Электрификация жилого дома с разработкой теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

отопление электрификация жилой дом

Улучшение культурно-бытовых условий жизни на селе во многом зависит от развития и совершенствования сельской энергетики, и прежде всего теплоэнергетики, так как в общем энергетическом балансе сельских районов тепловой энергии принадлежит ведущая роль.

Огромное количество теплоты расходуется на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых и общественных зданий. В зависимости от плотности нагрузки теплоснабжение может быть централизованным или местным.

Специфика сельского хозяйства, заключающаяся в значительной территориальной разобщенности различных производственных объектов и коммунально-бытовых потребителей теплоты, а также большой неравномерности в потреблении тепловой энергии, требует дифференцированного подхода к выбору системы теплоснабжения в каждом конкретном случае.

В течение многих столетий использовалось только твердое топливо (дрова, уголь) и отопительные установки приспосабливали к его сжиганию.

С применением природного газа, нефти созданы отопительные установки для их сжигания с нагреванием промежуточной среды, переносящей теплоту в помещения. Однако их дефицит заставил искать новые источники тепловой энергии: солнечной, атомной и др. В последнее время для отопления помещений используют также электрическую энергию, в особенности аккумулируемую в ночное время.

В системах отопления с использованием электрической энергии теплоперенос осуществляется жидким или газообразным теплоносителем, либо без него - непосредственно через твёрдую среду. В сельской местности в основном применяются водяные системы отопления, потому что обеспечивают наибольшую надежность, которая обусловлена прежде всего безотказностью (непрерывным сохранением работоспособности), а также сравнительную долговечность (срок службы 30-35 лет) и легкую управляемость.

Поскольку электроэнергия подается с перебоями, необходимо применять комбинированные отопительные установки на твёрдом топливе и с применением электрической энергии.

В связи с этим вопросы теплоснабжения и рационального использования теплоты должны находиться в центре внимания, также должны технически грамотно решаться задачи, связанные с эксплуатацией систем теплоснабжения с учетом режима экономии топливно-энергетических ресурсов и охраны окружающей среды.

Помимо этого, большое значение имеет задача рационального использования электроэнергии и снижения затрат на искусственное освещение. От того, насколько успешно она решается, зависит эффективность использования материальных и энергетических ресурсов, расходуемых на освещение. В условиях напряженности топливно-энергетического баланса, сложившейся во второй половине XX в. в результате бурного развития промышленного производства и резкого возрастания потребления электроэнергии в быту, вопросы экономии энергетических ресурсов стали особенно актуальными.

Существующие энергетические ресурсы ограничены, поэтому возросла потребность в проведении строгого и тщательного анализа обоснованности расходов на искусственное освещение, а также в изыскании путей, обеспечивающих наиболее эффективное использование энергоресурсов.

Одним из значительных резервов экономии энергетических ресурсов является рационализация электропотребления в осветительных установках. Достаточно часто применяются неэффективные источники света, а выбор светильников по светотехническим характеристикам и их размещению не всегда обоснован.

Экономия электроэнергии и затрат на освещение может быть получена за счет: совершенствования систем освещения; использования эффективных источников света; правильного выбора и рационального размещения светильников и применения новых осветительных приборов и устройств; рационального построения осветительных сетей; введения планомерной эксплуатации освещения

Характеристика объекта

Одноквартирный жилой дом из четырех комнат расположен в городе Красноярске в четвёртом микрорайоне Северный. Общая площадь участка на котором расположен дом составляет 998 м².

На участке кроме жилого дома расположен гараж, баня, летняя кухня и хозяйственные постройки.

Дом предназначен для строительства в I климатической зоне, с расчетной температурой наружного воздуха до - 45°С нормативным скоростным напором ветра до 38 кг/м², весом снегового покрова до 100 кг/м². Режим эксплуатации нормативный группа А. Сейсмичность 7 баллов.

Отопление дома комбинированное электрическое и на твёрдом топливе. Водоснабжение осуществляется от собственной колонки с последующим подключением к городской теплосети. Дом оборудован наружным и местным освещением.

Здание дома IV класса, IV степени долговечности, III степени огнестойкости, одноэтажное с неиспользуемым чердаком.

Здание в плане 17х16,7 м в осях, высота здания относительно уровня земли 6,8 м, высота помещений 2,7 м. Площадь застройки здания 164 м². Строительный объем 953,2 м², в том числе подземной части 137,14 м². Общая площадь 266,3 м². Материалом несущих конструкций служит кирпич (колодцевая кладка с утеплением минватой), перегородки кирпичные толщиной 120 мм из красного полнотелого кирпича М-75 на растворе М-50. Крыша двухскатная. Кровля асбестоцементная, волокнистые листы среднего профиля по деревянным брускам.

Литературный обзор по устройствам отопления жилых домов

В настоящее время значительная часть живой застройки приходится на малоэтажные дома повышенной комфортности и коттеджи. В большинстве случаев индивидуальные дома не обеспечены централизованной инженерной инфраструктурой - отсутствует теплоснабжение, водопровод и канализация. В этих случаях вопросы жизнеобеспечения и комфортности решаются с помощью автономных инженерных систем. Основные затраты на инженерное обустройство индивидуального дома связано с устройством теплоснабжения и отопления.

Система отопления - совокупность конструктивных элементов со связями между ними, предназначенными для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения.

Система отопления для выполнения возложенной на нее задачи [2] должна обладать определенной тепловой мощностью, за счет которой будут достигаться наиболее комфортные условия жизни человека. Она включает в себя отопительные приборы, трубопроводы, регулировочную, запорную и воздухоспускную аппаратуру. [6]

Системы отопления бывают с естественной и насосной циркуляцией теплоносителя, в качестве теплоносителя может использоваться вода или антикоррозийные антифризы.

По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами бывают системы однотрубные и двухтрубные.

Однотрубная - приборы соединены одной трубой и вода протекает последовательно через все приборы.

Двутрубная - приборы отдельно присоединены к двум трубам

подающей и обратной , и вода протекает через каждый прибор независимо от

других труб. [11.] Трубы бывают металлические (оцинкованные, неоцинкованные и медные) и неметаллические (пластмассовые).

