Полина Дедюхова

В частном доме теплотехнические проблемы напрямую связаны с такими важными параметрами, как комфортность проживания, здоровые санитарно-гигиенические условия, а также долговечность ограждающих несущих конструкций сооружения.

Для примера рассмотрим основные этапы проектирования системы отопления, системы естественной вентиляции, дымохода, системы внутреннего газоснабжения двухэтажного коттеджа, расположенного в городе Омск, поскольку отопительный период здесь имеет среднестастические параметры для России.

Уточним основные технические характеристики 2-х этажного индивидуального жилого дома.

1. Количество этажей – 2;

2. Район строительства – г. Омск;

3. Вход в здание направлен на Юг;

4. Количество жильцов – 4 человек;

5. Здание имеет неотапливаемый подвал;

6. Высота 1, 2 этажа — 3,0 м;

7. Высота здания — 8,0 м;

8. Высота подвала — 1,5 м; высота чердака — 2 м.

9. Размеры строительных конструкций: оконные проемы (выполнены с четвертями) – 1,46 х 0,87 м, 1,46 х 0,37; дверные проемы – 1,51 х 2,07.

10. Главная входная дверь одинарная ,ориентированная на юг – 1,87 ´ 2,37; дополнительные входные двери 1,87 х 2,37.

11.Давление в точке подключения 400 Па.

12. Система отопления однотрубная, вертикальная.

13. Разводка магистралей – нижняя.

14. Месторожденияе газа №8.

1. Расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха.

Все климатические параметры определяем в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» по СНиПу 23-01-99* «Строительная климатология». Температуру воздуха в теплый период года принимаем по расчетным параметрам наружного воздуха для систем вентиляции по параметрам А , в холодный – по расчетным параметрам наружного воздуха для систем отопления и вентиляции по параметрам Б .

Параметрами А являются: температура воздуха, обеспеченностью 0,95, минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль.

Параметрами Б являются: температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92, максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь

Таблица 1.1. Параметры наружного воздуха

где: t_{ОТ. ПЕР} — средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 [СНиП 23-01-99, Строительная климатология].
t_Н — средняя температура воздуха наиболее холодных суток с обеспеченностью
0,92 [СНиП 23-01-99, Строительная климатология].
Zот.пер — продолжительность периода со среднесуточной
температурой 8 °С [СНиП 23-01-99, Строительная климатология]
Влажностный режим помещения нормальный.
Условия эксплуатации А.
Таблица 1.2. Параметры внутреннего воздуха

Помещения	Температура tв, °С
Кухня-столовая	20
Холл	19
Гардероб	19
С/У	19
Котельная	19
Тамбур	19
Кабинет	21
Спальня	21
Спальня	21
Кладовая	19
Ванна	25
Спальня	21
Лестничный проем	19

Расчетные параметры внутреннего воздуха приняты допустимыми в соответствии с СаНПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям», ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», СП 55.13330.2011 «Дома жилые одноквартирные», СП 31-113-2004. Проектирование, строительство и эксплуатация жилых зданий, предприятий коммунально-бытового обслуживания, учреждений образования, культуры, отдыха, спорта. Температура на лестничной клетке принимается 19 °С, так как лестничная клетка не изолирована от холла.

2. Выбор конструкционного решения системы ТГиВ.

 2.1. Выбор конструкционного решения системы отопления.

Данному этапу проектирования системы отопления предшествует подготовительная работа, заключающая в воспроизведении чертежей строительного проекта.

Система отопления вертикальная, с нижней разводкой (прокладка подающих и обратных магистралей по подвалу, магистрали проложены с уклоном 0,003 в сторону стояков 6 и 5 ), однотрубная. Магистральные трубопроводы укладываются в подвале на кирпичики. Теплоноситель — вода, со следующими параметрами: температура воды в подающей магистрали системы отопления здания 90⁰С, обратной — 70⁰С. Трубы выполнены из стали ГОСТ 3262 – 75, диаметрами 15, 20, 25, 32 мм. В подвальном помещении к трубам применена теплоизоляция ROCKPIPE, так как данная теплоизоляция обладает высокоэффективными теплоизоляционными свойствами, пожаробезопасностью и удобством монтажа, представляют собой цилиндры, которые имеют надрез по всей длине и одеваются непосредственно на трубу.

Внутри здания, в специально оборудованном помещении, расположенном на первом этаже устанавливаются узел подготовки теплоносителя, напольный газовый котел марки ROSSEN серии RS-A , где устанавливаются необходимые параметры теплоносителя. Выбор котла обоснован особо компактным исполнением с звукоизоляцией, высоким КПД, удобство монтажа простота управления, благодаря регуляторам. Котел газовый напольный, мощностью 20 кВт характеризуется повышенной ремонтопригодностью и надежностью с одновременным повышением КПД за счет уменьшения потерь тепла при его передаче нагреваемой воде в теплообменнике.

Отопительные приборы расположены под оконными проёмами у стены, расстояние от отопительного прибора до пола – 100 мм, от оконного проема до радиатора – 120 мм, длина подводки к отопительному прибору 400 мм и 600мм , 1500 мм. Подводка длиной 1500 мм выполнена с уклоном в сторону стояка. Тип отопительных приборов — Биметаллический секционный радиатор марки RoyalThermo (Рис. 1) и (Рис.2) осевым замыкающим участком и регулируемым краном КРТ. Радиаторы состоят из отдельных элементов – секций, соединенных резьбовыми ниппелями с герметизацией соединений уплотнительными паронитовыми прокладками.

Для предотвращения завоздушивания системы на противоположной стороне от входа воды в радиатор на верхнем радиаторе каждого стояка устанавливается кран «Маевского» (Рис.3). На стояках сверху и снизу устанавливается запорная арматура (Рис.4).

Однотрубные системы являются наиболее экономичными. Данная системы с нижней разводкой магистралей идеально подходит для данного бесчердачного здания с подвалом, а также смещенный замыкающий участок обеспечивает компенсацию теплового удлинения этажестояков.

