Расчёт тепловых потерь здания

Расчет системы отполения, горячего водоснабжения и вентиляции

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Отопление, вентиляция и кондиционирование»

Выполнил:

студент группы 31 Е

__________Захарец А. В.

Руководитель

ст. преподаватель кафедры Т

__________Кокшаров М.В.

Омск 2014

Задание

В соответствии вариантом необходимо:

1)Произвести расчёт тепловых потерь здания.

2)Выбрать тип системы отопления, рассчитать диаметры трубопроводов, начертить изометрическую схему системы отопления

3)Произвести расчёт системы горячего водоснабжения.

4)Начертить изометрическую схему системы горячего водоснабжения, указать диаметры трубопроводов

5)Произвести расчёт системы вентиляции, определить количество тепла на нагрев вентилируемого воздуха.

Реферат

УДК 621.313.333

Курсовая работа содержит 28 страниц, 7 рисунков, 4 таблиц, 5 источников, 2 приложения.

Тепловые потери, ограждающие конструкции, система отопления, радиатор, теплоноситель, инфильтрация, ГВС, стояк, лежак, трубопровод, вентиляция.

Объектом исследования является двухэтажное жилое здание.

Цель работы – освоение и закрепление методов расчета тепловых потерь здания, систем отопления, ГВС, вентиляции.

Методы исследования – расчётные и графические.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007

Содержание

Введение. 5

1 Исходные данные. 6

2 Расчёт тепловых потерь здания. 7

2.1 Заполнение таблицы.. 7

2.2 Расчет диаметров трубопроводов системы отопления. 20

3 Расчет системы ГВС.. 23

3.1 Определение расчетных расходов воды в системах ГВС.. 23

3.2 Определение диаметров трубопровода системы ГВС.. 23

4 Расчет системы вентиляции. 26

4.1 Расход приточного воздуха. 26

4.2 Определение расхода тепла на нагрев вентилируемого воздуха. 26

Заключение. 28

Библиографический список. 29

Приложение А

Приложение Б

Введение

Расчет теплопотерь является важнейшим этапом проектирования систем отопления, ГВС и вентиляции.

Для определения тепловой мощности, покрывающей максимальную нагрузку на систему отопления, необходимо знать теплопотери здания в самую суровую расчетную часть холодного периода года. Для решения вопроса о соответствии уровня теплопотребления системой отопления здания современным требованиям, особенно учитывая проблему энергосбережения, необходимо определить теплопотери здания за весь отопительный период.

Теплопотери нельзя рассчитать, не зная теплозащитных качеств ограждений, коэффициентов теплообмена на поверхностях, расчетных наружных и внутренних условий. Поэтому в работе достаточно большое место уделено этим характеристикам.

Существуют различные подходы к выбору расчетных значений коэффициентов теплопроводности строительных материалов. При этом тщательность в выборе значения данного коэффициента крайне важна. Необходимо также правильно оценивать значения коэффициентов теплообмена на поверхностях ограждений, особенно коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности, т.к. при завышенном его значении будет завышена и расчетная температура на внутренней поверхности, например, окна. При определении теплопотерь здания важна правильная оценка коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций.

В работе представлены расчеты теплопотерь здания и потребности в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха, рассчитаны и спроектированы системы отопления, ГВС и вентиляции.

Целью данной работы является получение знаний, навыков расчета и проектирования систем отопления, ГВС и вентиляции.

Исходные данные

Рисунок 1.1 – План первого(второго) этажа здания

Таблица 1.1 – Исходные данные

Ширина стены а, м	4,3
Ширина стены б, м	3,2
Ширина стены в, м	2,9
Высота этажа hэт, м	2,6
Высота вентиляционной шахты hш, м	3,0
Толщина наружных стен, м	0,286
Толщина потолочных перекрытый, м	0,22
Толщина чердачного утеплителя, м	0,3
Высота окна, м	1,5
Высота пола первого этажа от уровня земли, м	0,5
Материал наружных стен	Красный кирпич
Материал потолочных перекрытий	Железобетон
Материал чердачного утеплителя	Керамзит
Город	Санкт-Петербург
Тип местности	Б

Расчёт тепловых потерь здания

При тщательном подходе к устройству системы отопления дома необходимо начать с расчета теплопотерь здания. Потери тепла в доме происходят через стены, окна, входные двери, крышу и пол первого этажа. Тепло также уходит вместе с воздухом при инфильтрации через щели в конструкциях, окна и двери.

