Отопление и вентиляция жилого дома. Технологическая часть Описание объекта проектирования Теплотехнический расчет наружных ограждений

• Название: Технологическая часть Описание объекта проектирования Теплотехнический расчет наружных ограждений
• Дата: 10.01.2023
• Размер: 247.11 Kb.
• Имя файла: Отопление и вентиляция жилого дома.docx
• Тип: Глава; #879899

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Технологическая часть

1.1. Описание объекта проектирования

1.2. Теплотехнический расчет наружных ограждений

1.3. Расчёт тепловых потерь

1.4. Расчёт отопительных приборов

1.5. Гидравлический расчёт систем отопления

1.6. Определение расходов воздуха

1.7. Аэродинамический расчёт систем вентиляции

1.8. Аэродинамический расчет вытяжной вентиляции

1.9 Выбор приточной установки

1.9.1 Выбор воздухонагревателя

1.9.2 Выбор фильтра

1.9.3 Выбор вентилятора

1.10 Расчет элеватора
ВВЕДЕНИЕ
Из-за специфики климата, практически на всей территории России в условиях современного города, до 70% собственной жизни человек проводит в закрытых помещениях. В такой ситуации для реализации качественных условий жизнедеятельности человека, для стабилизации материальных ценностей нужно поддерживать расчетную температуру внутреннего воздуха.

Задача поддержания подобной температуры решается при помощи отопительных установок и устройств, чьей модернизацией человек занимается с давних времен.

Законодательство России предполагает формирование условий, делающих человеческий труд здоровым и высокопроизводительным.

Вопросы конструктивной оптимизации, улучшение гидравлической устойчивости, применение новейших видов тепловой энергии, модернизация расчетных методов на основе исследования строительной теплофизики и гидравлики представляют собой актуальные темы разнообразных исследований.

Отопительно-вентиляционная техника принадлежит к прикладным наукам. Ее научной базой является общая теплотехника, теплофизика и гидравлика.

Схему отопительной системы определяют по планировочным, конструктивным и технологическим особенностям здания. Вместе с тем определяют режим действия и принципы управления функционированием системы, а также необходимость отдельного дежурного отопления.

Затраты на отопительно-вентиляционные работы на в жилых зданиях равняются примерно 6% от общих капитальных вложений в строительстве. Следовательно, специалистам, которые трудятся в сфере отопления, необходимо расходовать средства по возможности максимально экономно.

Качественная реализация санитарно-технических работ обеспечивает необходимое окончание всех строительно-монтажных работ по зданию и сдачу его в эксплуатацию в соответствующий срок. Соответственно, осуществление санитарно-технических работ технологически связано с определенной готовностью строительных конструкций и компонентов здания.

Актуальность темы дипломного проекта заключается в том, что качественное проектирование отопительно-вентиляционной системы позволяет рассчитывать на эффективное ее функционирование в течение длительного времени. Это дает возможность говорить о длительном поддержании строительного сооружения на соответствующем уровне эксплуатации.

Цель дипломного проекта состоит в проектировании системы отопления и вентиляции жилого дома.

Для реализации указанной цели необходимо выполнить ряд задач, а именно:

- осуществить расчет системы отопления;

- рассчитать проектируемую систему вентиляции;

- осуществить технико-экономическое обоснование проектирования.

Предметом исследования дипломного проекта является процесс проектирования отопительно-вентиляционной системы.

Объектом исследования дипломного проекта является 14-этажный жилой дом в г. Ульяновск.

Структура дипломного проекта состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.
ГЛАВА 1. Технологическая часть

1.1. Описание объекта проектирования
Проектирование отопительной системы и системы вентиляции проводится для 14-этажного жилого дома в г. Ульяновск.

В жилом доме есть неотапливаемое техническое подполье и теплый чердак.

Техническое подполье разделено на участки для установки пожарных и повысительных насосов для системы водоснабжения и электрощитового помещения.

