Отопление

Характеристика здания:
Назначение – Детские ясли-сад на 140 мест
Район строительства – г.Новосибирск.
Число этажей – 3 этажа
Высота Н 9,8 м; длина L 28,7 м; ширина В 25,6 м; площадь остекления фасадов Fобщ. 117,53 м;
Fо.Н(С)36 м2; Fо.Б1(В)26,82 м2; Fо.Б2(З)23,71 м2; Fо.З(Ю)31 м2;
h1э 2,95 м – высота от уровня земли до центра окна 1-го этажа, м;
h2э 6,25 м – высота от уровня земли до центра окна 2-го этажа, м;
h3э 9,5 м – высота от уровня земли до центра окна 3-го этажа, м.
Главный фасад здания ориентирован на восток.

Приняты следующие сопротивления теплопередаче и коэффициенты теплопередачи наружных ограждений:
– для наружных стен м2С/Вт м2С/Вт;
КНС 0,256 Вт/м2.С;
– для покрытия м2.С/Вт м2.С/Вт;
КП 0,172 Вт/м2.С;
- для пола первого этажа м2.С/Вт м2.С/Вт;
КП 0,18 В ...

1. Общая часть 3
1.1. Цель курсовой работы 3
1.2. Исходные данные 3
1.3. Проектное задание 7
2. Тепловой пункт. Конструирование и выбор оборудования теплового пункта 9
2.1. Расчетное теплопотребление системы отопления здания 9
2.2. Выбор типа присоединения системы отопления к тепловым сетям 9
2.3. Общий расход воды в системе отопления 10
2.4. Подбор и расчет оборудования теплового пункта. Состав и конструкция оборудования 10
2.5. Выбор и размещение отопительных приборов 18
3. Центральное отопление здания. Выбор и конструирование системы отопления 19
3.1. Гидравлический расчет системы отопления 19
3.2. Тепловой расчет отопительных приборов 21
3.3. Эпюра распределения циркуляционного давления 22
4. Выбор и проверочный расчет отопительной печи 23
Список используемой литературы 27

1.1. Цель курсовой работы

Цель Курсовой работы по теме "Отопление" - приобретение и закрепление теоретических и практических (прикладных) навыков проектирования современных систем отопления. Курсовой проект предусматривает использование результатов, полученных в ходе выполнения работы по дисциплине «Строительная теплофизика» и «Основы создания микроклимата в помещении».
При выполнении необходима предварительная проработка соответствующей литературы, лекционного материала, выполнение предшествующих курсовых работ. В ходе проектирования используется дополнительно необходимая нормативная документация и справочная литература

