Проектирование системы водяного отопления жилого пятиэтажного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На сегодняшний день невозможно представить себе жильё, не оборудованное системой отопления. Система отопления является ответственным звеном в цепи построения современного дома, поскольку грамотно установленное отопление прослужит не один десяток лет, обеспечивая комфортный температурный режим помещения.

Система отопления это - взаимосвязанная совокупность устройств и элементов, предназначенная для нагрева воздуха в помещении до установленной температуры и поддержания её в заданных пределах в течение необходимого времени. Сама современная система отопления является целым комплексом отопительного оборудования и конструктивных элементов, использующихся для получения, переноса и сохранения тепла заданной температуры в отапливаемом помещении. Сегодня разработано множество современного оборудования, которое позволяет максимально эффективно, качественно, а главное долговечно обеспечивать здания и сооружения комфортным микроклиматом.

Цель выпускной квалификационной работы выполнить проектирование системы отопления пятиэтажного жилого здания в поселке Вохтога Грязовецкого района Вологодской области.

отопление проектирование здание



1.Исходные данные

1.1 Структурная характеристика объекта проектирования

Район проектирования: поселок Вохтога Грязовецкого района Вологодской области

Объект: жилое пятиэтажное здание.

Количество этажей: Пять.

Высота типового этажа: 3,0 метра.

Подвальное помещение: неотапливаемое со световыми проемами в стенах.

Тип системы отопления: однотрубная вертикальная система отопления с нижней разводкой подающей магистрали; автоматизированная система индивидуального теплового пункта; радиаторы биметаллические.

1.2 Расчетные параметры воздуха

отопление проектирование здание

Для расчета системы отопления жилого здания в поселке Вохтога необходимо знать следующие параметры наружного и внутреннего воздуха, которые принимаются по СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» с обеспеченностью воздуха 0,92.

Наружные параметры воздуха:

1. Температура наиболее холодной пятидневки за отопительный период textсоставит - 32 єС.

2. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tht составит - 4,1 єС.

3. Продолжительность отопительного периода zhtсоставит 231 сут.

Внутренние параметры воздуха:

Температура внутреннего воздуха tint для жилого здания принимается в зависимости от климатических районов для проектирования отопления. В районах с температурой наиболее холодной пятидневки -32°Стемпература внутреннего воздуха tint принимается:

1) жилых комнатах 20°С,

2) в санузлах 25°С,

3) на лестничных клетках 16°С,

4) в угловых помещениях дополнительно добавляется +2°С.



2.Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций

Для определения тепловой мощности системы отопления необходимо произвести расчет общих теплопотерь здания. Теплотехнический расчет заключается в определении минимальной толщины ограждающей конструкции, при котором тепловая мощность системы отопления будет энергоэффективной.

Приведенное сопротивление теплопередаче R0, (м2*°C)/Bт, ограждающих конструкций следует принимать не менее нормируемых значений Rreq, м2*°С/Вт, в зависимости от градусо-суток района строительства Dd, °С*сут.

Сопротивление теплопередаче Rо, м2·°С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле:

R₀=

где б_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/ (м2·°С) (принимаемый по табл. 2.1 [4]);

б_н - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/ (м2·°С), (принимаемый по табл. 2.1 [6]);

д - толщина слоя, м;

л - коэффициент теплопроводности слоя, Вт/(м * єC).

1.1 Расчет сопротивления теплопередаче наружной стены

Конструкция наружной стены приведена на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1. Конструкция наружной стены

Наружная стена здания состоит из 4 слоев:

1 - Кирпичная кладка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе (250х120х60) д= 0,120 м, л= 0,56 Вт/(м·°С);

2 - Утеплитель из пенополистирола с=100 кг/м³, д= x м, л=0,05 Вт/(м·°С);

3 - Кирпичная кладка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе (250х120х60) д = 0,120 м, л = 0,56 Вт/(м·°С);

4 - Цементно-песчаная штукатурка д = 0,02 м; л = 0,58 Вт/(м·°С).

Рассчитываем градусо-сутки отопительного периода (Dd) по формуле:

где tint -- расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

tht, zht -- средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода [1]



Нормируемое сопротивление теплопередаче Rreq, м²·°С/Вт определяется по формуле:

где Dd -- градусо-сутки отопительного периода, °С·сут;

a, b -- коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы 4 [1] для соответствующих групп зданий.

R_req=0,0003·6030+1,4 = 4,3м²·°С/Вт

Сопротивление для однослойной или многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле (2.4):

где r - коэффициент теплотехнической однородности [таблица 6, 3];

R_si - сопротивление теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;

R_к - термическое сопротивление ограждающей конструкции, с последовательно расположенными однородными слоями;

R_sе- сопротивление теплоотдачи наружной поверхности стены.



где R₁, R₂, R_n, R_al - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²*^оС /Вт.

где б_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода,б_ext=23 Вт/м²*^оС.

Термическое сопротивление каждого из однородных слоев рассчитывает по формуле:

Принимаем в качестве расчётного значения толщину утеплителя пенополистирола, тогда используя формулы (2.8) и (2.6) термическое сопротивление наружной стены(R_k) будет равно:

R_k= 0,12/0,56 + 0,20/0,05 + 0,12/0,56+0,02/0,58 = 4,26.

Используя формулу (2.4) вычисляем действительное значение сопротивления теплопередаче для наружной стены:



Так как4,42 м²·^оС/Вт >4,3 м²·^оС/Вт, то значения коэффициента теплопередачи определяем по формуле:

2.1 Расчет сопротивления теплопередаче чердачного покрытия

Конструкция чердачного покрытия приведена на рисунке 2.2.

Рис.2.2. Конструкция чердачного покрытия.