 2.2. Выбор конструктивного решения системы естественной вентиляции.
В санитарных узлах, ванных комнатах, кухне, техническом помещении проектируемого здания предусмотрена вентиляция с естественным побуждением. Удаление воздуха из отдельных помещений осуществляется по самостоятельным вытяжным каналам. В начале каждого канала устанавливают вытяжную решетку, располагаемую на 0,2 м. от потолка каждого этажа. Вытяжная естественная вентиляция состоит из вертикальных внутренних или приставных каналов с отверстиями, закрытыми жалюзийными решетками, сборных горизонтальных воздуховодов и вытяжной шахты. Для усиления вытяжки воздуха из помещений на шахте часто устанавливают специальную насадку- дефлектор. Загрязненный воздух из помещений поступает через жалюзийную решетку через шахту в атмосферу. Вытяжка из помещений регулируется жалюзийными решетками в вытяжных отверстиях, а также дроссель – клапанами или задвижками, устанавливаемыми в сборном воздуховоде и в шахте.

Если в здании внутренние стены кирпичные, то вентиляционные каналы устраивают в толще стен или бороздах ,заделываемых плитами. Минимально допустимый размер вентиляционных каналов в кирпичных стенах 1/2×1/2 кирпича. В наружных стенах вентиляционные каналы не устраивают .

Если нет внутренних кирпичных стен, устраивают приставные воздуховоды из блоков или плит ; минимальный размер их 100х150 мм.

Приставные воздуховоды в помещениях с нормальной влажностью воздуха обычно выполняют из гипсошлаковых и гипсоволокнистых плит, а при повышенной влажности воздуха — из шлакобетонных или бетонных плит толщиной 35—40 мм. В отдельных случаях целесообразно изготовлять воздуховоды из асбестоцементных плит, из листовой стали и из пласт массы.

Приставные воздуховоды (рис. 4) устраивают, как правило, у внутренних строительных конструкций: они могут размещаться у перегородок или компоноваться со встроенными шкафами, колоннами и т. д.

В данном случае устраивают приставные воздуховоды из блоков или плит размерами 100 x 150, 200 x 250, 200 х 200. Для пожарной безопасности шахта изнутри и снаружи обивается кровельными сальными листами по войлоку. Над шахтой устанавливают зонт для предотвращения попадания осадков (Рис 4.1).

Зонты применяются в системах вытяжной вентиляции с естественным и механическим побуждением.

По конфигурации колпака зонты изготавливаются круглыми и прямоугольными. Типоразмер зонта принимается соответственно наружному размеру горловины шахты. В данном случае использовались зонты размерами:180х270х25; 360x450x50; 360x360x50.

2.3. Выбор конструктивного решение системы газоснабжения.

Для системы газоснабжения используется природный газ низкого давления, а внутренний газопровод выполнен из металлических труб не оцинкованной стали ГОСТ 3262 — 75, диаметрами 15, 20 , 25 мм. Газ подводится в здание на высоте 2,3 м от уровня земли. Тип подсоединения газопровода к газовым приборам жесткий. Горизонтальный участки газопровода проложены с уклоном 0,003 в сторону газовых приборов. В здании выполнена открытая прокладка газопровода. На вводе газового трубопровода в помещение, которое оборудовано газовыми приборами, установлено чувствительное термозапорное устройство (КТЗ) , счетчик G4 и отключающая арматура, конденсатосборник, а также на подводке к каждому газовому прибору установлена запорная арматура. В доме установлены следующие газовые приборы:

Газовая плита Gefest 3100, газовый котел марки ROSSEN серии RS-A . В местах пересечения газопровода с плитами перекрытия трубы заключаются в футляры, диаметром на 2 типоразмера больше труб. Пространство между трубой и футляром заполняется частично смоляной прядью, не заделанное пространство заливается битумом.

В коттедже запроектирован дымоход, выполненный во внешней стене дома. Вход в дымоход осуществляется через стальную трубу диаметром 100 мм.

Одним из способов расположения дымохода является возведение дымохода с внешней стороны здания (Рис 5). При наружном размещении дымоход от отопительного агрегата выводится через стену помещения (Рис 6).

Толщина части стены, расположенной от дымохода до наружной поверхности стены, должна исключать образование внутри дымохода конденсата. Газы должны охлаждаться на столько, чтобы не происходило опрокидывания тяги.

Дымоход выполнен из гончарной трубы. Материал должен быть плотным и доступным для чистки на всем протяжении. Защитным средством от попадания осадков в дымовую трубу служит металлический зонт.

Преимущества наружного размещения дымохода

• простота монтажа дымохода в уже построенном доме;
  
• экономия места в доме;
  
• нет необходимости проходить через межэтажные перекрытия и крышу.
  

  Недостатки наружного размещения дымохода
  

• наличие горизонтального участка;
  
• обязательное утепление дымохода;
  
• согласование устанавливаемого дымохода с архитектурой дома для получения эстетического внешнего вида.
  

  Рис.5 Дымоход. Наружное размещение	Рис.6 Схема наружного размещения дымохода

   3. Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций здания
  

  3.1. Теплотехнический расчет наружной стены
  

  Производим расчет для комнат с температурой t_в=21 ᵒС.
  

  Определяем градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле(3.1):
  

  
  (3.1)
  

  ГСОП=(21-(-8,4))*221=6491,4 [градусо-сутки].

  где t_{от. пер.} = -8,4 ⁰С – средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8 ⁰C, принимаемая по таблице 1 [СНиП 23-02-99*].
  

