«Институт энергетики, приборостроения и радиоэлектроники А.А. БАЛАШОВ, Н.Ю. ПОЛУНИНА, В.А. ИВАНОВСКИЙ, Д.С. КАЦУБА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ЗДАНИЙ Утверждено Методическим советом ТГТУ в качестве ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Институт энергетики, приборостроения и радиоэлектроники

А.А. БАЛАШОВ, Н.Ю. ПОЛУНИНА, В.А. ИВАНОВСКИЙ, Д.С. КАЦУБА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ

ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ЗДАНИЙ

Утверждено Методическим советом ТГТУ

в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 270800 «Строительство» и специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство»

Тамбов 2014 УДК 697(075.8) ББК Н762.2я 73-5 Б-202 Рецензенты:

главный энергетик отдела главного энергетика ОАО «Газпром газораспределение Тамбов» А.Ю. Михалёв;

кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение, электротехника и информационное обеспечение энергетических систем» ФГБОУ ВПО «ТГТУ» В.В. Афонин Б-202 Проектирование систем отопления и вентиляции зданий: учебное пособие / Сост.: А.А. Балашов, Н.Ю. Полунина, В.А. Ивановский, Д.С. Кацуба. – Тамбов: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2014. – 132 с.

Рассмотрены основные теплотехнические расчёты наружных ограждений зданий, расчёт тепловой мощности системы отопления, гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления и аэродинамический расчёт каналов системы вентиляции, применяемые при выполнении курсовой работы. Приведены варианты заданий для проектирования, а также справочные приложения.

Предназначено для студентов 3 курса дневной и заочной форм обучения направления подготовки бакалавров 270800 «Строительство» и специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство», изучающих дисциплины «Теплогазоснабжение с основами теплотехники» и «Теплогазоснабжение и вентиляция».

УДК 697(075.8) ББК Н762.2я 73- Б- Утверждено Методическим советом ТГТУ (протокол № 2 от 14.02.2014 г.) © А.А. Балашов, Н.Ю. Полунина, В.А. Ивановский, Д.С. Кацуба,

ВВЕДЕНИЕ

Повышение качества строительства, требует создания условий для высокопроизводительного труда и культуры производства, что неразрывно связано с состоянием воздушной среды на рабочих местах. Основной задачей специалистов в области теплоснабжения является создание в помещениях разного назначения такого микроклимата, при котором обеспечиваются благоприятные условия для технологических процессов и нормальной деятельности человека [2]. Именно эти условия внутренней среды на производстве, в промышленных и гражданских зданиях обеспечиваются с помощью систем отопления, теплоснабжения и вентиляции.

Эффективность систем, их технико-экономические характеристики во многом зависят не только от принятых схем, от правильного монтажа, наладки и эксплуатации, но и от правильно выбранной методики расчёта и достоверности проведённых расчётов. Поэтому курсовая работа, включающая вопросы расчёта, проектирования, строительства и эксплуатации систем отопления, теплоснабжения и вентиляции воздуха играет важную роль в подготовке специалистов.

Основы рационального проектирования, методики инженерного расчёта и особенности принятия основных проектных решений в вопросах теплоснабжения, отопления и вентиляции являются важными знаниями для будущего специалиста, поскольку более одной трети всего вырабатываемого в стране тепла расходуется на отопление промышленных и гражданских зданий [2].

Предназначено для студентов 3 курса дневной и заочной форм обучения направления подготовки бакалавров 270800 «Строительство» и специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство», изучающих дисциплины «Теплогазоснабжение с основами теплотехники» и «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Выполнение курсовой работы [2] позволит студенту на практическом примере освоить основные подходы к расчётам и проектированию систем отопления и вентиляции и их основных элементов, ознакомиться с требованиями Санитарных норм и правил (СНиП), нормативными методиками расчётов отдельных конструкций, правилами эксплуатации энергетического оборудования и обширной справочной литературой.

Целью курсовой работы является приобретение практических навыков проектирования систем отопления и вентиляции гражданских зданий.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Графическую часть работы выполняют параллельно с расчётом, для которого конструктивные размеры берут с чертежа.

На листе заданного формата в масштабе 1:100 вычерчивают план здания [2], где наносят нумерацию всех помещений в соответствии с ГОСТ 21.602-2003. На план наносят строительные размеры согласно варианту задания. На основе этого чертежа выполняют расчёт теплопотерь отапливаемыми помещениями.

После расчёта теплопотерь приступают к подбору нагревательных приборов и гидравлическому расчёту системы отопления. В результате вычерчивают аксонометрическую схему системы отопления согласно ГОСТ 21.602-2003, где указывают расположение отопительных приборов, узла ввода, запорно-регулирующей арматуры и воздухосборников. На плане типового этажа указывают места установки нагревательных приборов, как правило, под оконными проёмами [2]. Точками обозначают места прохождения отопительных стояков, которые располагают на расстоянии 0,35 м от края окна.

Подбирают теплотехническое оборудование, соответствующее заданной схеме системы отопления. После согласования с преподавателем студент должен начертить схему подключения или конструкцию одного из элементов узла теплоснабжения.

Проектирование системы вентиляции начинают с размещения каналов на плане этажа. На разрезе пунктиром следует показать вентиляционные каналы и вытяжную шахту. Нанести уровни отметок центров окон и устья шахты. На основе плана и разреза в масштабе 1:100 вычертить аксонометрическую схему системы вентиляции. Условные графические изображения и обозначения элементов системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и теплоснабжения должны быть выполнены по требованиям.

В пояснительной записке необходимо дать расчётные соотношения и результаты расчётов для одного помещения в развёрнутом виде, а для остальных помещений – в виде таблиц. Единицы физических величин обязаны соответствовать системе СИ.

Пояснительная записка должна содержать задание и расчётные соотношения [2].

Задание студенту выдаёт преподаватель в виде двух цифр (например, 3–8).

Первая цифра указывает на вариант задания. Вторая – исходные данные к варианту задания. Варианты заданий представлены в приложении А. В исходные данные входят: строительные размеры; высота этажа; конструкции наружных ограждающих конструкций здания, указанные в таблицах (конструкции наружных стен – в табл. А6, конструкции полов – в табл. А7, конструкции перекрытий и крыш – в табл. А8, окон – в табл. А9, наружных дверей – в табл. А10); район строительства указан в табл. А11; система теплоснабжения выбирается согласно табл. А12;

система отопления здания выбирается согласно табл. А13; варианты нагревательных приборов выбираются из табл. А14, а элементы систем отопления для детального вычерчивания – из табл. А15.

1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ И ВЛАЖНОСТНЫЙ РАСЧЁТ

НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Теплотехнический расчёт наружных ограждающих конструкций Целью теплотехнического расчёта является определение коэффициента теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания (наружных стен, чердачного и цокольного перекрытий, окон, дверей и т.д.).

В результате теплотехнического расчёта, зная приведённое сопротивление теплопередаче наружных ограждений, определяют общее термическое сопротивление теплопередаче и необходимую толщину теплоизоляционного слоя наружных ограждений и их окончательное сопротивление [2].

Общее термическое сопротивление теплопередаче однородного наружного ограждения (или неоднородного в характерном сечении, без теплопроводных включений) Rо, м2°С/Вт, и термическое сопротивление слоя конструкции Ri определяют, пользуясь формулами [15]:

где R в 1 в – сопротивление теплопередаче внутренней поверхности, м2°С/Вт;

R н 1 н – сопротивление теплопередаче наружной поверхности, м2°С/Вт;

R i – термическое сопротивление теплопередаче отдельного слоя, м2°С/Вт; i и i – соответственно толщина, м, и теплопроводность слоёв конструкции, кроме утеплителя, Вт/(мС); в и н – нормированные значения коэффициентов теплоотдачи от внутреннего воздуха к ограждающей конструкции и от ограждающей конструкции к наружному воздуху, Вт/(м2С), принимаются по табл. 1.1, 1.2.

Таблица 1.1 – Значения коэффициента в, Вт/(м2°С) [15] 1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими рёбрами при отношении высоты h рёбер к расстоя- 8, нию а между гранями соседних рёбер h/a 0, 2. Потолков с выступающими рёбрами при отношении h/а > 0, Примечание. Коэффициент теплоотдачи в внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать по СНиП 2.10. В настоящее время требуемое сопротивление теплопередаче может определяться по санитарно-гигиеническим требованиям или по условиям энергосбережения [1].

Таблица 1.2 – Значения коэффициента н, Вт/(м2°С), для условий холодного периода [15] Наружная поверхность ограждающих конструкций 1. Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне 2. Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне 3. Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проёмами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом 4. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проёмов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими, подпольями, расположенными ниже уровня земли Чтобы удовлетворить санитарно-гигиеническим требованиям, величину м2°С/Вт, рассчитывают по формуле [2] где t в – расчётная средняя температура внутреннего воздуха здания, С, принимаемая для расчёта ограждающих конструкций группы зданий по поз. 1 табл. 1. по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по [5] (в интервале 20...22 °С), для группы зданий по поз. 2 табл. 1.5 – согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по [5] (в интервале 16...21 °С), для зданий по поз. 3 табл. 1.5 – по нормам проектирования соответствующих зданий; tн – расчётная зимняя температура наружного воздуха, С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (табл. А11); t н – нормативный температурный перепад, С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по табл. 1.3; п – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимается по табл. 1.4.

Таблица 1.3 – Значения нормируемого температурного перепада tн, С [15] 1. Жилые, лечебно-профилактические наты 2. Общественные, кроме указанных в поз. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом 3. Производственные с сухим и норtв – tр 4. Производственные и другие помеtв – tр 0,8(tв – tр) мом 5. Производственные здания со значительными избытками явной теплоты тельной влажностью внутреннего воздуха более 50% tр – температура точки росы, °С, при расчётной температуре tв и относительной влажности внутреннего воздуха.

Примечание.

Для зданий картофеле- и овощехранилищ нормируемый температурный перепад для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СНиП 2.11.02.

Таблица 1.4 – Значения коэффициента п, учитывающего положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [15] 1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), зенитные фонари, перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне 2. 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 3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проёмами в стенах 4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проёмов в стенах, расположенные выше уровня земли 5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли Примечание.

Для чердачных перекрытий тёплых чердаков и цокольных перекрытий над подвалами с температурой воздуха в них tc большей tн, но меньшей tв коэффициент n следует определять по формуле n t в tc / tв t н.

