Термодинамический расчет системы отопления

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВО Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва

Кафедра общей и технической физики

Курсовая работа

на тему: Термодинамический расчёт системы отопления

по курсу Тепловодогазоснабжение

Группа ТЭБ-13 Студент Блинова П.Н.

Руководитель Емец А. А.

Рыбинск 2016



Содержание

теплопотеря тепловой энергия отопление

1. Схема помещения и исходные данные

2. Тепловой баланс здания

2.1 Тепловые потери через ограждающие конструкции

2.2 Тепловые потери путём инфильтрации

2.3 Общие тепловые потери

2.4 Тепловые выделения от персонала и электрооборудования

2.5 Теплопоступления от солнечной радиации за отопительный период

2.6 Потребность в тепловой энергии на отопление здания в отопительный период

3. Расчёт количества секций калорифера

4. Расчёт теплопотерь при различных температурах наружного воздуха

4.1 Изменение температуры внутри стены

4.2 Регулирование подачи тепла

Выводы

Библиографический список



1. Схема помещения и исходные данные

Исходные данные и обозначения:

а = 17,50 м - длина помещения;

b = 10,14 м - ширина помещения;

h = 3,7м - внутренняя высота помещения;

h = 4,2м - наружная высота помещения;

S_пом. = 177,45 - площадь помещения;

S_{нар. стен.} = 232,176 - площадь наружной стены;

S_{полн. пов.} = 587,076 - полная площадь поверхности здания;

c = 1,3 м - ширина оконного проёма; 147

d = 1,4 м - высота оконного проёма;

S_ок = 16,38 - площадь оконного проёма;

внутренняя температура воздуха согласно ГОСТ 30494-96 [1];

расчётная минимальная наружная температура воздуха согласно ГОСТ 30494-96 [1];

площадь щелей стены;

Н=2,75 м высота здания от уровня пола до потолка м;

температура теплоносителя на входе в систему отопления здания,

температура теплоносителя на выходе из системы отопления здания,

продолжительность отопительного периода, сутки;

плотность наружного воздуха при ;

плотность внутреннего воздуха при ;

ускорение свободного падения;

удельная теплоёмкость сухого воздуха;

удельная теплоёмкость воды;

термическое сопротивление наружной стены, ;

коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, ;

коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, ;

термическое сопротивление оконного проёма, ;

термическое сопротивление крыши, ;

коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкциях;

R₁ - сопротивление воздухопроницанию окон,

R₂ - сопротивление воздухопроницанию дверей,

- нормируемое сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций,

- нормируемое сопротивление воздухопроницанию дверей,

- нормируемое сопротивление воздухопроницанию окон в деревянных переплётах,

- нормируемое сопротивление воздухопроницанию окон в пластиковых переплётах,

- удельный вес наружного воздуха,

- удельный вес внутреннего воздуха,

- расчётная разность давлений на наружной и внутренней поверхностях наружных ограждений, Па;

- разность давлений , определённая для помещений 1 - го этажа, Па;

добавочные потери тепловой энергии в долях от основных потерь;

h_i - высота от уровня земли до центра рассчитываемого помещения, м;

с_1н - аэродинамический коэффициент для наветренной поверхности ограждения здания;

с_1п - аэродинамический коэффициент для подветренной поверхности ограждения здания;

площадь окон (балконных дверей),

- площадь наружных дверей,

- коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкциях;

- количество инфильтрующегося воздуха, через ограждение помещения,

k_i и k_ш коэффициенты учёта изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты;

Н_ш высота устья шахты от уровня земли, м;

площадь общественного здания без учёта коридоров, кладовой и т. д,

Q_int - бытовые тепловыделения, МДж;

и число взрослых и детей соответственно, на протяжении дня находящихся в здании;

и величина тепловыделений, , от взрослого человека и ребёнка соответственно;

величина тепловыделений от электрооборудования, Вт.

удельная величина бытовых тепловыделений,

теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж;

коэффициенты, учитывающие затенение светового проёма соответственно окон и зенитных фонарей непрозрачными элементами заполнения;

коэффициенты относительного проникания солнечной радиации для светопропускающих заполнений соответственно окон и зенитных фонарей;

площадь светопроёмов фасадов здания, соответственно ориентированных по четырём направлениям, м²;

площадь светопроёмов зенитных фонарей здания, м²;

средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, соответственно ориентированная по четырём фасадам здания, ;

средняя за отопительный период величина солнечной радиации на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, .



