Теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха

ВВЕДЕНИЕ

 

Данный курсовой проект содержит расчет и конструирование системы отопления жилого здания, а также расчет отопительных приборов. Курсовой проект состоит из расчетной части и графической части на листе формата А1.

 

Исходные данные

 

Местонахождение здания - г. Челябинск

Расчетная температура местности:

расчетная температура по параметру Б, tн = - 28 °С.

Номер плана здания - 14.

Схема разводки падающих магистралей - верхняя.

Тип отопительных приборов - «Комфорт 20».

Схема стояка - в

Насосное давление в теплосети, Рн = 13000 Па.

Температура воды в системе отопления - 95 - 70 °С.

Расчетные температуры воздуха в помещениях:

жилая комната (ЖК) угловая - 20 °С;

жилая комната (ЖК) неугловая - 20 °С;

кухня (К) - 19 °С;

туалет (Т) - 16 °С;

коридор (Кр) - 16 °С;

лестничная клетка, лифтовая площадка (Лк, Лп) - 16 °С.

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период,

tоп. = - 7,8 °С.

Продолжительность отопительного периода, Zоп. = 280 сут.

 

Определение тепловой мощности системы отопления

 

Заполняется таблица 1 расчета для всех помещений нижнего, промежуточного и верхнего этажей. В конце таблицы 1 указываются суммарные расчетные теплопотери зданием.

Тепловой расчет ограждающих конструкций

 

2.1.1 Наружная стена (НС)

Определение сопротивления теплопередаче по условиям энергосбережения, Rreg., (м2 ´ °С)/Вт:

Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения принимается по таблице 2.2. [2] в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода В.

 

В = (tв - tоп.) ´ Zоп.,

 

где tоп. - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С

Zоп. - продолжительность отопительного периода, сут.

tв - температура внутреннего воздуха;

В = (20 - (- 7,8)) ´ 280 = 8344,

Rreg. = 4,32(м2 ´ °С)/Вт.

Коэффициент теплопередачи стеновой панели:

ст. = 1 / Rreg

ст. = 1 / 4,32 = 0,23 Вт/(м2 ´ °С).

Перекрытие над неотапливаемым подвалом со световыми проемами

Определение требуемого сопротивления теплопередаче:

= 5,65 (м2 ´ °С)/Вт.

 

Коэффициент теплопередачи:

под. = 1 / Rreg

под. = 1 / 5,65 = 0,17 Вт/(м2 ´ °С).

 

Перекрытие бесчердачное (плоская кровля)

Определение требуемого сопротивления теплопередаче:

= 6,37 (м2 ´ °С)/Вт.

 

Коэффициент теплопередачи:

пот. = 1 / Rreg.

пот. = 1 / 6,37 = 0.16 Вт/(м2 ´ °С).

 

Окна и балконные двери

Определение требуемого сопротивления теплопередаче:

. = 0.70 (м2 ´ °С)/Вт.

 

По табл. 2,3[2] подбираем остекление: двухкамерный стеклопакет из стекла с мягким селективным покрытием.

Rreg. = 0,70 (м2 ´ °С)/Вт.

 

Коэффициент теплопередачи:

ок. = 1 / Rreg

ок. = 1 / 0.70 = 1,41 Вт/(м2 ´ °С).

Величина скорректированного коэффициента теплопередачи окон и балконных дверей составляет:

ок.¢ = Kок. - Kст.

ок.¢ = 1,41 - 0,23 = 1,19 Вт/(м2 ´ °С).

Входная дверь

Определение требуемого сопротивления теплопередаче,

нсreg., (м2´°С)/Вт:

Rнсreg. = (tint - texp) ´ n / (Dtн ´ aв),

 

где n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху. Для НС n = 1,0;

tint - температура внутреннего воздуха;

texp - температура наружного воздуха;

Dtн - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции. Для НС жилых зданий Dtн = 4 °С;

aв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции. Для НС aв = 8,7 Вт/(м2 ´ °С).

нсreg. = (16 + 28 ) ´ 1 / (4 ´ 8,7) = 1.26 (м2 ´ °С)/Вт.

