Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Северо-Кавказский государственный технический университет
Методические указания
к выполнению контрольной работы для студентов
по дисциплине
«Теплоснабжение и вентиляция»
Кисловодск 2016
Методические указания к контрольной работе составлены в соответствии с программой по дисциплине «Теплоснабжение и вентиляция» для студентов.
В них приводятся задания и методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Теплоснабжение и вентиляция» на тему: «Теплоснабжение жилого района», а также даны рекомендации по расчету тепловых нагрузок жилого района по укрупненным показателям по всем видам теплопотребления, приведена методика расчета трубопровода теплотрассы и определение годовых расхода тепла и топлива на теплоснабжение жилого района.
Составители: Плевако С.Р.
Методические указания к контрольной работе составлены в соответствии с программой по дисциплине «Теплоснабжение и вентиляция».
Контрольная работа выполняется с использованием содержания этой дисциплины, а так же общенаучных дисциплин «Физика», «Термодинамика».
Целью выполнения контрольной работы является выработка у студентов практического навыка теплотехнических расчетов по системам теплоснабжения.
Задачей контрольной работы является выполнение расчета теплоснабжения жилого района с использованием укрупненных показателей на основе индивидуального задания характеристик жилого района и места строительства.
Формулировка контрольной работы и ее объем
1.1. Произвести расчет системы теплоснабжения жилого района для чего выполнить следующие виды расчетов:
– расчет максимальных тепловых нагрузок по всем видам теплопотребления (отопление, вентиляция и горячее водоснабжение) с использованием укрупненных показателей;
– расчет подающего трубопровода теплотрассы от котельной до жилого района (гидравлический расчет, расчет на прочность и расчет толщины изоляции). Выполнить в масштабе эскиз узла теплотрассы и изоляции трубопровода на листе А4;
– расчет годового расхода тепловой энергии и топлива на теплоснабжение жилого района с учетом потерь в теплосетях и собственных нужд котельной, а так же выбор основного оборудования котельной.
1.2. Контрольная работа выполняется на основе индивидуальных исходных данных, которые выбираются студентом из таблиц 1 и 2 в соответствии с индивидуальным шифром задания. Шифр задания на контрольную работу выдается каждому студенту преподавателем и состоит из двух цифр. Первая цифра означает номер строки в таблице 1, а вторая – в таблице 2.
Таблица 1 – Характеристика жилого района
| № п/п | Число жителей района, чел. | Распределение жилых зданий по объему в % от общего объема жилых зданий | Средний объем общественного здания, м 3 | ||||
| Средний объем жилого здания, м 3 | |||||||
Таблица 2 – Характеристика теплотрассы и район строительства
| № п/п | Район строительства (город) | Характеристика теплотрассы | Вид топлива | |
| длина, м | Способ прокладки | |||
| Волгоград Казань Махачкала Москва Ростов н/д Сочи Ставрополь Томск Хабаровск Чита | подземная бесканальная надземная подземная канальная надземная подземная канальная подземная бесканальная надземная подземная канальная надземная подземная канальная | Каменный уголь Мазут Газ Бурый уголь Каменный уголь Мазут Газ Каменный уголь Бурый уголь Каменный уголь |
Общие требования к выполнению контрольной работы
При выполнении контрольной работы необходимо выполнять следующие условия:
- выписать условия задания и исходные данные с указанием номера варианта;
- выполнение задания сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они взяты;
- работа должна иметь список использованной литературы;
- оформленная работа должна иметь титульный лист и скреплена;
- при оформлении работы руководствоваться стандартом.
3. Рекомендации по организации работ над контрольной работой и
примерный календарный план ее выполнения
3.1. Расчет максимальных тепловых нагрузок жилого района по всем видам теплопотребления.
3.1.1. Расчет максимальной тепловой нагрузки на отопление жилых и общественных зданий.
