Энергообеспечение индивидуального жилого дома с разработкой систем отопления и вентиляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Факультет Электрификация и автоматизация с.х.

Кафедра Тепловодогазоснабжения с.х.

ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА С РАЗРАБОТКОЙ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

Дипломный проект

(Выпускная квалификационная работа)

Реферат

В дипломном проекте разработана система отопления и вентиляции индивидуального жилого дома. Произведён расчёт теплового баланса здания, выбрана схема системы отопления, тип и мощность отопительных приборов. Приведена схема размещения магистралей, стояков и других элементов системы. Произведён гидравлический расчёт системы отопления. Рассчитана система вентиляции, выбраны диаметры воздуховодов. Спроектировано электроснабжение дома. Определены параметры внутренней силовой сети, выбрана защитная аппаратура, сечение электропроводки. Рассмотрены вопросы безопасности труда при монтаже и эксплуатации котлов, перечислены меры электробезопасности.

В дипломном проекте предложена конструкция наружной стены, обеспечивающая уменьшение теплопотерь через ограждающие конструкции, по - сравнению с изначально планируемой конструкцией стены дома. Уменьшение теплопотерь позволило выбрать для установки в местном тепловом пункте менее дорогостоящего оборудования и обеспечить более экономичное использование топлива. В результате технико-экономического расчета получено, что срок окупаемости выбранного оборудования котельной составляет 5,76 лет.

Пояснительная записка составляет 95 страниц, содержит 16 иллюстраций, 24 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Технико-экономическое обоснование темы дипломного проекта

1.1 Технико-экономическое обоснование темы проекта

1.2 Выбор автономного источника теплоснабжения

2 Исходные данные для проектирования

3 Теплотехнический расчет наружных ограждений

3.1 Теплотехнический расчет наружных стен

3.2 Теплотехнический расчет пола первого этажа

3.3 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

3.4 Теплотехнический расчет световых проемов

3.5 Теплотехнический расчет наружных дверей

3.6 Составление балансов тепла по помещениям

3.7 Расход тепла на горячее водоснабжение

3.8 Определение удельной тепловой характеристики здания

4 Выбор системы отопления

4.1 Тип системы отопления

4.2 Выбор и размещение отопительных приборов

4.3 Гидравлический расчет системы отопления

5 Выбор автономного источника теплоснабжения

5.1 Выбор котла

5.2 Выбор циркуляционных насосов

5.3 Выбор расширительного бака

5.4 Выбор газовой горелки

5.5 Автоматика котла

6 Выбор и расчет системы вентиляции

6.1 Определение воздухообмена в помещениях

6.2 Выбор системы вентиляции

6.3 Расчет системы вентиляции

6.4 Расположение дымоходов

7 Электроснабжение жилого дома

7.1 Определение расчетной электрической нагрузки на вводе

7.2 Выбор сечения проводов наружной сети 0,38 кВ

7.3 Расчет токов короткого замыкания

7.4 Выбор оборудования подстанции ТП1

7.5 Расчет внутренней сети 0,38 кВ

8 Безопасность труда

8.1 Общая характеристика

8.2 Защитные мероприятия

8.3 Расчет заземляющего устройства

8.4 Мероприятия по молниезащите

8.5 Безопасность труда при монтаже и эксплуатации газового котла

8.6 Устройство защитного отключения

9 Технико-экономический расчет

9.1 Составление сметы капитальных вложений

9.2 Технико-экономическое сравнение

10 Экология

Заключение

Литература

Приложение А Теплотехнический расчет наружных ограждений

Приложение Б Расчет теплопотерь помещений при изначально планируемой конструкции наружной стены

Приложение В Расчет теплопотерь помещений при предлагаемой конструкции наружной стены

Приложение Г Определение воздухообмена в помещениях

Приложение Д Результаты расчета системы вентиляции

ВВЕДЕНИЕ

Системы теплоснабжения в нашей стране развивались длительное время централизованно, на основе строительства теплоэлектроцентралей, районных и квартальных котельных. При этом постоянно совершенствовался наиболее трудоемкий и ответственный процесс - сжигание топлива, что позволяло экономить топливо. Вместе с тем централизованное теплоснабжение требует прокладки разветвленной сети подземных теплопроводов, резко удорожающей строительство и усложняющей эксплуатацию систем. Централизованное теплоснабжение неприемлемо для индивидуальных домов в сельской местности по ряду причин, в том числе из-за значительной удаленности от теплоэлектроцентралей. В силу этого наиболее рациональными системами для множества частных жилых домов следует считать местные системы теплоснабжения.

Источником тепловой энергии для теплоснабжения индивидуальных домов в большинстве случаев является собственный котел, работающий на газообразном или жидком топливе. Для приготовления воды на горячее водоснабжение используются индивидуальные водонагреватели, теплообменники или котлы со встроенными в них змеевиками.

Современная система теплоснабжения должна быть автоматизирована. Автоматизация диктуется жизненной необходимостью и требованиями строительных норм и правил (СНиП). Автоматизация решает несколько задач.

а) Обеспечение в различные периоды времени стабильных, комфортных или пониженных температур воздуха в отапливаемых помещениях на уровнях, заданных самим потребителем.

1. Поддержание требуемой температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения.

2. Экономия тепловой энергии или топлива, а также средств, расходуемых на их оплату, которая достигается путем максимального использования для отопления «бесплатных» теплопоступлений в помещениях от людей, освещения, солнечной радиации, электрических приборов, снижения температуры воздуха во временно эксплуатируемых помещениях, а также температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения при ее длительном бездействии.

3. Упрощение эксплуатации системы теплоснабжения. Автоматизированная система не требует вмешательства человека для ее управления.

