ВВедение
Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.
Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы теплоснабжения.
Целью курсовой работы является получение навыков и ознакомление с методиками расчёта теплоснабжения потребителей, в частном случае – расчёта теплоснабжения района города Барнаул от источника теплоснабжения. Также поставлена цель – ознакомиться с существующими государственными стандартами, и строительными нормами и правилами, касающимися теплоснабжения.
1 Климатическая характеристика района
строительства
1.1 Район строительства: город Барнаул (по заданию)
1.2 Расчетные параметры наружного воздуха
Таблица 1.1 – Расчетные параметры наружного воздуха [1, табл.1*]
| Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, ºС обеспеченностью 0,92; text | Период со среднесуточной температурой £ 8 °С | Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, м/с | |
| Продолжительность, сут. zht | Средняя температура воздуха, °С tht | ||
| -39 | -7,7 | - |
1.3 Зона влажности территории Российской Федерации: 3 – « сухая »
1.4 Влажностный режим помещений зданий: «нормальный » [2, табл.1].
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания tint = 21°С.
Обоснование: Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности следует определять согласно таблице 1 - для холодного периода года, и таблице 2 - для теплого периода года [4].
Параметры воздуха внутри зданий производственного назначения следует принимать согласно #M12291 1200003608ГОСТ 12.1.005#S и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.
Расчетная температура воздуха внутри жилых и общественных зданий tint,°С, для холодного периода года должна быть не ниже минимальных значений оптимальных температур, приведенных в таблице 1 [3] согласно #M12291 1200003003 ГОСТ 30494.
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, tint ,°С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 [2] по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С), для группы зданий по поз.2 таблицы 4 - согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494(в интервале 16-21 °С), зданий по поз.3 таблицы 4 - по нормам проектирования соответствующих зданий.
Таблица 1.2 – Оптимальные и допустимые нормы температуры и относительной влажности[3 табл. 1]
| Период года | Наименование помещения | Температура воздуха, tint , °С | Относительная влажность, φint ,% | ||
| Холодный | Жилая комната в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже | оптималь-ная | допусти-мая | оптималь-ная | допусти-мая, не более |
| 21-23 | 20-24 | 30-45 |
1.5 Условия эксплуатации ограждающих конструкций: «А » [2, табл.2].
2 Теплотехнический расчет ограждающих
конструкций по нормативным показателям
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций по нормативным показателям заключается в определении коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций (по минимальному Rreg .), при котором температура на внутренней поверхности ограждения будет выше температуры точки росы внутреннего воздуха и будет удовлетворять теплотехническим требованиям:
Ro ³ Rreg.
Расчет выполняется в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Теплотехническому расчету подлежат: наружные стены, чердачные перекрытия и бесчердачные покрытия, перекрытия над неотапливаемыми подвалами, окна.
2.1 Определение теплотехнических параметров
2.1.1 Градусо-сутки отопительного периода Dd,°С∙сут. [2, формула 2]
| Dd = (tint – tht) ∙ zht , Dd = (21 – (–7.7)) 221=6342.7 °С∙сут, | (2.1) |
где Dd – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;
tint – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по табл. 1 [4] по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20…22 °С).
tht, zht – средняя температура наружного воздуха, °С и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01-99* для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях.
2.1.2 Нормируемое значение сопротивления теплопередаче Rreg, (м2∙°С)/Вт, ограждающей конструкции [2, п. 5.3, табл.4, формула 1]
| Rreg = a∙Dd + b где a, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий и соответствующих видов конструкций за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала 6000-8000 °С·сут: a = 0,00005; b = 0,3. | (2.2) |
2.1.3 Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции k, Вт/(м2∙°С)
| k = 1/ Rreg | (2.3) |
2.2 Наружная стена
Dd =6342.7 °С∙сут
a=0,00035
b=1,4
Rreg = 0,00035∙6342,7 +1,4=3,62(м2 ·°С)/Bт
2.2 Перекрытие над неотапливаемым подвалом
Dd =6342.7 °С∙сут
a=0,00045
b=1,9
Rreg = 0,00045∙6342,7 +1,9=4,75(м2 ·°С)/Bт
2.3 Чердачное перекрытие
Dd =6342.7 °С∙сут
a=0,0005
b=2,2
Rreg =0,0005∙6342,7 +2,2=5,37(м2 ·°С)/Bт
2.4 Оконный блок
2.4.1 К заполнениям световых проемов относят окна, балконные двери, фонари, витрины и витражи.
