Казань 2011 г.
Введение
В данной работе проводится расчет системы отопления для квартиры, где выбираются отопительные приборы (радиаторы), определяется число секций в выбранном радиаторе, проводится теплотехнический расчет ограждающих конструкций, рассчитываются теплопотери помещений.
Также в работе выполнен расчет вентиляции квартиры, с определением воздухообмена, приведен аэродинамический расчет каналов.
Расчет выполнен для г. Казань, для одной квартиры, расположенной на 2 этаже 3-х этажного дома.
квартира отопление теплопотеря воздухообмен
1. Исходные данные для г. Казань
Ориентация фасада здания В (восток)
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0.92, tн, єC -32.
Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха <8єС, Zсут 215.
Средняя температура воздуха со средней температурой воздуха <8єС, tоп, єС -5,2.
Расчетная температура в помещении в холодный период года t, єС
– для помещений жилой комнаты (1) и (2) 21–23
– для кухни (4) 18–21
– для коридора (3) и (7) 18–20
– для ванны (6) 25
– для уборной (5) 19–21
Примечание: Для теплотехнического расчета примем температуру в помещениях в холодный период года 21єС.
2. Теплотехнический расчет наружных ограждений
Цель расчета – подобрать такую толщину утеплителя, который для данного объекта соответствовал бы требованиям СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий».
Слой 1 – внутренняя штукатурка. Известково-песчаный раствор. Толщина слоя δ1=0.01 м. Теплопроводность материала λ1=0.81 Вт/мєС.
Слой 2 – кирпич силикатный. Толщина слоя δ2=0.12 м. Теплопроводность материала λ2=0.87 Вт/мєС.
Слой 3 – утеплитель. Утеплитель из вспененного Пенополистирол по ГОСТ 15588. Толщина слоя δ3=0.100 м. Теплопроводность материала λ4=0.041 Вт/мєС.
Слой 4 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-шлаковом растворе. Толщина слоя δ4=0.25 м. Теплопроводность материала λ4=0.76 Вт/мєС.
Слой 5 – наружная штукатурка. Цементно-песчаный раствор. Толщина слоя δ5=0.01 м. Теплопроводность материала λ5=0.93 Вт/мєС.
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены исходя из санитарно-гигиенических условий, по формуле:
Roтр=(tв-tн) хn/αвх∆tн, мІ х єС / Вт. (1)
где n =1 – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности стены по отношению к наружному воздуху;
∆tн=4 єС – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены;
αв=8.7 Вт/мІхєС – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены;
tв=21єС – температура внутреннего воздуха;
Roтр=[(21 – (-32)) х1]/8.7х4=64/34.8=1.52 мІ х єС / Вт
Определяем требуемое (приведенное) сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения, в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода ГСОП.
ГСОП=(tв-tоп) хZоп, єС х сут. (2)
где tоп, Zоп – средняя температура наружного воздуха, єС и, соответственно, продолжительность отопительного периода, сут.
ГСОП=[(21 – (-5,2)] х215=5633 єСхсут.
Roтр=3,36 мІ х єС / Вт (через ГСОП)
Roтр=1.52 мІ х єС / Вт
Для дальнейших расчетов из двух значений требуемого сопротивления выбираем большее Roтр=3.36 мІ х єС / Вт.
По этому значению, с учетом коэффициента теплотехнической однородности, определяем термическое сопротивление слоя утеплителя.
Общее сопротивление теплопередаче ограждения находится по формуле:
R0=Rв+R1+R2+R3+R4+R5+Rн=1/ αв+ δ1/ λ1++ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ 1/+ 1/αн (3)
где Rв и Rн –соответственно сопротивления теплообмену на внутренней и наружной поверхностях ограждения, мІ х єС / Вт.
