1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Курсовий проект виконується з метою закріплення теоретичних знань та надбання практичних навичок розрахунку і конструювання систем водяного опалення та вентиляції.

Суть роботи полягає в проектуванні систем центрального опалення та природної вентиляції житлового будинку. Проект виконується згідно з діючими нормами на проектування, монтаж та експлуатацію систем і установок опалення та вентиляції.

У процесі виконання курсового проекту студенту необхідно самостійно розв’язати низку технічних завдань, дотримуючись відповідних будівельних норм і правил. Він повинен розробити конструкції систем опалення та вентиляції, виконати необхідні розрахунки, підібрати обладнання, грамотно оформити розрахунково-пояснювальну записку та графічну частину роботи, скласти специфікацію матеріалів та обладнання.

Керівник проекту видає студентам завдання, знайомить з його особливостями, встановлює календарний графік проектування, систематично контролює готовність окремих частин. У відповідний строк робота подається до захисту.

2. ЗАВДАННЯ ТА ОБЄМ КУСОВОГО ПРОЕКТУ

Вихідні данні для виконання курсового проекту (пункт будівництва, конструкція і матеріал зовнішніх стін і покриття, розташовуваний напір на вводі теплоносія тощо.) приймають за дод. А і Б згідно двом останнім цифрам номера шифру (номеру залікової книжки).

Матеріали конструкційних шарів огороджень, що не вказані в завданні, слід обирати самостійно за дод. В. Кількість поверхів та секцій будинку, параметри теплоносія, вид нагрівальних приладів, номери квартир для проектування вентиляції приймають за вказівками керівника.

До складу курсового проекту входить розрахунково-пояснювальна записка об’ємом 20-25 сторінок і графічна частина, яка виконується на аркуші ватману формату А1.

3. СКЛАД ТА ОФОРМЛЕННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

3.1 Склад та оформлення розрахунково-пояснювальної записки.

Розрахунково-пояснювальна записка повинна містити такі розділи:

• зміст;

• вступ;

• вихідні дані для проектування;

• теплотехнічний розрахунок огороджуючи конструкцій будинку;

• розрахунок теплової потужності системи опалення;

• гідравлічний розрахунок трубопроводів системи опалення;

• розрахунок опалювальних приладів;

• розрахунок системи вентиляції;

• перелік посилань.

Викладення матеріалів розрахунково-пояснювальної записки необхідно провадити на стандартних аркушах паперу згідно з ЄСКД з обов’язковим посиланням на літературні джерела.

Всі розмірності повинні наводитися у Міжнародній системі одиниць СІ. Записка повинна бути написана чітко, грамотно. Всі розрахунки та пояснення необхідно викладати стисло, з обґрунтуванням прийнятих рішень.

2. Склад графічної частини

При виконанні графічної частини необхідно керуватися ЄСКД з дотриманням правил оформлення креслень згідно з ДЕСТ 21.602-73 «Система проектної документації для будівництва. Опалення, вентиляція та кондиціювання повітря. Робочі креслення».

Графічна частина виконується на одному аркуші ватману формату А1.

На аркуші зображується:

• плани типового поверху, підвалу та при необхідності горища, котрі виконуються в масштабі 1:100 у відповідності з правилами будівельного креслення, на планах розміщується опалювальне та вентиляційне обладнання;

• аксонометрична схема системи опалення;

• принципова схема вузла вводу;

• аксонометрична схема системи вентиляції;

• експлікація приміщень;

• специфікація обладнання та матеріалів систем опалення та вентиляції.

4. ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ

У цьому розділі повинні наводитися: найменування об’єкта та його призначення, пункт будівництва, вид і параметри теплоносія, тиск на вводі теплоносія, тиск на вводі тепломережі, орієнтація фасаду по сторонах світу, розрахункові параметри зовнішнього та внутрішнього повітря.

Температура зовнішнього повітря для розрахунку природної витяжної вентиляції приймається +5⁰С.

5. ТЕПЛОТЕХНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ БУДИНКУ

Теплотехнічний розрахунок огороджуючих конструкцій згідно з санітарно-гігієнічними та техніко-економічними вимогами полягає у підборі таких зовнішніх огороджуючих конструкцій: зовнішні стіни, перекриття над підвалом, горищне перекриття, безгорищне перекриття, вікна тощо.

При підборі огороджуючих конструкцій повинно виконуватися співвідношення

, (5.1)

де - нормативний опір теплопередачі огороджуючих конструкцій, (м²⁰С)/Вт, що приймається за дод.Д в залежності від зони будівництва, що визначається за кількістю градусо-діб опалювального періоду;

- потрібний опір теплопередачі, (м²⁰С)/Вт.

Для зовнішньої стіни, підвального перекриття та горищного або без горищного перекриття необхідно визначити товщину основного конструкційного шару огородження _осн, що задовольняє умові (5.1).

З цією метою співвідношення, котре описує нормативний опір теплопередачі огороджуючої конструкцій, перетворюється таким чином, щоб виразити в явній формі величину _осн.

, (5.2)

де - товщина основного конструкційного шару огородження, м (для покрівлі, горищного перекриття, підвального перекриття розраховується товщина утеплюю чого шару із найбільш дешевого теплоізоляційного матеріалу);

- розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу основного конструкційного шару, , котрий приймається за дод. В з урахуванням умов експлуатації (дод. Г);

- сума термічних опорів інших шарів огороджуючої конструкції, . При цьому для відповідних шарів приймається за дод. В;

- коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні огороджуючих конструкцій, , що визначається за дод.Є або дод.Е [2];

- коефіцієнт тепловіддачі (для зимових умов) зовнішньої поверхні огороджуючих конструкцій, , який приймається за дод.Є або дод.Е [2].

На базі величини приймається стандартна товщина основного конструкційного шару.

Потрібний опір теплопередачі вікон та балконних дверей визначається за дод.Д, конструкція приймається за табл. М1 дод.М [2].

Потрібний опір теплопередачі зовнішніх дверей повинен бути не менше зовнішніх стін будинків. Визначені в результаті теплотехнічного розрахунку значення опорів теплопередачі зовнішніх огороджень заносяться до табл.5.1.

Таблиця 5.1 – Опір теплопередачі огороджуючих конструкцій

Найменування огороджуючої конструкції	, (м2К)/Вт	, м2К/Вт	к=1/R, Вт/(м2К)
Зовнішня стіна
Горищне перекриття
Підвальне перекриття
Вікна та балконні двері
Вхідні двері

6. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОЇ ПОТУЖНОСТІ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ

Розрахункова теплова потужність, кВт, системи опалення обчислюється за формулою:

Q = Q₁  b₁  b₂ + Q₂ - Q₃, (6.1)

де Q₁ – розрахункові теплові витрати будинку, кВт;

b₁ – коефіцієнт, що враховує додатковий тепловий потік встановлених опалювальних приладів за рахунок округлення понад розрахункової величини, що приймається за табл.6.1.

b₂ – коефіцієнт, що враховує додаткові витрати теплоти опалювальними приладами, що розташовані біля зовнішніх огороджень при відсутності теплозахисних екранів, приймається за табл. 6.2.

Q₂ – витрати теплоти, кВт, трубопроводами, що проходять в неопалювальних приміщеннях.

Q₃ - тепловий потік, кВт, що регулярно надходить від освітлення, устаткування та людей, який треба враховувати в цілому на систему опалення будинку. Для житлових будинків величину Q₃ потрібно враховувати із розрахунку 0,01 кВт на 1 кв. м загальної площі.