Расход тепла на отопление равен величине тепловых потерь зданий и сооружений через наружные ограждения, определяемых при минимальной расчетной температуре наружного воздуха. Тепловые потери конкретных зданий определяются расчетом теплопередачи через наружные ограждения, а в общем случае для приближенных расчетов тепловые потери могут определяться по величине строительного объема данного здания (Vi) из уравнения:
 , Вт.
| (1) |
Зная величину тепловых потерь по каждому зданию, можно определить максимальную тепловую нагрузку жилого района на отопление.
 , Вт.
| (2) |
Величины, входящие в уравнение (1), определяются следующим образом: m – коэффициент инфильтрации, учитывающий расход тепла на подогрев воздуха, поступающего в здание путем инфильтрации через неплотности в ограждениях, определяется по формуле
 ,
| (3) |
где: H – свободная высота здания (высота этажа): для жилых зданий H = 2,6-3,0 м; для общественных – H = 3,5 - 4,2 м; 
; 
– наружная и внутренняя (отдельно для жилых и общественных зданий) расчетная температура воздуха по шкале Кельвина, К; wв – средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца в районе строительства, м / с определяется по приложению 1; q0i – удельная отопительная характеристика данного здания при 
° C, Вт / м 3· К. Для типовых жилых зданий, обусловленных заданием, величина q0i определяется по уравнению
 .
| (4) |
Для общественных зданий удельная отопительная характеристика определяется из уравнения
 ,
| (5) |
где: q 
– нормативный коэффициент для отопительной характеристики общественного здания, Вт / м 2· К, принимаемый от вида общественного здания по таблице приложения 2; а – поправочный коэффициент, учитывающий действительное значение расчетной температуры наружного воздуха (
), определяется по приближенной формуле
 ,
| (6) |
где: 
берется со знаком по шкале Цельсия; 
– расчетная температура внутреннего воздуха в жилых и общественных зданиях, ° С.
Для жилых зданий принятых типовых объемов 
° С, для типовых общественных зданий определяется по приложению 2; – расчетная температура наружного воздуха для отопления, ° С (средняя наиболее холодная пятидневка). может быть определена из приложения 1, СНиП [9] или литературных данных [1-5] по заданному району строительства; 
– строительный объем каждого отдельного здания, м 3. Строительные объемы и число зданий каждого типа определяются отдельно для жилых и общественных зданий.
Число жилых зданий каждого типа определяется делением суммарного объема зданий данного типа на объем одного здания ( =3000 м 3; 5000 м 3 и т.д.). Суммарный объем зданий каждого типа определяется как доля от общего объема всех жилых заданий по заданию. Суммарный объем всех жилых зданий определяется как произведение числа жителей района на норму полезной жилой площади (12 м 2 на 1 жит.) и на пересчетный коэффициент (6 м 3 на 1 м 2 жил. площади).
Номенклатура и объем общественных зданий определяются по данным СниП, исходя из норм, приходящихся на 1000 жителей (приложение 2). Количество общественных зданий каждого типа определяется подбором соответствующего числа зданий в заданных пределах (приложение 2) до обеспечения требуемого объема, с учетом заданного среднего объема общественного здания.
3.1.2. Расчет максимальной тепловой нагрузки на вентиляцию общественных зданий.
Расход тепла на вентиляцию равен количеству тепла, затрачиваемому
на подогрев наружного воздуха, подаваемого извне для вентиляции зданий и отдельных помещений.
Определение расхода тепла на вентиляцию отдельного здания производится при минимальной расчетной температуре наружного воздуха на вентиляцию по уравнению теплового баланса для всего объема воздуха, подаваемого на вентиляцию, а для приближенных расчетов тепловая нагрузка на вентиляцию может определяться по величине строительного объема данного здания с помощью укрупненных показателей из формулы
 , Вт.
| (7) |
Величины, входящие в формулу (7), определяются следующим образом: 
– удельный расход тепла на вентиляцию данного здания (удельная вентиляционная характеристика здания), Вт / м 3 K, определяется аналогично отопительной характеристике по справочным таблицам в литературе или по приложению 2; – строительный объем здания, определяемый по наружному периметру, м 3; 
– расчетная температура внутреннего воздуха в здании, ° С, определяется так же, как и для отопления; 
– расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, ° С, определяется по приложению 1, СНиП 11-А6-72 и литературным данным в зависимости от района строительства.