Для удобства расчёта и представления информации итогом второго раздела данной курсовой работы будет заполненная таблица. Для каждого помещения будет определено или посчитано 25 параметров. Расчёт производится в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Заполнение таблицы

2.1.1 Наименование помещения

В данном столбце указывается номер помещения по плану здания. Обычно нумерация помещений начинается от входа и идёт по часовой стрелке. Первая цифра – номер этажа, остальные – номер помещения.

Рисунок 2.1 – План первого этажа задания

Рисунок 2.2 – План второго этажа задания.

2.1.2 Температура наружного воздуха.

В данном столбце в соответствии со СНиП 23-01-99 "Строительная климатология" указывается температура воздуха наиболее холодной пяти- дневки обеспеченностью 0,92 t_н, °С для нужного города или региона.

Для Санкт-Петербурга t_н = -26 °С

2.1.3 Расчётная температура воздуха внутри помещения

В данном столбце в соответствии с ГОСТ30494—2011 "Здания жилые и общественные" указывается оптимальная температура воздуха внутри помещения t_в, °С в зависимости от его типа. Так, для жилых комнат

t_в = 18 – 20 °С, для ванных комнат t_в = 24 – 26 °С, для кухонь t_в = 19 – 21 °С.

В расчётах для ванных комнат примем t_в = 25 °С, для всех остальных помещений t_в = 20 °С

2.1.4 Наименование поверхности.

Для обозначения ограждающих конструкций вводятся следующие сокращения:

НС – наружная стена

ДО – окно

ДН – дверь наружная

ПЛ - пол

2.1.5 Ориентация поверхности

Указывается ориентация вертикальных ограждающих конструкций по сторонам света:

С - север

В - восток

З - запад

Ю - юг

2.1.6 Длина поверхности

Указывается длина или в случае вертикальной поверхности высота ограждающей конструкции в метрах.

2.1.7 Ширина поверхности

Указывается ширина поверхности в метрах.

2.1.8 Площадь поверхности

Площадь поверхности определяется как произведение длины(высоты) и ширины поверхности по формуле:

,

(2.1)

a – длина(высота), м

b – ширина, м

При подсчете теплопотерь площадь отдельных ограждений A, м2, определяется с соблюдением следующих правил обмера:

1. Площадь окон, дверей и фонарей измеряют по наименьшему строительному проему.

2. Площадь потолка и пола измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены. Площадь стен и пола, расположенных на грунте, в том числе на лагах, определяют с условной разбивкой их по зонам.

3. Площадь наружных стен измеряют

- в плане - по наружному периметру между осями внутренних стен и наружным углом стены;

- по высоте - на всех этажах, кроме нижнего: от уровня чистого пола до пола следующего этажа. На последнем этаже верх наружной стены совпадает с верхом покрытия или чердачного перекрытия. На нижнем этаже в зависимости от конструкции пола: а) от внутренней поверхности пола по грунту; б) от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах; в) от нижней грани перекрытия над неотапливаемым подпольем или подвалом.

4. При определении теплопотерь через внутренние стены их площади обмеряют по внутреннему периметру. Потери теплоты через внутренние ограждения помещений можно не учитывать, если разность температур воздуха в этих помещениях составляет 3°С и менее.

Передача теплоты из помещения через конструкцию пола или стены и толщу грунта, с которыми они соприкасаются, подчиняется сложным закономерностям. Для расчета сопротивления теплопередаче конструкций, расположенных на грунте, применяют упрощенную методику. Поверхность пола по грунту делится на полосы шириной 2 м, параллельные стыку наружной стены и поверхности земли. Отсчет зон начинается по стене от уровня земли, а если стен по грунту нет, то зоной I является полоса пола, ближайшая к наружной стене. Следующие две полосы будут иметь номера II и III, а остальная часть пола составит зону IV. (см рисунок 2.3)

Таким образом, общая площадь пола разбивается на зоны и площадь заносится в столбец для каждой зоны пола, причём для первой зоны площадь в углах здания считается дважды.

