Расчет мощности системы отопления и объема вентиляции производственного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Рассчитать систему отопления и вентиляции производственного здания (Рисунок 1).

Состав персонала, установленного оборудования, ввозимых и вывозимых материалов и транспорта и прочие параметры принять из технологических условий работы цеха.

Исходные данные

Таблица 1 - Исходные данные

Район строительства	г.Уфа
Объект	Окрасочный цех
Теплоснабжение	Централизованное с температурой теплоносителя 150-70С
Располагаемое давление	20 000 Па
Стены	штукатурка шт = 0,76 Вт/мК, шт = 0,02 м кирпич к = 0,7 Вт/мК, к = 0,51 м
Покрытие	рубероид 4 слоя руб = 0,17 Вт/мК, шт = 0,01 м утеплитель (минплита) ут = 0,064 Вт/мК, шт = 0,02 м железобетон жб = 1,92 Вт/мК, шт = 0,2 м
Пол	Бетонный, неутепленный
Окна	Двойное остекление в раздельных деревянных переплетах
Сторона света	Северо-восток

Введение

Расчетные температуры наружного воздуха для теплотехнического расчета принимаются по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»

Расчет теплозащитных качеств наружных ограждений и выбор оптимальных конструктивных решений зависят от назначения здания, характера производственных процессов, которые будут в нем происходить и допускаемых нормами параметров воздуха в помещениях. Задачей теплотехнического расчета является определение требуемой наименьшей толщины стены и утеплителя в перекрытиях.

В процессе расчета определяем величину сопротивления теплопередачи ограждения, величину требуемого сопротивления теплопередачи Rотр.

Полученную толщину стены или утеплителя в перекрытиях сравниваем со стандартной толщиной, принятой для наружных ограждений индивидуальной конструкции.

Найденная величина не должна быть менее требуемого значения Rотр, то есть Rо Rотр.

При недостаточной величине сопротивления теплопередаче Rо температура на внутренней поверхности ограждения будет ниже нормируемой, что приведет к конденсации влаги на внутренней поверхности наружных ограждений.

Окончательным результатом расчета является определение толщины ограждения или утеплителя, а также коэффициента теплопередачи k = 1/Rо, Вт/м2К.

Расчёт тепловых потерь промышленного здания

Приведенное сопротивление теплопередаче R0, м2°С/Вт, ограждающих конструкций, а также окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) следует принимать не менее нормируемых значений Rred, м2°С/Вт, определяемых по таблице 2 в зависимости от градусо-суток района строительства Dd, °Ссут.

Таблица2 - Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Здания и помещения, коэффициенты а и b	Градусо-сутки отопительного периода Dd, °Ссут	Нормируемые значения сопротивления теплопередаче Rreq, м2°С/Вт, ограждающих конструкций
		Стен	Покрытий и перекрытий над проездами	Перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами	Окон и балконных дверей, витрин и витражей	Фонарей с вертикальным остеклением
1	2	3	4	5	6	7
1 Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития	2000	2,1	3,2	2,8	0,3	0,3
	4000	2,8	4,2	3,7	0,45	0,35
	6000	3,5	5,2	4,6	0,6	0,4
	8000	4,2	6,2	5,5	0,7	0,45
	10000	4,9	7,2	6,4	0,75	0,5
	12000	5,6	8,2	7,3	0,8	0,55
а	-	0,00035	0,0005	0,00045	-	0,000025
b	-	1,4	2,2	1,9	-	0,25
2 Общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом	2000	1,8	2,4	2,0	0,3	0,3
	4000	2,4	3,2	2,7	0,4	0,35
	6000	3,0	4,0	3,4	0,5	0,4
	8000	3,6	4,8	4,1	0,6	0,45
	10000	4,2	5,6	4,8	0,7	0,5
	12000	4,8	6,4	5,5	0,8	0,55
а	-	0,0003	0,0004	0,00035	0,00005	0,000025
b	-	1,2	1,6	1,3	0,2	0,25
3 Производственные с сухим и нормальным режимами	2000	1,4	2,0	1,4	0,25	0,2
	4000	1,8	2,5	1,8	0,3	0,25
	6000	2,2	3,0	2,2	0,35	0,3
	8000	2,6	3,5	2,6	0,4	0,35
	10000	3,0	4,0	3,0	0,45	0,4
	12000	3,4	4,5	3,4	0,5	0,45
а	-	0,0002	0,00025	0,0002	0,000025	0,000025
b	-	1,0	1,5	1,0	0,2	0,15

