Системы водяного отопления многоэтажного жилого дома с поквартирной разводкой

- Блочный тепловой пункт (БТП). Изготавливается в заводских условиях и поставляется для монтажа в виде готовых блоков. Может состоять из одного или нескольких блоков. Оборудование блоков монтируется очень компактно, как правило, на одной раме. Обычно используется при необходимости экономии места, в стесненных условиях. По характеру и количеству подключенных потребителей БТП может относиться как к ИТП, так и к ЦТП.

Системы потребления тепловой энергии.

В типичном ТП имеются следующие системы снабжения потребителей тепловой энергией:

Система горячего водоснабжения (ГВС). Предназначена для снабжения потребителей горячей водой[3]. Различают закрытые и открытые системы горячего водоснабжения. Часто тепло из системы ГВС используется потребителями для частичного отопления помещений, например, ванных комнат, в многоквартирных жилых домах.

Система отопления. Предназначена для обогрева помещений с целью поддержания в них заданной температуры воздуха[4]. Различают зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления.

Система вентиляции. Предназначена для обеспечения подогрева поступающего в вентиляционные системы зданий наружного воздуха. Также может использоваться для присоединения зависимых систем отопления потребителей.

Система холодного водоснабжения. Не относится  к системам, потребляющим тепловую энергию, однако присутствует во всех тепловых пунктах, обслуживающих многоэтажные здания. Предназначена для обеспечения необходимого давления в системах водоснабжения потребителей.

Теплоноситель, поступающий в ТП по подающему  трубопроводу теплового ввода, отдает свое тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает  в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода  и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие  для повторного использования. Часть  теплоносителя может расходоваться  потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы  подпитки, источниками теплоносителя  для которых являются системы  водоподготовки этих предприятий.

Система отопления также представляет замкнутый  контур, по которому теплоноситель  движется при помощи циркуляционных насосов отопления от ТП к системе  отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно возникновение  утечек теплоносителя из контура  системы отопления. Для восполнения  потерь служит система подпитки теплового  пункта, использующая в качестве источника  теплоносителя первичные тепловые сети.

 

 

4. Проектирование системы  отопления тёплый пол для одной  комнаты

 

Система напольного отопления является низкотемпературной системой, использующей поверхность  пола, в качестве источника распределения  тепла. Монтаж таких систем требует  знания основ их работы и практических навыков.

Несмотря  на то, что могут использоваться одни и те же источники тепла, отопление  пола существенно отличается от радиаторного, в частности методами распределения  тепла.

Основные  свойства и преимущества системы  водяной теплый пол:

• Элементом отопления является вся поверхность пола. Отсутствуют отопительные приборы. Возможность более эффективного использования площади жилого, офисного или другого помещения;
• Низкая температура теплоносителя, которая составляет примерно +25-45°С;
• Равномерное и благоприятное для человека, с точки зрения физиологии, распределение температуры в помещении по его высоте;
• Возможность применения различных покрытий полов (дерево, камень или керамика);
• Возможность использования для нагрева воды практически любого источника энергии, начиная от котлов работающих на угле, газе, мазуте или электричестве до неконвективных источников, таких как тепловые насосы, солнечные коллекторы или геотермические источники;
• Гигиеничность – многократное снижение количества пыли в воздухе помещения и вместе с ней бактерий, которые часто являются причиной различных болезней;
• Большое влияние приятного для человека теплового излучения (50-70%), благодаря чему более высокий тепловой комфорт в помещении;
• Экономия тепловой энергии. В жилых зданиях –20-30%, а в помещениях с высокими потолками, например, спортзалах, выставочных павильонах , церквях и т.п. – до 50% и выше!
• Оптимальная влажность воздуха в помещении;
• В отличие от горячих радиаторов (более +70°С) напольное отопление не способствует возникновению неблагоприятной для человека положительной ионизации воздуха, которое оказывает недоброкачественное влияние на здоровье человека;
• Отсутствие сильного источника теплоизлучения поблизости от человека;

В помещениях, где постоянно находятся люди, максимальная температура поверхности  пола составляет по европейским нормам +29°С, а средняя температура за отопительный период колеблется в границах +23-24°С.  

Вертикальное  распределение температур в помещении  а) идеальное распределение температуры  в помещении б) напольное отопление

При напольном отоплении почти 70% тепла  передается в виде приятного, ласкового  теплового излучения, которое не способствует поднятию пыли в воздух. При температуре воздуха в  помещении +20°С средняя температура на поверхности пола в отопительном сезоне составляет 23-24°С, из чего видно, что разница температур составляет 3-4°С. А при радиаторном отоплении, при температуре радиатора 50-60°С, разница температур составляет 30-40°С. Именно большая разница температур является причиной сильной конвекции воздуха, которая способствует отрыву от поверхности пола и поднятию пыли вверх.

При напольном отоплении естественное перемещение воздуха ограничено, в связи с чем, инфильтрация наружного  воздуха в помещение будет  значительно меньше. К сожалению, часто этот факт считают причиной отсутствия вентиляции в помещении, намокания стен и образованию  на них плесени, в то время как  истинная причина этих неблагоприятных явлений заключается в другом. При поиске новых решений экономии тепла остановили внимание на использовании герметичных, суперщельных окон и дверей. В таких помещениях, даже если имеют встроенную вентиляционную систему, по причине отсутствия подува не будет обмена использованного воздуха (такое явление будет наблюдаться также при радиаторном отоплении).

Система водяного напольного отопления позволяет  произвольную расстановку мебели и  не ограничивает возможность ее размещения. Также водяной теплый пол монтаж позволяет выполнять любое покрытие пола, будь то дерево, линолеум, кафельная  плитка и др. покрытия.

