Методические указания по выполнению отдельных разделов курсовой работы

4.2.1. Во “Введении” необходимо кратко описать назначение отопительных и вентиляционных установок и требования к ним, их значение в решении программы капитального строительства и эксплуатации действующего жилого, общественного и промышленного фондов, отметить задачи по экономии топливно-энергетических ресурсов, снижению металлоемкости. Необходимо дать краткую характеристику проектируемому зданию и наружным ограждениям.

4.2.2. Расчетные параметры наружного воздуха принимаются по нормам [3, 5].

Параметры А принимают для систем вентиляции и воздушного душирования для теплого периода года;

Параметры Б – для систем отопления, вентиляции и воздушного душирования для холодного периода года, а также для систем кондиционирования для теплого и холодного периодов года.

Параметры наружного воздуха для переходных условий года следует принимать 10 ^оС и удельную энтальпию 26,5 кДж/кг.

4.2.3. Расчетные параметры внутреннего воздуха, требуемый воздухообмен помещений принимаются в зависимости от назначения здания и помещений по соответствующим главам [2,3,5]. Для теплого периода года параметры внутреннего возду­ха должны быть следующими: температура воздуха не более чем на 3ºС выше расчетной температуры наружного воздуха (расчетные параметры «A»), φ_в < 65%, ν_в< 0,5 м/с.

Допустимые концентрации углекислого газа С0₂ в поме­щении и приточном (наружном) воздухе приведены на стр. 23 настоящих указаний.

4.2.4. Теплотехнические характеристики наружных ограждений принимаются в соответствии с [3].

4.2.5. Тепловой баланс помещений для расчетного зимнего периода:

Q = Q₁ + (Q_и или Q_в) – Q_Б , (1)

где Q – суммарные потери теплоты помещениями здания, Вт;

Q₁ – основные и добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции помещений, Вт;

Q_и – расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений, Вт;

Q_в – расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, Вт;

Q_Б – бытовые теплопоступления в помещениях здания, Вт.

Основные и добавочные потери теплоты следует определять, суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, с округлением до 10 Вт для помещений по формуле

, (2)

где А_i – расчетная площадь i-ой ограждающей конструкции, м²;

К_i – коэффициент теплопередачи i-ой ограждающей конструкции, Вт/м²×°С;

t_в – расчетная температура внутреннего воздуха помещения, °С;

t_нп – расчётная температура воздуха для проектирования системы отопления, °С;

n – коэффициент учёта положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, определяемый по [3];

b - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые по [3].

Теплообмен через внутренние ограждающие конструкции помеще­ний необходимо учитывать при разности расчетных температур внут­реннего воздуха этих помещений более 3 ^оС.

Результаты расчёта основных и добавочных потерь теплоты через ограждающие конструкции отдельных помещений сводят в табл. 2.

Таблица 2

Основные и добавочные потери теплоты

№ поме-ще-ния	Наименование помещения и температура внутреннего воздуха, tв, оС	Ограждение	Расчетная разность температур, (tв-tн.п.).n, оС
Обозначение	Ориентация	Размеры мхм	Площадь, А,м2	Коэффициент теплопередачи, 1/Rо, Вт/м2.оС

Окончание табл. 2

Потери теплоты	Множитель добавок, (1+Sb)	Cуммарные потери теплоты, Q1=Q’(1+Sb), Вт	Примечания
Основные Q’,Вт	Добавочные
на ориентацию	Другие
Итого:

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений , Вт, следует определять по формуле:

Q_и=0,28cК(t_в-t_нп) G_inf A_o (3)

где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг °С);

k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, определяемый по [5];

tв – расчётная температура внутреннего воздуха помещения, °С;

tнп - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;

Ао – расчётная площадь окон (балконных дверей), м²;

G_inf – удельный расход воздуха через окно или балконную дверь, кг/(м² ч), определяется согласно [3,4,5].

Результаты расчёта расхода теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха сводят в табл. 3.

