Введение 

      Потребление энергии в нашей стране, неуклонно  возрастает и, прежде всего для теплообеспечения зданий и сооружений.

      Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые  нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячего водоснабжения) являются затраты на отопление. Это объясняется условием эксплуатации зданий в холодное время года, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения, поэтому используют отопительные установки для поддержания необходимой температуры.

      Отопление – искусственное обогревание  помещений зданий, является отраслью строительной техники. Монтаж стационарной отопительной установки проводится в процессе возведения зданий, её элементы при проектировании со строительными конструкциями и сочетаются планировкой и интерьером помещений. Так же отопление – один из видов технологического оборудования здания. Для создания и поддержания теплового комфорта требуется технически совершенные и надежные отопительные приборы

      Эффективность действия отопительных установок обеспечивается путём оптимизации проектных решений с применением ЭВМ, придания установке надежности в эксплуатации автоматического поддержания необходимой температуры теплоносителя. Исследуются режимы эксплуатации, способы управления отопительной установкой для экономии тепловой энергии.

1.Исходные  данные для выполнения  курсового проекта. 

1.1 Характеристика объекта. 

Район строительства: г. Брест

Назначение объекта: жилое 2-х этажное здание.

Габариты здания: 11,6*15,0 м

Высота этажа 3 м.

Зона влажности  – нормальная 

1.2. Расчётные параметры  наружного воздуха.

  Температура наиболее холодной пятидневки  -21°С,

  Температура средняя за отопительный период  0,1°С

  Продолжительность отопительного периода 186 сут.

  Расчетная скорость ветра 5,2 м\с

  Зона влажности  нормальная

  Располагаемое давление в теплосети 45 кПа 
 

1.3. Расчётные параметры  внутреннего воздуха. 

Условия эксплуатации ограждающих конструкций  – Б

2. Расчёт наружных  ограждений.

2.1. Теплотехнический  расчёт наружных  ограждений.

    Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих  конструкций, отвечающих санитарно-гигиеническим  требованиям, определяют по формуле: 

    где n – коэффициент, принимаемый в  зависимости от положения ограждения по  отношению к наружному воздуху, принимают для жилых зданий: для наружных  стен и бесчердачных перекрытий n=1; для чердачных перекрытий n=0,9; для перекрытий над  проездами, подвалами и подпольями n=0,6;

- расчётная температура внутреннего  воздуха,  ,

- расчётная зимняя температура  наружного воздуха, , равная средней  температуре  наиболее холодной пятидневки;

- нормативный температурный  перепад между температурой внутреннего  воздуха и  температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимают для  жилых зданий: для наружных стен =4 ; для покрытий и чердачных  перекрытий =3; для перекрытий над проездами, подвалами и подпольями   =2,

- коэффициент теплоотдачи к  внутренней поверхности ограждающих конструкций; для                  стен, полов и гладких потолков  =8,7 Вт/(м²* ). 
 
 

Для наружной стены:

 n=1,

 t _в=18°C

 t_н=-21  °С

 Δt^н=4°С

 α_в=8,7Вт/м²·°С 

  (м²·°С\Вт) 

    Требуемое сопротивление теплопередаче наружных ограждений, исходя из условий энергосбережения, R_req определяется в зависимости от градусо-суток отопительного периода D_d.

D_d =(t _в- t_от.пер) ·Z_от.пер=(18-0,1) ·186=3329,4(°С·сут),

где t _в – то же, что и в формуле (1); t_от.пер и Z_от.пер - соответственно средняя температура, °С, за отопительный период и продолжительность, в сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°С. 

    Значение  требуемого сопротивления теплопередачи  следует определять по зависимости:

R_req=а* D_d + b, где a,b – коэффициенты, значения которых определены по СНиП 23–02–2003. 

Для наружной стены:

R_req=0,00035*3329,4+ 1,4=2,57(м²·°С\Вт), 

Для чердачного покрытия и перекрытия над подвалом:

 R_req=0,00045*3329,4+ 1,9=3,40(м²·°С\Вт), 

    Так как для всех наружных ограждений требуемые сопротивления теплопередачи, определённые с учётом величины градусо  – суток отопительного периода  D_d, имеют большую величину по сравнению с значениями, полученными при вычислениях по формуле (1), то в расчёт принимаем для наружной стены R_req=2,57(м²·°С\Вт); для чердачного покрытия R_req=3,85(м²·°С\Вт); для перекрытия над подвалом R_req=3,4(м²·°С\Вт).

