Разработка комплекса мероприятий для жилых зданий и тепловых сетей города

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Факультет промышленной энергетики ПЭ V-2

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу: “Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях”

Разработка комплекса мероприятий для жилых зданий и тепловых сетей города

2010

Содержание

1. Теплотехнический расчет

2. Расчет теплопотерь за счет инфильтрации

3. Расчет теплопотерь за счет теплопередачи через ограждения

4. Расчет и подбор кондиционера

5. Выбор трубной разводки системы отопления

6. Дополнительные меры по энергосбережению в жилых зданиях

7. Альтернативные источники тепло и электроэнергии

8. Технико-экономическая оценка энергосберегающих мероприятий

10. Бизнес-план

Список литературы

1. Теплотехнический расчет

Для определения коэффициента теплопередачи через ограждающие конструкции необходимо знать термическое сопротивление теплопередаче. Руководствуясь СНиП II-3-79 (1998) “Строительная теплотехника” термическое сопротивление теплопередаче должно быть больше или равно требуемому сопротивлению теплопередаче. Последнее может быть определено исходя из условий санитарно-гигиенических норм, а также исходя из более жестких условий энергосбережения (в зависимости от ГСОП).

Наружные перекрытия.

Требуемое значение сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим нормам Rо. тр. находим по формуле:

где tв - расчётная температура воздуха в помещении, принимаем tв = 18 oC, так как температура наружного воздуха выше чем - 31 оС;

tн - расчётная зимняя температура наружного воздуха, принимаемая по таблице 1 [3] tн=-37 оС;

n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху, принимаем по таблице 3* [1] n = 1;

Δtн - нормируемый температурный перепад, принимаем по таблице 2* [1] Δtн=4 оС;

(м2∙єС) /Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче при существующей конструкции можно определить, как:

где αв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаем по таблице 4* [1] αв = 8,7 Вт/ (м2∙єС);

αн - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаем по таблице 6* [1] αн = 23 Вт/ (м2∙єС);

δш. н. - толщина наружного слоя штукатурки, δш. н. = 0,02м;

δш. в. - толщина внутреннего слоя штукатурки, δш. в. = 0,015м;

δшпб - толщина материала наружных стен - Шлакопемзопонобетона, δшпб = 0,42м;

λш - теплопроводность штукатурки, принимаем по приложению 3 [1] λш = 0,93 Вт/ (м∙єС);

λкб - теплопроводность Шлакопемзопонобетона, принимаем по приложению 3 [1] λкб = 0,63 Вт/ (м∙єС);

Согласно новым нормам к наружным перекрытиям применяются более жесткие нормы по термическому сопротивлению, которое принимается в зависимости от ГСОП.

Величина градусо-суток отопительного периода (ГСОП):

ГСОП= (tв-tср. оп.) ∙Zо. п.,

где tср. оп. - средняя температура отопительного периода, принимаем по таблице 1 [3] tср. оп. = - 8,7 оС;

Zо. п. - продолжительность отопительного периода, принимаем по по таблице 1 [3] Zо. п = 221 суток;

ГСОП = (20 - (-8,7)) ∙221 = 6342,7 0С·сут.

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче по ГСОП для наружных стен можно определить как:

При таком термическом сопротивлении требуемая толщина стенки получилась бы недопустимо большой (более 2 метров). Таким образом, необходимо использовать теплоизоляционный слой, что позволит уменьшить общую требуемую толщину стенки.

Толщину тепловой изоляции можно рассчитать как:

где λиз-теплопроводность теплоизоляции ISOVER, принимаем

λиз = 0,037 Вт/ (м∙єС);

Окончательно принимаем δиз = 0,105 м.

жилое здание энергосбережение тепловой

Определим фактическое сопротивление теплопередаче по условиям ГСОП при стандартной толщине тепловой изоляции:

Конструкция наружной стены представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Конструкция наружной стены (слева направо: штукатурка, теплоизоляция ISOVER, шлакопемзопонобетона плотностью 1600 кг/м3, штукатурка).

Чердачного перекрытия.

Требуемое значение сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим нормам Rо. тр. находим по формуле:

где Δtн - нормируемый температурный перепад, принимаем по таблице 2* [1] Δtн=3 оС;

(м2∙єС) /Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче при существующей конструкции можно определить, как:

где - толщина штукатурки, . = 0,02м; - толщина пемзобетона, = 0,22м; - толщина рубероида, = 0,002м (берём два слоя); - толщина пемзы шлаковой, = 0,15м; - толщина доски, =0,02м; - теплопроводность штукатурки = 0,93 Вт/ (м∙єС); - теплопроводность пемзобетона, = 0,68 Вт/ (м∙єС); - теплопроводность рубероида,= 0,17Вт/ (м∙єС); - теплопроводность пемзы шлаковой, =0,26Вт/ (м∙єС); - теплопроводность доски, =0,18Вт/ (м∙єС);

Требуемое термическое сопротивление теплопередаче по ГСОП для чердачного перекрытий можно определить как:

Толщину тепловой изоляции можно рассчитать как:

где λиз - теплопроводность теплоизоляции ISOVER, принимаем λиз = 0,037 Вт/ (м∙єС);

Окончательно принимаем δиз = 0,15 м.