Чтобы удовлетворить условиям энергосбережения, величину требуемого термического сопротивления R о, меньше которого Rо не может быть принята, т.е.

Rо R о, определяют по нормам (табл. 1.5) в зависимости от величины расчётного значения градусо-суток отопительного периода (ГСОП), Ссут, определяемой по формуле где t оп – средняя температура наружного воздуха отопительного периода, °С, принимаемая по [12] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях; z оп – продолжительность периода, сут, со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С (табл. А11).

По табл. 1.5 определяется требуемое сопротивление теплопередаче огражтр дающих конструкций Rо, м2°С/Вт, в зависимости от полученного значения ГСОП и типа здания или помещения [2].

Если R о > Rо (ГСОП), то для дальнейших расчётов принимают R о ; если R о < Rо (ГСОП), то для расчётов принимают Rо (ГСОП).

Таблица 1.5 – Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций [15] 2 Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и мами Окончание таблицы 1. Примечания.

1. Значения для величин ГСОП, отличающихся от табличных, следует определять по формуле где ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

a, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз. 1, где для интервала до 6000 °С·сут: а = 0,000075, b = 0,15; для интервала 6000…8000 °С·сут: а = 0,00005, b = 0,3; для интервала 8000 °С·сут и более: а = 0,000025; b = 0,5.

2. Нормируемое приведённое сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше нормируемого сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих конструкций.

3. Нормируемые значения сопротивления теплопередаче чердачных и цокольных перекрытий, отделяющих помещения здания от неотапливаемых пространств с температурой tc (tн < tc < tв), следует уменьшать умножением величин, указанных в графе 5, на коэффициент n, определяемый по примечанию к таблице 1.4. При этом расчётную температуру воздуха в тёплом чердаке, тёплом подвале и остеклённой лоджии и балконе следует определять на основе расчёта теплового баланса.

4. Допускается в отдельных случаях, связанных с конкретными конструктивными решениями заполнений оконных и других проёмов, применять конструкции окон, балконных дверей и фонарей с приведённым сопротивлением теплопередаче на 5% ниже установленного в таблице.

5. Для группы зданий в поз. 1 нормируемые значения сопротивления теплопередаче перекрытий над лестничной клеткой и тёплым чердаком, а также над проездами, если перекрытия являются полом технического этажа, следует принимать как для группы зданий в поз. 2.

Определяется невязка R Rо Rо (или R Rо (ГСОП) – Rо ) и выбирается материал утеплителя [2].

Заданная конструкция ограждения соответствует теплотехническим требованиям, если выполняется условие Если же условие не выполняется, то необходимо определить толщину утепляющего слоя ут, м, где ут – теплопроводность утепляющего слоя материала, Вт/(м°С) [15].

После необходимо уточнить фактическое общее термическое сопротивление теплопередаче Rо, м2°С/Вт, утеплённого наружного ограждения [2] и, подбирая толщину утеплителя, добиться выполнения неравенства (1.5).

Если условие (1.5) не выполняется, то необходимо выбрать строительный материал с меньшей теплопроводностью ут, Вт/(м°С).

Исходные данные [2]:

– конструкция наружной стены: стены деревянные из тесанных брёвен с обшивкой досками;

– район строительства – г. Липецк;

– влажностный режим помещения – нормальный;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С [5];

– расчётная зимняя температура наружного воздуха в Липецке, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, t н 27 °С; z оп = 202 сут.; t оп = – 3,4 °С (табл. А11);

– коэффициент n = 1 (табл. 1.4);

– в = 8,7 Вт/(м2С), н = 23 Вт/(м2С) (табл. 1.1, 1.2).

Порядок расчёта.

1. Общее термическое сопротивление теплопередаче наружной стены определим по формуле (1.1) 2. По формуле (1.3) сопротивление теплопередаче, отвечающее условиям санитарно-гигиенических норм 3. Градусо-сутки отопительного периода определяем по формуле (1.4) 4. Величину сопротивления теплопередаче наружной стены с учётом энергосбережения определяем по табл. 1. 5. Сравниваем R о 1, 3 м2°С/Вт и Rо (ГСОП) = 2,9 м2°С/Вт и принимаем для дальнейших расчётов большее, т.е. Rо (ГСОП) = 2,9 м2°С/Вт.

6. Определяем невязку R Rо (ГСОП) – Rо = 2,9 – 1,05 = 1,85 м2°С/Вт.

7. Выбираем в качестве утепляющего слоя плиты из пенополистирола с теплопроводностью ут = 0,052 Вт/(м°С) [15, прил. Т] и рассчитываем толщину утеплителя по формуле (1.6) Принимаем ут = 0,2 м [3].

8. Уточняем фактическое общее сопротивление теплопередаче по формуле (1.7) Сравниваем по условию (1.5) Rо 4,89 м2°С/Вт Rо (ГСОП) = 2,9 м2°С/Вт.

Таким образом, полученное значение фактического общего сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции удовлетворяет условиям энергосбережения, и данное значение используется в дальнейших расчётах.

1.2. Проверка отсутствия конденсации водяных паров на внутренней поверхности наружного ограждения Конденсация влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности наружного ограждения является основной причиной увлажнения наружных ограждений [2]. Для устранения конденсации влаги необходимо, чтобы температура на внутренней поверхности t вп, С, и в толще ограждения превышала температуру точки росы t р, С, на 2...3 С, т.е. должно соблюдаться условие: t вп t р [6].

Температура внутренней поверхности наружного ограждения определяется по формуле и её сравнивают с температурой точки росы t р, которую определяют по h – d диаграмме влажного воздуха или по формуле где R в 1 / в – сопротивление теплопередаче внутренней поверхности ограждеф ния, м2°С/Вт; R о – общее фактическое термическое сопротивление ограждения, м2°С/Вт, определяемое по формуле (1.7); е – действительная упругость водяных паров, Па, которая определяется при заданной температуре внутри помещения t в и относительной влажности внутреннего воздуха в, %, где Е в – максимальная упругость водяных паров, Па, при заданной температуре внутри помещения t в [5, прил. С]; в – относительная влажность внутреннего воздуха, % (табл. 1.6).

Таблица 1.6 – Влажностный режим помещений зданий [15] Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С Исходные данные (см. пример 1.1) [2]:

– район строительства – г. Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С;

– влажностный режим помещения – нормальный;

– сопротивление теплоотдаче у внутренней поверхности наружной стены – в = 50 % (табл. 1.6); Ев = 2064 Па при t в 18 °С [14, прил. С];

– из примера 1.1 Rо 4,89 м2°С/Вт.

Порядок расчёта.

1. Температуру внутренней поверхности наружной стены определяем по формуле (1.8) 2. Вычисляем действительную упругость водяных паров по выражению (1.10) 3. Рассчитываем температуру точки росы по формуле (1.9) Таким образом, конденсация влаги на внутренней поверхности стены происходить не будет, т.к. выполняется условие t вп t р, т.е. 16,94 °С > 6,98 °С.

2. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

В отапливаемых зданиях при наличии разности значений температуры между внутренним и наружным воздухом постоянно происходят потери тепла через ограждающие конструкции: наружные стены (НС), полы (ПЛ), окна (О), наружные двери (НД), балконные двери (БД), чердачное перекрытие (ЧП).

Системы отопления должны восполнять эти потери, поддерживая в помещениях внутреннюю температуру, установленную санитарными нормами [2].

Основные тепловые потери через наружные ограждения, Вт, определяются по формуле [6] где Rо – фактическое общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2С/Вт; F – расчётная площадь ограждающей конструкции, м2;

– коэффициент, учитывающий добавочные потери тепла.

2.1.1. Расчёт теплопотерь через наружные стены Для расчёта потерь тепла через наружные стены предварительно определяют фактическое термическое сопротивление теплопередаче, а затем рассчитывают сами теплопотери по формуле (2.1).

Пример 2.1.

Исходные данные [2]:

– район строительства – г. Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С;

– в = 8,7 Вт/(м2С); н = 23 Вт/(м2С) [14];

– размер стены – 2,53,0 м;

– конструкция наружной стены: стены деревянные из тёсаных брёвен с обшивкой досками (см. пример 1.1);

– из примера 1.1 Rо 4,89 м2°С/Вт.

Порядок расчёта.

Предварительно рассчитываем пункты 1...8 из примера 1.1.

9. Вычисляем площадь стены 10. По формуле (2.1) определяем теплопотери через наружную стену Полы этажа здания, расположенные на грунте или лагах, разграничиваются на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам (рис. 2.1).

Если проводится расчёт теплопотерь заглубленного в грунт помещения, отсчёт зон ведётся от уровня земли по внутренней поверхности наружной стены и далее по полу [2]. Поверхность пола в зоне, примыкающей к наружному углу помещения, имеет повышенные теплопотери, поэтому её площадь в месте примыкания при определении общей площади в I зоне-полосе учитывается дважды (квадрат 22 м).

Рис. 2.1. Схема расположения зон полов на грунте или лагах Сопротивление теплопередаче следует определять, исходя из следующих положений:

а) для неутеплённых полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с теплопроводностью 1,2 Вт/(мС) сопротивление теплопередаче рассчитывается по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам, принимая Rн.п равным [2]:

Rн.п. = 2,1 м2С/Вт – для I зоны;

Rн.п. = 4,3 м2С/Вт – для II зоны;

Rн.п. = 8,6 м2С/Вт – для III зоны;

Rн.п. = 14,2 м2С/Вт – для IV зоны (для оставшейся площади пола);

б) для утеплённых полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с теплопроводностью утепляющего слоя у.с. < 1,2 Вт/(мС) и толщиной у.с., м, определяется сопротивление теплопередаче Rу.п., м2С/Вт, по формуле в) для полов на лагах сопротивление теплопередаче Rл, м2С/Вт, определяется по формулам:

III III

Потери тепла через пол, расположенный на грунте, Вт, вычисляются по формуле

FI F II F III F IV

где F I, F II, F III, F IV – площади соответственно I, II, III, IV зон-полос, м2.

Потери тепла через пол, расположенный на лагах, Вт,

F I F II F III F IV

Исходные данные [2]:

– конструкция полов: полы бетонные, покрытые линолеумом;

– этаж первый;

– количество наружных стен – две;

– район строительства – г. Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С;

Порядок расчёта.

