Отопление и вентиляция жилого дома

В данной работе проводится расчет системы отопления для квартиры, где выбираются отопительные приборы (радиаторы), определяется число секций в выбранном радиаторе, проводится теплотехнический расчет ограждающих конструкций, рассчитываются теплопотери помещений.

Также в работе выполнен расчет вентиляции квартиры, с определением воздухообмена, приведен аэродинамический расчет каналов.

Расчет выполнен для г. Казань, для одной квартиры, расположенной на 2 этаже 3-х этажного дома.

квартира отопление теплопотеря воздухообмен

1. Исходные данные для г. Казань

Ориентация фасада здания В (восток)

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0.92, tн, єC -32.

Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха <8єС, Zсут 215.

Средняя температура воздуха со средней температурой воздуха <8єС, tоп, єС -5,2.

Расчетная температура в помещении в холодный период года t, єС

– для помещений жилой комнаты (1) и (2) 21–23

– для кухни (4) 18–21

– для коридора (3) и (7) 18–20

– для ванны (6) 25

– для уборной (5) 19–21

Примечание: Для теплотехнического расчета примем температуру в помещениях в холодный период года 21єС.

2. Теплотехнический расчет наружных ограждений

Цель расчета – подобрать такую толщину утеплителя, который для данного объекта соответствовал бы требованиям СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий».

Слой 1 – внутренняя штукатурка. Известково-песчаный раствор. Толщина слоя δ1=0.01 м. Теплопроводность материала λ1=0.81 Вт/мєС.

Слой 2 – кирпич силикатный. Толщина слоя δ2=0.12 м. Теплопроводность материала λ2=0.87 Вт/мєС.

Слой 3 – утеплитель. Утеплитель из вспененного Пенополистирол по ГОСТ 15588. Толщина слоя δ3=0.100 м. Теплопроводность материала λ4=0.041 Вт/мєС.

Слой 4 – кирпич глиняный обыкновенный на цементно-шлаковом растворе. Толщина слоя δ4=0.25 м. Теплопроводность материала λ4=0.76 Вт/мєС.

Слой 5 – наружная штукатурка. Цементно-песчаный раствор. Толщина слоя δ5=0.01 м. Теплопроводность материала λ5=0.93 Вт/мєС.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены исходя из санитарно-гигиенических условий, по формуле:

Roтр=(tв-tн) хn/αвх∆tн, мІ х єС / Вт. (1)

где n =1 – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности стены по отношению к наружному воздуху;

∆tн=4 єС – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены;

αв=8.7 Вт/мІхєС – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены;

tв=21єС – температура внутреннего воздуха;

Roтр=((21 – (-32)) х1)/8.7х4=64/34.8=1.52 мІ х єС / Вт

Определяем требуемое (приведенное) сопротивление теплопередачи, исходя из условий энергосбережения, в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода ГСОП.

ГСОП=(tв-tоп) хZоп, єС х сут. (2)

где tоп, Zоп – средняя температура наружного воздуха, єС и, соответственно, продолжительность отопительного периода, сут.

ГСОП=((21 – (-5,2)) х215=5633 єСхсут.

Roтр=3,36 мІ х єС / Вт (через ГСОП)

Roтр=1.52 мІ х єС / Вт

Для дальнейших расчетов из двух значений требуемого сопротивления выбираем большее Roтр=3.36 мІ х єС / Вт.

По этому значению, с учетом коэффициента теплотехнической однородности, определяем термическое сопротивление слоя утеплителя.

Общее сопротивление теплопередаче ограждения находится по формуле:

R0=Rв+R1+R2+R3+R4+R5+Rн=1/ αв+ δ1/ λ1++ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ 1/+ 1/αн (3)

где Rв и Rн – соответственно сопротивления теплообмену на внутренней и наружной поверхностях ограждения, мІ х єС / Вт.

3,36=1/8.7+0.01/0.81+0.12/0.87+ δутеп./0.041+0.25/0.76+0.01/0.93+1/23;

3,36=0.1149+0.0123+0.1379+ δутеп./0.041+0.3289+0.0107+0.0434

3,36=0.626+ δутеп./0.041; 2.71= δутеп./0.041; δутеп.=0.11 м.;

δутеп.=111 мм. (по расчету);

δутеп.=120 мм. (с учетом стандартной толщины утеплителя);

Общая толщина наружной стены 510 мм.

Фактическое термическое сопротивление наружной стены:

R0ф=1/ αв+ δ1/ λ1++ δ2/ λ2+ δ3/ λ3+ δ4/ λ4+ δ5/ λ5+ 1/+ 1/αн=

=1/8.7+0.01/0.81+0.12/0.87+ 0.120/0.041+0.25/0.76+0.01/0.93+1/23=

=0.1149+0.0123+0.1379+2.44+0.3289+0.0107+0.0434=3.57 мІ х єС / Вт;

Коэффициент теплопередачи

К= 1/ R0ф=1/3.57=0.28, Вт/ мІ х єС; (4)

3. Определение теплопотерь через ограждающие конструкции здания

Потери теплоты через наружные ограждения равны:

Qогр.=КхFх (tв-tн) хnх (1+∑β), Вт (5)

где К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/ мІ х єС;

F – расчетная площадь ограждающей конструкции, мІ;

∑β – сумма добавочных потерь теплоты в долях от основных потерь;

β1 – добавка на ориентацию стен, дверей и световых проемов по сторонам света.

Qогр.для помещения (1)=0.33х24.35х (21 – (-32)) х1х (1+0.1)=468.47 Вт;

По формуле (5) определяется Qогр. для остальных помещений.

