Отопление здания

Общая часть

Теплотехника – область науки, техники, занимающаяся вопросами получения и использования тепла.

Одновременно с теплотехникой развивались системы отопления и вентиляции, предназначенные для обеспечения санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к зданию и поддержания требуемого температурно-влажностного режима помещений здания.

Для создания системы отопления здания в курсовом проекте выполняется:

ü  теплотехнический расчёт наружных стен, подвального и чердачного перекрытий;

ü  расчёт теплопотерь всех помещений здания;

ü  определение удельной тепловой характеристики здания;

ü  выбор и конструирование системы отопления;

ü  расчёт нагревательных приборов;

ü  гидравлический расчёт трубопроводов.

В данном курсовом проекте проектируется жилое девятиэтажное здание, наружные стены которого панельные плотностью 2500 кг/м³, между слоями – утеплитель, без наружной штукатурки, изнутри – известково песчаная штукатурка толщиной 0,02 м. В здании имеется подвал и чердак. Подвал не отапливаемый, без окон. Строительный объём здания – 27,0  24,0  28,0 .

В жилом здании проектируется однотрубная горизонтальная система отопления с редукционными вставками без регулирования.

Тип нагревательных приборов – радиаторы стальные РСВ1-2.

Район постройки проектируемого здания – город Гомель Республики Беларусь, для которогой характерны следующие климатические данные:

ü  средняя температура наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 t_н = – 28 ⁰С;

ü  средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 t_н = – 24 ⁰С;

ü  средняя температура наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 t_н = – 32 ⁰С;

Расчётные параметры воздуха в помещении для расчёта наружных ограждающих конструкций здания:

ü расчётная температура воздуха t_в = 18 ⁰С;

ü относительная влажность воздуха φ_в =55 %.

Влажностный режим помещений и условия эксплуатации ограждающих конструкций здания принимаются в зависимости от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха:

ü влажностный режим помещений – нормальный;

ü условия эксплуатации ограждений – Б.

1  ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Ограждающие конструкции совместно с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должны обеспечивать нормируемые параметры микроклимата помещений при оптимальном энергопотреблении.

Сопротивление теплопередаче R_о ограждающих конструкций следует принимать равным экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче R_о^эк, определённому исходя из условия обеспечения наименьших приведенных затрат, но во всех случаях не менее требуемого сопротивления теплопередаче R_о^тр по санитарно-гигиеническим условиям и не менее нормативного R_o^норм. Сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций следует определять в случаях, когда разность температур внутреннего воздуха в разделяемых этими конструкциями помещениях превышает 3°С.

Требуемое сопротивление теплопередаче R_о^тр, (м²°С)/Вт, ограждающих конструкций, за исключением заполнения световых проёмов (окон, балконных дверей и фонарей), определяется по формуле:

R_о^тр = (1.1)

где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 5.3;

t_в– расчётная температура внутреннего воздуха, °С, принимается по таблице 4.1;

t_н– расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимается по таблице 4.1 с учётом тепловой инерции ограждающих конструкций;

Δt_н– нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 5.5[1];

α_в– коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимается конструктивно: α_в= 8,7 Вт/(м² °С).

Расчётную температуру внутреннего воздуха для жилого здания принимаем t_в= 18°С. В угловых помещениях расчётная температура воздуха должна быть 20°С.

Расчётную зимнюю температуру наружного воздуха принимаем в зависимости от тепловой инерции.

Тепловую инерцию D ограждающей конструкции определяем по формуле:

D = R₁s₁+ R₂s₂+_….+ R_ns_n, (1.2)

где R₁,R_2,….R_n– термические сопротивления отдельных слоёв ограждающей конструкции, (м² °С)/Вт;

s₁,s_2…s_n– расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоёв ограждающей конструкции, Вт/(м² °С), принимаемые по таблице А1 приложения А[1].

Термическое сопротивление R [(м² °С)/Вт] слоя многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле:

R = (1.3)

где δ– толщина слоя, м;

λ– коэффициент теплопроводности материала слоя, [Вт/(м °С)], принимаемый по таблице А1 приложения А[1].

