Проектування системи опалення багатоповерхової будівлі

Размещено на http://www.allbest.ru/

34

ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ БАГАТОПОВЕРХОВОЇ БУДІВЛІ

Вступ

В приміщеннях з тривалим перебуванням людини, у тому числі виробничих, де за умов технології потрібна підтримка температур в холодну пору року, необхідний пристрій опалювальних систем. Вони повинні відповідати основним вимогам:

1) санітарно-гігієнічним -- забезпечувати без погіршення повітряного середовища, необхідні внутрішні температури, що відповідають норма СНіП;

2) економічним -- обумовлювати при якнайменших витратах праці і грошових коштів при малій витраті металу;

3) будівельним -- передбачати розміщення опалювальних елементів в ув'язці з планувальним і конструктивним рішеннями будівлі;

4) монтажним -- забезпечувати монтаж індустріальними методами з максимальним використовуванням уніфікованих вузлів заводського виготовлення при мінімальній кількості типорозмірів;

5) експлуатаційним -- характеризуватися простотою і зручністю управління і ремонту, безшумністю і безпекою дії;

6) естетичним -- добре поєднуватися з внутрішньою архітектурною обробкою приміщення.

Опалювальна установка повинна віддавати приміщенням стільки теплоти, скільки потрібно для компенсації тепловтрат, володіючи при цьому необхідною теплостійкістю відповідно до зовнішніх і внутрішніх чинників, що змінюються.

Системи опалювання складаються з трьох основних елементів: генератора для отримання тепла, теплопроводів, або каналів, для транспорту теплоносія від місця вироблення до опалювального приміщення і нагрівальних приладів.

Системи, опалюючі декілька приміщень від загального генератора, -- центральні. Вони можуть бути будинковий (генератор-- котельна в опалювальній будівлі) і районний (опалюючі групу будівель від районної котельної). Системи, в яких теплота виходить і використовується в єдиному приміщенні, -- місцеві. До таких систем відносяться пічне, газове і електричне опалювання.

1. Формулювання завдання на курсову роботу, її актуальність та доцільність

Курсова робота представляє комплексну роботу, яка об`єднує в собі інженерний розрахунок, проектування систем опалення та вентиляції житлової будівлі, розрахунок економічного ефекту від впровадження розробленої системи. Основна мета роботи - самостійний розрахунок і проектування технологічного оснащення систем опалення та вентиляції будівлі. Разом з тим, в ході підготовки, виконання і оформлення роботи необхідно:

закріпити навички самостійної роботи і оволодіти методикою інженерного пошуку;

проявити ініціативу в організації збору інформації про об`єкт розробки, придбати навички роботи з технічною і патентною літературою;

навчитися застосовувати придбані знання для розв`язування конкретних задач і представляти результати в потрібній формі;

розвити розрахункові навички, вміння оцінювати проміжні результати, обирати найраціональніші методи розрахунку;

навчитися інженерно коректно викладати зміст і результати роботи, робити обґрунтовані висновки, технічно правильно оформлювати пояснювальну записку, розрахункову частину та графічну інформацію з дотриманням вимог ЄСКД та ДСТУ.

2. Розрахунок системи водяного опалення багатоповерхової будівлі

2.1 Визначення теплових витрат будівлі за добу

Для визначення добових теплових витрат багатоповерхової будівлі скористаємося наступними формулами.

Теплові витрати через стіни [1, 99]:

, Вт

де S - площа стіни, м²;

t_в - t_н - різниця температур у приміщенні і зовні його, град;

k_роз - коефіцієнт, що враховує поправку на географічне орієнтування будівлі (стіна орієнтована на північ, k_роз = 0,1; на схід та захід, k_роз = 0,05; на південь, k_роз = 0);

k_зах.в - коефіцієнт, що враховує захищеність будівлі від вітру (приймаємо, для стіни, де є вхідні двері, k_зах.в = 0,1, для всіх інших стін k_зах.в. = 0,05);

R_ст - термічний опір матеріалу стіни;

м^2.град/Вт,

де ₁, ₁ - відповідно, товщина та теплопровідність цегляної кладки [2, 131-133]: ₁ = С; ₁ = 0,81...0,87 Вт/м^.С;

₂, ₂ - відповідно, товщина та теплопровідність штукатурки [2, 131-133]: ₂ = 0,005 м; ₂ = 1,2 Вт/м^.С

Таким чином, теплові витрати через стіну (згідно схеми, рис.1):

Рис.1. Схема розташування будівлі

5377.4655 Вт; 5143.6627 Вт; 3429.1085 Вт

Загальні теплові витрати через стінку:

Q_заг = Q = 17379.3451 Вт

Теплові витрати через вікна [1, 99]:

11150 Вт,

де S_вік/S_заг - відношеня площі вікон до загальної площі;

R_вік - термічний опір подвійного скло-пакету в спарених дерев`яних перепльотах [1, 87]; R_вік = 0,34 м^2.град/Вт.