Градусо-сутки отопительного периода Dd, °Ссут, определяют по формуле

Dd = (tint - tht) zht, (1)

где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций по нормам проектирования соответствующих зданий;

tht, zht - средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С

°Ссут;

Расчетный удельный расход тепловой энергии

Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период следует определять по формуле

qhdes = 103Qhу/(AhDd), кДж/(м2°Ссут) (2)

qhdes = 103Qhу/(VhDd), кДж/(м3 °Ссут) (2.1)

где Qhу - расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода, МДж;

Ah - сумма площадей пола квартир или полезной площади помещений здания, за исключением технических этажей и гаражей, м2;

Vh - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений зданий, м3;

Dd - то же, что и в формуле (1).

Таблица 3 - Расчет площадей производственного здания

Параметр	Формула	Расчет	м2
Sстен	Sстен=(L1·n1+L2·n2)·h- -nо·hок·Lок-nв·hв·Lв	Sстен=(38,8·2+·12·2)·4,5-11·1,5·6-2·3·3= =	340,2
Sокон	Sокон=n·(Lок·hок)	Sокон=11·(6·1,5)	99
Sворот	Sворот=n·(Lв·hв)	Sворот=3·3·2	18
Sперекрытий	Sп=Lп·bп	Sп=38,8·12	465,6

Где L-длина, h-высота, b-ширина

кДж/(м2°Ссут)=0,0622 кДж/(м3 °Ссут);

Расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода Qhу, МДж, следует определять по формуле

Qhу = [Qh - (Qint + Qs)v]h, (3)

МДж,

где Qh - общие теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции, МДж, определяемые по (4);

Qint - теплопоступления в течение отопительного периода, МДж, определяемые по (15);

Qs - теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж, определяемые по (16);

v - коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций; рекомендуемое значение v = 0,8;

- коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления;

= 0,5 - в системе без термостатов и без авторегулирования на вводе - регулирование центральное в ЦТП или котельной;

h - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными теплопотерями через зарадиаторные участки ограждений, повышенной температурой воздуха в угловых помещениях, теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения для протяженных зданий h = 1,13;

Общие теплопотери здания

Общие теплопотери здания Qh, МДж, за отопительный период следует определять по формуле

Qh = 0,0864 KmDdAesum, (4)

, МДж

где Km - общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2°С), определяемый по формуле

Km = Kmtr + Kminf, (5)

Вт/(м2°С)

Kmtr - приведенный коэффициент теплопередачи через наружные ограждающие конструкции здания, Вт/(м2°С), определяемый по формуле

Kmtr = (Aw/Rwr + AF/RFr + Aed/Redr + nAc1/Rc1r + Af1/Rf1r)/Aesum, (6)

Вт/(м2°С),

Aw, Rwr - площадь, м2, и приведенное сопротивление теплопередаче, м2°С/Вт, наружных стен (за исключением проемов);

AF, RFr - то же, заполнений светопроемов (окон, витражей, фонарей);

Aed, Redr- то же, наружных дверей и ворот;

Ac1, Rc1r - то же, чердачных перекрытий;

Af1, Rf1r - то же, перекрытий полов.

Аesum - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения, м2

тепловой потеря здание промышленный

Определение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций

Определение коэффициента теплопередачи стены

Схема конструкции стены:

1,4 - штукатурка;

2 - плиты жесткие минераловатные;

1 2 3 4 3 - кирпич.

Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) Rreq, м2°С/Вт, следует принимать не менее значений, определяемых по таблице 2- Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

Таблица 4 - Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху

Ограждающие конструкции	Коэффициент n
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), зенитные фонари, перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне	1
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне	0,9
3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	0,75
4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли	0,6
5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли	0,4

Таблица 5 - Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Здания и помещения	Нормируемый температурный перепад tn, °С, для
	наружных стен	покрытий и чердачных перекрытий	перекрытий над проездами, подвалами и подпольями	зенитных фонарей
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты	4,0	3,0	2,0	tint - td
2. Общественные, кроме указанных в поз. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом	4,5	4,0	2,5	tint - td
3. Производственные с сухим и нормальным режимами	tint - td, но не более 7	0,8 (tint - td), но не более 6	2,5	tint - td
4. Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом	tint - td	0,8 (tint - td)	2,5	-
5. Производственные здания со значительными избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3) и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха более 50 %	12	12	2,5	tint - td

Таблица 6 - Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

Внутренняя поверхность ограждения	Коэффициент теплоотдачи int, Вт/(м2°С)
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию а между гранями соседних ребер h/a 0,3	8,7
2. Потолков с выступающими ребрами при отношении h/a > 0,3	7,6
3. Окон	8,0
4. Зенитных фонарей	9,9

Rreq = 1,9 м2С/Вт.

Определение наименьшей толщины основного теплотехнического слоя стены из условия:

Rо Rreq, (7)

где Rо - фактическое термическое сопротивление стены, определяется как

Rо = 1/в + Rо + 1/н, м2С/Вт, (8)

где н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, н = 23 Вт/(м2С);

Rо - термическое сопротивление слоя ограждения:

Rо = /, м2С/Вт, (9)

где - толщина слоя, м;

- коэффициент теплопроводности, Вт/мС.

Rо = 1/8,7 + 2·0,02/0,76 + 0,05/0,06 + 0,51/0,7 + 1/23 = 1,77 м2С/Вт.

Условие Rо Rreq не выполняется.

Так как условие (7) не выполняется добавим в схему конструкции стены еще один слой плиты жесткой минераловатной.

1,5 - штукатурка

2,4- плита жесткая минераловатные;

3 - кирпич.

Проведем заново расчет и получим:

Rо = 1/8,7 + 2·0,02/0,76 + 0,05/0,06+ 0,05/0,06 + 0,51/0,7 + 1/23 = 2,6 м2С/Вт.

Условие Rо Rreq выполняется.

Определение коэффициента теплопередачи стены:

kст = 1/Rо, Вт/м2С, (10)

kст = 1/2,6 = 0,384 Вт/м2С.

Определение коэффициента теплопередачи пола

В соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». - М.: Минстрой России, 2003 термическое сопротивление теплопередаче для неутепленных полов составляет:

для I зоны RнпI = 2,1 м2С/Вт

для II зоны RнпII = 4,3 м2С/Вт

для III зоны RнпIII = 8,6 м2С/Вт

для IV зоны RнпIV = 14,2 м2С/Вт

Коэффициент теплопередачи пола составляет:

k = 1/R, Вт/м2С

kI = 1/2,1 = 0,48 Вт/м2К.

kII = 1/4,3 = 0,23Вт/м2К.

kIII = 1/8,6 = 0,12 Вт/м2К.

kIV = 1/14,2 = 0,07 Вт/м2К.

Определение коэффициента теплопередачи покрытия

Схема конструкции перекрытия

1 - рубероид, 4 слоя

1 - утеплитель (минплита)

2 - железобетон

3 - штукатурка

Теплопотери через перекрытие определяется также как и через стены.

Определяем требуемое термическое сопротивление крыши:

Rотр = n(tв - tн)/(tn·в), м2С/Вт,

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, n = 1;

tв - расчетная температура внутреннего воздуха, tв = +18С;

tн - расчетная зимняя температура наружного воздуха, tн = -40С;

tn - нормативный температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой внутренней поверхности ограждения конструкции, tn = 4,5;

в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, в = 8,7 Вт/(м2С).

