Проектирование системы водяного отопления, и системы вентиляции жилого здания

Воздух  имеет очень низкую массовую теплоемкость С =1,0 кДж/(кгК), поэтому необходимо подавать большое количество воздуха для oтопления помещений. Теплопроводность воздуха низка, поэтому для повышения теплотехнических показателей строительных конструкций в них устраивают воздушные прослойки. Низкая теплопроводность воздуха является причиной относительно невысокой эффективности теплообмена поверхностей в теплообменной аппаратуре, особенно при естественной конвекции.

Стоимости воздух не имеет, но в случае запыленности приходится устраивать фильтры, что удорожает воздушное отопление.

Антифризы представляют собой 50-60%-ый водный раствор технического этиленгликоля (двухатомного спирта). Они ядовиты и коррозионно-активны по отношению к стали. Антифризы не замерзают, при отрицательных температурах (до - 40°С), что делает их перспективными для использования в системах отопления периодического действия.

Плотность антифриза меньше, чем плотность  воды, однако увеличение его объема при нагревании значительно больше, что следует учитывать при эксплуатации систем, заполненных антифризом.

Из-за высокой  стоимости и дефицитности антифризы  широкого применения в системах отопления не нашли. 

3.2 Системы парового  отопления

Паровое отопление основано на передаче тепла  за счет конденсации насыщенного пара. В паровом котле создается давление пара выше атмосферного, благодаря чему пар из котла по паропроводу поступает в нагревательные приборы. Здесь он, соприкасаясь со стенками отопительных приборов, охлаждается и превращается в воду. Конденсат самотеком из нагревательных приборов возвращается по конденсатопроводу в котел (замкнутая система), где снова нагревается, и процесс повторяется.

В замкнутой  системе конденсат из отопительных приборов возвращается в котел под действием разности давлений столба конденсата высотой h и пара в котле. Самотечный возврат конденсата возможен ори давлении  пара не более 0,2 кг/см², расположении нагревательных приборов выше уровня воды в котле на 2,5-3 м и протяженности системы не более 200 м. При большой протяженности паровой системы и недостаточном заглублении котельной приходится применять разомкнутую систему. При разомкнутой системе нагревательные приборы могут быть установлены даже ниже котла (разомкнутая система — когда конденсат возвращается в котел с помощью насоса). В паровой системе с перекачкой конденсата воздух проходит конденсационную магистраль м удаляется в атмосферу через конденсационный бак (в закрытом баке для этой цели устраивается специальная  воздушная труба). Системы парового отопления низкого давления в основном бывают с верхней и нижней разводкой паропровода. Паровая система с нижней разводкой работает аналогично системе паропровода с верхней разводкой.

В зависимости  от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают двухтрубные и однотрубные, при совмещении паровых и конденсационных стояков. Из-за неудовлетворительной работы однотрубных систем парового отопления их применяют очень редко.

В паровых  системах возможна только местная регулировка путем 
большего или меньшего открывания вентилей перед приборами, т. е. большего или меньшего пропуска пара через отопительные приборы. Центральная регулировка в паровых системах неосуществима, так как температура пара даже при изменении давления меняется очень незначительно. 
Практически центральная регулировка сводится к периодической подаче 
пара в приборы отдельных помещений, при которой происходит камерный прогрев отапливаемого помещения. Это является одним из недостатков паровой системы.    

3.3 Системы воздушного  отопления.

В системах воздушного отопления горячий воздух передает тепло обогреваемому помещению не через нагревательные приборы, а непосредственно смешиваясь с воздухом помещений.

Системы воздушного отопления по радиусу  действия могут быть центральными и  местными. В центральных системах одна воздухонагревательная установка обеспечивает теплом несколько помещений или зданий. В местных системах приготовление и подача нагретого воздуха производится в одном месте. Центральная система воздушного отопления оснащается каналами, по которым передается нагретый воздух в обслуживаемые помещения.

