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.