Проектирование системы отопления девятиэтажного многоквартирного жилого здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Введение
• Система отопления является очень важным фактором в обеспечении пригодных условий проживания, а именно создания внутреннего микроклимата, обеспечивающего комфорт в холодное время года. Расчет системы отопления жилого здания состоит из определения теплового режима здания, проектирования и гидравлического расчета системы, определения сметной стоимости монтажных работ и используемых материалов.

Определение теплового режима заключается в определении теплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания с учетом тепловых потерь на инфильтрацию.

• Проектирование системы состоит из расчета циркуляционного напора, определения диаметров трубопроводов и расчета нагревательных приборов, то есть определения необходимого количества секций радиаторов, необходимых для обогрева помещений.
• Цель данной работы: проектирование системы отопления жилого здания в г. Вологда по улице Северная.

• 1. Исходные данные
• Исходными данными для данной работы являются расчетные параметры воздуха. Расчетные параметры разделяются на внутренние и наружные. По [1] определяем параметры наружного и внутреннего воздуха для г. Вологда, и сводим их в таблицу 1.1.
• Таблица 1.1 - Расчетные параметры воздуха

Наименование параметра	Обозначение	Значение	Единица измерения
Наружные расчетные параметры
Высота этажа	Нэт	2,8	м
Температура холодной пятидневки	tн	-32	оС
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период	tот	-4	оС
Продолжительность отопительного периода	zот	228	сут.


• 2. Определение сопротивлений теплопередачи наружных ограждающих конструкций

2.1 Расчет наружных ограждающих конструкций

• Необходимо рассчитать сопротивление теплопередачи для наружных стен жилого дома, состоящего из четырёх секций, распложенного в г. Вологде.
• Конструкция наружной стены приведена на рисунке 2.1.
• Рисунок 2.1 - Конструкция наружной стены: 1- раствор известково-песчаный, л =0,81 Вт/(м20С); 2 - кирпичная кладка из обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе, л =0,81 Вт/(м20С); 3 - плиты полужесткие минераловатные на крахмальном связующем , л =0,064 Вт/(м20С); 4- воздушная прослойка15 мм; 5 - кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе, л =0,64 Вт/(м20С)
• Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций, , (м20С)/Вт, определяется по формуле:
• ,(м20С)/Вт (2.1)
• где - коэффициент, учитывающий особенности региона строительства. В формуле (2.1) принимается равным 1;
• - значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, (м20С)/Вт, берется в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), 0Ссут/год, региона 3.
• ГСОП найдем по формуле (2.2).
• , 0Ссутки, (2.2)
• Где - температура внутреннего воздуха, 0С;
• - средняя температура наружного воздуха, 0С;
• продолжительность отопительного периода, сутки.
• 0Ссутки.
• Для значений ГСОП отсутствующих в 3 значение находится по формуле:
• ,(м20С)/Вт, (2.3)
• где ГСОП градусо-сутки отопительного периода для определенного района;
• коэффициенты, принимаемые по 3.
• , (м20С)/Вт.
• Нормируемое значение сопротивления теплопередачи рассчитывается по формуле (2.4):
• , (м20С)/Вт,(2.4)
• где - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, 0С [3] 0С;
• - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3] Вт/(м20С);
• - температура внутреннего воздуха, 0С;
• - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, 0С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [1].
• , (м20С)/Вт.
• Для наружной стены выбираем большее получившееся значение равное , (м20С)/Вт.

Для многослойной и однослойной конструкции ограждающей поверхности сопротивление рассчитывается по формуле (2.5):

• , (м20С)/Вт, (2.5)
• где - сопротивление теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, (м20С)/Вт;
• - термическое сопротивление одно- или многослойной ограждающей конструкции, (м20С)/Вт;
• -сопротивление теплоотдачи наружной поверхности стены, (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт, (2.6)
• где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3] Вт/(м20С);
• , (м20С)/Вт, (2.7)
• где - -термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт,(2.8)
• где - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода принимаемый по [3], , Вт/(м20С).
• Термическое сопротивление каждого однородного слоя определяется по формуле (2.9):
• ,(м20С)/Вт ,(2.9)
• , (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт.
• Вычисляем действительное значение термического сопротивления теплопередач при полученных значениях термического сопротивления:
• , (м20С)/Вт,(2.10)
• , (м20С)/Вт.
• Так как 3,32 (м20С)/Вт > 2,713 (м20С)/Вт, то значение коэффициента теплопередачи находим по формуле:
• , Вт/(м20С),(2.11)
• , Вт/(м20С).
• 2.2 Расчет чердачного покрытия
• 2.2.1 Расчет покрытия «теплого чердака»
• Необходимо рассчитать сопротивление теплопередачи для покрытия «теплого чердака».

Конструкция покрытия приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Конструкция покрытия:

• 1 - стяжка из цементно-песчаного раствора, г = 1800 кг/м3; 2 - керамзитовый гравий, г = 600 кг/м3; 3 -сборная ж/б плита, г = 2500 кг/м3

• Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций,, (м20С)/Вт, берется в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), 0Ссут/год, региона строительства и определяется по 3. ГСОП найдем по формуле (2.2).
• 0Ссутки.
• где - средняя температура воздуха в чердаке, для для 9-12-этажных зданий принимается 15-16 0С;
• По формуле (2.3) найдем требуемое значение теплопередачи:
• , (м20С)/Вт.
• Нормируемое значение сопротивления теплопередачи рассчитывается по формуле (2.12):
• , (м20С)/Вт,(2.12)
• где - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, 0С [3] 0С;
• - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3] Вт/(м20С);
• - температура внутреннего воздуха, 0С;
• - расчетная температура воздуха в чердаке, 0С;
• n - коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [3*], n=1;
• , (м20С)/Вт.
• Принимаем для покрытия численное значение большей и равной , (м20С)/Вт.
• Для многослойной ограждающей конструкции сопротивление рассчитывается по формуле (2.5).
• Термическое сопротивление отдельных однородных слоев конструкции определяется по формуле (2.9).
• При Вт/(м20С); Вт/(м20С); Вт/(м20С); м; Вт/(м20С); м; Вт/(м20С); м.
• Действительное значение термического сопротивления теплопередач определим по формуле (2.13):
• , (м20С)/Вт, (2.13)
• , (м20С)/Вт.
• Так как 0,612 (м20С)/Вт < 2,413 (м20С)/Вт, то значение коэффициента теплопередачи находим по формуле (2.11):
• , Вт/(м20С).
• 2.3 Расчет перекрытия между жилым помещением и техническим подвалом
• Необходимо рассчитать сопротивление теплопередачи для перекрытия между жилым помещением и техническим подвалом.
• Конструкция перекрытия приведена на рисунках 2.3 и 2.4.
• Рисунок 2.3 - Конструкция перекрытия:
• 1- стяжка из цементно-песчаного раствора М200, г = 1800 кг/м3; 2 - керамзитовый гравий, г = 600 кг/м3; 3 - сборная ж/б плита, г = 2500 кг/м3
• Рисунок 2.4 - Многопустотная железобетонная плита
• Нормируемое значение сопротивления теплопередач ограждающих конструкций,, (м20С)/Вт, берется в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), 0Ссут/год, региона строительства и определяется по табл. 3, 3. ГСОП найдем по формуле (2.2).
• 0Ссутки.
• По формуле (2.3) найдем требуемое значение теплопередачи:
• , (м20С)/Вт.

Нормируемое значение сопротивления теплопередачи рассчитывается по формуле (2.12):

• , (м20С)/Вт ,(2.12)
• где - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, 0С [3] 0С;
• - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [3] Вт/(м20С);
• - температура внутреннего воздуха, 0С;
• - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, 0С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по [1].
• n - коэффициент учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [3*], n=0,75.
• , (м20С)/Вт.
• Принимаем для покрытия численное значение большей и равной (м20С)/Вт.
• Для многопустотной железобетонной конструкции рассчитаем термическое сопротивление С целью облегчения задачи, заменяем круглые отверстияпустоты железобетонной плиты диаметром 159мм равновеликими по площади квадратами, сторона которых рассчитывается по формуле (2.14):

,м,(2.14)

м.

• Термическое сопротивление теплопередаче плиты найдем отдельно для слоев, параллельных и перпендикулярных движению теплового потока.
• Термическое сопротивление плиты, (м20С)/Вт, в направлении, параллельном движению теплового потока, определим для двух отличающихся сечений (А - А и Б - Б).
• Сечение АА состоит из двух одинаковых слоев железобетона, суммарная толщина которыхм с коэффициентом теплопроводности , Вт/(м20С) и воздушной прослойки между ними толщинойм с термическим сопротивлением , (м20С)/Вт определяемым по 4. Тогда термическое сопротивление составит
• , (м20С)/Вт,(2.15)
• , (м20С)/Вт.
• Сечение ББ состоит однородного слоя железобетона, толщина которогом с коэффициентом теплопроводности Вт/(м20С). Термическое сопротивление слоя составит:
• , (м20С)/Вт, (2.16)
• (м20С)/Вт.
• Из расчета следует, что термическое сопротивление плиты, в направлении параллельном движению теплового потока, определяется по формуле (2.17):
• , (м20С)/Вт, (2.17)
• где - площадь слоев в сечении АА, определяемая по формуле (2.18);
• - площадь слоев в сечении АА, определяемая по формуле (2.19);

,м2,(2.18)

, м2,(2.19)

• где a - равновеликая сторона квадрата;
• n - количество пустот в плите;
• m - количество участков между пустотами;
• l - единичная длина конструкции плиты, равная одному метру.
• м2,
• м2.
• , (м20С)/Вт.
• В направлении перпендикулярном движению теплового потока, термическое сопротивление плиты , (м20С)/Вт вычисляют для трех сечений (В - В, Г - Г, Д - Д).
• Сечения В - В и Д - Д являются одинаковыми. Их суммарная толщина равна м с коэффициентом теплопроводности Вт/(м20С).

Тогда суммарное термическое сопротивление слоев составит:


• (м20С)/Вт, (2.20)
• , (м20С)/Вт.
• Для сечения Г - Г термическое сопротивление определяется по формуле (2.21):
• , (м20С)/Вт, (2.21)
• где - площадь воздушных прослоек в сечении Г - Г, равная ;
• - площадь слоев из железобетона в сечении Г - Г, равная ;
• - термическое сопротивление воздушной прослойки
• (м20С)/Вт по 4 толщиной м;
• термическое сопротивление слоя железобетона в сечении Г - Г толщиной м с коэффициентом теплопроводности Вт/(м20С).
• , (м20С)/Вт,(2.22)
• , (м20С)/Вт.
• , (м20С)/Вт.
• Тогда величина равна:
• , (м20С)/Вт,(2.23)
• , (м20С)/Вт.

Полное термическое сопротивление железобетонной конструкции плиты определится по уравнению:

• , (м20С)/Вт,(2.24)
• , (м20С)/Вт.
• По формуле (2.5) вычисляется сопротивление однослойной и многослойной ограждающей конструкции.

Термическое сопротивление каждого однородного слоя определяется по формуле (2.9).