    Величина  фактического сопротивления  теплопередаче  R₀ (м²·°С\Вт) определяется по формуле:  

    R₀=R_в+R_k+R_н, 

где R_в=1\α_в=1\8,7=0,115 (м²·°С\Вт)– сопротивление теплопередачи внутренней поверхности

R_н=1\α_н=1\23=0,043(м²·°С\Вт) - сопротивление теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции.

R_к – термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями, (м²·°С\Вт). 

1. штукатурка  известково-песчаная толщиной ;

2. кирпичная кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной ;
3. утеплительная плита из пенополистирола , толщина которой определяется расчётом;
4. кирпичная кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной ;
5. штукатурка сложная наружная цементно-песчаная толщиной ;

  Принимаем толщину утепляющего слоя 0,1м. 

   (м²·°С\Вт)

  Коэффициент теплопередачи:

  К=1\R₀=1\2,67=0.37 Вт\(м·°С)

  Толщина стены δ=  δ₅ +δ₄ +δ₃ +δ₂ +δ₁=0,030+0,12+0,1+0,25+0,02=0,52(м) 

      1.Штукатурка известково-песчаная 

      2. многопустотная железобетонная  плита толщиной  ; 

3.минераловатная  плита повышенной жесткости 

4. Теплоизоляционный материал- керамзитовый гравий , толщина которой определяется расчётом;

5.Цементно-песчаная  стяжка толщиной   

  Принимаем толщину утепляющего слоя 0,26м. 

   (м²·°С\Вт); 

  Коэффициент теплопередачи:

  К=1\R₀=1\3,42=0.29 Вт\(м·°С)

  Толщина перекрытия δ=  δ₅ +δ₄ +δ₃ +δ₂ +δ₁=0,02+0,22+0,1+0,26+0,02=0,62(м)

1. покрытие  пола (паркет из дуба вдоль волокон) толщиной ;
2. Картон строительный многослойный ;

3. Изолон  толщиной ;

4. Цементно-песчаная стяжка толщиной
5. Теплоизоляционный материал- доменный шлак  , толщина которой определяется расчётом;
6. многопустотная железобетонная плита толщиной ;

  Принимаем толщину утепляющего слоя 0,48м.

   (м²·°С\Вт);

  Коэффициент теплопередачи:

  К=1\R₀=1\3,47=0.3 Вт\(м·°С)

  Толщина перекрытия δ=  δ₅ +δ₄ +δ₃ +δ₂ +δ₁=0,002+0,006+0,03+0,02+0,48+0,22=0,556(м)

Сопротивления теплопередаче окон и балконных дверей будут следующие:

.

3. Расчёт тепловой  мощности системы  отопления. 

3.1. Уравнение теплового баланса. 

      Расчётная тепловая нагрузка системы отопления  в Вт определяется по формуле:

а) для комнат жилых зданий

                              при 

                              при 

б) для помещений  лестничных клеток

в) для кухонь жилых зданий

где - основные и добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;

       - бытовые тепловыделения, Вт;

       - расход теплоты на нагревание  поступающего в помещение наружного  воздуха инфильтрации через неплотности наружных ограждений, Вт;

    - расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха, исходя из санитарной нормы вентиляционного воздуха, Вт.

      Основные  и добавочные потери теплоты через  ограждающие конструкции  , в Вт, определяются путём суммирования потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции, по формуле

где А – расчётная  площадь ограждающей конструкции, ;

К – коэффициент  теплопередачи, ;

- добавочные потери теплоты  в долях от основных потерь.

Юг, юго-запад -0

Юго-восток, запад – 0,05

Север, северо-запад – 0,1

Восток, северо-восток – 0,1

      При определении площади наружных стен площадь окон не вычитают, а вместо коэффициента теплопередачи окон берут  разность между коэффициентами теплопередачи окон и стен. Сумма теплопотерь через наружные стены и окна при этом не изменяется.