Выбираем секции типа z – 05, в количестве n = 4 (4-х штук), длинной = 2000 мм. каждая,
Внутренний диаметр корпуса Dвн = 82 мм. = 0,082 м.,
Наружный диаметр корпуса Dн = 82 мм. = 0,089 м.,
Площадь поверхности нагрева одной секции А = 1,11 м2,
Площадь живого сечения трубок fтр = 0,00185 м2,
Площадь межтрубного пространства fм.тр = 0,00287 м2.
Руководствуясь Методическими указаниями к Курсовому проекту, Главой 14 (14.5, 14.6.), стр.144 – 151, Справочник строителя, «Монтаж внутренних санитарно-технических устройств», ред. И. Г. Староверова, а так же Учебник для ВУЗов, 2008, Сканави А.Н., Махов Л.М. «Отопление», стр.56-58, производим проверочный расчет выбранного теплообменника.
Определяем действительный коэффициент теплопередачи выбранного теплообменника.
Для трубного пространства:
где ρ – плотность воды при 110 °С, определенной согласно табл.1.6 «Физические свойства воды», Приложение 1, Справочник проектировщика, Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.1. Отопление.
d = dв = 16 мм. = 0,016 м.
Тогда коэффициент теплообмена на внутренней поверхности трубок теплообменника (трубного пространства) равен:
Для межтрубного трубного пространства:
где ρ – плотность воды при 77,5 °С, определенной методом интерполяции согласно табл.1.6 «Физические свойства воды», Приложение 1, Справочник проектировщика, Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.1. Отопление.
Тогда коэффициент теплообмена на наружной поверхности трубок теплообменника (межтрубного пространства) равен:
Таким образом:
Действительный коэффициент теплоотдачи теплообменника будет равен:
Действительная теплоотдающая способность теплообменника QТО, Вт, составит:
Требуемый запас величины QТО по отношению QС составляет более 10%, что является подтверждением правильности выбора конструкции теплообменника.
В случае прерывистой работы сети отопления запас мощности так же выбранный теплообменник отвечает требованиям:
«Запас тепловой мощности для «натопа» помещений при прерывистой работе главной части системы отопления принимают («Справочник проектировщика, Внутренние санитарно-технические устройства», Часть 1, Отопление, И.Г.Староверов, Ю.И.Шиллер, Москва, Стройиздат, 1990 г.) по местным условиям с коэффициентом от 1,5 до 3 по сравнению с мощностью постоянно действующей системы». В данном случае, к = 2,15.
Пластинчатый теплообменник - устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к нагреваемому через пластины, стянутые в пакет. Пластины могут быть стальные, медные, графитовые, титановые. Пластинчатые теплообменники относятся к разновидности рекуперативных теплообменников. Пластины, собранные в единый пакет, образуют между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией. Принцип работы таких теплообменников показан на рис.2. Каналы с горячим (А) и нагреваемым (В) теплоносителями чередуются между собой.
Пластинчатые теплообменники являются более совершенными (Учебник для ВУЗов, 2008, Сканави А.Н., Махов Л.М. «Отопление», стр.57), прогрессивными.
Рис.2. Принцип работыпластинчатого теплообменника
В настоящее время наиболее широко применяются разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой резиновыми уплотнениями. Некоторые основные преимущества:
- Узлы и детали в таких теплообменниках полностью унифицированы;
- Основные рабочие части изготовляют штамповкой и сваркой, что создает возможность экономичного массового изготовления таких аппаратов при минимальной металлоемкости;
- Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляется достаточно быстро;
- Очистка поверхностей требует незначительных затрат труда, простота сервисного обслуживания;
- Пластинчатые теплообменные аппараты обладают при равной тепловой нагрузке значительно меньшими габаритными размерами и металлоемкостью, чем другие аппараты, обладающие достаточно высокой эффективностью теплообмена;
- Высокая ремонтопригодность данных аппаратов.
Возможные недостатки разборных пластинчатых теплообменников на объект настоящего Курсового проекта значения не имеют (например ограничение температур и давлений рабочей среды системы и др.)
Таким образом, учитывая преимущества пластинчатых теплообменных аппаратов, на основании вышеизложенного, в данном Курсовом проекте к установке на объекте в тепловом пункте здания предусматривается установка разборных пластинчатых теплообменников.
Так, в качестве теплообменника в проекте принят современный пластинчатый водоводяной теплообменник фирмы Данфос. Данный аппарат требует незначительного пространства, устанавливается на полу в помещении теплопункта.
