Проектування системи опалення житлової дев'ятиповерхової будівлі у м. Луганськ

Вступ Людству потрібна енергія, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Дана проблема загострюється роботою теплоенергетики України в мовах недостачі природних паливних ресурсів. На сьогодні енергозберігаючі технології одержали значний розвиток, зокрема у зниженні експлуатаційних витрат.

Ефективність використання енергоносіїв визначається не тільки ефективністю вироблення тепла й електричної енергії, але й збалансованістю режимів вироблення й поживання цієї енергії.

Розвиток опалення в Україні історично пов’язане з розвитком систем в царській Росії. В 20-ті роки в опалювальній практиці найпоширенішими були двотрубні системи водяного опалення, орієнтовані на місцеві джерела теплоти. У теперішній час найпоширеніші в житлових та громадських будинках однотрубні системи водяного опалення, що запроектовані ще до 1996 року (через те, що є уніфікованими системами опалення, мають більш низьку металоємність і дешевий у їх період будівництва енергоносій).

Опалення — це штучний обігрів приміщень будинку з відшкодуванням тепловтрат для підтримки в них температури на заданому рівні, обумовленому умовами теплового комфорту для людей, і вимогам технологічних процесів, що протікають.

Системи опалення призначені в основному для забезпечення названих температур. Для нормальної життедіяльності людського організму в зимових умовах температура тіла людини повинна дотримуватись не нижче +36°С. Умовами теплового комфорту відповідає температура повітря в діапазоні + 20…+22°С і не менше однократного в 1 ч повітробміну в приміщенні.

Проектування системи опалення для житлових будинків у наш час є дуже важливим і складним завданням.

Система опалення у першу чергу повинна забезпечити розрахункову температуру повітря з огляду на: втрати теплоти через конструкції, що обгороджують; витрату теплоти на нагрівання інфільтруючого зовнішнього повітря; витрати теплоти на нагрівання матеріалів, устаткування і транспортних засобів; тепловий потік, що надходить від електричних приладів, освітлення, технологічного устаткування, комунікацій людей та інших джерел.

В умовах підвищення вимог до систем опалення та жорсткості будівельних норм необхідно одночасно забезпечити максимально комфортні умови в приміщеннях і в той же час підвищити енергозбереження в системі при мінімальних витратах. Проблема енергозбереження є однією з актуальніших сьогодні.

Системи опалення є основним інструментом, що дозволяють створювати й підтримувати теплові комфортні умови в будинках і спорудах. Сьогодні до цих функцій додалася функція керування параметрами мікроклімату, що в сукупності із сучасними вимогами з енергозбереження виводить на перший план саме системи опалення, як більш енергоємні.

Сучасні системи опалення мають принципово інший підхід до регулювання — це не процес налагодження перед пуском з наступною роботою в постійному гідравлічному режимі, це системи з квазістаціонарним, тобто тепловим та гідравлічним режимами, які постійно змінюються в процесі експлуатації, що відповідно вимагає автоматизації систем для відстеження цих змін і реагування на них.

1. Загальна частина Система опалення проектується для дев’ятиповерхового житлового будинку, що знаходиться в м. Луганськ Вихідні дані: Географічне розташування будинку м. Луганськ;

Орієнтація на схід;

Вологий режим приміщення нормальний;

Температурна зона 1; кількість градусо-діб опалювального періоду d_д?3501.

Розрахункова температура зовнішнього повітря tн = -25⁰С (Сніп Будівельна кліматологія);

Вологість внутрішнього повітря ц_пов= 55%; за температури tз = -25⁰С.

Температура у системі опалення t1 = 95єC, t2 = 70єC;

Температура з котельні t1 = 150єC, t2 = 70єC;

Умови експлуатації огороджуючих конструкцій. А або Б визначити стосовно від вологісного режиму приміщення та зони вологості району будівництва по додатку 1.

Опір теплопередачі зовнішніх огороджень, якій вимагається:

R_q.min (стін) = мІ К/Вт;

R _q.min (підлога 1 поверх) мІ К/Вт;

R _q.min (гор. Пер) =мІ К /Вт;

R _q.min (вікна, балкон, двері наружні) = 0,5 мІ К /Вт.

