2 Проектування опалення

Оптимальні умови праці і відпочинку людини в сучасних житлових і громадських будівлях повинні забезпечувати інженерні системи тепло- і газопостачання, вентиляції і кондиціювання.

Тема курсової роботи з дисципліни "Інженерні мережі та обладнання будівель і споруд" – "Центральне водяне опалення і вентиляція житлової будівлі".

Виконання курсової роботи ґрунтується на теоретичних знаннях, при цьому вирішується комплекс технічних питань, зв'язаних з проектуванням систем центрального водяного опалення і природної вентиляції житлової будівлі, розраховуються окремі елементи систем опалення і вентиляції.

В будівлях, які опалюються, коли існує різниця температур між внутрішнім і зовнішнім повітрям, відбуваються втрати теплоти крізь огороджувальні конструкції – зовнішні стіни, перекриття, підлоги і світлопрозорі огороджувальні конструкції – вікна, ліхтарі.

Система опалення повинна заповнювати ці втрати, підтримуючи в приміщеннях внутрішню температуру, відповідно до санітарних норм. Крім того можуть відбуватися втрати теплоти, що витрачаються на прогрівання зовнішнього повітря, яке проникає в приміщення крізь щілини притворів вікон і при відчиненні зовнішніх дверей.

Правильно обрана конструкція огорожі і строго обґрунтована величина його опору теплопередачі забезпечують потрібний мікроклімат і економічність конструкції будівлі.

2.1 Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій будівлі, що проектується

Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій виконуємо для холодного періоду року згідно з [5].

Мета теплотехнічного розрахунку – визначення опору теплопередачі R_Σпр огороджувальних конструкцій будинку.

У курсовій роботі необхідно розрахувати опір теплопередачі та коефіцієнт теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій будинку: зовнішньої стіни, безгорищного покриття або горищного перекриття; перекриття над неопалювальним підвалом або підлоги на грунті і заповнення світлових прорізів вікон і зовнішніх дверей.

Теплотехнічний розрахунок рекомендується вести в наступній послідовності:

• Виписуємо з додатку А.4 для заданого пункту будівництва температурну зону, абсолютну мінімальну температуру t_а, середню температуру найбільш холодної доби t_хс, середню температуру найбільш холодних п’яти діб t_хп ( t_н^б ) і кількість градусо-діб опалювального періоду.

• Визначаємо за додатком В умови експлуатації (А або Б) огороджувальних конструкцій залежно від вологісного режиму приміщень житлового будинку.

• Виконуємо ескіз огорожі, що розраховується, із вказівкою матеріалу та відомих розмірів конструктивних шарів.

• Виписуємо з додатку Г теплотехнічні показники будівельних матеріалів усіх конструктивних шарів огорожі для умов експлуатації (А або Б), які визначено раніше:

- густина, , кг/м³;

- розрахунковий коефіцієнт теплозасвоєння S, Вт/(м²·К);

- розрахунковий коефіцієнт теплопровідності , Вт/(м·К).

• Визначаємо невідомі товщини шарів (для зовнішньої стіни – цегляної кладки або бетону, для перекриття горищного або безгорищного покриття – утеплювача).

• Визначаємо опір та коефіцієнт теплопередачі послідовно для стіни, перекриття горищного або безгорищного покриття, перекриття над неопалювальним підвалом або підлоги на лагах, заповнень світлових і дверних прорізів.

Для зовнішніх огороджувальних конструкцій опалюваних будинків і внутрішніх конструкцій, що розділяють приміщення, температура повітря в яких відрізняється на 3^оС та більше, обов’язкове виконання умови:

R_Σпр ≥ R_{q min} , (2.1)

де R_Σпр – приведений опір теплопередачі непрозорої огороджувальної конструкції або непрозорої частини огороджувальної конструкції (для термічно однорідних огороджувальних конструкцій визначається опір теплопередачі), приведений опір теплопередачі світлопрозорої огороджувальної конструкції, м² К/ Вт ;

R_{q min} – мінімально допустиме значення опору теплопередачі непрозорої огороджувальної конструкції або непрозорої частини огороджувальної конструкції, мінімальне значення опору теплопередачі світлопрозорої огороджувальної конструкції, м²К/Вт, який визначається за додатком Б.

З усіх огороджувальних конструкцій найбільш докладний розрахунок виконується для стіни, тому він і приймається за основу для інших огороджень.

2.1.1 Розрахунок стіни

Величину опору теплопередачі термічно однорідної багатошарової огороджувальної конструкції R_∑, (м²·К)/Вт визначаємо за формулою

R_∑ = 1/_в + ∑R_і + 1/_з, (2.2)

де _з – коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні огороджувальної конструкції, Вт/(м²·К); для зовнішніх стін і безгорищних покрить та вікон _З = 23, для горищних перекрить _З = 12, для перекрить над неопалювальними підвалами без світлових прорізів _З = 6 (за додатком К);

_в – коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції, Вт/(м²·К); для зовнішніх стін, горищного перекриття, безгорищного покриття та перекриття над холодними підвалами, що розташовані нижче рівня землі _в = 8,7, для вікон _в = 8,0 ( за додатком К);

∑R_і – термічний опір огороджувальної конструкції з і-ю кількістю шарів, (м²·К)/Вт, що визначаємо за формулою

∑R_і = R₁ + R₂ +...+ R_n , (2.3)

де R₁, R₂, R_n – термічні опори окремих шарів огороджувальної конструкції, визначаємо за формулою

R_i = _i : _i, (2.4)

де  _i – товщина однорідної огороджувальної конструкції або окремого i-го шару багатошарової конструкції, м;

_i – розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу i-го шару в розрахункових умовах експлуатації, Вт/(м·К), приймаємо за додатком Г.

