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 = ΣФпот
-ΣФпост
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 Фдоб
Ф=ΣФ0
+ΣФдоб
При этом потери теплоты определяем суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 100 Вт.
Ф =F/R0
(tв
- tн
)(1+Σβ)n=kF(tв
- tн
)(1-Σβ)n
Где F- расчетная площадь ограждения,k - коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции; R0
- сопротивление теплопередачи данной ограждающей конструкции;tв
- tн
- 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
(tв
- tн
)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 λк
= 0,81 Вт/(м*0
С); δк
= 0,51 м
Исходные данные для цементно-песчаной штукатурки стен λшт
= 0,93 Вт/(м*0
С); δшт
= 0,015 м.(для известково-песчаной штукатурки возможно применение λшт
= 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 Fc
т
= 11*1,2*1,8=23,76кв.м
Площадь поверхности наружных стен
26,3*3,6
F= 2ab-Fс
=2*22,4*12,46-23,76=558,208-23,76=534,4кв.м
Сопротивление теплопередаче наружных стен получим по формуле 1 учитывая что Rв
=0,115 (м2 0
С/Вт) и Rн
=0,043 (м2 0
С/Вт) площадь пола S=279,104кв.м
Rо
=Rв
+Rн
+ΣRi
где Ri
= δк
/λк
+ δшт
/λшт
=0,51/0,81+0,015/0,81
Rо
= 0,115+0,043 +0,015/0,81+0,51/0,81=0,806 м2 0
С/Вт
Сопротивление теплопередаче двойных окон Rо
=0,345 м2 0
С/Вт
Следовательно теплопотери через наружные стены определяются
Ф=F/R0
(tв
-tн
)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 Фдоб ст
составляют: для первой 10%, второй 10%, третьей 5% и четвертая 0% от основных теплопотерь, которые необходимо добавить к последним.
Фдоб ст
=25467*0,25=6367Вт. Таким образом, с учетом дополнительных теплопотерь через наружние стены получим
Фдоб
=25467+6367=31833Вт
ПЕРЕКРЫТИЯ
Перекрытие имеет площадь S=273.5 кв.м. и состоит из железобетонных плит толщинойδпл
=0,035м, для которых по таблице λк
= 2,04 Вт/(м*0
С); Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией выполненной из минеральной ваты толщиной δваты
=0,14м, слоя гравия керамзитового δкер
=0,1м, и двух слоев рубероида толщиной δруб
=0,003м, для которых выбираем по таблице значения теплопроводности и значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и внешней поверхностей:
λваты
= 0,06 Вт/(м*0
С), λруб
= 0,17 Вт/(м*0
С), λкер= 0,23 Вт/(м*0
С)
Rв
= 0,132 (м2 0
С)/Вт, Rн
= 0,043 (м2 0
С)/Вт,
Исходя из этих данных получим для сопротивления теплопередаче перекрытия
Rо 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 0
С)/Вт,
Теплопотери через перекрытия находим по соотношению
Ф =F/R0
(tв
- tн
)n
Принимаем поправочный коэффициент n =0,9 как для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов
Фпер
=(1/2,975)*273,5*(16+18)*0,9=282.9 вт
ПОЛЫ
Полы выполнены из керамзитобетона (ρ=1800кг/м3
) толщиной δкер
=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 составляетRн. пол
–2,15, для второй –4,3 и для третьей 8,6. Для остальной части пола –14,2 (м2 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
Rу. пол
(м2 0
С)/Вт,
Сопротивление теплопередаче Rо пол
(м2 0
С)/Вт, для каждой из зон определяем по формуле Rу. пол=
Rн. пол +
δ
/
λ
Зона 1
Rу. пол=
2,15+0,1/0,92=2,15+0,11=2,26
Зона 2
Rу. пол=
4,3+0,1/0,92=2,15+0,11=4,44
Зона 3
Rу. пол=
8,6+0,1/0,92=2,15+0,11=8,71
Суммарные теплопотери по всем зонам пола
Фп
=F/R0
(tв
- tн
)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(tв
- tн
)
Где Qнормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м3
/ч
ρ - плотность воздуха ρ=1,2кг/м2
c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг о
С
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 =qв*
V*
(tв
- tн
)
Где qв
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 =qв*
V*
(tв
- tн
)*а
Где qот,
V, а - удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13,, объем помещения, поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности температур а=0,54+22/(tв
- tн
) =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*Wисп
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 теп
Ф =Q*ρc(tв
- tн
)*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
Фот
=34485,9+9306,11+9299,68-5743,5-2653 = 44695Вт
Из которой на первый этаж (полуподвальное помещение) приходится Фот1
= 20000Вт
И на производственное помещение второго этажа Фот2
= 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 115о
С. 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 tп
=95 о
С. tо
=70 о
С 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 соотношениюQт
=3,6*
Ф/4,19(tп
- tо
)
Qт
=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/ d0.25
=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
Qт
=3,6*
ΣQ(tв
- tо.п.
) 24nо.п
/ (tв
- tн
)=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. Фот1
= 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
Фпм
=Атр
k
тр
(tтр
- tв
) *
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(dу
=32мм) и длиной l=25м
l
d
Ап.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(dу
=20мм) и длиной 0,8 м каждая Апод
=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
Фпм
=Атр
k
тр
(tтр
- tв
) *
η
для подающей магистрали
Фп.м.
=3,38*13,4(95-18)=3482Вт
Для обратной магистрали
Фо.м.
=3,38*11,6(70-18)=2038Вт
для подводок
Фпод
=0,4*14((95+70/2)-18)=361Вт
Суммарный поток теплоты от всех трубопроводов Фтр
=3482+2038+361=5881 Вт
Принимаем β1
=1(нагревательные приборы установлены свободно у стены), β2
=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
Апр
=(Фогр
- Фтр
) β1
β2
/k
пр
(tтр
- tв
) = (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.
Фот2
= 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
*β4
*Δt
Где β4
= 1 и k эт
=7,9 определено по приложениям 17 и 18
Δt= (tтр
- tв
)=(95-70)/2-18=64,5
φ=k эт
*β4
*Δt=7,9*1*64,5=509,55=510Вт/ м2
Необходимая эквивалентная площадь поверхности нагрева радиаторов определяем по соотношению
F пр
=(Фогр*
β2
/ φ - F тр
) β1
β3
=(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.