  Z_{от. пер.} = 221 сутки – продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8 ⁰C, принимаемая по таблице 1 [СНиП 23-02-99*].
  Определяем R_тр  из условий энергосбережения по формуле (3.2)
  
  (3.2)
  

  Из таблицы 4 СНиП 23-02-99* выписываем параметры a и b a=0,00035; b=1,4
  

  Rmp =0,00035*6491,4+1,4=3,8 [м²*⁰С/Вт]
  

  Определяем коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции по формуле (3.3):
  

  k=1/ R_тр   (3.3)
  

  k_нс =1/3,8=0,263 [Вт/(м²*⁰С)].
  

  Принимаем коэффициент теплопередачи наружной стены k_нс=0,216 Вт/(м²*⁰С). 

   3.2. Теплотехнический расчет перекрытия над подвалом

 Слои, составляющие конструкцию чердачного перекрытия, представим в табличном виде.

 Таблица 3.1. Слои чердачного перекрытия

Теплотехнический расчет пустотной плиты перекрытия

Расчет I

 Участок I

Общая длина участков определяется по формуле (3.4):

L = B – an (м) (3.4),

L= = 344,75 мм. = 0,344 [м].

Общая площадь для длины 1м. F= 0,344 м².

Сопротивление теплопередаче плиты определяется по формуле (3.5):

[м²*⁰С/Вт] (3.5)

где λ=2,04 [Вт/м*⁰С] — коэффициент теплопроводности железобетона.

0,108 [м²*⁰С/Вт],

Участок II

Сопротивление теплопередаче стенок плиты определяется по формуле (3.5), при δ=0,04 м. :

[м²*⁰С/Вт]

Общее термическое сопротивление стенок и пустот определяется по формуле (3.7):

R
= R_ВП + 2R_СТ [м²*⁰С/Вт],
(3.7),

 

где R_ВП –термическое сопротивление воздушной прослойки , R_ВП = 0,2382 [м²*⁰С/ Вт]

 R = 0,2382 + 0,0194*2 = 0,277 [м²*⁰С/Вт]

Общая площадь участков II при расчетной длине 1 м:

F= 0,141*6 = 0,846 [м²]

 Среднее термическое сопротивление ограждения определяется по формуле (3.8):

[м²*⁰С/Вт], (3.8),

=0,191 [м²*⁰С/Вт]

Расчет II

Сопротивление теплопередаче плиты определяется по формуле (3.5):

 0,019 [м²*⁰С/Вт],

где λ_ЖБ=2,04 [Вт/м*⁰С] — коэффициент теплопроводности железобетона/

Участок II

Сопротивление теплопередаче 2 слоя определяется по формуле (3.5), при толщине слоя δ=0,141 м. :

 R = 0,141/2,04=0,069[м²*⁰С/Вт]

Среднее термическое сопротивление ограждения определяется по формуле (3.9):

[м²*⁰С/Вт] (3.9),

=0,139 [м²*⁰С/Вт]

Термическое сопротивление всех 3-х слоев:

R_б = 0,0194*2+0,139= 0,178 [м²*⁰С/Вт]

Расчет III
Действительная величина термического сопротивления железобетонной пустотной плиты определяется по формуле (3.10):

[м²*⁰С/Вт] (3.10)

=0,182 [м²*⁰С/Вт]

 Определяется требуемое сопротивление теплопередаче исходя из санитарно гигиенических и комфортных условий по формуле (3.11).

R₀^тр= (0,9*(21+37)) / (4,0*8,7) = 1,5 [(м²*⁰С)/Вт] (3.11)

Определяем градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле (3.1).

ГСОП = (21+8,4)*221 = 6497,4 [градусо-сутки].

Определяем R_о^тр из условий электроснабжения интерполяцией (по таблице 4 СНиП 23-02-2003):

R₀^тр= 4,6+ (5,5 – 4,6)*(6497,4 – 6000)) / (8000 – 6000)) = 4,82 [(м²*⁰С)/Вт]

В качестве термического сопротивления принимаем большее из двух найденных величин R₀ = 4,82 [(м²*⁰С)/Вт].

Определяем термическое сопротивление теплоизоляционного слоя
по формулам (3.12) и (3.13), при α_н = 12 [Вт / м²*⁰С]– коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, принимаемый по таблице 6^*[СНиП 23-02-2003];

R₀= 1/_в + ₁/₁ + R₀^ут + ₃/₃ + ₄/₄ + ₅/₅ + 1/_н [(м²*⁰С)/Вт] (3.12),

R₀^ут = R₀-1/_в-( ₁/₁ + ₃/₃+
₄/₄+ ₅/₅)-1/_н
(3.13)

R₀^ут=4,82-1/8,7-(0,182+0,02/0,1+0,0015/0,17+0,06/0,93)-1/12=4,1725[(м²*⁰С)/Вт]

  В качестве утеплителя выбираем Rockwool Руф Баттс Оптима, жесткие теплоизоляционные плиты, и определяем его толщину (3.14):
 ^ут= R₀^ут*^ут=4,1725*0,042=0,175 [м] (3.14)
Принимаем ^ут= 180мм

Определяем суммарную толщину чердачного перекрытия (3.15):

=₁+₂+₃+₄+₅=0,02+0,06+0,18+0,0015+0,220=0,4815 [м] (3.15)

Определяется фактическое термическое сопротивление R₀^ф по формуле (3.16):

R₀^ф=1/12+0,02/0,1+0,06/0,93+0,0015/0,17+0,182+0,18/0,042+1/8,7=4,9369[(м²*⁰С)/Вт] (3.16)

R₀^ф≥ R₀

4,9369≥4,82 (условие выполняется)

  Определяется коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции по формуле (3.3): 

k=1/ R₀^ф=1/4,9369=0,202 [Вт/(м²*⁰С)] (3.3)

В качестве теплоизоляционного материала используем маты прошивные минераловатные, так как они являются также прекрасным звукоизоляционным материалом.

В качестве гидроизоляционного материала и пароизоляционного материала используем толь, так как этот материал включает в себе все эти функции.

3.3. Теплотехнический расчет чердачного перекрытия.

