Разработка комплекса мероприятий для жилых зданий и тепловых сетей города

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Факультет промышленной энергетики ПЭ V-2

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу: “Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях”

Разработка комплекса мероприятий для жилых зданий и тепловых сетей города

2010

Содержание

1. Теплотехнический расчет

2. Расчет теплопотерь за счет инфильтрации

3. Расчет теплопотерь за счет теплопередачи через ограждения

4. Расчет и подбор кондиционера

5. Выбор трубной разводки системы отопления

6. Дополнительные меры по энергосбережению в жилых зданиях

7. Альтернативные источники тепло и электроэнергии

8. Технико-экономическая оценка энергосберегающих мероприятий

10. Бизнес-план

Список литературы

1. Теплотехнический расчет

Для определения коэффициента теплопередачи через ограждающие конструкции необходимо знать термическое сопротивление теплопередаче. Руководствуясь СНиП II-3-79 (1998) “Строительная теплотехника” термическое сопротивление теплопередаче должно быть больше или равно требуемому сопротивлению теплопередаче. Последнее может быть определено исходя из условий санитарно-гигиенических норм, а также исходя из более жестких условий энергосбережения (в зависимости от ГСОП).

Наружные перекрытия.

Требуемое значение сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим нормам R_{о. тр.} находим по формуле:

,

где t_в - расчётная температура воздуха в помещении, принимаем t_в = 18 ^oC, так как температура наружного воздуха выше чем - 31 ^оС;

t_н - расчётная зимняя температура наружного воздуха, принимаемая по таблице 1 [3] t_н=-37 ^оС;

n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаем по таблице 3* [1] n = 1;

Δt_н - нормируемый температурный перепад, принимаем по таблице 2* [1] Δt_н=4 ^оС;

 (м²∙ºС) /Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче при существующей конструкции можно определить, как:

,

где α_{в -} коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаем по таблице 4* [1] α_в = 8,7 Вт/ (м²∙ºС);

α_{н -} коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаем по таблице 6* [1] α_н = 23 Вт/ (м²∙ºС);

δ_{ш. н. -} толщина наружного слоя штукатурки, δ_{ш. н.} = 0,02м;

δ_{ш. в. -} толщина внутреннего слоя штукатурки, δ_{ш. в.} = 0,015м;

δ_шпб - толщина материала наружных стен - Шлакопемзопонобетона, δ_шпб = 0,42м;

λ_ш - теплопроводность штукатурки, принимаем по приложению 3 [1] λ_ш= 0,93 Вт/ (м∙ºС);

λ_кб - теплопроводность Шлакопемзопонобетона, принимаем по приложению 3 [1] λ_кб = 0,63 Вт/ (м∙ºС);

.

Согласно новым нормам к наружным перекрытиям применяются более жесткие нормы по термическому сопротивлению, которое принимается в зависимости от ГСОП.

Величина градусо-суток отопительного периода (ГСОП):

ГСОП= (t_в-t_{ср. оп.)} ∙Z_{о. п.,}

где t_{ср. оп. -} средняя температура отопительного периода, принимаем по таблице 1 [3] t_{ср. оп.} = - 8,7 ^оС;

Z_{о. п. -} продолжительность отопительного периода, принимаем по по таблице 1 [3] Z_{о. п} = 221 суток;

ГСОП = (20 - (-8,7)) ∙221 = 6342,7 ⁰С·сут.

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче по ГСОП для наружных стен можно определить как:

.

При таком термическом сопротивлении требуемая толщина стенки получилась бы недопустимо большой (более 2 метров). Таким образом, необходимо использовать теплоизоляционный слой, что позволит уменьшить общую требуемую толщину стенки.

Толщину тепловой изоляции можно рассчитать как:

,

где λ_из-теплопроводность теплоизоляции ISOVER, принимаем

λ_из = 0,037 Вт/ (м∙ºС);

.

Окончательно принимаем δ_из = 0,105 м.

жилое здание энергосбережение тепловой

Определим фактическое сопротивление теплопередаче по условиям ГСОП при стандартной толщине тепловой изоляции:

.

Конструкция наружной стены представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Конструкция наружной стены (слева направо: штукатурка, теплоизоляция ISOVER, шлакопемзопонобетона плотностью 1600 кг/м³, штукатурка).

Чердачного перекрытия.