Таблица 3

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха

Номер помещения	Температура внутреннего воздуха, tв, oC	Разность температур (tв-tнп), oC	0,28´c´К	Удельный расход воздуха через окно или балконную дверь, Ginf, кг/(м2´ч)	Площадь окон (балконных дверей) в помещении, Ао, м2	Qи, Вт

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, Вт;

Q_в = 0,28 L_n ρ c (t_в - t_нп)k, (4)

где L_n - расход удаляемого воздуха, м³/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом;

ρ - плотность воздуха в помещении, кг/м³.

Расход теплоты Q_в в зданиях со сбалансированной приточно-вы­тяжной вентиляцией будет отсутствовать. В детских садах, располо­женных во всех климатических районах, за исключением 1А, 1В, 1Г подрайонов, проектируется только вытяжная вентиляция. Поэтому расход удаляемого воздуха следует определять какL_n=m´V, где m - кратность воздухообмена, 1/ч, [2,5] (при выполнении курсовой работы допускается исполь­зование кратностей воздухообмена);V -объем помещения, м³.

Расчеты сводятся в табл. 4.

Таблица 4

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом (или при дисбалансе между вытяжкой и приточ­ной вентиляцией)

Номер помещения и назначение	Объем помещения, V, м3	Кратность воздухообмена, m, 1/ч	Ln, М3/ч	Qв=0,28cLpr(tв-tнп)

Для жилых зданий удельный нормативный расход принимается равным 3 м³/ч на 1 м² площади пола жилых комнат и кухни, в результате формулу (2) можно получить в следующем виде (Вт):

Q_в= (t_в-t_нп)´A_n. (5)

Расчет Q_в (Вт) для жилых комнат и кухонь можно свести в табл. 5 вместе с расчетом бытовых тепловыделений по формуле:

Q_Б = 10 A_n. (6)

Таблица 5

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха при естественной вытяжке, не компенсируемой подогретым приточным воздухом, и бытовые тепловыделения

№ помещения	Температура внутреннего воздуха, tв, оС	Размеры пола	(tв-tнп), оС	QВ, Вт	QБ, Вт
ширина, м	длина, м	площадь, Ап, м2
01*)

Примечание. *) – при одинаковой планировке всех этажей целесообразно под одним номером записывать помещения разных этажей.

Данные расчета отдельных составляющих теплового баланса сводятся в таблицу 6.

Таблица 6

Тепловой баланс помещений

Номер помещения

QБ, Вт

QВ,   Вт

1-й этаж

Промежуточные этажи

Верхний этаж

S Qпр Вт

Q1, Вт

Qи, Вт

Qпр, Вт

Q1, Вт

2-й этаж

……..

Q1 Вт

Qи Вт

Qпрв Вт

Qи Вт

Qпр Вт

Qи Вт

Qпр Вт

Лест. клетка

-

-

QI

QII

Q..

Qв

SQзд

Примечание. Основные и добавочные потери теплоты лестничной клетки, рассчитанные сразу по всей высоте, условно записывают в графу первого этажа, а также расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха через закрытую наружную дверь и окна.

Теплотехническая оценка архитектурно-планировочного решения и теплозащитных свойств здания и его сравнения с ранее построен­ными зданиями производится путем вычисления удельной тепловой характеристики Вт/(м²´К ) на отопление по формуле

q = Q_зд/V´(t_в-t_нп)´а (7)

где V-объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³;

t_в- расчетная температура внутреннего воздуха в характер­ном помещении проектируемого здания, °С;

а - коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики при отклонении фактической расчетной разности температур от 48 ^оС, при которой в справочной литераторе приведе­ны значения “q_т” в зависимости от объема и назначения здания; коэффициент "а” вычисляют по формуле

a = 0,54 + 22/(t_в-t_нп) (8)

Некоторые значения q_т приведены в табл. 7.

Таблица 7

Удельные тепловые характеристики здания на отопление (q_т, Вт/м³´К)

Объем здания тыс. м3	Наименование здания
жилые зда- ния, обще- жития, гос- тиницы	админист- ративные здания	школы и вузы	детские сады, ясли	клу- бы	кино - теат-ры	универ – маги	сто- ло- вые
До 3 До 5 До 10 До 15 Более 15	0,49 0,44 0,38 0,36	0,50 0,44 o,41 0,37	0,45 0,41 0,38	0,44 0,39	0,43 0,38 0,35	0,42 0,37 0,35	0,44 0,38 0,36	0,41 0,38 0,35

При значительном отклонении q от q_т необходимо внести коррективы в составление теплового баланса здания.

