Каталог :: Теплотехника

Курсовая: 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 = Σ Ф пот -Σ 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=ΣФ0+ΣФдоб 
При этом потери теплоты определяем суммируя потери теплоты через отдельные
ограждающие конструкции с округлением до 100 Вт.
Ф =F/R0(tв - tн)(1+Σβ)n=kF(tв - tн)(1-Σβ)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-Σβ) - 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 λк =  0,81 Вт/(м*0 С); δк= 0,51 м
Исходные данные для цементно-песчаной штукатурки стен λшт =
0,93 Вт/(м*0 С); δшт= 0,015 м.(для
известково-песчаной штукатурки возможно применение λшт =  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 R
в=0,115 (м2   0С/Вт) и Rн=0,043 (м2   0
С/Вт) площадь пола S=279,104кв.м
Rо= Rв+Rн+Σ Ri где Ri 
= δкк+ δштшт 
=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 δпл=0,035м, для которых по таблице λк 
=  2,04 Вт/(м*0 С); Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией
выполненной из минеральной ваты толщиной δваты=0,14м, слоя
гравия керамзитового δкер=0,1м, и двух слоев рубероида толщиной
δруб=0,003м, для которых выбираем по таблице значения
теплопроводности и  значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и
внешней поверхностей:
λваты =  0,06 Вт/(м*0 С), λруб =
0,17 Вт/(м*0 С), λкер =  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 (ρ=1800кг/м3) толщиной
δкер=0,1м, теплопроводность которого находим по справочным
данным  таблицы 7 [1] λкер =  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 (м
2 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: F
1= F2= 26,3*2=52.6м2; F3= 26,3*1.2=31.56м
2
Rу. пол2 0С)/Вт,
Сопротивление теплопередаче Rо пол2 0С)/Вт, для каждой
из зон определяем по формуле Rу. пол= Rн. пол + δ
/λ
     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=ΣФ=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*ρc(tв - tн)
Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м3/ч
ρ - плотность воздуха ρ=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*ρc(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 ζ=0,7 и два гнутых отвода радиусом R=2d  для которых  ζ=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 ΔР=70Па/м и по приложению 2 находим
среднюю плотность теплоносителя ρ=970 кг/м3
Расчетный диаметр труб определим по соотношению d=0.263Q0.38/ (ρ
ΔР) 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
λ=0,014/ d 0.25 =0,014/0,0410.25=0,014/0,45=0,031
Сумму коэффициентов местных сопротивлений определяем по соотношению
Σζ=2*0,7+2*0,5=2,4
Эквивалентная длина местных сопротивлений определяется по соотношению
Lэ= Σζ(d/λ)=2,4*0,041/0,031=3,17м
Общая потеря давления в подающем и обратном теплопроводах
ΔРс=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*ΣQ(tв - tо.п.) 24n
о.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 η=0,8
     В= Qт/q η=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
Фпмтр k тр(tтр - tв) *η
Где k тр -  коэффициент теплопередачи труб берется по таблице
1,4 (2) и η-коэффициент учитывающий разводку труб(подающая линия - над
потолком η=0,25, вертикальный стояк η=0,5, для обратной линии над
полом η=0,75 и для подводок к нагревательным приборам η=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  η=1. Для обратной
линии, расположенной над полом η=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.о.м.= π*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/(м
2 *˚С), тогда по формуле
Фпмтр k тр(tтр - tв) *η
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 β1=1(нагревательные приборы установлены свободно у
стены), β2=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) β1 β
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 *η.
Для этого определим для f=0.15 м2 (стояки и подводки  диаметром трубы
20мм) и коэффициент η=0,5 для вертикального стояка  и для подводок к
нагревательным приборам η=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 φ=k эт4*Δt
Где β4= 1  и k эт=7,9 определено по приложениям 17 и 18
Δt= (tтр - tв )=(95-70)/2-18=64,5
φ=k эт4*Δt=7,9*1*64,5=509,55=510Вт/ м2
Необходимая эквивалентная площадь поверхности нагрева радиаторов определяем
по соотношению
F пр=(Фогр* β2/ φ - F тр
) β1 β3=(24000*1/510-4.97)*1.02*1.05=45,07 м
2
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/Σl
Общая длина трубопроводов для выбранной схемы равна Σl=100м
Располагаемое  циркуляционное давление в системе равно
Р=100*100=10000Па
Определяем среднюю потерю давления на трение
Rср=0,65Р/Σl=0,65*10000/100=65Па/м
Для каждого из участков определяем расход теплоносителя по формуле
Qм=3,6Ф/4,19 Δt
И заносим результаты расчета в таблицу.
Главное циркуляционное кольцо
     

уч-ка

Ф,ВтQ кг/чl,мd, ммvм/сR,Па/мRl, ПаΣζZ,ПаRi+Z,Па

1

12800439,9045
· Произвести расчет гидроэлеватора и тепловые потери для случая подключения помещения к существующей тепловой сети.