Величина задается выше 
с целью снижения расхода на вентиляцию. В период когда 
, расход тепла на вентиляцию сохраняется постоянным, равным расчетной величине 
, за счет сокращения величины кратности воздухообмена.
Расход тепла на вентиляцию жилых зданий, не имеющих специальной приточной системы, отдельно не учитывается и включается в величину удельной отопительной характеристики здания – 
.
Расход тепла на вентиляцию общественных зданий определяется по
каждому зданию отдельно и суммарная максимальная тепловая нагрузка на вентиляцию общественных зданий определяется по формуле:
 , Вт (МВт).
| (8) |
3.1.3. Расчет максимальной тепловой нагрузки на горячее водоснабжение.
Расход тепла на горячее водоснабжение определяется количеством тепла, затрачиваемого на подогрев холодной водопроводной воды, используемой для нужд бытового горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.
Определение средней тепловой нагрузки на горячее водоснабжение производится по нормам расхода воды на одного жителя из формулы:
 , Вт (МВт).
| (9) |
Максимальная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилого района определяется по формуле:
 , Вт.
| (10) |
Величины, входящие в формулы (9) и (10), определяются следующим образом: n – число жителей данного жилого района; а – норма расхода горячей воды в жилых домах на 1 человека, кг / сутки. Величина а принимается по СНиП 11-34-76 и справочным данным в литературе. В среднем значение а = 110 кг / сутки; b – расход горячей воды в общественных зданиях, отнесенный на 1 жителя жилого района, кг / сутки. Величина b определяется подсчетом по справочным данным и нормам для всех общественных зданий. Ориентировочно можно принимать b = 20 кг / сутки; Св – теплоемкость воды, Дж / кг · К, принимается по справочным данным. В среднем Св = 4190 Дж / кг · К; 
– средняя температура горячей воды у потребителя, ° С, принимаемая по СНиП и справочным данным. В среднем 
= 65 ° С; 
– средняя температура холодной водопроводной воды, поступающей на подогрев в систему горячего водоснабжения, ° С. При отсутствии специальных данных о сезонных изменениях температуры водопроводной воды, ориентировочно принимают для зимнего периода 
= 5 ° С, для летнего периода 
= 15 ° С и соответственно среднюю температуру 
=10 ° С; 
– наибольший средний расход тепла на горячее водоснабжение в зимний период, Вт, определяемый по формуле (9) при 
=5 ° С; 
– коэффициент часовой неравномерности расхода тепла на горячее водоснабжение, определяемый по эмпирическому уравнению
 .
| (11) |
3.1.4. Расчет суммарной максимальной тепловой нагрузки жилого района.
Общий расчетный расход тепловой энергии (тепловая нагрузка), который должна обеспечивать система теплоснабжения, определяется как сумма максимальных тепловых нагрузок на отопление, горячее водоснабжение жилых и общественных зданий и вентиляцию общественных зданий по формуле:
 , Вт (МВт),
| (12) |
где: 
– коэффициент, учитывающий потери тепла во внутриквартальных сетях, принимаемый в пределах 1,15-1,18; 
– максимальная тепловая нагрузка на отопление для жилых зданий и горячее водоснабжение для жилых и общественных зданий; 
– максимальная тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию общественных зданий.
3.2. Расчет трубопровода теплотрассы от котельной до жилого района.
Задачей расчета является определение основных конструктивных размеров трубопроводов теплотрассы: диаметр и толщина стенки труб, вид и толщина тепловой изоляции.
Основными исходными данными для расчета является максимальный
расход сетевой воды в прямом и обратном трубопроводе, температура сетевой воды и наружного воздуха, длина теплотрассы. Расчет ведется только для подающего (прямого) трубопровода теплотрассы.
