Курсовая работа

по дисциплине источники и системы теплоснабжения

Задание на выполнение курсовой работы:

Расчитать систему теплоснабжения для выбранного генерального плана предприятия:

Тепловая мощность системы отопления определяется из уравнения теплового баланса

Ф со = 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

Отметим, что поток теплоты(Вт) теряемой помещением, складывается из основных потерь теплоты через все его наружные ограждения Ф 0 и добавочных теплопотерь Ф доб

Ф = Σ Ф 0 + Σ Ф доб

При этом потери теплоты определяем суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 100 Вт.

Ф =F/R 0 (t в - t н )(1+ Σβ )n=kF(t в - t н )(1- Σβ )n

Где F- расчетная площадь ограждения, k - коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции; R 0 - сопротивление теплопередачи данной ограждающей конструкции; t в - t н - 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/R 0 (t в - t н )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 λ к = 0,81 Вт/(м* 0 С); δ к = 0,51 м

Исходные данные для цементно-песчаной штукатурки стен λ шт = 0,93 Вт/(м* 0 С); δ шт = 0,015 м.(для известково-песчаной штукатурки возможно применение λ 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 F cт = 11*1,2*1,8=23,76кв.м

Площадь поверхности наружных стен

26,3*3,6

F= 2ab-F с =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 (м 2 0 С/Вт) и R н =0,043 (м 2 0 С/Вт) площадь пола S=279,104кв.м

R о = R в + R н + Σ R i где R i = δ к / λ к + δ шт / λ шт =0,51/0,81+0,015/0,81

R о = 0,115+0,043 +0,015/0,81+0,51/0,81=0,806 м 2 0 С/Вт

Сопротивление теплопередаче двойных окон R о =0,345 м 2 0 С/Вт

Следовательно теплопотери через наружные стены определяются

Ф=F/R 0 (t в -t н )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 Ф доб ст составляют: для первой 10%, второй 10%, третьей 5% и четвертая 0% от основных теплопотерь, которые необходимо добавить к последним.

Ф доб ст =25467*0,25=6367Вт. Таким образом, с учетом дополнительных теплопотерь через наружние стены получим

Ф доб =25467+6367=31833Вт

ПЕРЕКРЫТИЯ

Перекрытие имеет площадь S=273.5 кв.м. и состоит из железобетонных плит толщиной δ пл =0,035м, для которых по таблице λ к = 2,04 Вт/(м* 0 С); Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией выполненной из минеральной ваты толщиной δ ваты =0,14м, слоя гравия керамзитового δ кер =0,1м, и двух слоев рубероида толщиной δ руб =0,003м, для которых выбираем по таблице значения теплопроводности и значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и внешней поверхностей:

λ ваты = 0,06 Вт/(м* 0 С), λ руб = 0,17 Вт/(м* 0 С), λ кер = 0,23 Вт/(м* 0 С)

R в = 0,132 (м 2 0 С)/Вт, R н = 0,043 (м 2 0 С)/Вт,

Исходя из этих данных получим для сопротивления теплопередаче перекрытия

R о 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 (м 2 0 С)/Вт,

Теплопотери через перекрытия находим по соотношению

Ф =F/R 0 (t в - t н )n

Принимаем поправочный коэффициент n =0,9 как для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов

Ф пер = (1/2,975)*273,5*(16+18)*0,9=282.9 вт

ПОЛЫ

Полы выполнены из керамзитобетона (ρ=1800кг/м 3 ) толщиной δ кер =0,1м, теплопроводность которого находим по справочным данным таблицы 7 [1] λ 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 R н. пол –2,15, для второй –4,3 и для третьей 8,6. Для остальной части пола –14,2 (м 2 0 С)/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 = F 2 = 26,3*2=52.6м 2 ; F 3 = 26,3*1.2=31.56м 2

R у. пол (м 2 0 С)/Вт,

Сопротивление теплопередаче R о пол (м 2 0 С)/Вт, для каждой из зон определяем по формуле R у. пол= R н. пол + δ / λ

Зона 1 R у. пол= 2,15+ 0,1/0,92=2,15+0,11=2,26

Зона 2 R у. пол= 4,3+ 0,1/0,92=2,15+0,11=4,44

Зона 3 R у. пол= 8,6+ 0,1/0,92=2,15+0,11=8,71

Суммарные теплопотери по всем зонам пола

Ф п =F/R 0 (t в - t н )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= Σ 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 *ρ c(t в - t н )

Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м 3 /ч

ρ - плотность воздуха ρ=1,2κ г/м 2

c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг о С

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 =q в* V * (t в - t н )

Где q в 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 =q в* V * (t в - t н )*а

Где q от, V, а - удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13,, объем помещения, поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности температур а=0,54+22/(t в - t н ) =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*W исп

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 *ρ c(t в - t н )*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

Ф от =34485,9+9306,11+9299,68-5743,5-2653 = 44695Вт

Из которой на первый этаж (полуподвальное помещение) приходится Ф от1 = 20000Вт

И на производственное помещение второго этажа Ф от2 = 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 115 о С. 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 t п =95 о С. t о =70 о С 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 Q т =3,6 * Ф/4,19( t п - t о )

Q т =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/м 3

Расчетный диаметр труб определим по соотношению d=0.263 Q 0.38 / (ρ ΔΠ ) 0.19

=0.263*1,53 0.38 /(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 =0,014/0,041 0.25 =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= Σ ζ( d /λ)=2,4*0,041/0,031=3,17μ

Общая потеря давления в подающем и обратном теплопроводах

ΔΠ с=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

Q т =3,6 * Σ Q(t в - t о.п. ) 24n о.п / (t в - t н ) =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= Q т /q η=968/(0,8*85,6)=14,1ς .куб.м.

Определяем поверхность нагрева и осуществляем подбор нагревательных приборов системы водяного отопления.

  • Для полуподвального помещения (1 этаж) схемы. Ф от1 = 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

Ф пм =А тр k тр (t тр - t в ) * 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(d у =32мм) и длиной l=25м

l

d

А п.м. =А о.м. = π * d * l=3,14*0,043*25=3,38м 2 .

Площадь поверхности шести подводок (по две на прибор) диаметром 26,8 мм(d у =20мм) и длиной 0,8 м каждая А под =π * d * l=6*3,14*0,0268*0,8=0,4м 2 .

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/(м 2 * ˚ С).Коэффициент теплопередачи обратной магистрали для разности между температурой воды и температурой воздуха 70-18=52 ˚ С

k= 11,6 Вт/(м 2 * ˚ С), а для подводок при средней разности температур (95+70)/2-18=64,5 ˚ С k= 14 Вт/(м 2 * ˚ С), тогда по формуле

Ф пм =А тр k тр (t тр - t в ) * η

для подающей магистрали

Ф п.м. =3,38*13,4(95-18)=3482Вт

Для обратной магистрали

Ф о.м. =3,38*11,6(70-18)=2038Вт

для подводок

Ф под =0,4*14((95+70/2)-18)=361Вт

Суммарный поток теплоты от всех трубопроводов Ф тр =3482+2038+361=5881 Вт

Принимаем β 1 =1(нагревательные приборы установлены свободно у стены), β 2 =1(трубы проложены открыто). Полагая, что под каждым окном ,будет установлено по одной чугунной ребристой трубе, находим по таблице 1,4 k пр =5,8 Вт/(м 2 * ˚ С). Тогда по формуле (1.8) площадь поверхности нагрева приборов

А пр =(Ф огр - Ф тр ) β 1 β 2 / k пр (t тр - t в ) = (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 м 2 (см.табл.5,2).Число таких труб n=38/4≈10

Под каждым окном устанавливается по одной ребристой трубе!

 

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 м 2 (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 м 2

Теплоотдачу 1 м 2 м находим по соотношению φ=k эт * β 4 *Δ t

Где β 4 = 1 и k эт =7,9 определено по приложениям 17 и 18

Δ t= (t тр - t в )=(95-70)/2-18=64,5

φ= k эт * β 4 *Δ t=7,9*1*64,5=509,55=510Вт/ м 2

Необходимая эквивалентная площадь поверхности нагрева радиаторов определяем по соотношению

F пр =(Ф огр* β 2 / φ - F тр ) β 1 β 3 =(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

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,Вт

Q кг/ч

l,м

d, мм

vм/с

R,Па/м

Rl, Па

Σζ

Z,Па

Ri+Z,Па

1

12800

439,9045

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сайт управляется системой uCoz