Из металлических труб часто используются стальные шовные (сварные). Стальные трубы изготавливают из мягкой углеродистой стали, что облегчает выполнение изгибов, резьбы на трубах и различных монтажных операций. Широкое применение стальных труб в системах центрального отопления объясняется их прочностью, простотой сварных соединений.

Медные трубы отличаются долговечностью, но они менее прочны и дороже стальных.

Термостойкие пластмассовые трубы обладают пониженным коэффициентом трения, вследствие чего снижается их гидравлическое сопротивление, они не зарастают и не подвержены коррозии. Гибкость пластмассовых труб, простота их обработки значительно облегчают монтаж, пониженная теплопроводность уменьшает теплопотери через их стенки.

Внедрение пластмассовых труб в отопительную технику ограничивается повышенной стоимостью. [11].

Для индивидуальных домов рекомендуется использовать двухтрубные системы отопления с насосной циркуляцией. На рынке в настоящее время широко представлены насосы немецкой фирмы "Grundfos", "KSB", "Wilo". Насосы не требуют специальной смазки и профилактики, главное требование-обеспечение стабильного напряжения с обязательным контуром заземления.

На рынке представлена богатая гамма отопительных приборов от стальных и медных конвекторов, чугунных радиаторов, до изысканных алюминиевых радиаторов.

При выборе отопительных приборов следует иметь в виду ряд обстоятельств. Теплоотдача, приводимая в описании приборов соответствует стандартным условиям их теплотехническим испытаниям, которые в различных странах различны. При использовании показателей теплоотдачи, соответствующих российским стандартам, полезно знать, что они получены при параметрах теплоносителя 110/70 °С. Учитывая, что номинальный режим теплоносителя, обеспечиваемый автономными котлами в коттеджах 85/60 °С, количество отопительных приборов следует принимать с запасом в 25-30 %.

Источником теплоты в коттедже является одно- или двухконтурные котлы (например, КЧМ-5, КСВ-ЛЖ, КСВ-ЛЖ-Э, АОГВ, КСТГВ).

Малая доля твердотопливных котлов при относительной доступности топлива обусловлена неудобством эксплуатации таких котлов, для работы которых необходимо осуществлять 3-4 топки в течении суток, иметь запас топлива, исчисляемый десятками кубических метров, отводить площадки для его хранения, что требует больших трудозатрат на его загрузку и заготовку.

Кроме того, режим теплопроизводства у твердотопливного котла носит циклический характер, и колебания температуры воздуха в отапливаемых помещениях достигают 3-5°С в течение суток.

Если выбор твердотопливного котла по каким-либо причинам неизбежен, есть два способа сгладить недостатки котла.

Первый -- сократить число этапов вдвое за счет изменения режима продленного горения, который реализуется с помощью регулирования степени открытия поддува котла в зависимости от температуры отходящих газов в дымоходе. Для этого используется простое устройство - термобаллон, шток которого соединен с дверцей поддува. По мере снижения температуры отходящих газов термобаллон сжимается, втягивая шток и прикрывая поддувало. Таким устройством комплектуются итальянские, финские шведские и другие импортные котлы. Устройство может быть установлено и на отечественных котлах.

Второй способ основан на использовании теплоаккумуляторов. В контур системы отопления включается теплоизолированный аккумулятор горячей воды емкостью 2-10 м³. В режиме натопа котел нагревает воду в баке до 80-95°С, а затем эта вода с помощью циркуляционного насоса и простого термостата обеспечивает постоянный режим отопления в течение 3-10 суток.

Несколько слов о комбинированных по видам топлива котлах. Из отечественных комбинированных котлов следует отметить КЧМ (твердое топливо, газ). Эти котлы набираются посекционно и могут обеспечивать теплосьем от 16 до 90 кВт. № импортных котлов следует отметить шведские котлы СТС, где может быть использовано твердое топливо, газ или дизельное топливо, электроэнергия на теновом патроне. В котлах серии КСВ-ЛЖ-Э, работающих на дизельном топливе или электроэнергии, трехходовая схема движения газов, при работе на дизельном топливе, позволяет достичь высокого КПД. Оснащение котлов КСВ-ЛЖ горелкой серии FIRE (Италия), обеспечивает высокую надежность работы котла в автоматическом режиме и низкий уровень вредных веществ в уходящих газах.

На подающий трубопровод в системе отопления рекомендуется устанавливать предохранительный клапан до 6 атм. Несмотря на то, что котлы оборудованы системами защиты, предохранительный клапан - простое и надежное устройство - защитит систему отопления от аварийных ситуаций, от разрывов при чрезмерном повышении давления рабочей среды. При обслуживании домов большой площади целесообразно устанавливать одноконтурные котлы большей мощности и в зависимости от вида систем отопления и потребности в горячей воде подбирать бойлеры-теплообменники, циркуляционные насосы, расширительные баки (емкость расширительных баков составляет обычно 8-12 % от емкости систем отопления).

Сечение кирпичных дымовых каналов в домах должно быть не менее 250х250 мм. В общем же случае сечение дымового канала должно быть не меньше, чем у выпускного патрубка котла. Однако сечение кирпичных газоходов должно быть больше выпускного патрубка котла из-за шероховатости стенок газохода.

Для горячего водоснабжения жилого дома используются накопительные водонагреватели "THERMEX" итальянской фирмы "Lorenzi Vasco s.p.a.".

Электронагреватели "THERMEX" разработаны и изготовлены в строгом соответствии с международными стандартами EN 60.335-2-21,гарантирующими надежность и безопасность эксплуатации. Все модели прошли обязательную сертификацию Госстандарта России и полностью соответствуют требованиям ГОСТ 27570.18-92, ГОСТ 23511-79, ГОСТ Р 50033-92.

Электроводонагреватель предназначен для обеспечения горячей водой бытовых и промышленных объектов, имеющих водопровод холодной воды с давлением не менее 0,5 атм., и не более 6 атм.

Патентный поиск

Патентный поиск проводился по материалам Красноярской государственной краевой научной библиотеки и патентного фонда КрасГАУ и представлен в таблице 2.1.

В результате проведённого поиска наиболее выгодным считается применение устройств, используемых для автономного горячего водоснабжения и водяного отопления помещений различного назначения. Электронагреватель саморегулируемый, содержит герметичный корпус с установленными в его полость электродами. Входной и выходной патрубки и отличается тем, что в корпусе ниже уровня расположения электродов выполнены отверстия, соединённые через дроссель, каналом, к которому присоединены входной и выходной патрубки.

