Проектирование и расчёт элементов теплотехнического оборудования и приточно-вытяжной вентиляции в здании

 

Основные теплопотери  через наружные ограждения Q_осн Вт, определяем для каждого помещения здания.

Теплопотери через  внутренние стены не определяем, так  как разность температур воздуха  в смежных помещениях не превышает 5⁰С.

 

        2.1.8. Полные теплопотери через наружные ограждения

 

                                 Q_полн = Q_осн + Q_доб

где:

Q_доб – добавочные теплопотери, Вт;

Q_доб определяем в процентах к основным теплопотерям в зависимости от ориентации ограждения помещения, на угловые помещения, на поступление холодного воздуха (для наружных дверей с кратковременным открыванием), на высоту.

Результаты расчетов внесены  в табл.1.

 

2.1.9. Удельная тепловая характеристика здания, Вт/м³·K,

 

q_от = Q_полн/V_зд·(t_в – t_н^р) = 59447/2262·44 = 0,597,

где:

Q_полн – полные потери через наружные ограждения для здания в целом, Вт;

V_зд – объём здания по наружному обмеру, м³, определяют умножением площади здания по внешнему очертанию стен на его высоту от уровня до карниза.

                       V_зд = 15×·20×9,3=2790 м ³

                       Q_полн = 76432,65Вт

                                t_в – t _н ^р = 45⁰С

                 q_от  = 76432,65/2790×45=76432,65/125550 = 0,6

2.1.10. Расчетная тепловая мощность системы отопления здания, Вт

Q_от = Q_полн + Q_нв = Q_полн + 0 = 76432,65Вт

где:

Q_нв – расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещения при инфильтрации, Вт.

В целях упрощения  расчета в курсовом проекте согласно [1 стр.23] принимаем Q_нв=0.

                             Q_от = Q_полн= 59447 Вт, = 59,45 кВт

 

 

 

2.1.11. Годовой расход тепла на отопление, кВт·ч/год,

                                          Q^год_от = φ_от · Q_от × t_от

где:

φ_от = (t_в – t_от^ср)/(t_в – t_н^р) = (18 +4,5)/ (18 + 31) = 0,46 - относительная отопительная  нагрузка, средняя за отопительный период;

t_от^ср _– средняя за отопительный период температура наружного воздуха, = -4,5 ⁰С (значение принимается по табл.11);

Q_от – расчетная тепловая мощность системы отопления здания 59,45 кВт;

t_от = 24·n = 24·222 = 5328 ч/год – продолжительность отопительного периода, ч/год, (значение n принимаем по табл.11).

Q^год_от =0,46× 59,45×5328 =145705 кВт·ч/год,

Расчет тепла на отопление  в Мдж/год

Q^год_от = 145705 · 3,6 = 524537 Мдж/год

 

 

2.1.12. Годовой расход топлива на отопление, тыс.т./год

 

B_от ^год = Q_от ^год / Q_н^р × h_ку × h_тс =524537 /(39000×0,75) == 17,9 т/год

где:

Q_от^год – расход топлива на отопление, МДж/год;

Q ^р_н - низшая теплота сгорания топлива;

h_ку - КПД теплогенерирующей установки;

h_тс - коэффициент, учитывающий потери тепла в тепловых сетях.

[1]h_ку h_тс = 0,75 для котельных, работающих на газовом топливе.

 

Расход  условного топлива определяем по той же формуле, что и натурального

B_усл ^год = Q_от ^год / Q_ус × h_ку × h_тс = 524537 / 29330× 0,75 = 23,8т

где:

Q_ус – 29330 МДж/т – «теплота сгорания» условного топлива.

Q_от ^год –расход тепла на отопление МДж/год;

Для перерасчета  расхода условного топлива в  натуральное используем тепловой эквивалент

 

                                        Э_т = Q^р_н / Q_усл

                                    39000/ 29330=1,33.

Следовательно:

                                        В_н = В_усл / Э_т

                                 В_н = 23,8/1,33 = 17,9 т.

