды

в) Рассчитывается расход воды, Gпр, кг/ч, проходящей через каждый отопительный прибор:

Gпр = , (1.14)

где - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины, и = 1,04, принимаемый по ;

- коэффициент учета дополнительных тепловых потерь отопительных приборов у наружных ограждений, = 1,02, принимаемый по ;

- суммарные теплопотери в обслуживаемых помещениях, Вт;

с – удельная теплоемкость воды, с = 4,187 кДж/(кг 0С);

tr – температура воды на входе в систему отопления, принимается равной 85 0С;

t0 – температура воды на выходе из системы отопления, принимаемая равной 65 0С.

г) определяется температура воды, 0С, на входе в каждый отопительный прибор по ходу движения теплоносителя с учетом tп.м.:

tвх = tr - tп.м., (1.15)

д) Определяется средняя температура воды, 0С, в каждом отопительном приборе по ходу движения теплоносителя:

tср = , (1.16)

где tвх – температура теплоносителя, 0С, на входе в отопительный прибор;

tвых – температура теплоносителя, 0С, на выходе из отопительного прибора.

Для облегчения расчетов воспользуемся «Материалами для проектирования систем водяного отопления с местными нагревательными приборами», разработанными Сантехпроектом РФ.

где: Qприб – тепловая нагрузка на один прибор, Вт;

Qпривед – приведенная тепловая нагрузка, равная количеству тепла, теряемого теплоносителем при проходе через отопительные приборы, Вт;

tв – внутренняя температура помещения, в котором расположен нагревательный прибор, 0С;

tприб – температурный перепад в отопительном приборе, определяемый по графикам «Материалов для проектирования систем водяного отопления с местными нагревательными приборами», в зависимости от расхода теплоносителя на стояке и тепловой нагрузки на отопительном приборе, 0С;

-температура, теряемая теплоносителем при проходе через отопи-тельный прибор, 0С, определяемая по формуле:

= К х Qпривед, (1.17)

К – коэффициент, зависящий от тепловой нагрузки на стояк и разности температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и определяемый по формуле:

К = Dt / Qст (1.18)

Qну – теплоотдача 1 кВт поверхности отопительного прибора, определяемая в зависимости от температуры теплоносителя, внутренней температуры помещения, температурного перепада в отопительном приборе и от температуры, теряемой теплоносителем при проходе через отопительный прибор, Вт * кВт;

F – расчетная поверхность отопительного прибора, кВт, определяемая по формуле:

F = Qприб / Qну. (1.19)

Результаты расчетов отопительных приборов сводятся в таблицу 1.7

Таблица 1.7 – Расчет поверхности отопительных приборов