Требуемое значение сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим нормам R_{о. тр.} находим по формуле:

,

где Δt_н - нормируемый температурный перепад, принимаем по таблице 2* [1] Δt_н=3 ^оС;

 (м²∙ºС) /Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче при существующей конструкции можно определить, как:

,

где  - толщина штукатурки, _. = 0,02м;  - толщина пемзобетона, = 0,22м;  _- толщина рубероида,  = 0,002м (берём два слоя);  - толщина пемзы шлаковой,  = 0,15м;  - толщина доски, =0,02м;  - теплопроводность штукатурки = 0,93 Вт/ (м∙ºС);  - теплопроводность пемзобетона, = 0,68 Вт/ (м∙ºС);  - теплопроводность рубероида,= 0,17Вт/ (м∙ºС);  - теплопроводность пемзы шлаковой, =0,26Вт/ (м∙ºС);  - теплопроводность доски, =0,18Вт/ (м∙ºС);

.

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче по ГСОП для чердачного перекрытий можно определить как:

.

Толщину тепловой изоляции можно рассчитать как:

,

где λ_из - теплопроводность теплоизоляции ISOVER, принимаем λ_из = 0,037 Вт/ (м∙ºС);

.

Окончательно принимаем δ_из = 0,15 м.

Определим фактическое сопротивление теплопередаче по условиям ГСОП при стандартной толщине тепловой изоляции:

.

Конструкция чердачного перекрытия представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Чердачное перекрытие.

Теплотехнический расчет приведен в таблице 1.

Таблица 1. Теплотехнический расчет.

№, п/п	Наименование	Обозна-чение	Размер-ность	Численное значение
	Климатологические данные г. Новгорода
1	температура внутри помещения	tво	0С	20
2	среднеотопительная температура	tср. о.	0С	-8,7
3	температура холодного месяца	tх. м.	0С
4	температура наружная отопительного периода	tн. о.	0С	-37
5	температура наружная на вентиляцию	tн. в.	0С	-24
6	продолжительность отопительного периода	n	суток	221
7	зона влажности	-	-	С
8	условие эксплуатации ограждающих конструкций	-	-	Б
9	теплоотдача от внутреннего воздуха к стенке	вн	Вт/м2*0С	8,7
10	для наружных стен	н	Вт/м2*0С	23
11	для чердачных и надподвальных перекрытий	н	Вт/м2*0С	12
12	толщина шлакопемзобетона	xш. п. б.	м	0,42
13	теплопроводность шлакопемзобнтона	ш. п. б.	Вт/м*0С	0,63
14	теплопроводность изоляции (изовер)	изол.	Вт/м*0С	0,037
15	теплопроводность штукатурки	шт.	Вт/м*0С	0,93
16	нормируемая разность температур для наружных стен	tн	0С	4
17	нормируемая разность температур для чердаченого перекрытия	tн	0С	3
18	толщина штукатурки с внутренней стороны	в	м	0,015
19	толщина штукатурки с внешней стороны	н	м	0,02
Теплотехнический расчет наружных стен
без изоляции
20	требуемое термическое сопротивление	R0тр	м2*0С/Вт	1,638
21	фактическое требуемое термическое сопротивление	Rф	м2*0С/Вт	0,863
с изоляцией
22	градусо-сутки отопительного периода	ГСОП	0С*сут.	6342,7
23	требуемое термическое сопротивление по ГСОП	Rгсоптр	м2*0С/Вт	3,620
24	толщина тепловой изоляции	xизол.	м	0,100
23	фактическое требуемое термическое сопротивление	Rфтр	м2*0С/Вт	3,565
Теплотехнический расчет чердачного перекрытия
без изоляции
25	толщина пемзобетона	xз. б.	м	0,22
26	теплопроводность пемзобетона	з. б.	Вт/м*0С	0,68
27	толщина руберойда	xр.	м	0,002
28	теплопроводность руберойда	р.	Вт/м*0С	0,17
29	толщина пемзы шлаковой	xп. ш.	м	0,15
30	теплопроводность пемзы шлаковой	п. ш.	Вт/м*0С	0,260
31	толщина доски	xд.	м	0,02
32	теплопроводность доски	д.	Вт/м*0С	0,180
33	требуемое термическое сопротивление	R0тр	м2*0С/Вт	2,184
34	фактическое требуемое термическое сопротивление	Rф	м2*0С/Вт	1,255
с изоляцией
35	требуемое термическое сопротивление по ГСОП	Rгсоптр	м2*0С/Вт	4,754
36	толщина тепловой изоляции	xизол.	м	0,130
35	фактическое требуемое термическое сопротивление	RгсопФ	м2*0С/Вт	4,768
	Для окон и балконых дверей
37	фактическое требуемое термическое сопротивление по ГСОП	Rфтр	м2*0С/Вт	0,659
Коэффициент теплопередачи (с изоляцией)
38	коэффициент теплопередачи для стен	Кст.	Вт/м2*0С	0,280
39	коэффициент теплопередачи для окон и балконых дверей	Кок. бал.	Вт/м2*0С	1,560
40	коэффициент теплопередачи для чердачного перекрытия	Кч. пр.	Вт/м2*0С	0,210
Коэффициент теплопередачи (без изоляцией)
41	коэффициент теплопередачи для стен	Кст.	Вт/м2*0С	1,159
42	коэффициент теплопередачи для окон и балконых дверей	Кок. бал.	Вт/м2*0С	2,500
43	коэффициент теплопередачи для чердачного перекрытия	Кч. пр.	Вт/м2*0С	0,797