Наибольший интерес представляют авторские свидетельства:

Теплотехнический расчёт. Расчёт теплопотерь через наружные ограждения

Описание строительных конструкций внешних ограждений отапливаемого дома.

Наружные стены

1. Кирпич силикатный.

2. Утеплитель - минераловатная плита.

3. Кирпич красный.

4. Штукатурка мокрая (раствор цементно песчаный).

Чердачное перекрытие

1. Сборная железобетонная пустотелая плита.

2. Пароизоляция - один слой пергамина.

3. Утеплитель - минераловатная плита

4. Цементно - песчаная паста.

Оконные блоки

Двойное остекление, толщина стекла 3мм.

Пол

1. Деревянная рейка.

2. Минераловатная плита.

3. Один слой пергамина.

4.Сборная железобетонная пустотелая плита.

5. Известковая окраска.

Стены подвала

1.Сборные железобетонные блоки фундаментов.

2. Кирпич облицовочный.

Для теплотехнических расчётов физических показателей основных строительных материалов и некоторых конструктивных элементов ограждений принимаем по таблицам [4,5] из практикума Захарова А.А.

Указываем на плане дома ориентацию по отношению к сторонам света, нумерацию помещений и размеры ограждающих конструкций. Все показатели и данные при расчёте сводим в таблицу 3.1.

Подвал отапливаемый за исключением кладовой (16).

Первый этаж отапливаемый весь, за исключением гаража (11), веранды (10), террасы (17). При изменении наружных стен площадь окон не вычитаем. Таким образом, фактически площадь окон учитываем дважды, поэтому в графе 9 таблицы 3.1 проставляем только разность между коэффициентами теплопередачи окон и стен.

Определяем теплопотери наружных ограждений:

Подробно рассмотрим на примере кухни (2) первого этажа, площадь которой 16,6 м². Используя формулу R _н = находим термическое сопротивление отдельных однородных слоёв ограждения м*⁰С/Вт (м ²*ч*⁰С/ккал).

А.Запад

1) Кирпич силикатный на цементно-песчаном растворе

д = 120мм, л = 0,64 Вт/(м*⁰С) = 0,55 ккал/(м ²*ч*⁰С).

г = 1600 кг/м ³ , R ₁ = ;

2) Утеплитель-минвата

д = 100мм, л = 0,093 Вт/(м*⁰С) = 0,08 ккал/(м²*ч*⁰С).

г = 200 кг/м ³ , R ₂ = ;

3) Кирпич красный на цементно-песчаном растворе

д = 380мм, л = 0,7 Вт/(м*⁰С) = 0,6 ккал/(м²*ч*⁰С).

г = 1800 кг/м ³ , R ₃ = ;

4) Штукатурка цементно-песчаный раствор

д = 20мм, л = 0,64 Вт/(м*⁰С) = 0,55 ккал/(м²*ч*⁰С).

г = 1800 кг/м ³ , R ₄ = ;

Б. Юг.

Строительные материалы те же.

Определяем сопротивление теплопередач ограждений по формуле:

R ₀ = R _В + R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ + R _Н =+++++; (3.1)

где R _В и R _Н - сопротивление теплопередачам соответственно внутренней и наружной поверхностей в зависимости от вида и расположения поверхности ограждения [4].

R _{0 Запад} = 0,133+++++0,05 =1,92 м ² * ч * ⁰С/ккал = 1,65 м ²* ⁰С/Вт

R _{0 Юг} = 0,133+++++0,05 =1,92 м ² * ч * ⁰С/ккал = 1,65 м ²* ⁰С/Вт

Найденное значение общего сопротивления теплопередачи наружного ограждения всегда должно [3] иметь небольшой запас, т.е. R ₀ ? R₀^тр.

Вычисляем R₀^тр:

R₀^тр =

R₀^тр = =1,92 м ² * ч * ⁰С/ккал = 1,11 м ²* ⁰С/Вт

где t _В - расчётная температура воздуха в помещении, ⁰С [4];

t _Н - расчётная зимняя температура наружного воздуха [5];

n - коэффициент, зависящий от расположения ограждения по отношению к наружному воздуху [4];

? t _Н - нормируемый температурный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой внутренней поверхности ограждения [4].

Находим коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций по формуле:

К = ,

К _Запад = = 0,52 ккал/ (м ² * ч * ⁰С) = 0,61Вт/ (м ²* ⁰С),

К _Юг = = 0,48 ккал/ (м ² * ч * ⁰С) = 0,56Вт/ (м ²* ⁰С),

Основные потери теплоты через ограждающие конструкции рассчитываем по формуле:

Q = F * * (t _В - t _Н) * n ,

где F - площадь ограждения;

n - коэффициент уменьшения расчётной разности температур [4].

Q _Запад = 17,7 * 0,52 * (18 - (-40)) * 0,4 = 533 ккал/ч = 621 Вт.

Q _Юг = 14,2 * 0,48 * (18 - (-40)) * 0,4 = 158 ккал/ч = 184 Вт.

Расчёт заносим в таблицу 3.1, где в графе 10 согласно [4]:

Нст.Ю - 15%; Нст.В - 20%; Нст.З - 15%; Нст.С - 20%;

До.В - 20%; До.Ю - 15%; П - 0%;

До.З - 15%; До.Ю - 20%; Дв.о.В - 20%; Дв.о.С - 20%;

Условные обозначения:

Нст. - наружная стена;

Дв.о. - дверь одинарная;

До. - окно с двойным остеклением;

П - пол;

Пр. - перекрытие.