2. Тепловой баланс здания

Тепловой баланс здания находится как разность тепловыделений внутри помещения и тепловых потерь через ограждающие конструкции:

(2.1)

где сумма всех статей тепловыделений в здании, кВт;

сумма всех тепловых потерь, кВт.

2.1 Тепловые потери через ограждающие конструкции

1. Общие тепловые потери через окружающие конструкции рассчитываются по формуле:

, Вт (2.2)

, Вт. (2.3)

Поправочный коэффициент для северной, восточной и южной сторон здания. Для западной стороны .

d - доля остекления помещения, равная отношению площади оконных проёмов (16,38 ) к площади наружной стены (232,176 ):



(2.4)

2. Определим коэффициенты теплопередачи через ограждения.

2.1. Наружная стена.

В исследуемом помещении наружные стены состоят из следующих слоев: силикатный кирпич, штукатурка.

2.1.1. Толщина силикатного кирпича , равна:

м;

Коэффициент теплопроводности силикатного кирпича равен:

;

2.1.2. Согласно СНиП II-3-79* [2] толщина штукатурки принимается:

м.

Коэффициент теплопроводности штукатурки равен:

Коэффициент теплопередачи наружной стены, обратно пропорциональный сопротивлению теплопередачи, вычисляется по формуле:



(2.5)

где и

- коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях ограждения соответственно [2].

Общий коэффициент теплопередачи через наружные стены равен:

= = 0,7

2.2 Оконные проёмы

Помещение имеет девять окон, профиля шириной 58 мм (3 камеры), стеклопакета в 3 стекла (двухкамерный) толщиной 32 мм.

Согласно производителю (компания окон «Доберман»), приведенное сопротивление теплопередачи R_ок равно:

R_ок = 0,6

Коэффициент теплопередачи окна равен:

= ;

2.3. Крыша.

Крыша имеет конструкцию, состоящую из четырёх слоёв: железобетон, сосна, маты минераловатные, штукатурка.

2.3.1. Согласно СНиП II-3-79* [2] толщина минераловатных матов _м принимается:

_м = 0,05 м.

Коэффициент теплопроводности минераловатных матов _м равен:

_м = 0,045 .

2.3.2. Согласно СНиП II-3-79* [2] толщина сосны _с принимается:

_с = 0,025 м.

Коэффициент теплопроводности сосны _с равен:

_с = 0,35 .

2.3.3. Согласно СНиП II-3-79* [2] толщина железобетона _б принимается:

_б = 0,3 м.

Коэффициент теплопроводности железобетона _б равен:

_б = 2,04 .

2.3.4. Согласно СНиП II-3-79* [2] толщина штукатурки _ш принимается:

_ш = 0,01 м.

Коэффициент теплопроводности штукатурки _ш равен:

_ш = 0,21

Коэффициент теплопередачи крыши, обратно пропорциональный сопротивлению теплопередачи, вычисляется по формуле:

; (2.6)

Коэффициент теплопередачи крыши k_кр равен:

2.4. Пол.

Пол имеет конструкцию, состоящую из четырех слоёв: железобетон, маты минераловатные, сосна, фанера. Для определения теплопотерь площадь разбивается на зоны шириной 2 метра. Таких зон получается четыре. Их тепловые сопротивления:

Рисунок 4. Распределение площади пола по зонам.

Площадь первой зоны (красный цвет) F₁ = 541,5 м²,

площадь второй зоны (зелёный цвет) F₂ = 491,25 м²,

площадь третьей зоны (жёлтый цвет) F₃ = 425,5 м²,

площадь четвёртой зоны (синий цвет) F₄ = 773,5 м².

3. Найдём мощность тепловой потери через наружные ограждения

Тепловые потери через наружные стены:

, (2.7)

где - тепловые потери через западную стену помещения,

- тепловые потери через северную, восточную и южную стены.

Тепловые потери через окна:

, (2.8)

где - тепловые потери через окна, расположенные с западной стороны,

- тепловые потери через окна, расположенные с северной, восточной и южной сторон.