1. Вычерчиваем план первого этажа в масштабе с указанием основных размеров и делим пол на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам (рис. 2.2).

2. В жилой комнате № 1 размещаются только I-ая зона и часть II-ой зоны.

Определяем размеры каждой зоны-полосы:

I-ая зона: 2,05,0 м и 2,03,0 м;

II-ая зона: 1,03,0 м.

3. Площадь каждой зоны:

4. Определяем сопротивление теплопередаче каждой зоны по формуле (2.2):

Рис. 2.2. Фрагмент плана и расположение зон полов в жилой комнате № 5. По формуле (2.4) определяем потери тепла через пол, расположенный на грунте, Пример 2.3.

Исходные данные [2]:

– конструкция полов: полы деревянные на лагах;

– этаж первый;

– количество наружных стен – две (рис. 2.2);

– район строительства – г. Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С;

Порядок расчёта.

1. Вычерчиваем план первого этажа в масштабе с указанием основных размеров и делим пол на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам.

2. В жилой комнате №1 размещаются только I-ая зона и часть II-ой зоны.

Определяем размеры каждой зоны-полосы:

I-ая зона: 2,05,0 м и 2,03,0 м;

3. Площадь каждой зоны:

4. Т.к. толщина воздушной прослойки в.п. = 0,35 м, то по табл. 2.1 величина R в.п. = 0,19 м2С/Вт.

5. Определяем термическое сопротивление теплопередаче каждой зоны по формулам (2.3):

6. Потери тепла через пол, расположенный на лагах, определяем по формуле (2.5) Таблица 2.1 – Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек [15] Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.

В практике строительства жилых и общественных зданий применяется одинарное, двойное и тройное остекление в деревянных, пластмассовых и металлических переплётах, спаренное или раздельное [2].

Требуемое нормативное общее сопротивление теплопередаче Rо для световых проёмов определяют по табл. 1.5 в зависимости от величины ГСОП.

Затем по табл. 2.2 в соответствии с конструкцией окна определяют значение приведённого сопротивления Rо. Необходимо, чтобы выполнялось условие Rо > Rо (ГСОП). В противном случае необходимо выбрать другую конструкцию окна, сопротивление теплопередаче которой будет удовлетворять требованиям.

Таблица 2.2 – Приведённое сопротивление окон, балконных дверей и фонарей [13, прил. 6] 3. Блоки стеклянные пустотные с шириной швов между ними 6 мм, размером, мм:

4. Профильное стекло коробчатого сечения 0,31 (без переплёта) 7. Тройное остекление в раздельно-спаренных 8. Однокамерный стеклопакет из стекла:

9. Двухкамерный стеклопакет из стекла:

с твёрдым селективным покрытием и заполнением 10. Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплётах из стекла:

с твёрдым селективным покрытием и заполнением Окончание таблицы 2. 11. Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплётах из стекла:

с твёрдым селективным покрытием и заполнением 12. Два однакамерных стеклопакета в спаренных 13. Два однакамерных стеклопакета в раздельных 14. Четырёхслойное остекление в двух спаренных * В стальных переплётах.

Примечания.

1. К мягким селективным покрытиям стекла относят покрытия с тепловой эмиссией менее 0,15, к твёрдым – более 0,15.

Значения приведённых сопротивлений теплопередаче заполнений световых проёмов даны для случаев, когда отношение площади остекления к площади заполнения светового проёма равно 0,75.

2. Значения приведённых сопротивлений теплопередаче, указанных в таблице, допускается применять в качестве расчётных при отсутствии этих значений в стандартах или технических условиях на конструкции или не подтверждённых результатами испытаний.

3. Температура внутренней поверхности конструктивных элементов окон зданий (кроме производственных) должна быть не ниже 3 С при расчётной температуре наружного воздуха.

Исходные данные [2]:

– район строительства – г. Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С;

– окна с двойным остеклением в спаренных переплётах из ПВХ.

1. По формуле (1.4) определяем ГСОП 2. По табл. 1.5 в зависимости от ГСОП определяем для окон 4. Т.к. Rо > Rо (0,47>0,4), то принимаем к установке однокамерный стеклопакет из стекла с твёрдым селективным покрытием в деревянных переплётах с Rо = 0,51 м2С/Вт.

6. Определяем теплопотери через окно по формуле (2.1) 2.1.4. Расчёт теплопотерь через наружные двери Фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей Rо, м С/Вт, определяется из выражения Теплопотери через наружные двери определяются по формуле (2.1).

Исходные данные [2]:

– район строительства – г. Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С; t н 27 °С;

n = 1; t н = 4 °С; в = 8,7 Вт/(м2С);

– двери деревянные однопольные.

Порядок расчёта.

1. По формуле (2.6) определим фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей 3. Определяем теплопотери через наружную дверь по формуле (2.1) 2.1.5. Расчёт теплопотерь через чердачное перекрытие Расчёт потерь тепла через чердачное перекрытие проводится аналогично расчёту потерь тепла через наружные стены.

Исходные данные [2]:

– район строительства – г. Липецк;

в = 8,7 Вт/(м2С), н = 12 Вт/(м2С);

– размер чердачного перекрытия – 2,463,56 м;

– конструкция чердачного перекрытия – бесчердачная конструкция.

Порядок расчёта.

1. Общее термическое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия определим по формуле (1.1) 2. Градусо-сутки отопительного периода определяем по формуле (1.4) 3. По формуле (1.3) требуемое сопротивление теплопередаче 4. Величину сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия с учётом энергосбережения определяем по табл. 1. 5. Сравниваем R о 1, 3 м2°С/Вт и Rо (ГСОП)= 3,85 м2°С/Вт и принимаем для дальнейших расчётов большее значение, т.е. Rо (ГСОП).

6. Определяем невязку R R о.эн Rо = 3,85 – 3,05 = 0,8 м2°С/Вт.

7. Выбираем в качестве утепляющего слоя плиты минераловатные прошивные марки 100 с теплопроводностью ут = 0,059 Вт/(м°С) [15, прил. Т] и рассчитываем толщину утеплителя по формуле (1.6) Принимаем ут 0,05 м.

8. Уточняем фактическое общее сопротивление теплопередаче по формуле (1.7) Сравниваем по условию (1.5) Rо 3,9 м2°С/Вт > Rо (ГСОП) = 3,85 м2°С/Вт.

9. Площадь чердачного перекрытия F 2, 46 3, 56 8,8 м2.

10. Определяем теплопотери через чердачное перекрытие по формуле (2.1) Основные теплопотери через наружные ограждения, обусловленные разностью температуры внутреннего и наружного воздуха, оказываются меньше фактических теплопотерь, т.к. не учитывается ряд факторов, вызывающих дополнительные потери теплоты, исчисляемые в долях от основных теплопотерь. К ним относят: ориентацию помещений по отношению к сторонам света; поступление в помещение наружного воздуха через наружные двери; наличие двух и более наружных стен; высоту помещений; инфильтрацию в помещения наружного воздуха через неплотности строительных конструкций [2, 6].

2.2.1. Добавочные потери тепла на ориентацию сторон света В помещениях любого назначения поправка на ориентацию по отношению к сторонам света принимается в соответствии со схемой (рис. 2.3) [2, 7].

Рис. 2.3. Поправка на ориентацию по отношению к сторонам света При этом добавочные теплопотери, определяемые ориентацией ограждений по сторонам света (в долях от основных теплопотерь), рассчитываются по формуле [6] где Qo – основные теплопотери через данное ограждение, Вт; ор – коэффициент добавки на ориентацию в относительных величинах (рис. 2.3).

2.2.2. Добавочные потери тепла на открывание наружных дверей Через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушнотепловыми завесами, при высоте зданий H, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты добавочные потери определяются [6, 18]:

– для тройных дверей с двумя тамбурами между ними – для двойных дверей с тамбурами между ними – для двойных дверей без тамбура – для одинарных дверей где Qо.лк основные теплопотери через двери в помещении лестничной клетки, Вт; 0,2Н, 0,27Н, 0,34Н, 0,22Н – значения коэффициентов добавок, учитывающих тип дверей и высоту здания.

2.2.3. Добавочные потери тепла на наличие двух и более наружных стен Дополнительные потери тепла через ограждения при наличии в помещении двух и более наружных стен учитываются по общественным зданиям и вспомогательным помещениям производственных зданий в размере 5% основных теплопотерь (в угловых помещениях жилых зданий повышают расчётную температуру внутреннего воздуха на 2° и добавку не вводят) [2, 7, 18].

2.2.4. Добавочные потери на высоту помещений При высоте помещений более 4 м расчётная величина теплопотерь через все ограждения с включением добавок увеличивается на 2% на каждый метр высотой сверх 4 м, но не более 15%. Эта добавка необходима в связи с некоторым перегревом воздуха верхней зоны помещения [2, 7, 18].

2.2.5. Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещений Причинами инфильтрации воздуха через ограждения являются тепловое давление, возникающее вследствие разности плотности холодного наружного и тёплого внутреннего воздуха, и ветровое давление, создающееся в результате перехода у стен здания динамического давления ветра в статическое давление.

В жилых и общественных зданиях инфильтрация происходит через окна, балконные двери, световые фонари, наружные и внутренние двери, ворота, открытые проёмы, щели, стыки стеновых панелей [2, 7, 18].

Добавочные потери тепла на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха Qи, Вт, для помещений, не оборудованных естественной вентиляцией, определяются по формуле [2, 6].

где G и – расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения, определяемый по формуле (2.14); с – удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж/(кгС); t в, t н – расчётные температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период, С; kн – коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплётами, 0,8 – для окон и балконных дверей с раздельными переплётами и 1,0 – для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплётами и открытых проёмов.

Сначала определяют расход теплоты Qи, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом где н – плотность наружного воздуха, кг/м ; L – расход удаляемого воздуха, м3/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий с расчётной заселённостью квартиры не более 20 м2 общей площади на человека – 3 м3/ч; для жилых зданий без ограничения заселённости – (0,353 м3/ч) на 1 м площади жилых помещений, но не менее 30 м3/ч на одного жителя или суммарного количества воздуха, удаляемого из кухни, ванной, туалета и других вспомогательных помещений; для общественных и административных зданий (офисов и объектов сервисного обслуживания) – 4 м3/ч; для учреждений здравоохранения и образования – 5 м3/ч; для спортивных, зрелищных и детских дошкольных учреждений – 6 м3/ч на 1 м2 площади рабочих помещений [2].

