Проектирование системы отопления и вентиляции жилого здания

 

 

 

 

 

Расчёт нагревательного  прибора в угловом помещении 108, установленных на стояке 5-5’.

Теплоотдача прибора 

Q_пр = 1800 (Вт).

 

Тепловая нагрузка стояка 5-5 '

Q_ст = 1800 + 1650 = 3450 (Вт).

 

Тепловая нагрузка приборов на стояке, расположенных выше участка

Q₁ = 1650 (Вт).

 

Перепад температур теплоносителя на стояке

∆t_{ст =} (t_г – t_о) = 105 – 70 = 35 (°С)

 

Расход воды по стояку по данным гидравлического расчета

G_ст = 89,26 (кг/ч).

 

Расход воды, проходящей через прибор

G_пр = 89,26 * 0,52 = 46,41(кг/ч).

 

Температура

воды на входе

t_вх = t_г – (∆t_ст ∑Q_i / Q_ст) =  105 – (35 * (1650 + 1800) / 3450) = 70 (^oC);

воды на выходе

t_вых = t_вх – (Q_пр / (1,16 * G_пр) =

= 70 – (1800 / (1,16 * 46,41)) = 55 (^oC);

воздуха в помещении

 t_вн = 20 (^oC).

 

Разница средней температуры теплоносителя  в приборе и температуры воздуха в помещении

∆t_ср = 0,5 (t_вх + t_вых - t_вн) = 0,5 (70 + 55 - 20) = 53 (^oC).

 

Номинальная плотность теплового потока

q_ном = 710 (Вт/м²)

Показатели  степени и коэффициенты в формуле (3.1) n = 0,25; p =  0,12;

с_пр = 1,113.

 

Расчетная плотность теплового  потока отопительного прибора 

q_пр = q_ном * (∆t_ср  / 70)¹⁺ⁿ * (G_пр / 360)^p * с_пр = 710 * (53 / 70)^1+0,25 * (46,41 / 360)^{0,12 * 1,113} = 381,42 (Вт/м²)

 

Расчетная площадь

F_p = Q_пр * B₁ * В₂ / q_пр = 
= 1800 * 1,01 * 1,04 / 381,42 = 4,96 (м²)

 

Площадь поверхности нагрева 

f = 0,71 (м2).

 

Число отопительных приборов

N = F_p / f = 4,96 / 0, 71 = 7

           

Таблица 3.2 - Расчёт нагревательного прибора в угловом помещении 108

 

Помещение	Qпр, Вт	Gст, кг/ч	α	Gпр, кг/ч	tвх, oС	tвых, oС	∆tср, oС	qпр, Вт/м2	Fp, м2	N
108	1800	89,26	0,52	46,41	70	55	53	381,42	4,96	7

 

 

3.2. Подбор  циркуляционных насосов 

Циркуляционные  насосы предусматриваются при теплоснабжении от котельных или местных водонагревателей и устанавливаются в помещении котельной или теплового пункта. Насосы подбираются по двум пара- метрам: подаче (объемный расход воды в м³/час) и напору в м. В гидравлическом расчете системы отопления используется массовый расход, кг/ч. При пересчете нужно учитывать, что 1 м3/час соответствует 1000 кг/час. Напор 1 м соответствует давлению 10 кПа.

 

Необходимая подача насоса соответствует расходу  теплоносителя на отопление обслуживаемого здания или группы зданий. В курсовой работе можно считать, что котельная или тепловой пункт (ТП) обслуживает одно рассчитываемое здание, и подача насоса соответствует расходу воды на первом участке, идущем от водонагревателя к зданию. Необходимый напор насоса соответствует давлению Р_нас.

 

В настоящее  время многие фирмы выпускают  компактные циркуляционные насосы, устанавливаемые  без фундаментов непосредственно  на циркуляционном трубопроводе. Характеристики насосов марки UPS, выпускаемых компанией  «Grundfos», приведены на рис. 3.4 и 3.5.

 

При размещении насосов в подвале здания (в  рамках теплового узла) их устанавливают под лестничной клеткой (во избежание шума) и присоединяют к трубопроводам через гибкие вставки.

 

Расчетный массовый расход теплоносителя  на вводе в соответствии с табл. 2.2 составляет 2768,24 кг/ч, это соответствует объемному расходу воды 2,77 м³/час.

 

По графику на рисунке 3.4 подобран циркуляционный насос марки UPS 32-40 (1 рабочий + 1 резервный).

