ВВЕДЕНИЕ. Целью курсового проекта является расширение и закрепление знаний по курсу «Отопление», приобретение навыков самостоятельного конструирования и проектирования

Сибирский государственный индустриальный университет

 

 

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

 

 

 

Целью курсового проекта является расширение и закрепление знаний по курсу «Отопление», приобретение навыков самостоятельного конструирования и проектирования систем отопления жилого или общественного здания.

На основе теоретических знаний студент обязан уметь правильно использовать техническую справочную и учебную литературу, самостоятельно выбрать наиболее целесообразное решение, правильно сделать расчеты, составить спецификацию, грамотно изложить принятые решения и расчеты в пояснительной записке. Записка сопровождается соответствующими чертежами.

Принятые решения студент обязан защитить.

Проект состоит из пояснительной записки и графической части. В процессе разработки проекта необходимо сконструировать и рассчитать заданный вариант системы отопления здания. Расчет заключается в определении тепловой мощности системы отопления и каждого из нагревательных приборов в отдельности, для чего необходимо произвести расчет теплопотерь всех помещений. Затем подбираются отопительные приборы.

Диаметры всех трубопроводов определяются гидравлическим расчетом.

Кроме этого производится расчет и подбор оборудования теплового пункта.

Графическая часть проекта содержит:

- планы и разрез здания с нанесением элементов системы отопления;

- аксонометрическую схему системы отопления;

- чертеж теплового узла здания.

Графическая часть выполняется с соблюдением всех правил единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

 

1 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО

ПРОЕКТА

 

Перед тем как приступить к расчету, необходимо провести целый ряд подготовительных работ.

Прежде всего, изготавливаются черновые чертежи. В масштабе 1:100 на них изображаются планы этажей, а также подвала и чердака (если они есть в здании). Для работы потребуется также разрез.

Примечания: 1. если предусмотрена встроенная котельная, то подвал под котельную проектируется вместе с отоплением (в том случае, если он не предусмотрен в исходных чертежах здания).

2. если этаж является типовым, т. е. планы нескольких этажей совпадают, то выполняется план только одного этажа.

3. план чердака изображается только при верхней разводке трубопроводов.

На планах помечаются стороны света (ориентация главного фасада указывается в задании на курсовой проект).

Помещения на планах нумеруются следующим образом:

- помещения подвального этажа …..01, 02, 03 и т.д.;

- помещения первого этажа …..101, 102, 103 и т.д.;

- помещения второго этажа …..201, 202, 203 и т.д.;

- лестничные клетки обозначаются буквами русского алфавита А, Б, В и т.д.

Номер проставляется в центре помещения и обводится кружком. Начало нумерации ведется с левого верхнего угла здания и идет по часовой стрелке. Кроме номера на плане помещения проставляется его расчетная внутренняя температура t_p. Она принимается согласно СНиП для данного вида зданий.

Перечень действующей нормативной литературы приведен в списке на странице 37.

Необходимо внимательно ознакомиться со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» /1/.

 

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЗДАНИЯ

 

Расчет теплопотерь согласно /1/ производится по формуле

,

где Q – тепло, теряемое ограждением;

k – коэффициент теплопередачи ограждения, м²град/Вт;

А – площадь ограждения, м²;

t_р - внутренняя расчетная температура помещения, ^оС /1/

t_ext – наружная расчетная температура, ^оС /1, п.5.4/, /2/;

n – поправочный коэффициент уменьшения расчетной разности температур для ограждений, не соприкасающихся с наружным воздухом /3, таблица 6/;

– добавочные теплопотери в долях от основных теплопотерь, определяемые по приложению А.

Коэффициенты теплопередачи для всех ограждений здания принимаются из расчетов курсовой работы по строительной теплофизике.

Обмер ограждений для определения их площади производится согласно правилам, изложенным в справочнике /4, стр.35/ и в приложении Б.

При определении потерь тепла через наружные стены, в которых есть оконные проемы, требуется вычитать из поверхности стен площадь окон. Но взамен этого, для упрощения работы предлагается (вместо операции вычитания) при расчете теплопотерь через окна брать разность коэффициентов теплопередачи окна и наружной стены К_ок-К_ст. то же самое относится к балконным дверям, наружным дверям, открывающимся только в летнее время и к запасным дверям. Однако, при расчете наружных дверей, открывающихся зимой, этот метод не применим. Добавки на врывание наружного воздуха в открытые двери относятся к полным потерям через двери.