Рисунок 2.3 – Принцип разбиение пола здания на зоны

Рисунок 2.4 – Разбиение пола 1 этажа на зоны

2.1.9 Расчётная разность температур

,ºС определяется как разность температур внутреннего воздуха в помещении и температуры наружного воздуха наиболее холодной пятидневки по формуле:

(2.2)

2.1.10 Коэффициент n

Выбираем коэффициент n, учитывающий положение ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху:

n = 1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне.

n = 0,9. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне.

n = 0,75. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах.

n = 0,6. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли.

n = 0,4. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

2.1.11 Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции

Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции k, Вт/(м² ∙ °С) - величина, численно равная поверхностной плотности теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию при разности внутренней и наружной температур воздуха рассчитывается по формуле:

(2.3)

где α_вн и α_н – коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней поверхности ограждения и на наружной, Вт/(м² ∙ °С);

δ – толщина ограждающей конструкции, м;

λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ∙°С).

Для пола коэффициент теплопередачи, вследствие сложных процессов теплопередачи, находится по упрощенной формуле:

(2.4)

где R_i - нормативное значение сопротивления теплопередаче i-ой зоны пола.

Для каждой зоны неутепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:

зона I - R _I = 2,1 м²·°С/Вт;

зона II - R _II = 4,3 м²·°С/Вт;

зона III - R _III = 8,6 м²·°С/Вт;

зона IV - R _IV = 14,2 м²·°С/Вт.

2.1.12 Основные теплопотери

Формула расчёта основных теплопотерь Q_осн, Вт помещения через ограждающие конструкции:

(2.5)

где k – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м² ∙ °С);

А – площадь поверхности, м²

2.1.13 Коэффициент дополнительных потерь β₁

Добавка на ориентацию ограждения по сторонам света принимается для всех наружных вертикальных ограждений или проекций на вертикаль наружных наклонных ограждений:

· для северной, северо-восточной, северо-западной, восточной ориентации ß₁ = 0,1;

· юго-восточной и западной ß₁ = 0,05;

· южной и юго-западной ß₁ = 0.

Рисунок 2.5 – Значение коэффициента ß₁

2.1.14 Коэффициент дополнительных потерь β₂

Добавка на угловое помещение, имеющее две и более наружных стен, учитывает, что в таком помещении радиационная температура ниже, чем в рядовом. Поэтому в угловом помещении жилого дома температуру внутреннего воздуха принимают на 2°С выше, чем в рядовом помещении, а в зданиях другого назначения увеличенные теплопотери учитывают добавкой ß₂ = 0,05 к основным теплопотерям вертикальных наружных ограждений.

2.1.15 Коэффициент дополнительных потерь β₃

Добавка на врывание холодного воздуха через наружные двери в здание, не оборудованное воздушно-тепловой завесой, при их кратковременном открывании принимается к основным теплопотерям дверей. Так, в здании высотой Н для тройных дверей с двумя тамбурами , для двойных дверей с тамбуром , для двойных дверей без тамбура , для одинарных дверей . Для наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно-тепловой завесы теплопотери рассчитываются с добавкой , а при наличии тамбура у ворот - с добавкой . Указанные добавки не относятся к летним и запасным наружным дверям и воротам.

2.1.16 Суммарный коэффициент дополнительных потерь

Суммарный коэффициент дополнительных потерь определяется по формуле:

(2.6)

2.1.17 Теплопотери с учетом дополнительных потерь Q_β

Для нахождения теплопотерь с учетом дополнительных потерь необходимо перемножить значения двенадцатого и шестнадцатого столбцов, т.е. учитывается влияние добавочных коэффициентов на основные теплопотери.

2.1.18 Нормируемая воздухопроницаемость

Нормируемая воздухопроницаемость G_н - это максимальная разрешенная воздухопроницаемость конструкции при любых погодных условиях, принимаемая в соответствии со СНиП 23-02-2003, значения которой приведены в табл. 2.1

Таблица 2.1 – Занчения G_н

Ограждение	Воздухопроницаемость G н , кг/(м2·ч)
1. Наружная стена, перекрытие и покрытие жилого, общественного, административного и бытового здания или помещения	0,5
2. Наружная стена, перекрытие и покрытие производственного здания или помещения	1,0
3. Стык между панелями наружных стен здания: жилого производственного	0,5* 1,0*
4. Входная дверь в квартиру	1,5
5. Входная дверь в жилое, общественное, бытовое здание	7,0
6. Окно и балконная дверь жилого, общественного, бытового здания или помещения в деревянном переплете; окно, фонарь производственного здания с кондиционированием воздуха	6,0
7. Окно и балконная дверь жилого, общественного, бытового здания или помещения в пластмассовом или алюминиевом переплете	5,0
8. Окно, дверь, ворота производственного здания	8,0
9. Фонарь производственного здания	10,0