 

Рисунок 3.4 - Сводный график полей Q-H циркуляционных насосов  
типа UPS

3.3 подбор  водонагревателя

 

Водонагреватели устанавливаются  в независимых схемах теплоснабжения. В этих схемах водонагреватель играет роль котла. В зависимости от вида первичного теплоносителя водонагреватели разделяются на пароводяные и водо-водяные. В системах отопления традиционно применяются скоростные водо-водяные горизонтальные секционные кожухотрубные водонагреватели, схема сборки которых приведена на рис. 3.8. По конструкции теплообменник представляет собой пучок трубок в трубе-кожухе. В теплообменных трубках движется первичный теплоноситель – вода из тепловой сети, а в межтрубном пространстве – вторичный теплоноситель – нагреваемая вода из системы отопления. Промышленность выпускает водонагреватели разных типов, отличающихся в основном поверхностью нагрева. Наружный диаметр корпуса их составляет от 57 до 325 мм, в корпусе одной секции располагается от 4 до 151 трубки, длина секции до 4,4 м. В системах отопления отдельных зданий удобнее использовать компактные пластинчатые водоподогреватели, в которых пластины попарно сварены по контуру, образуя блок. Между двумя сваренными пластинами имеется закрытый (сварной) канал для теплофикационной греющей воды. С внешней стороны спаренные пластины омываются нагреваемой водой.

 

Подбор пластинчатого водонагревателя

 

Расход первичного теплоносителя определяется по формуле

G_тс = Q_от / 1,16 * (T_г – T₀)                      (3.12)

 

где Q_от – расчетный поток теплоты для отопления здания, Вт; T_г и T₀ – температуры горячей и охлажденной воды в тепловых сетях, °С.

 

G_тс = Q_от / 1,16 * (T_г – T₀) = 26930 / 1,16 * (105 - 70) = 663,3 кг/ч.

 

По табл. 3.6 по расходу выбран неразборный паяный пластинчатый теплообменник СВ-51, поверхность нагрева одной пластины 0,05 м2, коэффициент теплопередачи 7700 Вт/м2 °С.

Требуемая поверхность нагрева по формуле

 

 

где N – показатель теплотехнической эффективности режима нагрева воды в пластинчатом теплообменнике, принимается равным 2,8; – расход первичного теплоносителя воды, поступающего из тепловой сети; K – коэффициент теплопередачи для выбранной марки теплообменника, Вт/м2°С.

 

F = 1,16 * N * G_тс  / K = 1,16 * 2,8 * 663,3 / 7700 = 0,28 (м²).

 

Необходимое количество секций n = 0,28 / 0,05 = 6 шт. 

3.4. Расширительные сосуды

Расширительные сосуды устанавливаются  в здании при подключении к  тепловой сети по независимой схеме или при отоплении от местной котельной. Они защищают систему отопления от повышения давления: предназначены для вмещения избыточного объема воды при ее температурном расширении в процессе эксплуатации. В баке обеспечивается постоянный обмен воды за счет циркуляции. В системах с естественной циркуляцией бак устанавливается на проточном участке в верхней точке магистрального трубопровода. Контрольная трубка для проверки наличия воды в баке выводится в помещение дежурного персонала. Уклоны трубопроводов назначаются таким образом, чтобы воздух, выделяющийся из воды, беспрепятственно удалялся через бак.

 

Объем сосуда определяют по формуле

V_бака = 0,0465*V_сист,                                  (3.18)

 

где Vсист – объем воды в системе отопления, составляющий при применении чугунных радиаторов около 20 л на 1000 Вт тепловой мощности системы.

 

В современных системах отопления  отдельных зданий хорошо зарекомендовали себя автоматические расширительные мембранные установки, например, марки Reflex, выполняющие те же функции, что и обычный расширительный сосуд, но размещаемые непосредственно в тепловом узле.

По конструкции мембранные баки представляют собой стальной сосуд, объем которого разделен на 2 полости  эластичной мембраной. Одна из полостей заполняется сжатым воздухом или азотом (контакт с ним не вызывает коррозии стальных стенок бака). Вторая полость служит для приема жидкости. При ее поступлении в результате теплового расширения газ в смежной, отделенной мембраной камере будет сжиматься, а при уменьшении объема жидкости в результате охлаждения или расходования – расширяться. Упругие свойства мембраны позволяют поддерживать в гидравлической системе постоянное давление. Мембранные баки выпускаются емкостью от 5 л (баки, используемые в настенных котлах) до 500 л и более.

Рисунок 3.7 - Схема установки расширительного сосуда в системе с естественной циркуляцией;

 

 

1 – магистрали;

2 – переливной трубопровод;

3 – контрольная трубка.

 

 

3.6. Устройства  для удаления воздуха 

Нагревание воды в независимых  системах водяного отопления сопровождается выделением из нее воздушных пузырьков. Всплывая и накапливаясь, они могут создавать воздушные пробки и препятствовать циркуляции теплоносителя. Кроме того, необходимо предусматривать устройства для удаления воздуха при запуске системы отопления.