Различают два способа укладки  труб в греющем контуре:

• меандрический;
• с двойной проводкой.

В курсовой работе мы используем способ с двойной прокладкой. 

 

 Как видно из графиков, в  структуре контура с двойной  проводкой происходит более равномерное  распределение температур на  поверхности пола.

Вблизи наружных стен помещений  целесообразно уменьшение расстояний между витками, а также допускается  применение отдельных отопительных витков.

Расстояние между осями соседних труб греющего контура, а также расстояние от наружных стен до труб греющего контура  следует принимать от 0,1 до 0,3 м.

Греющие контуры следует подключать к распределительному узлу.

 

Расчёт  греющего контура

Конструкция пола приведена на рисунке  Г.1.

 

 

1 — покрытие пола;2 — прослойка из клеющей мастики;

3 — выравнивающая стяжка из  цементно-песчаного раствора;

4 — бетонная плита с греющим контуром;5 — теплоизоляционный слой;

6 — плита перекрытия; 7 — пристенная изоляция

 

Рисунок Г.1

 

Исходные  данные для пола:

• покрытие пола:

d₁ = 15 мм;

l₁ = 0,1 Вт/(м×К);

• прослойка из клеющей мастики:

d₂ =1 мм;

l₂ = 0,2 Вт/(м×К);

• выравнивающая стяжка из цементно-песчаного раствора:

d₃ = 20 мм;

l₃ = 0,58 Вт/(м×К);

• бетонная плита с греющим контуром:

d₄ = 55 мм;

l₄ = 1,51 Вт/(м×К));

Исходные данные для помещения и греющего контура:

Помещение - с временным пребыванием  людей.

Теплопотери помещения Q= 1430 Вт.

В качестве греющего контура применены  трубы из сшитого полиэтилена  наружным диаметром  
d_н = 16 и с толщиной стенки d₅ = 1,8 мм; коэффициент теплопроводности материала трубы l₅ = 0,41 Вт/(м×К).

Греющий контур расположен в бетоне на расстоянии h=71 мм от уровня пола до оси трубы, шаг труб (расстояние между осями соседних труб) b = 170 мм.

Теплоноситель — вода (температура  на входе t_п = 45 °С, на выходе t_о = 35 °С).

Температура воздуха в помещении t_в = 18 °С.

Площадь пола помещения A_пл = 20 м².

Способ укладки труб в греющем  контуре — с двойной проводкой.

Расчет

1) Плотность теплового потока  греющего контура q_А определяем по формуле (8.9)

 _Вт/м².

2) Расход воды m, протекающей через греющий контур, определяем по формуле (8.15)

кг/ч.

3) Скорость воды в трубках  греющего контура w определяем по формуле (8.14)

м/с.

4) Определяем число Рейнольдса по формуле (7.3)

.

Так как гидравлический режим в  отопительном контуре — переходный, для расчета a₁ воспользуемся уравнением

Nu = 0,008Re^0,9×Pr^0,43,  (Г.1)

где  Nu — число Нуссельта, Вт/(м²×К);

Pr — число Прандтля.

Число Нуссельта определяется по формуле

,  (Г.2)

где  l — коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м×К).

Коэффициент l и число Прандтля Pr находятся по температуре воды из таблиц теплофизических параметров воды.

Для температуры воды на входе t_н = 45 °С: l = 0,637Вт/(м×К); Pr = 3,95.

Определяем число Нуссельта

Nu = 0,008×(6,860 × 10³)^0,9× 3,95^0,43 = 40,948 Вт/(м²×К).

Из формулы (Г.2) определим a₁

 Вт/(м²×К).

5) Определяем среднюю температуру  поверхности пола помещенияt_пл.ср по формуле(8.8)

t_{пл.ср  °С, что ниже средней температуры поверхности пола, равной 33 °С, определяемой по СНБ 4.02.01.}

6) Максимальная  температура поверхности пола t_пл.max, °С, которая не должна быть выше максимально допустимой температуры поверхности пола t_Аmax = 33 °С, определяется по формуле (8.10)

t_{пл.max°С.}

Исходя  из того, что при температуре теплоносителя  в подающем трубопроводе t_п = 45 °С, максимальная температура поверхности пола t_пл.max выше максимально допустимой t_Amax = 33 °С, необходимо уменьшить температуру теплоносителя на входе до t_п = 39,0 °С или увеличить термическое сопротивление теплопередаче на величину, определяемую условием:

t_Amax = 45 – 71,2(R_о + DR),(Г.3)

где R_о — термическое сопротивление теплопередаче R_о = 0,224 м²×К/Вт;

DR — дополнительное термическое сопротивление теплопередаче, м²×К/Вт.

DR = м²×К/Вт.

Таким образом, термическое сопротивление  теплопередаче, составит 0,279 м²×К/Вт.

Увеличения термического сопротивления  теплопередаче можно достичь, например, путем увеличения глубины заложения  трубопровода в бетон на величину d = 0,055×1,51 = 0,083 м.

7)  Выполним расчет l_экв и R_l, уменьшив шаг труб на 10 % (b = 0,135 м) для конструкции пола, когда h = 0,109 м.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности l_экв, слоев, расположенных выше оси труб греющего контура рассчитывается по формуле (8.2):

l_эквВт/(м×К).

8) По формуле (8.4) рассчитаем линейное  сопротивление теплопередаче R_l

R_l

 м×К/Вт.

9) По формуле (8.11) вычисляем длину  греющего контура

L

 м.