• При Вт/(м20С); Вт/(м20С); Вт/(м20С) ; м; Вт/(м20С); м; (м20С)/Вт.
• Действительное значение термического сопротивления теплопередач найдем по формуле (2.13):
• , (м20С)/Вт,(2.13)
• (м20С)/Вт.
• Рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле (2.11).
• Вт/(м20С).
• 3. Расчет тепловых потерь ограждающих конструкций здания

3.1 Общие положения

• Создавая проект системы отопления жилого дома, первоочередно следует найти мощность, которая будет покрывать тепловые потери через ограждающие конструкции здания.
• С этой целью, проектирование начинают с расчета тепловых потерь всех ограждающих конструкций.
• Тепловые потери здания определяем, как сумму потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции или их части [5]. Основные и добавочные потери теплоты зависят от разности температуры наружного и внутреннего воздуха и рассчитываются, как сумма потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции с точностью до 10 Вт для помещений по формуле:

, Вт. (3.1)

• где - коэффициент теплопроводности наружного ограждения, Вт/(м20С);
• - расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
• - расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
• - расчетная температура наружного воздуха, 0С;
• - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые по [5];
• - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по [3*].
• 3.2 Расчёт расходов теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений

Через неплотности наружных ограждений в помещение поступает холодный воздух. Частично воздух нагревается за счет охлаждения помещения и уходит в систему вентиляции.

• Детальный расчет тепловых потерь на нагрев инфильтрующегося воздуха ведется по [5]. Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха следует определять по формулам (3.2) и (3.3):

, Вт (3.2)

• где - расход удаляемого воздуха, м3/ч, принимаемый для жилых зданий равным 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений;
• - плотность наружного воздуха, принимается по [5];
• - расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
• - расчетная температура наружного воздуха, 0С;
• - удельная теплоемкость воздуха равна 1,49 кДж/(кг0С).

, Вт, (3.3)

• где - количество инфильтрующегося воздуха, поступающего в помещение через неплотности наружных ограждающих конструкций, кг/ч определяется по формуле (3.4);
• - коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха в ограждении встречным тепловым потоком, равный 1,0;
• - расчетная температура внутреннего воздуха, 0С;
• - расчетная температура наружного воздуха, 0С;
• - удельная теплоемкость воздуха равна 1,49 кДж/(кг0С).

, кг/ч.(3.4)

• где - разность давлений воздуха на наружную и внутреннюю поверхности , Па, окон, балконных дверей, наружных дверей на расчетном этаже, рассчитывается по формуле (3.5) ;
• - площадь окон и балконных дверей;
• - сопротивление воздухопроницанию, (м2чПа)/кг, окон, балконных дверей.

, Па (3.5)

• где - высота здания , м;
• - расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон,балконных дверей;
• - соответственно удельный вес, Н/м3, при температуре наружного и внутреннего воздуха, определяемый по формуле:

, Н/м3.(3.6)

• - скорость ветра, м/с,принимаемая по параметрам Б [1];
• - плотность, кг/м3, наружного воздуха [5];
• - аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, ;
• - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания [5];
• - условно постоянное давление воздуха в здании, Па, в помещении здания, принимаемое при практических расчетах для жилых зданий с естественной вентиляцией .
• Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых при естественной вытяжной вентиляции, принимается равным большей из величин, полученных по расчету по формулам (3.2) и (3.3).
• 3.3 Тепловые потери помещений
• Для жилого здания теплопотери помещений определяются по формуле теплового баланса (3.7).

, Вт. (3.7)

• где - основные потери теплоты через ограждающие конструкции здания, Вт;
• - теплопотери на инфильтрацию, Вт;
• - бытовые тепловыделения, Вт.
• Пример расчета тепловых потерь приведен в таблице 3.1и приложении 1.
• Таблица 3.1 Фрагмент результатов расчета тепловых потерь через ограждающие конструкции

№ пом.	tв, 0С	наим-е огр-я	ориентация	Размеры, м	F, м2	tн.р, 0С	t, 0С	n	к , Вт/(м2*0С)	в	Qзд , Вт	L , м3	Qинф, Вт	Q нтв, Вт	Qобщ, Вт
				а	b
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
101	22	НС	З	2,8	4,33	12,1	-32	54	1	0,301	0,05	206,917	49,44	1095,100	216,975	1299,697
	22	О	З	1,4	1,68	2,4	-32	54	1	1,961	0,05	261,487
	22	НС	С	2,8	3,24	9,1	-32	54	1	0,301	0,1	162,202
	22	Пл	-	-	-	16,5	-32	54	1	0,229	0	203,991


• 4. Конструирование системы отопления

4.1 Выбор системы отопления

• Подбор вида системы отопления осуществляется в соответствии с СП 60.13330.2012 [6].
• В разрабатываемом проекте будем проектировать однотрубную вертикальную водяную систему отопления девятиэтажного здания с нижней разводкой.
• Выбор обусловлен рядом преимуществ такой системы отопления:
• монтаж менее трудоемкий;
• более экономичная по расходу материалов и имеет меньшую стоимость;

возможность подключения к системе отопления тех или иных дополнительных устройств;

в зданиях от 3 - 12 этажей включительно вертикальные однотрубные системы обладают лучшей тепловой и гидравлической устойчивостью, чем двухтрубные;

• есть возможность регулировать подачу теплоносителя в каждый из радиаторов системы, позволяющая поддерживать в каждом отдельном помещении необходимую температуру.
• 4.2 Конструирование системы
• При проектировании системы отопления следует гарантировать расчетную температуру и равномерное нагревание воздуха помещений, гидравлическую и тепловую устойчивость, взрывопожарную безопасность и доступность очистки и ремонта [5].
• Проектирование следует начать с расстановки стояков и отопительных приборов. Стояки устанавливаем на расстоянии 150±50 мм от откосов оконных проемов, а длину подводок к приборам принимаем 400 мм.[7].
• В угловых помещениях стояки прокладываем в наружных углах, чтобы исключить возможность переохлаждения и конденсации влаги на внутренних поверхностях стен. Отопительные приборы лестничных клеток присоединяем к отдельным стоякам системы отопления. Также необходимо предусмотреть изгибы стояков для компенсации теплового удлинения труб.

