Вступ

В приміщеннях з тривалим перебуванням людини, у тому числі виробничих, де за умов технології потрібна підтримка температур в холодну пору року, необхідний пристрій опалювальних систем. Вони повинні відповідати основним вимогам:

1) санітарно-гігієнічним — забезпечувати без погіршення повітряного середовища, необхідні внутрішні температури, що відповідають норма СНіП;

2) економічним — обумовлювати при якнайменших витратах праці і грошових коштів при малій витраті металу;

3) будівельним — передбачати розміщення опалювальних елементів в ув'язці з планувальним і конструктивним рішеннями будівлі;

4) монтажним — забезпечувати монтаж індустріальними методами з максимальним використовуванням уніфікованих вузлів заводського виготовлення при мінімальній кількості типорозмірів;

5) експлуатаційним — характеризуватися простотою і зручністю управління і ремонту, безшумністю і безпекою дії;

6) естетичним — добре поєднуватися з внутрішньою архітектурною обробкою приміщення.

Опалювальна установка повинна віддавати приміщенням стільки теплоти, скільки потрібно для компенсації тепловтрат, володіючи при цьому необхідною теплостійкістю відповідно до зовнішніх і внутрішніх чинників, що змінюються.

Системи опалювання складаються з трьох основних елементів: генератора для отримання тепла, теплопроводів, або каналів, для транспорту теплоносія від місця вироблення до опалювального приміщення і нагрівальних приладів.

Системи, опалюючі декілька приміщень від загального генератора, — центральні. Вони можуть бути будинковий (генератор— котельна в опалювальній будівлі) і районний (опалюючі групу будівель від районної котельної). Системи, в яких теплота виходить і використовується в єдиному приміщенні, — місцеві. До таких систем відносяться пічне, газове і електричне опалювання.

Теплотехніка - галузь науки і техніки, що охоплює методи отримання та використання теплової енергії. Основним джерелом теплоти, використовуваної людством, є природне органічне паливо, що виділяє теплоту при спалюванні.

Розрізняють тверде, рідке і газоподібне паливо. Найбільш поширені види твердого палива - вугілля (кам'яні й бурі, антрациту), горючі сланці, торф. Природне рідке паливо - нафта, проте безпосередньо нафта рідко використовується для отримання теплоти. На нафтопереробних підприємствах з нафти виробляють бензин - пальне для автомобільних і поршневих авіаційних двигунів; гас - для реактивної авіації і для деяких поршневих двигунів; різні типи дизельного палива і мазути, застосовувані в основному на теплових електростанціях. Газоподібне паливо - природний газ, що складається з вуглеводнів.

До 20 століття основним видом палива служила деревина (дрова і деревні відходи), проте потім масштаби використання деревини в якості палива сильно скоротилися. У 20 столітті людство стало використовувати для отримання теплової енергії протягом річок, ядерне паливо, сонячне випромінювання, тепло надр Землі; з'явилися методи спалювання промислових та побутових відходів з метою їх знищення і одночасного отримання теплоти.

Теплопередача - теплообмін між двома теплоносіями розділяє їх тверду стінку або через поверхню розділу між ними. Теплопередача включає в себе тепловіддачу від більш гарячої рідини до стінки, теплопровідність в стінці, тепловіддачу від стінки до більш холодної рухомий середовищі.

1. Формулювання завдання на курсову роботу, її актуальність та доцільність

Курсова робота представляє комплексну роботу, яка об‘єднує в собі інженерний розрахунок, проектування систем опалення та вентиляції житлової будівлі, розрахунок економічного ефекту від впровадження розробленої системи. Основна мета роботи – самостійний розрахунок і проектування технологічного оснащення систем опалення та вентиляції будівлі. Разом з тим, в ході підготовки, виконання і оформлення роботи необхідно:

• закріпити навички самостійної роботи і оволодіти методикою інженерного пошуку;

• проявити ініціативу в організації збору інформації про об‘єкт розробки, придбати навички роботи з технічною і патентною літературою;

• навчитися застосовувати придбані знання для розв‘язування конкретних задач і представляти результати в потрібній формі;

• розвити розрахункові навички, вміння оцінювати проміжні результати, обирати найраціональніші методи розрахунку;

• навчитися інженерно коректно викладати зміст і результати роботи, робити обґрунтовані висновки, технічно правильно оформлювати пояснювальну записку, розрахункову частину та графічну інформацію з дотриманням вимог ЄСКД та ДСТУ.

Вихідні дані до курсового проекту за варіантом №67 зведені в наступну таблицю

А, м	В, м		С, м		L, м	H, м	Відношення площі вікон до загальної площі, Sвік / Sзаг
3.9	3.5		0.5		17	23	0.28
Схема будівлі		Схема опалення		Середня температура навколишнього сере-довища зимою, tн, С				Температура в будівлі, tв, С	Середня швидкість вітру, vсер, м/с
3		7		-23				19.5	6.5

2. Розрахунок системи водяного опалення багатоповерхової будівлі

2.1. Визначення теплових витрат будівлі за добу

Для визначення добових теплових витрат багатоповерхової будівлі скористаємося наступними формулами.