1607,02 Вт

Тепловые потери через пол:

Тепловые потери через крышу:

Общие тепловые потери через ограждающие конструкции всего здания:

Определение тепловых потерь через подвал.

Для расчета теплопотерь через перекрытие пола необходимо определить теплополтери в подвальном помещении.

Пол имеет конструкцию, состоящую из четырех слоев: железобетон, маты минераловатные, сосна, фанера. Для определения теплопотерь площадь разбивается на зоны шириной 2 метра. Таких зон получается четыре. Их тепловые сопротивления:

Рисунок 4 Распределение площади пола по зонам

Площадь первой зоны (красный цвет) F₁ = 409,6 м²,

площадь второй зоны (зелёный цвет) F₂ = 247,9 м²,

площадь третьей зоны (жёлтый цвет) F₃ = 118,1 м²,

площадь четвёртой зоны (синий цвет) F₄ = 20,3 м².

t_ext = -31 ^оС - температура наружного воздуха.

.

Площадь цокольного перекрытия (над подвалом) A_b = 753,3 м².

Ширина подвала - 15,3 м;

Площадь пола подвала - 753,3 м².

Высота наружной стены подвала, заглубленной в грунт - 1,8 м.

Площадь наружных стен подвала, заглубленных в грунт - 206,72 м².

Суммарная длина l поперечного сечения ограждений подвала, заглубленных в грунт,

Высота наружной стены подвала над уровнем земли - 0,9м.

Площадь наружных стен над уровнем земли - 116,28 м².

Объем подвала V_b = 1885,7 м³.

Расчетные температуры системы отопления нижней разводки 95 ^оС, горячего водоснабжения 60 ^оС.

Длина трубопроводов системы отопления с нижней разводкой l_pi составила:

dpi, мм	32
lpi, м	237,6

Длина трубопроводов горячего водоснабжения составила:

dpi, мм	32
lpi, м	87,54

Газораспределительных труб в подвале нет, поэтому кратность воздухообмена в подвале n_a = 0,5 ч^-1.

Температура воздуха в помещениях первого этажа t_int = 22 ^оС.

Нормируемое сопротивление теплопередаче , части цокольной стены, расположенной выше уровня грунта, определяют согласно СНиП 23 - 02 для стен в зависимости от градусо - суток D_d отопительного периода климатического района. При этом в качестве расчетной температуры внутреннего воздуха принимают расчетную температуру воздуха в подвале , ^оС, равную не менее плюс 2 ^оС при расчетных условиях.

В данном случае имеем значение градусо - суток и нормируемое сопротивление теплопередачи цокольной стены, расположенной выше уровня грунта .

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части подвала определим как для утепленных полов на грунте, состоящей из термического сопротивления стены, равного , и участков пола подвала.

Сопротивление теплопередаче участков пола подвала (начиная от стены до середины подвала) площадью: 257,68 м² - 2,1 ; 236,014 м² - 4,3 ; 203,855 м² - 8,6 ; 262,41 м² - 14,2 . Соответственно площадь этих участков для части подвала длинной 1 м будет равна 1,6 м² (стены, контактирующей с грунтом), 257,68 м², 236,014 м², 203,855 м², 262,41 м²

Таким образом, сопротивление теплопередаче заглубленной части стен подвала равно

Вычислим приведенное сопротивление теплопередачи ограждений заглубленной части подвала по формуле



Согласно СНиП 23 - 02 нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытия над подвалом жилого здания R_req для равно 4,4 .

Определим значение нормируемого сопротивления теплопередаче цокольного перекрытия над подвалом , , по формуле

,

где R_req - нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытий над подвалом, определяемое согласно СНиП 23 - 02 в зависимости от градусо - суток отопительного периода климатического района;

n - коэффициент, определяемый по формуле

,

где - расчетная температура воздуха в техподполье;

t_int - расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС, принимаемая согласно СП 23- 101 - 2004;

t_exp - расчетная температура наружного воздуха, ^оС, принимаемая согласно СНиП 23 - 01.