Отопительные приборы следует размещать под световыми проемами в местах, доступных для осмотра, ремонта и очистки.

Тепловой пункт, где располагается узел ввода тепловой сети, размещаем в подвале ближе к центральной части здания. Систему отопления следует создать с тупиковой разводкой магистралей. Магистральные трубопроводы системы отопления с нижней разводкой прокладываем в подвале.

При определении расположения магистралей руководствуемся тем, что необходим свободный доступ к ним для осмотра, ремонта или замены, а также уклон в сторону спускных кранов равный 0,003.

Арматура на стояках предназначена для полного отключения отдельных стояков, если требуется проводить ремонты и другие работы во время отопительного сезона. Арматура на магистралях необходима для отключения отдельных частей системы отопления.


• 5. Гидравлический расчет системы отопления

5.1 Общие положения

• Система отопления представляет собой сильно разветвленную и сложно закольцованную сеть теплопроводов, по каждому участку которой должно переноситься определенное количество тепла [7]. Данный процесс осуществляется за счет заполнения системы теплоносителем- водой. Нагретая вода, по трубам подающего трубопровода, направляется во все отопительные приборы, пройдя через которые, она отдает свое тепло и возвращается назад по обратному трубопроводу в тепловой узел. В теплообменнике вода снова нагревается и вновь направляется к приборам. Для доставки и передачи в каждое помещение обогреваемого здания необходимого количества тепловой энергии необходимы трубопроводы. Так как теплопередача происходит при охлаждении определенного количества теплоносителя, то требуется выполнить гидравлический расчет системы.
• Выполнение точного расчета такой сети является сложной гидравлической задачей. В инженерной практике эта задача решается методом подбора. В водяных системах количество принесенного тепла теплоносителем зависит от его расхода и перепада температуры при охлаждении воды в приборе [7]. При известном перепаде температуры теплоносителя по теплопроводам системы должен быть подведен определенный расчетом расход воды к каждому отопительному прибору.
• При таком подходе выполнить гидравлический расчет сети теплопроводов системы отопления сводится к подбору диаметров отдельных участков с учетом принятых перепадов давления и расчетных расходов теплоносителя [7].
• При этом должна быть гарантирована подача его во все части системы отопления для обеспечения расчетных тепловых нагрузок нагревательных приборов.

Гидравлический расчет выполняют по пространственной схеме системы отопления, вычерчиваемой в аксонометрической проекции. На схеме выявляются циркуляционные кольца, делятся на участки и наносят тепловые нагрузки.

Участком называют трубу постоянного диаметра с одним и тем же расходом теплоносителя. Последовательно соединенные участки, образующие замкнутый циркуляционный контур воды через тепловой генератор, составляют циркуляционное кольцо системы.

• 5.2 Параметры теплоносителя
• В отопительной технике применяют высокотемпературную воду, которая под воздействием избыточного давления не вскипает в трубопроводах. Двигаясь по элементам и приборам системы отопления, горячая вода охлаждается, а затем возвращается в тепло-источник для последующего подогрева. Температурный перепад между горячей и охлажденной водой
• дtс = tг - tо,

характеризует параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления.

• Вид и параметры теплоносителя надо выбирать, обосновываясь предельно допустимыми температурами поверхности нагревательных приборов.
• В выпускном квалификационном проекте используется отопительный график для отопления жилых зданий 95-70 0С, средняя температура воды в нагревательных приборах равна 82,5 0С. Исходя из графика принимаем дtс =95-70=25 0С.

Указанная средняя температура горячей воды, циркулирующей через нагревательные приборы, является максимальной и поддерживается лишь при расчетной температуре наружного воздуха.

• 5.3 Расчет тепловой нагрузки системы отопления
• Расчетная тепловая нагрузка прибора в помещении определяется по тепловым потерям помещения , но должна быть несколько выше, так как приборы устанавливаются у наружных стен или под окнами и, нагревая ограждения, увеличивают действительные значения . Поэтому действительное значение нагрузки прибора определяется следующим выражением [8]:
• , Вт. (5.1)
• где - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты, равный для радиаторов чугунных секционных типа МС-140М 1,04 при размещении у наружной стены;
• - коэффициент, учитывающий некоторое увеличение теплового потока радиаторов, равный 1,02 для радиаторов МС-140М.