      При определении теплопотерь через  наружные двери площадь их следует  вычитать из площади стен и коэффициент  теплопередачи принимать полностью, так как добавки на основные теплопотери у наружной стены и двери разные.

Ограждающие конструкции обозначают сокращённо:

НС – наружная стена,

ДО – окно с тройным остеклением,

ПЛ – пол,

ПТ – потолок,

ДД – двойная  дверь.

где - площадь пола помещений, .

      Расход  теплоты  , Вт, определяется по формуле

где - расход инфильтрующего воздуха, ,

С – удельная теплоёмкость воздуха, ,

- коэффициент учёта влияния  встречного теплового потока.

      Расход  теплоты  , Вт, определяют по формуле

где - расход удаляемого воздуха, , не компенсируемый подогретым приточным  воздухом, для жилых зданий – удельный нормативный расход 3 на 1 жилых  помещений,

- плотность воздуха в помещении,  .

      Расход  инфильтрующегося воздуха  определяют по формуле

где - площадь световых проёмов (окон, балконных дверей), ,

- сопротивление воздухопроницанию  заполнений световых проёмов  (окон, балконных  дверей) ,

- расчётная разность давлений  на наружной и внутренней поверхностях  каждой  ограждающей конструкции, Па.

где Н – высота здания, м, от уровня средней планировочной  отметки  земли  до верха  карниза;

h – расчётная высота, м, от уровня земли до верха окон; g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²; - плотность, , соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении,  определяемый по формуле

где t – температура  воздуха, ; - расчётная скорость ветра, , - аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания принимаются по СНиП 2.01.07 – 85*, ;

- коэффициент учёта изменения  скоростного давления ветра в  зависимости от высоты  здания принимается по СНиП 2.01.07 – 85*, .

4. Гидравлический расчёт  системы отопления.

4.1. Размещение отопительных  приборов, стояков,  магистралей и  индивидуального  теплового пункта.

      Отопительные  приборы необходимо располагать  преимущественно под световыми проемами, у наружных стен или вблизи входных дверей. Отопительные приборы в лестничных клетках, сообщающихся с наружным воздухом, следует располагать при входе (без переноса на лестничные площадки) и присоединить к самостоятельным стоякам по однотрубной проточной схеме. В отсеках тамбуров, имеющих наружные двери, отопительные приборы размещать не следует.

      Размещение  стояков диктуется местоположением  отопительных приборов. Во всех случаях  желательна прокладка стояков отопления  в наружных углах помещения. Присоединение подводок к отопительному прибору выполняется одно- и двусторонним. В двухтрубных системах отопления с верхней прокладкой подающей магистрали наиболее целесообразно размещать приборы по отношению к стоякам таким образом,

чтобы каждый стояк имел двустороннюю нагрузку. Для регулировки теплоотдачи приборов на подводках устанавливают краны двойной регулировки (кроме приборов лестничных клеток). Для отключения и опорожнения стояков в зданиях высотой более 3-х этажей предусматривают запорную арматуру. При температуре теплоносителя в подающей магистрали до на стояках в местах их присоединения к магистрали устанавливают проходные краны и тройники с пробками.

      Если  система отопления с верхней  разводкой магистрали, то подающая магистраль прокладывается на чердаке здания, а обратная магистраль - в подвале.

      Для возможности опорожнения системы  и удаления воздуха магистральные  трубопроводы прокладывают с уклоном не менее 0,002 в сторону ввода.

      Для удаления воздуха из систем отопления при верхней разводке трубопроводов рекомендуется предусматривать проточные воздухосборники. Для сохранения требуемых параметров теплоносителя предусматривают тепловую изоляцию магистральных трубопроводов систем отопления. Обязательно теплоизолируют трубопроводы, проходящие в не отапливаемых помещениях, подпольных каналах. Тепловой ввод располагается обычно в подвале здания, в центре его или рядом с лестничной клеткой. 

4.2. Гидравлический расчет  системы отопления. 