Покрытие чердака состоит из 6 слоев:

1- Железобетонная плита, д = 0,18 м; л = 1,69 Вт/(м·°С);

2- Гидроизоляция, д = 0,002 м; л=0,04 Вт/(м·°С);

3 - Пароизоляция, д = 0,002 м; л= 0,038 Вт/(м·°С);

4 - Теплоизоляция, д = х м; л = 0,05 Вт/(м·°С);

5 - Битумная мастика, д = 0,25 м; л=0,27 Вт/(м·°С);

6 - Изопласт, д = 0,04 м; л=0,03 Вт/(м·°С).

Вычислим по формуле (2.2) численное значение сопротивления теплопередаче R_req:



Rreq=0,00045·6030+1,9 = 5,6 м²·°С/Вт

Принимаем в качестве расчётного значения толщину утеплителя пенополистирола, тогда используя формулы (2.8) и (2.6) термическое сопротивление наружной стены(R_k) будет равно:

R_k = 0,18/1,69 + 0,002/0,04+0,002/0,038 + 0,26/0,05 + 0,025/0,27 + 0,004/0,03= 5,64.

Используя формулу (2.4) вычисляем действительное значение сопротивления теплопередаче для наружной стены:

Так как5,8 м²·^оС/Вт > 5,6 м²·^оС/Вт, то значения коэффициента теплопередачи определяем по формуле (2.9):

2.2 Расчет сопротивления теплопередаче конструкции пола

Требуется рассчитать сопротивление теплопередачи конструкции пола над подвалом здания.

Конструкция перекрытия приведена на рисунке 2.3.



Рисунок 2.3 Конструкция перекрытия

Конструкция состоит из 7 слоев:

1 -Дуб вдоль волоконд = 0,035 м; л=0,23 Вт/(м·°С);

2 -Цементная стяжка, д = 0,01 м; л= 1,92 Вт/(м·°С);

3 - Гидроизоляция, с=1400кг/м³, д = 0,002 м; л =0,04 Вт/(м·°С

4 - Цементно - шлаковый раствор , д = 0,02 м; л = 0,41 Вт/(м·°С);

5 - Пароизоляция, д = 0,003 м; л = 0,38 Вт/(м·°С);

6 - Теплоизоляция, д = х м; л = 0,05 Вт/(м·°С);

7 - Железобетонная плита, д = 0,22 м; л = 1,69 Вт/(м·°С);

Вычислим по формуле (2.2) численное значение сопротивления теплопередаче R_req:

Rreq=0,00045·6030+1,9 = 5,6 м²·°С/Вт

Принимаем в качестве расчётного значения толщину утеплителя пенополистирола, тогда используя формулы (2.8) и (2.6) термическое сопротивление наружной стены(R_k) будет равно:

R_k = 0,22/1,69+0,26/0,05+0,003/0,38+0,02/0,41+0,002/0,04+0,01/1,92+ 0,035/0,23= 5,59.



Используя формулу (2.4) вычисляем действительное значение сопротивления теплопередаче для наружной стены:

Так как5,75 м²·^оС/Вт > 5,6 м²·^оС/Вт, то значения коэффициента теплопередачи определяем по формуле (2.9):



3.Тепловая мощность системы отопления

Основная задача системы отопления - компенсировать теплопотери здания, путем обеспечения требуемой температуры воздуха в помещении. Теплопотери в общем виде слагаются из теплопотерь через ограждающие конструкции Qосн, Вт, теплозатрат на нагревание инфильтрующегося воздуха, поступающего через окна и неплотности наружных ограждений, Qинф, Вт, а так же бытовые тепловыделения, Qбыт, Вт.

3.1 Теплопотери через ограждающие конструкции помещений

Основные и добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции помещений определяются по формуле:

Qосн=F/Rо(tint - text)(1+)n, Вт,

где F - расчетная площадь ограждающей конструкции, м_--²;

R₀ - сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции, м²·°С/Вт;

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;

- коэффициент, учитывающий добавочные потери теплоты в долях от основных потерь.

Если в наружной стене имеются окна, балконные двери или входная дверь, то при определении площади наружной стены необходимо вычесть суммарную площадь световых проемов и дверей. Линейные размеры ограждений следует определять с точностью до 0,1м. Площадь ограждений определяется с точностью до 0,1 м2.

Добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции помещений принимаются в долях от основных потерь:

- в помещениях любого назначения для наружных вертикальных и наклонных стен, дверей и окон, обращенных на север, восток, северо-восток и северо-запад - в размере 0,1; на юго-восток и запад - 0,05; в угловых помещениях дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток., северо-восток и северо-запад и 0,1 - в других случаях;

3.2 Расходы теплоты на инфильтрацию

Инфильтрация воздуха - поступление в помещение наружного воздуха через неплотности наружных ограждений, окна, естественную вентиляцию обеспечивающее естественный воздухообмен в помещении.

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через неплотности наружных ограждений, окна следует определять по формуле:

Qинф1 = 0,28G c (text-tint)k, Вт

где G - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения (через окна не более 6 кг/(м²ч));

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг^оС);

text, tint - расчетные температуры воздуха, ^оС, соответственно в помещении и наружного воздуха в холодный период года;

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях.

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через естественную вентиляцию следует определять по формуле:



Qинф2 = Lp_внc (text-tint)Fпом, Вт

где L - нормативный воздухообмен отнесенный к 1м² пола комнат, 3 м³/(чм²), м³;

p_вн - плотность наружного приточного воздуха, кг/м³;

Fпом - площадь помещения, м².

После расчетов по формулам (3.2) и (3.3) для определения тепловой мощности системы отопления принимают большее из значений инфильтрации воздуха.

3.3 Бытовые теплопоступления

При расчёте тепловой мощности системы отопления необходимо учитывать регулярные бытовые теплопоступления в помещение от элек-трических приборов, освещения, технологического оборудования, комму- никаций и других источников. При этом значения бытовых тепловыделений, поступающих в комнаты и кухни жилых домов, следует принимать в количестве 10 Вт на 1 м² площади пола и определять по уравнению:

Qбыт = 10 F, Вт

Результаты расчета приведены в таблице П1.1.

