Гидравлический расчёт

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.