В квартирах присутствуют пластиковые окна с тройным остеклением.

Ориентация главного фасада – юго-западная.

Источники теплоснабжения – городская тепловая сеть с характеристиками теплоносителя, перегретая вода: t₁ = 150 ⁰С, t₂ = 70 ⁰C.

Система отопления присоединена к тепловым сетям по независимой схеме.
1.2. Теплотехнический расчет наружных ограждений
На рисунке 1 представлена наружная стена (масштаб 1:10).


Рисунок 1 – Наружная стена жилого дома

Выбираем сопротивление теплопередачи наружной стены как нормативное. Учитывая это, составляется равенство и определяется толщина утеплителя:

_{3,2 =}

x = 0,92; толщину утеплителя выбираем δ = 90 мм (учитывая стандартные размеры 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100).

Коэффициент теплопередачи наружной стены рассчитывается следующим образом:

K_н.с= Вт/ м^{2 о}С

Коэффициент теплопередачи пластиковых окон с тройным остеклением и балконной двери рассчитывается следующим образом:

K_то= Вт/ м^{2 о}С

Коэффициент теплопередачи входных дверей:
K_дд = Вт/ м^{2 о}С

Тепловая инерция стены рассчитывается следующим образом:

D =

Для ограждающей конструкции с тепловой инерцией 4 < D ≤ 7 за расчетную величину наружного воздуха целесообразно принимать среднюю температуру самых холодных трех суток, рассчитываемую как среднее арифметическое из температур самых холодных суток и самой холодной недели обеспеченностью 0,92.

Для Ульяновска средняя температура наружного воздуха самых холодных суток обеспеченностью 0,92 равняется -28 °С, а самой холодной недели -24 °С.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха равняется:

t³_н = °С.

Соответствующее сопротивление теплопередачи наружной стены рассчитывается следующим образом:

R_т.тр = = 0,842 м^2*оС/Вт;

Температура на внутренне1 поверхности наружной стены:

τ_в= ^oC

Далее рассматривается несущая наружная стена в масштбае 1:10 (рисунок 2).



Рисунок 2 – Несущая наружная стена жилого дома
Сопротивление теплопередаче наружной несущей стены рассчитывается следующим образом:

R_т = = 2,06

Коэффициент теплопередачи наружной стены рассчитывается следующим образом:

K_н.с.н= Вт/ м^{2 о}С

Далее рассмотрим перекрытие над подвалом, который не отапливается, в аналогичном масштабе (рисунок 3).



Рисунок 3 – Перекрытие над подвалом жилого дома
Выбираем сопротивление теплопередачи перекрытия над подвалом как нормативное. Учитывая это, составляем равенство и рассчитываем толщину утеплителя:

2,5 =

х=0,08; толщину утеплителя выбирается δ = 80 мм (учитывая стандартные размеры 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100).

Коэффициент теплопередачи перекрытия над подвалом рассчитывается следующим образом:

K_Пл = Вт/ м^{2 о}С

Температура на внутренней поверхности пола над подвалом рассчитывается как:

τ_в= ^oC
1.3. Расчёт тепловых потерь

В данном подразделе целесообразно использовать такие формулы, как:






где: Q_s — общий годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого дома, кВт/ч;

q_A — удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого дома, кВтч/(м²°Ссут), нормативное значение для жилых домов равняется 60 кВтч/м²;

А_bu — отапливаемая площадь здания, м², устанавливаемая по внутреннему периметру наружных вертикальных ограждающих конструкций;

D — количество градусо-суток отопительного периода, °Ссут.;

t_p— средневзвешенная по объему жилого дома расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

t_i — средняя температура самых холодных трех дней обеспеченностью 0,92, °С;

Ζ – длительность отопительного периода, сут.;

∑Q_расч - общие расчетные потери теплоты зданием, Вт/ч.