 

 

 

 

 

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

                               (приводится в таблице№2)

С теплофизической точки зрения отопительные приборы, данные системы водяного отопления представляют собой рекуперативные теплообменные аппараты, в которых теплота от греющего теплоносителя (горячей воды) передается нагреваемому теплоносителю (воздуху внутри помещения) через разделяющую их металлическую стенку, имеющую теплообменной поверхность F, м².

Расчетную тепловую мощность отопительных приборов Q_пр(1), Вт определяют, исходя из полных потерь теплоты Q₁, Вт, для каждого i-го помещения. Из уравнения теплового баланса следует:

∑Q_пр(1) = Q₁ – 0,9Q_i(тр),

где:

Q_i(тр) - теплоотдача открыто расположенных в пределах помещения труб системы отопления, Вт (согласно [1, стр.25] в курсовом проекте можно не учитывать).

 

Расчет площади  теплообменной поверхности отопительного прибора F_пр(i)^р, м², определяем по уравнению теплопередачи

Q_пр(i) = k_пр(i)·F_пр(i)^р·Δt_ср,

где:

k_пр - коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/(м²·К);

Δt_ср - средняя разность температур греющей воды и нагреваемого воздуха (средний температурный напор), К.

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                   Таблица 1

Nо помещения	Внутренняя температура, оС		Ориентация	Наименование ограждения	Размеры ограждения, мхм	Площадь Ограждения, Fогр.,м2	Разность температур (tв – tн),оС	K рас Вт/м2К	Основные   теплопотери, Q осн ,  Вт	Добавочные теплопотери, % в зависимости от			Добавочные теплопотери, Вт	Общие теплопотери, ч
										ориентации	скорости ветра	Про чие (в т.ч. угло Вые)
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
101	18		C-В	НС	8´7,0 -3 х 6	38	45                   18	1,315	2248	10	0	2	270	2518
			С-В	Д0	3 х 6	18		2,9	2349	10	0	2	282	2631
			С-З	НС	15´7,0	105		1,315	6213	10	0	2	746	6959
			Ю-З	НС	8´7,0 -3 х 6	38		1,315	2248	0	0	2	45	2293
			Ю-З	Д0	3 х 6	18		2,9	2349	0	0	2	47	2396
				ПЛ	13,98´7,49	104,7		0,8	1508	0	0	0	0	1508
				ПТ	13,98´7,49	104,7		1,18	5560	0	0	0	0	5560
													Итого:	23865
102	18		С-В	НС	3´3,5 -3	7,5	45     18	1,315	444	10	0	0	45	489
			С-В	До	3	3		2,9	391	10	0	0	78	469
				ПЛ	3´3,49	10,47		0,8	151	0	0	0	0	151
													Итого:	1109
103	18		Ю-З	НС	3´3,5 -3	7,5	45     18	1,315	444	0	0	0	0	444
			Ю-З	Д0	3	3		2,9	391	0	0	0	0	391
				ПЛ	3´8,49	25,47		0,8	367	0	0	0	0	367
													Итого:	1202
104	16		С-В	НС	3´3,5 -3	7,5	16+27=43               16	1,315	424	10	0	0	43	467
			С-В	До	3	3		2,9	374	10	0	0	38	412
				ПЛ	3´3,49	10,47		0,8	134	0	0	0	0	134
													Итого:	1011
105	12		Ю-З	НС	3´3,5 -4	6,4	12+27=39     12	1,315	328	0	0	0	0	328