Теплові витрати через стелю [1, 99]:

729,685Вт,

де S - площа стелі, м²;

t_в - t_н - різниця температур у приміщенні і зовні його, град;

n - коефіцієнт, що враховує чердачні перекриття;

R_пот - термічний опір чердачного перекриття;

5,92 м^2.град/Вт,

де ₁, ₁ - відповідно, товщина та теплопровідність залізобетонного перекриття [2, 131-133]: ₁ = С; ₁ = 1,55 Вт/м^.С;

₂, ₂ - відповідно, товщина та теплопровідність керамзитового заповнювача [2, 131-133]: ₂ = С; ₂ = 0,128 Вт/м^.С;

₃, ₃ - відповідно, товщина та теплопровідність рубероїдного покриття [2, 131-133]: ₃ = 0,005 м; ₂ = 0,174 Вт/м^.С

Теплові витрати через підлогу [1, 99]:

15225.045 Вт,

де S - площа підлоги, м²;

t_в - t_н - різниця температур у приміщенні і зовні його, град;

n - коефіцієнт, що враховує наявність підвалу;

R_під - термічний опір підвального перекриття;

0,31527 м^2.град/Вт,

де ₁, ₁ - відповідно, товщина та теплопровідність бетонної стяжки [2, 131-133]: ₁ = 0,30 м; ₁ = 1,74 Вт/м^.С;

₂, ₂ - відповідно, товщина та теплопровідність дерев`яної підлоги [2, 131-133]: ₂ = 0,05 м; ₂ = 0,35...0,41 Вт/м^.С;

Розрахунок теплових витрат на нагрів інфільтраційного повітря вентиляційної системи приміщення Q_і.п:

87084.103 Вт,

де с = 1005 Дж/кг^.С - питома теплоємність повітря;

А₀ - коефіцієнт, що враховує вплив зустрічного теплового потоку, для вікон з роздільними переплетами, А₀ = 0,8;

G₀ - кількість повітря, що потрапляє шляхом інфільтрації через 1 м²:

0.115 кг/м^2.год,

F₀ - площа вікон:

S_вік = 2^.(A + B + C)^.(L + H)^.S_вік/S_заг = 106.25 м²;

R_u - опір проникненню повітря, R_u = 1,35 м^2.Па^2/3/кг,

Р - різниця тисків повітря на зовнішній та внутрішній поверхнях вікна:

2.321 Па,

де Н - висота уст`я вентиляційної шахти над поверхнею землі:

Н = А + В + С = 8,5 м;

h - висота центра вікна від поверхні землі:

h₁ = А/2 = 1,9 м (для вікон першого поверху),

h₂ = А + В/2 + С = 6,5 м (для вікон другого поверху);

_н, _в - густина зовнішнього та внутрішнього повітря:

_н = 353 / (273 + t_н) = 1,342 кг/м³,

_в = 353 / (273 + t_в) = 1,197 кг/м³,

К - коефіцієнт, що враховує зміну швидкісного (динамічного) тиску вітра в залежності від висоти та місцевості, К = 1.

Витрати тепла на нагрів повітря, що потрапляє для компенсації природної витяжки з приміщення визначається за формулою:

3225 Вт,

де t_вент - температура вентиляційного повітря, t_вент = 0,5^.t_н = -5 С;

S_п - площа підлоги, м².

Побутові теплові надходження визначаються для усього приміщення:

300 Вт,

де К - коефіцієнт, що враховує побутові теплові надходження, К = 1,2…2,1.

Таким чином, сумарні та добові теплові витрати багатоповерхової будівлі відповідно становитимуть:

Q = Q_заг + Q_вік + Q_под + Q_під + Q_н,б - Q_пб = 47409.075 Вт,

В_д = Q = 1.138 МВт^.добу,

де Q_н,б - максимальне значення витрат вентиляційного повітря;

- тривалість доби, = 24 год.