Rотр = 1(18 + 40)/(4,5·8,7) = 1,48 м2С/Вт.

Определение наименьшей толщины основного теплотехнического слоя стены из условия:

Rо Rотр,

где Rо - фактическое термическое сопротивление крыши, определяется как

Rо = 1/в + Rо + 1/н, м2С/Вт. (8)

где н - коэффициент теплоотдачи крыши, н = 23 Вт/м2С;

Rо - термическое сопротивление крыши:

Rо = /, м2С/Вт. (9)

где - толщина слоя, м;

- коэффициент теплопроводности, Вт/мС.

Rо = 1/8,7 + 4·0,01/0,17 + 0,2/1,92 + 0,08/0,064 + 0,02/0,76 + 1/23 = 1,77 м2С/Вт.

Условие Rо Rотр выполняется.

Определение коэффициента теплопередачи покрытия:

k = 1/Rо, Вт/м2С, (10)

k = 1/1,77 = 0,56 Вт/м2С

Определение коэффициента теплопередачи окон и дверей

Расчетный коэффициент теплопередачи для окон заносится в бланк расчета теплопотерь, определяется как разность между их действительными коэффициентами и коэффициентами теплопередачи стен, так как площадь окна не вычитается из площади стены.

Определение коэффициента теплопередачи окна. Сопротивление теплопередачи окна принимаем по СНиП 23-02-2003 «Строительная теплотехника». - М.: Минстрой России, 2003.

Rотр для общественных зданий с разностью температур внутреннего воздуха и средней температуры наиболее холодной пятидневки (18+40) 58С обеспеченностью 0,92, т.е. 580,92=53,36 С составляет 0,31 м2С/Вт.

Rо для двойного остекления в деревянных или пластмассовых раздельных переплетах составляет 0,42 м2С/Вт.

Требование Rо Rотр выполняется.

Определение коэффициента теплопередачи окна:

kо = 1/Rо - kст, Вт/м2С;

kо = 1/0,42 - 0,56 = 1,82 Вт/(м2С).

Определение коэффициента теплопередачи наружной двери.

Rо для наружной двери:

Rо = 1/в + Rо + 1/н, м2С/Вт

где н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, н = 23 Вт/(м2С);

Rо - термическое сопротивление слоя ограждения:

Rо = /, м2С/Вт

где - толщина двери, м;

- коэффициент теплопроводности, Вт/мС.

Rо = 1/8,7 + 2·0,03/0,07 + 1/23 = 1,02 м2С/Вт

Условие Rо 0,6 Rотр выполняется.

Определение коэффициента теплопередачи двери:

kд = 1/Rо, Вт/м2С.

kд = 1/1,02 = 0,98 Вт/(м2С)

Kminf - условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции, Вт/(м2°С), определяемый по формуле

Kminf = 0,28спаvVhahtk/Aеsum, (11)

Вт/(м2°С),

где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг°С);

v - коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций. При отсутствии данных принимать v = 0,85;

Аesum - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения, м2;

Vh - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания, м3.

aht - средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м3

aht = 353/[273 + 0,5(tint - text)], (12)

кг/м3

па - средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период, ч-1, определяемая по (13);

tint - то же, что и в формуле (1), °С;

text - то же, что и в формуле (1), °С.

Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период па, ч-1, рассчитывается по суммарному воздухообмену за счет вентиляции и инфильтрации по формуле

па = [(Lvnv)/168 + (Ginfkninf)/(168aht)]/(vVh), (13)

ч-1

где Lv - количество приточного воздуха в здание при неорганизованном притоке либо нормируемое значение при механической вентиляции, м3/ч, равное 4Al,

Al - площадь помещений, определяемая согласно СНиП 31-05 как сумма площадей всех помещений, м2;

nv - число часов работы механической вентиляции в течение недели;

168 - число часов в неделе;

Ginf - количество инфильтрующегося воздуха в здание через ограждающие конструкции, кг/ч, поступающего через неплотности светопрозрачных конструкций и дверей; допускается принимать

Ginf = 0,5vVh; (14)

кг/ч

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в светопрозрачных конструкциях с двойными раздельными переплетами - 0,8;

ninf - число часов учета инфильтрации в течение недели, ч, равное 168

aht, v и Vh - то же, что и в формуле (11).