Внутренняя стена.

Фактическое сопротивление теплопередаче при существующей конструкции можно определить, как:

,

где δ_{ш. в. -} толщина слоя штукатурки, δ_{ш. в.} = 0,015м;

δ_кб - толщина материала наружных стен (шлакопемзопонобетон), δ_кб = 0,12м;

.

Конструкция внутренней стены представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Конструкция внутренней стены (сверху вниз: штукатурка, шлакопемзопонобетон плотностью 1600 кг/м³, штукатурка).

 

2. Расчет теплопотерь за счет инфильтрации

Расчет расхода теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха необходимо определять отдельно для помещений с различной внутренней температурой воздуха, а также раздельно для окон и балконных дверей. Расчет ведем в соответствии с рекомендациями.

Температуру воздуха внутри помещений определим исходя из приложения 4 [2] для первого этажа здания: жилые комнаты (1-4): ; кухня: ; ванная совмещенная: ; туалет: ; Прихожая:

Определим расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна (деревянной конструкции) в комнате с температурой внутреннего воздуха 20 ^oC:

 

Q_ок.20 = 0,28 G c (t_в - t_н) k,

где c - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/ (кг×°С);

t_в, t_н - расчетные температуры воздуха соответственно в помещении, ; наружного воздуха в холодный период, ;

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами;

G - расход инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещения;

G_i = 0,216 F_ок Dp_ок^0,67 /R_u,

 

где F_ок - суммарная площадь ограждающих конструкций окон помещения, определим как:

м²;

R_{u -} нормативное сопротивление воздухопроницанию, принимаем R_u = 0,13 м²×ч×Па/кг; Dp_ок - расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, определим как:

,

где p_i - давление на внешней поверхности наружного ограждения;

p_о - условное давление в верхней точке с заветренной стороны здания;

,

где H - высота здания от уровня земли до карниза, H = 33м;

ρ_н - плотность наружного воздуха, определим как:

;

ρ_в - плотность наружного воздуха, определим как:

;

C_н - коэффициент для наветренной стороны здания, C_н = 0,8;

C_з - коэффициент для заветренной стороны здания, C_з = - 0,6;

K_т - коэффициент, учитывающий динамическое давление ветра в зависимости от высоты здания и рельефа местности, определяются по таблице 6 [5] K_т = 1,0125;

w - средняя скорость ветра, принимаем по таблице 1 [3], w = 6,6 м/c;

;

,

где h - расстояние от уровня земли до верха окна или двери, h = 75 м;

;

;

;

.

Аналогично проводим расчет для других помещений, имеющих окна и балконные двери, при существующей конструкции здания и конструкцией по условиям энергосбережения. Для окон с двухкамерным стеклопакетом из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном принимаем нормативное сопротивление воздухопроницанию R_u = 0,26 м²×ч×Па/кг. Расчет сводим в таблицу 2.

Таблица 2. Сводная таблица расчета теплопотерь за счет инфильтрации.

Помещение	Температура наружного воздуха, tн	Температура внутреннего воздуха, tв	Плотность наружного воздуха, ρн	Плотность внутреннего воздуха, ρв	Площадь окон и балконных дверей, Fок	Нормативное сопротивление воздухопроницанию, Ru	Давление на внешней поверхности наружного ограждения, Pi	Условное давление в верхней точке с заветренной стороны здания, Po	Расчетная разность между давлениями, Δ P	Расход инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещения, G	Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, Q
Для существующей конструкции
Комната 1	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,130	36,582	132,990	-96,408	129,396	-1652,125
Комната 2	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,130	36,582	132,990	-96,408	129,396	-1652,125
Комната 3	-37	20	1,496	1, 205	2,614	0,130	36,582	132,990	-96,408	92,734	-1184,023
Для конструкции по условиям энергосбережения
Комната 1	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,260	36,582	132,990	-96,408	64,698	-826,063
Комната 2	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,260	36,582	132,990	-96,408	64,698	-826,063
Комната 3	-37	20	1,496	1, 205	2,614	0,260	36,582	132,990	-96,408	46,367	-592,011