Далее произведем необходимые расчеты:






1.4. Расчёт отопительных приборов
В дипломном проекте выбрана система отопления с учетом конструктивной специфики жилого дома.

Поскольку жилой дом имеет 14 этажей, его отопительная система проектируется по независимой схеме с зонированием. Первая зона размещается от 1 до 7 этажа, где подпиточный насос образует гидростатическое давление 0,4 МПа. Вторая зона размещается от 8 до 14 этажа, подпиточный насос образует в ней гидростатическое давление 0,8 МПа.

Система отопления выбрана с нижней разводкой магистральных трубопроводов. Отметка их прокладки выбрана с учетом удобства монтажа и эксплуатации.

Для трубопроводов с диаметром условного прохода менее 40 мм выбраны стальные водогазопроводные трубы по ГОСТ 3262-75, для трубопроводов с диаметром условного прохода более 50 мм выбраны электросварные трубы по ГОСТ 10705-91. Для трубопроводов поквартирной разводки используются металлопластиковые трубы фирмы «Herz-armaturen».

На каждом этаже фиксируются 2 групповых узла ввода, реализующие соответствующий поквартирный расход теплоносителя.

Схема поквартирной разводки является лучевой. В каждой квартире есть распределительный коллектор.

Подводка трубопроводов проводится снизу, под полом в защитном кожухе. Присоединение к радиатору реализуется с помощью присоединительного узла ГЕРЦ 3000.

Схема отопления для стояков на лестничной клетке выбрана также двухтрубной.

Стояки системы отопления располагаются от ограждающей конструкции на расстоянии 150 мм.

В качестве запорной арматуры на стояках предполагается установка кранов соответствующих вентилей; на магистралях и стояках диаметром более 50 мм предполагается установка стальных фланцевых шаровых кранов с ручками. Проектом предполагается опция опорожнения стояков и магистралей от теплоносителя при вероятной ремонте благодаря шаровой запорной арматуре.

Для учета тепловой энергии в жилом доме ставится теплосчетчик компании Danfoss "Логика 9943-У4".

Для поквартирного учета тепловой энергии ставится теплосчетчик компании «ГРАН Система-С» Струмень ТС-05 для каждого группового ввода. Такой счетчик реализует учет тепловой энергии сразу по 4 квартирам.

Для защиты магистральных трубопроводов системы отопления, размещенных в подвальной части здания, от коррозии предусмотрено покрытие их антикоррозионной краской за два слоя с дальнейшим покрытием теплоизоляционным материалом.

Теплоизоляционный покров делается из цилиндров минераловатных.

Защитное покрытие теплоизоляции исполняется рулонированным стеклопластиком типа РСТ.
1.4 Размещение отопительных приборов
Установка отопительных приборов реализуется под оконными проемами.

Для лестничной клетки предполагается установка радиаторов увеличенной мощности непосредственно после тамбура.

Для отопления мусорной камеры в дипломном проекте предполагается групповая установка отопительных компонентов: конвекторы "Универсал-20".

1.5. Гидравлический расчёт систем отопления
Гидравлический расчет реализуется для двухтрубной, независимой системы отопления.

Специфика осуществления расчета подобной системы заключается в том, что диаметры труб и потери давления в кольце определяются по установленной оптимальной скорости движения теплоносителя в каждом участке основного циркуляционного кольца.

Скорость теплоносителя в горизонтальных участках целесообразно выбирать как минимум 0,25 м/с, чтобы удалить воздух из них.

Оптимальная скорость движения теплоносителя в стальных трубах 0,3 – 0,7 м/с, для металлопластиковых 0,5 – 0,7 м/с.

Удельные потери давления на трение обязаны быть в пределах 100 – 200 Па/м.

Наибольшая скорость движения теплоносителя не должна быть больше скорости, когда образуется шум громкостью выше нормативной.

На основании результатов расчета основного циркуляционного кольца определяются диаметры трубопроводов со схожим расходом.