2. Розрахункова частина

2.1 Теплотехнічний розрахунок зовнішніх огороджуючи конструкцій Тепловтрати через огородження, що виникають під впливом низької температури зовнішнього повітря й вітру, є складним фізичним процесом теплопередачі за участю конвекції, випромінювання й теплопровідності.

Мінімальний необхідний опір тeплoпepeдaчi R_q._mіn Вт/(м² К), повинно забезпечуватися у вcix випадках як мінімально припустимі санітарно — гігієнічним нормам. 3 цією метою проводять теплотехнічний розрахунок зовнішніх будівельних конструкцій.

Теплотехнічний розрахунок виконують для зовнішніх огороджень будинку у відповідності ДБН ВД.6−31:2006 «Теплова ізоляція будівель» [1.]. Конструкції зовнішніх огороджень приймаємо згідно завдання на проектування. ри нормальному режимі експлуатації приміщень визначають умови експлуатації огороджень, які залежать від режиму в приміщенні й вологості кліматичної зони. Умови експлуатації - А.

3 урахуванням умов експлуатації огороджень визначають теплофізичні характеристики матеріалів шарів огороджень i зводять їх у таблиці.

Розрахунок зовнішньої стіни проводимо в такій послідовності.

1. Визначаємо розрахункові теплофізичні характеристики будівельних матеріалів для зовнішньої стіни.

2.1.1 зовнішня стінова панель Таблиця 1

Теплотехнічні показники будівельних матеріалів

Визначаємо загальний опір теплопередачі через огорожі, R₀ (м²•⁰С/Вт):

де бв — коефіцієнт теплопередачі внутрішньої поверхні.

Для жилих будинків бв = 8.7 Вт/м ⁰С бн — 23 Вт/м єС — тільки для зовнішніх стін;

R_в— опір теплообміну у внутрішній поверхні огородження, (м²· ⁰С)/Вт

R_н— опір теплообміну у зовнішній поверхні огородження, (м²· ⁰С) /Вт

R_в.п— термічний опір замкнутої повітряної прослойки приймається із дод.4, (м²· К) /Вт;

Опір багатошарової конструкції огорожі визначається формулою:

Де — R₁, R₂…R_n— термічні опори окремих слоїв конструкції, (м^{2 0}С/Вт), які дорівнюють:

,…

де nчисло слоїв зовнішнього огородження;

д — товщина слою, м;

лкоефіцієнт теплопровідності матеріального слою, Вт/(м²· ⁰С).

Визначив товщину потрібного опору теплопередачі і прирівнявши її до дійсного термічного опору R₀, маємо рівняння з одним невідомим, котрим є товщина основного слою стіни:

РозвЧязуючи рівняння 3.9 відносно невідомої величини, знайти товщину основного слою (кладки), м л_х— коефіцієнт теплопровідності основного матеріалу стіни, (Вт/м· ⁰С).

R_к-термічний опір конструкції огорожі (м²· ⁰С) /Вт;

м²· ⁰С/Вт Стосовно конструкції зовнішньої стіни, яка приведена на мал. 1, товщина цегляної стіни визначиться із балансового рівняння:

м Приймаємо товщину утеплювача д_ут= 0,19 м.

Опір теплопередачі для зовнішніх огороджуючих конструкцій із умов теплозбереження визначають по його нормативному значенню

=2,8 мІ ⁰С /Вт? = 2,8 мІ ⁰С /Вт Визначаємо коефіцієнт теплопередачі:

К_ст =

Визначаємо теплову інерцію будівлі D за формулою:

де R₁, R₂…R_n-термічні опори окремих слоїв конструкції (м²· ⁰С /Вт);

S₁, S₂…S_n— коефіцієнти теплозасвоєння матеріалів слоїв конструкції Вт/(м²⁰С).

2.1.2 Підлога першого поверху Таблиця 2

Таблиця матеріалів

Визначаємо загальний опір теплопередачі:

де бв = 8.7 Вт/м^{2 0}С — коефіцієнт теплопередачі внутрішньої поверхні

бн = 12 Вт/м^{2 0}С — коефіцієнт теплопередачі зовнішньої поверхні;

Опір багатошарової конструкції огорожі визначається формулою:

Де — R₁, R₂…R_n — термічні опори окремих слоїв конструкції, (м²· ⁰С/Вт), які дорівнюють:

,…

де nчисло слоїв зовнішнього огородження;

д — товщина слою, м;

лкоефіцієнт теплопровідності матеріального слою, Вт/(м²· К).