Суммарный расход инфильтрующегося воздуха через окна и балконные двери определяется по формуле где р – расчётная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па; Fо – площадь окна, м2; Fб – площадь балконной двери, м2; R и – сопротивление воздухопроницанию, м2чПа/кг, принимаемое по [2], равное для уплотнения оконных и балконных заполнителей из прокладки из губчатой резины или полушерстяного шнура R и =0,42 м2чПа/кг [2, 16].

Расчётная разность давлений р, Па, определяется величиной гравитационно-ветрового давления и работой вентиляции по формуле где Н – высота здания до верха карниза или вытяжных отверстий шахт, м; h – расстояние от поверхности земли до верха окон, дверей, м; в, н – плотность воздуха при температуре внутреннего t в и наружного t н воздуха, кг/м3, ;

v н – скорость ветра, м/с, принимаемая по [1]; Сн, Сз – аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаются 0,8 и 0,6 соответственно [2, 11]; kv – коэффициент учёта изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимается равным 0,7 [11].

Таблица 2.3 – Расчётные параметры наружного воздуха [7] Наименова- рическое Период темпе- удель- ско- темпе- удель- скоческая Окончание таблицы 2. За расчётное принимают большее из полученных значений по формулам (2.12) и (2.13).

Для одного помещения расчёты теплопотерь на инфильтрацию представляют в развёрнутом виде, т.е. с записью формул и цифр. Для здания в целом расчёты удобнее представлять в табл. 2.4.

Таблица 2.4 – Расчёт тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха [2] Исходные данные [2].

Рассчитать расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в жилой комнате здания, расположенного в городе Липецке. Жилое помещение оборудовано естественной вытяжной вентиляцией с нормативным воздухообменом м3/ч на 1 м2 площади пола.

Высота здания от уровня земли до верха вытяжной шахты естественной вентиляции Н = 7,2 м.

Размеры однокамерного стеклопакета из стекла с твёрдым селективным покрытием в деревянных переплётах 1,681,8 м. Для данного типа окна Rо 0,51 м2°С/Вт (см. пример 2.4). Расстояние от пола до подоконника окна h = 1 м.

Плотность наружного и внутреннего воздуха при t н 27 °С и t в 18 °С соответственно Коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкции окна kн = 1.

Коэффициент учёта изменения скоростного давления ветра kv = 0,7.

Аэродинамические коэффициенты Сн = 0,8, Сз = 0,6.

По табл. 2.3 скорость ветра в городе Липецке в холодный период года равна v н = 6,5 м/с.

Площадь пола жилой комнаты F = 3,82·6,54 = 24,98 м2.

Порядок расчёта.

1. Определяем разность давлений воздуха на наружную и внутреннюю поверхность ограждения (окна) жилой комнаты по формуле (2.15) 2. Вычисляем расход инфильтрующегося воздуха через окно по формуле (2.14) 3. По формуле (2.12) рассчитываем расход теплоты для нагревания инфильтрующегося воздуха через окно вследствие действия теплового и ветрового давления 4. По формуле (2.13) вычисляем расход теплоты для нагревания инфильтрующегося воздуха при естественной вентиляции, не компенсируемый притоком подогретого воздуха, 5. За расчётную величину следует принять большее из полученных значений Q и 1355 Вт.

Согласно [2] величина удельных бытовых тепловыделений на 1 м2 площади жилых помещений qв, Вт/м2, принимается для жилых зданий:

а) предназначенных гражданам с учётом социальной нормы (с расчётной заселённостью квартиры не более 20 м2 общей площади на человека), qв = 17 Вт/м2;

б) без ограничения социальной нормы (с расчётной заселённостью квартиры не менее 45 м2 общей площади на человека) qв = 10 Вт/м2;

в) в зависимости от расчётной заселённости квартиры по интерполяции величины qв между 17 и 10 Вт/м2;

г) для общественных и административных зданий бытовые тепловыделения учитываются по расчётному числу людей (90 Вт/чел), находящихся в здании, освещению (по установочной мощности) и оргтехнике (10 Вт/ м2) с учётом рабочих часов в неделю.

При расчёте тепловой мощности системы отопления необходимо учитывать регулярные бытовые теплопоступления в помещение от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, коммуникаций и других источников.

Бытовые теплопоступления, Вт, определяются по формуле где F – для жилых зданий – площадь жилых помещений, для общественных зданий – расчётная площадь, определяемая как сумма площадей всех помещений, за исключением коридоров, тамбуров, переходов, лестничных клеток, лифтовых шахт, внутренних открытых лестниц и пандусов, а также помещений, предназначенных для размещения инженерного оборудования и сетей, м2.

Исходные данные[2].

Вычислить бытовые тепловыделения в жилую комнату, площадь которой равна F = 35,8 м2.

Порядок расчёта.

По формуле (2.16) определяем бытовые теплопоступления в жилую комнату Для компенсации теплопотерь через наружные ограждения устраивают системы отопления [2].

Тепловая мощность системы отопления Qс.о., Вт, помещения определяется по формуле где Qпот. – суммарные тепловые потери помещением, Вт; Qпост. – суммарные теплопоступления в помещение, Вт.

Вычисление теплопотерь и теплопоступлений производят для каждого помещения отдельно, а затем для всего здания в целом.

С другой стороны, выражение (2.17) можно записать как где Qосн – сумма основных потерь теплоты через ограждающие конструкции здания (наружные стены, окна, балконные двери, полы, перекрытие и крышу, наружные двери), Вт; Qи – сумма добавочных потерь теплоты на инфильтрацию, Вт.

Основные потери теплоты с учётом добавочных через ограждающие конструкции с округлением до 10 Вт определяются по формуле (2.1).

Расчёты теплопотерь помещений здания сводятся в табл. 2.5 [2], где подводятся итоги расчёта потерь тепла по отдельным помещениям, по этажам и по всему зданию в целом. Здесь ограждающие конструкции обозначаются сокращённо начальными буквами (колонка 4 табл. 2.5): НС – наружные стены; О – окна;

БД – балконные двери; Пл – полы; Кр – крыша; Пр – перекрытие.

помещения

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ

И ЧИСЛА ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Отопительные приборы по преобладающему способу теплоотдачи подразделяются на радиационные, конвективно-радиационные и конвективные [2, 13].

К радиационным приборам, передающим излучением более 50% общего теплового потока, следует отнести отопительные панели металлические или бетонные, расположенные в подпотолочной зоне или в плоскости наружных и внутренних стен.

К конвективно-радиационным приборам, передающим конвекцией не менее 50% общего теплового потока, относят радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы.

К конвективным приборам, передающим конвекцией не менее 75% общего теплового потока, относят конвекторы, ребристые трубы и воздухонагреватели.

В эти группы входят отопительные приборы пяти основных видов (рис. 3.1):

радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы (эти три вида приборов имеют гладкую внешнюю поверхность), конвекторы, ребристые трубы (имеют ребристую поверхность). К приборам с ребристой внешней поверхностью относят также калориферы, применяемые для нагревания воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования [10].

Рис. 3.1. Конструкции отопительных приборов различных видов а – радиатор секционный; б – радиатор стальной панельный; в – гладкотрубный прибор (из трёх горизонтальных стальных труб); г – конвектор с кожухом;

д – ребристая труба (из двух горизонтальных чугунных труб);

1 – канал для теплоносителя; 2 – оребрение из стальных пластин; 3 – чугунный фланец Отопительные приборы из гладких труб выполняются в виде регистров или змеевиков (рис. 3.2). Общая длина прибора и число труб по вертикали зависит от тепловой мощности отопительного прибора.

Рис. 3.2. Формы соединения труб в гладкотрубных отопительных приборах:

Ребристой трубой называют конвективный прибор, представляющий собой фланцевую чугунную трубу, наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими рёбрами (рис. 3.3) [2, 10].

1 – канал для теплоносителя; 2 – рёбра; 3 – соединительный фланец На равномерность температурного поля на внешней поверхности отопительных приборов влияет направление движения теплоносителя (воды) внутри прибора, связанное с местами его подвода и отведения, т.е. способ соединения приборов с теплопроводами.

На рис. 3.4 представлены три основные схемы присоединения секционных и панельных радиаторов. Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов получается при схеме присоединения «сверху-вниз» (схема 1). При других типа присоединения «снизу-вниз» (схема 2) и «снизу-вверх» (схема 3) коэффициент теплопередачи будет ниже [2, 10].

Рис. 3.4. Основные схемы присоединения радиаторов к теплопроводам После того, как выбраны класс, вид и модель отопительных приборов необходимо определить, как эти приборы будут подключаться к отопительной сети здания. Существуют две основные системы отопления: однотрубная и двухтрубная (рис. 3.5) [2].

1 – подающий трубопровод; 2 – радиатор; 3 – терморегулятор (ручной или автоматический);

4 – вентиль нижний; 5 – воздухоотводчик; 6 – перемычка (байпас);

Однотрубная система (рис. 3.5 а, б).

Теплоноситель (вода) по одному трубопроводу (стояку) подаётся наверх здания, а по другому опускается вниз, последовательно проходя через все отопительные приборы, установленные на этажах. Чем ниже этаж, тем холоднее становится вода, поступающая в прибор. Какая-либо регулировка прибора при этом невозможна, т.к. всякое изменение сечения прохода воды приводит к уменьшению её потока во всём стояке.

Двухтрубная система (рис. 3.5 в, г).

В этой системе теплоноситель подаётся по одному трубопроводу (подающему), а отводится по другому (обратному). Отопительные приборы подключаются к стоякам параллельно. Поэтому температура теплоносителя, входящего в приборы, на всех этажах здания одинакова.

Если устанавливается новый отопительный прибор, то необходимо управление его теплоотдачей. В однотрубной системе это достигается с помощью установки перемычки (байпаса) и запорно-регулирующей арматуры (рис. 3.6).

В двухтрубной системе для управления теплоотдачей байпас не требуется, достаточно на подводящей трубе (верхней подводке) установить терморегулятор.