К установке принят самый экономичный вариант с запасом поверхности 42,6% в количестве 2 штук (1-рабочий, 1-резервный).
Тип теплообменника XG 18H-1-20, количеством пластин 20 штук.
В расчете представлены габариты теплообменника.
Подключение сетевой воды производится сверху и выходит снизу, нагреваемая вода подается снизу и выходит сверху, таким образом обеспечивается противоток между греющей и нагреваемой водой.
Производим подбор остального оборудования теплового пункта.
После ввода трубопроводов теплосети в здание от наружных теплопроводов по диаметру устанавливаются отключающие фланцевые задвижки, диаметр которых принимается по диаметру трубопровода (Dу76). Затем устанавливаются грязевики по трубопроводам тепловых сетей. На подающем и обратном трубопроводе грязевики устанавливаются перед прибором учета теплоты по ходу движения воды для защиты оборудования теплосчетчика от посторонних включений в сетевой воде.
Принимаем к установке грязевики по данным ОРГРЭС для Dу76 по Табл. 33.13, Глава 33, Справочник строителя, «Монтаж внутренних санитарно-технических устройств», ред. И. Г. Староверова. (Рис.3.)
Рис.3. Грязевики по данным ОРГРЭС.
Распределительный и сборный коллектора высокотемпературной воды (РК1 и СК1) располагаются соответственно на подающем и обратном трубопроводе, диаметр которых подбирается из расчета площади поперечного сечения коллектора, которая должна быть равна или больше суммы площадей всех входящих трубопроводов.
Коллектора состоят из 4-х ответвлений:
На горячее водоснабжение:
На вентиляцию;
На кондиционирование воздуха;
К водоводяным подогревателям закрытой системы отопления.
Производим подбор циркуляционных насосов.
Расчетное насосное давление ΔPН, Па, для последующего гидравлического расчета системы отопления при независимой схеме присоединения к тепловой сети определяем методом, при котором параметры диаметров труб системы отопления принимаются по допустимой скорости теплоносителя, и марку циркуляционного насоса выбираем при определении фактических потерь давления в системе. Расчетное давление насоса при вышеизложенном, определяем:
ΔPЦН = ΔPС + ΔPТО + ΔPТП + ΔPЕ
Таким образом, насосы подбираем по расходу воды в системе отопления и по требуемому напору воды:
ΔPЦН =35+50+15 = 90 кПа. = 9 м.в.ст.
Где:
ΔPС = 35 кПа, потери напора в системе отопления;
ΔPТП = 50 кПа– потери напора в трубопроводах и оборудовании системы отопления;
ΔPТО = 15,1 кПа – потери напора в теплообменниках и арматуре в обвязке теплообменника.
К установке принимаем насосы ведущего импортного производителя насосов фирмы Грюндфос. Подбор насосов производится по программе, предложенной фирмой Грюндфос доступной в Интернете.
Программой предложено вариант насоса MAGNA D 40-100F.
Насос закрытого роторного типа, то есть насос и двигатель составляют один узел без уплотнения вала, герметичность обеспечивается двумя уплотнителями. Перекачиваемая жидкость смазывает подшипники. Во избежание трудностей с утилизацией особое внимание уделено использованию как можно меньшего числа различных материалов. Насос низкими расходами на эксплуатацию и не требующий технического обслуживания.
Характеристики насоса:
Двигатель с питанием от электронного блока с постоянным магнитом ротора
Встроенный контроллер насоса
Керамические радиальные подшипники
Угольный упорный подшипник
Камера, опорная плита и плакировка ротора из нержавеющей стали
Корпус статора из алюминиевого сплава
Корпус насоса из чугуна
Защита от перегрузки
Насос является однофазным. Внешняя защита двигателя не требуется.
Насосы Grundfos MAGNA (входящие в данную серию 2000) имеют функцию автоматического контроля перепада давлений с помощью регулировки производительности насоса в соответствии с реальными требованиями по нагреву без необходимости подключения внешних устройств. Четыре режима управления.
К установке принимаем два насоса:
один – рабочий, второй- резервный.
Мощность насосов составляет от 10 до 180 Вт каждый, электропитание однофазное. Устанавливаем насосы на обратном трубопроводе до теплообменников.
Переключение насосов производится автоматически при остановке основного.
На напорном патрубке насосов устанавливаются обратные клапаны.
В теплопункте требуется помимо регулятора подпитки, установка подпиточного насоса, так как. давление в обратном трубопроводе составляет 10 м.в.ст (100 кПа), что недостаточно для обеспечения своевременной подпитки системы отопления.
Насос срабатывает от реле давления, установленного на обратном трубопроводе.
При снижении давления в обратном теплопроводе системы отопления реле дает импульс на включение подпиточного насоса.
