3.7 Составление балансов тепла по помещениям

3.7.1 Расчет теплопотерь наружными ограждениями помещений

В отапливаемых зданиях, при наличии разности температур между внутренним и наружным воздухом, постоянно происходят потери тепла че­рез ограждающие конструкции: наружные стены, покрытия, полы и проемы. Системы отопления должны восполнять эти потери, поддер­живая в помещениях внутреннюю температуру, требующуюся по санитар­ным нормам [5]. Потери тепла определяются для каждого отапливаемого помещения последовательно, через от­дельные ограждения. Расчет теплопотерь сводится в приложение А. Внутренняя температура воздуха в помещениях различного назначения принимается согласно [4]. Наименования ограждений обозначаются следующим обра­зом: НС – наружная стена; ТО – тройное остекление; ПЛ – полы; ПТ – потолок; ДН – дверь наружная.

Для помещений подвального этажа теплопотери определяются через наружные стены, полы, остекление. Для помещений первого этажа – через наружные стены, остекление. Для мансарды – через наружные стены, остекление, потолок. Теплопотери для лестничной клетки определяются для всех этажей, через все ограждающие конструкции. Пол подвального этажа, а так же стены находящиеся ниже уровня земли рассчитываются по зонам шириной 2 метра, с различными сопротивлениями теплопередачи.

Обмер площадей наружных ограждений, при подсчете потерь теплоты через них, должна вычисляться с соблюдением определенных правил. В основном, площади определяются по внешнему обмеру: площади окон и дверей измеряются по наименьшему строительному проему; площади потолка и пола измеряются между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены; площади наружных стен измеряются на плане – по внешнему периметру между наружным углом и осями внутренних стен, а по высоте: на цокольном этаже – от нижней поверхности перекрытия над подпольем до чистого пола второго этажа; на первом этаже — от поверхности пола до следующего этажа; на втором этаже – от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия. Площади санузлов и коридоров прибавляются к соответствующим расчетным площадям смежных помещений.

Коэффициент теплопередачи для окон и дверей принимается за вычетом коэффициента теплопередачи стен. [13]

Добавка на ориентацию стен, дверей и световых проемов по сторонам света β1 принимаем по [1]. В угловых помещениях дополнительно – по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1- в других случаях; β2 = 0,05. Добавка на поступление холодного воздуха через наружные двери β3 определяется по формуле (3.7). Эта добавка не учитывается, если дверь является запасной.

β3 = 0,22 ∙Н , (3.7)

где Н – высота здания.

3.7.2 Определение бытовых тепловыделений

Бытовые тепловыделения Q_б ,Вт, определяются из расчета двадцать один ватт на один квадратный метр площади пола по формуле

. (3.8)

Бытовые тепловыделения не будут иметь место в овощехранилище, коридоре, прихожей.

3.7.3 Составление балансов тепла по помещениям

Баланс тепла - это определение полных теплопотерь помещений. Полные теплопотери Q_полн ,Вт, определяются по фор­муле [10]

∑Q_полн = Q_о + Q_н – Q_б, (3.9)

где Q_о – теплопотери с учетом добавок, Вт;

Q_н – расход теплоты на нагревание инфильтрующего воздуха, Вт;

Q_б – бытовые тепловые выделения, Вт.

Составляющая Q_н расхода теплоты на нагревание инфильтрующего воздуха будет отсутствовать, так как в проекте предусмотрен организованный проект.

Основные теплопотери вычисляются с точностью до 10 Вт. Далее суммируются полные теплопотери всех помещений.

В кладовой, коридоре, прихожей, санузле устанавливать радиаторы не будем, поэтому полные потери тепла распределим по соседним помещениям. Все произведенные расчеты сводим в приложения Б.

3.8 Расход тепла на горячее водоснабжение

Определим среднечасовой поток теплоты Q_т^h , кВт.

(3.10)

где q_т^h – средний часовой расход горячей воды, м³/ч;

t_с – температура холодной воды подводимой к смесителю, t_с = 5 ⁰С;

К_t – коэффициент учитывающий потери теплоты трубами, по [7] К_t = 0,3.

Средний часовой расход горячей воды, , м³/ч, определим по формуле

, (3.11)

где q_um^h – расход воды в сутки на одного потребителя, по [7] q_um^h = 100 л/сут;

U – количество потребителей, U = 4 человека.

м³/ч.

Определим среднечасовой поток теплоты по формуле (3.10).

кВт.

Тогдаполная потребностьв теплотена отопление и нагорячее водоснабжение будет определена Q_полн, кВт [12], по формуле

Q_полн = ΣQ_o + Q_т^h (3.12)

Q_полн = 6,26+ 1,28 = 7,54 кВт.

4 СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ

4.1 Тип системы отопления

Система отопления – это совокупность технических элементов, предназначенных для получения, переноса и подачи количества теплоты во все обогреваемые помещения, необходимого для поддержания температуры на заданном уровне.