      Гидравлический  расчет трубопроводов производится для основного циркуляционного кольца. При этом рекомендуется расчет проводить методом удельных потерь давления. Расход воды в каждом стояке или на участке вычисляем по формуле

,

где

- тепловая нагрузка стояка или участка, Вт; - расчетная температура горячей и обратной воды в системе отопления, , - удельная массовая теплоёмкость воды;

 и 

      1. После определения тепловой мощности  системы отопления, размещения отопительных приборов и теплового пункта вычерчиваем схему трубопроводов системы отопления с указанием всех поворотов, ответвлений, зазорно-регулирующей арматуры.

      2. На схему наносим тепловые  нагрузки всех отопительных приборов (записываются на расчетной схеме системы отопления над прямоугольниками, изображающими отопительные приборы), которые суммируются по стоякам и отдельным кольцам циркуляции.

      З. Выбираем основное циркуляционное кольцо, т.е. наиболее протяженное, имеющее наибольшую тепловую нагрузку.

      4. Расчетное циркуляционное кольцо  разбиваем на участки. На каждом  участке проставляем тепловую  нагрузку (в числителе) и его  длину (в знаменателе). Участком  называется отрезок трубопровода, на котором расход протекающей воды, температура воды и диаметр трубопровода остаются неизменными. Нумеруем участки, начиная от распределительного коллектора и кончая сборным коллектором.

      5. Определяем расчетное давление  , Па, которое складывается из давления, создаваемого элеватором и естественного циркуляционного давления за счет отсасывания воды в отопительных приборах:

Величину  определяем по формуле:

где - разность давления в наружных тепловых сетях, в месте ввода в здание, кПа;

      u - коэффициент смещения, вычисляем  по формуле

где - расчетная температура воды в тепловой сети, ‚

Величину  определяем по формуле:

где h - вертикальное расстояние между серединой отопительного прибора,  расположенного на первом этаже, и осью элеватора, м; для основного  циркуляционного кольца h можно принимать от 1,5 до 1,7 м;

- плотность охлажденной и  горячей воды, ;

,     ,    .

Итак, теперь вычисляем расчётное давление

      6. При выборе диаметра труб исходим  из среднего значения удельной  линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце

,

где - сумма длин последовательно соединенных участков расчетного циркуляционного  кольца; длина участков определяется с точностью до 0,1м по схеме системы  отопления; 0,65 - доля потерь на трение.

Гидравлический  расчет сводят в таблицу.

      7. В 1, 2 и 4 графы записываем номера  участков, тепловые нагрузки и  длины участков. В 3-ей графе  проставляем расход воды на  участке, который определяем по  формуле:

      8. Ориентируясь на значение , определяем диаметры труб, действительные удельные потери давления на трение и скорость движения воды. Необходимо следить за тем, чтобы скорость движения воды не превышала предельно допустимой. Находим значение . Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяем по формуле:

,

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений (к.м.с.) на участке;

      v - скорость движения воды, м/с;

       - плотность воды, ;

       - динамическое давление, Па.

      Общие потери давления в основном циркуляционном кольце , полученные путем суммирования потерь давления на трение и в местных сопротивлениях на всех участках основного циркуляционного кольца, сопоставляем с расчетным циркуляционным давлением. Расчет основного циркуляционного кольца считается законченным, если выполняется условие:

      Действительный  запас расчётного давления в % вычисляем по формуле

4.3. Расчёт индивидуального  теплового пункта.

      Расчёт  ИТП сводится к подбору серийного  элеватора и остального оборудования.

По формуле

определяем количество воды, циркулирующей  в системе  отопления, а коэффициент смешения принимаем равным (из проведённых ранее расчётов).

      Вычисляем насосное давление в системе отопления  по формуле

Вычисляем диаметр  горловины элеватора по формуле 

.

      Принимаем к установке стандартный элеватор №1 , имеющий диаметр горловины 15 мм, т.е. близкий к полученному по формуле.

      После подбора серийного элеватора  вычисляем диаметр сопла элеватора  , мм

5.Определение   площади  поверхности   и  числа   элементов   отопительных  приборов 

    К установке принимаем чугунные секционные радиатора типа МС-140-108, для которых:

    А=0,244м², Q_н.у.=185 Вт,

    где А- наружная нагревательная поверхность одной секции чугунного радиатора, Q_н.у.-номинальный условный тепловой поток одной секции радиатора.