Знаходимо товщину утеплювача, м:

м

= мІ ⁰С /Вт Визначаємо коефіцієнт теплопередачі:

K =

Визначаємо теплову інерцію будівлі D за формулою:

=3,61 мІ ⁰С/Вт? = 3,5 мІ ⁰С/Вт

2.1.3 Горищне перекриття Таблиця 3

Таблиця матеріалів

Визначаємо загальний опір теплопередачі:

де б_в = 8.7 Вт/м^{2 0}С;

б_н = 12 Вт/м^{2 0}С.

Визначаємо товщину утеплювача:

м мІ⁰С/В, где

R =3,3 мІ ⁰С/Вт? 3,3= мІ ⁰С /Вт Визначаємо коефіцієнт теплопередачі огородження, Вт/(м ⁰С):

K =

Визначаємо теплову інерцію будівлі D за формулою:

Вікна та балконні двері:

R_q.min = 0,6 м^{2 0}С /Вт

K = = Вт/м^{2 0}С

— коефіцієнт теплопередачі для вікон та Таблиця 4

Теплофізичні показники огороджень

2.2 Розрахунок теплових втрат зовнішніми огороджувальними конструкціями У кожнім приміщенні будинку проставляють нумерацію. Приміщення першого поверху позначають 101, 102 і т.д. Приміщення другого поверху — 201, 202 і т.д. Сходову клітку позначають ЛК, її вважають за одне приміщення. Приміщення розташовують соосно. Для кожного приміщення проставляють температуру внутрішнього повітря.

Тепловтрати ділять на:1 — основні; 2 -додаткові.

Основні тепловтрати знаходять за формулою:

Q_о = К F (t_в — t_н) n, де К — коефіцієнт теплопередачі;

F — площа огорожі, мІ

t_в — температура внутрішнього повітря приміщення Для житлових вуглових кімнат t_в = 20єС;

Для житлових не вуглових кімнат t_в = 18єС;

Для коридорів t_в = 18єС;

Для кухонь t_в = 18єС;

Для сходинкової клітки t_в = 16єС;

t_н — температура найбільш холодної п’яти днівки:

t_н = - єС — для м.

К — коефіцієнт відношення зовнішнього огородження до зовнішнього повітря Визначаємо h висоту поверху

h1_эт = h_эт + д_{підлоги}, де

h_эт — висота поверху, м д_{підлоги} — товщина підлоги

h1эт = 2,8 + 0,30 = 3,1 м Введемо позначки:

СТ — стеля;

ЗСзовнішня стіна;

ПВ — подвійне вікно;

ПДпідлога;

ПД — подвійні двері.

2.3 Визначення додаткових тепловтрат

— розрахунок по сторонах світу;

— розрахунок на обдуваємість приміщень з двома зовнішніми огорожами і більше 5%;

— розрахунок на підігрів повітря, що попадає через зовнішні двері: 80 n,

де n — етажність С тамбуром:

5эт = 80 · 5= 400%

— розрахунок на обдуваємість огорож повітрям.

2.4 Визначення теплової потужності системи опалення Для визначення теплової потужності системи опалення Q_оп необхідно скласти тепловий баланс приміщень і будівлі в цілому виді, Вт:

де Q_пот— втрати тепла через зовнішні огорожі(потенційні тепловтрати), Вт;

Q_в.— втрати тепла через зовнішні огорожі на нагрів повітря, який поступає в приміщення при вентиляції.

Q_д.т.— додаткові тепловтрати, Вт Визначення тепловтрат на нагрів вентиляційного повітря проізвести по формулі:

Q_в = 0,337Аh (t_В-t_З), Вт, де А_n— площа полу, розраховуємого приміщення, м²;

Додаткові тепловтрати на будівлю визначають по формулі:

Вт, де А_ж-площа жилого приміщення, м²;

А_кв— площа квартири, м²;

Розрахунок теплової потужності системи опалення виповнити в табличній формі

2.5 Визначення питомої теплової характеристики будівлі

Визначаємо тепловтрати усієї споруди:

Qспор. = Q1пов. + 7 Q₅пов. + Q9пов. + Qхк.