 

Сопротивление теплопередаче входной двери принимается в размере 60 % от Rнсreg для стеновой панели.

дд. = 1 / (0,6 ´ Rнсreg)

дд. = 1 / (0,6 ´ 1.26) = 1,32 Вт/(м2 ´ °С).

Величина скорректированного коэффициента теплопередачи входной двери составляет:

дд.¢ = Kдд. - Kнс.

дд.¢ = 1,32 - 0,23 = 1,09 Вт/(м2 ´ °С).

 

Определение тепловой мощности системы отопления

 

Задача расчёта тепловой мощности системы отопления состоит в нахождении всех составляющих теплового баланса (теплопотерь и теплопоступлений) и в определении дефицита теплоты для каждого помещения и здания в целом.

со = Qо + åQд + Qв - Qбыт

 

Где Qо - основные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;

åQд - суммарные добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;

Qв - потери теплоты на инфильтрацию, Вт;

Qбыт - бытовые тепловыделения, Вт.

Основные теплопотери

Основные потери теплоты Qо, Вт, определяется:

о = К ´ F (tint - texp) ´ n

 

Где К - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м2´°С);

F - расчетная площадь, м2;

n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

tint - температура внутреннего воздуха, 20 °С;

texp - температура наружного воздуха, texp = - 28 °С;

Qонс = 0.23´ 8,9 (20-(-28)) ´ 1 = 98 Вт;

Qодо+бд 1.19 ´ 4,2 (20-(-28)) ´ 1 = 240 Вт;

Qопт = 0.16´ 7,3 (20-(-28)) ´ 1 = 56 Вт;

Qопл = 0,17 ´ 7,3 (20-(-28)) ´ 0,75 = 40 Вт.

Добавочные теплопотери

Добавочные теплопотери Qд учитываются умножением основных теплопотерь на коэффициент N.

д = Qо × N

 

Где Qо - основные теплопотери, Вт;- коэффициент добавочных теплопотерь

N = 1 + y + j

 

Где y - коэффициент учитывающий добавочные потери ограждающих конструкций НС, дверей и окон в зависимости от ориентации по сторонам света см. п.3.2. [2];

j - коэффициент учитывающий добавочные потери на нагрев наружного воздуха, поступающего в здание при открывании входных дверей, и равный 0,27 ´ H., j = 0,27 ´ 25,2 = 6,8

Теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха

Добавочные теплопотери на инфильтрацию наружного воздуха Qинф., Вт, рассчитывается для жилых комнат:

инф. = 0,28 ´ L ´ rint ´ с ´ (tint - texp)

 

Где L - расход удаляемого воздуха (для жилых зданий 2,7 м3/час на 1 м2 площади жилой комнаты), м3/ч;

С - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг ´ °С);

rint - плотность воздуха в помещении, кг/м3;

texp - температура наружного воздуха, °С;

tint - температура внутреннего воздуха, °С,

Qинф. = 0,28 ´ (7,3´3,0) ´ 1.197 ´ 1 ´ (20-(-28)) = 350 Вт, для жилой комнаты;

Qинф. = 0,28 ´ 60 ´ 1,197 ´ 1 ´ (19-(-28)) = 950 Вт, для кухни;

для лестничной клетки:

определяем разность давлений Р1 воздуха на наружную и внутреннюю поверхность ограждения (окон лестничной клетки):

Р1=(H-h1)×(exp-int)+0,5×ν2×exp×(Сн-Сп)×Кν-Рint=(25,2-4,9)×(14,13-11,98)+0,5×52×1,453×(0,8+0,6)×0,66-0=60,43 Па,

 

Где Н - высота здания от уровня земли до верха карниза, м;

hi - расчетная высота от уровня земли до верха окон, м;, int - удельный вес, Н/м3, соответственно при температуре наружного

texp и внутреннего tint воздуха, равны:=3463/(273-28)=14,13 Н/м3, int=3463/(273+16)=11,98 Н/м3;

ν - скорость ветра м/с, равная 5;- плотность наружного воздуха, кг/м3;

Сн, Сп - соответственно аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренной поверхностей наружных ограждений, равные Сн= 0,8, Сп= - 0,6;

Кν - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, равный 0,66;

