Приклад 4.3.1

Необхідно розрахувати тепловтрати 2-х кімнатної квартири, розміщеної на першому поверсі 5-ти поверхового житлового будинку з неопалюваним підвалом у м.Вінниці. Висота поверху – 3,0 м. Планування і розміри огороджень, а також орієнтація по сторонам світу, показані на мал. 4.2 (М 1:100). Коефіцієнти теплопередачі приймаємо згідно прикладів 4.2.2 – 4.2.4.Розрахункові параметри внутрішнього і зовнішнього повітря приймаємо згідно прикладу 4.1.

Мал. 4.2

Перед початком розрахунків нумеруємо на плані приміщення квартири і визначаємо для них відповідну температуру внутрішнього повітря.

Розрахунок ведемо за такою методикою:

Графа 3 – умовні позначення будівельних конструкцій приміщення, які контактують із зовнішнім повітрям, для житлової кімнати №101 це зовнішня стіна (ЗС), вікно (ВД) і підлога (ПІД).

Графа 4 – орієнтація огороджень за сторонами світу.

Графа 5 – розміри огороджень, визначені за планом приміщення згідно масштабу; відповідно: ЗС – 3,0х3,0м, ВД – 1,4х1,5м, ПІД – 3,0х3,3м.

Графа 7 – коефіцієнти термічного опору огороджень згідно табл. 4.2.2; якщо у зовнішній стіні є одне або більше вікон або дверей, то для вікна (дверей) коефіцієнт теплопередачі зменшується на величину коефіцієнта зовнішньої стіни:

К_ВД^' = К_ВД - К_СТ = 2,78 – 0,316 = 2,464 Вт/м²°С

Графа 8 – розрахункова різниця температур, для кімнати №101 становить Δt = t_в - t_з = 21 – (-26) = 44°С

Графа 9 – поправочний коефіцієнт, згідно дод. 22 [2], для зовнішньої стіни n = 1, для перекриття над неопалюваним підвалом, розташованим нижче рівня землі n = 0,4.

Графа 10 – головні тепловтрати огороджуючої конструкції, які визначаються за формулою:

ЗС: Q_о = К · F · (t_в – t_з) · n = 0,316 ·9 · 47 · 1 = 133,67 (Вт)

ВД: Q_о = 2,464 ·2,1 · 47 · 1 = 243,19 (Вт)

ПІД: Q_о = 0,387 ·9,9 · 47 · 0,4 = 72,03 (Вт)

Графа 11, 12, 13 – додаткові тепловтрати будівлі β: оскільки будівля 5-поверхова, то додаткові тепловтрати на поверховість відсутні (графа 11); оскільки середня швидкість вітру в січні для Вінниці становить 7,1 м/с, то для всіх вертикально розташованих огороджень β = 0,1; ЗС і ВД зорієнтовані на північ, отже β = 0,1, для ПІД β = 0.

Графа 14 – загальний множник додаткових тепловтрат:

ЗС: 1 + Σβ = 1 +0 +0,1 + 0,1 = 1,2

ВД: 1 +0 + 0,1 + 0,1 = 1,2

ПІД: 1 + 0 + 0 + 0 = 1

Графа 15 - загальні тепловтрати конструкції:

ЗС: Q_гол = Q_о · (1 + Σβ) = 133,67 · 1,2 = 160,4 Вт

ВД: Q_гол = 243,19 · 1,2 = 291,83 Вт

ПІД: Q_гол = 72,03 · 1 = 72,03 Вт

Графа 16 – втрати тепла на інфільтрацію, оскільки житлова кімната має вікно, то втрати теплоти на інфільтрацію для приміщення можна визначити за формулою:

Q_вент = 0,337 · F_п · h · (t_в – t_з) = 0,337 · 9,9 · 3 · 47 = 470,72 Вт

Графа 17 – загальні тепловтрати приміщення, для приміщення №101 вони складуть:

= 160,4 + 291,83 + 72,03 + 470,72 = 994,98 Вт

Аналогічно розраховуються тепловтрати приміщень №102,103,104, 105. Результати розрахунків заносимо до табл. 4.5. Визначаємо загальні тепловтрати квартири:

Q_кв = 994,98 + 1606,75 + 806,87 + 23,21 + 42,23 = 3474,04 Вт

4.4 Визначення теплового навантаження на систему опалення

Для орієнтовних підрахунків теплової потужності системи опалення будівлі використовується наступна формула:

, кВт

де: Q₁ = Q_розр – розрахункові тепловтрати будівлі згідно табл. 4.4, кВт;

β₁ – коефіцієнт, який враховує додатковий тепловий потік від

опалювальних приладів і залежить від їх типу, прийм. за табл. 4.5;

β₂ – коефіцієнт, який враховує додаткові втрати тепла опалювальними

приладами, розміщеними біля зовнішніх стін, прийм. за табл. 4.6;

Q₂ – втрати тепла трубопроводами, які прокладаються в неопалюваних

приміщеннях:

Q₂ = 0,04· Q_розр, кВт

Q₃ – тепловий потік, який регулярно надходить від освітлення,

обладнання та людей; для житлових будинків Q₃ слід приймати із

розрахунку 0,01кВт на 1 м² загальної площі будинку F_заг:

Q₃ = 0,01 · F_заг, кВт

Таблиця 4.5 – Значення коефіцієнта β₁

Таблиця 4.6 – Значення коефіцієнта β₂

4.5 Конструювання (побудова аксонометричної схеми) системи

опалення

Система опалення являє собою сукупність трьох взаємопов'язаних елементів, які дозволяють отримати (джерело теплопостачання), перенести (розвідні трубопроводи, відгалуження) і передати (підводки до опалювальних приладів і самі опалювальні прилади) необхідну кількість теплоти у приміщення.

За місцезнаходженням джерела теплопостачання системи опалення бувають централізовані і місцеві. Місцеві системи забезпечують задану температуру лише в окремому приміщенні або одній будівлі; до них належать системи поквартирного опалення та системи з даховими котельнями. Системи індивідуального поквартирного опалення допускається влаштовувати за умови, якщо навантаження на систему не перевищує 35 кВт. Потужність дахової або прибудованої котельні не повинна перевищувати 100 кВт. Централізовані системи забезпечують теплом кілька приміщень (від окремого ІТП) або групу будівель (від ЦТП або районної котельні).

Розвідні магістралі з’єднують джерело тепла з відгалуженнями системи. За розташуванням розвідних (магістральних) трубопроводів розрізняють системи з верхнім положенням подаючої магістралі на горищі або технічному поверсі (мал. 4.3, 4.4) і нижнім положенням зворотної в підвалі; з нижнім положенням обох магістралей в підвалі або цокольному поверсі (мал. 4.5, 4.6). Системи з верхнім розведенням частіше застосовуються в будівлях з даховою котельнею, а системи з нижнім розведенням – при відсутності в будівлі підвалу, у верхніх точках таких систем обов'язково встановлюються пристрої для автоматичного випуску повітря.

Відгалуження (стояки) з’єднують розвідні трубопроводи з підводками до радіаторів. За розташуванням відгалужень системи поділяють на вертикальні (мал. 4.3, 4.4, 4.5) і горизонтальні. Також можливим варіантом горизонтальної системи є влаштування системи з вертикальними стояками і горизонтальними розводками по приміщенням на рівні плінтусів або приховано в підлозі (мал. 4.6) Горизонтальні системи доцільно влаштовувати в квартирах житлових будинків з поквартирним обліком тепла або індивідуальним опаленням, а вертикальні – в будинках з централізованим теплопостачанням. В місцях підключення стояків до розвідних магістралей встановлюється запірна арматура для випуску повітря і зливу води, регулятори перепаду тиску або ручні балансувальні вентилі.

Підводки з’єднують опалювальні прилади із стояками. За способом приєднання підводок системи можуть бути двохтрубними, з паралельною подачею теплоносія до опалювальних приладів (мал. 4.3, 4.6), і однотрубними, в яких теплоносій послідовно проходить через опалювальні прилади (4.4). Однотрубні системи мають замикаючі ділянки на підводках до всіх опалювальних приладів. На підводках встановлюється відповідна арматура – радіаторні терморегулюючі вентилі (РТК).

Для опалення сходових клітин слід виділити окрему гілку, а в будинках з індивідуальним квартирним опаленням допускається їх взагалі не опалювати або використовувати для цього електричні опалювальні прилади з автоматичним вимиканням.