2.6 Конструювання та розрахунок системи опалення Система опалення — це комплекс елементів і пристроїв, призначених для одержання. переносу й передачі тепла від теплоносія повітрю опалювального приміщення. Основними функціями системи опалення є одержання, перенос і передача тепла. Дана система опалення по місці розміщення генератора теплоти є місцевої, по виду теплоносія — води.

Приймаємо систему водяного опалення з горищного підлогою магістраллю Т1 та зворотною магістраллю Т2 у підвалі. В будівлі встановлені чавунні радіатори .

В приладах встановлені крани подвійного регулювання.

Вибір типу системи обґрунтовується безшумністю дії, простотою центрального регулювання системи, забезпеченням рівномірного прогріву приміщень, а також невисокою температурою нагрівання поверхонь опалювальних приладів Магістралі - це трубопроводи, що з'єднують головний зворотний стояк, що подає стояк і розподільний, що подає. Магістралі прокладають по периметру будинку уздовж зовнішніх стін.

Стояки системи опалення Г-Гі Т-Образні. Призначення стояків передбачають із урахуванням мінімізації їх кількості. Відособлений стояк проектують для сходової клітки (Г-Образний). Стояки прокладають відкрито, уздовж зовнішніх стін, переважно під віконними прорізами й передбачають ухил.

Радіаторний вузол містить у собі опалювальний прилад, що подає й зворотну підводки, що замикає ділянка й регулюючу арматури

2.7 Тепловий розрахунок системи водяного опалення Розрахунок стояку Визначаємо теплове навантаження стояку:

Qст. = Q_ком1 + 7•Q _{ком 5} · +Q_ком9 + Q_хк Вт

Визначаємо кількість води Gст., яка проходить крізь стояк:

(кг/год),

де с — теплоємкість води, с = 4,19 Дж/кг єС;

t_г — температура гарячої води, t_г = 95 єС;

t_о — температура зворотної води, t_о = 70 єС;

кг/год Згідно d труб та швидкості руху води приймаємо коефіцієнт затикання л = 0,45

Визначаємо кількість води, яка проходить крізь прилад.

Gпр. = л Gст. (кг/час),

Де л — коефіцієнт затікання;

Gст. — кількість води, яка проходить крізь стояк.

Gпр. = 0,45 320,5= 144 кг/год Визначаємо температуру води, яка входить до приладу:

(єС), де

t1 — температура гарячої води;

Qст. — теплове навантаження стояку.

УQ_пр — сумарні тепловтрати приміщень, які обслуговують опалювальні прилади, роз ташовані за рухом води до розрахунку опалювального приладу, табл. 12.2 (Любарець, Зайцев);

в₂ — коефіцієнт врахування додаткових тепловтрат опалювальних приладів, розташованих в зовнішніх огородженнях; в₂ = 1,01

в₃ — коефіцієнт, враховує спосіб установки опалювальних приладів; в₃ = 1;

⁰С;

єС Визначаємо температурний напір в опалювальному приладі:

(єС) де t_вх — температура води, що входить в опалювальний прилад, ⁰С;

t_{о п.}— температура води, в опалювальному приладі, ⁰С;

t_вн — температура в кімнаті, ⁰С;

Визначаємо температуру в опалювальному приладі:

де б= 0,45 — коефіцієнт затікання;

⁰С;

⁰С;

Приймаємо номінальний тепловий потік qном. = 185 Вт/мІ.

Визначаємо тепловіддачу відкрито прокладених сталевих труб в опалювальному приміщенні:

(Вт), де

q_тр. — тепловий потік 1 м відкрито прокладених труб, визначаємо по d_тр та по Дt_тр (по графіку Любарець, стор.144);

lв. — довжина вертикально прокладених труб;

lг. — довжина горизонтально прокладених труб.

lв. = hпов. = 2,9 м;

під. — довжина підводки;

dст. = 15 мм;

Lпід. = 0,5 м;

Визначаємо теплову потужність в опалювальних приладах.