В системах с естественной циркуляцией и верхней разводкой  воздух удаляется через расширительный сосуд, присоединенный, как правило, к главному стояку. Магистральные трубопроводы, идущие от расширительного сосуда, прокладываются с уклоном 0,005 по ходу воды. Когда скорости воды в этих магистралях невелики, всплывание воздушных скоплений к расширительному баку обеспечивается даже навстречу потоку воды. В системах с принудительной циркуляцией и верхней разводкой скорости воды в магистралях существенно выше, и направление всплывания пузырьков должно совпадать с направлением движения воды (уклон трубопроводов против хода воды). Таким образом, воздушные скопления концентрируются в самых высокорасположенных точках системы – по концам магистралей. В этих точках для сбора и удаления воздуха предусматривают установку воздухосборников (рис. 3.11). Выпуск воздуха из воздухосборника в атмосферу осуществляется через кран, который периодически открывают вручную или автоматически.

В системах с нижней разводкой  воздух концентрируется в нагревательных приборах верхнего этажа. Для его  удаления на верхних глухих пробках  этих приборов устанавливаются воздухоотводчики с ручным управлением (краны Маевского), позволяющие вручную сбрасывать воздух по мере необходимости.

 

Рисунок 3.7 – Воздухосборники

 

а – концевой проточный для установки на последнем стояке;

б – горизонтальный проточный;

1 – трубка для выпуска воздуха;

2 – патрубок с пробкой для спуска грязи  

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ  ЗДАНИЯ

 
4.1. Выбор схемы и конструирование

 

Выбор способа организации  воздухообмена и типа вентиляции зависит от назначения здания и помещений, а также от количества выделяемых вредностей.

Воздух удаляется из тех  помещений, где происходит наибольшее выделение вредностей. Для этого  в каждой квартире предусматриваются  вытяжные каналы из кухни, ванной комнаты  и туалета или совмещенного санузла. Для удаления воздуха из туалета  и ванной одной квартиры допускается  использовать один канал. Приток воздуха предусматривается неорганизованный через неплотности в ограждающих конструкциях.

 

Вытяжка воздуха производится через жалюзийные решетки, устанавливаемые  на расстоянии 0,2–0,5 м от потолка. Во избежание конденсации вертикальные вентиляционные каналы устраивают только во внутренних стенах. В Кирпичных  стенах размеры таких каналов  должны соответствовать размерам кирпича (140х140 мм, 140х270 мм и т. д.)

В чердачных зданиях вертикальные каналы объединяются коробами, которые  отводят воздух к вытяжной вентиляционной шахте, выводимой выше кровли. Устье  шахты располагается на 4–5 м выше верха чердачного перекрытия (рис. 4.1).

Так как радиус действия системы  вентиляции с естественным побуждением  ограничен, расстояние от оси вытяжной шахты до оси наиболее удаленного канала не должно превышать 8 м., и в здании обычно оборудуется несколько независимых систем. Размеры сборных каналов (коробов) и шахт принимаются кратными 0,2 м, но не менее 200х200 мм. Каналы и шахты выполняются из материалов, рекомендованных нормами [2]: асбестоцемента, гипсокартона, гипсобетона и др. Сборные каналы на чердаке размещают по железобетонному перекрытию с подстилкой одного ряда плит.

 

Из каждого вентилируемого помещения идет собственный вентиляционный канал. Вертикальные каналы объединяются только на чердаке с помощью сборных каналов. Выброс воздуха в атмосферу осуществляется через шахту. Размеры сечения воздуховодов и шахты определяются аэродинамическим расчетом. Во избежание конденсации влаги в каналах на чердаке термическое сопротивление их должно быть не менее 0,5 (м2°С)/Вт.

 

1.8. Расчет воздухообмена

 

Требуемый воздухообмен в  помещениях обусловливается видом и количеством вредных выделений, сопровождающих деятельность человека и технологические процессы. В жилых и общественных помещениях основные вредности – углекислый газ, выделения влаги и теплоизбытки. В производственных, помимо тепло- и влагоизбытков, могут быть пыль и различные газы.

Расход воздуха, удаляемого согласно нормам проектирования [1] через  вытяжную вентиляцию в жилых домах, приведен в прил. 1.

Размеры необходимой вытяжки из кухни Lкух, туалета Lтуал и ванной Lванн, м3/ч, заданы конкретными величинами, расход удаляемого воздуха из жилых комнат, м3/ч, определяется

L_{жил.комн} = 3 * F_пола,                               (4.1)

 

где Fпола – суммарная площадь пола жилых комнат, м².

 

L_{жил.комн} = 3 * F_{пола =} 3 * (5,6 * 3,0 + 4 * 2,72 + 5,6 * 3,0) = 3 * (16,8 + 10,88 + 16,8) = 133,44 (м³/ч)

 

 

Вентиляция жилых комнат производится через вентиляционные каналы кухни, туалета и ванной, поэтому должно выполняться условие

L_кух + L_ванн + L_туал ≥ L_{жил.комн.}                     (4.2)