1.1  Теплотехнический расчёт наружной стены

Согласно принятой конструкции наружной стены (рисунок 1) наружные стены изготавливаются из трехслойной железобетонной оболочки, заполненной минераловатными плитами. Толщину утеплителя определяем исходя из теплотехнического расчета.

 

Рисунок 1 – Конструкция наружной стены

По приложению А[1] и в соответствии с принятой конструкцией выбираем необходимые для расчёта характеристики материалов:

1. Известково-песчаная штукатурка

ρ₃ = 1600 кг/м³, l₃ = 0,70 Вт/(м×°С), s₃ = 8,69 Вт/(м²×°С);

2. Маты минераловатные прошивные:

ρ₂ = 125 кг/м³, l₂ = 0,064 Вт/(м×°С), s₂ = 0,73 Вт/(м²×°С);

3. Железобетонная оболочка панели:

ρ₃ = 2500 кг/м³, l₃ = 2,04 Вт/(м×°С), s₃ = 19,70 Вт/(м²×°С).

Расчёт производим из условия: R₀ =R₀^эк{R₀^норм,R₀^тр}

Принимаем R₀ = R₀^норм = 2,5 (м²×°С)/Вт (таблица 5.1[1]);

α_в= 8,7 Вт/(м² °С) (таблица 5.4[1]);

α_н= 23 Вт/(м² °С) (таблица 5.7[1]),

и определяем толщину утеплителя из выражения:

R₀ = (1.4)

где R₀ – сопротивление теплопередаче ограждающей многослойной конструкции, (м²×°С)/Вт;

δ – толщина слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности слоя, принятый с учётом условий эксплуатации, Вт/(м×°С);

a_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения конструкции для зимних условий, Вт/(м²×°С);

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения конструкции, Вт/(м²×°С).

δ₂ = [ R₀ – ()] λ₂ = [2,5– ()] 0,064 = 0,146 м.

Конструктивно принимаем δ₂ = 15 см и определяем тепловую инерцию ограждения D по формуле (1.2)

D = = 2,53

Расчётная температура внутреннего воздуха t_в=18°С, нормативный температурный перепад между температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции Δt_в=6°С, а расчётная зимняя температура наружного воздуха t_н = –28°С.

По имеющимся данным по формуле (1.1) определяем требуемое сопротивление теплопередаче:

R_о^тр = = 0,881 (м²×°С)/Вт

По формуле (1.4) определим действительное сопротивление теплопередаче наружной стены:

R₀ =  = 2,60 (м²×°С)/Вт;

Так как R_о > R_о^норм и R_о > R_о^тр, то принятая конструкция наружных стен отвечает теплотехническим требованиям.

По принятому значению R_о проверяем отсутствие конденсации влаги на поверхности наружных стен. Для этого определяем температуру внутренней поверхности ограждающей конструкции:

τ_в = t_в – (1.5)

τ_в = 18 – = 15,97°С

Полученное значение τ_в должно быть больше температуры точки росы τ_р , которая определяется по формуле:

τ_р = (1.6)

где е_в – упругость водяных паров в воздухе помещения, Па;

е_в = (1.7)

где φ – относительная влажность воздуха в помещении, %, φ = 55%.

е_в == 1170,75 Па

τ_р == 8,48 °С

Так как τ_в > τ_р, то конденсации влаги не предвидится.

1.2  Теплотехнический расчёт подвального перекрытия

Согласно принятой конструкции подвального перекрытия (рисунок 2) несущая часть которого – многопустотные железобетонные настилы, с круглыми пустотами, толщиной 220 мм. На плиты укладывается утеплитель, толщину которого необходимо определить. Поверх утеплителя - керамзитовый гравий 50 мм, рубероид, линолеум.