Теплові витрати через стіни :

, Вт

де S – площа стіни, м²;

t_в – t_з – різниця температур у приміщенні і зовні його, град;

k_роз – коефіцієнт, що враховує поправку на географічне орієнтування будівлі (стіна орієнтована на північ, k_роз = 0,1; на схід та захід, k_роз = 0,05; на південь, k_роз = 0);

k_зах.в – коефіцієнт, що враховує захищеність будівлі від вітру (приймаємо, для стіни, де є вхідні двері, k_зах.в = 0,1, для всіх інших стін k_зах.в. = 0,05);

R_ст – термічний опір матеріалу стіни;

де ₁, ₁ – відповідно, товщина та теплопровідність цегляної кладки: ₁ = 0,40; ₁ = 0,81...0,87 Вт/м^.град;(16)

₂, ₂ – відповідно, товщина та теплопровідність штукатурки (2): ₂ = 0,02 м; ₂ = 1,2 Вт/м^.град

₃, ₃ – відповідно, товщина та теплопровідність утеплювача Пінополістирол (пінопласт) ПСБ-С-25Ф (11): ₃ = 0,10 м; ₃ = 0,038 Вт/м^.град.

Рис.1. Схема розташування будівлі

Таким чином, теплові витрати через стіну (згідно схеми, рис.1):

Загальні теплові витрати через стінку:

Q_ст = Q =3092.3 Вт

Теплові витрати через вікна:

де S_вік/S_заг – відношення площі вікон до загальної площі;

R_вік – термічний опір подвійного склопакету в спарених дерев‘яних переплетеннях (12); R_вік = 0,34 м^2.град/Вт.

Теплові витрати через стелю :

,4250Вт

де S – площа стелі, м²; S=H*L=17*23=391

t_в – t_з – різниця температур у приміщенні і зовні його, град;

n – коефіцієнт, що враховує горищне перекриття (якщо є горище n=0,9; якщо немає n=1);

R_с – термічний опір горищного перекриття;

де ₁, ₁ – відповідно, товщина та теплопровідність залізобетонного перекриття (14): ₁ = 0,25; ₁ = 1,55 Вт/м^.град;

₂, ₂ – відповідно, товщина та теплопровідність мінеральноъ вати (15): ₂ = 0,10; ₂ = 0,041 Вт/м^.град;

₃, ₃ – відповідно, товщина та теплопровідність покриття Пінополістирол (пінопласт) ПСБ-С-15 (11): ₃ = 0,05м; ₃ = 0,038 Вт/м^.град.

Теплові витрати через підлогу :

Вт,

де S – площа підлоги, м²;

t_в – t_з – різниця температур у приміщенні і зовні його, град;

n – коефіцієнт, що враховує наявність підвалу (якщо є підвал n=0,9; якщо немає n=1);

R_під – термічний опір підвального перекриття;

де ₁, ₁ – відповідно, товщина та теплопровідність бетонної стяжки [2]: ₁ = 0,15 м; ₁ = 1,74 Вт/м^.град;

₂, ₂ – відповідно, товщина та теплопровідність дерев‘яної підлоги (15): ₂ = 0,030 м; ₂ = 0,35...0,41 Вт/м^.с;

₃, ₃ – відповідно, товщина та теплопровідність утеплювача (11):

Пінополістирол (пінопласт) ПСБ-С-35 ₃ = 0,05 м; ₃ = 0,038 Вт/м^.град.

Розрахунок теплових витрат на нагрів інфільтраційного повітря вентиляційної системи приміщення Q_і.п:

Вт,

Вт,

де с = 1005 Дж/кг^.град – питома теплоємність повітря;

А₀ – коефіцієнт, що враховує вплив зустрічного теплового потоку, для вікон з подвійними переплетеннями, А₀ = 0,8;

G₀ – кількість повітря, що потрапляє шляхом інфільтрації через 1 м²:

S_вік – площа вікон:

S_вік = 2^.(A + B + C)^.(L + H)^.S_вік/S_заг

R_u – опір проникненню повітря для пінополіуретанових ущільнень вікон з подвійним заскленням в спарених переплетеннях, R_u = 0,29 м²годПа/кг,

Р – різниця тисків повітря на зовнішній та внутрішній поверхнях вікна:

,

де – 6.5 м/с

Н – висота устя вентиляційної шахти над поверхнею землі:

Н = А + В + С = 7,9 м;

h – висота центра вікна від поверхні землі:

h₁ = А/2 = 1,95 м (для вікон першого поверху),

h₂ = А + В/2 + С = 6,15 м (для вікон другого поверху);

_з, _в – густина зовнішнього та внутрішнього повітря:

_з = 353 / (273 + t_з)

_в = 353 / (273 + t_в)

К – коефіцієнт, що враховує зміну швидкісного (динамічного) тиску вітра в залежності від висоти та місцевості, К = 0,7.