2.4.2 Нормируемое значение сопротивления теплопередаче заполнений световых проемов Rreg, (м2∙°С)/Вт [2, табл.4]
| Rreg = a∙Dd + b Dd =6342.7 °С∙сут a=0,00005 b=0,3 Rreg = 0,00005∙6342,7 + 0,3=0,617(м2 ·°С)/Bт | (2.4) |
2.2.3 Приведенное сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов 
(м2∙°С/Вт) принимается по сертификатным данным производителя, либо экспериментально по ГОСТ 26602.1
Примечание: в курсовой работе приведенное сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов (м2∙°С/Вт) принять в соответствии [4, табл. 5]
2.2.4 Заполнение светового проема:: оконный блок из двух однокамерных стеклопакетов в спаренных переплетах с приведенным сопротивлением теплопередачи
= 0,617(м2×°С)/Вт; Rreg = 
.
где – сопротивление теплопередаче заполнения светового проема (м2∙°С)/Вт.
2.2.5 Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции k, Вт/(м2∙°С)
k = 1/ 
k=1/0,617=1.62 Вт/(м2∙°С)
| (9) |
2.5. Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций по нормативным показателям
Таблица 2.1
| № | Наименование ограждающих конструкций | Условная толщина, δ, м | Rreg, (м2 ·°С)/Bт | k, Вт/(м2∙°С) |
| Наружная стена | 0,4 | 3,62 | 0,276 | |
| Бесчердачное покрытие | 0,55 | 4,75 | 0,21 | |
| Перекрытие над неотапливаемым подвалом | 0,5 | 5,37 | 0,186 | |
| Оконный блок | 3м2 (условная площадь) | 0,617 | 1,62 |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА ОТОПЛЕНИЕ
3.1 Расход тепловой энергии отопление жилых, общественных и производственных зданий следует принимать в соответствии с индивидуальным проектом здания или сооружения.
При отсутствии проектов в практике энергетиков часто возникает необходимость выявить ориентировочную тепловую мощность системы отопления проектируемых зданий и сооружений, чтобы определить тепловую мощность и источника теплоты при централизованном теплоснабжении, заказать основное оборудование и материалы, определить годовой расход топлива, рассчитать стоимость системы теплоснабжения, генератора теплоты и для решения других народно хозяйственных задач.
Для оценки теплотехнических показателей принятого конструктивно-планировочного решения расчет потерь теплоты ограждения здания сводится к определению удельной тепловой характеристики здания, qуд, Вт/(м3∙° С), численно равной теплопотерям 1 м3 здания в Вт при разности температур внутреннего и наружного воздуха (tint – text), °C.
3.2 Ориентировочное значение теплопотерь через ограждающие конструкции здания определяют при оценке нагрузок тепловых сетей и станций по формуле (3.1)
Q0=a ∙qуд ∙Vн ∙ (tint –t ext), (3.1)
где Q0 – ориентировочное значение теплопотерь через ограждающие конструкции здания, Вт;
а – коэффициент учета района строительства здания определенный по формуле (3.2):
(3.2)
где qуд – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м3∙°С), соответствующая расчетной разности температур для основных помещений;
(tint – text) – расчетная разность температур внутреннего воздуха для основных помещений и наружного воздуха соответственно;
tint – text=21–(–39)=60 °С; может быть найдена по формулам или принимается по приложениям
Vн – объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м3, (высоту отсчитывают от уровня земли).
Если принять, что теплопотери на инфильтрацию приблизительно компенсируются тепловыми и технологическими теплопоступлениями, а также исходить из предельно допустимых дополнительных потерь в системе отопления, то установочная мощность системы отопления по укрупненным показателям может быть принята равной:
Q0=1,07∙ a∙ qуд ∙Vн (tint – text), (3.3)
3.2.1 определение потребного количества теплоты на отопление зданий по укрупненным показателям.
a =0,54+22/60=0,907
3.2.2 Вычисление Vн
S=292,98 м2
где S – площадь здания в плане, м2 (вычисляется по данным приложения А).