Расчетная тепловая нагрузка стояка определяется по формуле (5.2):

• , Вт. (5.2)
• где - сумма расчетных нагрузок нагревательных приборов, присоединенных к данному стояку, Вт.
• Расчетные тепловые мощности приборов и расчетные тепловые нагрузки стояков проставляются на аксонометрической схеме ветвей системы отопления. По ним находится расход воды в отдельных стояках, , и в системе, . Расход теплоносителя определяется по выражению (5.3), исходя из уравнения теплового баланса.
• , кг/ч. (5.3)
• где - расчетная тепловая нагрузка стояка, Вт/ч;
• - удельная массовая теплоемкость воды, равная 1,163, Вт/(кг0С).
• 5.4 Расчёт циркуляционного напора в системе водяного отопления
• Расчет системы отопления начинается с нахождения наиболее протяженной и нагруженной ветви, а в ней выделяют основное циркуляционное кольцо (ОЦК). Для тупиковых систем ОЦК проходит через наиболее удаленный, а при равных длинах, через наиболее нагруженный стояк расчетной ветви. В однотрубных вертикальных системах количество колец равно количеству стояков.
• Берем в качестве расчетной ветви первую ветвь, а в качестве ОЦК - кольцо, проходящее через 1 стояк. В нашем случае ОЦК будет представлять собой замкнутый контур: 0-1-7-8-9-9'-8'-7'-1'-0'.
• Для ОЦК вычисляется расчетный циркуляционный напор по формуле (5.4):
• , Па, (5.4)

• где - искусственный напор (давление), создаваемый насосом, Па;
• - естественное циркуляционное давление, возникающее в кольце системы вследствие охлаждения воды в нагревательных приборах и трубах циркуляционного кольца, Па;
• Искусственное давление, создаваемое насосом, принимаем равным Па.
• где - длина основного циркуляционного кольца, м.
• - это самая большая часть напора, Па.
• Естественный напор рассчитываем по формуле (5.5), взятой для расчета по методике, изложенной в [5]:
• , Па. (5.5)
• где - ускорение свободного падения, м/с2;
• - среднее приращение плотности воды при ее охлаждении на 10С, ;
• - удельная массовая теплоемкость воды, Вт/(кг0С);
• - сумма произведений мощностей нагревательных приборов стояка на вертикальное расстояние от условного центра охлаждения приборов до центра нагревания воды в системе.
• , Па.
• Таким образом, по формуле (5.4) получаем:
• , Па.
• Расчетное давление необходимо для создания циркуляции воды в системе отопления, поэтому является очень важной рассчитываемой величиной.
• 5.5 Расчёт основного циркуляционного кольца (ОЦК) по удельным линейным потерям давления
• При расчете по этому способу линейные (на трение) и местные потери давления на участке теплопровода , Па, определяются по формуле (5.6):
• , Па. (5.6)
• где - переводной коэффициент, ;
• - длинна рассчитываемого участка;
• - местные потери давления на участке;
• - удельная линейная потеря давления на 1м трубы, Па/м, определяется по расходу воды , кг/ч [8]:
• Расходу воды рассчитывается по формуле (5.7):
• , кг/ч. (5.7)
• где - температурный перепад между горячей и охлажденной водой, 0С;
• - удельная массовая теплоемкость воды, равная 1,163, Вт/(кг0С).
• - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты, равный для радиаторов чугунных секционных типа МС-14-108 1,04 при размещении у наружной стены;
• - коэффициент, учитывающий некоторое увеличение теплового потока радиаторов, равный 1,02 для радиаторов МС-140-108.
• - необходимая теплоподача теплоносителем в i-е помещение.
• Местные потери давления на участке определяются по формуле (5.8):
• , Па. (5.8)
• где - скорость теплоносителя на участке, м/с определяется по[8];
• - плотность теплоносителя, кг/м3;
• - сумма коэффициентов местных сопротивлений (КМС). КМС ОЦК представлены в таблице 5.1.
• Таблица 5.1 Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участках ОЦК

№ участка	dу, мм	Наименование местного сопротивления	Кол-во	Значение КМС	Сумма КМС на участке
1-7	50	Тройник на поворот	1	1,5	5
		Кран проходной	1	2
		сужение	1	0,5
		Поворот 90 °	1	1
7-8	32	сужение	1	0,5	1,5
		Тройник на проход	1	1
8-9	25	сужение	1	0,5	0,5
Ст1-Ст1а	25	Радиатор чугунный	18	1,2	21,6
9'-8'	25	расширение	1	1	2
		Тройник на проход	1	1
8'-7'	32	расширение	1	1	2,5
		Тройник на поворот	1	1,5
7'-1'	50	Кран проходной	1	2	3
		Поворот 90 °	1	1

• Пример гидравлического расчета представлен в приложении 2.
• 5.6 Гидравлическая увязка стояков с основным циркуляционным кольцом
• После того как выполнен гидравлический расчет основного циркуляционного кольца, необходимо произвести увязку оставшихся стояков. Это необходимо для того, чтобы распределить теплоноситель в соответствии с тепловой нагрузкой в циркуляционном кольце системы отопления. Увязка- это термин означающий получение равенства потерь давления на параллельно соединенных дополнительных участках любого второстепенного кольца и на общих участках основного кольца. Во второстепенных кольцах рассчитываются участки не входящие в основное. После выполнения гидравлического расчета всех стояков, производим увязку с ОЦК. Необходимым условием является то, что невязка не должна превышать 15%. Она рассчитывается по формуле (5.9).
• (5.9)
• При невязке меньше 15% она устраняется посредством наладочной регулировки системы, закрывая вентили либо краны, установленные на стояке. Если же невязка больше 15%, то необходимо на выходе из стояка установить дроссельную диафрагму. Диаметр отверстия, устанавливаемой диафрагмы, нужно рассчитать в соответствии с формулой (5.10).
• , мм. (5.10)
• По данным расчетам, нам необходимо установить дроссельные диафрагмы на всех стояках, так как невязка больше 15%. Подробный подбор диаметров представлен в таблице 5.3.
• Таблица 5.3 Увязка стояков системы отопления с ОЦК