4. Охрана окружающей среды за счет исключения выбросов в атмосферу продуктов сгорания сэкономленного топлива.

Если дом предназначен для постоянного проживания, то в нем должен быть предусмотрен комплекс удобств, обеспечивающий жильцам нормальные условия жизнедеятельности. К комплексу удобств относятся система отопления, система вентиляции, горячее и холодное водоснабжение, газификация и электрификация дома.

Системы отопления и вентиляции должны обеспечить поддержание нормального для жизнедеятельности микроклимата. Особое внимание уделяется обеспечению теплового режима в периоды резких похолоданий. Создание требуемого режима помещения важно не только для благоприятного пребывания в нем человека, но также необходимо для сохранения самого здания и расположенных в нем материальных ценностей.

Водоснабжение дома является неотъемлемой частью нормальных условий хозяйственной деятельности. Горячее водоснабжение необходимо для комфортного ведения хозяйства и для гигиены человека.

Освещение является одним из важнейших параметров микроклимата. От уровня освещенности и спектрального состава света зависят здоровье, самочувствие человека, его зрительная утомляемость.

В дипломном проекте будут спроектированы система отопления, вентиляции, горячее водоснабжение и электрификация дома с учетом всех перечисленных условий и соблюдением требований СНиП.

1. Технико-экономическое обоснование темы дипломного проекта

1.1 Технико-экономическое обоснование темы проекта

Так как проектируемый дом предназначен для постоянного проживания, то в нем должен быть предусмотрен комплекс удобств, обеспечивающий жильцам нормальные условия жизнедеятельности. К комплексу удобств относятся система отопления, система вентиляции, горячее и холодное водоснабжение, газификация и электрификация дома.

Системы отопления и вентиляции должны обеспечить поддержание нормального для жизнедеятельности микроклимата. Особое внимание уделяется обеспечению теплового режима в периоды резких похолоданий. Лишь требуемое совокупное воздействие температуры внутреннего воздуха tв = 18°C, влажности в помещении ц=65% и скорости окружающего воздуха V в = 0,3 м/с обеспечивает комфортность среды. Создание требуемого режима помещения важно не только для благоприятного пребывания в нем человека, но также необходимо для сохранения самого здания и расположенных в нем материальных ценностей.

Работу системы отопления будет обеспечивать газовый котел, установленный на кухне. Выбор газового котла основан на том, что газ является самым дешевым видом топлива. Температура воды в подающем трубопроводе системы отопления должна быть 90 °C.

Для получения требуемого вентилируемого воздуха предусматриваем установку деревянных окон, которые обеспечивают достаточный уровень инфильтрации. Объем вентилируемого воздуха в помещениях различного назначения должен соответствовать нормам, указанным в СНиП 2.08.01 - 89. Для жилых комнат он должен иметь тройную кратность.

Водоснабжение дома является неотъемлемой частью нормальных условий хозяйственной деятельности. Холодная вода будет поступать в дом из собственной водозаборной скважины, которая находится в 24 метрах от жилого дома, а горячую воду планируется получать от водонагревателя расположенного на котле отопления. Горячее водоснабжение необходимо для комфортного ведения хозяйства и для гигиены человека. Температура горячей воды, поступающей в кран должна составлять 55 °C, а холодной 5 °C.

Газоснабжение производится централизованно от газораспределительной станции. Газ в проектируемом доме необходим для работы котла, а также для газовой плиты, используемой на кухне для приготовления пищи.

В доме необходимо спроектировать электрическую сеть. Свет является одним из важнейших параметров микроклимата. От уровня его освещенности и спектрального состава зависят здоровье, самочувствие человека, его зрительная утомляемость. Электричество, кроме осветительной сети, также требуется для включения в работу бытовых электроприборов и насосов.

Из вышеизложенного видна важность и обоснованность проектирования всех предложенных систем. Холодное водоснабжение, использование газа и электроэнергии не потребуют значительных затрат, в процессе эксплуатации, а будут иметь только первоначальные затраты при монтаже и покупке, которые можно считать относительно небольшими (около 50 тыс.руб.). Система вентиляции имеет затраты на покупку воздуховодов и жалюзийных решеток (10 тыс.руб.). В процессе эксплуатации система вентиляции дополнительных затрат не требует. Самой дорогостоящей используемой системой является система отопления, так как в ней используется газовый котел (52 тыс.руб.) и газовая горелка (34 тыс. руб.). Но, важно отметить, что это единичные затраты при установке оборудования. Так как в поселке и вблизи него нет котельной, то единственным решением остается использование автономного источника теплоснабжения, который в свою очередь, через определенное время окупит свою стоимость.

Таким образом, получаем, что все предусматриваемые в доме системы являются экономически обоснованными.

1.2 Выбор автономного источника теплоснабжения

Для отопления малоэтажных домов в настоящее время применяют

водяное отопление с источниками теплоснабжения на жидком, твердом и газообразном топливе, а также электрические котлы.

Наиболее совершенно отопление от электрических котлов, так как оно более экологичное, безопасное и комфортное. Капитальные затраты на установку электрического котла значительно ниже, чем других источников тепла. Кроме того, электрический котел не требует оборудования дымохода, специального помещения, топливопроводов. Но, несмотря на все достоинства у электрических котлов есть недостатки, которые становятся решающими и заставляют отказаться от их использования. Первый недостаток - это высокая стоимость электроэнергии, второй - сложность с получением на объект дополнительной электрической мощности. Несмотря на то, что капитальные затраты на установку газового котла значительно превышают капитальные затраты на установку электрического, разница в стоимости газа и электроэнергии окупает газовые котлы в очень короткие сроки. Твердотопливные котлы работают на угле и дровах, жидкотопливные - на солярке. Для твердотопливных и жидкотопливных котлов запасы топлива необходимо постоянно пополнять, и где-то их хранить. Поэтому, лучше выбрать установку газового котла, несмотря на то, что подводка газовых трубопроводов обойдется несколько дороже, чем стартовые затраты на варианты с жидким и твердым топливами. Таким образом, выбор газового котла становится самым экономичным и самым доступным вариантом.