3.4 Тепловой баланс

Составление теплового баланса здания заключается в сопоставлении теплопотерь и теплопоступлений в расчетном установившемся режиме (в период наиболее холодной пятидневки для конкретного района), когда возможен наибольший дефицит теплоты.

Тепловая мощность отопительной установки помещения для компенсации дефицита теплоты равна:

Q = Qосн + Qинф - Qбыт, Вт

Согласно расчетов таблицы П1.1 тепловая мощность отопительной установки составит - 189, 58 кВт.



4.Конструирование системы отопления

В жилом доме принимаем вертикальную однотрубную систему водяного отопления, с принудительной циркуляцией теплоносителя, тупиковую, с нижней разводкой подающей магистрали и П-образными стояками. Схема присоединения к тепловым сетям - независимая. Теплоносителем является подготовленная вода с параметрами температуры подающей и обратной магистрали - 95и 70°С соответственно. Материал труб - сталь.

Выбор системы был обусловлен следующими факторами: независимая схема подключения к теплосетям имеет целый ряд преимуществ, таких, как возможность более гибкой регулировки температуры путем поддержания необходимого давления, возможность очистки теплоносителя внутреннего контура и как следствие продления срока службы оборудования и трубопроводов здания, улучшение качества воды в контуре ГВС, получение эффекта энергосбережения от 10 до 40%, а так же система будет обладать большей надежностью по сравнению с зависимой схемой.

При этом, стоить отметить, что недостаток высоких затрат на приобретение оборудования (теплообменники, циркуляционные насосы и т.д.) удалось частично компенсировать выбором однотрубной системы. Она получила широкое распространение по причине бесспорной экономии материала и высокой скорости монтажа.

В качестве отопительных приборов приняты биметаллические радиаторы Rifar Base с боковым подключением и воздушным клапаном для заполнения системы теплоносителем. У каждого стоякапредусмотрена запорно-регулирующая арматура, для регулировки гидравлического сопротивления участка, а так же проведения локальных ремонтных работ. На подводках к отопительным приборам применены терморегулируемые клапаны, позволяющие корректировать температуру отдельно в каждом помещении. На лестничной клетке установлен один радиатор на первом этаже, и на подводке к отопительному прибору регулирующая арматура не предусмотрена. Отопительные приборы размещены у наружной стены и под световым проемом в местах, доступных для осмотра, ремонта, очистки. Кронштейны крепятся под шейки радиаторов с расчетом: 1 кронштейн на 1м² поверхности нагрева радиатора, но не менее трех на радиатор. Трубы использованы стальные водогазопроводные ГОСТ 3262-75*. Трубопровод проложен с уклоном магистрали 0,003 мм в сторону теплового пункта для быстрого опорожнения системы. Трубопроводы в местах пересечения перекрытий, внутренних стен и перегородок проложены в гильзах из негорючих материалов с последующей заделкой цементным раствором. Заделка зазоров и отверстий в местах прокладки трубопроводов предусмотрена огнестойкой монтажной пеной.

Тепловой узел расположен в подвале здания, в наиболее удобном для монтажа и эксплуатации месте. Для обеспечения циркуляции теплоносителя предусмотрены два циркуляционных насоса Wilo с комплектом автоматики для защиты и ротации насоса. Так же в тепловом узле будет установлен теплообменник РИДАН и расширительный бак для компенсации изменения объема теплоносителя. Поскольку подвал здания, является неотапливаемым помещением, магистральные трубопроводы системы отопления требуется заизолировать каучуковой теплоизоляцией k-flex.



5.Гидравлический расчет системы отопления

Целью гидравлического расчета является определение диаметра трубопровода при заданной расчетной тепловой нагрузке и расчет циркуляционного давления системы отопления здания.

При независимой схеме, когда циркуляционное давле-ние создается собственным насосом системы, диаметр трубопроводов опреде-ляется максимально допустимой скоростью воды в трубах. На основании расчета теплопотерь, подбора и размещения нагревательных приборов и трубопроводов выполняют аксонометрическую схему системы отопления. На схеме наносят тепловые нагрузки на приборы, суммируемые по стоякам и отдельным кольцам сети трубопроводов. Далее разбивают трубопроводы на участки - отрезки трубопровода, в пределах которых расход теплоносителя и диаметр трубы остаются неизменными. Для определения располагаемого перепада давления теплоносителя p_p, кгс/м²определяютсуммарные потери давления на трение и местные сопротивления по наименее выгодному кольцу - самому протяженному и нагруженному.

Для определения самого нагруженного участка необходимо упростить схему, для этого рассчитывают потери давления на всех стояках системы отопления.

Предварительно вычисляют расход воды на каждом участке по формуле:

где Q_уч- тепловая нагрузка участка, Вт, равная сумме тепловых нагрузок

отопительных приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой;

b1 - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавли-ваемых отопительных приборов за счет округления их площади сверх расчет-ной величины;

b2 - поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные тепловые потери вследствие размещения отопительных приборов у наружных огражде-ний;

с_р - удельная массовая теплоемкость воды, равная 4190 Дж/(кг ^оС);

t1 и t2 - расчетные параметры теплоносителя в системе отопления, ^оС.

При независимой схеме подключения к теплосетям подбор диаметров трубопроводов определяется максимально допустимой скоростью в трубопроводах (до 1 м/с) и технико-экономическими показателями. Средние потери давления на трение составляют 200 Па/м.

Потери давления на трение и местные сопротивления на участке опреде-ляют раздельно по преобразованной формуле:

?p_уч = Rl_уч + Z, Па

где R - удельные потери давления на трение (на один погонный метр трубопровода), Па/м;

Z - потери давления на местные сопротивления, Па.

Подсчет коэффициентов местных сопротивлений.

По каждому расчетному участку трубопровода надо выбрать коэффициенты местных сопротивлений и подсчитать их сумму, требуемую для последующего расчета. Правильный выбор и подсчет суммы коэффициентов местных сопротивлений для определения потерь давления на расчетном участке оказывает существенное влияние на точность гидравлического расчета сети независимо от принятого метода.