№ стояка	? р ст	? р расп	невязка	невязка в %	G ст	d вн, мм
1 подъезд
Ст2-Ст2а	6637,167	16884,16	10246,99	60,69	850,1026	10
Ст3-Ст3а	9295,67		7588,48	44,94	1009,53	12
Ст4-Ст4а	5883,91		11000,25	65,15	799,23	10
Ст5-Ст5а	6432,98		10451,18	61,90	836,15	10
Ст47-Ст47а	6601,23		10282,93	60,90	847,65	10
Ст48-Ст48а	7101,14		9783,02	57,94	879,55	10
Ст49-Ст49а	2529,42		14354,74	85,02	273,2653	5
Ст50-Ст50а	6716,55		10167,61	60,22	866,5625	10
Ст51-Ст51а	8202,215		8681,94	51,42	959,7139	11
Ст52-Ст52а	6660,126		10224,03	60,55	431,1052	7
2 подъезд
Ст6-Ст6а	6057,858	16884,16	10826,30	64,12	810,9653	10
Ст7-Ст7а	5511,458		11372,70	67,36	772,6316	9
Ст8-Ст8а	8522,923		8361,23	49,52	965,9081	11
Ст9-Ст9а	5502,863		11381,29	67,41	773,3551	9
Ст10-Ст10а	5982,04		10902,12	64,57	805,8545	10
Ст42-Ст42а	6135,91		10748,25	63,66	816,2178	10
Ст43-Ст43а	6718,313		10165,84	60,21	855,6308	10
Ст44-Ст44а	368,5299		16515,63	97,82	203,5714	4
Ст45-Ст45а	6543,447		10340,71	61,25	843,7073	10
Ст46-Ст46а	8298,948		8585,21	50,85	952,8619	11

• 5.7 Определение количества отопительных приборов
• Важным элементом отопительной системы являются нагревательные приборы, служащие для передачи теплоты от теплоносителя в отапливаемые помещения. Приборы отопления, используемые в системе должны соответствовать установленным требованиям, а именно: санитарно-гигиеническим, теплотехническим, эксплуатационные, технико-экономические, производственно-монтажные, архитектурно-строительные [9].
• По материалу производства приборы делятся на металлические, комбинированные, неметаллические, по внешнему виду на гладкие, ребристые. Наиболее популярными в настоящее время являются чугунные радиаторы. Чугунные радиаторы компонуют из отдельных секций посредством соединения на ребровых ниппелях с прокладками. Секционность таких приборов дает возможность увеличивать и уменьшать поверхность нагрева, для установления необходимой температуры в помещении.

Вид прибора выбирают в соответствии с назначением и характером зданий и помещений. Также нужно учитывать вид системы отопления и способ присоединения к трубопроводам.

• В данном проекте за отопительные приборы приняты чугунные секционные радиаторы МС-140-108.

Далее, после выбора типа нагревательных приборов, определения мест их расположения и вида присоединения к трубопроводам, выполняется их расчет.

Чтобы в помещении поддерживалась необходимая температура, тепловые потери должны быть равны теплопоступлениям.

• При расчете приборов примем температуру на входе во все стояки системы равной 95 0С, это условие упростит трудоемкость расчета.
• Расчет выполняется в соответствии с методикой описанной в [5].

Для начала выполняем расчет расходов всех стояков отопительной системы по формуле (6.1).

• , кг/ч. (6.1)
• где - суммарные теплопотери в помещениях, обслуживаемых стояком;
• - удельная массовая теплоемкость воды, равная 1,163, Вт/(кг0С);

- коэффициент учета дополнительных потерь теплоты, равный для радиаторов чугунных секционных типа МС-14-108 1,04 при размещении у наружной стены;

- коэффициент, учитывающий некоторое увеличение теплового потока радиаторов, равный 1,02 для радиаторов МС-140-108.

• - температура горячей воды в подающей магистрали системы отопления, 0С
• - величина понижения температуры воды в изолированной подающей магистрали, 0С;
• - температура горячей воды в обратной магистрали системы отопления, 0С.
• Следующим этапом расчета является определение температуры на входе в отопительные приборы по ходу движения теплоносителя. Если в первом приборе мы задаемся температурой равной 95 0С, то в последующих приборах для определения температуры на входе нужно знать температуру на выходе из предыдущего прибора. Для этого находится величина равная потерям температуры по ходу движения. Она определяется по формуле (6.2).
• , 0С. (6.2)
• где - расчетная нагрузка прибора в помещении, Вт;

- расход воды в стояке, кг/ч;

• - удельная массовая теплоемкость воды, равная 1,163, Вт/(кг0С).
• Далее находится разница между температурой на входе и на выходе по формуле (6.3).

• , 0С. (6.2)
• Температура на входе в следующий нагревательный прибор равна температуре на выходе из предыдущего прибора.

Затем определяется расход воды, проходящий через каждый отопительный прибор по формуле (6.3).

• , кг/ч. (6.3)
• где - расход воды в стояке, кг/ч;
• - коэффициент затекания воды в отопительный прибор по [5]:

Следующий шаг это расчет среднего температурного напора, находящийся по формуле (6.4).

• , 0С. (6.4)
• Теперь находится плотность теплового потока для каждого отопительного прибора по формуле (6.5).
• , Вт/м2. (6.5)
• где - номинальная плотность теплового потока. Для чугунного секционного радиатора типа МС-140-108 Вт/м2;
• - показатели для определения теплового потока отопительного прибора принимаемые в зависимости от и схемы подачи теплоносителя по [5];
• - средний температурный напор, 0С;
• - расход воды, проходящий через каждый отопительный прибор, кг/ч.
• После этого рассчитывается полезная теплоотдача по формуле (6.6).
• , Вт. (6.6)
• где , - теплоотдача 1 м горизонтальных и вертикальных труб, Вт/м по [10];
• , - длина участков горизонтальных и вертикальных труб в помещении, м.
• Далее определяем требуемую теплоотдачу отопительных приборов по формуле (6.7).
• , Вт. (6.7)
• где - теплопотери в i-ом помещении, Вт;
• - поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи теплопроводов, при открытой прокладке труб, = 0,9;
• - полезная теплоотдача в помещении, Вт.