2. Исходные данные для проектирования

теплоснабжение отопительный баланс помещение

Проектируемый индивидуальный жилой дом расположен в поселке Увильды Челябинской области. Сообщение с городом осуществляется по автомобильному шоссе. По климатическим показателям землепользование поселка относится к четвертому агроклиматическому району, который характеризуется, как умерено теплый, незначительно засушливый. Продолжительность периода с температурой выше 10 °C составляет 130 - 135 дней, средняя продолжительность безморозного периода 110 - 120 дней. Средняя высота снежного покрова 30 сантиметров. За год выпадает около 300 - 400 миллиметров осадков.

Рельеф земель представляет собой слабоволнистую равнину с развитым микрорельефом. Равнинные и слегка возвышенные участки заняты почвами черноземного типа.

Землепользование приусадебного участка проектируемого жилого дома представлено единым земельным массивом общей площадью 1200 м2, в том числе площадь под зданием 136,08 м2 . Также на территории земельной площади расположены: хозпостройка, гараж, выгульная площадка, навозохранилище, компостная площадка, также предусмотрено расширение хозпостройки. Электроснабжение осуществляется по воздушной линии 0,38 кВ от комплектной трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ, расположенной в двухстах метрах от участка. Отопление и горячее водоснабжение всех потребителей поселка производится от собственных автономных котельных установок, расположенных в каждом доме. Водоснабжение осуществляется из автономной системы. Водоотведение производится в автономную систему канализации со сбором сточных вод в накопитель. Газоснабжение производится централизованно от газораспределительной станции.

Планировка проектируемого дома показана на рисунке 2.1. Главный фасад здания ориентирован на юг.

Проектируемый жилой дом представляет собой одноэтажное строение. На первом этаже расположена кухня, столовая, две спальни, общая комната, хозяйственная комната, передняя, шлюз, ванная, уборная, хозяйственный шкаф, тамбур, веранда и крыльцо.

А - общая комната; Б - спальня; В - спальня; Г - столовая; Д - кухня; Е - хозяйственная комната; Ж - передняя; И - шлюз; К - ванная; Л - уборная; М - хозяйственный шкаф;

Н - тамбур; П - веранда; Р - крыльцо

Рисунок 2.1 - Планировка дома

Главный вход в дом расположен с западной стороны здания. С восточной стороны дома предусмотрен запасный выход. Пол первого этажа дома расположен на отметке +0,000.

Расчетная температура наружного воздуха для Челябинской области -34 0С.

Для отопления проектируемого объекта применяется местная система отопления с установкой газового котла. Теплоперенос в данной системе отопления осуществляется теплоносителем - водой. Циркуляция теплоносителя - принудительная. Тепловой режим здания - постоянный.

3. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

3.1 Теплотехнический расчет наружных стен

Первоначально в проектируемом доме планировалась конструкция стен, представленная на рисунке 3.1. В результате последующих расчетов были получены большие значения теплопотерь через ограждающие конструкции. Для уменьшения этих значений, а, следовательно, и стоимости устанавливаемого для отопления оборудования разработана новая конструкция наружных стен. Она представлена на рисунке 3.2. Параметры слоев стены занесены в таблицы 3.1 и 3.2.

Рисунок 3.1 - Изначально планируемая конструкция наружной стены

Таблица 3.1 - первоначальная конструкция наружной стены

наименование слоя	Толщина слоя д, м	Коэффициент теплопроводности л, Вт/(мєС)
1	2	3
1наружная штукатурка (цементно-песчанный раствор)	0,03	0,76
2 железобетон	0,25	1,92
3 пенополистирол	0,2	0,038
4 внутренняя штукатурка	0,02	0,7

Рисунок 3.2 - Предлагаемая конструкция наружной стены

Таблица 3.2 - Предлагаемая конструкция наружной стены

наименование слоя	Толщина слоя д,м	Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м2С)
1	2	3
1 железобетон	0,25	1,92
2 пенополистирол	0,25	0,038
3 Кирпичная кладка	0,12	0,7

Расчет производим для холодного периода года, с учетом района строительства, условий эксплуатации, назначения здания и санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к ограждающим конструкциям и помещению, согласно СНиП ІІ-3-79. Рассмотрим расчет предлагаемой конструкции стены.

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче Rотр, (м2 0С)/Вт, по формуле

, (3.1)

где tв - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий, из [1] tв = 20 0С;

tн - расчетная наружная температура холодного периода, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, из [2] tн = -34 0С;

n - коэффициент, учитывающий положение наружного ограждения по отношению к наружному воздуху, из [3] n = 1;

Дtн -нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции, из [3] Дtн = 4 0С;

бв - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждения,

из [3] бв = 8,7 Вт/(м2оС).

(м2 0С)/Вт

Градусо-сутки отопительного периода ГСОП, оСсут, определяем по формуле

, (3.2)

где tоп - средняя температура отопительного периода, из [2] tоп=-7,5 оС;

Zоп - продолжительность отопительного периода, из [2] Zоп =218 суток.

