145776 (Гидравлический расчёт)

Курсовая работа

по дисциплине источники и системы теплоснабжения

Задание на выполнение курсовой работы:

Расчитать систему теплоснабжения для выбранного генерального плана предприятия:

• Осуществить раcчет теплопотерь через ограждающие конструкции

• Определить удельный расход теплоты на отопление здания

• Выбрать тип котла и место расположения котельной.

• Выбрать тип отопительных приборов

• Определить требуемую площадь поверхности отопительных приборов

• Нанести на плане магистральные трубопроводы системы отопления

• Составить аксонометрическую схему отопления с нанесением отопительных приборов, запорно-регулировочной арматуры, расширительного бака

• Провести гидравлический расчет системы отопления

• Произвести расчет гидроэлеватора и тепловые потери для случая подключения помещения к существующей тепловой сети.

Тепловая мощность системы отопления определяется из уравнения теплового баланса

Фсо = Σ Ф _пот -Σ Ф _пост

1.1. Определение величины теплопотерь через ограждающие конструкции.

Исходными данными для расчета теплопотерь отдельными помещениями и зданием в целом являются

• планы этажей и характерные разрезы по зданию со всеми строительными размерами.

• Назначение помещений

• Ориентация здания по сторонам света

• Место постройки здания

Отметим, что поток теплоты(Вт) теряемой помещением, складывается из основных потерь теплоты через все его наружные ограждения Ф₀ и добавочных теплопотерь Ф_доб

Ф=ΣФ₀+ΣФ_доб

При этом потери теплоты определяем суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 100 Вт.

Ф =F/R₀(t_в - t_н)(1+Σβ)n=kF(t_в - t_н)(1-Σβ)n

Где F- расчетная площадь ограждения, k - коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции; R₀ - сопротивление теплопередачи данной ограждающей конструкции; t_в - t_н - температуры внутреннего и наружнего воздуха. (1-Σβ) - добавочные теплопотери; n- коэффициент учитывающий положение ограждающего покрытия по отношению к наружнему воздуху;

Определим основные теплопотери проектируемого здания по соотношению

Ф =F/R₀(t_в - t_н)n (1)

НАРУЖНИЕ СТЕНЫ

Наружные стены выполнены толщиной в два кирпича, оштукатуренные изнутри с использованием цементно-песчаной штукатурки( в случае известково-песчаной штукатурки параметры должны быть изменены).

Исходные данные для кирпичных стен λ_к = 0,81 Вт/(м*⁰ С); δ_к= 0,51 м

Исходные данные для цементно-песчаной штукатурки стен λ_шт = 0,93 Вт/(м*⁰ С); δ_шт= 0,015 м.(для известково-песчаной штукатурки возможно применение λ_шт = 0,81 Вт/(м*⁰ С)

Геометрические размеры помещения:

первый этаж а =22,4м; b= 12,46м; h= 4,4м

Помещение имеет 11 оконных блоков с двойным остеклением имеющие общую площадь остекления F_cт= 11*1,2*1,8=23,76кв.м

Площадь поверхности наружных стен

26,3*3,6

F= 2ab-F_с =2*22,4*12,46-23,76=558,208-23,76=534,4кв.м

Сопротивление теплопередаче наружных стен получим по формуле 1 учитывая что R_в=0,115 (м^{2 0}С/Вт) и R_н=0,043 (м^{2 0}С/Вт) площадь пола S=279,104кв.м

R_о= R_в+R_н+Σ R_i где R_i = δ_к /λ_к+ δ_шт /λ_шт =0,51/0,81+0,015/0,81

R_о= 0,115+0,043 +0,015/0,81+0,51/0,81=0,806 м^{2 0}С/Вт

Сопротивление теплопередаче двойных окон R_о=0,345 м^{2 0}С/Вт

Следовательно теплопотери через наружные стены определяются

Ф=F/R₀(t_в-t_н)n=(1/0,345)*534,4(16+18)+(1/0,345)23,76(16+18)=

52666+2341,5=55007,5Вт

Одна стена обращена на север, вторая на восток , третья стена на запад и последняя на юг поэтому дополнительные потери теплоты через эти стены Ф_{доб ст} составляют: для первой 10%, второй 10%, третьей 5% и четвертая 0% от основных теплопотерь, которые необходимо добавить к последним.