Следующее действие это расчет площади поверхности отопительного прибора по формуле (6.8).

• , м2. (6.8)

• Затем выполняется расчет необходимого количества секций для каждого помещения по формуле (6.9).
• , шт. (6.9)
• где 4 - поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении, при открытой установке,;
• 1 - площадь одной секции, м2; для радиаторов типа МС-140-108 м2;
• 3 - поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, для радиатора типа МС - 140-108, определяемый по формуле (6.10).
• . (6.10)
• Пример расчета отопительных приборов представлен приложении 3.
• 7. Подбор приборов теплового пункта

7.1 Общие положения

• Для того чтобы присоединить систему отопления здания к тепловым сетям необходимо в местах присоединения оборудовать тепловой пункт. В тепловом пункте происходит подготовка теплоносителя, который транспортируется по трубопроводу, для получения возможности использовать его в системе отопления здания. В свою очередь тепловой пункт оснащен специальным оборудованием, таким как запорная и регулирующая арматура.
• Тепловые пункты располагают в изолированных помещениях с отдельным входом, чаще всего таким помещением является подвал обслуживаемого здания. Размеры пространства, предназначенного для теплового пункта, определяются в зависимости от габаритов и количества размещенного в них оборудования.
• В выпускной квалификационной работе система отопления присоединяется к тепловой сети с температурным графиком 130-700С.
• Контроль параметров системы отопления осуществляется посредством контрольно-измерительных приборов. Точность наблюдений достигается с помощью автоматизации процессов контроля. Необходимо также предусмотреть регистрирующие приборы необходимые для получения данных для дальнейшего их анализа и определения качества работы оборудования.
• Важными факторами при выборе устройств, используемых для автоматизации, является удобство обслуживания установленного оборудования и теплового пункта в целом, а также наименьшие затраты на эксплуатацию и установку.

• 7.2 Узел учета тепловой энергии

Для учета потребления тепловой энергии у потребителя, в системах теплоснабжения, используют узел учета тепловой энергии.

Такой узел обустраивается в местах перехода эксплуатационной ответственности, чтобы отследить количество теплопоступлений на входе в здание.

• При проектировании узла учета тепловой энергии используют соответствующие требования и правила, а именно: «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя», СП 41.101.95 «Проектирование тепловых пунктов» и «Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок”.
• В разрабатываемом проекте для учета теплоэнергии используется теплосчетчик «ЛОГИКА 9943-У3», в состав которого входят следующие элементы:

Тепловычислитель СПТ-943.1

• блок автоматический регистрационно-связной БАРС-02-P-1M

Комплект термометров сопротивления платиновых КТПТР-01-1-80

Счетчик горячей воды ВСТН Ду65

• Тепловычислитель СПТ-943.1 предназначен для измерения и регистрации параметров теплоносителя и тепловой энергии в системах водяного теплоснабжения. Тепловычислитель регистрирует объем прошедший по трубопроводу, температуру и давление в час, сутки и т.д.

Принцип действия блока БАРС-02-Р-1М заключается в обеспечении считывания и передачи архивной информации с прибора учёта, а так же передачи архива нештатных ситуаций блока на диспетчерский компьютер.

Комплект термометров КТПТР-01-1-80 обеспечивает измерения температуры и разности температур в составе теплосчетчиков и других приборов контроля и учета тепловой энергии.

Расходомер воды подбирается по номинальному расходу и потерям давления.

• Под номинальным расходом воды подразумевается расход, при котором счетчик может работать непрерывно долгое время. Он определяется по формуле (7.1).
• , м3/ч, (7.1)
• где ,- максимальная тепловая нагрузка на отопление и горячее водоснабжение, Вт/ч;
• - расчетная температура тепловой сети соответственно в подающем и обратном трубопроводах, 0С;
• - температура сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах соответственно в точке излома, 0С.
• м3/ч.
• По номинальному расходу и потерям давления подбираем турбинный расходомер ВСТН - Ду65.
• 7.3 Автоматизация процесса отопления
• Автоматизация технологических процессов выполняет следующие важные функции:

регулирование параметров;

• измерение параметров и их контроль;

управление работой оборудования и агрегатов;

учет расхода производимых и потребляемых ресурсов.

В дипломном проекте разрабатывается автоматизированный тепловой пункт. Преимуществом такого пункта является то, что он не требует высококвалифицированного обслуживающего персонала, обеспечивает эффективное энергосбережение и комфорт в помещениях, позволяет проводить погодную компенсацию, устанавливать режимы работы в зависимости от времени суток, использовать режимы выходных и праздничных дней. В разработку пункта входит подбор основного оборудования.

Тепловой пункт расположен в подвале обслуживаемого жилого здания и предназначен для отопления двух подъездов.

• В тепловом пункте располагаются тепловой узел и водоподогревательная установка для системы горячего водоснабжения.
• 7.3.1 Регулятор температуры
• В качестве регулятора температуры в выпускной квалификационной работе выбран регулятор температуры ECL Comfort 210, он также является контроллером. Он управляет регулирующими клапанами типа VB2 с электроприводами АМV23 и AMV33. Настройка производится в соответствии с информационным ключем А266.

ECL Comfort 210- это это электронный регулятор температуры с погодной компенсацией семейства регуляторов ECL Comfort, предназначенных для использования в системах централизованного теплоснабжения, центрального отопления и охлаждения.