 По способу перемещения нагретого воздуха системы отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией, гравитационные (за счет разности плотностей нагретого воздуха и воздуха помещений) и с механическим движением воздуха, создаваемым вентиляторами.   

По роду энергоносителя - с водяными, паровыми, электрическими, газовыми колориферами.

По схеме вентилирования отапливаемых помещений на прямоточные, с полной рециркуляцией и с частичной рециркуляцией.

В прямоточной  системе происходит полный обмен  воздуха, который поступает снаружи через воздухоприемник, нагревается в калорифере и через жалюзийные решетки подается в помещение. Находящийся в помещении воздух через вытяжные каналы удаляется наружу.

При рециркуляции система работает только в качестве отопительной. Нагретый воздух по каналам поступает в обслуживаемые помещения, а ох-ладившийся по другим каналам возвращается в калорифер для повторного нагрева. При частичной рециркуляции в систему поступает смесь подогретого свежего и охладившегося в помещении воздуха, система работает не только как отопительная, но и как вентиляционная.

По первоначальным затратам и эксплутационным расходам рециркуляционная система воздушного отопления является самой экономичной. Система может применяться, если в помещении по гигиеническим, противопожарным и другим соображениям допустима рециркуляция воздуха.

Прямоточная система воздушного отопления вследствие больших тепловых потерь с удалением всего объема воздуха из помещения является самой дорогостоящей по эксплутационным затратам. Ее применяют в помещениях, где выделяются вредные вещества, опасные для здоровья, а также в противопожарном и взрывоопасном отношении.

Система воздушного отопления по сравнению  с другими системами имеет рад преимуществ:

- в отапливаемых помещениях создается удовлетворительный климат 
за счет совмещения отопления с вентиляцией;

-в отапливаемых  помещениях отсутствуют отопительные  приборы; -расход металла в 4-6 раз  меньше чем в системе с радиаторами; 

- система  не подвержена опасности размерзания;

-возможно  быстрое повышение температуры  воздуха в помещении.

Недостатки  воздушного отопления:

-относительно  низкая влажность приточного  воздуха;

- шум создаваемый работающим вентилятором;

-значительный расход электроэнергии и возможность образования потоков воздуха,  отрицательно сказывающихся на самочувствии жильцов. 

3.4 Системы панельно-лучистого  отопления.

В системах панельно-лучистого отопления в  качестве поверхностей нагрева используются обогреваемые потолки, стены, пол и отдельные приставные панели. Поверхности, обогреваются горячей водой иди паром, пропускаемым по змеевикам из стальных труб диаметром 15-20 мм, заделанных в конструкции. Вместо воды и пара могут быть также использованы электроэнергия при замене труб на электрокабель, а также нагретый воздух, пропускаемый через специально устраиваемые каналы. Для жилых помещений средние температуры для греющих поверхностей устанавливаются в потолочных панелях - 32 °С, в стеках и перегородках (на высоте 0,8 м) - 40 °С; в полах - 28°С. 

4. Тепловая мощность  системы отопления.

Тепловая  мощность системы отопления зданий должна учитывать потери теплоты  через ограждающие конструкции, расход теплоты на нагрев наружного  воздуха, проникающего в помещения  через неплотности в ограждающих конструкциях, на нагрев материалов, транспортных средств, а также теплоту поступающего от технологического оборудования, электрических приборов, людей и других источников.       

Для упрощения  расчетов при определении тепловой мощности системы отопления, при определении потерь теплоты через ограждающие конструкции здания делают ряд допущений. Условно считают, что процесс передачи теплоты конструкциями стационарен, и потери теплоты определяют только при наличии температурного перепада более 4°С для жилых зданий. 

5. Определение теплопотерь  через наружные  ограждения.

По заданию  следует спроектировать систему  отопления и систему естественной вентиляции жилого здания. Мы примем, что  здание подключено к централизованному  водоснабжению города, то есть это здание с насосной циркуляцией воды. Также в здании применяется двухтрубная система отопления с нижней разводкой.

