Гидравлический расчёт

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 = ? Ф пот -? Ф пост

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=?Ф0+?Фдоб
При этом потери теплоты определяем суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 100 Вт.

Ф =F/R0(tв - tн)(1+??)n=kF(tв - tн)(1-??)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-??) - 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 ?к = 0,81 Вт/(м*0 С); ?к= 0,51 м
Исходные данные для цементно-песчаной штукатурки стен ?шт = 0,93 Вт/(м*0
С); ?шт= 0,015 м.(для известково-песчаной штукатурки возможно применение
?шт = 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 Fcт= 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 0С/Вт) и Rн=0,043 (м2 0С/Вт) площадь пола S=279,104кв.м
Rо= Rв+Rн+? Ri где Ri = ?к /?к+ ?шт /?шт =0,51/0,81+0,015/0,81
Rо= 0,115+0,043 +0,015/0,81+0,51/0,81=0,806 м2 0С/Вт
Сопротивление теплопередаче двойных окон Rо=0,345 м2 0С/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 толщиной ?пл=0,035м, для которых по таблице ?к = 2,04 Вт/(м*0 С);
Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией выполненной из минеральной ваты толщиной ?ваты=0,14м, слоя гравия керамзитового ?кер=0,1м, и двух слоев рубероида толщиной ?руб=0,003м, для которых выбираем по таблице значения теплопроводности и значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и внешней поверхностей:
?ваты = 0,06 Вт/(м*0 С), ?руб = 0,17 Вт/(м*0 С), ?кер = 0,23 Вт/(м*0
С)
Rв= 0,132 (м2 0С)/Вт, Rн= 0,043 (м2 0С)/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 0С)/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 (?=1800кг/м3) толщиной ?кер=0,1м, теплопроводность которого находим по справочным данным таблицы 7 [1] ?кер
= 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 составляет Rн. пол –2,15, для второй –4,3 и для третьей 8,6. Для остальной части пола –14,2 (м2 0С)/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 0С)/Вт,
Сопротивление теплопередаче Rо пол (м2 0С)/Вт, для каждой из зон определяем по формуле Rу. пол= Rн. пол + ? /?
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=?Ф=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*?c(tв - tн)
Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м3/ч
? - плотность воздуха ?=1,2кг/м2 c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг оС
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 теплоты теряемый на нагрев наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, фрамуг, дверей и ворот определяется соотношением
Ф =Q*?c(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 115оС. 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 оС. tо=70 оС и на ней установлены две задвижки ?=0,7 и два гнутых отвода радиусом R=2d для которых ?=0,5
Расход теплоносителя определяем по соотношению Qт=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 ?Р=70Па/м и по приложению 2 находим среднюю плотность теплоносителя ?=970 кг/м3
Расчетный диаметр труб определим по соотношению d=0.263Q0.38/ (? ?Р) 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
?=0,014/ d 0.25 =0,014/0,0410.25=0,014/0,45=0,031
Сумму коэффициентов местных сопротивлений определяем по соотношению
??=2*0,7+2*0,5=2,4
Эквивалентная длина местных сопротивлений определяется по соотношению
Lэ= ??(d/?)=2,4*0,041/0,031=3,17м
Общая потеря давления в подающем и обратном теплопроводах
?Рс=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*?Q(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 ?=0,8
В= Qт/q ?=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) *?
Где k тр - коэффициент теплопередачи труб берется по таблице 1,4 (2) и ?- коэффициент учитывающий разводку труб(подающая линия - над потолком ?=0,25, вертикальный стояк ?=0,5, для обратной линии над полом ?=0,75 и для подводок к нагревательным приборам ?=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 ?=1. Для обратной линии, расположенной над полом ?=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.= ?*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=?*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) *? 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 ?1=1(нагревательные приборы установлены свободно у стены),
?2=1(трубы проложены открыто). Полагая, что под каждым окном ,будет установлено по одной чугунной ребристой трубе, находим по таблице
1,4kпр=5,8 Вт/(м2 *?С). Тогда по формуле (1.8) площадь поверхности нагрева приборов

Апр =(Фогр- Фтр) ?1 ?2 / kпр (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 *?.
Для этого определим для f=0.15 м2 (стояки и подводки диаметром трубы 20мм) и коэффициент ?=0,5 для вертикального стояка и для подводок к нагревательным приборам ?=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 ?=k эт *?4*?t
Где ?4= 1 и k эт=7,9 определено по приложениям 17 и 18
?t= (tтр - tв )=(95-70)/2-18=64,5
?=k эт *?4*?t=7,9*1*64,5=509,55=510Вт/ м2
Необходимая эквивалентная площадь поверхности нагрева радиаторов определяем по соотношению
F пр=(Фогр* ?2/ ? - F тр) ?1 ?3=(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/?l
Общая длина трубопроводов для выбранной схемы равна ?l=100м
Располагаемое циркуляционное давление в системе равно
Р=100*100=10000Па
Определяем среднюю потерю давления на трение
Rср=0,65Р/?l=0,65*10000/100=65Па/м
Для каждого из участков определяем расход теплоносителя по формуле
Qм=3,6Ф/4,19 ?t
И заносим результаты расчета в таблицу.
Главное циркуляционное кольцо
| | | | | | | | | | | |
|№ |Ф,Вт |Q кг/ч |l,м|d, |vм/|R,Па|Rl, |?? |Z,П|Ri+|
|уч-| | | |мм |с |/м |Па | |а |Z,П|
|ка | | | | | | | | | |а |
|1 |12800 |439,904| | | | | | | | |
| | |5 | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |

. Произвести расчет гидроэлеватора и тепловые потери для случая подключения помещения к существующей тепловой сети.