Подбор подпиточного насоса произведен из условия обеспечения необходимого количества воды 0,5 м3/час (не менее 10%) и напора 10 м.в.ст (более 86 кПа).
К установке принимаем насосы ведущего импортного производителя насосов фирмы Грюндфос марки MAGNA 32-100 F.
Трубопровод подпитки и расширительный подключаются до всасывающего патрубка насосов.
Расчет расширительного бака.
Расширительные баки (открытые и закрытые с воздушной или газовой подушкой) применяют при тепловой мощности системы отопления одного или нескольких зданий не более 6МВт (к коим относится проектируемый объект).
Распространенные ранее открытые расширительные баки имеют ряд недостатков, например таких как:
- повышенная испаряемость жидкости и необходимость постоянного ее пополнения;
- повышенная коррозия в системе из-за доступа в нее кислорода;
- более дорогая установка открытого бака, так как он должен быть установлен в самой верхней части системы отопления, необходимо предусматривать специальное место и обеспечить его утепление и исключение замерзания. Закрытый бак может быть установлен в любом месте;
- открытая система отопления работает при низком давлении и поэтому трудно управляема.
И в настоящее время открытые баки практически не применяются.
Таким образом, в проекте принят к установке современный закрытый мембранный расширительный бак.
Мембранный расширительный бак представляет собой герметичный сосуд, разделенный мембраной на две части. В одной части всегда находится постоянное количество азота (воздуха), другая по мере необходимости заполняется водой.
Мембранный расширительный бак ELBI предназначен для поглощения увеличивающегося объема теплоносителя в небольших системах отопления и позволяет корректировать процесс работы нагревательной установки. Закрытые расширительные баки ELBI состоят из стального корпуса и синтетической мембраны, которая отделяет нагретый теплоноситель от камеры, заполненной воздухом.    
Расчет расширительного бака производится по форме, предложенной фирмой-производителем ELBI (Италия).
 Для определения рабочего объема мембранного расширительного бака необходимо определить суммарный объем системы отопления - С сложением водяных объемов теплообменников, отопительных приборов и трубопроводов. Детально расчитывается емкость системы отопления в соответствии с разделом §10.6.8. Внутренние санитарно-технические устройства, Ч.1. Отопление, ред. И. Г.Староверова. М.: Стройиздат, 1990, (Объем воды в элементах системы отопления, Таблица 10.3.).
При расчетах на стадии технико-экономического обоснования, осуществления предварительных расчетов технорабочих проектных решений, допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/кВт.
Производим предварительный расчет.
Мощность системы отопления 53,6 кВт,
тогда емкость системы отопления:
С = 15 х 53,6= 804 л.
Объем расширительного бака Vб = С · β / (1 – Р0/Рmax),
- β – коэффициент расширения жидкости (Таблица 10.2. «Объемное расширение воды, нагреваемой в системе отопления», Внутренние санитарно-технические устройства, Ч.1. Отопление, ред. И. Г.Староверова. М.: Стройиздат, 1990). Принимаем коэффициент как при наполнении водопроводной водой (10°С) и максимальной температуре на входе (90°С), β = 4 %,
Рmax - максимальное рабочее давление системы отопления (расчетное давление предохр. клапана равно максимальному рабочему давлению), для данного здания 4,5 бар = 45 м.в.ст. = 450 кПа;
P0 - давление воздуха в мембранном расширительном баке (должно быть не меньше гидростатического давления системы отопления в точке установки бака), принимаем - 1,5 бар = 15 м.в.ст. = 150 кПа.
Подставив все значения в формулу расчета бака получим величину 49хсзщывфз л.
Таким образом, выбираем расширительный мембранный бак марки ELBI, производство - Италия, тип – ERCE 80, артикул А112L37, объемом 80 л.:
Максимальная рабочая температура до +99°C,
Максимальное рабочее давление до 10 Бар,
Предустановленное давление 1,5 Бар,
Размеры: диаметр 400 мм., высота 840 мм..
Распределительный (РК2) и сборный (СК») коллектор системы отопления здания рассчитан на три подключения.
Диаметр распределительного коллектора подбирается из расчета: площадь поперечного сечения коллектора равна или больше суммы площадей всех входящих трубопроводов.
Коллектора состоят из 3-х ответвлений:
Системы отопления №1 (в осях 1-2 и А-Д) d25;
Система отопления №2 (в осях 3-4 и А-Д) d25;
Система отопления №3 (лестничные клетки) d20.
Принципиальная схема теплового пункта при независимом присоединении системы отопления к тепловой сети представлена в графической части на чертежах:
- Лист 5 «Принципиальная схема теплоснабжения»,
- Лист 6 «Тепловой пункт. План. М1:50. Аксонометрическая схема.».
На схемах проставлены:
Вся запорно-регулирующая арматура на всех ответвлениях и в местах установки основного оборудования;
Точки спуска воды и удаления воздуха;
Подключение к схеме системы труб расширительного бака;
Узел подпитки системы отопления водой из тепловой сети;
Контрольно-измерительные приборы с прибором учета теплоты.
2.5. Выбор и размещение отопительных приборов
Нагревательные приборы в помещениях и лестничных клетках приняты чугунные секционные радиаторы (ГОСТ 8690-75), марки М-140АО.
Технические характеристики (Приложение X, Таблица X.1, «Техническая характеристика отопительных приборов», Внутренние санитарно-технические устройства, Ч.1. Отопление):
- площадь нагревательной поверхности – А = 0,299 м2,.
- номинальный тепловой поток – Qп = 178 Вт
l – 500 мм, l1 = 582 мм., l2 = 140 мм., l3 = 96 мм.
Тепловые приборы располагаются под окнами, ось радиатора совмещена с осью окна, высота установки на 100мм выше пола.
В лестничных клетках радиаторы располагаются между первым и вторым этажом по проточной схеме, без установки регулирующей и отключающей арматуры.
3. Центральное отопление здания. Выбор и конструирование системы отопления
Центральное отопление здания распределяем следующим образом.
Так как здание не более трех этажей – применяем двухтрубные стояки.
Центральную систему отопления здания разделяем на три участка (системы) по принципу группировки в зависимости от назначения и особенностей отапливаемых помещений.
Система отопления №1 и 2 принята вертикальная однотрубная, тупиковая. Выбор обусловлен небольшой (2 этажа) этажностью здания и планировочными решениями. На верхних приборах стояков предусмотрены воздушные краны типа Маевского для спуска воздуха. Стояки системы отопления располагаются в углах и простенках. Магистральные трубопроводы проложены с уклоном в сторону слива (К тепловому пункту).
В системе отопления №3 (Лестничные клетки) подсоединение приборов однотрубное проточное, т.к. на лестничных клетках существует опасность замерзания воды в трубах и приборах.
Магистральные трубопроводы систем отопления прокладываются по полу первого этажа с уклоном в сторону теплового узла для опорожнения системы.
Планы расположения трубопроводов, отопительных приборов и др.оборудования системы отопления здания на этажах, аксонометрическая схема системы приведены в рабочих чертежах Графической части Курсового проекта.
3.1. Гидравлический расчет системы отопления
Для гидрвлического расчета принимаем ситему отопления №1.
Потери давления в системе определяются как сумма линейных потерь давления и местных гидравлических сопротивлений на участках по формуле:
ΔPс =(Rl+Z)ОЦК
Оформление схемы системы отопления для гидравлического расчета начинаем с распределения тепловой нагрузки по отопительным приборам.
Все стояки на схеме пронумерованы в соответствии с планами.
Основное циркуляционное кольцо (ОЦК) выбирают по наиболее протяженной и нагруженной части системы. В нашем случае ОЦК проходит через стояк 4, т.к. стояк 1 хотя по расположению дальше, но менее нагружен.
Средние удельные потери давления на трение R ср Па/м, определяем по формуле:
R ср =0,65ΔPp/(ΣL)оцк
Где (ΣL)оцк – суммарная длина последовательно соединенных участков расчетного ОЦК от распределительного до сборного коллекторов, м.
Расчет ОЦК приведен в Таблице 8.
В графах 1-4 проставляются значения из прилагаемой расчетной схемы отопления.
В графе 5 проставляется диаметр участка. Диаметр подбирается таким образом, чтобы скорость движения воды на участке не превышала 1-1,5 м/сек. Если скорость воды на участке выше этих значений, то диаметр участка увеличивается. (Таблица Шевелева).
В графе 6 проставляется коэффициент шероховатости стенок труб. Из справочных данных для стальных труб он составляет 0,2.
В графе 7 проставляется сумма коэффициентов местных сопротивлений для каждого участка, которые включают отводы, тройники, крестовины и пр. Для каждого участка определяем сумму местных сопротивлений и вносим в табл.№9.
Таблица 8. Гидравлический расчет системы отопления
Номер
расчет-
ного
участка
Номер
преды-
дущего
участка
Расход
тепла на
участке
Q
квт
Расход
воды на
участке
G
т/час
Длина
участка,
L
м
Диаметр
участка, 
d
мм
Коэффи-
циент
шерохо-
ватости
K э
Сумма
коэф-тов
местных
сопротив-
лений
Удельные
потери
на уч-ке, 
S уд·104
мм. в.с.
Линейные
потери
на уч-ке, ΔР л
мм. в.с.
Местные
потери
на уч-ке,
ΔР м.уч
мм. в.с.
Суммарные
потери
на уч-ке,
ΔР уч
м. в.с.
Потери
от ввода
по одному
трубопро-
воду,
ΔРс
м. в.с.
1
 