Qо.п. = (Q_і— 0,9 Qтр.) в₂•в₃(Вт) де в₂ — коефіцієнт врахування додаткових втрат теплоти опалювальними приладами, розташованими в зовнішніх огородженнях, значення коефіцієнта в₂ наведені в табл. 12.2;

в₃ — коефіцієнт, що враховує спосіб установки опалювальних приладів, визначається за даними табл. 12.3.

Вт Вт Визначаємо тепловий потік опалювального приладу:

де

t_н=70 ⁰С;

N = 0,3 (табл.12.1, Любарець стор. 137);

ц₂ — по графіку 12.2, стор.139 Любарець;

в — коефіцієнт відносно баром. тиску (стор. 139 Любарець), в = 0,985;

с — коефіцієнт, який враховує схему руху і витрату теплоносія; с = 1;

ш₁ — поправочний безрозмірний коефіцієнт, який враховує зменшення теплового потоку опалювального приладу під час руху води в ньому за схемою «знизу-вгору»; для чавунних секційних радіаторів;

Ш₂ — поправочний коефіцієнт на число рядів опалювальних приладів по вертикалі, який враховує зменшення теплового потоку верхніх приладів, омиваючих нагрітим потоком повітря від розташованих нижче приладів;

Ш₃ — поправочний коефіцієнт, який враховує зменшення теплового потоку опалювальних приладів при їхній установці у два ряди в глибину,

;

Витрата крізь опалювальний прилад:

де

Q_і — тепловтрати приміщень, у якому встановлені прилади;

G_п.в. — витрати на опалювальній гілці (стояку), кг/год;

Q_п.в. — тепловтрати приміщень, які опалюються гілкою, Вт.

кг/год;

кг/год;

кг/год Де р=0,02 — по табл.

G_н. =360 кг/год;

;

;

Вт;

Вт;

Визначаємо розрахункову кількість секцій опалювальних приладів:

де

Q_н — номінальний тепловий потік, 185 Вт;

— необхідний тепловий потік для кожного радіатора.

теплотехнічний гідравлічний житловий опалення

3. Гідравлічний розрахунок трубопроводів системи водяного опалення Гідравлічний розрахунок системи опалення полягає у визначенні діаметрів трубопроводів при відомих навантаженнях теплового потоку та перепаді тисків. В даному проекті пропонується використовувати метод розрахунку за питомими втратами тисків. Гідравлічний розрахунок починають з побудови аксонометричної схеми системи опалення, на якій наводять усі необхідні для розрахунку дані:

— розрахункове циркуляційне кільце розбивають на розрахункові ділянки — відрізки трубопроводу одного діаметра з постійним тепловим потоком, які також нумерують і на них указують довжину в метрах і витрату теплоносія;

— на кожному нагрівальному приладі проставляють теплові потоки та кількість секцій.

Розрахунок починають із самої протяжної і навантаженої ділянки.

Як відомо з гідравліки, при русі реальної рідини по трубах завжди мають місце втрати на подолання опору двох видів тертя і місцевих опорів.

Визначаємо теплові навантаження на розрахункових ділянках.

Q_1діл=Q_спор.= 161 147 Вт

Q_2діл = 9347 Вт Наявний циркуляційний тиск визначаємо:

Рр = (80…100) ?l, де

?l — сума довжин головного циркуляційного кільця

l = l1 + l2 + l3 +. ln

? l = 73,3 м.

Р_р = 100 73,3 =7330 Па Визначаємо удільні втрати тиска від тертя.

Rср =, Па Витрати води на розрахункових ділянках:

де С = 4,19 — теплоємкість води;

в1 = 1,07 — коефіцієнт на поправку теплового потоку;

в2 = 1,02 — коефіцієнт на встановлення опалювального приладу;

tг = 95єС;

tо = 70єС.

По значенням D та G на розрахункових ділянках можливі для розрахункового кільця. Згідно цього діаметру при заданій витраті теплоносія підбираємо значення R — значення удільних лінійних втрат тиску та відповідаючу данному режиму швидкість — w (довід. Староверов стор. 235). Діаметри труб, важливо вибрати таким чином, щоб швидкість не була більшою допустимих значень.

Таблиця 6

Коефіцієнти місцевого опору на розрахунковій ділянці

Остаточні втрати тиску при гідравлічному розрахунку системи опалення беруть з 10%-ним запасом на невраховані опори. Якщо ця умова не дотримується, то на окремих ділянках треба збільшити або зменшити діаметр трубопроводів, тим самим змінивши величину втрат тиску на ділянці.