Сумму коэффициентов местных сопротивлений подсчитывают для каждого расчетного участка трубопровода по количеству фасонных частей, арматуры и оборудования или по отдельным конструктивным узлам расчетной схемы сети (например, по этажестоякам, узлам присоединения стояков к разводящим магистралям систем водяного отопления и т.д.)

Потери давления в местных сопротивлениях, находящихся на границе двух смежных участков, относят к участку с меньшим расходом теплоносителя. При расположении на расчетном участке местных сопротивлений переменного сечения (приточный воздухосборник, грязевик, распределительная гребенка и т.п.) потери давления находят по большей скорости теплоносителя, т.е. по скорости в трубопроводе.

Ведомость коэффициентов местных сопротивлений приведена в таблице П1.3.

Результаты расчета потерь давления на стояках системы отопления приведены в таблице П1.2.1

Вся система отопления состоит из четырех циркуляционных колец.

Для каждого расчетного участка указывают порядковый номер, длину l, м, и тепловую нагрузку Q, Вт.

Нумерация участков начинают с основного циркуляционного кольца, оно является самым длинным (127,1м) и в то же время самым нагруженным (через стояк №13), остальные кольца нумеруются последовательно по степени нагруженности.

Далее аналогично расчету потерь давления на стояках рассчитывают потери давления на участках циркуляционных колец.

Суммарные потери давления в циркуляционном кольце системы при соединении n участков находятся по уравнению:

т. е. равны сумме потерь давления на участках, составляющих кольцо.

Результаты расчета потерь давления на основном и вспомогательных циркуляционных кольцах системы отопления приведены в таблице П1.2.

Суммарные потери давления в основном циркуляционном кольце системы отопления составили 26791 Па.

Для качественного регулирования теплоносителя в системе отопления производят увязку циркуляционных колец с помощью установки балансировочных клапанов. Задача балансировочных клапанов уровнять давление при параллельном соединении участков или циркуляционных колец.

Для подбора балансировочного клапана рассчитывают его пропускную способность по формуле:

где ?Р - перепад давления на клапане, бар.

По значению Kv выбирают балансировочный клапан так, чтобы степень открытия балансировочного клапана была больше 30%, обычно 50-60%.

Степень открытия балансировочного клапана определяется по формуле:

где K_vs - пропускная способность выбранного клапана, м³/ч.

В проекте использованы балансировочные клапана Danfoss msv-bd. Они установлены на обратных трубопроводах каждого стояка и разветвлениях циркуляционных колец.

Расчеты балансировочных клапанов и их преднастройки выполнены в таблице П1.4.



6.Расчет отопительных приборов

Для поддержания в отапливаемом помещении расчетной температуры воздуха необходимо, чтобы количество теплоты, отдаваемой отопительными приборами и трубопроводами, равнялось тепловым потерям помещения.

Расчет поверхности отопительных приборов производят после гидравлического расчета системы отопления с тем, чтобы учесть полезную теплоотдачу открыто проложенных трубопроводов, находящихся в помещении.

Требуемая поверхность нагрева приборов может быть определена по следующей формуле:

где Q_пр - расчетная тепловая нагрузка прибора, Вт;

k - коэффициент теплопередачи прибора , Вт/м2*^оС;

Дt_ср.пр - температурный напор, ^оС, равный:

, ^оС,

где t_вх и t_вых - температура воды на входе в прибор и на выходе из него, ^оС.

Расчетная тепловая нагрузка прибора определяется по формуле:

Q_пр= Q_пом- (_тр * Q_тр), Вт,

где Q_пом - расчетные теплопотери помещением, Вт;

_тр - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи трубопроводов в помещении, при открытой прокладке труб _тр=0,9;

Q_тр - теплоотдача проложенных в пределах помещения стояков и подводок.

Теплоотдачу от трубопроводов определяют по упрощенной формуле:

Q_тр=q_в*l_в+q_г*l_г,

где q_в и q_г- теплоотдача 1м вертикально и горизонтально проложенных труб;

l_в и l_г - длина вертикальных и горизонтальных трубопроводов в пределах помещения, м.

Коэффициент теплопередачи отопительного прибора, определяется по формуле:

, Вт/м²*^оС,

где k_ном - номинальный коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/м2*оС;

G_пр - расход воды в приборе, кг/ч;

ш - коэффициент, учитывающий направление движение воды в приборе; b - коэффициент учета атмосферного давления;

n,p,c - экспериментальные числовые показатели.

Для проточно-регулируемой системы отопления расход воды в приборе определяется как:

G_пр=Q_пр/с*t_пр*₁*₂, кг/ч



где ₁ - поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные потери через дополнительную площадь (сверх расчетной) принимаемых к установке отопительных приборов;

₂ - коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты, вызванные размещением отопительных приборов у наружных стен.

Расчетное число секций радиаторов находят как:

n_расч=F/f_сек,шт,

где f_сек - поверхность одной секции радиатора, м².

После ориентировочного определения количества секций для помещения и разбивки их (при необходимости) на несколько приборов вводят коэффициент 3 и находят принимаемое кустановке количество секций:

n_уст=n_расч*₃, шт,

где ₃ - коэффициент, учитывающий количество секций в приборе.

Коэффициент 3 учитывает то обстоятельство, что теплоотдача различных секций нагревательного прибора неодинакова. Поверхность внутренней секции взаимно облучается, крайние же секции имеют больший коэффициент лучеиспускания, так как их наружные поверхности не испытывают влияния других секций. Поэтому средний коэффициент теплопередачи всего прибора уменьшается с увеличением количества секций. Расчетное количество секций округляется до целого числа в большую сторону. Уменьшение поверхности нагрева радиатора по сравнению с расчетной допускается до 5%. Расчет поверхности нагрева отопительных приборов приведен в таблице П1.5.



