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).