Определяем градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле (3. 1):

 ГСОП=(21-(-8,4))*221=6491,4 [градусо-сутки].(3.1)
Из таблицы 4 СНиП 23-02-99* выписываем параметры a и b: a=0,00045; b=1,9

Определяем коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции по формуле (3.3):

Rmp =0,00045*6491,4+1,9=4,821[(м²*⁰С)/Вт]

K =1/4,821=0,207 [Вт/(м²*⁰С)].(3.3)

Принимаем коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции К=0,207 Вт/(м²*⁰С).

3.4. Теплотехнический расчет и выбор конструкции оконного проема (балконной двери)

Определяем градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле (3.1.):

ГСОП=(21-(-8,4))*221=6491,4, град-сут (3.1)

Из таблицы 4 СНиП 23-02-99* выписываем параметры a и b: a= 0,00005; b=0,3

Определяем R_тр  из условий энергосбережения по формуле (3.2.):

R_тр^ок=0,00005*6491,4+0,3=0,624 [(м²*⁰С)/Вт] (3.2)

Определяем коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции по формуле (3.3):

K_окно =1/0,616=1,602 Вт/(м²*⁰С).(3.3)

 3.5 Теплотехнический расчет входной двери

Согласно п. 5.7 СНиП 23-02-2003:

(3.17)

R_тр=n*(t_в-t_н(5))/(∆t*α_в) [(м²*⁰С)/Вт] (3.18)

 где n = 1 – коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждений по отношению к наружному воздуху (Таблица 6 СНиП 23-02-2003); 

t_н(5) = -37⁰C – температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 в соответствии со СНиП 23-02-2003.

t_в = 21⁰С – температура внутри помещения.

α_в = 8,7 Вт/(м²* ⁰С) – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения.

∆t^н = 4,0 ⁰С – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения (таблица 5 СНиП 23-02-2003);

R_тр= (1,0*(21+37)) / (4,0*8,7) = 1,66 [(м²*⁰С)/Вт].(3.18)

R_тр^Д=0,8 R_тр (3.17)

R_тр^Д=0,8 *1,66=1,328 [(м²*⁰С)/Вт]

K_двери =1/1,328=0,753 Вт/(м²*⁰С) (3.3)

Принимаем коэффициент теплопередачи входной двери K_двери=0,753 [Вт/(м²*⁰С)].

3.6. Теплотехнический расчет внутренней стены

Слои, составляющие конструкцию внутренней стены, представлены в таблице 3.2.

 Таблица 3.2. Слои внутренней стены

 Определяем термическое сопротивление теплоизоляционного слоя  по формуле (3.19):

R₀^ф= ₁/₁ + _/_ + ₃/₃   [Bт/(м²*⁰С)]  (3.19)

R₀^ф=0,01/0,81+0,18/0,81+0,01/0,81=0,247 [(м²*⁰С)/Вт] (3.19)

k=1/0,247=4,048 [Вт/(м²*⁰С)].(3.3)

Принимаем коэффициент теплопередачи внутренней стены Квн=4,048 Вт/(м²*⁰С).

4. Расчёт мощности отопительной установки помещений и здания

Теплопотери на нагревание наружного воздуха, поступающего через окна, двери, стены путем инфильтрации определяются по формуле:

Q_и=0,1* Q_огр, Вт, (6.4) – для помещений с окнами и наружными стенами.

Q_и=0,2* Q_огр, Вт, (6.5) – для помещений с наружными дверьми.

 Мощности отопительных установок помещений должны быть равны теплопотерям через ограждающие конструкции.
Мощность отопительной установки помещения определяется следующим образом по формуле (4.1):

(4.1)

Теплопотери через ограждающие конструкции при расчетной температуре определяются для каждого отапливаемого помещения и складываются из потерь через отдельные ограждения или их части определяется по формуле (4.2):

(4.2),

где — коэффициент теплопередачи ограждения;

— температура внутри помещения, °С,

-температура наружного воздуха, °С,

— коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери в долях от основных,

F – площадь ограждения, м².

В жилых помещения и кухнях теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха, поступающего вследствие естественной вытяжки, не компенсируемой подогретым приточным воздухом, определяются по формуле (4.3):

Q_в= *F, Bт/м^2. (4.3)

F_0, F-площадь ограждения (окна, балконной двери, входной двери), м²

Бытовые тепловыделения рассчитываются по формуле: Q_быт = F·10, Вт/м²

5. Подбор теплогенератора.

При использовании индивидуального теплогенератора (котла) нагрузка на котел определяется следующим образом:

Если теплогенератор обеспечивает только отопительную нагрузку(либо нагрузка на ГВС меньше 20% отопительной нагрузки) нагрузку на котел определяем по формуле (5.1):

Qкот=1,1(Qтп+Qi-Qбыт)=1,1*9220= 10142 Вт = 20 [кВт] (5.1)

— если нагрузка на ГВС больше 20% отопительной нагрузки то определяется по формуле 5.2:

Q _т.г=0.88*(Q_огр + Q_в – Q_быт) + Q_гвс, Вт (5.2)

Расход тепла на ГВС в индивидуальном жилом доме

1.2- коэффициент запаса на остывание воды.

c- удельная теплоемкость воды 4187 Дж/(кг*⁰С)

55- температура горячей воды

5- температура нагреваемой воды

a- расход воды на ГВС при t=55⁰C

n- число проживающих в доме людей.

, что составляет 10 % от отопительной нагрузки

Поскольку в данном случае используется одноконтурный котел, то расчет ведется по формеле 5.1

Исходя из полученных результатов, выбираем одноконтурный газовый котел для отопления мощностью 20 кВт. Модель котла Rossen серия RS-A поставляется с циркуляционным насосом и расширительным баком на 6 л.

6. Гидравлический расчет системы отопления

Метод характеристик: расчет основан на характеристике гидравлического сопротивления и проводимости.