Таблиця 6.1- Коефіцієнт b₁ для розрахунку теплової потужності системи опалення

Типорозмірний крок, кВт	b1 при номінальному тепловому потоку, кВт, мінімального типорозміру
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
0,10	1,02	1,02	1,03	1,04	1,07	1,10	1,13
0,12	1,03	1,03	1,04	1,05	1,07	1,10	1,13
0,15	1,04	1,04	1,04	1,06	1,08	1,10	1,13
0,20	1,06	1,06	1,06	1,07	1,09	1,11	1,13
0,25	1,07	1,07	1,07	1,08	1,09	1,12	1,14
0,30	1,09	1,09	1,09	1,09	1,11	1,12	1,14

Таблиця 6.2- Коефіцієнт b₂ для розрахунку теплової потужності системи опалення

Опалювальний прилад	Коефіцієнт b2 при розміщенні приладів
	Біля зовнішньої стіни в будинку		Біля скління світлового прорізу
	Житлових та громадських	Виробничих
Радіатор чавунний	1,010	1,02	1,07
Конвектор з кожухом	1,010	1,02	1,05
Конвектор без кожуху	1,015	1,03	1,07

Розрахункові теплові витрати Q₁, кВт, повинні розраховуватися за фор-мулою:

Q₁ = (Q_а + Q_в), (6.2)

де Q_а – тепловий потік, кВт, крізь огороджуючі конструкції;

Q_в – витрати теплоти, кВт, на нагрівання вентиляційного повітря.

Величини Q_а і Q_в розраховуються для кожного опалювального приміщення.

Тепловий потік Q_а, кВт, розраховується для кожного елементу огороджуючої конструкції за формулою:

, (6.3)

де А- розрахункова площина огороджуючої конструкції, м² (стіни, стелі чи підлоги, вікна, дверей);

R – опір теплопередачі огороджуючої конструкції, (м²⁰С)/Вт;

t_в – розрахункова температура внутрішнього повітря, ⁰С, що приймається згідно вимогам норм проектування будівель різного призначення з урахуванням підвищення її в залежності від висоти приміщення;

t_н – розрахункова температура зовнішнього повітря, ⁰С, приймається за дод.Б

n – коефіцієнт, що приймається в залежності від положення зовнішньої поверхні огороджуючої конструкції по відношенню до зовнішнього повітря, приймається для зовнішніх стін та покриттів 1; для перекриття над холодними підвалами та горищних перекриттів 0,9; для перекриттів над неопалювальними підвалами зі світловими прорізами в стінах 0,75; для перекриттів над неопалювальними підвалами без світлових прорізів в стінах, що розташовані вище рівня землі 0,6; для перекриттів над неопалювальними технічними підпіллями, що розташовані нижче рівня землі – 0,4.

b – додаткові витрати теплоти в долях від основних, що враховуються:

а) для зовнішніх вертикальних та похилих огороджень, які орієнтовані за напрямком вітру, тобто звідки в січні дує вітер із якою швидкістю, - якщо перевищує 4,5 м/с з повторюваністю не менш 15% згідно [3], в розмірі 0,05 при швидкості вітру до 5 м/с та в розмірі 0,1 при швидкості вітру 5 м/с та більше; при типовому проектуванні додаткові витрати слід враховувати в розмірі 0,05 для всіх приміщень;

б) для зовнішніх вертикальних і похилих огороджень багатоповерхових будинків в розмірі 0,20 для першого та другого поверхів, 0,15 – для третього, 0,1 – для четвертого поверху будинків з кількістю поверхів 16 та більше, для 10…15-поверхових будинків додаткові витрати слід враховувати в розмірі 0,10 для першого та другого поверхів та 0,05 – для третього поверху.

Втрати теплоти Q_в, кВт, розраховуються для кожного опалювального приміщення, що має одне або більше кількість вікон чи балконних дверей у зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря в обсязі одноразового повітрообміну за годину:

Q_в = 0,337  A_n  h (t_в - t_н )  10^-3, (6.4)

де A_n - площина підлоги приміщення, кв. м;

h - висота приміщення від підлоги до стелі, м, але не більш 3,5.

Втрати теплоти Q_в, кВт, на нагрівання зовнішнього повітря, яке проникає у вхідні вестибюлі та східцеві клітини крізь зовнішні двері, що відкриваються в холодну пору року, при відсутності повітряно-теплових завіс слід розраховувати за формулою:

Q_в = 0,7В (Н + 0,8p)(t_в - t_н )  10^-3, (6.5)

де Н - висота будинку, м;

р - кількість людей, що знаходяться в приміщенні;

В - коефіцієнт, що враховує кількість вхідних тамбурів. При одному тамбурі (двоє дверей) В = 1,0; при двох тамбурах (троє дверей) В =0,6.