Помилка складає: ,

що відповідає умовам нев? язки.

На малому циркуляційному кільці:

ДР_р= 2810 Па;

Помилка складає: %, що відповідає умовам нев? язки.

Гідравлічний розрахунок системи опалення представляємо у вигляді таблиці.

3.1 Розрахунок елеватора У проекту проведено устаткування арматури і контрольно-вимірювальних приладів (грязьовиків, елеватора, засувок, термометрів і манометрів), а також підібрати елеватор (мал. 1).

Мал. 1 — Елеватор Розрахунок елеватора містить у собі такі визначення:

1) коефіцієнт змішання

U = ,

де Т₁ — температура теплоносія з трубопроводу, що подає (150°С);

— температура теплоносія після елеватора (95°С);

— температура теплоносія із зворотного трубопроводу (70°С);

2) діаметр горловини, мм.

dг =,

де G — витрата теплоносія в системі опалення, (т/год);

— втрати напору в системі опалення, кПа;

3) діаметр сопла, мм:

де — діаметр горловини;

u — коефіцієнт змішання;

4) знаходимо номер елеватора за діаметром горловини з табл. 9:

Таблиця 9

Підбір елеватора

Висновки Розрахунок виконаний відповідно до завдання вимоги норм і правил.

В проекті застосовані сучасні технології і устаткування.

Для збільшення економічності системи опалення в проекті заплановані конструктивні експлуатаційні заходи.

В проекті по вихідним даним зробили теплотехнічний розрахунок зовнішніх огорож конструкції. Виявили чи потрібен утеплювач в даній конструкції.

Наступним етапом розрахунку є тепловий розрахунок системи опалення всієї будівлі. Під час розрахунку вибрали систему розводки опалення верхню; розрахували їх навантаження та зробили всі підключення опалювальних приладів.

В гідравлічному розрахунку розрахували необхідний тиск в системі для її нормальної роботи, порахували загальну кількість опалювальних приладів, які необхідно встановити в кожному приміщенні та виявили опори в системі.

Система опалення розрахована для житлової дев’ятиповерхової будівлі.

Література

Алексеев Г. Н. Общая теплотехника: Учебное пособие для вузов. — М.: Высшая школа, 1980.

Богословський В.Н. Будівельна теплофізика: Підручник для технікумів. -М.:ИНФРА-М, 2003.

Богуславский Л.Д., Ливчак В. И., Титов В. П. и др. Енергозбереження в системах теплопостачання, вентиляції та кондиціювання повітря: Справочное пособие. -М.: Стройиздат, 1990.

Варфоломеева А. П. Надежность систем водяного опалання: Учебное пособие. -М.: ЦМИПКС, 1998.

Кононович Ю. В. Тепловой режим зданий массовой застройки. — М.: Стройиздат, 1986.

6. Калмаков А. А., Кувшинов Ю. Я., Романова С. С. и др. Автоматика і автоматизація систем теплогазопостачання и вентиляції: Підручник для вузів. -М.: Стройиздат, 1986.

7. Іонін А. А. Надежность систем теплових мереж. — М.: Стройиздат, 1989.

8. Ливчак И. Ф. Квартирне опалення. — 2 — є изд. — М.: Стройиздат, 1982.

9. Пырьков В. В. «Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование», 2007 г.

10. С. А. Чистович, В. К. Аверьянов, Ю. Я. Темпель, С. И. Быков, «Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления». -Л.: Стройиздат, Ленингр. Отд-ние, 1987. 248 с., ил.

11. ДБН В.2.6.-31:2006 «Теплова ізоляція будівель», Мінбуд України, Київ 2006.

12. Сканави А. Н. Отопление: Учебник для студентов вузов, М., 2002 576 с.: ил.

13. Будівельна кліматологія ДСТУ-НБВ.1.1.-27:2010, Київ Мінрегіонбуд України, 2011.

14. Жилые здания. Основные положения ДБН В.2.2−15−2005.

15. «Проектування систем водяного опалення» (посібник для проектувальників, інженерів і студентів технічних ВНЗ) Відень — Київ — Сімферополь, 2010 р.