предварительная толщина слоя утеплителя дут , м, определяется по формуле

, (3.3)

где дi - толщина отдельных слоев конструкции, д1 =0,25 м, д2 =0,12 м;

лi - коэффициент теплопроводности отдельных слоев конструкции, из

[3] л1 = 1,92 Вт/(моС), л2 =0,7 Вт/(моС);

лут - коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, из [3]

лут = 0,038 Вт/(м*оС);

бн - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждения, из

[3] бн =23 Вт/(м2оС);

r - коэффициент теплотехнической однородности, из [3] r =0,7.

Округляем толщину утеплителя до стандартного значения, равного 0,25 метра. Тогда общая толщина панели составит 0,62 метра. приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rопр, Вт/(м2оС), определяется в зависимости от полученного значения ГСОП и типа здания или помещения, соответствующее высоким теплозащитным свойствам по [1] Rопр = 3,5 (м2•0С)/Вт. Сравниваем Rотр =1,55 (м2•0С)/Вт и Rопр = 3,5 (м2•0С)/Вт и принимаем для дальнейших расчетов большее, то есть Rопр.

Уточняем фактическое общее сопротивление теплопередаче Rоф, (м2оС)/Вт, для всех слоев ограждения по формуле

(м2оС)/Вт

Проверяем условие

, (3.4)

7,08 (м2оС)/Вт > 3,5 (м2оС)/Вт

Коэффициент теплопередачи принятого ограждения стены k, Вт/(м2оС) будет равен

3.2 Теплотехнический расчет пола первого этажа

Выполняется аналогично изложенному выше расчету, с помощью программы Microsoft Excel и результаты расчета сведены в приложение А. Выбранная конструкция пола показана на рисунке 3.3, а параметры материалов конструкции пола занесены в таблицу 3.3.

Рисунок 3.3 - Конструкция пола первого этажа

Таблица 3.3 - слои ограждающих конструкций пола на первом этаже

Наименование слоя	Толщина слоя д,м	Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м2С)
1	2	3
1 железобетонная плита без пустот	0,25	1,92
2 пароизолляция (битумная мастика)	0,003	0,27
3 утеплитель (маты минерало- ватные)	0,3	0,064
4 стяжка (цементно - песчанный раствор)	0,05	0,76
5 паркет	0,025	0,35

3.3 Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

Выполняется аналогично расчету стен, результаты расчета сведены в таблицу 3.5. Выбранная конструкция чердачного перекрытия показана на рисунке 3.4, а материалы конструкции чердака занесены в таблицу 3.4.



Рисунок 3.4 - Конструкция чердачного перекрытия

Таблица 3.4 - слои ограждающих конструкций чердачного перекрытия

наименование слоя	Толщина слоя д,м	Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м2С)
1 гипсокартон	0,012	0,19
2 гидроизоляция - пергамин	0,005	0,17
3 утеплитель - прошивные маты	0,1	0,036
4 гидроизоляция - пергамин	0,005	0,17
5 Железобетонная плита без пустот	0,25	1,92

3.4 Теплотехнический расчет световых проемов

Требуемое термическое общее сопротивление теплопередаче Rотр, (м20С)/Вт, для световых проемов определяют в зависимости от величины ГСОП [3]. При ГСОП = 5951 оС сут сопротивление Rотр = 0,6 (м20С)/Вт.

Для заполнения световых проемов выбираем трехслойные стеклопакеты в деревянных переплетах c приведенным сопротивлением Rоф =0,7 (м20С)/Вт, что удовлетворяет условию Rоф > Rотр.

Коэффициент теплопередачи остекления kок определен по формуле (3.6). Результаты расчета сведены в приложение А.

3.5 Теплотехнический расчет наружных дверей

Требуемое сопротивление теплопередаче Rотр для наружных дверей должно быть не менее значения 0,6 Rотр для стен здания. фактическое сопротивление теплопередаче принято Rофдв = Rотр .

Фактическое сопротивление теплопередаче для наружных дверей Rофдв , (м2*оС) /Вт, определяется по следующей формуле

(3.5)

Аналогично расчету наружных стен определяем коэффициент теплопередачи наружных дверей. Результаты расчета сводим в приложение А.

3.6 Составление балансов тепла по помещениям

3.6.1 Расчет теплопотерь наружными ограждениями помещений

В отапливаемых зданиях, при наличии разности температур между внутренним и наружным воздухом, постоянно происходят потери тепла через ограждающие конструкции: наружные стены, покрытия, полы и проемы. Системы отопления должны восполнять эти потери, поддерживая в помещениях внутреннюю температуру, требующуюся по санитарным нормам [2]. Потери тепла определяются для каждого отапливаемого помещения последовательно, через отдельные ограждения. Расчет теплопотерь сводится в приложение А. Внутренняя температура воздуха в помещениях различного назначения принимается согласно [4]. Наименования ограждений обозначаются следующим образом: НС - наружная стена; ТО --тройное остекление; ПЛ - полы; ПТ - потолок; ДН - дверь наружная.

Для помещений первого этажа теплопотери определяются через наружные стены, остекление. Пол первого этажа рассчитывается по зонам шириной 2 метра.

Обмер площадей наружных ограждений, при подсчете потерь теплоты через них, должна вычисляться с соблюдением определенных правил. В основном, площади определяются по внешнему обмеру: площади окон и дверей измеряются по наименьшему строительному проему; площади потолка и пола измеряются между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены; площади наружных стен измеряются на плане - по внешнему периметру между наружным углом и осями внутренних стен, а по высоте: на первом этаже -- от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия. Площади санузлов и коридоров прибавляются к соответствующим расчетным площадям смежных помещений.

Коэффициент теплопередачи для окон и дверей принимается за вычетом коэффициента теплопередачи стен.