    Значение  Q_н.у. используется для выбора типоразмера отопительного прибора и соответствует номинальному перепаду температур теплоносителя t_ср. и окружающего воздуха t_в.

    Поскольку действительный температурный перепад  в большинстве случаев не соответствует номинальному, для использования справочных данных вводится комплекснвй коэффициент приведения к расчетным условиям, φ_к: 

    где q_ном – номинальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях работы, Вт/м², принимаемый по табл. 10 или [6, табл. 8.1]; G_пр – действительный расход воды в отопительном приборе, кг/с; n, р – экспериментальные значения показателей степени (табл. 10); Δt_СР – средний температурный напор, равный

              ,                                                               

где  t_ВХ,  t_ВЫХ,  t_В – температуры, соответственно, теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, а так же воздуха, ^оС.

    Требуемый номинальный тепловой поток нагревательного  прибора Q_н.т., предназначенный для выбора его типоразмера, определяют по формуле:

    Считая, что 5% тепловых потерь помещения компенсируются теплоотдачей открыто проложенных теплопроводов отопления

    где - определяется по таблице тепловых потерь для каждого помещения отдельно.

    Минимально  допустимое число секций радиатора определяют по формуле: 

    где β₄ – коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении, при открытой установке β₄=1,0; β₃ – коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе и принимаемый для радиаторов типа МС-140 равным: при числе секций от 3 до 15 – 1, от 16 до 20 – 0,98, от 21 до 25 – 0,96.

    Расчетная площадь отопительного прибора, в м², определяется по формуле

     ,     

Результаты для  каждой комнаты сводятся в таблицу.                                                               

6.Проектирование  и  расчет  вентиляции 

    В жилых зданиях проектируется  общеобменная естественная вентиляция с удалением воздуха из санитарных узлов, кухонь, ванных или совмещенных санитарных узлов через каналы, которые прокладывают в толще внутренних капитальных стен либо выполняют в виде специальных блоков из бетона и других материалов.

    Наружный приточный воздух для компенсации естественной вытяжки поступает неорганизованно через неплотности в строительных конструкциях и форточки.

    В квартирах из четырех и более  комнат предусматривают дополнительную вытяжку непосредственно из помещений, за исключением двух ближайших к кухне. Можно не предусматривать вытяжку из угловых комнат, имеющих два окна и более.

    При компоновке систем вентиляции следует  иметь в виду, что в одну систему  объединяют одноименные или близкие  по назначению помещения. Кухни, уборные, ванные комнаты должны иметь вытяжную вентиляцию с удалением воздуха непосредственно из данных помещений. В одной квартире допускается объединять вентиляционные каналы уборной и ванной комнаты, а также вентиляционные каналы ванной комнаты (без унитаза) с кухней. Не допускается присоединять к одному вентиляционному каналу вытяжные решетки из кухни и уборной.

    Рекомендуемые минимальные размеры жалюзийных решеток в кухнях – 200х250 мм; в уборной и ваннах комнатах – 150х150 мм. В санитарных узлах устанавливают регулируемые вытяжные решетки, в кухнях – неподвижные.

    В крупнопанельных зданиях вентиляционные каналы изготавливают в виде специальных  блоков. 
 
 
 
 

Библиографический список использованной литературы 

1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника/ Минстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 29 с.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий/ Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. – 25 с.
3. СНиП 2.04.05-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование/ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 64 с.
4. Богословский В.Н. и др. Отопление и вентиляция: Учебник для ВУЗов/В.Н. Богословский, В.П. Щеглов, Н.Н. Разумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1980. – 295с., ил.
5. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника и вентиляция: Учеб. для ВУЗов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 480 с.: ил.

Новосельцев Ь.П. Отопление и вентиляция гражданского здания [Текст]: учеб. – метод. пособие для студ. Спец. 270102/ Б.П. Новосельцев, Т.В. Щукина; Воронеж. Гос. Арх. – Строит. Ун-т., Воронеж, 2006. – 72 с.