Определяем теплопотери для утеплённого пола на лагах для комнат, располагаемых над не отапливаемой кладовой [4]:

R _У.П. = 1,18 *

1. Деревянная рейка поперёк волокон

д = 29 мм, г = 600 кг/м ³;

л = 0,14 Вт/(м ² * ⁰С) = 0,12 ккал/(м ² * ч * ⁰С); R = ;

2. Минвата

д = 90 мм, г = 200 кг/м ³;

л = 0,093 Вт/(м ² * ⁰С) = 0,08 ккал/(м ² * ч * ⁰С); R = ;

3. Сборная железобетонная плита

д = 220 мм, г = 2500 кг/м ³;

л = 1,046 Вт/(м ² * ⁰С) = 0,09 ккал/(м ² * ч * ⁰С); R = ;

4. Известковая окраска

д = 5 мм, г = 1800 кг/м ³;

л = 0,64 Вт/(м ² * ⁰С) = 0,55 ккал/(м ² * ч * ⁰С); R = ;

R _У.П. = 1,18 * = 1,72 м ² * ч * ⁰С/ ккал = 2 м ² * ⁰С/Вт

Коэффициент теплопередачи пола:

К = ,

К = = 0,58 ккал/(м ² * ч * ⁰С) = 0,68 Вт/(м ² * ⁰С).

Коэффициенты теплопередач перекрытия, дверей и окон определяем согласно [4].

Расчёт площади поверхности нагрева и подбор нагревательных приборов системы отопления

Будем определять требуемую поверхность нагрева и месторасположения радиатора М-140 на примере кухни первого этажа согласно плана:

Q _кухни = 1899 Вт t _В = 18 ⁰С

Система отопления водяная двухтрубная с верхней разводкой.

Параметры теплоносителя:

t _П = 90 ⁰С t ₀ = 70 ⁰С

Прокладка труб открытая. Высота от верха прибора до подоконника 80 мм (табл.21) [3]. Подводки к приборам выполняются «напрямую».

Определяем разность между средней температурой воды в приборе и температурой воздуха в помещении:

Дt _Т = t _ПР - t _В,

Дt _Т = ⁰С

Определяем поверхность нагревательного прибора по формуле (10) [3]:

F _ПР = экм.

Количество секций в радиаторе М-140 определяем по формуле (11) [3] и таблице 3.1:

n _C = = 13.3 ?14 шт.

где 0,31 экм. - площадь нагревательной поверхности 1 секции М-140.

На основании полученного общего количества секций радиаторов и разбивки отопительных приборов с учётом поправок в ₁ на количество секций (табл. 3.19) [3] возможное количество секций к установке для каждого прибора:

q _ПР1 = = 2089 Вт

Относительный расход воды через прибор определяем по формуле (12) и табл. 18 [3]:

q =

Расчёт фактической теплоотдачи приборов на количество секций для других помещений дома заносим в таблицу 3.2.

В результате подбора нагревательных приборов количество секций для дома составило 146 шт. с суммарной фактической теплоотдачей принятых к установке приборов с учётом поправок 20602,0 Вт, что примерно на 2% больше теплопотерь помещения. Полученное расхождение находится в допустимых пределах, поэтому расчёт нагревательных приборов можно считать законченным.

Таблица 3.2 - Теплоотдача отопительных приборов

Жилые помещения	Теплопотери в помещении, Q, Вт	Поверхность нагреват. приборов FПР, экм	Количество секций к установке для каждого прибора	Теплоотдача каждого прибора с учётом секций
			n С1	n С2	q ПР1	q ПР2
1-й этаж
1. Кухня (2) t В = 18 0С	1899,0	4,13	14	-	2089,0	-
2. Прихожая (6) t В = 18 0С	519,0	1,15	4	-	555,0	-
3. Общая комната (1) В = 18 0С	3168,0	7,01	12	11	1680,0	1540,0
4. Спальня 1 (3) t В = 18 0С	2378,0	5,26	17	-	2394,0	-
5. Спальня 2 (4) t В = 18 0С	1616,0	3,58	12	-	1680,0	-
6. Ванная (8)+ Туалет (7)+ Кладовая (12) t В = 25 0С	816,0	1,81	6	-	840,0	-
7. Спальня 3 (5) t В = 18 0С	2580,0	5,71	18	-	2534,0	-
Подвал
8. Спортзал (13) t В = 18 0С	4477,0	9,9	17	15	2380,0	2110,0
9. Бойлерная (14) t В = 18 0С	20,03,0	4,43	14	-	1960,0	-
10. Коридор (15) t В = 18 0С	797,0	1,76	6	-	840,0	-
	У 20253,0		У 146		У 20602,0

Гидравлический расчёт системы отопления

Производим гидравлический расчёт системы отопления при насосной циркуляции.

На плане дома показываем расположение отопительных приборов, стояков, подающих и обратных трубопроводов.

Система отопления двухтрубная с верхней разводкой подающей линии.

Источник отопления - отопительный электрокотел ЭПО-24 УХЛ4 ХХХХ.681936.001 ТУ, расположенный в подвале дома в кладовой (15) с устройством дымовой трубы внутри дома по оси «2». Параллельно котлу устанавливается котел на твердом топливе (КЧМ-5).

На схеме показываем систему отопления с расстояниями и разбивкой на циркуляционные кольца. Уклоны графически не показаны, а обозначены стрелками, направленными в соответствующую сторону.

Принято, что центр нагрева воды в котле на 150 мм выше колосниковой решетки, а, центр охлаждения в отопительных приборах - посередине прибора.

Расчетный перепад температур в системе: Дt_С = 90° - 70 °С. Расчет трубопроводов начинаем с наиболее неблагоприятного циркуляционного стояка, т.е. через отопительный прибор прихожей (6) с нагрузкой 555,0 Вт.

Суммарная тепловая мощность кольца 10354,.0 Вт.

Длина главного циркуляционного кольца L составляет 58,0 м.

Средняя потеря давления на трение R, на 1 пог. м трубопровода Rсp = 1,3 кгс/м ² (9,8.. .29,4 Па).

Количество воды, циркулирующей по системе отопления, определяется по формуле:

Например, тепловую нагрузку и длину L каждого участка вносим в графы 1, 2 и 5 таблицы 4.

Определяем расход воды в каждом участке по формуле и вносим в графу 3.

кг/час

По таблице 46.1 3, исходя из величины Rсp = 10 Па и расхода воды определяем диаметры скорости и действительные значения R; и заносим полученные значения для каждого участка в графы 4, 7, 8.

Линейную потерю давления вычисляем умножением R; (графа 7) на L (графа 5) и заносим результаты в графу 8.

Сумму коэффициентов местных сопротивлений Уо для каждого участка находим по табл. 46.12-46.20 [6] и вносим ее в графу 9. Для смежных участков местное сопротивление тройника относится к участку с меньшей тепловой нагрузкой (с учетной схемы распределения потоков воды).