Перемычка (байпас) это отрезок трубы, установленный между прямой и обратной подводками прибора, диаметр которой меньше диаметра подводки на один калибр (обычно это труба диаметром полдюйма). Когда терморегулятор (рис. 3.5 б и рис. 3.6) [2], ручной или автоматический, изменяет количество теплоносителя, поступающего в прибор, его избыточная часть через перемычку возвращается в стояк, не влияя на работу других приборов на стояке. При этом изменяется температура поверхности радиатора и, следовательно, температура воздуха в помещении.

Рис. 3.6. Обвязка радиатора в однотрубной системе отопления Тепловой расчёт отопительного прибора заключается в определении числа секций (элементов) разборного радиатора или типа неразборного радиатора и конвектора, внешняя нагревательная поверхность которых должна обеспечить передачу не менее требуемого теплового потока в помещение (рис. 3.7) [2, 10].

Рис. 3.7. Схема теплоотдачи отопительного прибора Q пр и труб Q тр Исходными данными для расчёта отопительного прибора являются потери тепла в помещении (дефицит теплоты), расчётные температуры теплоносителя: на входе и выходе из системы, температура внутреннего воздуха в помещении и температура наружного воздуха [2].

Тепловая мощность прибора, т.е. его расчётная теплоотдача Qпр, Вт, определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении Q тр.

Теплоотдача отопительного прибора Qпр, Вт, определяется по формуле где q пр – поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м2; Fпр – расчётная площадь отопительного прибора, м2.

Отсюда площадь поверхности отопительного прибора где требуемая теплоотдача прибора в помещение Qпр определяется по формуле где Qп – расчётные потери тепла помещением, Вт; Q тр – суммарная теплоотдача проложенных в пределах помещения нагретых труб стояка (ветвей) и подводок, к которым непосредственно присоединён прибор, Вт; тр – поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении ( тр составляет при прокладке труб: открытой – 0,9; скрытой в глухой борозде стены – 0,5; замоноличенной в тяжелый бетон – 1,8).

Суммарная теплоотдача открыто проложенных в помещении труб где q в, q г – теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных труб в помещении, Вт/м, принимается по [16, табл. II.22]; l в, l г – длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения, м.

Расчётную плотность теплового потока определяют для теплоносителя (воды) по формуле где t ср – средний температурный напор в отопительном приборе с учётом понижения температуры воды в подающей магистрали и стояке, С; Gпр – действительный расход воды в отопительном приборе, кг/ч; q ном – номинальная плотность прибора, принятого к установке, при стандартных условиях работы, Вт/м (табл. 3.1); п, р, с – коэффициенты (табл. 3.2).

Таблица 3.1 – Номинальная плотность теплового потока отопительных приборов при движении воды «сверху-вниз» [16] отопительного прибора Конвектор настенный без кожуха типа «Прогресс-15»

Конвектор настенный с кожухом типа «Прогресс-20»

Биметаллический отопительный прибор типа «Коралл»

Таблица 3.2 – Значения показателей п, р, с для определения теплового потока приборов [16] Тип отопительного прибора Радиатор чугунный секционный и Окончание таблицы 3. «Комфорт-20» и конвектор настенный типа «Ритм» и «Ритм-1500»

Конвектор напольный высокий типа «КВ»

Конвектор настенный без кожуха типа «Аккорд» однорядный и двухрядный Конвектор отопительный типа «Прогресс 15к»

Конвектор отопительный типа «Прогресс 20к»

Прибор отопительный биметаллический литой типа «Коралл»

Труба отопительная стальная Dу = 40...100 мм Для двухтрубных систем водяного отопления, когда каждый нагревательный прибор подключается к подающей магистрали независимо, средний температурный напор в отопительном приборе определяется по формуле [2] где t г – температура теплоносителя в подающем трубопроводе, С; t о – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С.

В однотрубных системах водяного отопления нагревательные приборы соединены последовательно, поэтому температура теплоносителя, поступающего в последующий прибор, должна рассчитываться с учётом охлаждения воды в предыдущем приборе и с учётом охлаждения теплоносителя в трубах подающей магистрали на 2 С. Температура воды, входящей в первый нагревательный прибор принимается t вх t г 2. Температура вода на выходе из прибора рассчитывается по формуле [19] где 1 – поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь отопительных приборов (для радиаторов и конвекторов 1 = 1,03…1,08, для ребристых труб 1 = 1,13); 2 – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений ( 2 = 1,02…1,04).

Средний температурный напор в отопительном приборе при однотрубной системе отопления где t в – температура окружающего воздуха, С.

Действительный расход воды в отопительном приборе рассчитывается по формуле, кг/ч, где Qп – теплопотери в рассматриваемом помещении, Вт; св – удельная массовая теплоёмкость воды, равная 4,19 кДж/(кгС).

Число секций радиаторов определяют по формуле [2] где f1 – площадь поверхности нагрева одной секции, м2, принимается по [16, приложение X]; 4 – коэффициент, учитывающий способ установки отопительных приборов (табл. 3.3); 3 – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, рассчитывается по формуле 3 0,92 0,16 / Fпр.

Таблица 3.3 – Значения коэффициента 4, учитывающего способ установки отопительного прибора [19] Эскиз установки Окончание таблицы 3. Число панельных радиаторов типа РСВ1 и РСВ2 рассчитывается по формуле где f1 – площадь одной панели, м2, принимается по [16, приложение X].

Число элементов конвекторов без кожуха или ребристых труб в ярусе по вертикали или в ряду по горизонтали определяется по формуле где п – число ярусов или рядов элементов, составляющих приборы; f1 – площадь одного элемента конвектора или одной ребристой трубы принятой длины, м2, выбираемая по [16, приложение X].

Длина греющей трубы l, м, в ярусе или в ряду гладкотрубного прибора составляет где п – число ярусов или рядов греющих труб, составляющих прибор; f 1 – площадь 1 м открытой горизонтальной трубы принятого диаметра, м2/м.

Подбор нагревательных элементов для одного стояка проводится подробно с формулами и вычислениями.

Подбор площади поверхности нагревательных приборов для остальных стояков представляется в виде сводной табл. 3.4.

– наименование объекта – жилое здание;

– район строительства – город Липецк;

– расчётная температура внутреннего воздуха t в 18 °С;

– вид теплоносителя в системе отопления – вода; температура воды в подающем трубопроводе t г 95 °C, температура воды в обратном трубопроводе t о 70 °C;

– система отопления – однотрубная с нижней разводкой, проточная, нерегулируемая;

– тип отопительного прибора – чугунный радиатор М-90;

– диаметр стояка и подводок Dу = 20 мм;

– радиатор расположен у стены без ниши под подоконником на расстоянии от него А = 40 мм;

– теплопотребность помещения составляет Qп = 1580 Вт.

1. Рассчитаем действительный расход воды в отопительном приборе по формуле (3.9) 2. Теплоотдачу вертикальных ( l в 2, 5 0 , 5 2, 0 м) и горизонтальных ( l г 0,8 м) труб диаметром Dу = 20 мм находим по формуле (3.4). При этом теплоотдачу 1 м вертикальных и горизонтальных труб в помещении q в 84 Вт/м, q г 105 Вт/м определяем по [16, табл. II.22] в зависимости от разности значений температуры t г t в 95 18 77 °С.

3. Требуемую теплоотдачу прибора определяем по формуле (3.3). При этом поправочный коэффициент для открытой прокладки труб тр 0, 9.

4. Температура воды, входящей в отопительный прибор, 5. Температуру воды на выходе из прибора определим по формуле (3.7).

Поправочные коэффициенты принимаем 1 1, 05, 2 1, 03.

6. Средний температурный напор в отопительном приборе при однотрубной системе отопления определяем по формуле (3.8) 7. Расчётную плотность теплового потока определяем по формуле (3.5). Для чугунного радиатора марки М-90 номинальная плотность теплового потока равна q ном 700 Вт/м2 (табл. 3.1). Согласно табл. 3.2 коэффициенты n 0, 3, p 0, с = 1.

8. Площадь поверхности отопительного прибора определим по формуле (3.2) 9. Число секций чугунного радиатора М-90 рассчитываем по формуле (3.10).

3 0, 92 0,16 / Fпр 0, 92 0,16 / 2, 2 0, 99. Площадь поверхности нагрева одной секции принимается по [16, приложение X] f 1 0, 2 м2.

Принимаем к установке 12 секций.

Температура воздуха внутри помещения Температура теплоносителя на входе Расчётная плотность теплового потока

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТРУБОПРОВОДОВ

СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Система отопления – это комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения [2, 19]. Каждая система отопления, в соответствии с рис. 4.1, включает в себя три основных элемента: теплогенератор 1, служащий для получения теплоты и передачи её теплоносителю, систему теплопроводов 2 для транспортировки по ним теплоносителя и отопительный прибор 3, передающий теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения.

Рис. 4.1. Принципиальная схема системы отопления:

1 – теплогенератор; 2 – теплопровод; 3 – отопительный прибор В качестве теплогенератора для системы отопления может служить отопительный котельный агрегат или любой другой теплообменный аппарат, использующий иной, чем в системе отопления, теплоноситель.

Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков в соответствии с рис. 4.2 [2, 19].

1. По взаимному расположению основных элементов системы отопления подразделяются на центральные и местные.

Центральные системы отопления – это системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор (котельная или ТЭЦ). Примером центральной системы отопления может служить система водяного отопления здания с местной котельной.

Местные системы отопления – это системы отопления, при которых все три основных элемента (теплогенератор, теплопровод и отопительный прибор) конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в обогреваемом помещении. Примером местной системы отопления является отопительная печь, имеющая теплогенератор, теплопроводы (газоходы внутри печи) и отопительные приборы (стенки печи).

2. По способу циркуляции теплоносителя местные и центральные системы водяного и воздушного отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией за счёт разности плотностей холодного и горячего теплоносителей (при t = 70 °C, 977,8 кг/м 3 и при t = 95 °C, 961,86 кг/м 3 ) и системы с искусственной циркуляцией за счёт работы насоса.

Низкотемпературные / Высокотемпературные 3. По виду теплоносителя, передающего теплоту отопительными приборами в помещения, центральные системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные.

4. По параметрам теплоносителя паровые системы подразделяются на системы низкого ( p 0,1...0,17 МПа), высокого ( p 0,17...0,3 МПа) давления и вакуум-паровые с давлением p 0,1 МПа.