3,36=1/8.7+0.01/0.81+0.12/0.87+ δутеп./0.041+0.25/0.76+0.01/0.93+1/23;
3,36=0.1149+0.0123+0.1379+ δутеп./0.041+0.3289+0.0107+0.0434
3,36=0.626+ δутеп./0.041; 2.71= δутеп./0.041; δутеп.=0.11 м.;
δутеп.=111 мм. (по расчету);
δутеп.=120 мм. (с учетом стандартной толщины утеплителя);
Общая толщина наружной стены 510 мм.
Фактическое термическое сопротивление наружной стены:
R0ф=1/ αв+ δ1/ λ1++ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ 1/+ 1/αн=
=1/8.7+0.01/0.81+0.12/0.87+ 0.120/0.041+0.25/0.76+0.01/0.93+1/23=
=0.1149+0.0123+0.1379+2.44+0.3289+0.0107+0.0434=3.57 мІ х єС / Вт;
Коэффициент теплопередачи
К= 1/ R0ф=1/3.57=0.28, Вт/ мІ х єС; (4)
3. Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания
Потери теплоты через наружные ограждения равны:
Qогр.=КхFх (tв-tн) хnх (1+∑β), Вт (5)
где К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/ мІ х єС;
F – расчетная площадь ограждающей конструкции, мІ;
∑β – сумма добавочных потерь теплоты в долях от основных потерь;
β1 – добавка на ориентацию стен, дверей и световых проемов по сторонам света.
Qогр.для помещения (1)=0.33х24.35х [21 – (-32)] х1х (1+0.1)=468.47 Вт;
По формуле (5) определяется Qогр. для остальных помещений.
Теплозатраты на нагревание инфильтрующегося воздуха определяют по формуле
Qинф.=0.28хLинф.хρхсх (tв-tн), Вт (6)
где Lинф. – расход воздуха, удаляемого естественной вытяжной вентиляцией, принимаемый равным 3 мі/ч на 1 мІ площади жилых помещений и кухни;
ρ – плотность воздуха, кг/мі, рассчитываемый по формуле
ρ=353/(273+tн) (7)
ρ=353/(273+(-32))=1.46
с – теплоемкость воздуха, принимаемая равной 1.005 кДж/(кгхєС);
Qинф.для помещения (1)=0.28х55.35х1.46х1.005х (21 – (-32))=1205,23 Вт.
По формуле (6) определяется Qинф. для остальных помещений.
При определении тепловой мощности системы отопления учитывают бытовые тепловыделения Qбыт. (приготовление пищи, электробытовые приборы и т.п.), которые определяют для всех помещений, кроме лестничных клеток по формуле
Qбыт.=kхFпл, Вт (8)
где k – норма теплопоступлений, равная 10–17 Вт на 1 мІ;
Fпл – площадь пола помещений, мІ;
Qбыт. для помещения (1)= 15х18.45=276.75 Вт;
По формуле (8) определяется Qбыт. для остальных помещений.
Тепловая мощность системы отопления Qполн. Определяется по потерям теплоты через наружные ограждения, теплозатратам на нагревание инфильтрующегося воздуха, за вычетом бытовых тепловыделений и рассчитывается по формуле:
Qполн.= Qогр.+ Qинф. – Qбыт., Вт; (9)
Qполн.для помещения (1) = 468,47+1205,23–276.75=1396.95 Вт;
По формуле (9) определяется Qполн. для остальных помещений.
Полученные значения теплопотерь для всех помещений приведены в таблице №1.
Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочного решения здания определяют удельные показатели расхода тепла по формуле:
qуд.=Qполн./Vн х (tв-tн), Вт/міхєС (9*)
где Vн – объем здания по наружному обмеру, мі;
qуд.=4140,57 Вт/4020.0 мі х (21 – (-32)) єС=0.02, Вт/міхєС;
Удельная теплоэнергопотребность здания за год (отопительный период) qоп. определяют по формуле:
Qоп=[Qполн х (tв-tоп)/(tв-tн)]/(ГСОП/F), Вт/мІхєСхсут (9)
Qоп=[4140,57х (21 – (-5,2))/(21 – (-32))]/(5633/837.72)= 304,4 Вт/мІхєСхсут.