7.Проектирование теплового пункта

7.1 Общие данные

В тепловых пунктах предполагается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, при помощи которых осуществляется:

-преобразование вида теплоносителя или его параметров;

-проверка параметров теплоносителя;

-регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты;

-отключение систем потребления теплоты;

-защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя;

-заполнение и подпитка систем потребления теплоты;

-учет тепловых потоков и расходов теплоносителя и конденсата;

-сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества;

-аккумулирование теплоты.

В тепловом пункте в зависимости от его назначения и конкретных условий присоединения потребителей могут осуществляться все перечисленные функции или только их часть.

В тепловом пункте с независимым присоединением системы отопления к внешним тепловым сетям циркуляция теплоносителя в отопительном контуре поддерживается циркуляционным насосом. Управление насосом осуществляется в автоматическом режиме от контроллера или от соответствующего блока управления. Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в отопительном контуре также осуществляется электронным трехходовым клапаном, расположенном на подающем трубопроводе на стороне внешней тепловой сети. Между подающим и обратным трубопроводами установлена смесительная перемычка с обратным клапаном, за счет которой осуществляется подмес охлажденного теплоносителя в подающий трубопровод из обратной линии теплоносителя, с более низкими температурными параметрами.

7.2 Расчет и подбор основного оборудования

7.2.1 Подбор теплообменника

Пластинчатые теплообменники бывают различных конструкции, применяются в основном, когда коэффициенты теплообмена для обоих теплоносителей приблизительно равны. В настоящее время эти теплообменники очень компактны и по технико-экономическим и по эксплуатационным показателям превосходят большинство кожухотрубных теплообменников.

Сначала произведем расчет необходимой поверхности теплообменника согласно СП 41-101-95. Выберем пластины типа 0,6р, так как эти пластины большей площади (0,6 кв.м) и сам теплообменный аппарат получается меньше по габаритам.

Соотношение числа ходов для греющей X₁ и нагреваемой X₂ воды находят по формуле:

где G_гр и G_н-максимальный расход теплоносителя греющей и нагреваемой воды, кг/ч;

и - средняя температура нагреваемой и греющей среды, ^оС.

Проверяем количество ходов в теплообменнике принимая ?Р_гр = 10 кПа и ?Р_н= 5 кПа. Подставив числовые данные, получаем:



Полученное соотношение ходов не превышает 2, значит для повышения скорости воды и, следовательно, для эффективного теплообмена целесообразна симметричная компоновка.

При расчете пластинчатого теплообменника оптимальная скорость воды в каналах принимается равной W_опт= 0,4 м/с. По оптимальной скорости находят требуемое количество каналов по нагреваемой воде:

где f_k-живое сечение одного межпластинчатого канала принимаемое 0,00245 м². По оптимальной скорости нагреваемой воды определяем требуемое число каналов:

Компоновка теплообменника симметричная, значит, m_гр= m_н. Общее живое сечение каналов в пакете по ходу греющей и нагреваемой воды определяют по формуле:

Фактические скорости греющей и нагреваемой воды определяются по формуле:



Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке пластины определяется по формуле:

Где А - коэффициент, зависящий от типа пластин, принимаем 0,492.

Коэффициент тепловосприятия от стенки пластины к нагреваемой воде принимается по формуле:

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

где в - коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента теплопередачи из-за термического сопротивления накипи и загрязнений на пластине, в зависимости от качества воды принимается равным 0,7-0,85. Толщина пластины и коэффициент теплопроводности пластины для пластинчатых теплообменников равны соответственно д ст = 0,001 м и = 16 Вт/(м²*^оС).

2921 Вт/(м²*^оС).

При заданной величине расчетной производительности и по полученным значениям коэффициента теплопередачи и температурному напору определяется необходимая поверхность нагрева:

м²,

2,6 м².

Далее определяют количество ходов в теплообменнике:

где - поверхность нагрева одной пластины, м².

1,33, значит, принимаем 2.

Действительная поверхность нагрева всего теплообменника определяется по формуле:

м²,

4,2 м².

Расчет с помощью профессионального программного обеспечения АО «РИДАН» показал, что если использовать теплообменник с большим коэффициентом теплопередачи, то можно значительно уменьшить размеры оборудования. По каталогу АО «РИДАН» принимаем теплообменник НН-07-16/1-23-TKTL68 (Ду 50 мм), с параметрами:

F = 1,53м²; Q = 190 кВт; K= 4659; = 0,41 м/с; = 0,46 м/с; = 4,5 кПа; = 3,3 кПа; сухой массой 110кг.

7.2.2 Подбор циркуляционного насоса для системы отопления

Выбормаркициркуляционногонасосаосуществляетсяпохарактеристикенасоса.

Величина объемного расхода составляет L_цн= 6,5м³/ч. Насос будет установлен на обратной магистрали перед теплообменником, поэтому температуру в месте установки принимаем 70 ^оС.

Расчетное давление циркуляционного насоса определяется по формуле:

,Па,

26800 + 4500 = 31300 Па = 31,3 кПа = 3,1 м. вод.ст.

По программе подбора насосов принимаем насос Wilo BL-E 32/210-7,5/2-R1.

Согласно принятой схеме теплового пункта необходимо установить параллельно два одинаковых насоса с настройкой смены ротации раз в 12ч попеременно.

7.2.3 Подбор расширительного бака

Объем расширительного бака определяем по формуле:

л,

где - объем теплоносителя во всей системе, л;

k - коэффициент объемного теплового расширения теплоносителя, для воды соответствует 4%;

D-показатель эффективности расширительного бака, определяется по формуле:

,

где - значение максимально допустимого в системе давления, бар, (на это давление настроен предохранительный клапан), составляет 3 бар;

- давление первоначальной накачки воздушной камеры бака, бар, составляет 0,5 бар.

0,625.

32 л.

Принимаем мембранный расширительный бак REFLEXNG 35 - объемом 35л.