Далі визначаємо питому теплову характеристику:

1.162 Вт/м³,

де V_буд - об`єм будівлі по зовнішнім параметрам без даху та підвалу:

V_буд = L * H*(A + B + C) = 1275м³.

2.2 Вибір, встановлення та розрахунок системи водяного опалення

Радіатори, як правило, встановлюють на відстанях не менше 60 мм від підлоги і 50 мм від низу підвіконних дощок. В лікувальних приміщеннях і дитячих кімнатах радіатори розміщують на відстанях не менше 100 мм від підлоги і 50 мм від поверхні штукатурки стіни. В житлових і громадських будівлях радіатори іноді встановлюють в нішах. Висота останніх повинна бути на 100--150 мм більше повної висоти приладу, ширина більше відповідних розмірів приладу на 300 мм і глибина -- на 130 або 250 мм (відкрита або прихована прокладка труб).

В приміщеннях з високоякісною обробкою прилади встановлюють в укриттях. Проте звіси підвіконної дошки погіршують тепловіддачу приладів на 2--5%. У зв'язку з цим укриття бажано передбачати з нижніми і верхніми отворами для циркуляції повітря у приладу (при цьому поправочний коефіцієнт на зниження тепловіддачі приладу приймається рівним 0,90).

Фарбування приладів в світлі тони зменшує в порівнянні з незабарвленими теплопередачу їх лише на 1--2 %, а при алюмінієвому або мідному забарвленні -- на 25 %; збільшення тепловіддачі на 3--5 % забезпечується при забарвленні приладів в темні тони. Тильну поверхню приладу слід офарблювати фарбою малої випромінювальної здатності, доцільно на стіні встановлювати лист альфолю або теплоізоляції.

Визначивши вид нагрівального приладу, місце і вид його установки в приміщенні, спосіб приєднання до трубопроводів, проводять його теплотехнічний розрахунок.

2.2.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів системи опалення

Гідравлічний розрахунок проводять за наперед викресленою аксонометричною схемою системи опалення, на яку проставляють теплові навантаження опалювальних приладів, стояків ділянок магістралей, а також довжини розрахункових ділянок.

Задача розрахунку полягає в обчисленні площі поверхні приладу, що забезпечує передачу розрахункової кількості тепла від теплоносія до приміщення. Нагріта поверхня приладу повинна при цьому мати температуру не вище за допустиму по санітарно-гігієнічних вимогах.

Визначимо різницю температур в радіаторі опалення та приміщені:

73 С,

де t₀ = 95 С - температура води в радіаторі опалення [1, 115].

Визначаємо кількість води, що циркулює в системі опалення:

1853.264 кг/год,

де t₀, t - відповідно, температура на вході та виході з опалювального приладу.

Розрахуємо коефіцієнт змішування елеватора:

2.591

де Т_к - температура води на виході з котла, Т_к = 130 С.

Тиск води, що передається в систему опалення обчислюємо за формулою:

3.626 кПа,

де Р - перепад тиску на водогоні,

Р = 1870^.(Т_к - t₀) = 65 кПа.

Визначаємо діаметр горловини елеватора:

15 мм.

Приймаємо найближче значення діаметру горловини: d_г = 15 мм.

Визначаємо діаметр сопла елеватора:

4.257 мм.

Визначаємо розрахунковий циркуляційний тиск в двох трубній системі водяного опалення:

3721.901Па,

де Р_е - перепад тисків на рівнях різних поверхів:

240.9 Па,

де t₀, t - відповідно, температура на вході та виході з опалювального приладу;

h₁, h₂ - висота центра вікна на відповідному рівні від поверхні землі.

Обчислюємо питомі витрати тиску на тертя за формулою:

21.773 Па/м,

де L - довжина трубопроводу системи:

L = 4^.(L + H) = 100 м.

2.2.2 Розрахунок поверхні опалювальних радіаторів

До установки приймаемо біметалічний секційний радіатор типу ПРЕСС РБП-1М 300, для яких:

- зовнішня Размеры (межосевое/высота/глубина/ширина секции), мм 300/344/75/74;

- Масса одной секции, кг 2,26;

- Объем воды в одной секции, см. куб. 196;

- умовний номінальний тепловий потік однієї секції радиатора Q_н = 165 Вт.