Втрати теплоти Q₂ , кВт, трубопроводами, що проходять в неопалювальних приміщеннях, слід визначати за формулою:

Q₂ =  lq  10^-3, (6.6)

де l – довжини ділянок теплоізольованих трубопроводів різних діаметрів, що прокладені в неопалюваних приміщеннях;

q – нормована лінійна щільність теплового потоку теплоізольованого трубопроводу, Вт/м.

При виконанні курсового проекту можна прийняти, що розрахункова теплова потужність системи опалення дорівнює розрахунковим тепловим витратам будинку.

Результати розрахунку заносяться до таблиці теплового балансу.

Таблиця 6.3 –Тепловий баланс

Приміщення			Огородження									Qа, Вт	Qв, Вт	Q1, Вт
№	призначення	tв, 0С	позначення	орієнтація	%/w, м/с	розміри ахв м	площа А м2	к=/R, Вт/м20С	tв-tз, 0С	1+	n
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

7. Гідравлічний розрахунок трубопроводів системи опалення

Рекомендації щодо вибору та конструювання систем опалення містяться в роботах [4,5,6,7,8].

Аксонометрична схема прийнятої системи опалення повинна бути наведена в пояснювальній записці та на кресленні. На схемі зображуються всі повороти трубопроводів, скоби, качки, арматура, а також вказуються номери, теплова навантаженість та довжина розрахункових ділянок трубопроводів циркуляційних кілець. Розрахункова ділянка – це ділянка трубопроводу, в межах якої діаметр та витрата теплоносія не змінюється. Виняток складають стояки вертикальних однотрубних систем, де на розрахунковій ділянці можуть бути труби різного діаметру.

Циркуляційне кільце – це замкнений контур у системі опалення. Кількість циркуляційних кілець у двотрубній системі опалення дорівнює кількості опалювальних приладів.

Аксонометрична схема є основою для гідравлічного розрахунку теплопроводів.

Мета гідравлічного розрахунку трубопроводів системи опалення полягає у визначенні оптимальних діаметрів труб, при яких забезпечується стійке та надійне надходження розрахункової кількості теплоносія до всіх опалювальних приладів при визначеному завданням перепаді тиску теплоносія в подавальній та зворотній магістралях теплової мережі на вузлі вводу.

Завданням гідравлічного розрахунку є вибір мінімальних діаметрів труб на всіх ділянках мережі таким чином, щоб гідравлічний опір головного циркуляційного кільця не перевищував розрахункового циркуляційного тиску з запасом 5…10, а різниця гідравлічних опорів головного півкільця та кожного з інших півкілець не перевищувала 15[1].

Гідравлічний розрахунок трубопроводів виконується в такій послідовності:

1. Визначається головне циркуляційне кільце. Це кільце проходить через найбільш віддалений опалювальний прилад першого поверху. Головне кільце розбивається на розрахункові ділянки, починаючи з зворотної підводки найбільш несприятливо розташованого опалювального приладу по зворотному теплопроводі до вузла вводу і далі по подавальному теплопроводі до приладу.

2. Обчислюється розрахунковий циркуляційний тиск Р_рц, Па, для головного циркуляційного кільця за формулою:

, (7.1)

де – перепад тисків у магістралях теплової мережі на вводі, Па;

–коефіцієнт, що визначає частку максимального гравітаційного тиску, котру доцільно враховувати в розрахункових умовах; Б=0,4-0,5 – для двотрубних систем, Б=1,0 - для однотрубних систем;

- гравітаційний тиск, який створюється в системі за рахунок охолодження води в опалювальних приладах в розрахункових умовах, Па:

, (7.2)

де - прискорення вільного падіння. м/с²;

- вертикальна відстань від осі вузла вводу до осі опалювального приладу розрахункового кільця, м;

- відповідно густина охолодженої та гарячої води, кг/м³;

- відповідно температура води на вході у прилад та виході з приладу, ⁰С;

- гравітаційний тиск, що створюється за рахунок охолодження води в трубопроводах, Па, котрий визначається згідно з додатком 4 [7]. В системах опалення з нижньою розводкою не враховується.