Добавочные потери на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха рассчитываются по приводимой в учебниках сложной методике или определяются студентами при помощи ЭВМ. В этом случае используется программа INF2, выдающая значение потерь на инфильтрацию Q_инф через 1м² окна или наружной двери в Вт/м².

В том случае, когда в здании применены современные герметичные окна, инфильтрация может не учитываться. Однако, со временем герметизация слабеет, поэтому рекомендуется учитывать инфильтрацию в размере 30-50% от расчетной.

Данные расчетов вводятся в специальный бланк (см. таблицу 1).

Условные обозначения ограждений принимаются следующие: НС – наружная стена; ДО – двойное окно; Пл – пол; Пт – потолок; НД – наружная дверь; ВС – внутренняя стена; Пгр – перегородка.

Потери тепла через внутренние ограждения считаются согласно /4/.

Для зданий, имеющих полы на грунте или отапливаемый подвал полы считаются по особой методике – по зонам. Следует помнить, что при определении площади первой зоны пола на грунте, участок, примыкающий к наружному углу (размером 2 х 2м) учитывается дважды.

 

Результатом расчета теплопотерь является их суммарное значение - , определяющее тепловую мощность системы отопления.

Пример:

Рассчитать теплопотери кабинета, находящегося на первом этаже, имеющим пол над подвалом. Подвал расположен выше уровня земли и имеет окна в стене. Расчетные параметры: t_р=18^оС; К_нс=0,29 Вт/(м^{2 о}С); К_пл= 0,26 Вт/(м^{2 о}С);

К_до = 1,54 Вт/(м^{2 о}С).

Потери на инфильтрацию 1м² окна составляют 89 Вт/м² .

Расчет теплопотерь см. в таблице 1.

 

3 ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

 

Выбор отопительного прибора обусловлен, прежде всего назначением помещений, в которых они устанавливаются. Рекомендации по выбору приборов приведены в /1, приложение 11/. Из разрешенных к применению приборов чаще всего выбирается тот, который производится на заводе, ближайшем к пункту постройки здания. Завод-изготовитель подбирается по каталогу /5/. Выбор приборов должен быть обоснован и обоснование внесено в пояснительную записку.

При этом надо учитывать, что согласно /1, п.3.59/ на приборах жилых и общественных зданий следует, как правило, устанавливать автоматические терморегуляторы. А это предполагает обязательное наличие замыкающего участка в стояках и ветвях однотрубной системы отопления. Проточные схемы присоединения приборов используются крайне редко. Они допускаются в горизонтальных бифиллярных системах при отоплении одного большого помещения, например, зала.

Автоматические терморегуляторы представлены в приложении В.

Перед тем, как приступить к размещению приборов, следует внимательно изучить рекомендации, изложенные в /1/ в разделе «Отопительные приборы» и в /4, гл.9.2/. В частности надо обратить особое внимание на установку приборов в лестничных клетках /1, п.6.56/.

Рекомендуется в здании применять приборы одного и того же типа. Для применения приборов другого типа должно быть сделано обоснование.

Приборы следует размещать под световыми проемами, а если это невозможно, то у перегородок или наружных стен.

Чем ниже по высоте и длиннее отопительный прибор, тем ровнее температура в помещении. Прибор должен перекрывать большую часть подоконного пространства (около 75%) для избежания потоков холодного воздуха от окна к полу.

Приборы размещаются как можно ниже (минимальное расстояние от пола – 60 мм).

В высоких помещениях, например, в залах с двойным светом (двумя рядами окон по высоте) примерно 30% отопительных приборов устанавливается в верхней зоне для того, чтобы не было конденсации влаги на окнах верхнего ряда.

Положение приборов наносится на планы здания. На черновике проставляется тепловая нагрузка каждого прибора (на чистовом чертеже должен быть указан конкретный рассчитанный прибор).

 

Таблица 1 – Расчет теплопотерь

 

№ помещения

Наименование помещения

Наименование ограждения

Ориентация

text, оС

tp оС

tp - text, оС

Размеры а х в, м

Площадь, м2

К, Ват/(м2оС)

n

Добавочные теплопотери

Общие потери, Вт

на ориентацию

прочие

1+Σβ

Кабинет

НС

З

-30

4,5 х 3,3

14,85

0,29

0,05

0,1

1,15

НС

С

3,6 х 3,3

11,88

0,29

0,1

0,05

1,15

ДО

З

1,5 х 1,8

2,7

1,25*

0,05

0,1

1,15

Пл

3,9 х 3,0

11,7

0,26

0,75

1,0

На инфильтрацию 89 х 2,7=

Итого

* Данная цифра получена расчетом Кдо – Кнс =1,54 -0,29 = 1,25 Примечание точность расчетов: а) обмер помещений до 0,1 м; б) общие теплопотери до 5 вт; в) прочие расчеты – не более двух знаков после запятой.