Оригинальность конструкции биметаллического радиатора в том, что он состоит из прочного и стойкого к электрохимической коррозии стального трубопроводного каркаса (скелета), оребренного снаружи высококачественным алюминием сплавом методом литья под высоким давлением. При этом образуется монолитное соединение, исключающее возможность контакта алюминия с водой, а значит и коррозии. Гарантирована стойкость конструкции при резких сверхнормативных скачках давления в системе на протяжении всего срока службы, чего не выдерживает ни один алюминиевый и чугунный радиатор. Радиаторы адаптированы к любым системам отопления жилых и производственных помещений с рабочим давлением в системе до 18 атм. Эти радиаторы не требуют специальной подготовки воды (очистки, снижение кислотности, щелочности), в отличие от западных аналогов (алюминиевые радиаторы).

Оскільки дійсний температурний перепад t_ср у більшості випадків не відповідає номінальному, для використання довідникових даних вводиться комплексний коефіцієнт зведення до розрахункових умов:

0.611,

де t_ср - середня температура теплоносія в опалювальному приладі:

t_ср = t - t_в = 51 С.

G_пр - витрати води в опалювальному приладі:

6.45, кг/ч

Враховуючи, що 5% теплових витрат приміщення компенсується тепловіддачею відкрито прокладених теплопроводів опалення, знаходимо:

= 45038.622 Вт.

Необхідний номінальний тепловий потік приладу, що необхідний для вибору його типорозміру, визначають за формулою:

73672.629 Вт.

Мінімальна допустима кількість секцій чавунного радіатора визначають за формулою:

46 штук,

де ₄ - коефіцієнт, що враховує спосіб установки радіатора, ₄ = 1;

₃ - коефіцієнт, що враховує число секцій в приладі (для радіатора ПРЕСС РБП-1М 300, див.таблицю 1.1).

Таблиця 1.1 Вибір коефіцієнта ₃ за кількістю секцій радіатора

Число секцій в приладі	до 15	16-20	21-25
3	1,0	0,98	0,96

Таким чином, обираємо радіатор ПРЕСС РБП-1М 300, Q_н = 165 Вт [1, 112]). Тоді, мінімальна кількість секцій: N_min = 46 штук, а кількість радіаторів n = N_min / 10 (на 2 поверхи по 5 секцій в радіаторі), n = 4.6 (приймаємо n = 5 радіаторів).

2.3 Розрахунок витрат палива для котла водяного опалення

Витрати палива знайдемо наступним чином.

Необхідна кількість тепла, що передається від нагрівача до води (за добу):

107.9 МВт^.добу,

де k_р - коефіцієнт перерахунку ефективності радіаторів, k_р = 1,22 [1, 112];

k_тр - коефіцієнт перерахунку ефективності трубопроводу, k_тр = 1,69 [1, 113].

Для визначення кількості палива, яку необхідно спалити, щоб отримати добову норму теплових витрат розв`яжемо рівняння теплового балансу:

,

де Q^р_пал - теплота згорання палива (для природного газу, Q^р_пал = 35 МДж/м³);

V_пал - об`єм добової витрати палива, м³;

_к = ККД котла (для котла РОС11М-25 Медведъ, _к = 80...92%).

 = 3.425 м³.

Висновки до розділу 2: В результаті вищенаведених розрахунків була спроектована система водяного опалення багатоповерхової будівлі, яка включає 10 радіаторів марки ПРЕСС РБП-1М 300 та котел РОС11М-25. Споживча здатність даної системи складає 3.425 м³ природного газу за добу при теплових витратах будівлі 107.9 МВт^.добу.

3. Розрахунок системи електричного опалення багатоповерхової будівлі

В системах механічної вентиляції нагрівання повітря приточування, як правило, здійснюється калориферами.

Класифікувати калорифери, що застосовуються в даний час можна по декількох ознаках. По виду теплоносія розрізняють калорифери водяні, парові, електричні. У свою чергу водяні і парові калорифери підрозділяються по виду поверхні на гладкотрубчасті і ребристі, по характеру руху теплоносія -- на одноходові і багатоходові. По кількості рядів труб що випускаються в даний час калорифери діляться на дві моделі: середню (С) з трьома рядами труб і велику (Б) -- з чотирма рядами. По ходу руху повітря трубки в калориферах можуть розташовуватися в коридорному або в шаховому порядку. В останньому випадку забезпечуються кращі умови теплопередачі, проте разом з цим зростає і опір руху повітря.