7.2.4 Контрольно-измерительные приборы

Для контроля параметров, наблюдение за которыми необходимо при эксплуатации теплового пункта, предусматриваются показывающие и суммирующие приборы.

Показывающими приборами контролируются параметры, наблюдение за которыми необходимо для правильного ведения технологического процесса. Местные приборы, установленные непосредственно на объекте, должны служить для эксплуатационной оценки приборов, а также использоваться при наладке приборов косвенного преобразования.

В соответствии с правилами эксплуатации на обратном и подающем трубопроводах систем отопления, теплоснабжения установлены штуцеры для манометров и гильзы для термометров. Манометры производят измерение избыточного давления и перепада давлений. Используются манометры общего назначения, показывающие типа МП100М. Термометры производят измерения температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. Установлены технические ртутные стеклянные термометры типа Т.

В таблице 7.2 представлена метрологическая карта оборудования теплового пункта.

Таблица 7.7 Метрологическая карта средств теплового пункта.

8. Технико-экономическое сравнение чугунного и биметаллического радиаторов системы отопления

8.1 Сравнительные характеристики чугунных и биметаллических радиаторов

8.1.1 Чугунные радиаторы

Традиционные отопительные приборы - чугунные радиаторы (в основном секционные) - отличаются высокой надежностью при эксплуатации в отечественных условиях, могут использоваться в зависимых системах отопления зданий различного назначения, за исключением систем отопления с антифризом. Дело в том, что из-за не очень высокого качества обработки мест соединения секций радиаторов, в этих узлах вместо паронитовых прокладок применяются резиновые уплотнения, которые меняют свои структурные свойства при взаимодействии с антифризом.

В значительной мере высокая доля чугунных радиаторов (доля потребления в России 46-48 %) определяется реалиями нашей эксплуатации, поскольку теплоноситель (вода) зачастую не отвечает предъявляемым к ней требованиям. Необходимо также иметь в виду, что чугунные секционные радиаторы перед установкой следует перемонтировать, испытать, а после установки - окрасить. Все эти операции обуславливают дополнительные затраты. Эту дополнительную стоимость следует обязательно включать в смету. Известны случаи, когда в смету закладывались лишь стоимость непосредственно самих радиаторов, а затем, для компенсации неучтенных дополнительных расходов, предусмотренные в проекте термостатические и балансировочные клапаны заменялись более дешевыми шаровыми кранами. Ряд производителей предлагает свои радиаторы уже полностью окрашенными и подготовленными к установке, соответственно, стоимость таких радиаторов несколько выше. В отношении стоимости чугунных радиаторов можно отметить, что указанная стоимость подвержена достаточно заметным резким колебаниям. В частности, некоторое время назад наблюдалось резкое возрастание стоимости таких приборов, хотя к настоящему времени ситуация стабилизировалась.

У чугунных радиаторов довольно большая доля теплоты, около 35 %, передается помещению посредством лучистого теплообмена. Однако известны случаи, когда неквалифицированная служба эксплуатации в ходе ремонта помещений производила окраску таких радиаторов краской на основе порошковой алюминиевой пудры («серебрянкой»), тем самым сразу же снижая теплоотдачу отопительных приборов примерно на 10-15 %.

Основные достоинства чугунных радиаторов:

· Им подходит теплоноситель даже низкого качества;

· Максимальное рабочее давление от 9 атмосфер и более;

· Долговечность (более 50 лет при должном обслуживании);

· Низкая цена.

При этом стоить отметить и их недостатки:

· Длительный нагрев;

· Медленная отдача тепла в помещение;

· Вес (только одна секция весит в среднем 5-6 килограммов);

· Размеры (они потребляют много теплоносителя, практически в 2 раза больше алюминиевых)

· Высокая стоимость монтажа (логистика, транспортировка к месту установки, установка более серьезных креплений);

· Дизайн.

Основные технические характеристики чугунных радиаторов отопления представлены в таблице 8.1



Таблица 8.1 -Технические характеристики чугунных радиаторов отопления

8.1.2 Биметаллические радиаторы

О биметаллических радиаторах мы узнали не так давно- в начале набирающего обороты нынешнего века. И они приглянулись нашим соотечественникам гораздо больше традиционных чугунных батарей. Притом, они сейчас более популярны, чем алюминиевые радиаторы и стальные. И все из-за того, что прочные биметаллические радиаторы отопления характеристики имеют наилучшие характеристики.

Каждая батарея из биметалла состоит из стальных труб и алюминиевых панелей. Благодаря чему тепло передается весьма эффективно, не теряясь попусту. Горячая вода, проходя через сердечник, состоящий из стальных труб, быстро нагревает алюминиевую оболочку и, соответственно, массы воздуха в комнате.

Алюминиевая фигурная оболочка этого сердечника имеет не только элегантный и стильный внешний вид, но и способствует лучше распределить тепло. Кроме того, за счет использования алюминия батарея получается очень легкой (особенно по сравнению с тяжелыми чугунными аналогами). Это дает дополнительный комфорт при установке. А замысловатая форма корпуса отлично смотрится, а также гораздо увеличивает теплоотдачу.

Стальные трубы, которые составляют сердечник, очень крепкие и легко выдерживают давление от 20 до 40 атмосфер, а температура горячей воды 110 и даже 130 градусов по Цельсию. Конкретные предельные значения рабочего давления и температуры можно узнать в паспорте прибора. Так как это зависит и от модели, и от того, кто изготовил данную модель.

Биметаллические радиаторы бывают двух типов - секционные и цельные (монолитные). У радиаторов первого типа (секционных, колончатых и блочных) полностью стальной коллектор. Этот стальной коллектор затем под большим давлением заливается алюминиевым сплавом. В результате у таких радиаторов образуется хорошо развитое внешнее оребрение, как у обычных алюминиевых. Секции собираются на стальных ниппелях. В результате со стороны теплоносителя нет контакта стали и алюминия. Эти приборы по эксплуатационным показателям равноценны чугунным радиаторам. Однако такие приборы достаточно сложны в изготовлении.