Если в одном помещении находится несколько приборов, то нагрузка их, равная теплопотерям данного помещения, распределяется между приборами пропорционально их числу. В том случае, когда приборы принадлежат одному и тому же стояку однотрубной системы с нижней разводкой, примерно 60% нагрузки отдается прибору на подъемной части стояка, а 40% – на опускной.

Если имеются помещения, в которых приборы не устанавливаются (коридоры, туалеты и т.п.), то их потери добавляются к потерям соседних отапливаемых помещений. При этом тепловая нагрузка приборов отапливаемых помещений соответственно возрастает. Величина добавок примерно пропорциональна площади помещений.

 

3.1 КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

 

Подробное описание конструкций применяемых в настоящее время систем отопления приводится в /9, глава 6/.

Конструирование системы студентом в рамках курсового проекта предполагает размещение стояков и магистральных трубопроводов, а также присоединение их к источнику тепла, которым является теплосеть (или в некоторых случаях котельная).

Расширенные сведения по конструированию размещены также в /4, гл.10.3,10.4,10.6 /.

Этот этап проектирования является наиболее творческим, ответственным и требует проработки нескольких вариантов, из которых принимается наиболее рациональный и экономичный.

Первым этапом проектирования является размещение стояков на планах здания и схемы присоединения к ним приборов. Стояки прорисовывают на каждом плане и указывают их номера. Длина подводки к прибору (или сцепки) для 2-трубной системы не должна превышать 1,25 м. Уклон делается 5-10 мм на всю длину подводки. Для 1-трубных систем подводка должна быть, как правило, унифицированной и при длине 500 мм делается без уклона.

Следует стремиться к уменьшению числа стояков.

Сведения о размещении запорно-регулирующей арматуры приводятся в /4, гл. 10.6.2/, /9, гл.6.5/.

Вторым этапом проектирования является построение схемы системы отопления. Если система питается теплом от тепловой сети, то сначала конструктивно разрабатывается тепловой пункт, т.е. выбирается место для устройства теплового ввода и ограждение, на котором будет смонтирован узел управления (см. раздел 6).

Если источником тепла предполагается встроенная котельная, то разрабатывается ее устройство в специально отведенном для этого помещении.

Затем решается вопрос о разводке - прокладке магистралей системы в зависимости от конструкции отапливаемого здания. Стояки объединяются в ветви, которые в свою очередь присоединяются к тепловому узлу или котлу непосредственно или же через распределительную гребенку.

Студент должен разработать не менее 2 вариантов разводки и представить их на рассмотрение руководителю вместе со своими соображениями. При этом учитываются следующие рекомендации:

- с целью экономии энергии и улучшения регулирования используется принцип зонирования. Если в здании имеется несколько групп помещений, которые работают в разном режиме эксплуатации (например, магазин в жилом доме), то каждая группа имеет самостоятельную ветку, по которой подается тепло;

- зонирование по отдельным помещениям бывает при наличии эпизодически используемых помещений (например, актовый зал в вузе). Но при малых размерах помещений (встроенных залов до 400 мест, обеденных залов до 150 мест) зонирование не применяется;

- в отсутствие подвала трубопроводы могут располагаться над полом 1 этажа, а при пересечении дверей и ворот – в подпольных каналах;

- в каналах прокладываются магистрали также в тех случаях, когда эстетические соображения не допускают их трассировку по первому этажу. Габариты каналов должны вместить прокладку изолированных труб с уклоном (приложение В). Арматуру и дренажные устройства в каналах делать не рекомендуется;

- горизонтальные ветви располагают под отопительными приборами на таком же расстоянии от стен, как и стояки. Если скорость теплоносителя превышает 0,25 м/с, то их можно прокладывать без уклона;

- не рекомендуется присоединять стояки в местах изгиба магистралей, т.к. из-за завихрений может ослабиться циркуляция воды в этих стояках;

- трубопроводы, расположенные друг над другом, на планах здания условно показывают параллельными линиями. При этом ближе к стене изображается наиболее низко лежащая труба. Крепление трубопроводов показано в приложении Г;

- трубопроводы крепятся на ограждениях через определенное расстояние /4, табл.10.1/ в зависимости от диаметра. В каркасных зданиях трубы прокладываются с учетом наличия колонн. В неотапливаемых помещениях и подпольных каналах трубы снабжаются тепловой изоляцией.