В одноходових калориферах доступ теплоносія з розподільних коробок відкритий у всі трубки і теплоносій проходить по них між розподільною і збірною коробками один раз.

Коробки багатоходових калориферів мають поперечні перегородки, які створюють послідовний рух теплоносія по трубках. В таких калориферах швидкість руху теплоносія в трубках при однаковій витраті в порівнянні з одноходовими більше, у зв'язку з чим інтенсивність теплопередачі зростає. В той же час живий перетин трубок менше, отже, більше опір руху теплоносія.

В ребристих калориферах зовнішня поверхня труб має оребріння, завдяки чому площа теплопередаючої поверхні збільшується. Кількість трубок у ребристих калориферів менше ніж у гладкотрубчастих, але теплотехнічні показники вище. Остання обставина послужила причиною того, що в даний час застосовуються, як правило, ребристі калорифери, серійно що випускаються вітчизняною промисловістю.

В спірально-навивних калориферах ребра на трубках утворюються навівкою сталевої стрічки, При цьому за рахунок великого зусилля при навівці забезпечується щільний контакт між трубкою і стрічкою, що покращує умови теплопередачі. Проте при такій конструкції ребер опір руху повітря більше, ніж у пластинчастих калориферів. В даний час знаходять широке застосування спірально-навивні (оребрені) калорифери КФСО (середньої моделі) і КФБО (великої моделі).

В електрокалориферах нагрівальним елементом служать трубки (іноді з оребрінням для збільшення поверхні тепловіддачі), усередині яких знаходиться омічний опір. Трубки розташовуються в декілька рядів в шаховому порядку і омиваються повітрям, що нагрівається. Потужність електрокалориферів, що випускаються як секції до центральних кондиціонерів, складає 10, 50, 150 і 200 кВт, живлення здійснюється електричним струмом 220 і 380 В. Конструкція електрокалориферів передбачає можливість регулювання тепловіддачі за рахунок включення частини потужності в порівнянні з номінальною.

В калориферній установці, призначеній для нагрівання повітря, може бути декілька калориферів, які по ходу руху повітря розташовуються послідовно, паралельно або по змішаній схемі. Як правило, в одній калориферній установці калорифери приймаються однаковими по типу і розміру.

3.1 Розрахунок калориферів електричного опалення

З рівняння теплового балансу виразимо тепловіддачу електричних калориферів:

,

448*0,2*261=23390

де С - теплоємність матеріалу нагрівного елементу (для ніхрому, С = 448 Дж/кг^.К) [2, 169];

m - маса нагрівного елементу, кг;

t - різниця температур між нагрівним елементом та в приміщені, t = 230...330 - t_в град.

Звідси визначимо довжину нагрівного елементу калориферів:

956 м

де - густина матеріалу нагрівного елементу (для ніхрому, = 8900 кг/м³) [2, 144];

S - площа поперечного перетину дроту нагрівного елементу калориферу, S = 2.5 мм².

В якості нагрівального пристрою обираємо калорифер КВС-9п (робоча довжина нагрівального елементу l₀ = 115 м). Таким чином, загальна кількість нагрівальних приладів, N = l / l₀ = 8,31 (приймаємо 8 калориферів)

3.2 Розрахунок витрат електроенергії для системи електричного опалення

Витрати електроенергії знайдемо за формулою:

= 13.44 кВт^.добу,

де k - коефіцієнт ефективності роботи калориферів, k_р = 0,7;

W - тепловипромінююча потужність калориферу даної марки, W = 0,100 кВт.

Висновки до розділу 3: В результаті вищенаведених розрахунків була спроектована система електричного опалення багатоповерхової будівлі, яка включає 8 калориферів марки КВС-9п. Споживча здатність даної системи складає 13.44 кВт^.добу електроенергії при теплових витратах будівлі 107.9 МВт^.добу.

4. Порівняння та економічна оцінка систем опалення. Розрахунок економічної ефективності від впровадження системи електричного опалення

Економічний ефект від впровадження нової системи опалення і порівняльна економічність будуть залежати від того, з яким методом чи засобом вони будуть порівнюватися.