Потери давлений на отдельных расчетных участках определяется в виде суммы по формуле (6.1):

[Па] (6.1),

— потери на трение, Па;

— потери в местных сопротивлениях, Па;

Потери на трение определяются по формуле (6.2):

= [Па] (6.2),

l/ — приведенный коэффициент гидравлического трения, , 1/м,

— скоростное давление, Па/(кг/ч)²;

Потери на местных сопротивлениях определяются по формуле (6.3):

[Па] (6.3),

x — коэффициент местного сопротивления,];

Исходя их формул (6.2) и формул (6.3):

= (+åx) [Па]

Q = VF = const;

Q – объемный расход;

F – площадь живого сечения;

Объемный расход определяется по формуле (6.4):

(6.4)

Приведенный коэффициент сопротивления участка рассчитывается по формуле (6.5):

(6.5)

— приведенный коэффициент сопротивления участка определяется по формуле (6.6);

= ;(6.6)

– характеристика гидравлического сопротивления, ;

— удельное динамическое давление,

Расход воды в стояке определяется по формуле (6.7):

— расход воды в стояке, кг/ч (6.7)

где -мощность отопительной нагрузки приборов, установленных на стояке, Вт

S_СТ=n·S_ЭТ+S_Д·l_Д ,

n-количество приборов на стояке,

S_{ЭТ –} характеристика сопротивления одного этажестояка,

S_Д·l_Д-произведение характеристики сопротивления прямого участка трубы и длины,

Компенсация тепловых удлинений происходит за счет участков самокомпенсации: присоединение отопительных приборов к стояку, естественные повороты магистральных трубопроводов, изгибы стояка –присоединение стояка к подающей магистрали и обратной.

Рис.7 Клапан MSV-1

Главное циркуляционное кольцо – через стояк №6.

Вспомогательное циркуляционное кольцо – через стояк № 5.

Расхождение (невязка) в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках допустимо при тупиковом движении воды в магистралях до 10%.

При невозможности увязать потери давления путем изменения диаметра труб подбирают балансировочный клапан марки Danfuss.

Настройки клапана подбираются по диаграмме (Рис. 7) в зависимости от G-расхода воды ; — разности потерь давления ; d- диаметра труб.

7. Расчет нагревательных приборов.

Заключается в определении требуемой площади поверхности нагрева отопительного прибора (количество секций).

Расчет производится отдельно для каждого этажа стояка.

Выбор типа отопительных приборов. Биметаллический секционный радиатор марки Royal Thermo Biliner Inox 350. Номинальный тепловой поток одной секции радиатора высотой 0,4 м. длинной 0,8 м. и глубиной 0.87 м.

Определение тепловой нагрузки стояка по формул (7.1):

, [Вт] (7.1)

Определение расхода стояка по формуле (7.2)

(7.2) ,

где:

С=4,187 — теплоемкость воды.

Разность температур рассчитывает по формуле (7.3):

Δt_С=t_П-t_О (7.3),

где:

t_П=90°С — температура воды в подающей магистрали;

t_О=75°С — температура воды в отводящей магистрали.

,

, Определение приведённого расхода стояка по формуле (7.4) :

,(7.4)

где: α — коэффициент затекания.

Определение температуры теплоносителя на входе в отопительный прибор по формуле (7.5):

, [°С] (7.5)

где:

— сумма мощностей отопительных установок помещений до рассматриваемого отопительного прибора;

— суммарное понижение температуры воды, [°С], на участках подающей магистрали от начала системы (ИТП) до рассматриваемого стояка;

Определение теплопоступления от трубопроводов (трубы стояка и подводок) по формуле (7.6):

, [Вт](7.6)

где:

— коэффициент, учитывающий долю теплоты полезную для поддержания t_В;

— теплоотдача 1м вертикальных и горизонтальных труб [Вт/м] ;

— длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения.

Определение тепловой мощности отопительных приборов по формуле (7.7):

, [Вт](7.7)

Определение потерь температуры теплоносителя в приборе по формуле (7.8)

, [°С](7.8)

Определение температуры теплоносителя на выходе из прибора по формуле (7.9)

, [°С] (7.9)

Определение разности средней температуры воды в приборе и температуры внутреннего воздуха по формуле (7.10)

, [°С](7.10)

Определение требуемого номинального теплового потока отопительного прибора по формуле (7.11)

, [Вт](7.11)

где:

— поправочный коэффициент приведения, рассчитывается по формуле (7.12):

(7.12)

где:

n, р, С — коэффициенты, учитывающие особенности прибора

y — коэффициент, учитывающий направление движения;

Минимальное расчётное допустимое количество секций считается по формуле (7.13)

,(7.13)

где

— коэффициент учёта числа секций в приборе для радиатора МС-140-108

— коэффициент, учитывающий способ установки радиатора.

Фактическое количество секций определяется до минимального целого, если

Вт.

8. Расчет воздухообмена

Задаемся расходами воздуха для помещений:

L_кухня= 100 м³/ч

L_туалет=25 м³/ч

L_ванная=50 м³/ч

Если невязка больше 10% и Приток>Вытяжки, то всю недостающую вытяжку распределяем между жилыми комнатами. Если Вытяжка>Притока, то оставляем ситуацию такой, какая она есть.

9. Подбор воздухораспределителей

При выборе конструкции воздухораспределителей руководствуются расходом воздуха ,параметрами воздуха, которые необходимо соблюдать в помещении и количеством воздухораспределителей.

По заданному расходу находим площадь живого сечения определяется по формуле (9.1):

∑f’= L/3600*V_орент (9.1)

где: L- обьемный расход воздуха

V_орент— ориентировочная скорость движения воздуха

Определяем количество необходимых решеток по формуле (9.2):

N_факт= ∑f’/f₁ (9.2)

где: f₁-gплощадь живого сечения одной решетки

N_факт-число решеток округленное до ближайшего целого

10. Аэродинамический расчет системы естественной вентиляции

Цель аэродинамического расчета состоит в определении сечений каналов и размеров жалюзийных решеток,чтобы обеспечить требуемые расходы удаляемого воздуха.