4. Выбор и расчет отопительных приборов
Поверхность нагрева приборов определяется по формуле
Fпр=Qпр/qпрхβ1хβ2, мІ (10)
где qпр – расчетная плотность теплового потока, Вт/мІ;
qпр= qномхφ1хφ2хспрхbхp=qномх [∆tср/70] (1+n) х (Gпр/360) m хСпрхbхp (11)
где: qном – номинальная плотность теплового потока, Вт/мІ;
360 – нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор, кг/ч;
n, m – эмпирические показатели степени соответственно при относительных температурном напоре и расходе теплоносителя;
β1,β2 – поправочные коэффициенты;
b – безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается влияние атмосферного давления на тепловой поток прибора;
p – безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается специфика зависимости теплового потока и коэффициента теплопередачи прибора от количества секций (площади) при движении теплоносителя по различным схемам;
∆tср – средний температурный перепад между средней температурой теплоносителя в приборе и температурой окружающего воздуха tв, єС;
∆tср=[(tвх – tвых)/2] – tв =tвх – ∆tпр/2 – tв (12)
где: tвх, tвых – температура воды, соответственно, входящей в прибор и выходящий из прибора, єС;
∆tпр – перепад температур теплоносителя между входом и выходом отопительного прибора, єС;
tв – расчетная температура помещения;
Gпр – расход воды в приборе, кг/ч;
Gпр=(3.6хQпр)/c х (tг-tо), кг/ч (13)
где: tг, tо – температура воды в системе отопления, соответственно горячей и охлажденной, єС;
с – теплоемкость воды, равная 4.187 кДж/(кг х єС);
Определяем расход воды в приборе, кг/ч, для помещения (1)
Gпр=(3.6хQпр)/c х (tг-tо)=(3.6х1493.06)/4.187х (95–70)=5375/62.805=85.58 кг/ч;
∆tср=90 – (15/2) – 21=61.5 єС;
qпр= 406.25х (61./70) 1.3 х (85.58/360) 0.04x1x1x1=323.7 Вт/мІ;
Fпр=1493.06/323.7x1.02x1.07=4.23;
В качестве радиаторов выбраны биметаллические секционные радиаторы «Сантехпром БМ».
Модель радиатора РБС-500.
Площадь наружной поверхности fс, мІ 0.48
Коэффициент β1=1.02
Коэффициент β2=1.07 (у наружного остекления).
Схема движения теплоносителя принята сверху вниз.
Коэффициент n=0.3
Коэффициент c=1
Коэффициент m=0.04
Коэффициент p=1
Поправочный коэффициент b=1 (при 760 мм. рт. ст).
Коэффициент β3=0.99 для 8–10 секций в радиаторе.
Число секций в радиаторе:
N= Fпрх β3/ fс (14)
где β3 - поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном приборе;
fс – поверхность нагрева одной секции (для секционных радиаторов);
N=4.23х0.99/0.48=8.55 принимаем 9 секций.
Для помещения (1) следует выбрать 1 радиатор 9 секций длиной 720 мм.
Для остальных помещений данные приведены в таблице 2.
Таблица 2
| № пом. | Qпр, Вт | Gпр, кг/ч | ∆tср, єС | qпр, Вт/мІ | Fпр, мІ | β3 | fс | N, шт. | Число приборов |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 1 | 1493.06 | 85.58 | 61.5 | 323.7 | 4.23 | 0.99 | 0.48 | 9 | 9 |
| 2 | 1124.1 | 64.4 | 61.5 | 318.9 | 1.6 | 0.99 | 0.48 | 4 | 4 |
| 3 | 1124.1 | 64.4 | 61.5 | 318.9 | 1.6 | 0.99 | 0.48 | 4 | 4 |
| 4 | 898.9 | 51.53 | 61.5 | 317.2 | 2.61 | 0.99 | 0.48 | 6 | 6 |
Для жилого помещения 2 следует выбрать 1 радиатор с 4 секциями, длиной 320 мм.