4.1 Маркетинговий аналіз систем опалення

При визначенні порівняльної техніко-економічної прогресивності нового обладнання вибір бази залежить від степеню використання їх потенційних виробничих можливостей. У випадку повного завантаження розглядуваних засобів у якості бази для порівняння приймають найкращі із впроваджених, спроектованих чи розроблюваних вітчизняних та закордонних методів і засобів, які забезпечили б отримання однакових безпосередніх виробничих результатів, застосування яких в умовах повного їх використання забезпечать найменші затрати, які зумовлені отриманням даних результатів. опалювальна система вентиляція будівля

Умовою визначення порівняльної економічної техніки та сезонного економічного ефекту виступає тотожність за варіантами корисних результатів її застосування. Умова має місце, коли по кожному із варіантів забезпечується задовільнення одних і тих самих виробничих чи кінцевих потреб в однаковому обсязі, в однаковий термін часу, в однакових місцях, приблизно при такому ж впливу на людей на навколишнє середовище.

Оскільки задовільнення потреб забезпечує виготовлення відповідної продукції, варіанти можна вважати тотожними, якщо має місце тотожність продукції по складу, що відповідає номенклатурі; по якості, яка відповідає стандартам та технічним умовам; по кількості, що відповідає проектному завданню; по умовам охорони праці та безпеки життєдіяльності.

Тотожність по обсягу продукції. Якщо по одному із варіантів, які співставляються не забезпечується необхідний обсяг продукції, а потреба в збільшеному обсязі реальна, то за цим варіантом слід застосовувати додаткове обладнання, робочу силу, виробничу площу і т.д.

Тотожність по терміну часу. Якщо за будь-яким із варіантів не забезпечується отримання результату в установлені технічним завданням терміни, то за цим варіантом необхідно розглянути тимчасові способи отримання потрібного результату.

Тотожність по умовам праці. Співставленні варіанти повинні бути приведені до східним умовам праці та безпеки життєдіяльності, обов'язковим для даного типу виробництва.

При аналізі порівняльної економічної ефективності варіантів необхідно виділяти із складу капітальних вкладень та собівартості продукції величину затрат, які обумовлені покращенням умов праці та техніки безпеки та інших соціальних сторін виробництва.

Величина витрат за варіантами та розмір економічного ефекту, який отримується завдяки впровадженню електричної системи опалення безпосередньо залежить від терміну опалення.

4.2 Розрахунок економічної ефективності від впровадження системи електричного опалення

Визначення сезонного економічного ефекту полягає на співставленні приведених затрат системами водяного та електричного опалення:

= 178.51 у.о.

де С_пал, С_ел - відповідно, собівартість 1 м³ палива (для природного газу С_пал = 0,5 у.о.) та 1 кВт^.год електроенергії (С_ел = 0,2 у.о.);

V_пал - витрати палива за добу при використання системи водяного опалення, м³;

К_ел - витрати електроенергії за добу при використання системи електричного опалення, кВт^.год;

- термін використання системи опалення, = 6 місяців = 183 доби

Як бачимо із проведених розрахунків, впровадження системи електричного опалення вигідніше за систему водяного опалення. Цей ефект пояснюється підвищенням продуктивності роботи системи опалення, скороченням часу нагріву приміщення, що, в свою чергу, дозволяє використовувати більш економічні режими опалення приміщення.

5. Техніка безпеки при розробці й експлуатації електротехнічної системи опалення

Системи електричного опалення знаходиться під струмом небезпечним для життя людини. Тому необхідно дотримуватися наступних мір електричної безпеки:

застосування одного із методів захисту елементів електричного опалення від пробою - заземлення, занулення чи автоматичного відключення;

ізоляція відкритих електричних частин;

огородження енергонесучих частин та застосування знаків попереджуючих про небезпечну напругу;

ремонт, монтаж та огляд обладнання дозволяється лише при виключеній напрузі;

наявність загального вимикача напруги;

не допускається вологе прибирання приміщення при включеному електрокалорифері;

не допускається робота зіпсованого обладнання, а також при короткому замиканні обмотки.

5.1 Розрахунок захисного занулення

Занулення - це навмисне електричне з`єднання з нульовим захисним проводом металевих неструмовідних частин, які можуть опинитись під напругою внаслідок замикання на корпус або за інших причин.