Для контуров, отличающихся от основного циркуляционного кольца, диаметр трубопроводов определяется исходя из расхода теплоносителя на каждом участке и оптимальной скорости движения.

В дипломном проекте предполагается зонирование отопительной системы, соответственно, она является двухконтурной. Учитывая подобную специфику, необходима установка циркуляционного насоса на каждый контур.

Главное циркуляционное кольцо условно разделено на три зоны:

- система теплоснабжения между распределителями;

- система теплоснабжения от распределителя;

- радиаторный узел подключения и термостатический клапан.
1.6. Определение расходов воздуха
Давление в подающей и обратной магистрали тепловой сети равняется: P₁₁ = 754 кПа, P₂₁ = 367 кПа.

Температура теплоносителя в подающей и обратной магистрали тепловой сети равняется: T_12,13 = 120 ⁰C, T_22,23 = 70 ⁰C.

Статическое давление в независимых магистралях теплоснабжения соответственно: P_12,22 = 400 кПа, P_13,23 = 800 кПа.

Суммарные теплопотери здания Q_зд = 460 кВт.

Тепловая нагрузка магистралей Т_12,22 и Т_13,23 равняется 230 кВт на каждый контур.

Суммарный объем теплоносителя в системе равняется 2,51 м³. Объем теплоносителя в системе Т_12,22 = 1,13 м³. Объем теплоносителя в системе Т_13,23 = 1,38 м³.

В данном подразделе целесообразно использовать следующие формулы:



_∆P_г.ц.к. = ∆P_уч.с.т + ∆P_уч.рс. + ∆P_уч.рд., Па;
где: G_зд — расход теплоносителя на жилой дом, кг/ч;

Q_зд — суммарные теплопотери отапливаемых помещений жилого дома, Вт/ч;

∆t — разность температур между подающей и обратной магистралью теплоснабжения.

∆P_г.ц.к. — линейные потери давления главного циркуляционного кольца;

∆P_уч.с.т — они же на участках между групповыми узлами ввода;

∆P_уч.рс. — они же на участке между групповым узлом и самым нагруженным радиатором;

∆P_уч.рд. — они же в узле подключения радиатора.

Далее необходимо рассчитать характеристики отопительной системы для подбора блочного теплового пункта.



G₁ = G₂ = 9,95 м³/ч;

∆P_г.ц.к.1 = 23612,8+7288+1355 = 32255,8 Па;

∆P_г.ц.к.2 = 19250,6+7288+1355 = 27893,6 Па.
1.7. Аэродинамический расчёт систем вентиляции
Удаление воздуха в пределах одной квартиры возможно с одним каналом с аккумуляцией к нему следующих помещений:

- кухня, ванная или душевая;

- уборная, ванная (душевая) и сушильный шкаф.

В дипломном проекте удаления воздуха из уборной и ванной предусмотрено отдельным каналом размером 420*420; удаление воздуха из кухни предполагается единовременно благодаря каналу размером 420*420.

Удаление воздуха из жилых комнат квартир предполагается через вытяжные каналы кухонь и санитарных узлов, для этого в них есть возможность перетекания удаляемого воздуха, для чего зазор между дверью и полом должен составлять как минимум 0,02 м².

Для осуществления расчета естественной вентиляции целесообразно выбрать следующее:

1. Объемы удаляемого воздуха, V м³/ч, их кухонь принимаем 60 м³/ч (для кухонь с электроплитами); из ванной и уборной 50 м³/ч.

2. Воздухоприемные решетки с подвижными жалюзи необходимо установить под потолок, в данном случае расстояние от пола до низа решеток должно составлять как минимум 2 м.

3. Расчетная температура наружного воздуха выбирается +5°С; внутренняя температура в кухнях, санузлах +18°С.

