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 Ф>0> и добавочных теплопотерь Ф>доб>
> > Ф=ΣФ>0>+ΣФ>доб >
При этом потери теплоты определяем суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 100 Вт.
Ф =F/R>0>(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; R>0 >- 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/R>0>(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>c>>т>= 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 (м2 0С/Вт) и R>н>=0,043 (м2 0С/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 м2 0С/Вт
Сопротивление теплопередаче двойных окон R>о>=0,345 м2 0С/Вт
Следовательно теплопотери через наружные стены определяются
Ф=F/R>0>(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 (м2 0С)/Вт, R>н>= 0,043 (м2 0С)/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 (м2 0С)/Вт,
Теплопотери через перекрытия находим по соотношению
Ф =F/R>0>(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 (м2 0С)/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: F>1>= F>2>= 26,3*2=52.6м2; F>3>= 26,3*1.2=31.56м2
R>у. пол> (м2 0С)/Вт,
Сопротивление теплопередаче R>о пол> (м2 0С)/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/R>0>(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 115оС. 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=0.263Q0.38/ (ρ ΔР) 0.19
=0.263*1,530.38/(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 =0,014/0,0410.25=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) .
Для нашей системы теплоснабжения подающий трубопровод находится под окнами, т.е. в рабочей зоне помещения, там же где и нагревательные приборы. Поэтому для него как и для подводок к приборам , коэффициент η=1. Для обратной линии, расположенной над полом η=0,75.
Площадь поверхности подающего и обратного магистральных трубопроводов наружным диаметром d=42,3 мм(d>у>=32мм) и длиной l=25м
l
d
А>п.м.>=А >о.м.>= π>*>d>*>l=3,14*0,043*25=3,38м2.
Площадь поверхности шести подводок (по две на прибор) диаметром 26,8 мм(d>у>=20мм) и длиной 0,8 м каждая А>под>=π>*>d>*>l=6*3,14*0,0268*0,8=0,4м2 .
Коэффициент теплопередачи подающего трубопровода для средней разности температуры воды в трубе и температуры воздуха в помещении 95-18=77°С. принимаем по таблице 1,4 k=13,4 Вт/(м2 *˚С).Коэффициент теплопередачи обратной магистрали для разности между температурой воды и температурой воздуха 70-18=52˚С
k=11,6 Вт/(м2 *˚С), а для подводок при средней разности температур (95+70)/2-18=64,5˚С k=14 Вт/(м2 *˚С), тогда по формуле
Ф>пм>=А>тр> k >тр>(t>тр> - t>в>)> *>η
для подающей магистрали
Ф>п.м.>=3,38*13,4(95-18)=3482Вт> >
> >
Для обратной магистрали
Ф>о.м.>=3,38*11,6(70-18)=2038Вт
для подводок
Ф>под>=0,4*14((95+70/2)-18)=361Вт
Суммарный поток теплоты от всех трубопроводов Ф>тр>=3482+2038+361=5881 Вт
Принимаем β>1>=1(нагревательные приборы установлены свободно у стены), β>2>=1(трубы проложены открыто). Полагая, что под каждым окном ,будет установлено по одной чугунной ребристой трубе, находим по таблице 1,4k>пр>=5,8 Вт/(м2 *˚С). Тогда по формуле (1.8) площадь поверхности нагрева приборов
А>пр> =(Ф>огр>- Ф>тр>) β>1> β>2> / k>пр> (t>тр> - t>в>)> > = (20000-5881)/5,8((95+70)/2-18)=86100/374,1=38кв.м
Принимаем для установки ребристые трубы длиной 2000 мм, фактическая площадь поверхности нагрева которых равна 4 м2(см.табл.5,2).Число таких труб n=38/4≈10
Под каждым окном устанавливается по одной ребристой трубе!
Для производственного корпуса (2 этаж) схемы. Ф>от2> = 24000 Вт
Высота стояков 3,6м диаметром 20мм - 10 штук и подводки к радиаторам трубой диаметром 20мм общей длиной 30*0,5=15м
Поверхность нагрева вычисляем в квадратных метрах эквивалентной площади по соотношению F> тр> =f> *>l >*>η.
Для этого определим для f=0.15 м2 (стояки и подводки диаметром трубы 20мм) и коэффициент η=0,5 для вертикального стояка и для подводок к нагревательным приборам η=1) .
F> тр>=10*0,15*3,6*0,5+0,15*15*1=2,7+2,25=4,97 м2
Теплоотдачу 1 м2 м находим по соотношению φ=k> эт> *β>4>*Δt
Где β>4>= 1 и k> эт>=7,9 определено по приложениям 17 и 18
Δt= (t>тр> - t>в> )=(95-70)/2-18=64,5
φ=k> эт> *β>4>*Δt=7,9*1*64,5=509,55=510Вт/ м2
Необходимая эквивалентная площадь поверхности нагрева радиаторов определяем по соотношению
F> пр>=(Ф>огр*> β>2>/ φ - F> тр>) β>1> β>3>=(24000*1/510-4.97)*1.02*1.05=45,07 м2
Для радиаторов М-140-АО число секций определится
N=45,07/0,35=128секции
Принимаем для 135 секций и размещаем их по 9 секций для каждого из 15 окон второго этажа
Гидравлический расчет системы отопления
Вычерчиваем в масштабе аксонометрическую схему системы отопления с указанием магистральных трубопроводов, стояков, запорно-регулировочной арматурой. Для данной схемы выбираем главное циркуляционное кольцо. Определяем расчетное циркуляционное давление Р=Рн+Ре. Учтем что для производственных помещений и малоэтажных жилых домов значением естественного давления Ре можно пренебречь и согласно рекомендациям профессора В.М.Чаплина принять давление Рн создаваемое насосом исходя из среднего значения давления равного 100Па на метр наиболее протяженного циркуляционного кольца. Среднее значение удельных потерь давления на трение в трубопроводах для данного кольца равно
Rср=0,65Р/Σl
Общая длина трубопроводов для выбранной схемы равна Σl=100м
Располагаемое циркуляционное давление в системе равно
Р=100*100=10000Па
Определяем среднюю потерю давления на трение
Rср=0,65Р/Σl=0,65*10000/100=65Па/м
Для каждого из участков определяем расход теплоносителя по формуле
Qм=3,6Ф/4,19 Δt
И заносим результаты расчета в таблицу.
Главное циркуляционное кольцо
|
№ уч-ка |
Ф,Вт |
Q кг/ч |
l,м |
d, мм |
vм/с |
R,Па/м |
Rl, Па |
Σζ |
Z,Па |
Ri+Z,Па |
|
1 |
12800 |
439,9045 |
||||||||
Произвести расчет гидроэлеватора и тепловые потери для случая подключения помещения к существующей тепловой сети.