2.1.19 Разность давлений воздуха

Расход наружного воздуха, поступающего в помещения в результате инфильтрации в расчетных условиях, зависит от объемно-планировочного решения здания, а также плотности окон, балконных дверей, витражей. Задача инженерного расчета сводится к определению расхода инфильтрационного воздуха G_инф , кг/ч, через отдельные ограждения каждого помещения. Инфильтрация через стены и покрытия невелика, поэтому ею обычно пренебрегают и рассчитывают только через заполнение световых проемов, а также через закрытые двери и ворота, в том числе и те, которые при обычном эксплуатационном режиме не открываются. Затраты теплоты на врывание воздуха через открывающиеся двери и ворота в расчетном режиме учитываются добавками к основным теплопотерям через входные двери и ворота.

Расчет выявляет максимально возможную инфильтрацию, поэтому считается, что каждое окно или дверь находится на наветренной стороне здания.

Расчетная разность давлений Δр, Па для окна или двери каждого этажа определяется по формуле:

(2.7)

где H – высота здания от земли до вершины вентиляционной шахты, м;

ρ_н, ρ_в – плотность воздуха наружнего и внутреннего воздуха соответсвенно, кг/м³;

g – ускорение свободно падающего тела, м/с²;

υ – средняя скорость ветра, м/с ;

К_дин – коэффициент изменения скорости ветра по высоте здания;

с_н = 0,8;

с_з = -0,6.

2.1.20 Расход воздуха на инфильтрацию G_инф, кг/с:

Для окон:

	(2.8)

Для дверей:

(2.9)

R_инф.ок R_инф.дв - требуемое сопротивления воздухопроницанию окна и двери соответственно, м² ∙ ч/кг;

Δр – расчётная разность давлений, Па;

Δр₀ – 10 Па.

2.1.21 Коэффициент теплопередачи инфильтрации

Коэффициент учитывающий влияние трансмиссионного теплового потока:

к =0,7. Для стыковых панелей стен и для окон с тройным остеклением;

к = 0,8. Для окон и балконных дверей с раздельными переплётами;

к = 1. Для окон и балконных дверей со спаренными или смежными переплётами.

2.1.22 Расход тепла на инфильтрацию

Расход тепла на инфильтрацию Q_инф, Вт рассчитывается по формуле:

(2.10)

где с - удельная массовая теплоемкость материала, Дж/(кг•°С);

G_инф - расход воздуха на инфильтрацию, кг/ч;

к - Коэффициент учитывающий влияние трансмиссионного теплового потока.

2.1.23 Полные теплопотери

(2.11)

2.1.24 Мощность единицы нагревательного прибора

В качестве отопительного прибора выбран чугунный радиатор М-140, который широко известен на территории СНГ. Чугунные секционные радиаторы являются традиционными для нашей страны приборами.

Основное их преимущество возможность использования в открытых системах. В отличие от других радиаторов, чугунные практически нечувствительны к опорожнениям системы, то есть позволяют сколь угодно часто сливать из нее воду. При разливке чугуна на его поверхности образуется особенно прочный слой с повышенным содержанием кремния, поэтому в необработанном виде чугун довольно стоек к коррозии, в том числе от воздействия твердых частиц, присутствующих в теплоносителе. Говоря об эксплуатационных свойствах чугунных радиаторов, следует отметить их высокую теплопроводность и большую тепловую инерционность.

Секции радиатора отливают из серого чугуна, их можно компоновать в приборы различной площади. Секции соединяют на ниппелях с прокладками из картона, резины или паронита.

Примем мощность одной секции радиатора M-140 равную 140 Вт.

В ванной комнате наличие стояка отопления не предполагается. Отопление комнаты осуществляется установкой полотенцесушителя на трубопровод ГВС. Примем мощность полотенцесушителя равную 260 Вт.

2.1.25 Количество приборов отопления

Для того, чтобы найти количество секций радиатора М-140 на одно помещение нужно полные теплопотери этого помещения поделить на мощность одной секции радиатора М-140.

Общая тепловая нагрузка первого этажа здания равна 25,152 кВт, второго этажа 23,514 кВт.

Все расчёты предыдущих пунктов выполняются для каждого этажа здания и сводятся в таблицу в приложении А (для первого этажа) и приложении Б (для второго этажа)