Конструкция чердачного перекрытия представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Чердачное перекрытие.

Теплотехнический расчет приведен в таблице 1.

Таблица 1. Теплотехнический расчет.

№, п/п	Наименование	Обозна-чение	Размер-ность	Численное значение
	Климатологические данные г. Новгорода
1	температура внутри помещения	tво	0С	20
2	среднеотопительная температура	tср. о.	0С	-8,7
3	температура холодного месяца	tх. м.	0С
4	температура наружная отопительного периода	tн. о.	0С	-37
5	температура наружная на вентиляцию	tн. в.	0С	-24
6	продолжительность отопительного периода	n	суток	221
7	зона влажности	-	-	С
8	условие эксплуатации ограждающих конструкций	-	-	Б

9	теплоотдача от внутреннего воздуха к стенке	вн	Вт/м2*0С	8,7
10	для наружных стен	н	Вт/м2*0С	23
11	для чердачных и надподвальных перекрытий	н	Вт/м2*0С	12
12	толщина шлакопемзобетона	xш. п. б.	м	0,42
13	теплопроводность шлакопемзобнтона	ш. п. б.	Вт/м*0С	0,63
14	теплопроводность изоляции (изовер)	изол.	Вт/м*0С	0,037
15	теплопроводность штукатурки	шт.	Вт/м*0С	0,93
16	нормируемая разность температур для наружных стен	tн	0С	4
17	нормируемая разность температур для чердаченого перекрытия	tн	0С	3
18	толщина штукатурки с внутренней стороны	в	м	0,015
19	толщина штукатурки с внешней стороны	н	м	0,02
Теплотехнический расчет наружных стен
без изоляции
20	требуемое термическое сопротивление	R0тр	м2*0С/Вт	1,638
21	фактическое требуемое термическое сопротивление	Rф	м2*0С/Вт	0,863
с изоляцией
22	градусо-сутки отопительного периода	ГСОП	0С*сут.	6342,7
23	требуемое термическое сопротивление по ГСОП	Rгсоптр	м2*0С/Вт	3,620
24	толщина тепловой изоляции	xизол.	м	0,100
23	фактическое требуемое термическое сопротивление	Rфтр	м2*0С/Вт	3,565
Теплотехнический расчет чердачного перекрытия
без изоляции
25	толщина пемзобетона	xз. б.	м	0,22
26	теплопроводность пемзобетона	з. б.	Вт/м*0С	0,68
27	толщина руберойда	xр.	м	0,002
28	теплопроводность руберойда	р.	Вт/м*0С	0,17
29	толщина пемзы шлаковой	xп. ш.	м	0,15
30	теплопроводность пемзы шлаковой	п. ш.	Вт/м*0С	0,260
31	толщина доски	xд.	м	0,02
32	теплопроводность доски	д.	Вт/м*0С	0,180
33	требуемое термическое сопротивление	R0тр	м2*0С/Вт	2,184
34	фактическое требуемое термическое сопротивление	Rф	м2*0С/Вт	1,255
с изоляцией
35	требуемое термическое сопротивление по ГСОП	Rгсоптр	м2*0С/Вт	4,754
36	толщина тепловой изоляции	xизол.	м	0,130
35	фактическое требуемое термическое сопротивление	RгсопФ	м2*0С/Вт	4,768
	Для окон и балконых дверей
37	фактическое требуемое термическое сопротивление по ГСОП	Rфтр	м2*0С/Вт	0,659
Коэффициент теплопередачи (с изоляцией)
38	коэффициент теплопередачи для стен	Кст.	Вт/м2*0С	0,280
39	коэффициент теплопередачи для окон и балконых дверей	Кок. бал.	Вт/м2*0С	1,560
40	коэффициент теплопередачи для чердачного перекрытия	Кч. пр.	Вт/м2*0С	0,210
Коэффициент теплопередачи (без изоляцией)
41	коэффициент теплопередачи для стен	Кст.	Вт/м2*0С	1,159
42	коэффициент теплопередачи для окон и балконых дверей	Кок. бал.	Вт/м2*0С	2,500
43	коэффициент теплопередачи для чердачного перекрытия	Кч. пр.	Вт/м2*0С	0,797

Внутренняя стена.

Фактическое сопротивление теплопередаче при существующей конструкции можно определить, как:

где δш. в. - толщина слоя штукатурки, δш. в. = 0,015м;

δкб - толщина материала наружных стен (шлакопемзопонобетон), δкб = 0,12м;

Конструкция внутренней стены представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Конструкция внутренней стены (сверху вниз: штукатурка, шлакопемзопонобетон плотностью 1600 кг/м3, штукатурка).