Классификация систем водяного отопления проводится по следующим основным признакам [2, 18].

1. По параметрам теплоносителя центральные водяные системы подразделяются на низкотемпературные с водой, нагретой до 100 С и высокотемпературные с температурой воды более 100 С.

2. По способу создания циркуляции водяные системы отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с искусственной циркуляцией (насосные). В системах с естественной циркуляцией движение воды осуществляется под действием разности плотностей охлаждённой воды после отопительных приборов и горячей воды, поступающей в систему отопления.

В системах с искусственной циркуляцией движение воды происходит под действием насоса.

3. По схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь системы водяного отопления подразделяются на двухтрубные (приборы присоединены по теплоносителю параллельно) и однотрубные (приборы присоединены по теплоносителю последовательно).

4. По направлению объединения отопительных приборов как двухтрубные, так и однотрубные системы отопления могут быть вертикальными (последовательно присоединяются к общему вертикальному стояку отопительные приборы на разных этажах) и горизонтальными (последовательно присоединяются к общей горизонтальной ветви отопительные приборы на одном этаже).

5. По месту расположения подающих и обратных магистралей системы водяного отопления подразделяются на системы с верхним расположением подающих магистралей (по чердаку или под потолком верхнего этажа, а обратных магистралей – по подвалу) и с нижним расположением обеих магистралей (по подвалу или над полом первого этажа).

6. По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях системы водяного отопления подразделяются на тупиковые (горячая и охлаждённая вода в магистралях движется в противоположных направлениях) и с попутным движением (горячая и охлаждённая вода в магистралях движется в одном направлении).

Сравнительные достоинства и недостатки различных систем отопления приведены в табл. 4.1[2, 19].

Таблица 4.1 – Характеристики систем отопления Система отопления Водяная 1. Обеспечивает равномерность 1. Значительное гидростатичетемпературы помещения. ское давление в системе.

2. Ограничивает верхний предел 2. Значительный расход металла.

температуры поверхности ото- 3. Тепловая инерционность.

пительных приборов. 4. Опасность замораживания воПростота центрального регу- ды.

лирования отопительных приборов.

Паровая 1. Высокая теплоотдача отопи- 1. Высокая температура на потельных приборов. верхности труб.

2. Уменьшается расход металла. 2. Невозможность центрального 3. Незначительное гидростатиче- качественного регулирования Окончание таблицы 4. 4. Меньшая опасность замора- 3. Сложная и дорогостоящая 5. Быстрый прогрев помещения. 4. Меньшая долговечность.

Воздушная 1. Возможность совмещения с 1. Большие сечения каналов.

2. Отсутствие в помещении ото- прокладке магистральных воздупительных приборов. ховодов.

3. Отсутствие тепловой инерции. 3. Малая теплоаккумулирующая качественного регулирования.

Системы водяного отопления благодаря высоким санитарно-гигиеническим качествам, надёжности и долговечности получили в нашей стране наиболее широкое применение в гражданских и производственных зданиях.

Паровые системы отопления допускаются в промышленных и ряде общественных зданий (при наличии пара для технологических нужд) при кратковременном пребывании в них людей.

Воздушное отопление получило широкое распространение в производственных зданиях с выделением вредностей и влаги.

Для уяснения устройства и принципа действия системы водяного отопления рассмотрим схему [2, 18], представленную на рис. 4.3.

Вода, нагретая в теплогенераторе (котле) К до температуры tг, поступает через теплопровод, главный стояк 1, в подающие магистральные теплопроводы 2.

По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 9. Затем по подающим подводкам 13 горячая вода поступает в отопительные приборы 10, через стенки которых теплота передаётся воздуху помещения.

Из отопительных приборов охлаждённая вода с температурой tо по обратным подводкам 14, обратным стоякам 11 и обратным магистральным теплопроводам возвращается в теплогенератор К, где она снова подогревается до температуры tг, и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

В системе водяного отопления имеется расширительный бак 4, предназначенный для вмещения прироста объёма воды при её нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу как при заполнении системы водой, так и в период её эксплуатации (в случае открытого расширительного бака). Для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к ним устанавливают регулировочные краны 12.

Рис. 4.3. Схема двухтрубной системы водяного отопления К – котёл; 1 – главный стояк; 2 – подающий магистральный теплопровод (горячей воды);

3 – сигнальная трубка; 4 – расширительный бак; 5 – переливная труба; 6 – циркуляционная труба; 7 – вентили; 8 – тройники с пробкой, верхние – для впуска воздуха в отключённый стояк, нижние – для спуска воды; 9 – подающие стояки (горячей воды); 10 – отопительные приборы;

11 – обратные стояки (охлаждённой воды); 12 – регулировочные краны у отопительных приборов; 13 – подающие подводки; 14 – обратные подводки; 15 – обратный магистральный теплопровод (охлаждённой воды); 16 – запорные вентили для регулирования и отключения отдельных веток системы; 17 – труба для заполнения системы водой из водопровода;

Перед пуском в действие каждая система заполнятся водой из водопровода 17 через обратную линию до сигнальной трубы 3 в расширительном баке 4.

Когда уровень воды в системе повысится до сигнальной трубы, и вода будет вытекать из трубы в раковину, находящуюся в котельной, кран на сигнальной трубе закрывают и прекращают заполнение системы водой.

При недостаточном прогреве приборов вследствие засорения трубопровода или арматуры, а также в случае появления утечки вода из отдельных стояков может быть спущена без опорожнения и прекращения работы других участков системы. Для этого закрывают вентили 7 на стояках. Из тройника 8, установленного в нижней части стояка, вывёртывают пробку и к штуцеру тройника присоединяют гибкий шланг, по которому вода из теплопровода и отопительных приборов стекает в канализацию. Чтобы вода быстрее стекала, из верхнего тройника 8 вывёртывают пробку.

Область применения и преимущества различных систем водяного отопления представлены в табл. 4.2 [2, 19].

Таблица 4.2 – Область применения и преимущества различных систем водяного отопления Вертикальные двух- 1. Большое естественное циркуля- В зданиях с числом трубные системы с ционное давление. этажей до 3-х вклюверхним располо- 2. Проще удалять воздух из систе- чительно.

жением подающей мы.

магистрали с есте- 3. Выше теплоотдача отопительных ственной циркуля- приборов.

цией воды. 4. Поступление воды с наивысшей Вертикальные двух- 1. Меньше теплопотери. В малоэтажных здатрубные системы с 2. Монтаж и пуск системы могут ниях с кранами нижним расположе- производиться поэтажно. двойной регулировнием обеих магист- 3. Удобнее эксплуатация системы. ки у отопительных ралей с естествен- 4. Большая гидравлическая и тепло- приборов.

ной циркуляцией вая надёжность системы.

Вертикальные одно- 1. Меньшая стоимость. В многоэтажных трубные системы с 2. Простой монтаж и меньшая длина производственных стками на стояках и 3. Красивый внешний вид.

естественной циркуляцией воды.

Однотрубные гори- 1. Меньший расход труб. В производственных зонтальные системы 2. Возможность поэтажного вклю- помещениях.

с естественной цир- чения системы.

куляцией воды. 3. Стандартность узлов.

Вертикальная двух- 1. Большая разница в потере давле- В производственных трубная система ния в отдельных циркуляционных помещениях.

отопления с искус- кольцах.

ственной циркуля- 2. Равномерный прогрев всех отоцией и тупиковой пительных приборов.

системой.

Окончание таблицы 4. Однотрубная систе- 1. Меньший диаметр труб. В производственных ма с нижней про- 2. Большой радиус действия. помещениях.

кладкой магистра- 3. Простой монтаж.

лей с искусственной 4. Устойчивый тепловой и гидравциркуляцией. лический режимы работы.

4.4. Основные принципы гидравлического расчёта теплопроводов Целью гидравлического расчёта является определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчётном циркуляционном давлении, установленном для данной системы [2, 19].

Гидравлический расчёт теплопроводов систем водяного отопления выполняют различными методами. Наибольшее распространение получили методы расчёта теплопровода по удельным потерям давления и по характеристикам гидравлических сопротивления.

Первый метод заключается в раздельном определении потерь давления на трение и на преодоление местных сопротивлений. При этом диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях, равных расчётному перепаду температуры воды во всей системе.

Во втором методе устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают неравные перепады температуры воды в стояках и ветвях. Предварительно выбирают диаметр теплопровода на каждом расчётном участке с учётом допустимых скоростей движения воды. Расчётным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

При расчёте главного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении циркуляционного контура) рекомендуется предусматривать запас давления на неучтённые сопротивления, но не более 10% расчётного давления.

Методика гидравлического расчёта теплопровода систем водяного отопления [2, 18].

1. До гидравлического расчёта теплопроводов выполняют аксонометрическую схему системы отопления со всей запорно-регулирующей арматурой. К составлению такой схемы приступают после того как: посчитана тепловая мощность системы отопления здания; выбран тип отопительных приборов и определено их число для каждого помещения; размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, горячие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала – подающие и обратные магистрали; выбрано место для теплового пункта или котельной; показано на плане чердака или верхнего этажа (при совмещённой крыше) размещение расширительного бака и приборов воздухоудаления. На планах этажей, чердака и подвала горячие и обратные стояки системы отопления должны быть пронумерованы, а на аксонометрической схеме кроме стояков нумеруют все расчётные участки циркуляционных колец (участки труб), а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчётных участков составляет величину расчётного циркуляционного кольца.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимается кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах – кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. В последнем случае общая длина расчётного циркуляционного кольца l – наибольшая, а расчётное циркуляционное давление pp – наименьшее, тогда и отношение pр l, определяющее давление на 1 м длины, здесь будет наименьшим. При попутном движении воды наиболее неблагоприятным в гидравлическом отношении является кольцо, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков.

3. Определяют расчётное циркуляционное давление pp по формуле где pнас – циркуляционное давление, создаваемое насосом или элеватором, Па;

Е – коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчётных условиях; pе.пр – естественное циркуляционное давление, возникающее за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па; pе.тр – естественное циркуляционное давление, вызываемое охлаждением воды в теплопроводах, Па; pе – расчётное циркуляционное давление, Па.