Исходные  данные:

г. Санкт - Петербург

t_нар = -26°С

t_оп. = -1,8°С

z_оп = 220 суток.

Вариант типового этажа – «1».

 Определение теплопотерь через наружные ограждения начинается с теплотехнического расчета толщины стен, перекрытий и окон.  

5.1 Теплотехнический расчет

Для расчета  теплопотерь необходимо иметь данные о наружных строительных конструкциях  и их теплотехнических характеристик. Теплотехнические качества конструкций характеризуются величиной сопротивления теплопередачи R₀. Правильно выбранная конструкция ограждения обеспечивает требуемый микроклимат и уменьшает теплопотери помещения.

Теплотехнический  расчет проводиться для всех наружных ограждений (стен, покрытий верхнего этажа, пола первого этажа, окон). При расчете учитывается район строительства, условия эксплуатации, назначение помещения и санитарно-гигиенические требования.  

Коэффициент теплопередачи К, Вт/м.² °С стены, окна, пола и перекрытия должен быть меньше значения 1/R^тр₀, где R^тр₀-требуемое сопротивление теплопередачи соответствующего наружного ограждения принимается в зависимости от географического местонахождения строящегося объекта, по таб. 1б СНиП 11-3-79,**1998г., по градусо-суткам отопительного периода (ГСОП).

ГСОП = (t_в – t_оп)*Z_оп,                                           (5.1.1)

где t_в и t_оп — расчетная температура внутреннего воздуха и средняя температура отопительного периода;

Z_оп- продолжительность отопительного периода в сутках.

 ГСОП = (18+1,8)*220=4356.

Определяем  R^тр₀ методом интерполяции для наружной стены, окна, перекрытия и пола.

 Стена:

R^тр₀ = (((3,5-2,8)/2000)*356)+2,8 = 2,9246 м² °С/Вт;

Перекрытие:

R^тр₀ = (((4,6-3,7)/2000)*356)+3,7 = 4,639 м² °С/Вт ;

Окно:

R^тр₀ = (((0,60-0,45)/2000)*356)+0,45 = 0,476 м² °С/Вт .

После определения R^тр₀ подбираем строительные конструкции, для каждого ограждения определяем  предварительную толщину слоя утеплителя, (м) по формуле:

 δ_ут. = [R^тр₀/0,9-(1/α_в +Σ(δi / λi ) +  1/α_н)]*λ_ут, (м) ,                     (5.1.2)

δi ; λi — толщина и коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции, принимается по приложению 2;

α_в, α_н — коэффициент теплопередачи внутренней и наружной поверхности ограждения, принимается по таб. 1.1;

λ_ут — коэффициент теплопроводности утеплителя.

 Стена:

 δ_ут. = [2,9246/0,9-(1/8,7+1/23+0,64/0,87+0,03/0,81)]*0,076 = 0,177 ≈ 0,20 м;

Перекрытие:

δ_ут. = [ 4,639/0,9— (1/8,7+ 1/12+ 0,22/1,92 +0,05/0,93)]*0,076 = 0,364 ≈ 0,40 м.

После выбора  общей толщины конструкции и толщины утеплителя определяем фактическое сопротивление теплопередачи конструкции с утеплителем, Rф (м² °С/Вт), по формуле:

R_ф = 1/α_в + Σ(δi / λi ) +  1/α_н ,                                        (5.1.3)

 где δi ; λi — толщина слоя и расчетный коэффициент теплопроводности материала конструкции с учетом утепляющего слоя, Вт/м² °С, принимается по заданию и расчету.

 Стена:

R_ф = 0,11+0,04+0,73+0,037+2,63 = 3,546 м² °С/Вт ;

R_ф > R^тр₀ ;

Перекрытие:

R_ф = 0,11+0,083+0,11+0,053+5,2 = 5,5564 м² °С/Вт ;