Прирівнюючи R_∑ до R_qmin, одержуємо:

R_qmin = R_∑ = 1/_в + ∑R_і + 1/_з=1/_в + R₁ + R₂ +...+ R_n + 1/_з . (2.5)

З цього рівняння визначаємо товщину розрахункового шару  _Х, м:

. (2.6)

Для подальшого розрахунку належить приймати найближчу більшу стандартну товщину розрахункового шару, тобто кратну розміру цегли або модуля блоків і панелей.

Знаходимо термічний опір розрахункового шару за формулою (2.4) з урахуванням прийнятої стандартної товщини.

На завершенні теплотехнічного розрахунку огорожі визначаємо дійсний опір теплопередачі R_∑ за формулою (2.2) і коефіцієнт теплопередачі за формулою

К = 1/ R_∑ . (2.7)

2.1.2 Розрахунок горищного перекриття або безгорищного покриття

Теплотехнічний розрахунок горищного перекриття або безгорищного покриття виконуємо аналогічно теплотехнічному розрахунку стіни.

Мінімально допустиме значення опору теплопередачі R_qmin визначаємо за додатком Б в залежності від температурної зони міста.

Метою розрахунку є визначення товщини шару утеплювача та визначення опору та коефіцієнт теплопередачі всієї конструкції при прийнятій найближчий більшій стандартній товщині розрахункового шару утеплювача.

2.1.3 Розрахунок перекриття над неопалювальним підвалом

Опір теплопередачі перекриття над неопалювальним підвалом обчислюємо наступним чином. Мінімально допустиме значення опору теплопередачі R_qmin визначаємо за додатком Б в залежності від температурної зони міста.

Вибираємо за додатком Ж тип перекриття з умови R_Σпр ≥ R_{q min}. Коефіцієнт теплопередачі виписуємо з додатку Ж для підібраної конструкції.

2.1.4 Розрахунок підлоги на грунті

Якщо в конструкції підлоги, що розташована на ґрунті, є шари, теплопровідність яких менше ніж 1,2 Вт/(м·К), вони вважаються утепленими. Опір теплопередачі утепленої підлоги R_у.п. обчислюємо за умовними зонами – смугами завширшки 2 м, паралельними до зовнішніх стін:

, (2.8)

де R_н.п. – опір теплопередачі неутепленої підлоги, (м²·К)/Вт;

_у.ш., _у.ш. – відповідно товщина, м, і коефіцієнт теплопровідності утеплюю­чого шару, Вт/(м²·К);  _у.ш. приймаємо за додатком Г для умов експлуатації Б.

Стандартні опори теплопередачі неутепленої підлоги (за зонами) приймаємо:

• для 1- ї зони – R_н.п.^I = 2,1 (м²·К)/Вт;

• для 2- ї зони – R_н.п.^II = 4,3 (м²·К)/Вт;

• для 3- ї зони – R_н.п.^III = 8,6 (м²·К)/Вт;

• для 4- ї зони – R_н.п.^IV = 14,2 (м²·К)/Вт.

Нумерація зон починається від зовнішньої стіни, порядок розбивки показаний на рис. 2.1.

Конструктивні шари підлоги на грунті можуть бути такими:

лінолеум =0,002 – 0,005м; мастика на водостійкому зв’язуючому =0,001м; бетонна стяжка  =0,040м; утеплювач базальто-волокнистий =0,05 – 0,06 м; бетонний шар  =0,08 м; шар утрамбованого піску  =0,15 м; грунт або паркет штучний  =0,015 – 0,018 м; бітумна мастика =0,001м; бетонна стяжка  =0,040м; утеплювач базальто-волокнистий  =0,05 – 0,06 м; бетонний шар  =0,08 м; шар утрамбованого піску  =0,15 м; грунт.

Якщо використана конструкція підлоги на лагах, тоді опір теплопередачі підлоги на лагах R_л визначаємо за формулою

R_л = 1,18 R_у.п. . (2.9)

Коефіцієнт теплопередачі утепленої підлоги визначаємо за формулою (2.7).

Рисунок 2.2 – Розподіл додатків до основних тепловтрат за сторонами світу

2.1.5 Розрахунок вікон

Мінімально допустиме значення опору теплопередачі R_qmin визначаємо за додатком Б в залежності від температурної зони міста.

Вибираємо за додатком Л тип заповнення світлових перерізів, орієнтуючись за умовою R_Σпр ≥ R_{q min}. Коефіцієнт теплопередачі виписуємо з додатку Л для підібраного типу.

2.1.6 Розрахунок вхідних дверей до будинку

Мінімально допустиме значення опору теплопередачі R_qmin визначаємо за додатком Б в залежності від температурної зони міста.

Вибираємо за додатком Л двері, орієнтуючись за умовою R_Σпр ≥ R_{q min}. Коефіцієнт теплопередачі виписуємо з додатку Л для підібраного типу.