Подставляя значения в формулы, получаем следующие значения:



,

Определим температуру воздуха в подвале по формуле:

где t_int - расчетная температура воздуха в помещении над подвалом, ^оС; t_exp - расчетная температура наружного воздуха, ^оС, принимаемая согласно СНиП 23 - 01; l_pi - длина трубопровода i - го диаметра, м, принимается по проекту; A_b - площадь подвала (цокольного перекрытия), м²; - нормируемое сопротивление теплопередача цокольного перекрытия; V_b - объем воздуха, заполняющего пространство подвала, м³; n_a - кратность воздухообмена в подвале, ч^-1: при прокладке в подвале газовых труб n_a = 1,0 ч^-1, в остальных случая n_a = 0,5 ч^-1; - плотность воздуха в подвала, кг/м³, принимаемая равной ; A_s - площадь пола и стен подвала, контактирующих с грунтом, м²; - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части подвала; A_b.w - площадь наружных стен подвала над уровнем земли, м²; - нормируемое сопротивление теплопередачи, части цокольной стены, расположенной выше уровня грунта, определяют согласно СНиП 23 - 02 для стен в зависимости от градусо - суток D_d отопительного периода климатического района, ; q_pi -линейная плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции, приходящейся на 1 м длины трубопровода i - го диаметра с учетом теплопотерь через изолированные опоры, фланцевые соединения и арматуру, Вт/м; для чердаков и подвалов q_pi приведены в таблице

Таблица 1

Нормируемая плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции трубопроводов на чердаках и подвалах

Условный диаметр трупопровода	Средняя температура теплоносителя, оС
	60	70	95	105	125
	Линейная плотность теплового потока qpi, Вт/м
10 15 20 25 32 40 50 70 80 100 125 150	7,7 9,1 10,6 12 13,3 14,6 14,9 17 19,2 20,9 24,7 27,6	9,4 11 12,7 14,4 15,8 17,3 17,7 20,3 22,8 25 29 32,4	13,6 15,8 18,1 20,4 22,2 23,9 25 28,3 31,8 35,2 39,8 44,4	15,1 17,8 20,4 22,8 24,7 26,6 28 31,7 35,4 39,2 44,2 49,1	18 21,6 25,2 27,6 30 32,4 34,2 38,4 42,6 47,4 52,8 58,2

Рис. 3 Схема распределения тепла в подвале

Предварительно определим значение членов формулы, касающихся тепловыделений от труб систем отопления и горячего водоснабжения, используя данные таблицы 1. Для проведения теплотехнических расчетов по СНИП принимаем условную температуру в подвальном помещении 2 ^оС.

При температуре воздуха в подвале 2 ^оС плотность теплового потока от трубопроводов возрастет по сравнению со значениями, приведенными в таблице 1, на величину коэффициента полученного из уравнения

,

где q₁₈ - линейная плотность теплового потока по таблице 1; t_T - температура теплоносителя, циркулирующего в трубопроводе при расчетных условиях; t - температура воздуха в помещении, где проложен трубопровод.

Подставляя значения в это уравнение, получим следующие значения:

для трубопроводов системы отопления - [(95-2)/(95-18)]^1,283 = 1,27;

для трубопроводов горячего водоснабжения - [(60-2)/(60-18)]^1,283 = 1,51.

Тогда

Рассчитаем значение температуры из уравнения теплового баланса при назначенной температуре подполья 2 ^оС

Рассчитаем тепловой поток через цокольное перекрытие по формуле

Рассчитаем тепловыделения со всей площади цокольного перекрытия по формуле

2.2 Тепловые потери путём инфильтрации

Расчёт инфильтрующегося воздуха производится по формуле:

(2.9)

где коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплётами, 0,8 для окон и балконных дверей с раздельными переплётами и 1,0 для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплётами и открытых проёмов.

количество инфильтрующегося воздуха, , через ограждение помещения, определяемое по формуле

(2.10)

где , площади соответственно окон (балконных дверей) и наружных дверей, м²; l длина стыков стеновых панелей, м; R₁ и R₂ сопротивление воздухопроницанию соответственно окон и дверей определяемое по СНиП 23-02-2003 [3] или по результатам натурных испытаний; p расчётная разность давлений на наружной и внутренней поверхностях наружных ограждений помещения, Па; -- разность давлений p, определённая для помещений 1-го этажа, Па.