Добавка на ориентацию стен, дверей и световых проемов по сторонам света в1 принимаем по [1]. При наличии двух стен и более принимается добавка в2 = 0,05. Добавка на поступление холодного воздуха через наружные двери в3 определяется по формуле (3.6). Эта добавка не учитывается, если дверь является запасной.

в3 = 0,22 ?Н , (3.6)

где Н - высота здания.

3.6.2 Расчет теплопотерь на инфильтрацию

Теплопотери на инфильтрацию Qн ,Вт, определяем по следующей формуле

, (3.7)

где L - расход удаляемого воздуха, не компенсируемый приточным воздухом, определяемый по формуле (3.8) через площадь пола помещения, м3/ч;

с - удельная теплоемкость воздуха, с = 1 кДж/(кг °С);

kH - коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока в конструкциях, kH = 0,7;

с - плотность наружного воздуха, с =1,477 кг/м3.

Рассмотрим расчет потерь тепла на нагрев инфильтрирующего воздуха для жилой комнаты на первом этаже при втором варианте конструкции стены. Расход удаляемого воздуха, не компенсируемый приточным воздухом, L , м3/ч, определяем по формуле

L = 3•A , (3.8)

где А - площадь пола, м2.

L = 3•A = 3•19 = 57 м3/ч

Определим теплопотери на инфильтрацию жилой комнаты по формуле (3.7)

Qн = 0,28?L?с?c?(tв - tн)•kн = 0,28•57•1,477•(20-(-34))•0,7=891,1 Вт

Аналогично производим расчет для каждого помещения. Результаты расчетов теплопотерь для первого варианта стены заносим в приложение Б, а для второго в приложение В. В помещениях без окон потери рассчитываются и прибавляются к потерям соседних помещений.

3.6.3 Определение бытовых тепловыделений

Бытовые тепловыделения Qб ,Вт, определяются из расчета двадцать один ватт на один квадратный метр площади пола по формуле

(3.9)

Бытовые тепловыделения будут иметь место в комнатах, на кухне, в столовой, гостиной, санузле .

3.6.4 Составление балансов тепла по помещениям

Баланс тепла - это определение полных теплопотерь помещений. Полные теплопотери Qполн ,Вт, определяются по формуле

Qполн = ?Qо + Qн - Qб (3.10)

Основные теплопотери вычисляются с точностью до 10 Вт. Далее суммируются полные теплопотери всех помещений.

В тамбуре, шлюзе, уборной, передней и хозкомнате устанавливать радиаторы не будем, поэтому полные потери тепла распределим по смежным помещениям № Г, К, Б и В. Все произведенные расчеты сводим в приложения Б и В.

3.7 Расход тепла на горячее водоснабжение

Определим среднечасовой поток теплоты Qтh , кВт

, (3.11)

где qтh - средний часовой расход горячей воды, м3/ч;

tс - температура холодной воды подводимой к смесителю, tс= 5 0С;

Кt - коэффициент учитывающий потери теплоты трубами, по [8] Кt =0,3.

Средний часовой расход горячей воды, , м3/ч, определим по формуле

, (3.12)

где qumh - расход воды в сутки на одного потребителя, по [8] qumh =190 л/сут;

U - число потребителей, U=3 человека.

м3/ч

Определим среднечасовой поток теплоты по формуле (3.11)

кВт

Тогда полная потребность в теплоте и на горячее водоснабжение будет определена Qполн, кВт, по формуле

Qполн = УQo + Qтh = 8,3024+ 18,1 = 26,4024 кВт

3.8 Определение удельной тепловой характеристики здания

Удельную тепловую характеристику здания qуд , Вт/(м2•°С), определяем по формуле

qуд , (3.13)

где Q - потеря тепла помещениями отапливаемыми от котла, Q = 18441 Вт;

Ао-площадь помещений отапливаемых от котла , Ао = 111,6 м2.

qуд Вт/(м2•°С)

4. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

4.1 Тип системы отопления

Система отопления - это совокупность технических элементов, предназначенных для получения, переноса и подачи количества теплоты во все обогреваемые помещения, необходимого для поддержания температуры на заданном уровне.

В проектируемом жилом доме применяется местная система отопления, которая подразумевает отопление помещений от автономного теплового пункта.

Принимаем двухтрубную схему соединения труб, в которой каждый отопительный прибор самостоятельно присоединен к подающему и обратному разводящим трубопроводам системы. В такой системе любое вмешательство в один из приборов отопления практически не сказывается на работе других приборов. В результате этого двухтрубная система является наиболее совершенной с точки зрения автоматического регулирования и унификации отопительных приборов. По положению труб, объединяющих отопительные приборы - вертикальная параллельная схема соединения.

4.2 Выбор и размещение отопительных приборов

Отопительные приборы должны обеспечивать температуру и равномерное нагревание воздуха в помещении, а также гидравлическую и тепловую устойчивость системы отопления, взрывопожарную безопасность.

Выбираем алюминиевые секционные радиаторы с эксплуатационным давлением 10 бар. В соответствии со СНиП, вне зависимости от каких либо условий, перед отопительными приборами системы отопления жилого здания следует устанавливать автоматические терморегуляторы. Эти приборы позволяют поддерживать в отапливаемом помещении постоянную температуру воздуха на уровне, задаваемом самим потребителем. Терморегуляторы состоят из двух частей: регулирующего клапана и привода. Регулирующий клапан устанавливается на прямом трубопроводе и меняет количество теплоносителя, проходящего через прибор отопления, под воздействием установленного на него привода, который, в свою очередь получает сигнал о необходимости изменения температуры воздуха в помещении от управляющего устройства.

Отопительные приборы следует размещать под световыми проемами в местах, доступных для осмотра, ремонта и очистки. Длина отопительного прибора должна быть не менее 75% длины светового проема. При размещении приборов под окнами вертикальные оси прибора и оконного проема должны совпадать с отклонением не более чем на 50 мм.