Внутренние тепловыделения

Внутренние тепловыделения в течение отопительного периода Qint, МДж, следует определять по формуле

Qint = 0,0864 qintzht+q, (15)

МДж,

где qint - величина тепловыделений на 1 м2 площади жилых помещений или расчетной площади общественного здания, Вт/м2, принимаемая для промышленных зданий тепловыделения учитываются по расчетному числу людей (90 Вт/чел), находящихся в здании, освещения (по установочной мощности) с учетом рабочих часов в неделю плюс тепловыделения от промышленного оборудования;

zht - то же, что и в формуле (1), сут;

Теплопоступления от нагретого технологического оборудования

Общие теплопоступления в помещениях складываются из теплопоступлений от нагретого технологического оборудования, от электронагревателей, от станков и механизмов, от нагретого материала или изделия, от продуктов сгорания, а также тепла, поступающего за счет солнечной радиации (в теплый период года).

Для инструментальных, сборочных и ремонтных цехов, характеризуемых меньшей загрузкой, тепловыделения составят:

Таблица 6 - Ориентированные величины тепловыделений от оборудования

Наименование оборудования	Тип местного отсоса	Скорость воздуха, м/с	Объем отсасываемого воздуха, м3/час
Воздушный компрессор	Бортовой отсос	0,6	1200
Покрасочная камера	То же	1,7	2200
Печь для обжига порошковых эмалей	То же	1,7	2200
Суммарный объем отсасываемого воздуха L	5600

Теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода Qs, МДж, для четырех фасадов зданий, ориентированных по четырем направлениям, следует определять по формуле

Qs = FkF (AF1I1 + AF2I2 + AF3I3 + AF4I4) + scykscyAscyIhor, (16)

МДж;

где F, scy - коэффициенты, учитывающие затенение светового проема соответственно окон и зенитных фонарей непрозрачными элементами заполнения, принимаемые по проектным данным; при отсутствии данных следует принимать по своду правил;

kF, kscy - коэффициенты относительного проникания солнечной радиации для светопропускающих заполнений соответственно окон и зенитных фонарей, принимаемые по паспортным данным соответствующих светопропускающих изделий; при отсутствии данных следует принимать по своду правил;

AF1, AF2, AF3, AF4 - площадь светопроемов здания, соответственно ориентированных по четырем направлениям, м2;

Ascy - площадь светопроемов зенитных фонарей здания, м2;

I1, I2, I3, I4 - средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, соответственно ориентированная по четырем фасадам здания, МДж/м2, определяется по методике свода правил;

Теплопотери производственного помещения составляют 0,408 МДж, величину этих потерь необходимо покрыть установкой системы промышленного отопления.

Список использованных источников

1. ГОСТ 12.1.005-76. Воздух рабочей зоны. -М.: 1978. - 32с.

2. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»

3. СНиП II-3-79 . Строительная теплотехника. -: Стройиздат, 1996. - 29 с.

4. Справочник проектировщика. Отопление, водопровод, канализация. - М: Стройиздат, 1976. - 430 с.

5. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха -М: Стройиздат, 1977. - 520 с.

6. В.Н.Богословский, В.И.Новиков, Б.Д.Симаков, В.П.Титов. Отопление и вентиляция. Часть II.-: Стройиздат, 1976. - 439 с.

7. Мальцев В.В. Рекомендации по курсовому проектированию отопления и вентиляции промышленных зданий - Хабаровск: ХПИ, 1984.

8. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника. - Минск , 1998.

9. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М., 1992.

Приложение

Рисунок 1. Схема производственного здания

Размещено на Allbest.ru