Теплозатраты на нагревание инфильтрующегося воздуха определяют по формуле

Qинф.=0.28хLинф.хρхсх (tв-tн), Вт (6)

где Lинф. – расход воздуха, удаляемого естественной вытяжной вентиляцией, принимаемый равным 3 мі/ч на 1 мІ площади жилых помещений и кухни;

ρ – плотность воздуха, кг/мі, рассчитываемый по формуле

ρ=353/(273+tн) (7)

ρ=353/(273+(-32))=1.46

с – теплоемкость воздуха, принимаемая равной 1.005 кДж/(кгхєС);

Qинф.для помещения (1)=0.28х55.35х1.46х1.005х (21 – (-32))=1205,23 Вт.

По формуле (6) определяется Qинф. для остальных помещений.

При определении тепловой мощности системы отопления учитывают бытовые тепловыделения Qбыт. (приготовление пищи, электробытовые приборы и т.п.), которые определяют для всех помещений, кроме лестничных клеток по формуле

Qбыт.=kхFпл, Вт (8)

где k – норма теплопоступлений, равная 10–17 Вт на 1 мІ;

Fпл – площадь пола помещений, мІ;

Qбыт. для помещения (1)= 15х18.45=276.75 Вт;

По формуле (8) определяется Qбыт. для остальных помещений.

Тепловая мощность системы отопления Qполн. Определяется по потерям теплоты через наружные ограждения, теплозатратам на нагревание инфильтрующегося воздуха, за вычетом бытовых тепловыделений и рассчитывается по формуле:

Qполн.= Qогр.+ Qинф. – Qбыт., Вт; (9)

Qполн.для помещения (1) = 468,47+1205,23–276.75=1396.95 Вт;

По формуле (9) определяется Qполн. для остальных помещений.

Полученные значения теплопотерь для всех помещений приведены в таблице №1.

Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочного решения здания определяют удельные показатели расхода тепла по формуле:

qуд.=Qполн./Vн х (tв-tн), Вт/міхєС (9*)

где Vн – объем здания по наружному обмеру, мі;

qуд.=4140,57 Вт/4020.0 мі х (21 – (-32)) єС=0.02, Вт/міхєС;

Удельная теплоэнергопотребность здания за год (отопительный период) qоп. определяют по формуле:

Qоп=(Qполн х (tв-tоп)/(tв-tн))/(ГСОП/F), Вт/мІхєСхсут (9)

Qоп=(4140,57х (21 – (-5,2))/(21 – (-32)))/(5633/837.72)= 304,4 Вт/мІхєСхсут.

4. Выбор и расчет отопительных приборов

Поверхность нагрева приборов определяется по формуле

Fпр=Qпр/qпрхβ1хβ2, мІ (10)

где qпр – расчетная плотность теплового потока, Вт/мІ;

qпр= qномхφ1хφ2хспрхbхp=qномх (∆tср/70) (1+n) х (Gпр/360) m хСпрхbхp (11)

где: qном – номинальная плотность теплового потока, Вт/мІ;

360 – нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор, кг/ч;

n, m – эмпирические показатели степени соответственно при относительных температурном напоре и расходе теплоносителя;

β1,β2 – поправочные коэффициенты;

b – безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается влияние атмосферного давления на тепловой поток прибора;

p – безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается специфика зависимости теплового потока и коэффициента теплопередачи прибора от количества секций (площади) при движении теплоносителя по различным схемам;

∆tср – средний температурный перепад между средней температурой теплоносителя в приборе и температурой окружающего воздуха tв, єС;

∆tср=((tвх – tвых)/2) – tв = tвх – ∆tпр /2 – tв (12)

где: tвх, tвых – температура воды, соответственно, входящей в прибор и выходящий из прибора, єС;

∆tпр – перепад температур теплоносителя между входом и выходом отопительного прибора, єС;

tв – расчетная температура помещения;

Gпр – расход воды в приборе, кг/ч;

Gпр=(3.6хQпр)/c х (tг-tо), кг/ч (13)

где: tг, tо – температура воды в системе отопления, соответственно горячей и охлажденной, єС;

с – теплоемкость воды, равная 4.187 кДж/(кг х єС);

Определяем расход воды в приборе, кг/ч, для помещения (1)

Gпр=(3.6хQпр)/c х (tг-tо)=(3.6х1493.06)/4.187х (95–70)=5375/62.805=85.58 кг/ч;

∆tср=90 – (15/2) – 21=61.5 єС;

qпр= 406.25х (61./70) 1.3 х (85.58/360) 0.04x1x1x1=323.7 Вт/мІ;

Fпр=1493.06/323.7x1.02x1.07=4.23;

В качестве радиаторов выбраны биметаллические секционные радиаторы «Сантехпром БМ».

Модель радиатора РБС-500.

Площадь наружной поверхности fс, мІ 0.48

Коэффициент β1=1.02

Коэффициент β2=1.07 (у наружного остекления).

Схема движения теплоносителя принята сверху вниз.

Коэффициент n=0.3

Коэффициент c=1

Коэффициент m=0.04

Коэффициент p=1

Поправочный коэффициент b=1 (при 760 мм. рт. ст).

Коэффициент β3=0.99 для 8–10 секций в радиаторе.

Число секций в радиаторе:

N= Fпрх β3/ fс (14)

где β3 - поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном приборе;

fс – поверхность нагрева одной секции (для секционных радиаторов);

N=4.23х0.99/0.48=8.55 принимаем 9 секций.

Для помещения (1) следует выбрать 1 радиатор 9 секций длиной 720 мм.

Для остальных помещений данные приведены в таблице 2.

Таблица 2