Магистраль системы отопления проложим на первом этаже. Предусматриваем регулирующую арматуру (вентили, задвижки, краны и т.д.). В принятой системе отопления теплоносителем является вода, поэтому удаление воздуха производим в верхних точках.

В соответствии с [7] трубопроводы располагаем на расстоянии 50 мм от стен и 50 мм от пола нижняя труба, между трубами расстояние 40 мм радиаторы - 60 мм от стен и 120 мм от пола.

Данные о выбранных отопительных приборах заносим в таблицу 4.1. Схема системы отопления с нанесением радиаторов и трубопроводов изображена на рисунке 4.1.

Таблица 4.1 - Выбор отопительных приборов

Помещение	потребная теплота Qот , Вт	Радиаторы
		Мощность Qрад , Вт	Кол-во N, шт	Суммарная мощность ?Qрад , Вт	Размеры ахв, мм
1	2	3	4	5	6
А	1566,7	665	1	1775	450х600
		1110	1		1000х450
Б	1345,2	853	1	1518	600х600
		665	1		600х450
К	467,5	665	1	665	600х450
Г	1604,4	1110	1	1775	1000х450
		665	1		600х450
В	1197,3	665	2	1330	600х450
Д	804,4	853	1	853	600х600

4.3 Гидравлический расчет системы отопления

Задача гидравлического расчета состоит в обоснованном выборе экономичных диаметров труб с учетом принятых перепадов давлений и расходов теплоносителя. При этом должна быть гарантирована подача его во все части системы отопления для обеспечения расчетных тепловых нагрузок отопительных приборов. Правильный выбор диаметров труб обуславливает экономию тепла.

На основании расчета теплопотерь составляем аксонометрическую схему системы отопления, рисунок 4.1.

Гидравлический расчет выполняем способом удельных линейных потерь давления.

Потери давления на участке трубопровода ?р, Па, складываются из линейных и местных потерь и находятся по формуле

, (4.1)

где R - удельная линейная потеря давления на один метр трубы, Па/м;

l - длина рассчитываемого участка, м;

Z - местные потери давления на участке, Па.

Расход на каждом участке Gi, кг/ч, определяем по формуле

, (4.2)

где Qi - тепловая нагрузка участка;

с - удельная массовая теплоемкость воды, с = 4,19 кДж/(кгК);

tп - температура воды в прямой магистрали, tг = 90 0С;

tо - температура воды в обратной магистрали, tо = 70 0С;

в1 , в2 -поправочные коэффициенты, учитывающие дополнительную теплоотдачу в помещение, в1 = 1,03, в2=1,02.

Рисунок 4.1 - Схема системы отопления

Определим расход воды на участке 1-2 по формуле (4.2)

кг/ч

Принимаем ориентировочный диаметр трубопровода d = 20 мм. Зная расход воды и диаметр труб, по [7] определяем скорость воды в трубах VСт1-2 = 0,04 м/с и удельные линейные потери давления R1-2 = 1,49 Па/м.

Длина участка 1-2 составляет 2х3,6 м, так как система двухтрубная. Значения коэффициентов местных сопротивлений определим по [8], их значения для каждого участка приводим в таблице 4.2. Потери давления на местные сопротивления принимаем по [8] в зависимости от скорости воды в трубах и суммы коэффициентов местных сопротивлений, Z1-2 = 8,92 Па.

Таблица 4.2 - Значения коэффициентов местных сопротивлений

Участок	Вид местного сопротивления	Количество, n	ж	ж? n	Уж
1	2	3	4	5	6
1-2	Терморегулятор	1	3	3	14,4
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Отвод под углом 90°	4	0,6	2,4
	Тройник на проход	2	1	2
	Трехходовой кран	1	3	3
3-4 4-5	Терморегулятор	1	3	3	11,4
	Отвод под углом 90°	4	0,6	2,4
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Тройник на проход	2	1	2
2-3	Терморегулятор	1	3	3	12,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Отвод под углом 90°	12	0,6	7,2
	Тройник на проход	2	1	2
6-7	Терморегулятор	1	3	3	12,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	2	2	4
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2
	Тройник на проход	2	1	2
5-6	Терморегулятор	1	3	3	10,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2
	Тройник на проход	2	1	2
7-8	Терморегулятор	1	3	3	23
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	2	2	4
	Отвод под углом 90°	20	0,6	12
	Тройник на проход	2	1	2
8-9	Отвод под углом 90°	4	0,6	2,4	9,4
	Терморегулятор	1	3	3
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2

Потери давления на данном участке трубопровода ?р, Па, найдем по формуле (4.1)

Па

Расчет остальных участков произведен аналогично при помощи программы Microsoft Excel и сведен в таблицу 4.3.

Полные потери давления приведены в таблицах 4.2 и 4.3.

Таблица 4.3 - Результаты гидравлического расчета системы отопления

Участок	Тепловая нагрузка Qуч, Вт	Расход воды Gуч, кг/ч	Длина участка L,м	Диаметр трубы d,мм	Удельное сопротивление R, Па/м	Скорость теплоносителя V, м/с	Сумма коэффициентов ?ж	Потери на трение R•l, Па	Потери на местные сопротивления Z, Па	Rl+Z, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1-2	853	38,5	3,6х2	20	1,49	0,04	14,4	10,73	8,92	19,65
3-4	665	30,01	1,8х2	20	1,35	0,036	11,4	4,86	6,79	11,65
4-5	1110	28,37	4х2	20	0,8	0,023	11,4	6,4	4,2	10,6
5-6	665	30,01	2,54х2	20	0,8	0,023	10,2	4,06	4,2	8,27
6-7	1330	60,03	2,46х2	20	2,2	0,023	12,2	10,82	18,2	29,02
7-8	1518	68,5	12,89х2	20	2,8	0,023	23	72,18	19,24	91,42
8-9	665	30,01	2,36х2	20	0,8	0,023	9,4	3,78	4,2	7,98

Расхождение в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках допустимо до 15%. Если расхождение больше, то для регулировки давления на стояках с меньшими потерями необходимо установить дроссельные шайбы.