4. Располагаемое естественное давление рассчитывается следующим образом:
, Па;

где: h – расстояние по вертикали от центра вытяжной решетки до верха вытяжного канала, м;

_в – плотность внутреннего воздуха при +18°С, кг/м³;

_н – плотность наружного воздуха при +5°С, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

5. Удельные потери давления [R, Па/м] выбираются по таблице для аэродинамического расчета круглых воздуховодов.

6. Потери давления в каналах рассчитываются с учетом широховатости строительных конструкции, β=1,2.

7. Эквивалентный диаметр рассчитывается следующим образом:


где: a, b – размеры сторон прямоугольного воздуха, мм.

8. Скорость движения воздуха рассчитывается следующим образом:



где: V - расход воздуха на участке, м³/ч

- площадь живого сечения канала, м².

9. Местные сопротивления на участках 1-26 состоят:

а) Жалюзийная решетка ζ =0,5

б) Тройник на всасывании:

10. Естественное давление тратится на преодоление линейных сопротивлений:



11. Избыток или недостаток располагаемого давления на участке рассчитывается следующим образом:



13. Недостаток располагаемого давления на 13-14 этажах устраняется при помощи установки в вентиляционный блок канального вентилятора ВК-8УХ Л4.2 "Самал".

Избыток давления устраняется при помощи установки решеток с регулируемыми жалюзи.

Площадь живого сечения решеток рассчитывается следующим образом:



где: - скорость воздуха в решетке, м/c (не должна превышать 1 м/c).

_{Для кухни:}

Учитывая номенклатурный ряд вентиляционных решеток РС2, определяем решетку с габаритами 200*150, по паспортным данным площадь живого сечения данной решетки соответствует расчетной.

_{Для ванной и уборной:}

Исходя из номенклатурного ряда вентиляционных решеток РС2, определяем решетку с габаритами 200*100, по паспортным данным площадь живого сечения данной решетки соответствует расчетной.

Избыток площади сечения устранятся благодаря регулирующим клапанам.
1.9 Выбор приточной установки
Сперва целесообразно осуществить подбор калориферов.

Начальными данными для подбора калориферов являются: расход нагреваемого воздуха G, кг/ч; характеристики нагреваемого воздуха, характеристики теплоносителя.

Расчет калориферов осуществляется следующим образом:

1. Рассчитывается количество тепла на нагревание приточного воздуха, Вт, следующим образом





2. Задаваясь массовой скоростью воздуха ρV, кг/м²с, рассчитывают соответствующую площадь фронтального сечения калориферов по воздуху, м², следующим образом:



Значение массовой скорости целесообразно выбирать от 2 до 10 кг/м²с; выбираем ρV=7кг/м²c:



3. Определяют тип калорифера и уточняют площадь поверхности нагрева по воздуху f_в.

Выбирается калорифер КСК3-8 со следующими параметрами:

f_т=0,000846 м²; F=16,14 м²; f_ф=0,392м²;

4. Рассчитывают фактическую массовую скорость воздуха в калорифере следующим образом:





5. Рассчитывают расход теплоносителя, проходящий через каждый калорифер, л/ч, следующим образом:



где Q - количество теплоты на нагревание воздуха, Вт;

с_w- удельная массовая теплоемкость воды;

ρ_w- плотность воды;

t_гор, t_обр- температура теплоносителя на входе и на выходе из калорифера

n - число калориферов, параллельно включаемых по теплоносителю;



6. Рассчитывают скорость движения теплоносителя в трубках калориферов рассчитывают следующим образом:



где f_тр - площадь сечения калорифера по теплоносителю, м²;



7. Рассчитывают среднюю арифметическую разность температур между теплоносителем и воздухом:





8. Вычисляют соответствующую площадь поверхности нагрева, м², калориферной установки следующим образом:



где k - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м²°С;



9. Рассчитывают общее количество устанавливаемых калориферов, шт,



где F - площадь поверхности нагрева одного калорифера выбранной модели;



10. Рассчитывают действительную площадь нагрева, м², установки:





11. Сопоставляют фактическую и расчетную площади поверхности теплообмена и находят коэффициент запаса поверхности нагрева, который должен быть в пределах 10-20%:



Далее необходимо подобрать фильтры.