4.2.6 Выбор и конструирование (компоновка) системы отопления.

При выборе вида и параметров теплоносителя, схемы системы отопления и способа циркуляции, вида отопительных приборов необхо­димо руководствоваться [5, 6,10].

Расчетная температура воды в подающих магистралях системы отопления ограничивается санитарно-гигиеническими и технологичес­кими требованиями. Для ее получения систему присоединяют к тепловой сети с повышенной температурой воды с помощью элеватора или других подмешивающих насосов (зависимое присоединение) или неза­висимо с установкой водо-водяного подогревателя. Расчетную темпе­ратуру воды в обратной магистрали принимают равной 70 ^oC хотя целесообразно обосновать ее технико-экономическим расчетом.

Место прокладки подающих магистралей зависит от архитектур­но-строительного решения здания. Верхняя разводка применяется при наличии в здании чердака или технического этажа, а при его отсутствии - нижняя разводка; в одноэтажных зданиях, а также в многоэтажных зданиях при наличии в пределах этажа помещений боль­шой протяженности рекомендуется применять горизонтальные системы - системы с поэтажной разводкой.

По конструкции стояков или горизонтальных ветвей и схем пи­тания приборов системы отопления могут быть двухтрубными, одно­трубными и бифилярными.

В случае установки термостатов на подводках к отопительным приборам в здании проектируется двухтрубная система отопления.

4.2.7. Конструирование системы отопления и теплового пункта.

Конструирование системы отопления ведут в следующей последовательности:

а) размещают на планах отопительные приборы, стояки, оборудова­ние теплового пункта и магистрали с делением системы на ветви для осуществления пофасадного регулирования;

б) назначают уклон трубопроводов для обеспечения движения, сбора и удаления воздуха, а также спуска воды при ремонте;

в) решают вопросы о компенсации температурных удлинений и тепло­вой изоляции трубопроводов;

г) размещают запорную и регулирующую арматуру;

д) вычерчивают аксонометрическую схему системы в масштабе 1:100 с учетом эскизной проработки размещения элементов системы на раз­резах здания.

Стояки наносятся на планы и нумеруются, начиная из левого верхнего угла здания по часовой стрелке: в однотрубных системах с верхней разводкой и в двухтрубных системах - одной цифрой (Ст. 1.,Ст. 2), в однотрубной системе с нижней разводкой - отдель­но подъемную (Ст.1 или Ст.1А) и опускную (Ст. 1^’ или Ст.1Б) части стояка.

Для уменьшения металлоемкости системы отопления индивидуаль­ный тепловой пункт (ИТП) следует размещать в центре здания, вы­делив для него в зависимости от архитектурно-строительного решения здания, отдельное помещение в подвале, техническом подполье или первом этаже.

К ИТП присоединяют системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, технологические теплоиспользующие установки одно­го здания или его части, например, блок-секции многоэтажного дома.

Размеры помещения ИТП зависят от схемы присоединения различ­ных потребителей тепловой энергии, габаритов подобранного в ре­зультате расчета оборудования с учетом требуемых для безопасной и удобной эксплуатации проходов. Компоновка оборудования ИТП должна обеспечивать также минимальную протяженность трубопроводов. Разрешается предположить, что к ИТП здания присоединяется только система отопления.

Необходимый материал по конструированию и устройству систем водяного отопления и теплового пункта приведен в [5,6,10,11].

4.2.8. Гидравлический расчет системы отопления.

Целью гидравлического расчета является подбор таких диаметром участков циркуляционного кольца, которые обеспечат пропуск расчет­ного количества воды, при этом потери давления на преодоление сопротивлений должны быть на 10 % меньше располагаемого перепада давле­ний (DР_р).

