Гидравлический расчёт

Рефераты по теплотехнике » 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 = ΣФпот -ΣФпост

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 Fc т = 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 0 С/Вт) и Rн =0 043 (м2 0 С/Вт) площадь пола S=279 104кв.м

Rо =Rв +Rн +ΣRi 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 0 С/Вт

Сопротивление теплопередаче двойных окон Rо =0 345 м2 0 С/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 толщинойδпл =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 0 С)/Вт Rн = 0 043 (м2 0 С)/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 0 С)/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 составляетRн. пол –2 15 для второй –4 3 и для третьей 8 6. Для остальной части пола –14 2 (м2 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: F1 = F2 = 26 3*2=52.6м2 ; F3 = 26 3*1.2=31.56м2

Rу. пол2 0 С)/Вт

Сопротивление теплопередаче Rо пол2 0 С)/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 Qнормативный воздухообмен принимаемый равным Q =3м3

ρ - плотность воздуха ρ=1 2кг/м2

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 =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 115о 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 tп =95 о С. tо =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 соотношениюQт =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/ d0.25 =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. ) 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 η=0 8

В= Q т / 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/(м2 *˚ 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 4k пр =5 8 Вт/(м2 *˚ С). Тогда по формуле (1.8) площадь поверхности нагрева приборов

Апр =(Фогр - Фтр ) β1 β2 /k пр (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 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/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

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