Рint - условно постоянное давление воздуха, Па, в помещении здания (для жилых зданий Рint= 0),

вычисляем сопротивление Rитр воздухопроницанию по формуле:

итр=1/Gн×(Р/Ро)0,67=1/6× (41,1/10)0,67=0,45 (м2 ´ ч)/кг,

 

Где Gн - нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, равная 6 кг/(м2×ч);

Р - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности наружных ограждений, Па;

Ро - разность давлений воздуха, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию Rи, Ро= 10 Па, разность давления Р определяется по формуле:

Р=0,55×H×(exp-int) + ,3×exp×ν2 = 0,55×25,8×(14,13-11,98) + 0,03×14,13×52 = 41,1 Па

 

Где Н - высота здания от уровня земли до верха карниза, м;, int - удельный вес, Н/м3, соответственно при температуре наружного texp и внутреннего tint воздуха;

ν - скорость ветра, м/с, равная 5, вычисляем расход Gи инфильтрующегося воздуха через окно 1 этажа:

 

Gи=0,216×A1×Рi0,67Rи=0,216×3,06×60,430,67/0,45+= 22,9 кг/ч,

 

Где А1 - площадь соответственно окна, м2;

Рi - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхности наружных ограждений помещения на расчетном этаже, Па;н - нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, равная 6 кг/(м2×ч), рассчитываем расход теплоты для нагревания инфильтрующегося воздуха через окна с 1 по 9 этаж и входную дверь:

в= 0,28 × Gи × с × (tint-texp) × Кн, Вт

 

Где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг ´ °С);

Кн - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкции, равный 0,8;

texp - температура наружного воздуха, °С;

tint - температура внутреннего воздуха, °С,в = (22,9*0,28*1*(20+28)*0,8=246,2 Вт

 

2.2.4 Бытовые тепловыделения

Бытовые тепловыделения, Qбыт., Вт, для кухонь и жилых комнат принимаются в размере 10 Вт на 1 м2 площади пола.

быт. = 10 ´ Fпл.

 

Где Fпл - площадь пола отапливаемого помещения, м2.

 

2.2.5 Тепловая мощность системы отопления жилого здания

Расчетные теплопотери Qр., Вт, помещения, в котором установлены отопительные приборы рассчитываются по формуле:

р = SQо. ´ (1+Sβ) + Qв. - Qбыт, Вт

 

Где Qо - основные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;

Qв. - потери теплоты на инфильтрацию, Вт;

Qбыт. - бытовые тепловыделения, Вт,

Qр = (221х1)+(163х1,05)+(217х1,05)+(118х1)+620-130= 1230 Вт.

Вычисленные значения Qо., Qв., Qбыт. и Qр. округляются до ближайшего кратного 10 Вт значения.

Тепловая мощность системы отопления Qс.о.1, Вт, определяется как сумма затрат теплоты на отопление отдельных помещений и лестничной клеток.

с.о.1 = SQр1эт + SQр ´ (nэт - 2) + SQрверх + SQлк;

 

Где SQр1эт, SQрверх - теплопотери соответственно первого и верхнего этажей, Вт;

SQр - теплопотери промежуточного этажа, Вт;

SQлк - теплопотери лестничных клеток, Вт,

Qс.о.1 = 140460 Вт

Все полученные данные записываются в табл. 1.

 

2.2.6 Определение удельной тепловой характеристики жилого здания

Фактическая удельной тепловой характеристики жилого здания qоф, Вт/(м3×°С), определяется по формуле:

оф = SQр /(Vзд × (tint-texp))

 

где SQр - расчётные теплопотери всеми помещениями здания, Вт;

Vзд - объём отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м3;

(tint-texp) - расчётная разность температур внутреннего и наружного воздуха для характерных помещений, °С

Можно объяснить следующим:

. Удачная ориентация по сторонам света;

. Небольшие теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна и двери.

Фактический удельный расход теплоты Qудф на 1 м2 общей площади здания, Вт/м2, определяется по формуле:

удф = SQр/SF

 

где SQр - расчётные теплопотери всеми помещениями здания, Вт;

SF - общая площадь всех отапливаемых помещений, м2,