Ф_{доб ст} =25467*0,25=6367Вт. Таким образом, с учетом дополнительных теплопотерь через наружние стены получим

Ф_доб =25467+6367=31833Вт

ПЕРЕКРЫТИЯ

Перекрытие имеет площадь S=273.5 кв.м. и состоит из железобетонных плит толщиной δ_пл=0,035м, для которых по таблице λ_к = 2,04 Вт/(м*⁰ С); Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией выполненной из минеральной ваты толщиной δ_ваты=0,14м, слоя гравия керамзитового δ_кер=0,1м, и двух слоев рубероида толщиной δ_руб=0,003м, для которых выбираем по таблице значения теплопроводности и значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и внешней поверхностей:

λ_ваты = 0,06 Вт/(м*⁰ С), λ_руб = 0,17 Вт/(м*⁰ С), λкер = 0,23 Вт/(м*⁰ С)

R_в= 0,132 (м^{2 0}С)/Вт, R_н= 0,043 (м^{2 0}С)/Вт,

Исходя из этих данных получим для сопротивления теплопередаче перекрытия

R_{о пер}= 0,132+0,043+0,035/2,04 + 0,14/0,06 + 0,1/0,23 + 0,003/0,17=

0,132+0,043+0,017+2,33+0,435+0,018=2,975 (м^{2 0}С)/Вт,

Теплопотери через перекрытия находим по соотношению

Ф =F/R₀(t_в - t_н)n

Принимаем поправочный коэффициент n =0,9 как для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов

Ф_пер=(1/2,975)*273,5*(16+18)*0,9=282.9 вт

ПОЛЫ

Полы выполнены из керамзитобетона (ρ=1800кг/м³) толщиной δ_кер=0,1м, теплопроводность которого находим по справочным данным таблицы 7 [1] λкер = 0,92 Вт/(м*⁰ С). Ширина пола равна b= 10.4м до осевой линии соответственно 5,2 м. Потери теплоты через неутепленные полы определяем по зонам, паралельным наружним стенам. Сопротивление теплопередаче для первой зоны составляет R_{н. пол} –2,15, для второй –4,3 и для третьей 8,6. Для остальной части пола –14,2 (м^{2 0}С)/Вт. Площадь участков пола, примыкающего к углам в первой двухметровой зоне вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружних стен, образующих угол. Разделим площадь пола на двухметровые зоны и получим две зоны шириной по 2м и одну зону шириной 1,2 м. Площади данных зон равны: F₁= F₂= 26,3*2=52.6м²; F₃= 26,3*1.2=31.56м²

R_{у. пол} (м^{2 0}С)/Вт,

Сопротивление теплопередаче R_{о пол} (м^{2 0}С)/Вт, для каждой из зон определяем по формуле R_{у. пол=} R_{н. пол +} δ /λ

Зона 1 R_{у. пол=} 2,15+ 0,1/0,92=2,15+0,11=2,26

Зона 2 R_{у. пол=} 4,3+ 0,1/0,92=2,15+0,11=4,44

Зона 3 R_{у. пол=} 8,6+ 0,1/0,92=2,15+0,11=8,71

Суммарные теплопотери по всем зонам пола

Ф_п =F/R₀(t_в - t_н)n =2*[(1/2,26)*52,6+(1/4,44)*52,6 + (1/8,71)*31,56]*(16+18)*0,9=

2*(23.27+11.85+3.62)*34*0.9=2370.9Вт

Общие потери через все ограждения

Ф=ΣФ=2370,9+282,9+31833=34485,9Вт

Добавочные теплопотери

Добавочные теплопотери определяются суммой теплопотерь расходуемой на:

• вентиляцию помещения,

• испарение влаги,

• нагрев инфильтрующего воздуха

Вентиляция помещения,

Поток теплоты теряемый на нагрев приточного воздуха определяется соотношением

Ф =0,278*Q*ρc(t_в - t_н)

Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м³/ч

ρ - плотность воздуха ρ=1,2кг/м²

c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг ^оС

Ф =0,278*3*1,2*1*34*26,3*10,4=9306,11Вт

Для оценочного расчета максимального теплового потока расходуемого на вентиляцию воспользуемся методом укрупненных характеристик Ф =q_в*V_*(t_в - t_н)

Где q_в V- удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13 и объем помещения

Ф =0,2_*1942_*(16+18)=13205Вт

Аналогично для оценочного расчета максимального теплового потока расходуемого на отопление воспользуемся методом укрупненных характеристик Ф =q_в*V_*(t_в - t_н)*а

Где q_от, V, а - удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13,, объем помещения, поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности температур а=0,54+22/(t_в - t_н) =0,54+22/34=0,54+0,65=1,11

Ф =0,6_*1942_*(16+18)*1,1=43578,5Вт

Испарение влаги

Поток теплоты теряемый на испарение влаги с мокрых поверхностей

определяется соотношением

Ф =0,278*2,49*W_исп

Для данного случая эти потери не учитываются.

Бытовые тепловыделения берутся из расчета 21Вт на 1 кв.м. площади пола и вычитаются из суммы основных и добавочных теплопотерь.