Диаметр шайбы dш , мм, находим по формуле

, (4.3)

где ДРш - разница давлений между кольцами, Па.

5. Выбор автономного источника теплоснабжения

5.1 Выбор котла

Расчетная тепловая нагрузка котла равна полной потребности теплоты на отопление и горячее водоснабжение Q=26,402 кВт. Работа котлов допускается с перегрузкой или недогрузкой, не превышающей 25% средней нагрузки. Выбираем для установки в проектируемом доме стальной комбинированный котел «Unical» для отопления и ГВС под установку горелок типа MODAL B 26 мощностью 30,5 кВт.

Габаритные размеры котла показаны на рисунке 5.1, а основные технические характеристики котлов занесены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Основные характеристики котла MODAL B 26

наименование величины	Единицы измерения	Значение
Номинальная тепловая мощность	кВт	30,5
Мощность горелки	кВт	34,8
Объем котловой воды	л	13
Объем бойлера	л	16
Аэродинамическое сопротивление	мм.вод.ст.	0,23
Присоединение дымохода	мм	200
Расход газа	м 3/ч	3
Избыточное давление в топке	бар	5
Глубина топки	мм	720
Масса	кг	126

Так как данный котел комбинированный и рассчитан на отопление и ГВС, то не требуется дополнительная установка водонагревателя на ГВС. Что значительно снижает первоначальные затраты и благоприятно с экономической точки зрения.



а) б)

а) - вид спереди, б) - вид сбоку

Рисунок 5.1 - Габаритные размеры котла MODAL B 26

Вследствие того, что вода имеет свойство при нагреве расширяться, то во избежание разрыва системы отопления из-за увеличения в ней объема воды предусматриваем установку расширительных баков, куда будут поступать избытки теплоносителя - воды. Применяем мембранные баки, которые имеют закрытое исполнение и позволяют, по сравнению с открытыми, сэкономить на трубах.

Управление системой отопления осуществляется с использованием комнатного термостата, который управляет электроприводом специального трехходового смесителя. Он подключает контур отопления к котлу или временно отключает от него, прекращая тем самым подогрев теплоносителя.

Схема подключения котла показана на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Схема подключения котла MODAL B 26

5.2 Выбор циркуляционных насосов

Так как применена система отопления с принудительной циркуляцией, то необходимо выбрать циркуляционные насосы. Использование циркуляционных насосов позволяет уменьшить диаметр труб по сравнению с естественной системой циркуляции. Циркуляционный насос не поднимает воду, а помогает ей преодолеть сопротивление труб. Для этого не требуется большой мощности, а значит, потребление электроэнергии будет незначительным.

Выбираем циркуляционный насос на трубопровод системы отопления Т1. Из гидравлической ведомости определяем напор как сумму потерь давлений в контуре котельной и наибольшей потери давления из всех веток системы отопления. Получаем, что напор для насосов составляет 0,6м, а расход 0,06м 3/ч. Выбираем насос Wirbel HUP 20-1,5U с параметрами Н =0,9м, Q = 0,4 м3/ч, Р =28 Вт.

5.3 Выбор расширительного бака

Предусматриваем установку расширительных баков, куда будут поступать избытки воды.

Объем расширительного бака V, л, найдем по формуле

, (5.1)

где Vс - емкость котла, всех труб и аккумуляторов тепла; на один киловатт мощности приходится пятнадцать литров, кВт•л;

% - коэффициент расширения жидкости, равный 4%;

Н - эффективность мембранного бака, Н = 0,45 кВт;

Емкость котла, всех труб и аккумуляторов тепла, л, найдем по формуле

Vс = Q•15, (5.2)

где Q - расчетная тепловая нагрузка котла, кВт.

Определим емкость котла, всех труб и аккумулятора тепла по формуле (5.2)

Vс = Q•15 = 26,402 •15 = 396,04 л

Определим объем расширительного бака по формуле (5.1)

л

Выбираем расширительный бак марки Reflex 35 N, с объемом 35 литров.

5.4 Выбор газовой горелки

Для сжигания природного газа в котле устанавливаем горелку марки Cuenod модель NC.4 GX 107/8. Она рассчитана на мощность 15-40 кВт и оснащена цифровым управлением. Длина пламенной трубки 120 мм. Устье горелки имеет диаметр 80 мм. На случай отключения централизованного газоснабжения предусматриваем установку двух газовых баллонов марки 8-50 ГОСТ 15860-70 объемом по 50 литров каждый. Баллоны обеспечат работу газового котла на время прекращения газоснабжения от газораспределительной станции и обеспечат надежность теплоснабжения дома.

5.5 Автоматика котла

Применяемая для котла автоматика показана на рисунке 5.2. Панель управления котла MODAL B 26 оснащена современным устройством автоматического регулирования, которое функционирует в зависимости от температуры наружного воздуха. Это не только делает управление системой отопления более комфортной, но и обеспечит экономию электроэнергии. Также панель оснащена съемным диалоговым модулем, который может устанавливаться в жилом помещении. Таким образом, пользователь имеет возможность удобного управления и контроля системы непосредственно из жилого помещения. Установлен регулятор ECL Comfort 100 M. Он подключен к насосу на трубопроводе системы отопления Т1 , к трехходовому смесителю и через датчик температуры к трубопроводу системы Т1. Регулятор в зависимости от показаний наружного термометра воздействует на насос и трехходовой смеситель. Смеситель подключает контур отопления к котлу, при уменьшении наружной температуры или временно отключает от него, при увеличении температуры прекращая тем самым подогрев теплоносителя. Насос получает команды от регулятора на увеличение или уменьшение подачи теплоносителя так же при изменениях температуры.