Перед выполнением гидравлического расчета необходимо выполнить тепловое нагружение аксонометрической схемы, для чего на приборы наносятся значения тепловых нагрузок, равных расчетным недостаткам тепло­ты в соответствующих помещениях из табл. 6, а затем сумми­руют их по стоякам и отдельным ветвям. Тепловая нагрузка головно­го участка системы отопления должна быть равна суммарным недос­таткам теплоты в здании.

Далее выявляется главное циркуляционное кольцо системы через ветвь с максимальной тепловой нагрузкой, обычно самое протяженное, в котором располагаемое циркуляционное давление на 1 м длины трубопровода оказывается наименьшим:

, (9)

В однотрубных тупиковых системах это кольцо по самому протяженному и теплонагруженному направлению через последний стояк, в двухтрубных системах - через прибор первого этажа последнего стояка. В системах с попутным движением теплоносителя в качестве главного принимают кольцо, проходящее через средний, наиболее нагруженный стояк.

Располагаемый перепад давлений (циркуляционное давление) оп­ределяется в зависимости от вида циркуляции воды, способа присое­динения системы отопления к тепловой сети, схемы системы, размеров в плане и высоты здания, параметров теплоносителя. При насосной циркуляции эта величина определяется по формуле

DР_р = DР_н + DР_е = DР_н + D_пр + D_тр , (10)

где DР_н - перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом, Па;

DР_е - естественное (гравитационное) циркуляционное давление Па, возникающее из-за остывания воды в отопительных приборах (DР_пр) и трубопроводах (DР_тр).

Для определения гравитационного давления при расчете насосных систем можно воспользоваться упрощенной зависимость.

DРе = bh_о ( t_г – t_о ) g , (11)

где b - коэффициент для перехода от плотности к температуре, кг/(м³ ´ ^оС);

если принять линейную зависимость между ними, то при tг = 95 °С и to = 70 ^oC b = (r₇₀-r₉₅)/ Dt = 15,91/25 = 0,64 кг/(м³´ ^оС), а при tг = 105 оС и tо = 70 °С b = 0,65 кг/( м³´ ^оС);

r - плотность воды, кг/м³;

h_o - усредненная величина распо­ложения центра охлаждения воды в однотрубном стояке над центром теплового ввода, м , h_o=SQ_ih_i/=SQ_i ; Q_i - тепловая нагрузка на этаже рассчитываемого стояка, Вт; h_i - высота расположения центра приборов этажа над центром теплового ввода, м, в двухтруб­ных системах и в бифилярных горизонтальных ветвях в формуле (11) h_o=h_i; t_г,t_о - расчетные температуры воды в проектируемой системе; g - ускорение свободного падения, м/с².

Перепад давлений, создаваемый насосом, следует принимать:

а) при непосредственном присоединении системы отопления к тепловой сети без подмешивания воды из обратного трубопровода - не более разности давлений в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети на вводе в здание;

б) при непосредственном присоединении системы отопления к тепло­вой сети с подмешиванием воды из обратного трубопровода: насосом – в зависимости от места его установки; элеватором (водоструйным насосом) - равным перепаду давлений после элеватора, определяе­мому по прил. 1 в зависимости от перепада давлений в тепловой се­ти в точках врезки (по заданию на проектирование) и коэффициента смешения элеватора , где Т₁ - расчетная температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети, ( по заданию);

в) при независимом присоединении системы отопления к трубопроводам тепловой сети, а также для систем, которые в перспективе не предполагается присоединять к тепловой сети - по расчету, учиты­вая требования гидравлической и тепловой устойчивости системы (возможность увязки потерь давления в параллельных участках и кольцах), располагаемое циркуляционное давление (возможность под­бора, например, бесфундаментного малошумного насоса) и бесшум­ность работы; скорости движения воды не должны превышать допус­тимых значений [5].

4.2.8.1 Методика расчета трубопроводов системы отопления с постоянными перепадами температур воды в стояках по удельным потерям давления при зависимом присоединении к тепловой сети.

Рассмотрим методику расчета на примере упрощенной однотруб­ной системы с верхней разводкой (рис.1). В двухтрубной системе на стояке будет несколько расчетных участков. Схема вычерчена без масштаба, отопительные приборы условно не нанесены, арматура показана только в тепловом пункте.