Ф =21Fн=21* 273.5=5743,5 Вт

Нагрев от используемого технологического оборудования

Величина тепловыделения для каждого конкретного прибора будет различной эквивалентное значение для всего используемого оборудования равно

Фоб =2653Вт

Нагрев инфильтрующего воздуха

Поток теплоты теряемый на нагрев наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, фрамуг, дверей и ворот определяется соотношением

Ф =Q*ρc(t_в - t_н)*Fп/3,6 =3*1,2*1*34*26,3*10,4/3,6=9299,68Вт

Тепловая мощность всей системы отопления определяется из уравнения теплового баланса и равна

Ф_от =34485,9+9306,11+9299,68-5743,5-2653 = 44695Вт

Из которой на первый этаж (полуподвальное помещение) приходится Ф_от1 = 20000Вт

И на производственное помещение второго этажа Ф_от2 = 24695 Вт

Определим удельную тепловую характеристику здания по формуле:

Выбор котла и места расположения котельной

Выбор котла определяется количеством требуемой тепловой мощности и его назначения .

Для отопительно-производственных котельных малой мощности находят широкое применение чугунные секционные котлы, нагревающие воду до 115^оС. Наибольшее распространение среди чугунных котлов в нашей стране получили котлы марок КЧМ, КЧ-1(малой мощности),Универсал-6(КЧ-2) средней мощности и Энергия-6(тип КЧ-3). Используя полученное значение тепловой мощности по таблице 1.1 выбираем чугунный котел типа КЧМ-1, тепловой мощностью от 16,3 до 46,5 кВт. Котел малогабаритный расположить его можно в подсобном помещении цеха.

Определяем диаметры труб и потери давления в двухтрубной закрытой водяной тепловой сети от котла до потребителя длиной 30 м, через которую подается тепловой поток Ф=44695Вт. Примем расчетные температуры теплоносителя t_п=95 ^оС. t_о=70 ^оС и на ней установлены две задвижки ζ=0,7 и два гнутых отвода радиусом R=2d для которых ζ=0,5

Расход теплоносителя определяем по соотношению Q_т=3,6_*Ф/4,19(t_п - t_о)

Q_т=3,6_*44,695/(4,19(95-70))= 160,92/104,75=1,53 т/ч

Принимаем удельные потери давления ΔР=70Па/м и по приложению 2 находим среднюю плотность теплоносителя ρ=970 кг/м³

Расчетный диаметр труб определим по соотношению d=0.263Q^0.38/ (ρ ΔР) ^0.19

=0.263*1,53^0.38/(970*70) ^0.19=0.263*1,18/8.28=0.037м

Принимаем в соответствии с ГОСТ 10704-76 трубу стальную электросварную прямошовную внутренний диаметр которой d=41 мм ближе всего к расчетному значению.

Определяем коэффициент трения , используя выражение С.Ф.Копьева

λ=0,014/ d ^0.25 =0,014/0,041^0.25=0,014/0,45=0,031

Сумму коэффициентов местных сопротивлений определяем по соотношению

Σζ=2*0,7+2*0,5=2,4

Эквивалентная длина местных сопротивлений определяется по соотношению

Lэ= Σζ(d/λ)=2,4*0,041/0,031=3,17м

Общая потеря давления в подающем и обратном теплопроводах

ΔРс=2(30+3,17)70=4643,8Па

• ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВОГО РАСХОДА ТОПЛИВА

Годовой расход теплоты на отопление исходя из полученных значений тепловых потерь и требуемой мощности котлов определяется по соотношению

Q_т=3,6_*ΣQ(t_в - t_о.п.) 24n_о.п / (t_в - t_н)=3,6*44.695*(18-1,5)*24*152/(18+18)=968кДж

Следовательно годовой расход топлива с учетом КПД котельной для газообразного топлива η=0,8

В= Q_т/q η=968/(0,8*85,6)=14,1т.куб.м.

Определяем поверхность нагрева и осуществляем подбор нагревательных приборов системы водяного отопления.

• Для полуподвального помещения (1 этаж) схемы. Ф_от1 = 20000 Вт

В качестве нагревательных приборов принимаем чугунные ребристые трубы. Температура теплоносителя в подающей магистрали 95°С, а в обратной 70°С.

Определим вначале тепловой поток от трубопровода в системы отопления. Для его определения используем соотношение

Ф_пм=А_тр k _тр(t_тр - t_в) _*η

Где k _{тр -} коэффициент теплопередачи труб берется по таблице 1,4 (2) и η-коэффициент учитывающий разводку труб(подающая линия - над потолком η=0,25, вертикальный стояк η=0,5, для обратной линии над полом η=0,75 и для подводок к нагревательным приборам η=1) .