			Ю-З	ДД	4	4		2,33	364	0	0	160	582	946
				ПЛ	3´ 8,49	25,47		0,8	795	0	0	0	0	795
													Итого:	2069
106	18		С-В	НС	3´3,5	7,5	18+27=45       18	1,315	424	10	0	2	51	475
			Ю-В	НС	4´3,5 -3	11		1,315	651	5	0	2	46	697
			Ю-В	ДО	3	3		2,9	392	5	0	2	28	420
				ПЛ	2,49´3,49	8,69		0,8	313	0	0	0	0	313
													Итого:	1905
107	18		Ю-В	НС	9´3,5	34,2	45         18	1,315	2023	5	0	2	142	2165
			Ю-З	НС	6´3,5 -6	16,8		1,315	994	0	0	2	20	1014
			Ю-З	ДО	6	6		2,9	783	0	0	2	16	799
				ПЛ	8,49´5,49	46,61		0,8	1678	0	0	0	0	1678
													Итого:	5656
108	18		Ю-В	НС	2´3,5 -3	4,0	45   18	1,315	237	5	0	0	12	249
			Ю-В	ДО	3	3		2,9	392	5	0	0	20	412
				ПЛ	2´5,49	10,98		0,8	158	0	0	0	0	158
													Итого:	819
109	16		С-В	НС	3´7,0 -6	15	16+27=43       16	1,315	848	10	0	0	85	933
			С-В	ДО	6	6		2,9	748	10	0	0	75	823
				ПТ	3´5,49	16,47		1,18	836	0	0	0	0	836
				ПЛ	3´5,49	16,47		0,8	211	0	0	0	0	211
													Итого:	2803
202	18		С-В	НС	3´3,5 -3	7,5	45	1,315	444	10	2+2+2=6	0	71	515
			С-В	ДО	3	3		2,9	392	10	6	0	63	455
				ПТ	3´5,49	16,47		1,18	875	0	0	0	0	875
													Итого:	1845
203	18		Ю-З	НС	6´3,5 -6	15	45	1,315	1888	0	6	0	114	2001
			Ю-З	ДО	6	6		2,9	783	0	6	0	47	830
				ПТ	6´8,49	50,94		1,18	2705	0	0	0	0	2705
													Итого:	5536
204	18		С-В	НС	3´3,5 -3	7,5	43	1,315	424	10	6	0	68	492
			С-В	ДО	3	3		2,9	374	10	6	0	60	434
				ПТ	3´3,49	10,47		1,18	531	0	0	0	0	531
													Итого:	1457
206	18		Ю-В	НС	3´3,5	10,5	45	1,315	621	10	6	0	100	720
			Ю-В	НС	4´3,5 -6	8		1,315	473	5	6	2	62	535
			С-В	ДО	6	6		2,9	783	10	6	2	141	924
				ПТ	2,49´3,49	8,69		1,18	462	0	0	0	0	462
													Итого:	2641
207	18		Ю-В	НС	2´3,5 -3	4	45	1,315	237	0	6	0	14	251
			Ю-В	ДО	3	3		2,9	392	0	6	0	24	416
				ПТ	2´5,49	10,98		1,18	583	0	0	0	0	583
													Итого:	1250
205	18		Ю-В	НС	9´3,5	31,5	45	1,315	1846	5	6	2	240	2085
			С-В	НС	6´3,5 -3	18		1,315	1065	10	6	2	192	1257
				ПТ	5,49´8,49	46,6		1,18	2474	0	0	0	0	2474
			С-В	ДО	3	3		2,9	392	10	6	2	71	463
													Итого:	6279

 

 

     Q_полн=59447 Вт, 59,5 кВт 

 

 

3.1. Расчетный расход воды через отопительный прибор G_пр, кг/с (из уравнения теплового баланса)

 

                                        G_пр = Q_пр /c_w (t_r - t_o),

где:

c_w ≈ 4190 Дж/(кг∙К) - средняя теплоемкость воды в интервале температур

t_o ¸ t_г;

t_г = 95⁰С и t_o = 70⁰С – расчетные температуры горячей и обратной воды

(на входе в прибор и выходе из него). 

                             G_пр =59447/4190×25=59447/104750=0,57 кг/с

 

       3.2. Средний температурный напор

 

                                                  Δt_ср = (t_r + t_o)/ 2 – t_в.