При типовом проектировании pнас принимают равным 10…12 кПа, а при подключении системы отопления к тепловым сетям pнас рассчитывают по формуле где pэ – давление, которое необходимо иметь перед элеватором для обеспечения его нормальной работы, Па; u – коэффициент смешения, определяемый по формуле где t1 – температура воды в подающей линии тепловой сети, С; tг – температура воды, поступающей в систему, С; tо – температура воды на выходе из системы, С.

При наличии циркуляционных насосов pнас принимают по их характеристикам, а диаметры теплопроводов – по допустимым скоростям движения воды.

Рекомендуется для двухтрубных систем принимать Е 0, 4...0,5, для однотрубных систем Е 1. Естественное давление pе.пр и pе.тр можно не учитывать, если оно составляет не более 10% давления, создаваемого механическим побуждением.

В системах отопления многоэтажных зданий pе.пр в большинстве случаев является основным по величине, а pе.тр – дополнительным. Только в одноэтажных зданиях основным является pе.тр. В системах с естественной циркуляцией величина pе является расчётным циркуляционным давлением.

4. При расчёте по методу удельных потерь давления для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее значение удельных потерь давления по главному циркуляционному кольцу где k коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления от общей величины расчётного циркуляционного давления ( k 0,35 для систем отопления с искусственной циркуляцией, k 0,5 для систем отопления с естественной циркуляцией); pр расчётное циркуляционное давление, Па;

l общая длина расчётного циркуляционного кольца, м.

5. Определяют расходы воды на расчётных участках где Qуч тепловая нагрузка участка, составленная из тепловых нагрузок отопительных приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой, Вт; с теплоёмкость воды, кДж/(кгК); tг tо перепад температур воды в системе, С;

1 коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины [6] (принимается по табл. 4.3); 2 коэффициент учёта дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений [6] (принимается по табл. 4.4).

Таблица 4.3 – Значения коэффициента Примечание. Для отопительных приборов помещения с номинальным тепловым потоком более 2,3 кВт следует принимать вместо 1 коэффициент 1 0,51 1.

Ориентируясь на полученное значение Rср и определив количество воды Gуч, кг/ч, можно с помощью расчётной таблицы (см. табл. Б1 приложения Б) подобрать ближайшие диаметры труб расчётного кольца.

Все данные, получаемые при расчёте теплопровода, заносят в табл. 4.5.

При расчёте отдельных участков теплопровода необходимо иметь в виду следующее: местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчётным участкам с наименьшим расходом воды; местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе.

Если по произведённому расчёту с учётом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше расчётного давления pp, то на отдельных участках кольца следует изменить диаметр труб.

Таблица 4.4 – Значения коэффициента Радиатор Конвектор После расчёта главного циркуляционного кольца рассчитывают параллельные циркуляционные кольца, которые состоят из участков главного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих) участков, ещё не рассчитанных.

Проводится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллельно соединённых дополнительных участках других колец и не общих участках главного циркуляционного кольца.

Согласно СНиП 41-01-2003, невязка потерь давления в циркуляционных кольцах (без учёта потерь давления в общих участках) не должна превышать 5% при попутной и 15% при тупиковой разводке теплопроводов систем водяного отопления в расчёте с постоянными разностями температур в подающей и обратной магистралях.

Для однотрубной системы с замыкающими участками расход в приборах определяется с учётом коэффициента затекания воды в приборы, представляющего собой отношение массы воды, затекающей в прибор, к общей массе воды, проходящей по стояку где Gпр масса воды, поступающей в прибор, кг/ч; Gст масса воды, проходящей по стояку, кг/ч.

Скорость движения теплоносителя Суммарные потери давления на участке Пример 4.1. Провести гидравлический расчёт двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды (рис. 4.4) [2, 19].

Система присоединена к тепловой сети через элеватор. Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание p э 130000 Па. Температура воды в подающей линии тепловой сети t1 = 150 С, в обратной t2 = 70 С. Температура воды, поступающей в систему tг = 95 С, на выходе из системы tо = 70 С. Тепловые нагрузки, длина расчётных участков и другие данные показаны на рис. 4.4.

Порядок расчёта. Главное циркуляционное кольцо проходит через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного среднего стояка 3, поскольку система отопления – с попутным движением воды.

Расчётное циркуляционное давление pр для главного циркуляционного кольца определяем по формуле (4.1) с учётом формулы (4.2).

В данном примере Коэффициент смешения u определяем по формуле (4.3) Подставим численные значения всех величин в выражение для pр, тогда где Е = 0,4 – коэффициент соответствующий для двухтрубной системы. Расстояние от центра расчётного прибора до центра элеватора теплового пункта h = 2 м; разность о г 977,81 961,92 15,89 кг/м 3 (приложение В). Естественное давление pе.тр для главного циркуляционного кольца по приложению Г равно 125 Па.

Определяем ориентировочные удельные потери давления на трение по формуле (4.4) где k = 0,35 – предполагаемая доля потерь на трение в общих потерях давления в теплопроводах системы с искусственной циркуляцией.

Для расчёта теплопроводов используем приложение Б. Количество воды Gуч, кг/ч, протекающей по каждому участку циркуляционного кольца, определяем по формуле (4.5).

Результаты расчёта по всем участкам записываем в бланк специальной формы (табл. 4.5) [2]. По найденным расходам на участках и величине Rср по приложению Б устанавливаем фактические удельные потери давления на трение R, диаметры трубопроводов и скорости движения воды w, заносим их значения в графы 7, 5, 6 табл. 4.6 [2]. При этом возможны большие расхождения между Rср и R, особенно на расчётных участках с малыми расходами.

Рис. 4.4. Расчётная аксонометрическая схема двухтрубной водяной системы Таблица 4.6 – Результаты гидравлического расчёта трубопроводов системы водяного отопления для примера 4. № участка Заниженные потери на этих участках должны быть компенсированы некоторым завышением потерь давления на других участках. Определяют потери давления на трение по всей длине участка Rl и заносят их величину в графу 8 табл. 4.6.

Коэффициенты местных сопротивлений на каждом участке определяем по приложению Д, значения заносим в графу 9 табл. 4.6. Перечень местных сопротивлений по участкам главного циркуляционного кольца приведён в табл. 4.7.

По скорости w, используя приложение Е, определяем значение динамического давления pд и по формуле (4.7) [2] находим потери давления на преодоление местных сопротивлений Z (результат заносим в графу 17 табл. 4.6).

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па, где сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке тепло- мическое давление воды на данном участке теплопровода, Па.

Имея значения Rl и Z, определяем суммарные потери давления на всех участках главного циркуляционного кольца Rl Z г.ц.к. и сравниваем со значением pр. Как видно из табл. 4.6, невязка по предварительному расчёту оказалась недопустимо большой: 21,2%, поэтому следует изменить диаметры участков, на которых фактические удельные потери давления на трение намного завышены относительно Rср. Как видно из табл. 4.6, таким является участок 5. Изменив диаметр теплопровода на этом участке на 25 мм, выполняем перерасчёт. В результате запас давления составил 9,7% (табл. 4.6), что допустимо, Rl Z г.ц.к. 0,9pр.

Для 1 участка записываем во 2 и 3 графы табл. 4.6 значение тепловой нагрузки и длину участка из рис. 4.4. Далее делаем предварительный расчёт. Расход теплоносителя для 1 участка находим по формуле (4.5) где Qуч тепловая нагрузка 1 участка, берём из рис. 4.4, Вт; с теплоёмкость воды, равная 4,2 кДж/(кг°С); tг tо перепад температур воды в системе, С;

1 коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины (принимается по табл. 4.3) 1 0,51 1 0,51 1,08 1,04 ; 2 коэффициент учёта дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений (принимается по табл. 4.4).

Записываем полученные значения расхода в графу 4 табл. 4.6.

По значениям Rср и Gуч из таблиц, приведённых в приложении Б, следует подобрать диаметры труб участков, обеспечивающих заданный расход воды, и занести их в графу 5 табл. 4.6. В графы 6 и 7 из той же таблицы заносим действительные значения скорости движения воды и удельных потерь на трение на расчётном участке. В графу 8 – потери на трение в гладких трубах на расчётном участке. В графу 9 – сумму коэффициентов местных сопротивлений, которые подсчитаны в табл. 4.7 с использованием приложения Д [2].

Таблица 4.7 – Коэффициенты местных сопротивлений на участках главного циркуляционного кольца (через стояк 3) участсопротивления d, мм местных сопро- d, мм местных сопрока отопительного прибора РСВ Из таблицы, приведённой в приложении Е, по скорости воды w на расчётном участке определяем динамическое давление pд, Па, а затем рассчитываем потери давления на преодоление местных сопротивлений по формуле (4.7); результат заносим в графу 10 табл. 4.6.

Для 1 участка w = 0,135 м/с, по приложению Е находим динамическое давление pд = 9,61 Па, потери давления в местных сопротивлениях Суммируя величины графы 8, находим потери на трение в трубах расчётного кольца Rl, Па; суммируя значения графы 10 – потери давления в местных сопротивлениях того же кольца Z, Па. Общие потери давления в расчётном кольце будут равны сумме Rl Z, полученное значение заносим в графу 11.

Проверяем запас давления в процентах что допустимо.

4.5. Гидравлический расчёт системы водяного отопления методом Метод сложения характеристик сопротивления применяют при проектировании насосных вертикальных и горизонтальных однотрубных систем, а также вертикальных двухтрубных систем с кранами повышенного сопротивления [6].

Гидравлический расчёт может производиться для постоянного или переменного перепада температуры в стояках с учётом заданной проводимости труб.

При гидравлическом расчёте по указанной методике потери давления на каждом расчётном участке от трения и в местных сопротивлениях определяют по формуле, Па, где Gуч расход воды на участке, кг/ч, определяемый по формуле (4.5); S уч характеристика сопротивления участка, Па/(кг/ч)2, здесь AД удельное динамическое давление в трубе на участке, Па/(кг/ч)2, при внутреннем диаметре dв и расходе 1 кг/ч, выбираемое по табл. 4.8; приведёнdв ный коэффициент гидравлического трения, м-1, принимаемый по табл. 4.8;

lуч длина участка, м; уч сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Таблица 4.8 – Таблица для расчёта по формуле 4. Диаметр Рассмотрим последовательность выполнения гидравлического расчёта методом сложения характеристик при равном перепаде температуры теплоносителя в стояках [6].