Определение высоты зданий
H5=16,25 м,
H9=28,25 м,
H12=37,25 м,
где H5, H9, H12 – высоты пяти-, девяти-, двенадцатиэтажного зданий соответственно, м (вычисляются по данным приложения Б).
Определение Vн жилых зданий
Vн=Нi∙S∙n (3.4)
Vн5=14282 м3,
Vн9=24830 м3,
Vн12=11030 м3,
где n – количество подъездов, штук;
V5, V9, V12 – объемы пяти-, девяти-, двенадцатиэтажного зданий соответственно, м3.
Примечание: Объем, площадь и высота здания определяются по приложениям A и Б
Таблица 3.1 – Результаты расчетов по первому методу
| Тип здания | Площадь этажа, м2 | Высота здания, м | a | text. °C | Объем, м3 | tint, °C | q уд, Вт/(м3 °С) | Q0, Вт |
| жилое 9эт | 292.98 | 28,25 | 0.907 | -39 | 0,43 | |||
| жилое 5эт | 292.98 | 16,25 | 0.907 | 0,43 | ||||
| жилое 12эт | 292.98 | 37,25 | 0.907 | 0,442 | ||||
| Административные здания | 0.907 | 0,407 | ||||||
| Кинотеатры | 0.907 | 0,419 | ||||||
| Театры | 0.907 | 0,314 | ||||||
| Детские сады | 0.907 | 0,442 | ||||||
| Школы | 0.907 | 0,454 | ||||||
| Поликлиники | 0.907 | 0,372 | ||||||
| Больницы | 0.907 | 0,372 | ||||||
| Гостиницы | 0.907 | 0,372 | ||||||
| Предприятия общественного питания | 0.907 | 0,407 |
3.3 Потребное количество тепла на отопление за рассматриваемый
период
При укрупненных расчетах потребное количество теплоты определяют по формуле:
(3.5)
Qот 9=3,6∙630518,1∙28,7∙24∙221/(60∙1000000)=5758,83 ГДж
где tht – средняя температура наружного воздуха за рассматриваемый период для данной местности, °С;
Zот – продолжительность работы систем отопления за рассматриваемый период в сутках;
tint – усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °С;
text – расчетная температура наружного воздуха для отопления конкретного здания, °С;
Q0 – потребное количество тепла на отопление здания с учетом всех потерь теплоты, Вт;
3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч.
Таблица 3.2 – Необходимое количество теплоты на одно здание данного типа
| Тип здания | tint – text, °С | tint – tht, °С | Zht, Сут. | Qo, Вт, [3, табл 3.1] | Qот, ГДж, на одно здание |
| жилое 9эт | 28,7 | 5678,43 | |||
| жилое 5эт | 28,7 | 3266,35 | |||
| жилое 12эт | 28,7 | 2565,48 | |||
| Административные здания | 25,7 | 2907,47 | |||
| Кинотеатры | 21,7 | 842,444 | |||
| Театры | 22,7 | 660,424 | |||
| Детские сады | 27,7 | 1134,41 | |||
| Школы | 23,7 | 996,945 | |||
| Поликлиники | 27,7 | 2864,25 | |||
| Больницы | 27,7 | 2864,25 | |||
| Гостиницы | 25,7 | 2657,45 | |||
| Предприятия общественного питания | 23,7 | 893,737 |
| Тип здания | Qот ГДж, на одно здание | Количество зданий | Qот полное ГДж, На все здания |
| жилое 9эт | 5678,43 | 97900,11 | |
| жилое 5эт | 3266,35 | 46854,56 | |
| жилое 12эт | 2565,48 | 18151,19 | |
| Административные здания | 2907,47 | 8722,42 | |
| Кинотеатры | 842,444 | 1684,88 | |
| Театры | 660,424 | 708,79 | |
| Детские сады | 1134,41 | 4537,63 | |
| Школы | 996,945 | 4984,72 | |
| Поликлиники | 2864,25 | 5728,50 | |
| Больницы | 2864,25 | 2864,25 | |
| Гостиницы | 2657,45 | 2657,44 | |