Поскольку на первом этаже имеется также кухня и уборные, необходимо учесть потери теплоты инфильтрацией, связанные с работой систем вентиляции. Определим расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, связанного с работой систем вентиляции для кухни:

,

где V - объемный расход воздуха за 1 час в помещении, для кухни принимаем V = 90 м³/ч;

.

Аналогично проводим расчет для ванной и санузла, расчет приведен в таблице 3.

Таблица 3. Сводная таблица расчета теплопотерь за счет инфильтрации, связанных с работой вентиляции.

Помещение	Температура наружного воздуха, tн	Температура внутреннего воздуха, tв	Плотность внутреннего воздуха, ρв	Объемный расход воздуха за 1 час в помещении, V	Расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, связанного с работой систем вентиляции, Qв
Для существующей конструкции
Кухня	-37	17	1,217	90	1325,138
Ванная	-37	27	1,177	50	843,435
Таулет	-37	18	1,213	50	747,244
Для конструкции по условиям энергосбережения
Кухня	-37	17	1,217	90	1325,138
Ванная	-37	27	1,177	50	843,435
Таулет	-37	18	1,213	50	747,244

3. Расчет теплопотерь за счет теплопередачи через ограждения

Основные тепловые потери через наружные ограждения

Основные тепловые потери помещения через ограждающие конструкции составят:

,где - площадь поверхности ограждения, м²;

 - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/ (м²×°С);

 - коэффициент, учитывающий положение ограждающей конструкции относительно наружного воздуха, по таблице 3* [2] для стен принимаем .

Принимаем надбавки к основным теплопотерям:

добавки на ориентацию наружных ограждений:

 для севера (С)

 для юга (Ю).

Расчет тепловых потерь через ограждающие конструкции покажем на примере комнаты 1:

1) Температура внутри помещения t=20 ^оС;

2) Ограждающие конструкции и их ориентация по сторонам света:

а) наружная стена-С

б) окно - С

в) пол

3) Линейные размеры ограждающих конструкций (по правилам линейного обмера отапливаемых помещений), м x м:

а) наружная стена 4,285х3,094

б) окно 2,4х1,52

в) потолок 3,76х5,5

4) Площади ограждающих конструкций:

а) наружная стена  м²;

б) окно  м²;

в) потолок  м²

5) Разность температур внутри помещения и наружного воздуха:

а) наружная стена  ^оС

б) окно  ^оС

в) потолок  ^оС

6) Коэффициент теплопередачи наружных ограждений:

а) наружная стена  ;

б) окно  ;

в) потолок  ;

Результаты всех расчетов тепловых потерь через наружные ограждения каждого помещения сведем в общую таблицу 4 (квартира без изоляции) и таблицу 5 (квартира с изоляцией).

Таблица 4 Расчет тепловых потерь квартиры.