Воздушные фильтры в системах вентиляции реализуют снижение концентрации пыли в помещениях, защиту вентиляционного оборудования от загрязнения.

Для жилого дома достаточно использование воздушных фильтров 3 класса.

Подбор воздушных фильтров осуществляется следующим образом:

1. Осуществляется выбор класса фильтра;

2. Принимая во внимание конструктивные особенности приточной вентиляционной установки, определяется тип фильтра;

3. Выбирается воздушная нагрузка и определяется типоразмер фильтра или площадь фильтрующей поверхности и его начальное гидравлическое сопротивление следующим образом:



Где F - площадь фильтрующей поверхности, м²;

L - расход воздуха, проходящего через фильтр, м³/ч;

L_ном- номинальная пропускная способность ячейки, м³/ч∙м²;

4. определяют число ячеек фильтра, если выбран ячейковый фильтр:



где n - число ячеек фильтра, шт;

f - площадь рабочего сечения одной ячейки, м²;

5. По начальному пылесодержанию и эффективности фильтра вычисляют количество уловленной пыли, г/сут, по формуле:



где С_н- начальная запыленность, г/м³;

Е-эффективность очистки, %;

τ - продолжительность работы фильтра, час/сут;

П_я - количество уловленной пыли одной ячейкой;

6. Определяют период работы фильтра между сменой фильтрующего материала:



где П_я- пылеемкость фильтра, г/м³.

Выбираем ячейковый фильтр типа ФяРБ со следующими характеристиками: фильтрующий материал - стальная сетка (ГОСТ 3826-82), L_ном=7000 м³/ч∙м², f=0,22м², П=2300г/м³.

Типоразмер:

Число ячеек:

Количество уловленной пыли:



Период работы до регенерации:



Подбор воздухоприемных устройств

Воздухоприемные устройства следует располагать так, чтобы в них поступал незагрязненный воздух. Воздухозабор следует располагать на высоте не менее 2 метров от уровня земли до низа проема и одного метра от уровня снегового покрова.

Воздухоприемные устройства могут располагаться в стене здания. При заборе воздуха выше кровли воздухоприемные устройства располагают не ближе 10 метров от выбросов загрязненного воздуха.

Для воздухозабора используются решетки СТД по типовой серии.

Подбор осуществляется в следующей последовательности:

а) определяем площадь поперечного сечения узла воздухозабора, задаваясь скоростью движения воздуха от 2 до 6, м/с:



б) рассчитывают количество решеток по формуле:



где f - площадь одной решетки, м².

Количество решеток округляют до необходимого числа решеток для получения прямоугольной формы.

Принимаем решетки типа СТД1 с f=0,052 м², 150*490мм.



Осуществим подбор вентиляционного агрегата.

Производительность вентилятора, м³/ч, принимаем по расчетному расходу воздуха для системы:



где К_людс- коэффициент, учитывающий подсос и утечку воздуха из системы, К_людс=1,1 для металлических воздуховодов.



Давление, создаваемое вентилятором, Па, равно:



где 1,1- коэффициент, учитывающий 10%-ый запас давления на неучтенные потери,

∆р_n - общие потери давления в системе (потери в сети и вентиляционном оборудовании).

Вытяжка:

Приток:

Для обеих систем подбираем вентилятор ВР85-77 исп. №6,3;

- двигатель типоразмера АДМ112М4 с мощностью 5,5 кВт;

- частота вращения: 1500об/мин;

- масса: 141,3кг;

- производительность: 6800-12000 м³/ч;

- полное давление: 1350-1150 Па;

- виброизолятор: ДО40 в количестве 5 шт.