Для зданий с естественной вытяжной вентиляцией расчётную разность давлений р находят по формуле

(2.11)

где Н_ш высота устья шахты от уровня земли, м;

h_i высота от уровня земли до центра рассчитываемого помещения, м;

скорость ветра, принимаемая в соответствии с СНиП 2.04.05-91 [4]. Для города Рыбинска величина ;

_i плотность наружного воздуха, , которую определяют по формуле

(2.12)

где t_i температура наружного воздуха по параметрам Б (согласно с СНиП 2.04.05-91 [4]), Для города Рыбинска величина ;

и аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаемые в соответствии со СНиП 2.01.07-85 [5] равными (+0,8) и (-0,6);

k_i и k_ш коэффициенты учёта изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты; принимают соответственно для рассчитываемого элемента и устья шахты по СНиП 2.01.07-85 [5].

Для климатической зоны г. Рыбинска и высоты рассчитываемого здания коэффициенты k_i и k_ш принимают значения:

k_i = 1,22 и k_ш = 1,06.

Нормированное значение сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций в соответствии с СНиП 23-02-2003 [3], кроме окон, балконных дверей и фонарей, определяется по формуле

(2.13)

где G_n нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, , принимаемая в соответствии с СНиП 23-02-2003 [3].

р разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па, определяемая по формуле:

(2.14)

где Н высота здания от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты, м;

_ext, _int удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, , определяемый по формуле

где t температура воздуха: внутреннего (для определения _int) принимается согласно оптимальным параметрам по СанПиН 2.1.2.1002-00 [6] (для города Рыбинска _int = 22); наружного (для определения _ext) принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-2003 [7] (для Рыбинска -31);

максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, принимаемая по СНиП 23-01-2003 [7] .

Сопротивление воздухопроницанию окон и балконных дверей и фонарей , согласно СНиП 23-02-2003 [3] определяется по формуле

, (2.16)

где р₀ = 10 Па разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях светопрозрачных ограждающих конструкций, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию .

Нормированные значения сопротивления воздухопроницанию дверей и окон в пластиковых переплётах согласно расчётам составили

соответственно.

Расчетная разность давлений жилого одноэтажного дома составила:

Рассчитанное количество инфильтрующегося в здание воздуха составило:

Расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха равен:

1,15 кВт.

2.3 Общие тепловые потери

Суммарные тепловые потери через конструкции ограждения здания в результате расчётов составили

В таблице 1.1 представлены сводные значения тепловых потерь ограждающими конструкциями здания

Таблица 1

Распределение тепловых потерь

Наименование	Количество потерь тепла, кВт
Стены	8,34
Окна	1,6
Крыша	6,7
Пол	14,19
Инфильтрация	1,15
Всего	31,98

Удельные тепловые потери всего здания составляют

2.4 Тепловые выделения от персонала и электрооборудования

Бытовые теплопоступления за отопительный период , МДж, следует определять по формуле в соответствии с требованиями СНиП 2.04.05-91 [4]:

(2.17)

где удельная величина бытовых тепловыделений на 1 м² расчётной площади здания,

продолжительность, сут., отопительного периода, принимаемая по СНиП 23-01-2003 [7] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С;

площадь общественного здания без учёта коридоров, кладовой и т.д,

Удельная величина бытовых тепловыделений рассчитывается по формуле:

(2.18)

где и число взрослых и детей соответственно, на протяжении дня находящихся в здании;

и величина тепловыделений, , от взрослого человека и ребёнка соответственно. Тепловыделения от взрослого человека принимаются равными 90 , а от ребёнка 50 .

величина тепловыделений от электрооборудования, Вт.

В жилом одноэтажном здании проживают две семьи, в каждой из которых два взрослых и один ребенок.

Теплопоступления от электрооборудования получены по результатам измерения электропотребления. Средняя потребляемая электрическая мощность в течение отопительного периода составляет 10,5 кВт.

В соответствии с этим величина составит:

Значение тепловых поступлений согласно расчётам равно

Средняя мощность бытовых теплопоступлений 0,14кВт.