№ отапливаемого помещения	Наименование помещения, tв, оС		Наименование ограждения	Ориентация ограждения	Размеры ограждения		Площадь ограждения, м2	Расчётная разность температур tвtн,оС	n	К, Вт/ (м2∙ºС)	Qосн, Вт	Добавки, %		Qдоб Вт	Qобщ Вт	Qинф. Вт	Сумма по помещению, Вт
					а, м	b, м						Стороны света	Другие
1	2		3	4	5		6	7	8	9	10	11		12	13	14	15
1	Комната	20	НС	З	4,285	3,094	13,26	57	1,0	1,159	876	5	0	44	920	530	2589
			ДО	З	2,4	1,52	3,65	57	1,0	1,341	279	5	0	14	293
			ПТ		3,76	5,5	20,68	57	0,90	0,797	846	0	0	0	846
2	Комната	20	НС	З	4,185	3,094	12,95	57	1,0	1,159	856	5	5	86	942	530	3953
			НС	Ю	6,39	3,044	19,45	57	1,0	1,159	1286	0	5	65	1351
			ДО	З	2,4	1,52	3,65	57	1,0	1,341	279	5	5	28	307
			ПТ		5,48	3,67	20,11	57	0,90	0,797	823	0	0	0	823
3	Комната	20	НС	Ю	3,41	3,094	10,55	57	1,0	1,159	698	0	0	0	698	530	1974
			ДО	Ю	1,72	1,52	2,61	57	1,0	1,341	200	0	0	0	200
			ПТ		3,91	3,41	13,33	57	0,90	0,797	546	0	0	0	546
5	Кухня	17	НС	Ю	3,655	3,094	11,31	54	1,0	1,159	708	0	0	0	708	1325	2734
			ДО	Ю	1,52	1,52	2,31	54	1,0	1,341	168	0	0	0	168
			БД	Ю	0,9	2	1,80	54	1,0	1,341	131	0	0	0	131
			ПТ		3,3	3,14	10,36	54	0,90	0,797	402	0	0	0	402
6	Туалет	18	ПТ		1,39	2,1	2,92	55	0,9	0,797	116	0	0	0	116		116
8	Ванная	27	ВС		3,17	3,094	9,81	64	1,0	2, 209	1387	0	0	0	1387		6192
			ВС		3,17	3,094	9,81	64	1,0	2, 209	1387	0	0	0	1387
			ВС		3,43	3,094	10,61	64	1,0	2, 209	1501	0	0	0	1501
			ВС		3,43	3,094	10,61	64	1,0	2, 209	1501	0	0	0	1501
			ПТ		2,88	3,14	9,04	64	0,9	0,797	416	0	0	0	416
9	Прихожая	20	ПТ		2,3	1,94	4,46	57	0,9	0,797	183	0	0	0	183		183
																сумма	17742

Таблицт 5 (с изоляцией).

№ отапливаемого помещения	Наименование помещения, tв, оС		Наименование ограждения	Ориентация ограждения	Размеры ограждения		Площадь ограждения, м2	Расчётная разность температур tвtн,оС	n	К, Вт/ (м2∙ºС)	Qосн, Вт	Добавки, %		Qдоб Вт	Qобщ Вт	Qинф. Вт	Сумма по помещению, Вт
					а, м	b, м						Стороны света	Другие
1	2		3	4	5		6	7	8	9	10	11		12	13	14	15
1	Комната	20	НС	З	4,285	3,224	13,81	57	1,0	0,280	221	5	0	12	233	530	1267
			ДО	З	2,4	1,52	3,65	57	1,0	1,280	267	5	0	14	281
			ПТ		3,76	5,5	20,68	57	0,90	0,210	223	0	0	0	223
2	Комната	20	НС	З	4,285	3,224	13,81	57	1,0	0,280	221	5	5	23	244	530	1623
			НС	Ю	6,59	3,044	20,06	57	1,0	0,280	321	0	5	17	338
			ДО	З	2,4	1,52	3,65	57	1,0	1,280	267	5	5	27	294
			ПТ		5,48	3,67	20,11	57	0,90	0,210	217	0	0	0	217
3	Комната	20	НС	Ю	3,41	3,224	10,99	57	1,0	0,280	176	0	0	0	176	530	1041
			ДО	Ю	1,72	1,52	2,61	57	1,0	1,280	191	0	0	0	191
			ПТ		3,91	3,41	13,33	57	0,90	0,210	144	0	0	0	144
5	Кухня	17	НС	Ю	3,755	3,224	12,11	54	1,0	0,280	184	0	0	0	184	1325	1900
			ДО	Ю	1,52	1,52	2,31	54	1,0	1,280	160	0	0	0	160
			БД	Ю	0,9	2	1,80	54	1,0	1,280	125	0	0	0	125
			ПТ		3,3	3,14	10,36	54	0,90	0,210	106	0	0	0	106
6	Туалет	18	ПТ		1,39	2,1	2,92	55	0,9	0,210	31	0	0	0	31		31
8	Ванная	27	ВС		3,17	3,224	10,22	64	1,0	2, 209	1446	0	0	0	1446		6130
			ВС		3,17	3,224	10,22	64	1,0	2, 209	1446	0	0	0	1446
			ВС		3,43	3,224	11,06	64	1,0	2, 209	1564	0	0	0	1564
			ВС		3,43	3,224	11,06	64	1,0	2, 209	1564	0	0	0	1564
			ПТ		2,88	3,14	9,04	64	0,9	0,210	110	0	0	0	110
9	Прихожая	20	ПТ		2,3	1,94	4,46	57	0,9	0,210	49	0	0	0	49		49
																сумма	12042

Таким образом, общие потери здания:

при фактической конструкции:  кВт;

по условиям энергосбережения:  кВт.