В даній курсовій роботі тип системи опалення приймаємо у відповідності із завданням на проектування. Фрагменти принципових аксонометричних схем для кожної системи наведено на мал. 4.3 – 4.6, а приклади основних видів систем – в додатку Б.

Аксонометричну схеми для системи опалення заданої будівлі виконуємо на аркуші формату А1 в масштабі М1:100. На схемі вказуємо: відмітки осей і уклони трубопроводів (не менше 0,002), довжини горизонтальних ділянок при наявності на них розривів, розміщення нерухомих опор, опалювальні прилади, стояки і їх позначення, запірно-регулюючу арматуру, контрольно-вимірювальні прилади. Умовні позначення основних елементів на схемі системи опалення наведено в додатку А. При наявності вузлів, які повторюються (наприклад, типові стояки), можна вказати місцезнаходження цих вузлів з виконання окремого детального креслення вузла в масштабі М1:10, 1:20, 1:50.

Мал. 4.3 – Схема фрагменту вертикальної двохтрубної системи опалення з верхнім розведенням 1 – трубопроводи верхньої розводки; 2,3 – вертикальна двохтрубна гілка (стояк); 4 – підводка до радіатора; 5 – радіаторний термостатичний клапан (РТК); 6 – опалювальний прилад; 7 – запірний вентиль з отвором для спуску води; 8 – спускний вентиль.	Мал. 4.4– Схема фрагменту вертикальної однотрубної системи опалення з верхнім розведенням 1, 2 – трубопроводи подаючої і зворотної магістралей; 3 – однотрубний стояк; 4 – підводка до радіатора; 5 – радіаторний шаровий кран; 6 – шаровий кран для відключення на стояка; 7 – спускний кран; 8 – повітряний кран; 9 – опалювальний прилад.
Мал. 4.5 – Схема фрагменту вертикальної двохтрубної системи опалення з нижньою розводкою магістралей 1 – трубопроводи нижньої розводки; 2 – двохтрубні стояки; 3 – РТК; 4 – підводка до радіатора; 5 – повітряний автоматичний кран; 6 – опалювальний прилад; 7 – запірний вентиль з отвором для спуску води; 8 – регулятор перепаду температури.	Мал. 4.6 – Схема фрагменту двохтрубної горизонтальної системи опалення з вертикальними стояками з нижнім розведенням 1 – магістраль; 2 – трубопроводи вертикальної розводки; 3 – горизонтальна гілка; 4 – опалювальний прилад; 5, 6 – запірні вентилі з отвором для спуску води; 7 – підводка до радіатора; 8 – РТК; 9 – повітряний кран Маєвського.

4.6 Підбір генератора тепла і регулюючої арматури

В залежності від джерела теплопостачання змінюється обладанання теплового пункта. Існує 4 основних принципових схеми систем з насосною циркуляцією теплоносія (мал. 4.7)

а) при місцевому теплопостачанні

б) з приєднанням до централізованих теплових мереж по незалежній схемі

в) з приєднанням до централізованих теплових мереж по залежній схемі

г) з приєднанням до централізованих теплових мереж по прямоточній схемі

1 – циркуляційний насос; 2 водогрійний котел; 3 – подача палива; 4 – розширювальний бак; 5 - опалювальні прилади; 6 – водопровід; 7 – теплообмінник; 8 – живильний насос; 9, 10 – зовнішні подаючі і зворотні трубопроводи; 11 – змішувальна установка.

Мал. 4.7

Система типу «а» використовується при індивідуальному квартирному опаленні або при опаленні від дахової або прибудованої котельні. В ній воду переміщає циркуляційний насос, встановлений на подаючій або зворотній магістралі системи. В системі типу «б» котел заміняється теплообмінником, що дає змогу регулювати температурний режим окремої будівлі при теплопостачанні від ТЕЦ і при необхідності догрівати мережеву воду. Залежні схеми приєднання типу «в» і «г» дешевші і простіші по конструкції та в обслуговуванні. В системі типу «в» вода зворотного трубопроводу системи опалення перемішується з високотемпературною водою в подаючому трубопроводі зовнішньої теплової мережі за допомогою водоструменевого насоса (елеватора) або трьохходового змішувального клапана з насосом. Місцеве регулювання температур теплоносія можливе шляхом зміни коефіцієнта змішування. Залежна система типу «г» найбільш проста і дешева, але можлива лише при використанні низькотемпературних теплових мереж і двохтрубних системах опалення, а також виключає можливість місцевого регулювання.