Максимальный расход сетевой воды в трубопроводе определяется по максимальной расчетной тепловой нагрузке из уравнения теплового баланса
 , кг / с,
| (13) |
где: 
– расчетная тепловая нагрузка, Вт (МВт), определяемая по уравнению (12); 
– теплоемкость воды, Дж / кг·К; 
– температура сетевой воды на выходе из котельной, ° С принимается по температурному графику теплосети при расчетной наружной температуре воздуха, для теплосетей централизованного теплоснабжения рекомендуется принимать = 150 ° С; 
– температура обратной сетевой воды на входе в котельную, ° С принимается также по графику, рекомендуемое значение =70 ° С.
3.2.1. Гидравлический расчет трубопроводов теплотрассы
Задачей гидравлического расчета является определение внутреннего диаметра трубопровода и полного сопротивления трубопровода теплотрассы заданной протяженности и принятого диаметра.
Последовательность расчета:
а) определяется доля местных потерь давления по уравнению
 ,
| (14) |
где: 
– расход сетевой воды, кг / с; 
– коэффициент, зависящий от вида теплоносителя ( = 0,1 – для воды, = 0,05 - 0,10 – для водяного пара);
б) задается величина нормативных удельных потерь Rл = 80 - 120 Па / м;
в) определяется внутренний диаметр трубопровода:
 , м,
| (15) |
где: 
– коэффициент эквивалентной шероховатости трубопровода, принимаемый в зависимости от теплоносителя: 
м – для водяных сетей,
м – для паропроводов; r – плотность теплоносителя, кг / м 3;
г) полученное значение расчетного диаметра округляется до стандартного значения по сортаменту труб 
(приложение 3), принимая предварительно 
= 4 - 9 мм;
д) определяется действительная скорость движения воды в трубе:
 , м / с;
| (16) |
е) уточняется значение удельных линейных потерь:
 , Па / м;
| (17) |
ж) определить полное сопротивление трубопровода теплотрассы:
 , Па,
| (18) |
где: l – протяженность теплотрассы по заданию, м; 
– эквивалентная длина местных сопротивлений, м;
з) определяется максимальное давление сетевого теплоносителя на входе трассы:
 , мПа,
| (19) |
где: 
– давление насыщения, соответствующее температуре сетевой воды на выходе из котельной, мПа.
3.2.2. Расчет толщины стенки трубопровода (прочностной расчет).
Прочностной расчет состоит в определении минимальной толщины стенки трубопровода, при которой под расчетным давлением (Pmax) не произойдет разрушения.
Расчетную толщину стенки определяют по уравнению:
 , м,
| (20) |
где: 
– максимальное давление теплосети, мПа; 
– принятый внутренний стандартный диаметр трубопровода по сортаменту труб, м; С = 0,003 - 0,005 м – конструктивная прибавка на коррозию и неучтенные факторы; 
– допускаемое напряжение на растяжение, Н / мм 2, определяемое по уравнению
 ,
| (21) |
где: 
– предел прочности при растяжении, принимаемый по виду материала (сталь 10-320 Н / мм 2; сталь 20-400 Н / мм 2); 
– нормативный коэффициент запаса прочности, принимаемый К = 8-10.
Полученное значение расчетной толщины (
) округляют до ближайшего значения из стандартного ряда (
= 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0; 12,0 мм), соблюдая условие 
(приложение 3).
3.2.3. Тепловой расчет трубопровода теплотрассы
Задачей теплового расчета является определение толщины теплоизоляции, при которой фактические теплопотери не превысят установленных норм.
Величина нормируемых теплопотерь (
) определяется из приложения 4, а затем уточняется (в зависимости от температуры окружающего воздуха) по приложению 5, 
.
При этом за температуру окружающего воздуха принимают температуру наружного воздуха для отопления (
).
Определяются удельные тепловые потери на изолированных участках трубопровода
 , Вт / м,
| (22) |
где: b – коэффициент местных потерь, равный 0,15 – для подземной бесканальной прокладки, 0,20 – для канальной прокладки, 0,25 – для открытой надземной прокладки.
Определяется требуемое суммарное термическое сопротивление трубопровода
 , м· ° К / Вт,
| (23) |
где: t – максимальная температура сетевой воды в трубе, °С.