2. Расчет теплопотерь за счет инфильтрации

Расчет расхода теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха необходимо определять отдельно для помещений с различной внутренней температурой воздуха, а также раздельно для окон и балконных дверей. Расчет ведем в соответствии с рекомендациями.

Температуру воздуха внутри помещений определим исходя из приложения 4 [2] для первого этажа здания: жилые комнаты (1-4): ; кухня: ; ванная совмещенная: ; туалет: ; Прихожая:

Определим расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна (деревянной конструкции) в комнате с температурой внутреннего воздуха 20 oC:

Qок.20 = 0,28 G c (tв - tн) k,

где c - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/ (кгЧ°С);

tв, tн - расчетные температуры воздуха соответственно в помещении, ; наружного воздуха в холодный период, ;

k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами;

G - расход инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещения;

Gi = 0,216 Fок Dpок0,67 /Ru,

где Fок - суммарная площадь ограждающих конструкций окон помещения, определим как:

м2;

Ru - нормативное сопротивление воздухопроницанию, принимаем Ru = 0,13 м2ЧчЧПа/кг; Dpок - расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, определим как:

где pi - давление на внешней поверхности наружного ограждения;

pо - условное давление в верхней точке с заветренной стороны здания;

где H - высота здания от уровня земли до карниза, H = 33м;

ρн - плотность наружного воздуха, определим как:

;

ρв - плотность наружного воздуха, определим как:

;

Cн - коэффициент для наветренной стороны здания, Cн = 0,8;

Cз - коэффициент для заветренной стороны здания, Cз = - 0,6;

Kт - коэффициент, учитывающий динамическое давление ветра в зависимости от высоты здания и рельефа местности, определяются по таблице 6 [5] Kт = 1,0125;

w - средняя скорость ветра, принимаем по таблице 1 [3], w = 6,6 м/c;

;

где h - расстояние от уровня земли до верха окна или двери, h = 75 м;

;

Аналогично проводим расчет для других помещений, имеющих окна и балконные двери, при существующей конструкции здания и конструкцией по условиям энергосбережения. Для окон с двухкамерным стеклопакетом из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном принимаем нормативное сопротивление воздухопроницанию Ru = 0,26 м2ЧчЧПа/кг. Расчет сводим в таблицу 2.

Таблица 2. Сводная таблица расчета теплопотерь за счет инфильтрации.

Помещение	Температура наружного воздуха, tн	Температура внутреннего воздуха, tв	Плотность наружного воздуха, ρн	Плотность внутреннего воздуха, ρв	Площадь окон и балконных дверей, Fок	Нормативное сопротивление воздухопроницанию, Ru	Давление на внешней поверхности наружного ограждения, Pi	Условное давление в верхней точке с заветренной стороны здания, Po	Расчетная разность между давлениями, Δ P	Расход инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещения, G	Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, Q
Для существующей конструкции
Комната 1	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,130	36,582	132,990	-96,408	129,396	-1652,125
Комната 2	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,130	36,582	132,990	-96,408	129,396	-1652,125
Комната 3	-37	20	1,496	1, 205	2,614	0,130	36,582	132,990	-96,408	92,734	-1184,023
Для конструкции по условиям энергосбережения
Комната 1	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,260	36,582	132,990	-96,408	64,698	-826,063
Комната 2	-37	20	1,496	1, 205	3,648	0,260	36,582	132,990	-96,408	64,698	-826,063
Комната 3	-37	20	1,496	1, 205	2,614	0,260	36,582	132,990	-96,408	46,367	-592,011

Поскольку на первом этаже имеется также кухня и уборные, необходимо учесть потери теплоты инфильтрацией, связанные с работой систем вентиляции. Определим расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, связанного с работой систем вентиляции для кухни:

где V - объемный расход воздуха за 1 час в помещении, для кухни принимаем V = 90 м3/ч;

Аналогично проводим расчет для ванной и санузла, расчет приведен в таблице 3.

Таблица 3. Сводная таблица расчета теплопотерь за счет инфильтрации, связанных с работой вентиляции.

Помещение	Температура наружного воздуха, tн	Температура внутреннего воздуха, tв	Плотность внутреннего воздуха, ρв	Объемный расход воздуха за 1 час в помещении, V	Расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, связанного с работой систем вентиляции, Qв
Для существующей конструкции
Кухня	-37	17	1,217	90	1325,138
Ванная	-37	27	1,177	50	843,435
Таулет	-37	18	1,213	50	747,244
Для конструкции по условиям энергосбережения
Кухня	-37	17	1,217	90	1325,138
Ванная	-37	27	1,177	50	843,435
Таулет	-37	18	1,213	50	747,244