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Основное циркуляционное кольцо
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2
1
5.461
0.217
3.2
20
0.2
1.8
3.5
11.2
31.7
0.0429
0.0429
 
 
 
 
 
 
Итого потери по ОЦК составляют 0.0429м.в.ст. 
 
 
Второстепенное циркуляционное кольцо
 
 
5
1
2.767
0.11
1.1
20
0.2
1.3
3.5
3.85
6.34
0.0102
0.0102
6
5
4.913
0.195
15.4
20
0.2
1
3.5
53.9
14.1
0.068
0.0782
7
6
6.48
0.257
5.9
20
0.2
0.5
3.5
20.65
12.9
0.034
0.1122
Невязка
62
%
Невязка гасится балансировочным клапаном
Таблица 9. Коэффициенты местных сопротивлений по участкам:
№ уч.
Отопит. прибор
Тройник
Переход
Отвод
Вентиль или КДР
Крестовина
Сумма коэффициентов местных сопротивлений
2
0,5
0,5
0,8
1,8
5
0,5
0,8
1.3
6
0,5x2
1
7
0,5
0.5
В графе 8 проставляются удельные потери на участке, которые подбираются в зависимости от диаметра и нагрузки на участке по таблице II.1 приложения II, Внутренние санитарно-технические устройства, Ч.1. Отопление.
В графе 9 подсчитываем линейные потери на участке, путем перемножения граф 4 и 8.
В графе 10 проставляются местные потери по участкам, которые получаются при умножении графы 6 на динамическое давление на участке. Затем сложением показателей граф 9 и 10 получаем общие потери напора на участке.
Сложив все просчитанные потери по участка определим суммарные потери в ОЦК и сравниваем их в располагаемым давлением.
В нашем случае потери давления в ОЦК составляют 0.0429м. в.ст.
При подборе насоса потери напора в системе отопления были приняты 1,0 м.в.ст, таким образом потери напора в сети немного меньше располагаемому давлению и диаметры трубопроводов на участке приняты правильно.
Далее производится расчет второстепенного кольца аналогично ОЦК.
3.2. Тепловой расчет отопительных приборов