Рис. 1. Схема главного циркуляционного кольца однотрубной системы отопления с верхней разводкой

Расчет выполняют в следующей последовательности и сводят табл. 8:

1. По формуле (10) с учетом формулы (11) и прил.1 определяют располагаемый перепад давлений (DР_р).

2. Из предположения о равномерном законе падения давления на участках (R₁=R₂=…=R_n) определяют среднее (ориентировочное) значение удельных потерь давления вследствие трения о стенки трубы на участках главного циркуляционного кольца:

, (12)

где 0,9 – коэффициент, введенный с учетом требования, чтобы фактические потери давления были на 10 % меньше располагаемого перепада давлений;

b - коэффициент, учитывающий долю потерь давления на преодоление сопротивлений трения от общего располагаемого перепада давлений в системе:

b =0,5 – для систем с естественной циркуляцией, b=0,65 - для систем с искусственной циркуляцией; - сумма длин участков главного циркуляционного кольца, в схеме рис. 1, это участки 1-8.

3. Определяют расход воды (G, кг/ч) на участках по формуле

, (13)

где С – теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг´К);

b1 - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины [5];

b₂ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений [5].

Расход воды на участке 8 определяется по формуле

, (14)

где G_Т.С – расход воды из тепловой сети, кг/ч.

4. По R_ср и J, пользуясь прил. II.I [10] подбирают диаметры трубопроводов участков таким образом, чтобы фактическое значение минимально отличалось от R_ср, а скорость движения воды J не превышала допустимого значения. При подборе диаметров необходимо также стремиться к тому, чтобы скорость движения воды плавно снижалась по мере уменьшения тепловых нагрузок и наоборот, а потери давления в последнем стояке составляли не менее 70 % от общих потерь в циркуляционном кольце без учета общих участков.

5. Потери давления на трение на участке определяют умножением R на .

6. По значению скорости J, пользуясь [10], находят потери давления на местные сопротивления Z_.

7. По аксонометрической схеме и прил. II.11 [10] находят коэффициенты местных сопротивлений участков (заполняют табл. 9). Местное сопротивление на границе двух участков относят к участку с меньшим расходом. Если в местном сопротивлении поток на своем пути резко меняет сечение, то потери давления рассчитываются при динамическом давлении в меньшем сечении. При использовании в расчетах приведенных коэффициентов местных сопротивлений (z_пр) из общей длины стояка необходимо вычесть длину этажестояков.

8. Потери давления в местных сопротивлениях участка рассчитываются по формуле z = Sz´Р_J.

9. Определяют потери давления на участке ( + z ), Па.

Гидравлический расчет главного циркуляционного кольца считается законченным, когда запас перепада давлений составит

, (15)

Запас перепада давлений необходим для преодоления неучтенных в расчете гидравлических сопротивлений.

Таблица 8

Гидравлический расчет системы отопления

Номер уч-ка	Q, Вт	G, кг/ч	, м	d , мм	R , Па/м	J , м/с	, Па	РJ , Па	Sz	Z , Место для формулы.Па	, Па
	Qзд	G1	1	d 1	R 1	J 1	1	РJ 1	Sz1	Z 1	1
…
	Qзд	G7	7	d 7	R 7	J 7	7	РJ 7	Sz7	Z 7	7
	-	G8	8	d 8	R 8	J 8	8	РJ 8	Sz8	Z 8	8

Таблица 9

Местные сопротивления участков

№ участка	Наименование местного сопротивления	ζ
∑ζ

Главное циркуляционное кольцо принимается в качестве опорного для расчета и гидравлической увязки промежуточных стояков главного циркуляционного кольца и остальных, параллельных главному, колец.

Расчет заканчивается, когда невязка (расхождение) не превышает 15% притупиковой и 5% при попутной разводке трубопроводов.

Для получения допустимой невязки стояк нередко приходится проектировать из учаськов двух диаметров. При использовании минимального диаметра и недопустимой невязке избыточное циркуляционное давление стояка гасится дроссельной шайбой диаметром, мм

,

Если диаметр шайбы получается меньше 3 мм, то для обеспечения надежной работы стояка следует установить 2 шайбы большего диаметра.