Занулення призначено для усування небезпеки ураження електричним струмом у разі дотику до корпусу та інших неструмовідних металевих частин електроустановки, яка опиниться під напругою внаслідок замикання на землю. Вирішується ця задача іншим шляхом, ніж у випадку захисного заземлення: швидким вимиканням від мережі пошкодженої електроустановки. З моменту виникнення замикання на корпус і до відключення електроустановки від мережі занулення виконує функцію захисного заземлення, тобто знижує напругу дотику до безпечних значень.

Принцип дії занулення - перетворення замикання на корпус в однофазне коротке замикання (тобто замикання між фазним та нульовим проводами) з метою викликати струм, значно більший, ніж робочий, спроможний забезпечити спрацювання захисту і тим самим автоматично вимкнути ушкоджений електроелемент від мережі.

Розрахуємо захисне занулення для системи електричного опалення, яке споживається від мережі напругою 380/220В з глухозаземленою нейтралю.

При замиканні фази на занулений корпус електроелемент автоматично відключається, якщо струм однофазного короткого замикання І_кз задовольняє умові:

І_кз RІ_ном

де R - коефіцієнт кратності номінольного струму І_ном, А запобіжника.

Так як захист здійснюється плавкими запобіжниками, то згідно ПУЭ - 87 приймаємо R = 3.

І_кз RІ_ном = 3 І_ном

I_kз = U_ф / (Z_т/3 + Z_п)

де U_ф - фазна напруга, 220 В;

- опір трансформатора, 0,054 Ом [12, 61];

- опір петлі фаза-нуль, яке визначається з залежності

,

де R_ф, R_н - активний опір фазного і нульового провідника, Ом;

Х_ф, Х_н - внутрішній індуктивний опір фазного і нульового провідника, Ом;

Х_і - зовнішній індуктивний опір петлі “фаза - нуль”, Ом.

Найменше допустиме значення І_кз.

І_кз = 3^.100 = 300 А

5.2 Розрахунок опорів захисного занулення з врахуванням матеріалу провідника

Розраховуємо опори з врахуванням матеріалу провідника:R_ф, R_н, Х_ф, Х_н:

R_ф = L / S, R_н = L / S

де _ал - питомий опір провідника з алюмінію, _ал = 0,028 Ом^.мм²/м;

L - довжина провідника, L = 20 м,

S - переріз провідників, які йдуть:

S₁ - від трансформатора до ВРП у щитовій;

S₂ - від ВРП у щитовій до щита на дільниці;

S₃ - від щита на дільниці до верстата.

L₁ - довжина провідника від трансформатора до ВРП;

L₂ - довжина провідника від ВРП до щита на дільниці;

L₃ - довжина провідника від щита до верстата.

Підставимо значення і отримаємо значення опорів:

R_ф1=L₁ /S₁ = 0,02840/1000 = 0,00112 Ом;

R_ф2=L₂ /S₂ = 0.02820/120 = 0,00460 Ом;

R_ф3=L₃ /S₃ = 0.0287/12 = 0,0163 Oм;

R_ф= R_ф1 R_ф2 R_ф3 = 0.00112+0.00460+0.0163 = 0.02202 Ом;

R_н = R_н1+ R_н2+ R_н3,

де R_н1 - опір нульового провідника від трансформатора до ВРП;

R_н2 - опір нульового провідника від ВРП до щита на дільниці;

R_н3 - опір захисного нульового провідника від щита на дільниці до верстата.

R_н1=L₁ /S_н1 =0,02840/1000 = 0.00112 Ом;

R_н2=L₂ /S_н2 =0.02820/120 = 0.0047 Ом

Нульовий захисний провідник буде виконаний зі сталі. Для визначення його активності та внутрішнього індуктивного опору необхідно визначити очікувану щільність струму і по визначеному перерізу провідника по таблиці визначити опір.

Щільність струму визначаємо по формулі:

= І_кз / S.

Для нульового провідника вибираємо провідник прямокутного перерізу 404 мм:

= І_кз / S = 300 / 160 = 1,875 А/мм².

Тоді, Rн = rL₃,

де r=1,54 Ом/км.

R_н3 = rL₃ = 1,540,007 = 0,01078 Ом.

R_н = R_н1+ R_н2+ R_н3 = 0,00112+0,00470+0,01078 = 0,0166 Ом;

Внутрішній індуктивний опір нульового захисного провідника:

Х_н = ХL,

де

Х = 0,092 Ом/км,

Х_н = Х L₃=0,920,007=0,00644 Ом.