Система вытяжной вентиляции обеспечит нормальную вентиляцию помещений при температуре наружного воздуха +5°С и ниже.

Расчетное гравитационное давление определяется по формуле (10.1):

[Па],(10.1)

h – высота воздуховода;

Плотность воздуха при соответствующей температуре в помещении рассчитываем по формуле (10.2):

(10.2)

Определение скорости по формуле (10.3)

[м/с],(10.3)

где:

L – расход воздуха;

f – площадь сечения канала;

Эквивалентный диаметр опеделяем по формуле (10.4):

[Па](10.4)

Определение потерь давления на участках по формуле (10.5)

[Па](10.5)

где:

R — потери давления на 1м воздуховода. Па/м

— длина между каналами, м;

b — коэффициент шероховатости канала

Местное и динамическое сопротивление расчитывется по формулам (10.6) и (10.7)

— местное сопротивление, Па;(10.6)

– динамическое давление, Па;(10.7)

где -скорость движения воздуха, м/с;

ƿ-плотность воздуха, кг/м³

— суммарный коэффициент местных сопротивлений

Определение расхода газа и его характеристик

Угерское — месторождение газа №8 (см. Ионин «Газоснабжение»):

Состав:

1. СН₄ –98,3%

2. С₂Н₆ – 0,45%

3. С₃Н₈ – 0,25%

4. С₄Н₁₀ – 0,3%

5. СО₂ – 0,1%

6. N₂ – 0,6%

Таблица 11.1.Определение свойств смеси.

∑= у* ρ=73,3189/100= 0,9158 [кг/м^{3 ]}

 Таблица 11.2. Определение удельной теплоемкости.

∑= у* с= 215,725/100= 2,15 [кДж/ кг с]

Таблица 11.3.Определение теплоты сгорания.

Q^р_{н см}= ∑Q^р_{н см} * у = 36,02 [мДж/ м^3]

Таблица 11.4. Определение предела взрываемости.

L_н(в)=100/ ∑у/ l_н(в)

Lн=100/ ∑у/ l_н= 4,00 %

Lв=100/ ∑у/ l_в= 15,00 %

Предел взрываемости с учетом балластных примесей :

L’_н =L*(1+a/(1-a))*100/100+L* a/(1-a)) =4,97%

L’_в =L*(1+a/(1-a))*100/100+L* a/(1-a)) =15,156%

12.Определение количества продуктов сгорания

Определение количества воздуха, необходимого для сжатия 1 м³ природного газа и количество продуктов сгорания по формуле (12.1)

Количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 1 м3 рассчитывается по формуле (12.1):

Vт^с=4,76/100(0,5Н₂+1,5СО₂+2СН₄+3,5С₂Н₆+5С₃Н₈+6,5С₄Н₁₀+8С₅Н₁₂+1,5Н₂S-О₂)= 9,5952 [м³/ м³ ](12.1)

V_в= V_т^с*α= 10,55 [м³/ м^3], при α=1,1(12.2)

Полный объем продуктов сгорания 1 м3 топлива расчитывается по формуле (12.3):

(12.3) V_nc= V_СО2+V_H20+V_N2+V_О2= 11,6937 [м³/ м^3]

Процентное содержание двуокиси углерода в балласте топлива СО2 определяется по формуле (12.4):

(12.4)V_CО2=0,01(СО+СН₄+2С₂Н₆+∑mС_mН_n + Н₂S+ СО₂)= 1,0125 [м³/ м^3]

Объем водяных паров, образующихся при сгорании 1 м3 топлива, рассчитывается по формуле (12.5):

(12.5)V_н2о=0,01(H₂+2СН₄+3С₂Н₆+∑n/2С_mН_n + Н₂S)= 2,0045 [м³/ м^3]

Количество азота, образующегося при сгорании 1 м3 газа, определяется по формуле (12.6):

(12.6)V_N2= 0,79 Vт^с +0,01N₂ =8,4752 [м³/ м^3]

Количество кислорода, входящего в состав продуктов сгорания определяется по формуле (12.7):

(12.7)V_O2= 0,21*(α-1) Vт^с = 0,2015 [м³/ м^3]

13.Гидравлический расчет системы газоснабжения

Определяем расчетные расходы газа для всех участков по формуле (12.1):

Q₀=∑q_ном*к_одн*n= 3,59 м³/ч (12.1)

Где:

q_ном— номинальный расход газового прибора (котел: q_ном=2,53 м³/ч; плита: q_ном=1,06 м³/ч)

к_одн— коэффициент одновременности [12]

n- число однотипных приборов

m- число типовых приборов

Затем задаемся диаметрами участков, определяем сумму местных сопротивлений на каждом участке.

Определяем число Рейнольдса по формуле (12.2):

Re=0,0354xQ₀/d/V (12.2),

где d – диаметра трубопровода на данном участке, см,

V – кинематическая вязкость газа, м/с

V=0,0000143м/с

Определяем коэффициент трения по формуле (12.3, 12.4):

Для критического режима движения газа (Re = 2000–4000):

λ = 0,0025 Re^0,333  (12.4)

Вычисляем расчетную длину участка газопровода, по формуле (12.5):

l=l_ф+d/1000*∑ƺ [м] (12.5),

где l_ф – фактическая длина участка, м

Вычисляем гидростатический напор по формуле (12.6):

H=gh(ƿ_a-ƿ₀) [Па] (12.6),

где h – разность отметок начала и конца участка трубопровода, м

ƿ_a-ƿ₀ – разность плотностей газа при 0°С и при н.у. соответственно, кг/м³

Общие потери давления на участке найдем по формуле (12.7):

∆р=626,1*λ* Q₀²* ƿ₀*l/d⁵-Н [даПа] (12.7),

Получившиеся потери давления должны быть меньше перепада давления в распределительной сети 330 Па.