6. Выбор и расчет системы Вентиляции

6.1 Определение воздухообмена в помещениях

В настоящее время в жилищном строительстве почти всегда применяется система вентиляции с естественным побуждением. В канальных системах естественной вытяжной вентиляции воздух перемещается в каналах и воздуховодах под действием естественного давления, возникающего вследствие разности давлений холодного наружного и теплого внутреннего воздуха. приток наружного воздуха осуществляется через открывающиеся форточки, через не плотности в наружных ограждениях, главным образом оконного заполнения или специальные приточные устройства.

Внутренние двери жилых комнат, двери кухни и санитарных помещений должны иметь зазор снизу дверного полотна не менее чем на 0,02 м для перетекания воздуха. Вытяжные вертикальные каналы устраиваются во внутренних кирпичных стенах из специальных вентиляционных блоков в виде приставных каналов из гипсошлаковых или других плит. Вентиляционные решетки размещены на расстоянии 200 мм от потолка.

Нормирование воздухообмена производят исходя из минимально необходимого количества воздуха по гигиеническим требованиям. Под расчетным воздухообменом подразумевают возмещение удаляемого из квартир воздуха наружным в нормативном объеме. Данные приняты в соответствии с [10] и занесены в приложение Г.

В соответствии с расчетными условиями для проектирования естественной вытяжной вентиляции являются [5]: температура наружного воздуха + 5 0С, безветрие, температура внутреннего воздуха помещений + 20 0С, окна открыты. При этих условиях рассчитывается пропускная способность вентблоков. Задача расчета естественной вентиляции - подобрать сечения вытяжных решеток, вентиляционных каналов, которые обеспечивали бы необходимый воздухообмен при расчетном, естественном давлении.

6.2 Выбор системы вентиляции

Удаляемый воздух разделен на группы, в зависимости от назначения помещений из которых он удаляется. Таким образом, получилось три группы. К первой группе относится котел. Ко второй группе отдельно выделена кухня, из которой будет удаляться суммарный объем воздуха кухни и столовой. Третья группа объединила уборную и ванную комнату. Полученная система изображена на рисунке 6.1.

6.3 Расчет системы вентиляции

Естественное давление ?ре , Па, определяется по формуле

, (6.1)

где h - высота воздушного столба, hВЕ = 4,54 м;

g - ускорение свободного падения, g=9,8 м/с2;

сн , св - плотность наружного воздуха при t=5 0С и внутреннего при t=20 0С, сн = 1,27 кг/м3, св = 1,2 кг/м3.

Определим естественное давление ?ре , Па, на примере второй группы, по формуле (6.1)

Па



Рисунок 6.1 - Группы системы вентиляции

Вычисляем предварительное живое сечение канала и вытяжной решетки f, м2

, (6.2)

где L- объем вентиляционного воздуха, L2 = 150 м3/ч;

v - скорость движения воздуха, предварительно принимаем для первого этажа v1 = 1,4 м/с.

Вычислим предварительное живое сечение канала и вытяжной решетки по формуле (6.2)

м2

Уточняем живое сечение канала по [1], f2 = 0,038 м2. Тогда размеры канала ахв = 140х270 мм. Определяем фактическую скорость движения воздуха v, м/с

м/с

Находим эквивалентный диаметр dэкв, мм, канала круглого сечения, равновеликий прямоугольному, по скорости воздуха и потерям давления на трение

, (6.3)

Вычисляем эквивалентный диаметр канала по формуле (6.3)

мм

Используя номограмму [1], по известным значениям скорости и диаметра определяем удельные потери давления на трение R = 0,12 Па/м, и динамическое давление рg = 0,6 Па. Затем находим потери давления на трение с учетом коэффициента шероховатости стенок канала в. Принимаем в соответствии с [1] в = 1,475.

потери давления в местных сопротивлениях Z, Па определяем по формуле

, (6.4)

где Уж - коэффициент местных сопротивлений на участках, ж=3,3.

Значения коэффициентов местных сопротивлений сведены в таблицу 6.2.

Определим потери давления в местных сопротивлениях по формуле (6.4)

Па

Для нормального функционирования системы естественной вентиляции необходимо сохранение равенства

, (6.5)

где R - удельные потери давления на трение, R=0,12 Па/м;

l - длина воздуховодов, l=4,54 м;

Z - потери давления на местные сопротивления, Z=1,98 Па;

в - поправочный коэффициент на шероховатость поверхности, в=1,475;

б - коэффициент запаса, б=1,1.

3,06 ? 3,11

Таблица 6.2 - Значения коэффициентов местных сопротивлений

Группа	Участок	Вид местного сопротивления	n	ж	?ж?n
1	2	3	4	5	6
ВЕ1	1-0	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,3
		Шахта с зонтом	1	1,3
ВЕ2	1-0	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,3
		Шахта с зонтом	1	1,3
ВЕ3	1-0	Тройник на проход	1	0,6	3,9
		Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2
		Шахта с зонтом	1	1,3
		Шахта с зонтом	1	1,3

Условие выполняется, значит система ВЕ2 будет функционировать. Остальные системы рассчитываются аналогично, результаты расчетов сведены в приложение Д.

<...