1. Перед выполнением гидравлического расчёта проектируется однотрубная система водяного отопления из унифицированных узлов и на построенной схеме выбирается главное циркуляционное кольцо, которое делится на расчётные участки с указанием расхода теплоносителя на участке Gуч, кг/ч, длины участка lуч, м, диаметра труб dуч, мм.

При выполнении гидравлического расчёта используется табличная форма записи (табл. 4.9).

Таблица 4.9 – Ведомость гидравлического расчёта системы водяного отопления методом сложения характеристик сопротивления при равном перепаде температуры теплоносителя в стояках Номер расчётного участка 2. Выбирается располагаемый перепад давления pр, Па, в однотрубной системе отопления.

3. При предварительном выборе диаметра трубы (табл. 4.8) для участка вычисляется удельная характеристика сопротивления Sуд,Па/м(кг/ч)2, где Gуч ориентировочный расход воды на участке, кг/ч, определяемый по формуле (4.5); Rcp среднее значение удельных потерь давления от трения в расчётном кольце, определяемое по формуле (4.4).

4. Выполнение гидравлического расчёта начинается с самого удалённого и нагруженного стояка в тупиковой системе и с самого нагруженного стояка в системе водяного отопления с попутным движением теплоносителя.

Диаметры труб стояка назначают, сопоставляя полученное по формуле (4.10) значение S уд со значением S уд для стандартных диаметров труб (см. табл. 4.8). Для обеспечения тепловой устойчивости системы отопления принимается для стояков меньший ближайший диаметр, с последующей проверкой скорости движения воды в трубопроводах стояка (см. п. 9). Возможна конструкция стояков из труб двух различных смежных диаметров. Принятый диаметр труб записывается в графу 5 табл. 4.9.

5. По выбранному диаметру стояка принимаются по табл. 4.10 диаметры подводки и замыкающего участка узла отопительного прибора.

Таблица 4.10 – Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательного прибора Этажестояк с осевым обходным участком и трёхходовым краном Узел верхнего этажа при нижней разводке и трёхходовом кране То же 6. После выбора диаметра труб и типа отопительного прибора определяется характеристика сопротивления стояка S ст, Па/(кг/ч)2, по формуле где характеристика сопротивления трубных узлов стояка однотрубной сит.у стемы отопления, Па/(кг/ч)2; S п.у характеристика сопротивления приборных узлов стояка однотрубной системы отопления, Па/(кг/ч)2, определяемая по формуле где характеристика сопротивления подводок к отопительному прибору, Па/(кг/ч)2; S характеристика сопротивления отопительного прибора длиной 1 м, Па/(кг/ч)2; l длина прибора, м.

7. По характеристике сопротивления стояка S ст и расходу теплоносителя в стояке Gст (см. формулу (4.5)) вычисляют потери давления в стояке pст, Па, по формуле 8. Затем производится гидравлический расчёт магистральных участков главного циркуляционного кольца. Предварительный выбор диаметра производится путём сопоставления значения S уд, полученного по формуле (4.10), со значением S уд для стандартных диаметров труб (см. табл. 4.8). С целью повышения тепловой устойчивости системы отопления для магистралей принимается ближайший больший диаметр труб (значение заносится в графу 5 табл. 4.9).

9. Затем проверяется по табл. 4.11 скорость движения воды при выборе диаметра труб по табл. 4.8, в которой приведены расходы воды при скорости 1 м/с.

Например, расход воды в трубе Dy = 15 мм составляет 560 кг/ч, тогда скорость движения воды w = 560 : 690 = 0,79 м/с.

Таблица 4.11 – Допустимая скорость движения воды в трубах систем водяного отопления Скорость движения теплоносителя w, м/с, при большем из Допустимый уровень коэффициентов местного сопротивления арматуры на трубах, звука примыкающих к помещению при коэффициентах Примечание: В числителе даны значения скоростей воды при всех видах арматуры, кроме прямых вентилей; в знаменателе – при прямых вентилях.

10. В соответствии с предварительно выбранным диаметром труб на магистральных участках (см. табл. 4.8) принимаются значения АД и /Dy на 1 м трубы (запись в графы 6 и 8 табл. 4.9).

11. Определяются на расчётных участках магистральных труб сопротивления от трения lуч/Dy и значения коэффициентов местных сопротивлений уч (запись в графы 7 и 10 табл. 4.9).

12. Далее определяются значения Sуч по формуле (4.9), (результаты записываются в графу 9 табл. 4.9) и Gуч по формуле (4.5) (данные заносятся в графу табл. 4.9). После вычисления значения Sуч и Gуч по формуле (4.13) рассчитываются потери давления на участках магистральных труб главного циркуляционного кольца (запись в графу 11 табл. 4.9).

13. Суммарные потери давления на участках магистральных труб главного циркуляционного кольца и второстепенных участков pм, Па, определяются по формуле где S уч 1,, S уч n значения характеристик сопротивления участков магистральных труб главного циркуляционного кольца и второстепенных участков, Па/(кг/ч)2; Gуч 1,, Gуч n расход воды на участках магистральных труб главного циркуляционного кольца и второстепенных участков, кг/ч.

14. Определяются общие потери давления в системе отопления pс.о, Па, по значениям Sст и Sуч, Gст и Gуч на каждом расчётном участке, дальнем тупиковом стояке и главном циркуляционном кольце 15. После предварительного выбора диаметров труб стояка и на участках магистралей главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка, при этом должно выполняться условие Величина невязки А, %, в расходуемых давлениях определяется по уравнению 16. При обеспечении запаса располагаемого перепада давления 5...10% приступают к увязке расходуемых давлений в циркуляционных кольцах через промежуточные стояки главного циркуляционного кольца.

17. Рассчитывается располагаемое циркуляционное давление для предпоследнего стояка, которое складывается из потерь давления в последнем стояке и на двух параллельных участках магистралей до рассчитываемого стояка. При этом различием в значениях естественного циркуляционного давления в однотипных стояках можно пренебречь.

Исходя из располагаемого давления, по характеристикам сопротивления выполняют гидравлический расчёт предпоследнего стояка (см. пп. 4, 5, 6, 7).

Расчётная невязка между располагаемым давлением и потерями давления в предпоследнем стояке не должны отличаться более чем на ± 15% при тупиковой схеме и ± 5% при попутной схеме движения теплоносителя.

18. Сумма потерь давления в одном из двух рассчитанных стояков и на двух (четырёх) параллельных участках магистралей принимается за располагаемое циркуляционное давление для третьего от конца системы стояка. Порядок гидравлического расчёта третьего стояка выполняется аналогично (см. пп. 4, 5, 6, 7, 16).

Таким образом, производится гидравлический расчёт остальных стояков.

При невязках потерь давления в увязываемых кольцах предусматривается установка на стояках дроссельных шайб.

Исходные данные [6]:

1. Выполнить гидравлический расчёт главного циркуляционного кольца через стояк 1 вертикальной однотрубной системы водяного отопления с нижней разводкой, тупиковым движением теплоносителя и проточно-регулируемой схемой присоединения нагревательных приборов.

2. Принятые трубы водогазопроводные по ГОСТ 3262-75*.

3. Здание четырёхэтажное, присоединение системы отопления через водоструйный элеватор. Высота этажа 2,8 м.

4. Параметры теплоносителя в тепловой сети: t1 = 150 °С, t2 = 70 °С, в системе отопления tг = 105 °С, tо = 70 °С.

5. Установлены чугунные радиаторы М-140АО высотой hпр = 0,5 м, присоединённые прямой подводкой длиной 600 мм с обходными замыкающими участками и кранами КРТ. Отопительные приборы установлены у наружной стены под остеклением световых проёмов.

6. Основное циркуляционное кольцо выбирается через удалённый стояк (левая часть системы отопления длиннее правой). Кольца разделяются на участки, показанные на рис. 4.5.

7. Давление на вводе в здание принимается равным pв = 100 кПа.

8. Тепловые нагрузки Q, Вт, и расходы воды G, кг/ч, приборов, стояков и участков, а также длины участков l, м, показаны на расчётной схеме (рис. 4.5).

9. Коэффициент = 0,64 кг/(м3°С) (см. табл. 4.12).

Таблица 4.12 – Среднее приращение плотности воды в зависимости от расчётной разности температуры в системе 10. Поправочный коэффициент b = 0,65.

11. Коэффициенты 1 = 1,04 (см. табл. 4.3) 2 =1,02 (см. табл. 4.4).

12. Удельная теплоёмкость воды c = 4,187 кДж/(кг°С).

Порядок расчёта.

1. Определяем естественное циркуляционное давление за счёт остывания воды в отопительных приборах стояка 1 по формуле для вертикальной однотрубной проточной системы отопления с нижней разводкой 2. Рассчитываем расход воды в стояке 1 по формуле (4.5) Записываем полученные значения в графу 3 табл. 4.12.

3. Определяем коэффициент смешения по формуле (4.3) 4. Подставляем численные значения всех величин в выражение для pнас (4.2), тогда 5. Рассчитываем располагаемый перепад давления по формуле (4.1) 6. Определяем среднее значение удельной потери давления от трения в расчётном кольце по формуле (4.4) 7. Вычисляем удельную характеристику сопротивления для стояка 1 по формуле (4.10) 8. Принимаем в зависимости от значения S уд(cт) (табл. 4.8) ближайший меньший диаметр стояка 1, равный Dу = 15 мм. Принятый диаметр труб записываем в графу 5 табл. 4.12.

9. В соответствии с табл. 4.10 по диаметру стояка Dу = 15 мм выбираем диаметры подводок и замыкающего контура: Dу(п) = 15 мм; Dу(з) = 15 мм.

10. Определяем по табл. Е2 характеристику сопротивления трубных узлов стояка:

– узел присоединения к подающей магистрали Dу = 15 мм, – узел присоединения к обратной магистрали Dу = 15 мм, – шесть этажестояков Dу = 15 мм, S т.у. 104 113 6 678 Па/(кг/ч)2;

– подводки в верхнем этаже Dу = 15 мм, S т.у. 104 56 Па/(кг/ч)2.

Итого S т.у. 104 133 96 678 56 963 Па/(кг/ч)2.

11. Находим по табл. Е3 в зависимости от схемы присоединения отопительного прибора (табл. Е4) характеристику сопротивления восьми однотипных приборных узлов с применением формулы (4.12) где l – длина прибора, предварительно принимаемая равной 1 м.