Местную потерю давления определяем по табл. 46.3 [6] в зависимости от величины Уо и скорости v и заносим в графу 10.

Определяем сумму линейной и местной потери давления в каждом участке по формуле:

ДР = RL + Z,

и заносим в графу 11.

Находим добавочное давление на остывание воды в трубопроводах:

ДР _е = в * h ₁ * (t ₂ - t ₀),

где в - среднее увеличение объёма массы воды при уменьшении температуры воды на 1 ⁰С, принимаем в = 0,64 кг/(м ³ * с);

h ₁ - вертикальное расстояние между условным центром охлаждения в последнем отопительном приборе и в котле - источнике нагрева.

ДР _е = 0,64 * 2,8 * (90 - 70 ) = 35,8 Па.

Согласно [5] для преодоления сопротивлений трубопроводов, неучтённых расчётом, следует предусматривать запас до 10 %. Поэтому необходимое давление, развиваемое насосом для расчётного циркуляционного кольца:

Н _Н = 1,1 * (6663,8 - 35,8) = 7290,8 Па (0,73 м вод. ст.)

Технические характеристики котлов

Котел КЧМ-5 «Р».

Количество секций - 3 шт, мощность - 27 кВт, отапливаемая площадь - до 270 м², масса - 250 кг, дымовая труба сечением - не менее 156 см², разряжение за котлом - 10-25 Па, КПД - 81%, емкость котла -33 л.

Предназначен для работы на твердом топливе (каменный уголь, брикеты твердого топлива, дрова). Особенностью котла является применение водоохлаждаемой колосниковой решетки, которая не позволяет спекаться твердым фракциям, обеспечивая длительное и эффективное горение топлива не менее 8 часов после полной загрузки. Котел может быть переоборудован для работы на газообразном и жидком топливе.

Электрокотел ЭПО-24 УХЛ4

Мощность котла - 24 кВт, трехступенчатое регулирование, мощность одной ступени - 8 кВт, отапливаемая площадь - до 240 м², диапазон регулируемых температур теплоносителя в приборе - 30-85°С, температура срабатывания теплового реле - 87-92 °С, масса котла - 15 кг, питающее напряжение - 380 В. Котел комплектуется пультом управления.

Котел предназначен для отопления жилых, бытовых и производственных помещений. Прибор может применяться совместно с другими видами отопления при температуре окружающего воздуха от +35 до 1°С и относительной влажности воздуха до 80 % при 25 °С. На рисунке 3.1, 3.2 предоставлены технические характеристики циркуляционного насоса

Рисунок 3.1 Технические характеристики циркуляционного насоса Wilo-Star-RS

Подбор циркуляционного насоса и расширительного бака системы отопления

Выбор насоса выполняем по необходимому давлению, развиваемому насосом:

Н_н= 7290,8 Па

и количеству воды, циркулирующей в системе:

G= ,

G= = 886 кг/час.

Вышеуказанным параметрам соответствует насос Wilo- Star- RS 25/4 (Германия).

Подбор расширительного бака системы отопления.

Полезный объем расширительного бака W_п, л, измеряемый между уровнями контрольного и переливного штуцеров, определяется по формуле

W_п = А * Q * ?V,

где А - коэффициент, зависящий от расчетной температуры горячей воды в системе отопления А = 22 (90 °С);

Q - тепловая мощность системы отопления, Q = 0,02 МВт;

?V - суммарный удельный объем воды в элементах отоплия:

УV = 12,6 + 3,0 + 8,2 = 23,8 л

W _П = 22 * 0,02 * 23,8 = 10,5 л

Расчет горячего водоснабжения

Определяем расход теплоты на горячее водоснабжение.

Q _г.^р_в. = 1,16*щ,

где Q- расход теплоты на горячее теплоснабжение (среднечасовой) за период со среднесуточной температурой наружного воздуха 8°С, Вт;

1,16 - произведение теплоэнергетического эквивалента;

m - количество потребителей горячей воды;

б _cут - норма расхода горячей воды на одного потребителя, л,

р - плотность воды, равная 1 кг/л;

t _г^н - средняя температура горячей воды, по которой устанавливают нормы потребления, равная 55 °С;

tх - температура холодной воды, равная 7°С;

щ - коэффициент, учитывающий снижение среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение в летний период по отношению к отопительному (при отсутствии точных данных принимается равным 0,8);

Т - период потребления горячей воды в течение суток, ч (для жилых домов равен 24 ч).

Для горячего водоснабжения жилого дома используются накопительные водонагреватели "ТНЕКМЕХ" итальянской фирмы "Lorenzi Vasco s.p.a.".

Так как водонагреватель нагревает воду до температуры 80°С, а температура горячей воды должна быть 55 °С, определяем массу воды для нагрева.

Q_т..в = с_в* m _т.в.(Т_т..в.-Т_х.в.),

где Qт.в. - расход теплоты при температуре Тт.в. = 55 °С, Вт.

Q_{г .в} = с_в* m _г.в.(Т_г..в.-Т_х.в.),

где Qг.в. - расход теплоты при температуре Тг.в. = 80°С, Вт.

Определяем массу воды на горячее водоснабжение

m _г.в.=,

m _г.в == 237 л.

Выбираем вертикальный водонагреватель РР 200-2,4 с объемом бака 200 литров и мощностью 2,4 кВт, напряжение 220В, вес 70 кг, габаритные размеры 1215х565х565.

Электронагреватели "ТНЕКМЕХ" разработаны и изготовлены в строгом соответствии с международными стандартами ЕН 60.335-2-21, гарантирующими надежность и безопасность эксплуатации. Все модели прошли обязательную сертификацию Госстандарта России и полностью соответствуют требованиям ГОСТ 27570.18-92, ГОСТ 23511-79, ГОСТ Р 50033-92.

Электроводонагреватель предназначен для обеспечения горячей водой бытовых и промышленных объектов, имеющих водопровод холодной воды с давлением не менее 0,5 атм., и не более 6 атм.