• Характеристики ECL Comfort 210 и его комплектующие представлены в таблице 7.2.
• Таблица 7.2 Состав ECL Comfort 210

Наименование	Количество, шт
Регулятор температуры ECL Comfort 210	1
Электронный ключ А266	1
датчики температуры наружного воздуха ESMТ	1
Датчик погружной ESMU	2
Клапан регулирующий VB2 Ду32	1
Электропривод AMV 23	1

• Технические характеристики прибора занесены в таблицу 7.3[12].
• Таблица 7.3 Технические характеристики Danfoss ECL Comfort 210

Рабочая температура окружающей среды,°С	0 - 55
Температура хранения и транспортировки,°С	от - 40 до + 70
Напряжение, В	230
Тип датчика температуры	Pt 1000
Цифровой вход	12 В
Аналоговый вход	0-10 В, разрешение 9 бит
Импульсный вход, Гц, макс.	200
Минимальный период резервирования времени, ч	72
Класс защиты	IP 41
Масса, кг	0,42

• 7.3.2 Подбор регулирующего клапана
• Для правильного выбора регулирующего клапана нужно определить пропускную способность клапана , а она соответствует расходу м3/ч. Расход определяется по формуле 7.2.
• , м3/ч. (7.2)
• , м3/ч.
• где - максимальная тепловая нагрузка на отопление, ;
• - расчетная температура тепловой сети соответственно в подающем и обратном трубопроводах, .

Требуемая пропускная способность определяется по формуле 7.3.


• , м3/ч. (7.3)
• где - заданный перепад давления на клапане равный 3,5 м.вод. ст. (0,35 бар).

, м3/ч.

• По пропускной способности по техническому каталогу выбираем клапан с ближайшей большей пропускной способностью 16 м3/ч VM2. Характеристики в таблице 7.4.
• Таблица 7.4 Технические характеристики VM2

Условное давление Ру	25 бар
Максимальная температура регулируемой среды (вода)	150
Присоедение	фланец
Материал	чугун
Максимальная пропускная спсобность	25 м3/ч
Максимальный ход штока	10 мм

• 7.3.3 Подбор регулирующего клапана для системы горячего водоснабжения

Подбор осуществляется по расходу на горячее водоснабжение на летний период года, который определяется по формуле (7.4).

• , м3/ч. (7.4)
• , м3/ч.

Требуема пропускная способность определяется по формуле (7.3).

• , м3/ч.
• По пропускной способности клапана подбираем клапан с пропускной способностью 25 м3/ч VM2.

7.3.4 Подбор насоса для системы отопления

• Для подбора смесительного насоса нужно руководствоваться методикой описанной в [11]. При этом следует помнить, что напор подбирается в зависимости от давления в тепловой сети и на 2-3 м больше требующегося давления в системе отопления.
• Подача насоса , м3/ч ,определяется по формуле (7.5).
• , м3/ч. (7.5)
• где - расчетный максимальный расход воды на отопление из тепловой сети м3/ч, определяется по формуле (7.2);
• - коэффициент смешения, который находится по формуле (7.6).
• , 0С. (7.6)
• где -температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети;
• - температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, ;
• - температура воды в обратном трубопроводе системы отопления, .
• , м3/ч.

• , 0С.
• По выполненным расчетам подбирается насос «Насос циркуляционный сдвоенный UPSD 32-120F».
• 7.3.5 Подбор насоса для системы горячего водоснабжения

Циркуляционный насос для горячего водоснабжения это прибор, обеспечивающий постоянную циркуляцию в системе. Основной функцией такого насоса является обеспечение равномерного движения воды таким образом, чтобы установленное давление не менялось от моментального расхода при включении крана.

• При подборе насоса для ГВС необходимо учитывать следующие условия:
• производительность должна быть достаточной, для погашения тепловых потерь в системе ГВС и быть приблизительно равной 25-30% от максимального часового расхода в системе ГВС;

напор необходимо обеспечить так, чтобы он был не меньше гидравлического сопротивления контура ГВС в циркуляционном режиме.

• В нашем проекте берем циркуляционный насос фирмы Grundfos «Насос циркуляционный UPS 32-80».
• 7.3.6 Подбор балансировочного клапана
• Ручные балансировочные клапаны используются в инженерных системах и решают массу задач, таких, как: ограничение расхода, балансировка циркуляционных колец или просто дросселирование давления.

Для подбора клапана необходимо рассчитать пропускную способность необходимого устройства, которая определятся в зависимости от расхода и перепада давления в точке подключения по формуле (7.7).


• , м3/ч, (7.7)
• , м3/ч.
• По полученному значению подбираем клапан с пропускной способностью 15,5 MSV-F2.Клапан обладает рядом особенностей такими как: он объединяет функции балансировочного и запорного клапанов, прост в настройке и блокировке, оснащен двумя измерительными ниппелями игольчатого типа (под 3-мм иглы), запорная функция реализуется быстро и легко без изменения настройки [13].
• Технические характеристики приведены в таблице 7.5.
• Таблица 7.5 Технические характеристики балансировочного клапана MSV-F2

Номинальный диаметр	DN 15...400 мм
Пропускная способность	kvs = 3,1...2046,1 м3/ч
Номинальное давление, PN	16 бар и 25 бар
Максимальный перепад давлений на клапане	РN 16: 1,5 бара; РN 25: 2 бара.
Регулируемая среда	вода/водогликолевая смесь с концентрацией гликоля до 30 %
Температура регулируемой среды	РN 16: -10...130 °С; РN 25: -10...150 °С.
Соединение	фланцевое.

• 7.3.7 Подбор счетчика холодной воды
• Чтобы производить учет холодной воды в проекте принимаем «Водо...