Цельные биметаллические радиаторы имеют большую герметичность, что сказывается на способности выдерживать гидравлические удары. Сердечник из стальных труб изготавливается сразу нужного размера. Затем его "заворачивают" в фигурную оболочку из алюминия. Эта батарея не лопнет, даже если давление достигает ста атмосфер. В случае любой протечки в монолитном радиаторе его остается только лишь заменить полностью - ремонтопригодность у них практически отсутствует. Монолитный тип радиаторов имеет более высокую цену, чем секционный, и эта разница может составлять до 20%.

Основные достоинства биметаллических радиаторов:

· Невосприимчивость к коррозии;

· Высокая прочность (до 35атм);

· Долговечность (средний срок службы 20-50 лет);

· Высокие показатели по теплоотдаче;

· Возможность быстрого регулирования температуры отдачи (с помощью термостата за счет небольшого объема теплоносителя);

· Дизайн;

· Разнообразие размеров;

· Стоимость монтажа (скорость и простота установки, множество вариантов подключения)

· Вес;

· Комплектации (дополнительные компактные терморегуляторы, воздушные клапана и т.п.)

При этом стоить отметить и их недостатки:

· Требовательность радиатора к качеству теплоносителя.

8.2 Технико-экономический расчет

Стоимость оборудования системы отопления с использованием биметаллических и чугунных радиаторов приведена в таблице 8.2 и таблице 8.3.

Таблица 8.2. Стоимость оборудования системы отопления с использованием биметаллических радиаторов

Наименование	Количество, штук	Цена за единицу, руб.	Сумма всего, руб.
Радиатор биметаллический (390 руб./сек.)
Двух секционный	50	780,00	39000,00
Трех секционный	99	1170,00	115830,00
Четырех секционный	71	1560,00	110760,00
Пяти секционный	31	1950,00	60450,00
Шести секционный	8	2340,00	18720,00
Семи секционный	1	2730,00	2730,00
Заглушка	520	21,00	10920,00
Ключ	10	520,00	5200,00
Кронштейн	891	25,00	22275,00
Ниппель межсекционный	446	14,00	6244,00
Прокладка	446	3,00	1338,00
Лента ФУМ	5	70,00	350,00
Ключ для пробок и переходников	10	100,00	1000,00
Ключ для ручного воздухоотводчика	10	8,00	80,00
ИТОГО:	394897,00

Таблица 8.3. Стоимость оборудования системы отопления с использование чугунных радиаторов

В данном разделе было произведено сравнение, а так же технико-экономический расчет систем отопления с использованием двух вариантов оборудования: современного (биметаллические радиаторы) и устаревшего (чугунные радиаторы). В результате расчета использование биметаллических радиаторов отечественного производства оказалось в разы более эффективным, чем чугунных.

В рамках закупки оборудования для системы отопления проектируемого здания биметаллические радиаторы и метизы для их установки дешевле чугунных на 233544,00 рублей (~37%). Так же можно отметить, что современное оборудование более простое в установке и удобное в эксплуатации, поэтому выбор биметаллических радиаторов один из лучших вариантов для системы отопления с независимой схемой подключения к тепловым сетям.



9.Экологичность проекта

9.1 Вода в роли теплоносителя в системе отопления

Требования к теплоносителю в системе отопления:

- перенос максимума количества тепла при минимальных теплопотерях;

- небольшая вязкость;

- безопасность для потребителя. Теплоноситель не должен превышать нормы по температуре возгорания и токсичности;

- не должен вызывать коррозии составных частей и механизмов системы

В проекте в качестве теплоносителя используется вода.

Преимущества и недостатки воды.

Важные преимущества воды - это ее теплоемкость и плотность. Среди всех жидкостей она имеет наивысшие показатели. С точки зрения экологии вода является абсолютно безвредным продуктом. Это единственный продукт, который можно считать безвредным и полезным для всех. Протечка воды не принесет никакой токсичной угрозы для здоровья потребителей. Единственный вред - это определенные бытовые неприятности.

Из недостатков можно выделить высокую температуру замерзания. Может возникнуть достаточно крупная авария, если в зимнее время оставить систему отопления без присмотра. Замерзающая вода способная буквально разорвать трубы и металлические радиаторы отопления. Также вода является мощным окислителем, в ее составе постоянно находится кислород. Это приводит к коррозиям металлических элементов системы отопления.

Если говорить о составе воды, то в нем содержится немалое количество растворенных солей, магния, кальция, железа. Эти элементы способны образовывать отложения на внешней и внутренней поверхности труб. Процесс усиливается при нагревании воды, формируются оксидные отложения. Соответственно они начинают преграждать путь теплоносителю и это приводит к снижению эффективности функциональной системы.

9.2 Влияние отопительного оборудования на экологию

Утверждение о том, что отопительное оборудование в той или иной мере негативно влияет на экологию, отчасти верно. В проекте приняты биметаллические радиаторы.

Биметаллическим радиаторам не свойственна коррозия, потому что изготовлены они из биметалла. Биметалл - это уникальное соединение на молекулярном уровне - стали и алюминия. Стальная внутренняя полость радиатора надежно предохраняет от вредного воздействия агрессивной среды, а также существенно увеличивает прочность изделия. Слой алюминия снаружи создает наилучший эффект теплоотдачи от воды к стали, а алюминия к воздуху.

Следовательно, в проекте не используется оборудование, не подверженное коррозии, и, соответственно, вода в такой системе не загрязняется и при сливе ее из системы не загрязняет окружающую среду.



10. Безопасность жизнедеятельности при монтаже систем отопления

Монтажники систем отопления согласно имеющейся квалификации обязаны выполнять требования безопасности, изложенные в «Типовой инструкции по охране труда для работников строительства, промышленности строительных материалов и жилищно-коммунального хозяйства», настоящей типовой инструкции, разработанной с учетом строительных норм и правил Российской Федерации, а также требования инструкций заводов-изготовителей по эксплуатации технологической оснастки, инструмента и средств защиты, применяемых в процессе работы.