Высокая коррозионная стойкость, недеформируемый бак, теплоизоляция из экологического полиуретана, стойкая внешняя окраска, все это является гарантией эффективной работы. Бак защищен фарфором, обожжённом при температуре 850°С. Его структура способна противостоять коррозийным деформирующим веществам. Это внутреннее покрытие предотвращает окисление и коррозию, которые являются основной причиной износа и разрушения водонагревателей. Трубки, по которым поступает холодная вода и выпускается горячая вода, сделаны из нержавеющей стали для предупреждения коррозии и образования накипи, которые могли бы привести к уменьшению выходного потока воды. Магниевый анод предотвращает электролитическую реакцию, защищая, таким образом, внутреннюю поверхность.

Встроенная трехступенчатая система безопасности включает в себя:

терморегулятор для поддержания заданной температуры; устройство аварийного отключения;

предохранительный клапан. Терморегулятор и управляющий клапан обеспечивают защиту электроводонагревателя при его разогреве до 85°С и предотвращают закипание воды. Предохранительный клапан предотвращает самопроизвольный слив воды из электроводонагревателя (ЭВН) при отключении холодной воды и защищает ЭВН при повышении давления в водопроводе выше допустимого 6 атм. путем сброса избытка воды через дренажное отверстие клапана.

Контрольная лампа на защитной крышке индицирует режим работы электроводонагревателя: светится при нагревании воды, и гаснет при достижении установленной на термостате температуры нагрева воды.

Автоматический режим работы водонагревателя освобождает от необходимости постоянного контроля. Легкость обслуживания обеспечивается применением фланца, на котором смонтирован весь электронный блок (нагревательный элемент, термостат и анод).

В процессе эксплуатации электроводонагревателя необходимо не реже одного раза в шесть месяцев производить замену магниевого анода. Запасные аноды приобретаются отдельно.

В процессе эксплуатации на стенках внутреннего бака и элементах, установленных на опорном фланце, может образоваться накипь, интенсивность зависит от чистоты химического состава воды. Для продления срока службы ЭВН необходимо одновременно с заменой магниевого анода проверять состояние внутренних элементов и проводить их очистку.

При соблюдении правил установки, эксплуатации и технического обслуживания ЭВН и соответствии качества используемой воды, срок службы составит 10 лет.

Использование современных инженерных технологий позволяет обеспечивать удобное и комфортное проживание в индивидуальных домах и коттеджах.

Расчёт освещения. Выбор источника света

Выбор того или иного источника света определяется их следующими

основными свойствами: электрическими (напряжением, мощностью, силой тока). Функциональными: (световым потоком, силой света, цветовой температурой, спектральным составом), конструктивными (диаметров колбы, полной длиной лампы), надежностью (средней продолжительностью горения), экономичностью (световой отдачей, стабильностью светового потока).

Одним из наиболее эффективных способов уменьшения установленной мощности и снижение затрат на освещение является использование экономичных источников света с наибольшей световой отдачей [1]. Если в конкретных случаях при выборе типа лампы не приходится учитывать ограничений, связанных с необходимостью обеспечения правильной цветопередачи, тонкого цветоразличения, устранения радиопомех и т.п., то основным критерием выбора ламп является минимализация установленной мощности освещения и годовых затрат.

Проведенные исследования показывают, что расход электроэнергии при замене ламп накаливания на люминесцентные сокращается на 55 %, а лампы накаливания на компактные люминесцентные лампы - на 80 %.

Лампы накаливания нашли широкое применение, что объясняется производством ламп в широком диапазоне напряжений и мощностей при высокой технологичности на стадии изготовления, низкой себестоимостью, малыми затратами на оборудование системы освещения за счет непосредственного подключения ламп к электрической сети. Стабильными показателями качества в течение срока службы, удобством в обращении и обслуживании, высокими гигиеническими свойствами, по сравнению с люминесцентными лампами, благодаря отсутствию шума от пускорегулирующей аппаратуры и невозможности загрязнения парами ртути атмосферы помещений при разрушении колбы лампы.

Лампы накаливания в зависимости от назначения подразделяют на лампы общего назначения и специальные.

В связи с отличием напряжения в осветительных сетях от номинального введено 5 интервалов напряжения: 125-135, 215-225, 220-230, 230-240, 235-245. Средняя продолжительность горения лампы при расчетном напряжении должна быть не менее 1000 часов.

Наряду с достоинствами лампы накаливания имеют ряд недостатков:

низкая световая отдача составляющая 10-20 лм./Вт при продолжительности горения 1000 часов. Низкая цветовая отдача объясняется тем, что 70-76% мощности излучения вольфрамового тела накала при его рабочих температурах лежит в ближней инфракрасной области спектра, в то время как на видимую частъ приходится 7-13%.

Относительно невысокие температуры тела накала (2400-2600К и цветовой температуре 2500-2700 К) приводит к тому, что в излучении лампы накаливания преобладают оранжево-красные цвета. Поэтому при освещении ими цветных объектов усиливаются «теплые» цветовые тона и ослабляются «холодные», что не позволяет обеспечить такую же цветопередачу, какую дает естественный дневной свет и ряд типов разрядных ламп. [9].

В последнее время широкое распространение за рубежом получили компактные люминесцентные лампы. Компактные люминесцентные лампы вырабатывают свет по такому же принципу» как и обычные люминесцентные лампы, только на площади, во много раз меньше: электрическое поле между электродами заставляет пары ртути выделять невидимое ультрафиолетовое излучение. Нанесенный на внутренние стенки стекла люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Подбирая сорт люминофора, можно изменять цветность света лампы.

Очень приятный свет обеспечивается лампами OSRAM DULUX®

ELLONGLIFE с помощью встроенного электронного ПРА, а работающими в высокочастотном режиме лампами OSRAM DULUX® Т/Е, D/E и S/E с помощью ЭПРА QUICKTRONIC®.

По сравнению с обычными ПРА электронный аппарат дает примерно 20%-ную экономию электроэнергии, которая является результатом двух эффектов:

почти 50%-ным снижением потерь мощности в электронном ПРА;

повышением световой отдачи ламп при питании их током высокой частоты.