При використанні системи типу «а» необхідно правильно підібрати водогрійний котел. Для цього необхідно знати його потужність - навантаження на систему опалення і/або гарячого водопостачання. В даній курсовій роботі для підбору теплогенератора керуємось величиною Q_д, кВт (див. п. 4.4) і призначенням котла (індивідуальне опалення або дахова котельня). Деякі марки котлів різної потужності марки «КОЛВІ» (Україна) наведено у додатку В.

При використанні системи типу «б» для нагрівання води в системі до температури t_г встановлюється швидкісний теплообмінник і регулятор тиску. В даній курсовій роботі приймаємо варіант встановлення кожухотрубного теплообмінника, який складається зі стандартних секцій довжиною 2 або 4м.

Площа поверхні нагріву теплообмінника складає визначається за формулою:

, м²

де Q_c = Q_д - потужність системи опалення, Вт;

k_т.о. – коефіцієнт теплопередачі теплообмінника, прийм. k_т.о. = 1500 –

2000 Вт/м²°С;

Δt_ср - різниця температур води, що гріє і води, що нагрівається, °С, визн.

за формулою:

, °С

де Т_г і Т_з – відповідно, температура в подаючій і зворотній магістралі

тепломережі, прийм. Т_г = 130°С, Т_г = 75°С;

t_г – t_з – температура води, відповідно, в подаючому і зворотному

трубопроводі системи опалення, °С;

Число секцій теплообмінника визначається за формулою:

де а_t – площа нагріву однієї секції, м², прийм. за табл. 4.7

При використанні системи типу «в» у тепловому пункті встановлюється водо водяний елеватор. Елеватор, призначений для зниження температури води в системі опалення порівняно з мережевою і для створення необхідного тиску. Розрахунок елеватора виконується в такій послідовності:

1) визначення діаметра горловини елеватора:

, см

Таблиця 4.7 – Характеристики водоводяних кожухотрубних нагрівачів з нержавіючої сталі

де G_с – витрата води в системі опалення, т/год;

, кг/год

ΔР_р.ц – циркуляційний тиск в системі опалення, кПа, визн. за формулою:

ΔР_р.ц. = ΔР_н + Б · (ΔР_пр + ΔР_пр.тр), Па

де ΔР_н – тиск, який створюється насосом або елеватором; при довжині

головного циркуляційного кільця до 120 м приймається значення

ΔР_н = 10000 – 12000 Па;

Б – коефіцієнт, що враховує долю максимального гравітаційного тиску,

Б = 0,4 – 0,5 для двохтрубної системи, Б = 1 для однотрубної системи;

ΔР_пр.тр – природний тиск від охолодження води в трубопроводах

циркуляційного кільця, його значення приймається за графіком

(мал. 4.8), Па; для двохтрубних і однотрубних систем з

нижньою розводкою величина ΔР_пр.тр. не враховується.

ΔР_пр – природний або гравітаційний циркуляційний тиск, який виникає в

системі внаслідок зміни густини теплового потоку при охолод-

женні води в опалювальних приладах;

для однотрубних систем з нижньою розводкою величина ΔР_пр

визначається за формулою:

, Па

де n – число поверхів;

h_пов – висота поверху, м;

Δt – різниця температур в подаючому і зворотньому nрубопро-

водах, ºС;

для двохтрубних систем з нижньою або верхньою розводкою

величина ΔР_пр визначається за формулою:

Р_пр = 9,81 · h₁ · (ρ_з – ρ_г), Па

де h₁ – вертикальна відстань між серединою опалювального

приладу і серединою котла, м;

ρ_з – ρ_г – густина, відповідно, охолодженої та нагрітої води,

кг/м³; довідкові дані по густинам води при різних

температурах наведено в додатку Г;

За визначеним діаметром горловини підбираємо номер елеватора і визначаємо його габарити і масу (табл. 4.8).

Мал. 4.8

2) визначення діаметра сопла елеватора:

, мм

де U – розрахунковий коефіцієнт змішування, визн. за формулою:

Таблиця 4.8 – Характеристики водоструменевих елеваторів

__________________________________________________________________________________