Потери давления в трубах и арматуре в котле принимаются 60 Па, в счетчике 100 Па, в плите 60 Па.

14.Расчет дымохода

Расчет дымохода газового отопительного котла.

Тягу дымохода определяют по формуле (13.1):

(13.1) ∆р_т= 0,0345*H(1/(273+t_нв)- 1/(273+t_ср)) р_б

Где: р_б— барометрическое давление (Для Омска — 99500Па по
СНиП 23-01-99.Таблица 2-КЛИМАТ. ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОГО ПЕРИОДА ГОДА. ), Па,

H- высота участка создающего тягу, м,

t_нв— температура наружного воздуха, °С,

t_ср— средняя температура газов, °С

Охлаждение на первом участке (стальная труба длиной 0,25 м, диаметром 100 мм), определяем по формуле (13.2):

∆t₁=(t_ух— t_ов)/(0,384*Q_пс/k*F_в+0,5), [^оС] (13.2)

Где: t_ух— температура уходящих газов при входе на участок (150 ^оС)

t_ов— температура воздуха окружающего дымоход (19 ^оС)

Q_пс— расход продуктов сгорания через дымоход отнесенный к н.у, рассчитывается по формуле (13.3):

Q_пс=( V_nc+(α-1) V_т^с)3600* Q_нт/ Q_н^р [м³/ч] (13.3)

Q_пс=( V_nc+(α-1) V_т^с)3600* Q_нт/ Q_н^р= 235,2062[м³/ч]

k- среднее значение коэффициента теплопередачи отнесенное к внутренней поверхности, для стали k=4,1;

F_в— внутренняя площадь поверхности расчетного участка дымохода

Охлаждение на втором участке (длиной 0,9 м, размерами 100х100 мм.) внутреннего дымохода, определяем по формуле (13.4):

∆t₂=(t_ух— t_ов)/(0,384*Q_пс/k*F_в+0,5) [^оС] (13.4),

Где: t_ух— температура уходящих газов при входе на участок (149,4859 ^оС)

t_ов— температура воздуха окружающего дымоход (19 ^оС)

Q_пс— расход продуктов сгорания через дымоход отнесенный к н.у

.

Q_пс=( V_nc+(α-1) V_т^с)3600* Q_нт/ Q_н^р= 235,2062[м³/ч]

k- среднее значение коэффициента теплопередачи отнесенное к внутренней поверхности, для кирпичного дымохода, k=4,1;

F_в— внутренняя площадь поверхности расчетного участка дымохода

Температура в начале дымохода t₂=70,65 ^оС

Охлаждение на третьем участке дымохода (длинной 8,6 м, d=0,1м.), определяем по формуле (13.5):

∆t₃=(t_ух— t_ов)/(0,384*Q_пс/k*F_в+0,5) [^оС] (13.5),

Где: t_ух— температура уходящих газов при входе на участок (147,6518 ^оС)

t_ов— температура воздуха окружающего дымоход (-37 ^оС)

Q_пс— расход продуктов сгорания через дымоход отнесенный к н.у.

Q_пс=( V_nc+(α-1) V_т^с)3600* Q_нт/ Q_н^р= 235,2062 [м³/ч]

k- среднее значение коэффициента теплопередачи отнесенное к внутренней поверхности, для стальной трубы диаметром 100мм k=3,1

F_в— внутренняя площадь поверхности расчетного участка дымохода

Температура в начале дымохода t₃=18,136 ^оС

t_ов— температура воздуха окружающего дымоход (ТПГ=-37 ^оС)

Разряжение перед газовым прибором определяется по формуле (13.5):

(13.5) ∆р_газ=∆р_т— (∆р_тр+∆р_мс)

Где: ∆р_тр— потери давления на трение, рассчитываются по формуле (13.6);

∆р_тр= λl/d*ω_ух²/2*ρ_ух*(273+ t_ср)/273, (13.6)

λ- коэффициент трения (для металла 0,02, для кирпичной трубы 0,04)

l- длинна участка

d- диаметр

ω_ух— скорость уходящих газов приведенных к н.у.

ω_ух= Q_пс/3600f

ρ_ух— плотность уходящих газов (ρ_ух= 1,3)

Потери давления на трение в стальном дымоходе:

Для ТПГ: ∆р_тр=0,2178 [Па]

потери давления на трение в дымоходе:

Для ТПГ: ∆р_тр= 0,7822 [Па]

∆р_мс— потери давления на местные сопротивления рассчитывается по формуле (13.6);

∆р_мс=∑ξ ω_ух²/2*ρ_ух*(273+ t_ср)/273 (13.6),

Где: ∑ξ- сумма коэффициентов местных сопротивлений

потери давления на местные сопротивления в стальном дымоходе:

Для ТПГ:∆р_мс=65,14 [Па]

Разряжение перед газовым прибором равно:

∆р_газ = 8.29>3 следовательно тяга обеспечена.

В действительных условиях работы разряжение перед котлом несколько снизится против полученной величины 129,02 [Па] в результате подсоса воздуха через тягопрерыватель, уменьшится тяга и увеличатся потери давления при движении газов в дымоходе.

15.Напольный газовый котел марки ROSSEN серии RS-A 

Газовый котел 20 кВт предназначен для отопления жилых домов, зданий коммунально-бытового и производственного назначения, общественных зданий (школы, больницы, социальные и торговые центры). Площадь отапливаемого помещения 400 кв.м при высоте потолков до 3 м.

 

Котлы газовые 20 кВт имеют открытую топку, оборудованы атмосферной горелкой. Теплообменник котла выполнен из оребренных труб с увеличенной поверхностью теплоотдачи. Данные котлы относятся к классу гидронных котлов (скорость воды в трубах — 1,5 — 2,3 м/с).

Котел газовый напольный, мощностью 20 кВт характеризуется повышенной ремонтопригодностью и надежностью с одновременным повышением КПД за счет уменьшения потерь тепла при его передаче нагреваемой воде в теплообменнике.