Стояки и магистральные трубопроводы наносятся на планы здания, показываются также подводки к приборам. На плане стояки изображаются крупными точками и нумеруются, начиная с левого верхнего угла плана здания по часовой стрелке. Номер подписывается на выносной линии снаружи здания. При оформлении чертежей следует руководствоваться ГОСТом.

После компоновки системы вычерчивается ее аксонометрическая схема. Особое внимание следует уделять аксонометрическому изображению узла присоединения системы к тепловому вводу, т.к. в этом месте чаще всего допускаются ошибки.

Врезка стояков в магистральные трубопроводы чаще всего применяется унифицированной. Для выбора нужной конфигурации и размеров используются данные таблиц /8/.

Чтобы схема легко читалась, ни одна часть изображения не должна накладываться на другую. С этой целью масштаб по оси Y не соблюдается. В том случае, если наложения все же не избежать, стояк или часть системы переносится на свободное место при помощи точек (см. приложение Д). На схеме проставляются арматура, уклоны и устройства для удаления воздуха. Арматура на стояках и отопительных приборах из-за малости масштаба может не изображаться. Тогда, в виде отдельного узла, эта конструкция прорисовывается дополнительно на свободном месте.

Дальнейшие расчеты можно производить только тогда, когда схема системы полностью скомпонована.

 

3.2 РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

 

В курсовом проекте с целью сокращения объема работы расчет производится только для двух из циркуляционных колец – главного (основного) кольца системы и еще одного по указанию руководителя. Подробный расчет отопительных приборов производится только для двух стояков (или ветвей горизонтальной системы), входящих в упомянутые кольца. Рабочая расчетная схема выполняется для выбранных колец. Эта схема входит в состав пояснительной записки.

Для удобства дальнейшей работы рекомендуется тепловые нагрузки отопительных приборов отображать на плане первого этажа так, как показано на рисунке 1. Правила выбора главного циркуляционного кольца (ГЦК) изложены в /9, гл. 8.3/. Требуется просчитать нагрузку всех стояков и ветвей, после чего определяется ГЦК.

Nbsp; Рисунок 1 – Изображение тепловых нагрузок приборов стояка

 

Отдельно вычерчивается расчетная схема главного циркуляционного кольца. Стояки, в это кольцо не входящие, обрываются, за исключением одного – расчетного второстепенного кольца, заданного преподавателем. Точки обрыва помечаются буквами (рисунок 2). Участки обозначаются номерами и на выносной полке подписывается тепловая нагрузка участка, Q (Вт) и его длина Ɩ(м).

Рисунок 2 – Разбивка расчетной схемы на участки

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

 

4.2 Задачей гидравлического расчета является определение диаметров всех трубопроводов системы при заданном располагаемом перепаде давления на вводе Δ .

4.3 Определение располагаемого циркуляционного давления производится по /4, с.88/. Насосное давление следует находить по приложению Б, в зависимости от коэффициента смешения u. Требуемый при этом перепад давлений на тепловом вводе задается руководителем проекта.

4.4 Гидравлический расчет для двухтрубных систем целесообразно производить методом удельных потерь на трение, а для однотрубных – методом характеристик сопротивления. Оба метода описаны в /4, раздел 10.8.1 и 10.8.2/, а также во всех учебниках по отоплению.

4.4.1 При расчете двухтрубной системы все данные заносятся в таблицу 2. Диаметры назначаются в зависимости от среднего линейного сопротивления системы /4, с.94/ по таблице /4, приложение II/. По этой же таблице определяется скорость теплоносителя и фактическое линейное сопротивление всех участков главного циркуляционного кольца. При определении применяется интерполяция данных.

4.4.2 Коэффициенты местных сопротивлений на каждом участке кольца подсчитываются отдельно, и расчет приводится в пояснительной записке. Значения коэффициентов местных сопротивлений (КМС) приведены в /4/ и /6/.

 

Пример записи: Участок 8, d_у=32 ζ;