Рисунок 2 – Конструкция подвального перекрытия

По приложению А[1] и в соответствии с принятой конструкцией выбираем необходимые для расчёта характеристики материалов:

1. Железобетонная плита

ρ₁ = 2500 кг/м³, l₁ = 2,04 Вт/(м×°С);

2. Маты минераловатные прошивные

ρ₂ = 125 кг/м³, l₂ = 0,064 Вт/(м×°С);

3. Керамзитовый гравий

ρ₃ = 600 кг/м³, l₃ = 0,17 Вт/(м×°С);

4. Рубероид

ρ₄ = 600 кг/м³, l₄ = 0,17 Вт/(м×°С)

5.Линолеум поливинилхлоридный многослойный:

ρ₅=1600 кг/м³, l₄=0,33 Вт/(м×°С)

Для перекрытий над подвалами и подпольями расчётная зимняя температура наружного воздуха принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки независимо от массивности перекрытия.

Расчётная зимняя температура наружного воздуха t_н = – 28°С, расчётная температура внутреннего воздуха t_в = 18°С, нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Dt_н = 2°С, α_в = 8,7 Вт/(м²×°С), α_н = 6 Вт/(м²×°С)

По имеющимся данным по формуле (1.1) определяем требуемое сопротивление теплопередаче:

R_о^тр = = 1,586 (м²×°С)/Вт.

Принимаем R_о = R_о^тр = 1,586 (м²×°С)/Вт и определяем толщину утеплителя из выражения (1.4):

δ₂ =[R₀–()]λ₂=

=[1,586– ()] 0,064 = 0,055м.

Конструктивно принимаем толщину утеплителя δ₂ = 55мм.

По формуле (1.4) определим действительное сопротивление теплопередаче подвального перекрытия:

R_о = = 1,510 (м²×°С)/Вт

Так как R_о > R_о^тр, то принятая конструкция подвального перекрытия отвечает теплотехническим требованиям.

1.3  Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия

Согласно принятой конструкции чердачного перекрытия (рисунок 3) несущая часть которого – многопустотные железобетонные плиты (1), с круглыми пустотами, толщиной 220 мм. На плиты укладывается утеплитель (2), толщину которого необходимо определить. Поверх утеплителя – керамзитовый гравий (3) толщиной 50 мм. Рисунок 3 – Конструкция чердачного перекрытия

По приложению А[1] и в соответствии с принятой конструкцией выбираем необходимые для расчёта характеристики материалов:

1. Железобетонная плита

ρ₁ = 2500 кг/м³, l₁ = 2,04 Вт/(м×°С), s₁ = 19,70 Вт/(м²×°С);

2. Маты минераловатные прошивные:

ρ₂ = 125 кг/м³, l₂ = 0,064 Вт/(м×°С), s₂ = 0,73 Вт/(м²×°С);

3. Керамзитовый гравий

ρ₃ = 600 кг/м³, l₃ = 0,17 Вт/(м×°С), s₂ = 2,54 Вт/(м²×°С);

Расчёт производим из условия

R₀ =R₀^эк{R₀^норм,R₀^тр}

Принимаем R₀ = R₀^норм = 3 (м²×°С)/Вт (таблица 5.4[1]);

α_в= 8,7 Вт/(м² °С) (таблица 5.4[1]);

α_н= 12 Вт/(м² °С) (таблица 5.7[1]),

и определяем толщину утеплителя из выражения (1.4)

δ₂ = [ R₀ – ()] λ₂ = [3– ()] 0,064 = 0,154 м.

Конструктивно принимаем δ₂ = 160 мм и определяем тепловую инерцию ограждения D по формуле (1.2):

D = = 4,70.

Определим расчётную зимнюю температуру наружного воздуха:

t_н == –26,5°С

По имеющимся данным по формуле (2.1) определяем требуемое сопротивление теплопередаче

R_о^тр = = 1,279 (м²×°С)/Вт

По формуле (1.4) определим действительное сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия:

R_о = = 3,10(м²×°С)/Вт

Так как R_о > R_о^норм и R_о > R_о^тр, то принятая конструкция чердачного перекрытия отвечает теплотехническим требованиям.