Применение электронных ПРА в КЛЛ дает не только экономические, но и светотехнические преимущества, которые значительно улучшают зрительный комфорт, глаз человека не воспринимает приэлектродные пульсации яркости у люминесцентных ламп и пульсации светового потока (освещенности). Поэтому зрительное утомление значительно снижается, освещение воспринимается приятным и спокойным. Беспрепятственное зажигание для КЛЛ фирмы OSRAM DULUX EL LONGLIFE обеспечивается в диапазоне напряжений сети от 207 до 244В при температурах от - 30°С до + 50 °С (для ламп мощностью 5 Вт от + 5 °С, для 23 Вт от - 20°С). В отличие от люминесцентных ламп с электромагнитными ПРА и стартерами КЛЛ OSRAM DULUX EL LONGLIFE зажигаются без «миганий» в течение 0,5 с. Это время требуется для достаточного прогрева спиралей электродов, однако при низких окружающих температурах оно может увеличиваться до 2 с. На рисунке 4.1, 4.2 предоставлены технические характеристики ламп OSRAM DULUX® EL LONGLIFE, OSRAM DULUX® EL CLASSIC.



Рис.

Потребление тока этими лампами во время зажигания не больше, чем при обычной работе. Хотя в момент зажигания через эти лампы, как и через лампы накаливания, происходит повышенный ток (макс. 30 А), этот процесс длиться всего лишь в течение 170 мкс и счетчиком электроэнергии не фиксируется.

В первый момент (через 0,5 с после включения) световой поток ламп достигает 40% от номинала. При комнатной температуре КЛЛ полностью разгорается через 2 мин. (световой поток достигает максимума).

За счет схемного решения ПРА, гарантирующего при соответствующем выборе элементов достаточный прогрев электродов, частые включения и выключения КЛЛ OSRAM DULUX EL LONGLIFE на их срок службы не сказывается.

В данном дипломном проекте предложено два расчета системы освещения: с лампами накаливания и с компактными люминесцентными лампами.

Выбор светильников

В жилых помещениях наиболее широко используют систему комбинированного освещения. Систему общего освещения применяют для малых помещений с кратковременным пребыванием в них людей (коридоры, кладовые и т.п.).

Систематизация технических параметров для жилых помещений весьма затруднена из-за того, что они должны отвечать, прежде всего, функциональным требованиям и рассматриваться, с одной стороны, как элемент организации пространства интерьера в целом или его отдельных функциональных зон, а с другой - как элемент, отвечающий требованиям эргономики, гигиеничности, безопасности, а также технологичности и экономичности.

Для обеспечения зрительного комфорта при использовании светового прибора местного и комбинированного освещения защитные углы и зоны ограничения яркости должны соответствовать значениям, указанным в табл. 5.30 [9]. Защитный угол в нижней полусфере подвесных и потолочных световых приборов общего освещения жилых помещений должен быть не менее 30 °.

Светильники для жилых помещений должны иметь климатическое исполнение и категорию размещения УХЛ4, степень защиты не менее IP20, а для ванной - IP23. Средний срок службы не менее 5 лет.

Расчет электрического освещения. Общие указания по светотехническим расчётам

Обычной задачей светотехнического расчёта является определение мощности ламп при выбранной освещённости и типе светильников при намеченном расположении светильников или числа и расположения с лампами известной мощности [7]

Выбор метода расчёта

Выбираем метод коэффициента использования светового потока, потому что расчёт ведётся на среднюю освещённость. Он принимается для расчёта общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов вспомогательно-бытовых и административно-конторских помещений, для расчёта общего равномерного освещения производственных помещений светильниками, не относящимися к классу прямого света.

Расчёт электрического освещения методом коэффициента использования светового потока

И Расчёт приводим для общей комнаты (S = 30,02 м ²).

Определяем индекс помещения по формуле:

i = ,

где S - площадь помещения, м ²;

А и В - стороны помещения, м;

h _Р - расчётная высота, т. е. Высота установки светильников над освещаемой поверхностью, м.

h _Р = h _П - h _РП,

где h _П - высота светильника над полом, м;

h _РП - высота рабочей поверхности над полом, м, [8], h _РП = 0,8 м.

h _П = Н - h _С,

где Н - высота помещения, м;

h _С - расстояние светильника от перекрытия (свес), м.

h _П = 2,7 - 0,3 = 2,4 м

h _Р = 2,4 - 0,8 = 1,6 м

i =

Определяем коэффициент использования светового потока светильника с типовой КСС и условным КПД = 100%, кривой света тип Д-1 и коэффициентов отражения потолка (р _П), стен (р _С) и рабочих поверхностей (р _Р) помещения.

р _П = 70% - побеленный потолок;

р _С = 50% - побеленные стены при незашторенных окнах;

р _Р = 30%

Определяем коэффициент использования светильника

з = з _100% * КПД,

где з - коэффициент использования светильника;

з _100% - коэффициент использования светильника c КПД = 100% [7];

КПД - реальный КПД выбранного светильника.

З =0,75 * 0,85 = 0,64

Определяем световой поток лампы:

F _расч = ,

где F _расч - световой поток лампы (или нескольких ламп) в светильнике;

Е - нормируемая освещённость, лк [8];

k - коэффициент запаса [9];

S - освещаемая площадь, м ²;

z - отношение Е _СР / Е _МИН [9];

N - число светильников, намечается до расчёта и уточняется по их результатам;

з - коэффициент использования светового потока светильников в долях единицы.

Расчёт приводим для двух видов источников света: 1) компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), 2) лампы накаливания

1) КЛЛ:

F _расч = лм.

Выбираем лампу DULUX EL LL 23 W/41-827 E 27. Мощность лампы

Р = 23 Вт, световой поток F _Л = 1500 лм.

Определяем количество ламп в светильнике:

n = ,

n = = 4,3

Принимаем 3 лампы и дополнительно выбираем 3 лампы DULUX EL LL 15 W/41-827 E 27. Мощность лампы Р = 15 Вт, световой поток F _Л = 900 лм.

Проводим проверку расчётов:

г = ,

где г - коэффициент нормативности светового потока, г = -10…+ 20%.

г = ,

что соответствует нормативу.

2) Лампы накаливании

F _расч = лм.

Выбираем лампу марки Б 220 - 230 - 100. Расчётное напряжение U = 225 В, мощность Р = 100 Вт, световой поток F = 1300 лм.

n = = 5 шт.

Принимаем 2 светильника: в одном - 3 лампы, во втором - 2 лампы.

г = ;

что соответствует норме.