3. Для кожної ділянки розрахункового кільця визначається витрата теплоносія , кг/г, за формулою:

, (7.3)

де - сумарна теплова потужність опалювальних приладів, які приєднані до i-тої ділянки теплопроводу, Вт;

с – питома масова теплоємність води (с=4,187 кДж/кг⁰С).

4. Визначається середнє значення питомої втрати тиску на тертя на 1м довжини трубопроводу, , Па/м:

, (7.4)

де к – частка втрат тиску на тертя, що складає для систем з природною циркуляцією 0,5, а для систем зі штучною циркуляцією – 0,65;

- сума довжин ділянок головного циркуляційного кільця, м.

Величина є наближеною. При виборі діаметрів труб для конкретних ділянок можуть застосовуватися величини більші або менші за.

5. Для кожної розрахункової ділянки головного циркуляційного кільця, орієнтуючись на за додатком Ж або табл.III.60 [4] відшукується витрата теплоносія та визначаються відповіднізначення діаметра трубопроводу, швидкості руху теплоносіяі фактичне значення питомої втрати на тертя.

6. Обчислюється розрахункова втрата тиску на тертя на ділянці .

7. Для кожної розрахункової ділянки головного циркуляційного кільця за дод.И або табл.III.65 [4] визначається сума коефіцієнтів місцевих опорів _i.

8. По швидкості руху теплоносія за дод. 7[7] або табл. III.64 [4] визначається значення динамічного тиску , Па:

. (7.5)

9. Обчислюється втрата тиску на подолання місцевих опорів , Па, на розрахунковій ділянці:

. (7.6)

Втрату тиску на подолання місцевих опорів можна також визначити за дод. К.

10. Для кожної розрахункової ділянки обчислюється повна втрата тиску , Па:

. (7.7)

11. Визначається повна втрата тиску в головному циркуляційному кільці , Па:

. (7.8)

12. Обчислюється запас тиску на гідравлічні опори, що не враховані в розрахунку:

(7.9)

Якщо запас тиску менше 5% або перевищує 10%, то необхідно відповідно збільшити або зменшити діаметри найбільш навантажених ділянок головного циркуляційного кільця.

Головне циркуляційне кільце приймається в подальших розрахунках за головне для гідравлічної ув’язки всіх інших кілець системи. Кожне циркуляційне кільце має точки, спільні з головним кільцем, де відбувається поділ або злиття потоків. Завдання подальшого розрахунку полягає у підборі діаметрів ділянок півкілець таким чином, щоб гідравлічні втрати в них дорівнювали втратам тиску між загальними точками на ділянках головного циркуляційного кільця.

Величина нев´язки в півкільцях визначається за формулою:

15%, (7.10)

де - втрата тиску в головному півкільці, котра дорівнює втраті тиску на ділянках, які не є спільними з малим півкільцем, Па;

- втрата тиску в малому півкільці, Па.

Якщо нев’язка складає більше за 15%, у ніжній частині стояка малого півкільця необхідно встановити додатковий місцевий опір (кран подвійного регулювання або дросельну діафрагму).

Діаметр отвору дросельної діафрагми розраховується за формулою:

,

де G – витрата теплоносія в стояку, кг/ч;

H_ш – потрібна витрата напору в шайбі, мм.

Діаметр отвору шайби округляється до 0,55 мм. З метою запобігання засміченню отвору мінімальний його діаметр приймається 3 мм.

Швидкість руху води в трубах не повинна перевищувати гранично припустимих значень (за умов безгучної роботи системи опалення), що наведені в п.3.25 [1].

Розрахункові дані гідравлічного розрахунку заносяться до табл. 7.1.

Таблиця 7.1 – Гідравлічний розрахунок теплопроводів системи опалення

Номер ділянки	Qп, Вт	G, кг/с	l, м	dу, мм	v, м/с	R, Па/м	Rl, Па		Рд, Па	z, Па	Р, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12