2.5 Теплопоступления от солнечной радиации за отопительный период

Теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода , МДж, для четырёх фасадов зданий, ориентированных по четырём направлениям, следует определять по формуле в соответствии с СНиП 2.04.05-91 [4]:

(2.19)

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

коэффициенты относительного проникания солнечной радиации для светопропускающих заполнений соответственно окон и зенитных фонарей, принимаемые по паспортным данным соответствующих светопропускающих изделий или согласно своду правил;

площадь светопроёмов фасадов здания, соответственно ориентированных по четырём направлениям, м²;

площадь светопроёмов зенитных фонарей здания, м²;

средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, соответственно ориентированная по четырём фасадам здания, , определяется по СНиП 23-01-2003 [7];

средняя за отопительный период величина солнечной радиации на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, , определяется по СНиП 23-01-2003 [7].

Значения коэффициентов и определены в соответствии с СНиП 201-99 [8].

Согласно выше представленной зависимости значение составило:

Средняя мощность теплопоступлений в результате расчётов 0,15 кВт.



2.6 Потребность в тепловой энергии на отопление здания в отопительный период

По формуле (2.1) найдём необходимую мощность системы отопления для поддержания требуемой температуры внутри помещения



3. Расчёт количества секций калорифера

Согласно проведённым расчётам нам удалось рассчитать необходимую мощность системы отопления. Рассчитаем количество секций для каждого этажа здания.

Средние теплопоступления на один этаж

Теплопотери здания составили 31,98 кВт. Необходимая мощность системы отопления здания составит:

Используя справочные материалы для алюминиевых радиаторов серии HALSEN (Россия) мощностью Вт, рассчитываем необходимое количество секций n для отопления здания:

Принимаем коэффициент запаса, учитывающий изменение температуры носителя, а также уменьшение входного сечения радиатора в результате загрязнения k_запаса = 1,3. Тогда требуемое количество секций составит:

Так как для создания тепловой завесы радиаторы отопления размещают под окнами, разделим количество секций для первого этажа на количество окон первого этажа и найдём количество секций под каждым окном как

217:9=24

Полученное значение округляем в большую сторону. Получим, что общее количество секций для первого этажа составит

24 секций.



4. Расчёт теплопотерь при различных температурах наружного воздуха

Проведём расчёты пунктов 2.1-2.5 для температур наружного воздуха

Так как наружный коэффициент теплоотдачи зависит от наружной температуры, найдём его значения для различных температур наружного воздуха.

Найдём число Рейнольдса по следующей формуле

, (4.1)

где скорость ветра, принимаемая в соответствии с СНиП 2.04.05-91 [4]. Для города Рыбинска величина ;

характерный размер, м;

кинематическая вязкость воздуха, .

Число Нуссельта

(4.2)

В общем виде число Нуссельта

, (4.3)



где коэффициент теплоотдачи, ;

характерный размер, м;

теплопроводность воздуха, .

Из формулы (4.3) выразим для расчёта тепловых потерь при разных температурах наружного воздуха. Результаты сведём в таблицу 3.

Таблица 3

Зависимость коэффициента теплоотдачи от наружной температуры воздуха

	Re	Nu
-31	183513,6	520,1	4	0,02176	23,0
-23	171234,7	492,1	4	0,02256	22,6
-15	162510,3	471,9	4	0,0232	22,3
-7	155143,9	454,7	4	0,02384	21,0
1	147217,2	436,0	4	0,02447	21,7
8	140732,3	420,6	4	0,02496	21,3

С найденными значениями произведём пересчёт термических сопротивлений наружной стены и крыши по формулам (2.5) и (2.6) соответственно. Рассчитаем тепловые потери третьего корпуса ФГБОУ ВО РГАТУ имени П. А. Соловьёва при различных температурах наружного воздуха.

Таблица 4

Тепловые потери в зависимости от наружной температуры воздуха

	Тепловые потери, кВт
	Стены	Окна	Крыша	Пол	Инфильтрацией	Общие
-31	8,3	1,6	6,7	14,2	1,15	31,95
-23	7,3	1,4	5,7	12	0,95	27,35
-15	6	1,2	4,7	9,9	0,79	22,59
-7	4,7	0,9	3,7	7,8	0,62	17,72
1	3,4	0,6	2,6	5,6	0,45	12,65
8	2,3	0,4	1,8	3,7	0,29	8,49

По формуле (2.1) найдём необходимую мощность системы отопления для поддержания требуемой температуры внутри помещения для температур наружного воздуха .