| Предприятия общественного питания | 893,737 | 3574,94 |
Таблица 3.3 – Общая нагрузка на отопление
Полное количество теплоты необходимое для отопления района находится как сумма требуемого количества теплоты для каждой группы зданий:
Qот полное=∑Qот полное i (3.6)
Q от полное=195635,8 ГДж
3.4 Определение qуд , Вт/(м3 °С) для жилых зданий вторым методом
Удельная тепловая характеристика здания, qуд, Вт/(м3 °С), может быть ориентировочно найдена по формуле:
, (3.7)
где d – доля остекления стен здания;
А – площадь наружных стен здания, м2;
S – площадь здания в плане, м2
Vн – объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м3
| Кол-во этажей | Кол-во подъездов, штук | Кол-во окон, штук | Площадь окон, м2 | Площадь здания в плане, м2 | Площадь наружных стен здания, м2 | Доля остекления | Объем здания, м3 |
| 2711,8 | 0,20427 | 14282,87 | |||||
| 4714,36 | 0,19581 | 24830,22 | |||||
| 2744,58 | 0,15631 | 10913,57 |
Таблица 3.2 – Результаты расчетов по второму методу
qуд5 = 1,16∙ ((1+2∙0,2) ∙2711+879)/14282,9=0,378 Вт/(м3 °С),
qуд9=1,16∙ ((1+2∙0,195) ∙4714+879)/24830=0,35 Вт/(м3 °С),
qуд12=1,16∙ ((1+2∙0,15) ∙2744+293)/10913,6=0,414 Вт/(м3 °С),
Примечание: периметр и высота здания находятся по приложениям А и Б
P5=166.88 м;
P9=166,88 м;
P12=73,68 м;
H5=16,25 м;
H9=28.25 м;
H12=37.25 м.
Площадь наружных стен (м2) здания находится по формуле:
Sстен=P∙H, (3.8)
S5=166.88∙16,25=2711,8 м2
3.5 Определение методом Ермолаева qуд , Вт/(м3 °С)
Удельная тепловая характеристика здания любого назначения, более точно может быть определена по формуле, предложенной Н.С. Ермолаевым:
(3.9)
где P, S, H – соответственно периметр, площадь, высота здания
kнс, kок, kпт, kпл – коэффициенты теплопередачи наружных стен, окон, перекрытий, [2, табл 2.1]
Таблица 3.3 – Результаты расчетов по методу Ермолаева для жилых зданий
| Кол-во этажей, штук | P, м | Доля остекления | S, м2 | H, м3 | kнc, Вт/(м2∙°С) | kок, Вт/(м2∙°С) | kпт, Вт/(м2∙°С) | kпл, Вт/(м2∙°С) |
| 0,20427 | 16,25 | 0,276 | 1,62 | 0,21 | 0,186 | |||
| 0,19581 | 28,25 | 0,276 | 1,62 | 0,21 | 0,186 | |||
| 0,15631 | 37,25 | 0,276 | 1,62 | 0,21 | 0,186 |
qуд5=1,08∙ (181/879∙ (0,276 + 0,2(1,62 – 0,276))+(0,9∙0,21 + 0,6∙0,186)/16,25)= =0,139 Вт/(м3 °С),
qуд9=1,08∙ (181/879∙ (0,276 + 0,2(1,62 – 0,276))+(0,9∙0,21 + 0,6∙0,186)/26,25)=
=0,133 Вт/(м3 °С),
qуд12=1,08∙ (78/293∙ (0,276 + 0,2(1,62 – 0,276))+(0,9∙0,21 + 0,6∙0,186)/37,25=
=0,166 Вт/(м3 °С).
3.4 Сравнение удельных характеристик для жилых зданий. Вт/(м3 °С)
| Количество этажей | qуд, Вт/(м3 °С) | ||
| первый метод Вт/(м3 °С) | второй метод Вт/(м3 °С) | метод Ермолаева Вт/(м3 °С) | |
| 0,430 | 0,384 | 0,139 | |
| 0,430 | 0,354 | 0,133 | |
| 0,442 | 0,416 | 0,166 |
Вывод: наиболее точное значение удельной характеристики для жилых зданий, Вт/(м3 °С), получено по методу Ермолаева так, как при вычисление qуд по формуле 3.9 учитываются не только геометрические характеристики здания но и теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.