Перед началом работы монтажники обязаны:

- предъявить руководителю удостоверение о проверке знаний безопасных методов работ, получить задание и пройти инструктаж на рабочем месте по специфике выполняемых работ;

- надеть спецодежду, спецобувь и каску установленного образца.

После получения задания монтажники обязаны:

- подготовить необходимые средства индивидуальной защиты, проверить их исправность;

- проверить рабочее место и подходы к нему на соответствие требованиям безопасности;

- подобрать технологическую оснастку и инструмент, необходимые при выполнении работы, проверить их на соответствие требованиям безопасности.

Монтажники не должны приступать к выполнению работы при следующих нарушениях требований безопасности:

- неисправностях технологической оснастки, средств защиты работающих, указанных в инструкциях заводов-изготовителей, при которых не допускается их применение;

- несвоевременном проведении очередных испытаний (технического осмотра) технологической оснастки, инструмента и приспособлений;

- несвоевременном проведении очередных испытаний или истечении срока эксплуатации средств защиты работающих, установленного заводом-изготовителем;

- загроможденности или недостаточной освещенности рабочих мест и подходов к ним.

Обнаруженные нарушения требований безопасности должны быть устранены собственными силами, а при невозможности сделать это монтажники обязаны сообщить бригадиру или руководителю работ.

При выполнении работ по монтажу внутреннего санитарно-технического оборудования монтажники обязаны:

- систематически проветривать помещения при применении материалов, содержащих вредные вещества, и при газоэлектросварочных работах. При необеспечении должного вентилирования воздуха рабочей зоны применять соответствующие средства индивидуальной защиты органов дыхания;

- осуществлять монтаж санитарно-технического оборудования в замкнутых или труднодоступных пространствах (помещениях) при условии оснащения рабочего места вытяжной вентиляцией; наличия не менее двух проемов (люков) для вентиляции и эвакуации людей; наличия двух наблюдающих, находящихся вне замкнутого пространства и обеспечивающих при необходимости эвакуацию работающих при помощи веревки, закрепленной за лямочный пояс. Между работающими внутри замкнутых пространств и наблюдающими следует поддерживать постоянную связь (звуковую, световую, с применением каната).

Размещение материалов, инструмента, технологической оснастки в пределах рабочей зоны не должно стеснять проходов к рабочим местам.

Материалы, приборы и оборудование, применяемые при выполнении санитарно-технических работ, следует складировать на при объектном складе по следующим нормам;

- чугунные трубы -- штабелем высотой не более 1 м с расположением раструбов к без раструбным концам смежных труб, с прокладками между ярусами, исключающими их раскатывание;

- стальные и пластмассовые трубы -- штабелем высотой до 2 м с упорами, обеспечивающими целостность штабеля; - радиаторы -- штабелем высотой до 1 м;

- клеевые материалы -- в закрытой таре в вентилируемых помещениях на расстоянии не менее 1,5 м от отапливаемых приборов. Хранение материалов, оборудования или приборов с опорой на стены или другие вертикальные конструкции не допускается.

Подъем трубных заготовок и отопительных агрегатов другого оборудования на монтажные горизонты следует осуществлять с применением подъемников или грузоподъемных кранов.

Оцинкованные трубы следует соединять сваркой только в случаях невозможности применения резьбовых соединений. До начала сварочных работ цинковое покрытие должно быть удалено с наружных поверхностей труб на расстояние не менее 30 мм по обе стороны от стыка.

Работу с электро- или пневмошлифовальной машиной следует выполнять в защитных очках или одевать защитный щиток из оргстекла.

Трубы из пластмасс перед гнутьем, формованием и при сварке следует разогревать устройствами, исключающими появление открытого огня. Эксплуатация этих устройств допускается только при их оснащении исправными приборами регулирования и контроля температуры, обеспечивающими стабильность разогрева пластмассы до заданной температуры, в целях ограничения выделения вредных веществ и исключения возгорания.

Гнуть стальные трубы следует на уровне земли (пола). Не допускается выполнять эти операции на средствах подмащивания.

При заточке инструмента на заточном станке монтажникам следует пользоваться защитным экраном и очками. Запрещается пользоваться боковыми (торцевыми) поверхностями абразивного круга.

При совместной работе со сварщиком монтажники обязаны:

- применять защитные очки;

- не пользоваться огнем вблизи генератора и не допускать загрязнения маслом или жиром баллонов с кислородом, предохранять их от ударов и резких толчков;

- перемещать баллоны на предназначенных для этого носилках или тележках.

При возгорании применяемых материков (клея, расплавленной серы или других материков) монтажники должны немедленно приступить к тушению очагов пожара огнетушителями и другими подручными средствами. При невозможности ликвидировать возгорание собственными силами следует вызвать пожарную охрану и сообщить руководителю работ.

По окончании работы монтажники обязаны:

- отключить от электросети механизированный инструмент, применяемый во время работы;

- проверить исправность, очистить инструмент и вместе с материалами убрать для хранения в отведенное для этого место;

- привести в порядок рабочее место;

- сообщить руководителю работ или бригадиру о всех неполадках, возникших в процессе работы.



Заключение

Выполнен дипломный проект на тему «Проектирование системы водяного отопления жилого пятиэтажного здания в поселке Вохтоге Грязовецкого района Вологодской области». Здание двухэтажное, на первом этаже находится 48 помещений, на втором-24.

Источником теплоснабжения здания является индивидуальный тепловой пункт, параметры теплоносителя в системе отопления t1 = 95 °С, t2 = 70 °С.

В проекте выполнен теплотехнический расчет ограждающих конструкций, а так же посчитаны тепловые потери через ограждающие конструкции помещений. Расчет тепловых потерь произведен в табличной форме.