Таблица 5

Необходимая мощность системы отопления в зависимости от температуры наружного воздуха

	Общие тепловые потери, кВт	Теплопоступления, кВт
-31	31,95	0,29	31,66
-24	27,35		27,06
-16	22,59		22,3
-8	17,72		17,43
0	12,65		12,36
8	8,49		8,2

4.1 Изменение температуры при прохождении тепла через ограждающие конструкции

Определим изменение температуры по толщине стены при различных температурах наружного воздуха. Для этого воспользуемся законами Фурье и Ньютона-Рихмана и составим систему уравнений для нашей стены:

(4.4)

Рисунок 6 Срез стены

Решая систему (4.4) нашли плотность теплового потока через стену и температуры слоёв для каждой температуры окружающей среды . Для удобства все результаты сведены в таблицу.

Таблица 7

Значения температур слоёв стены

-31	35,7	17,9	-26,7	-28,4
-23	31,4	18,4	-20,9	-22,4
-15	25,9	19	-13,4	-14,6
-7	20,2	19,7	-5,6	-6,5
1	14,6	20,3	2	1,3
8	9,9	20.9	8,5	8

4.2 Регулирование подачи тепла

Так как во время отопительного периода температура наружного воздуха непостоянна, для поддержания требуемой температуры внутри помещения применяют количественное и качественное регулирование поступающего тепла. Количественное регулирование заключается в изменении расхода теплоносителя через систему отопления, а качественное - в изменении температуры теплоносителя при постоянном расходе.

В соответствии со СНиП 23-02-2003 [3], температура теплоносителя на входе в здание принимается , а на выходе . Находим необходимый расход.

(4.5)

Расчётная потребность в тепловой энергии на отопление здания при температуре наружного воздуха в отопительный период составляет:

Расход теплоносителя для поддержания требуемой температуры внутри помещения по формуле (4.5) составит:

Аналогично находим расход теплоносителя для поддержания требуемой температуры внутри помещения при значениях температуры наружного воздуха . Результаты расчётов представим на графике:



График 1 Расход теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха

Для количественной регулировки системы отопления принимается расход теплоносителя для средней температуры наиболее холодной пятидневки Находим требуемую температуру теплоносителя на входе в систему отопления здания как функцию от требуемой тепловой нагрузки на систему отопления здания при различных температурах наружного воздуха по формуле (4.5):

.



График 2 Температура теплоносителя на входе в систему отопления здания в зависимости от температуры наружного воздуха



Выводы

В результате выполненной работы был произведён термодинамический расчёт системы отопления здания, в ходе которого определено:

1) теплопотери при расчётных параметрах окружающей среды для Ярославской области с учётом теплопоступлений составили

;

2) удельные теплопотери

3) определена зависимость изменения теплопотерь здания при различных температурах окружающей среды в отопительный период;

4) определены зависимости расхода теплоносителя и его температуры в зависимости от температуры окружающей среды, что позволяет выполнять качественную и количественную регулировку системы топления в зависимости от температуры окружающей среды.



Библиографический список

1. Источники системы теплоснабжения промышленных предприятий: учеб. пособие / А. М. Дубинин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 161 с.

2. [1] ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

3. [2] - СНиП II-3-79* Строительная теплотехника (с изм. № 4).

4. [3] СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

5. [4] СНиП 2.04.05-91 Отопление, вентиляция и кондиционирование.

6. [5] СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.

7. [6] СанПиН 2.1.2.1002-00 Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.

8. [7] СНиП 23-01-2003 Строительная климатология.

9. [8] СНиП 201-99 Энергосбережение в зданиях.

10. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

11. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.

12. СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные.

13. СНиП 2.08.02-89 Общественные здания и сооружения (с изм. №5).

14. СП 23-101-2000 Проектирование тепловой защиты зданий.

15. Сергеев, М.Н. Сборник задач по теплообмену [Текст]: Учебное пособие/ М. Н. Сергеев, Б. М. Конюхов, Н. Н. Новиков. - Рыбинск: РГАТА, 2010. 190 с.

Размещено на Allbest.ru

...