                                         Δt_ср= (95+70) / 2 – 18 = 64,5⁰С

 

3.3. Расчетная плотность теплового потока, Вт/м².(выбор одного типа приборов)

                                                     q_пр = Q_пр/F_пр, Вт/м²

где

                                       q_пр ≈1,04(64,5/70)^1,3(0,57/0,01)^0,02 × q_ном =

                                     1,04×0,89×1,08× 758=757,7=758Вт/м²

 

       q_ном- номинальная плотность теплового потока, 758 Вт/м².

 

       3.4. Коэффициент теплопередачи

 

k_пр = q_пр / Δt_ср

k_пр=758/64,5=11,75 Вт/м²К

 

Для упрощения  расчета согласно [1, стр. 27] k_пр ≈ 10,3 Вт/(м²К) принимаем одинаковым для отопительного прибора независимо от расхода Q_пр.

3.5. Требуемая площадь теплообменной поверхности отопительного прибора, м² (для каждого помещения)

 

F_пр(i) = (Q_пр(i) / k_пр(i)· Δt_ср)β₁ ·β₂,

где:

β₁ - поправочный коэффициент на число секций в приборе (уточняется в конце расчета, когда известно число секций, [по 1 табл.8]);

β₂ - коэффициент, учитывающий характер установки отопительного прибора.

 

 

 

 

 

 

 

3.6. Требуемое число секций в отопительном приборе

 

n_с(i) = F_пр(i) / f_с,

где:

f_с – площадь теплообменной поверхности одной секции, м² = 0,244.

Для двухсветного зала 101 согласно рекомендаций методического указания устанавливаем отопительные приборы в два яруса.

 

 При этом  принимаем:

Q₁₀₁^нижн = 0,65 × Q₁₀₁

Q₁₀₁^верх = 0,35 × Q₁₀₁

 

Результаты  расчетов по определению тепловой мощности отопительных приборов и числу секций в каждом из них для всех помещений здания сводим в таблицу.  №-2

 

Q₁₀₁^нижн =23865 х 0,65 = 15512 Вт,

 

Q₁₀₁^верх = 23865 х 0,35 = 8353 Вт

 

 

 

 

 

 

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                      

 

 

 

 

Таблица- №2

 

№ помещения	tв,оС	Δtср =   (tr + to)/ 2 – tв.	Кпр = Вт/м2	β1	β2	Qпр , Вт	Fпр(i) =( Qпр/  kпрр(i)· Δtср )×β2, м2	β1	nс
101 верх	18	64,5	10,3	1	1,02	23865×0,35= 8353/9 =928	12,57 : 0,244= 51,5	1	51,5/9 ≈ 6
101   низ	18	64,5				23356× 0,65= 15512/9 =1723	23,4 : 0,244 = 95,7	1,05	95,7/9 ≈ 10,6 =11
102	18	64,5				1109/1	1,67: 0,244 = 6,6	1,05	6,9 =7
103	18	64,5				1202/1	1,81: 0,244=7,4	1,1	7,4 =8
104	16	66,5				1011/1	1,48: 0,244=6	1,05	6 =7
105	12	70,5				2069/1	2,84:0,244= 11,7	1,05	11,7/2 =6
106	18	64,5				1905/2 =952	2,9:0,244 =11,7	1	11,7/2 =6
107	18	64,5				5656/3 =1885	8,5:0,244 =34,9	1,05	34,9/3 =11,6 =12
108	18	64,5				819/1	1,23:0,244 =5	1,05	5 =6
202	18	64,5				1845/1	2,77:0,244 =11,4	1,05	11,4 =12
203	18	64,5				5536/2 =2768	8,33:0,244 =34,15	1,05	35/2= 17,5= 18
204	16	66,5				1457/1	2,19:0,244 =8,98	1	9
205	18	64,5				6279/3 =2091	9,45:0,244 =39	1,05	39/3= 13= 14
206	18	64,5				2641/2 =1320	4:0,244 =16,3	1,0	16,3/2 =8
109   верх	16	66,5				1300/1	1,9:0,244 =7,8	1	7,8 =8
109   низ	16	66,5				1503/1	2,2:0,244 =8,9	1,05	8,9 =9
207	18	64,5				1250/1	1,88:0,244 =7,7	1	8