Витрати тепла на нагрів повітря, що потрапляє для компенсації природної витяжки з приміщення визначається за формулою:

де t_вент – температура вентиляційного повітря, t_вент = 0,5^.t_з = 9,75 С;

S_п – площа підлоги, м².

Побутові теплові надходження визначаються для усього приміщення:

Qnб=К*Sn

де К – коефіцієнт, що враховує побутові теплові надходження, К = 1,9…2,5.

Таким чином, сумарні теплові витрати будівлі відповідно становитимуть:

Q_ = Q_ст + Q_вік + Q_с + Q_під + Q_і,п + Q_в – Q_пб = Вт,

та добові В_д = Q_ = 0,055 МВт^.добу,

де Q_н,б – максимальне значення витрат вентиляційного повітря;

 - тривалість доби,  = 24 год.

Далі визначаємо питому теплову характеристику:

де V_буд – об‘єм будівлі по зовнішнім параметрам без даху та підвалу:

V_буд = LH(A + B + C)

2.2. Вибір, встановлення та розрахунок системи водяного опалення

Радіатори, як правило, встановлюють на відстанях не менше 60 мм від підлоги і 50 мм від низу підвіконних дощок. В лікувальних приміщеннях і дитячих кімнатах радіатори розміщують на відстанях не менше 100 мм від підлоги і 50 мм від поверхні штукатурки стіни. В житлових і громадських будівлях радіатори іноді встановлюють в нішах. Висота останніх повинна бути на 100–150 мм більше повної висоти приладу, ширина більше відповідних розмірів приладу на 300 мм і глибина – на 130 або 250 мм (відкрита або прихована прокладка труб).

В приміщеннях з високоякісною обробкою прилади встановлюють в укриттях. Проте звіси підвіконної дошки погіршують тепловіддачу приладів на 2–5%. У зв'язку з цим укриття бажано передбачати з нижніми і верхніми отворами для циркуляції повітря у приладу (при цьому поправочний коефіцієнт на зниження тепловіддачі приладу приймається рівним 0,90).

Фарбування приладів в світлі тони зменшує в порівнянні з незабарвленими теплопередачу їх лише на 1–2 %, а при алюмінієвому або мідному забарвленні – на 25 %; збільшення тепловіддачі на 3–5 % забезпечується при забарвленні приладів в темні тони. Тильну поверхню приладу слід офарблювати фарбою малої випромінювальної здатності, доцільно на стіні встановлювати лист альфолю або теплоізоляції.

Визначивши вид нагрівального приладу, місце і вид його установки в приміщенні, спосіб приєднання до трубопроводів, проводять його теплотехнічний розрахунок.

2.2.1. Гідравлічний розрахунок трубопроводів системи опалення

Гідравлічний розрахунок проводять за наперед викресленою аксонометричною схемою системи опалення, на яку проставляють теплові навантаження опалювальних приладів, стояків ділянок магістралей, а також довжини розрахункових ділянок.

Задача розрахунку полягає в обчисленні площі поверхні приладу, що забезпечує передачу розрахункової кількості тепла від теплоносія до приміщення. Нагріта поверхня приладу повинна при цьому мати температуру не вище за допустиму по санітарно-гігієнічних вимогах.

Визначимо різницю температур в радіаторі опалення та приміщені:

75,5 С,

де t₀ = 95 С – температура води в радіаторі опалення [1].

Визначаємо кількість води, що циркулює в системі опалення:

де t₀, t – відповідно, температура на вході та виході з опалювального приладу.

Розрахуємо коефіцієнт змішування елеватора:

2,795

де Т_к – температура води на виході з котла, Т_к = 130 С.

Тиск води, що передається в систему опалення обчислюємо за формулою:

де Р – перепад тиску на водогоні,

Р = 1870^.(Т_к – t₀)

Визначаємо діаметр горловини елеватора:

Приймаємо найближче значення діаметру горловини: d_г = 38 мм.

Визначаємо діаметр сопла елеватора:

Визначаємо розрахунковий циркуляційний тиск в двох трубній системі водяного опалення:

Па,

де Р_е – перепад тисків на рівнях різних поверхів:

Па,

де t₀, t – відповідно, температура на вході та виході з опалювального приладу;

h₁, h₂ – висота центра вікна на відповідному рівні від поверхні землі.

Обчислюємо питомі витрати тиску на тертя за формулою:

Па/м,

де L_ – довжина трубопроводу системи:

L_ = 4^.(L + H) = м.

2.2.2. Розрахунок поверхні опалювальних радіаторів

До установки рекомендується прийняти алюминиєві радіатори широко використовуються для індивідуального опалення в квартирах, коттеджах, офисних приміщеннях и в системах центрального опалення в в багатоповерхових будинках с рабочим тиском до 16-18 атмосфер. Алюмінєві радіатори мають добрі теплові и міцностінні характеристики, счасний дизаєн и на сьогодншній день являются наибільш поширеними.