Остальные данные расчёта сводим в таблицы 4.1, 4.2, 4.3.

Расчёт наружного освещения

Расчёт наружного освещения проводим по средней освещенности. Для данного расчёта Е_СР = 5 лк . Участок дома освещаем светильниками РКУ 01-125-008-У1 с лампой ДРИ мощностью 125 Вт и световым потоком 8500 лм, установленные на столбах высотой 8 м, расположенных по периметру участка с размерами 31,95?31,25 м. Расстояние между опорами 31,95 м. Ширина освещаемой площади 15,625 м.

1) Определяем коэффициент использования:

U_C = U₁ - U₂

где U_C - распределение светильников вне освещаемой площади;

U₁ ,U₂ - коэффициенты использования светового потока по освещаемости и по яркости для i-го ряда светильников.

U₁ =

где b₁ - ширина освещаемой площади, м;

h - высота столба, м.

U₁ = = 1,95

По таблице 9.6 [9] принимаем U₁ = 0,43.

U₂ отсутствует, так как светильники расположены на участке.

2) Определяем освещённость участка

Е_СР.УЧ. = ,

где Ф_Л - световой поток лампы, лм.;

Ue - коэффициент использования светового потока;

D - шаг светильников, м;

b - ширина освещаемой площади, м;

k₃ - коэффициент запаса для светильников с разрядными лампами, k₃ = 1,5.

Е_СР.УЧ. = лк.

Пищеприготовление

Электроводонагревательные устройства используются в быту для приготовления пищи. Это один из наиболее мощных потребителей электроэнергии в жилом доме. К нему прокладывается отдельная линия с установкой розетки с заземляющим контактом на ток 25 А.

Длительность разогрева пищи в значительной мере зависит от плотности прилегания дна нагреваемой посуды к поверхности конфорки, поэтому следует использовать посуду с гладким, слегка вогнутым дном диаметром не меньше конфорки.

В настоящем дипломном проекте для приготовления пищи принимается к установке плита марки ЗВИ-411 ГОСТ 14919-83 и ТУ 6810-003-5758026-94 по соответствию энергетической и тепловой эффективности.

По типу защиты от поражения электрическим током электроплита относится к прибору 1 класса по ГОСТ 27570.0-87.

По степени защиты от пожара относится к типу «X» по ГОСТ 27570.14-88.

По условиям эксплуатации электроплита рассматривается как электроприбор, работающий под надзором.

Технические данные:

Номинальная мощность - 8 кВт

Номинальное напряжение - 220±10% В

Номинальный ток - 36,4 А

Частота переменного тока - 50 Гц

Количество конфорок - 4 шт.

Мощность конфорок - 1; 1,5; 1,5; 2,0

Жарочный шкаф верхний ТЭН - 1,8 кВт гриль

верхний ТЭН - 0,8 кВт

нижний ТЭН -1,2 кВт

Максимальная мощность жарочного шкафа при одновременном включении 2 кВт. Электрическая плита должна эксплуатироваться в закрытых отапливаемых помещениях с температурой окружающего воздуха от +1°С до + 40 °С.

Расчет силового оборудования

Источником питания жилого дома является трансформаторная подстанция мощностью S=250 кВ-А. Причем она будет являться источником электроснабжения для осветительной и силовой электроустановок. Защиту осветительных и отопительных потребителей осуществляем автоматическими выключателями, а на линиях ванной комнаты и электроплиты устанавливаем УЗО, при условии, что сеть защищается от перегрузок и коротких замыканий.

Выбор аппаратуры защиты

Выбор пускозащитной аппаратуры рассмотрим на примере группы (левая половина дома).

Определяем расчетную мощность группы:

Рраб.гр.1 ⁼ Р_ОСВ ⁺ Р_Р,

где Росв - суммарная мощность установленных светильников, кВт;

Рр - расчетная нагрузка линии питающей розетки, кВт

Рр = Кс-Ру.р * n ,

где Кc - расчетный коэффициент спроса;

Ру.р. - установленная мощность розетки, кВт, Ру.р. =0,1 кВт;

n - количество розеток. В данном расчете нагрузка только осветительная, поэтому

Роcв = ?Р_{л i} * Кc,

где ?Р _Лi - мощность i-го светильника, кВт.

Росв = 0,6 * (2-0,1+3-0,075+3-0,04+1-0,6+2-0,075+1-0,1)=0,51 Вт

Определяем расчетный ток группы по формуле:

I=,

где Р - активная мощность нагрузки, кВт, принимаем Ргр1

U _н - номинальное напряжение сети, кВ;

соs ц - коэффициент мощности нагрузки.

Аппаратура защиты выбирается по условиям:

1) U _Н.A ? U_C,

где - U _Н.A , U_C номинальные напряжения автомата и сети,

2) I _Н..А. ? I _РАБ

где I _Н..А. , I _РАБ - номинальный ток автомата и рабочий ток электроприемника, А.

3) Iт.р. ? Iраб

где 1т.р. - ток электромагнитного расцепителя, А.

4) I _М ? к * I _max

где Iэм - ток электромагнитного расцепителя автомата. А;

k - коэффициент надежности, учитывающий разброс по току срабатывания расцепителя;

I mах - кратковременный максимальный ток, А.

Так как у ламп накаливания пусковой ток небольшой, поэтому ток максимальный равен току рабочему.

Для защиты группы освещения (левая половина) выбираем однополюсный выключатель серии 5SХ2 106-6 фирмы SIЕМЕNS с Iном = 6А, U _ном = 230В и проверяем по условиям 1), 2), 3), 4).

Для данной группы автоматов Iт.р. = 1,13 * Iном; Iэм = 3 * Iном. Аналогично производим выбор автоматических выключателей для других осветительных групп и данные выбора сводим в таблицу6.1.

Выбор автоматического выключателя для электрокотла ЭПО-24:

I=

где I - рабочий ток, А;

U _Л - напряжение в линии, В.

По [18] применяем поправочный коэффициент к = 0,85, так как в одном ряду стоит более семи выключателей. Выбираем автоматический выключатель 5SХ2 650-6 с Iном = 50А. Номинальный ток автомата с учетом коэффициента 0,85 равен 42,5 А. Выбор аппарата защиты производим аналогично по условиям 1), 2), 3), 4).