Переріз нульового провідника і його матеріал вибирають з умови, щоб повна провідність нульового дроту була не менш 50% повної провідності фазного дроту.

43,422,7

Значення Х_ф і Х_н для алюмінієвих провідників малі і ними можна знехтувати. Підставивши значеня опорів, видно що умова виконуеться.

Знаходимо зовнішній індуктивний опір петлі “фаза-нуль” 0,6 Ом/км:

Х_и = 0.6 (L_ф + L_н)

де L_ф, L_н - довжина провідників (фазного і нульового)

Х_и = 0,6 (0,067 + 0,067) = 0,08 Ом.

Визначаємо опір петлі “фаза-нуль”:

 =

Ом.

Тепер, коли відомі всі значення опорів знаходимо струм короткого замикання:

I_kз = Uф / (Zт/3 + Zп) = 220/(0.54/3 + 0,095) = 449 А

Перевіримо умову надійного спрацьюваня захисту I_пл.вст = 100 А, тобто 449 300. Дана умова виконується - розрахунки виконана вірно.

Висновки та пропозиції

В результаті вищенаведених розрахунків було спроектовано:

- систему водяного опалення багатоповерхової будівлі, яка включає 10 радіаторів марки ПРЕСС РБП-1М 300, та котел РОС11М-25. Споживча здатність даної системи складає 3.425 м³ природного газу за добу при теплових витратах будівлі 107.9 МВт^.добу

- систему електричного опалення багатоповерхової будівлі, яка включає 8 калориферів марки КВС-9п. Споживча здатність даної системи складає 13.44 кВт^.добу електроенергії при теплових витратах будівлі 107.9 МВт^.добу.

Із проведених економічних розрахунків встановлено, що впровадження системи електричного опалення вигідніше за систему водяного опалення. Сезонний економічний ефект 178,51 у.о. від впровадження системи електричного опалення пояснюється підвищенням продуктивності роботи системи опалення, скороченням часу нагріву приміщення, що, в свою чергу, дозволяє використовувати більш економічні режими опалення приміщення.

В розділі техніки безпеки було розраховано захисне занулення для системи електричного опалення, яке споживається від мережі напругою 380/220В з глухозаземленою нейтралю. Струм короткого замикання такої системи захисту складає 449 А, що більше за граничний струм плавких вставок (300 А)

Список використаної літератури

1. Теплотехника, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха / Под ред. В.М.Гусева. - Л.:Стройиздат, 1981, 343 с.

2. Теплотехнический справочник / Под общей ред. В.Н.Юренева, Т.2, М.: Энергия, 1976, 896 с.

3. Андреевский А. К. Отопление. Вышейшая школа. Минск, 1974.

4. Аше Б. М. Отопление и вентиляция. Стройиздат, 1939.

5. Белоусов В. В. Пуск и наладка систем центрального отопления. Гос-стройиздат, 1939.

6. Богословский В.Н., Щеголев В.П., Разумов Н.Н. Отопление и вентиляция. М., Стройиздат, 1980.

7. Вукалович М. П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М., Машиностроение, 1967.

8. Гусев В. М. Теплоснабжение и вентиляция. М., Стройиздат, 1975.

9. Дроздов В. Ф. Отопление. М., Высшая школа. 1976.

10. Каменев П. Н., Богословский В. Н., Сканави А. Н., Егиазаров А. Г., Щеглов В. П. Отопление. М., Стройиздат, 1975.

11. Литвин А. М. Теоретические основы теплотехники. Госэнергоиздат, 1964.

12. Максимов Г. А. Отопление и вентиляция, ч. II. М., Высшая школа, 1966.

13. Максимов Г. А., Орлов А. Н. Отопление. М., Госстройиздат, 1954.

14. Сканави А. Н. Отопление. М., Стройиздат, 1979.

15. Тимофеев К. В. Общая теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. М., Стройиздат, 1969.

16. Щеголев М. М., Гусев Ю. Л., Иванова М. С. Котельные установки. М., Госэнергоиздат, 1972.

17. Справочник проектировщика. Отопление, водопровод, канализация / Под ред. И. Г. Староверова. М., Стройиздат, 1975.

Размещено на Allbest.ru

...