Котел на 20 кВт выпускается по ТУ 493100-007-96234872-2007, в соответствии с «Правилами устройства и безопасности эксплуатации паровых котлов с давлением пара до 0,07 МПа, водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 115°С».

Водогрейный котел, включает в себя корпус с топкой, экранирующие панели, газоход, и водотрубный теплообменник, выполненный из труб в виде змеевика, соединенный отводами. Стенки корпуса котла расположены с зазором относительно панелей. Трубы теплообменника расположены в двух параллельных рядах по высоте, в шахматном порядке в топке над горелками. Концы труб установлены в передней и задней панелях с возможностью перемещения относительно них при нагреве. Отводы теплообменника выведены за пределы топки и расположены между экранирующими панелями, передней и задней стенками котла. Инжекционные атмосферные рожки горелки расположены горизонтально в ряд в нижней части топки и подключены к газовому коллектору, расположенному между передней стенкой и экранирующей панелью и подключенному к блоку автоматики с датчиком давления, и расположенным в топке датчиком температуры, а газоход установлен на верхней экранирующей панели ближе к задней экранирующей панели. В нижней, расположенной под горелками, экранирующей панели выполнены отверстия для подвода снизу атмосферного воздуха к горелкам.

• Сочетание значительной тепловой мощности и высокого КПД при малых габаритах и небольшом весе за счет конструкции теплообменника.
  
• Низкие уровни шума и выброса вредных веществ.
  
• Простота монтажа, эксплуатации и текущего обслуживания.
  
• Высокая скорость прохождения теплоносителя (2-3 м/с) позволяет свести к минимуму образование накипи и значительно снизить затраты на химводоподготовку.
  
• Оптимальны для использования в крышных котельных.
  
• В качестве топлива можно использовать сжиженный газ (пропан-бутан).
  
• Установленная на котле многорожковая микрофакельная атмосферная горелка инжекторного типа обеспечивает экономичное сжигание газа благодаря разбиванию газового потока на множество мелких струй и предварительному смешиванию части воздуха с газом в инжекторах.
  
• Каркас и обшивка котла окрашены полимерной порошковой краской.
  
• На котлах установлена надежная автоматика управления с газовыми клапанами фирмы SIT (Италия), которая обеспечивает:
  

— отключение горелки при выходе контролируемых параметров за заданные пределы;
— автоматическое поддержание температуры воды на заданном уровне;
— световую сигнализацию состояния.

Котел является газовым водогрейным аппаратом с водотрубным скоростным теплообменником. Теплообменник состоит из труб, оребренных стальной лентой. Это позволило максимально уменьшить габариты котла, сохранив достаточную площадь теплообменной поверхности. Для интенсивного охлаждения теплообменника скорость воды в трубах котла должна поддерживаться в пределах 1,5-2 м\с. Благодаря высокой скорости и многочисленным поворотам в котле создается турбулентное движение водяного потока, что препятствует появлению отложений кальция на стенках труб и делает котел неприхотливым к качеству воды.

На выходе котла установлены автоматический регулирующий термостат, защитный термостат и показывающий термометр. При необходимости вход и выход воды можно поменять местами, для этого нужно перенести термоэлемент термометра в выходной патрубок. Теплообменник котла выполнен в виде горизонтально расположенного змеевика. Прямые участки змеевика расположены в топке котла и имеют оребрение, повороты вынесены из топки котла наружу.

Газ поступает в газовый коллектор, затем, через газовые сопла, вытекает со скоростью в диффузоры газовых рожков. За счет создающегося в струе газа разряжения, происходит подсос части воздуха, необходимого для горения, и смешивание его с газом прямо в газовом рожке (этот воздух называется первичным). Затем газо-воздушная смесь в рожке теряет свою скорость и выходит в топку котла через множество мелких отверстий. Вторая часть воздуха, необходимого для горения, поступает в топку котла снизу, за счет разряжения, создаваемого дымовой трубой (этот воздух называется вторичным). Для стабилизации разряжения в топке котла, на верхней крышке предусмотрены два щелевых отверстия являющиеся стабилизатором тяги. Тяга в газоходе котла должна быть не более 40 Па. Благодаря предварительному частичному смешиванию газа с воздухом и разбиению газо-воздушной смеси на множество тонких струй, в горелках достигается полное сгорание газа, с высоким КПД и минимальными выбросами вредных веществ в атмосферу. Высота пламени над огневой панелью на номинальной нагрузке достигает 150-180 мм, цвет пламени – бледно-голубой.

Газовые котлы отопления мощностью 20 кВт имеет следующие преимущества:

• котел удобен в эксплуатации и ремонтопригоден, так как любая вышедшая из строя труба или деталь распределителя потоков свободно может быть демонтирована и заменена новой непосредственно в котельной без специальных приспособлений;
  
• оребренные трубы водотрубного теплообменника могут свободно удлиняться, не создавая при этом никаких напряжений;
  
• конструкция теплообменника предусматривает возможность резкого охлаждения и нагрева труб без возникновения механических напряжений, выдерживая практически неограниченное количество циклов нагрева и охлаждения;
  
• топка котла имеет минимальное аэродинамическое сопротивление, что позволяет подбирать горелки меньшего типоразмера и снижать уровень шума при работе горелки на полной мощности;
  
• разборная конструкция стенок котла не требует дополнительного восстановления изоляции и сокращает время ремонта;
  
• отводы труб вынесены за пределы топки для облегчения доступа при ремонте и технологических осмотрах.
  

 

16 . Список используемой литературы.

1. СНиП 23.01–99^* «Строительная климатология».

2. СП 60.13330.2012 « Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

3. СП 55.13330.2011 «Дома жилые одноквартирные».

4. СП 7 1310.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

5. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты здания».

6. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

7. ГОСТ 30494 – 96 «Здания жилые и общественные. Создание микроклимата».

8.Ионин А.А., Газоснабжение,М., Стройиздат, 1989.