В проектируемом жилом доме применяется местная система отопления, которая подразумевает отопление помещений от автономного теплового пункта.

Принимаем двухтрубную схему соединения труб, в которой каждый отопительный прибор самостоятельно присоединен к подающему и обратному разводящим трубопроводам системы. В такой системе любое вмешательство в один из приборов отопления практически не сказывается на работе других приборов. В результате этого двухтрубная система является наиболее совершенной с точки зрения автоматического регулирования и унификации отопительных приборов. По положению труб, объединяющих отопительные приборы – вертикальная параллельная схема соединения. Направление движения воды в подающей и обратной магистрали тупиковое [5].

4.2 Выбор и размещение отопительных приборов

Отопительные приборы должны обеспечивать температуру и равномерное нагревание воздуха в помещении, а также гидравлическую и тепловую устойчивость системы отопления, взрывопожарную безопасность.

Выбираем биметаллические секционные радиаторы фирмы SiraRS300 (Италия)cрабочим давлением 40 атм. В соответствии со СНиП [5], вне зависимости от каких либо условий, у отопительных приборов следует устанавливать автоматические терморегуляторы. Эти приборы позволяют поддерживать в отапливаемом помещении постоянную температуру воздуха на уровне, задаваемом самим потребителем. Терморегуляторы состоят из двух частей: регулирующего клапана и привода. Регулирующий клапан устанавливается на прямом трубопроводе и меняет количество теплоносителя, проходящего через прибор отопления, под воздействием установленного на него привода, который, в свою очередь получает сигнал о необходимости изменения температуры воздуха в помещении от управляющего устройства [23].

Отопительные приборы следует размещать под световыми проемами в местах, доступных для осмотра, ремонта и очистки. Длина отопительного прибора должна быть не менее 75% длины светового проема. При разме­щении приборов под окнами вертикальные оси прибора и оконного проема должны совпадать с отклонением не более чем на 50 мм [23].

Магистраль системы отопления проложим на всех этажах. Предусматриваем регу­лирующую арматуру (вентили, задвижки, краны и т.д.). В принятой системе отопления теплоносителем является вода, поэтому удаление воздуха производим в верхних точках[14].

В соответствии с [6] трубопроводы располагаем на расстоянии 50 мм от стен и 50 мм от пола нижняя труба, между трубами расстояние 40 мм радиаторы – 60 мм от стен и 120 мм от пола.

Данные о выбранных отопительных приборах заносим в таблицу 4.1. Схема системы отопления с нанесением радиаторов и трубопроводов изображена на рисунке 4.1.

Таблица 4.1 – Выбор отопительных приборов

Помещение	потребная теплота Qот , Вт	Радиаторы
		Мощность Qрад , Вт	Кол-во N, шт	Суммарная мощность ∑Qрад , Вт	Размеры ахв, мм
1	2	3	4	5	6
Мастерская	669.5	710	1	710	372х400
Гостиная	633,2	710	1	710	372х400
Спальня	242,7	284	1	284	372х160
Ванная комната	334,32	426	1	426	372х240
Кухня	545,1	568	1	568	372х320
Прихожая	966,6	426	2	994	372х240
		568			372х320
Спальня	392	426	1	426	372х240
Спальня	383	426	1	426	372х240
Комната	1233,1	710	2	1278	372х400
		568			372х320

4.3 Гидравлический расчет системы отопления

Задача гидравлического расчета состоит в обоснованном выборе экономичных диаметров труб с учетом принятых перепадов давлений и расходов теплоносителя. При этом должна быть гарантирована подача его во все части системы отопления для обеспечения расчетных тепловых нагрузок отопительных приборов.

На основании расчета теплопотерь составляем аксонометрическую схему системы отопления, рисунок 4.1.

Гидравлический расчет выполняем способом удельных линейных потерь давления.

Потери давления на участке трубопровода ∆р, Па, складываются из линейных и местных потерь и находятся по формуле

(4.1)

где R – удельная линейная потеря давления на один метр трубы, Па/м;

ℓ – длина рассчитываемого участка, м;

Z – местные потери давления на участке, Па.

Расход на каждом участке G_i, кг/ч, определяем по формуле

, (4.2)

где Q_i – тепловая нагрузка участка, Вт;

с – удельная массовая теплоемкость воды, с = 4,19 кДж/(кгК);

t_п – температура воды в прямой магистрали, t_г = 90 ⁰С;

t_о – температура воды в обратной магистрали, t_о = 70 ⁰С;

β1 , β2 – поправочные коэффициенты, учитывающие дополнительную

теплоотдачу в помещение, β1 = 1,03, β2 = 1,02.

Рисунок 4.1 – Схема системы отопления

Определим расход воды на участке К - 1 по формуле (4.2)

кг/ч

Принимаем ориентировочный диаметр трубопровода d = 20 мм. Зная расход воды и диаметр труб, по [6] определяем скорость воды в трубах υ_К-1 = 0,082 м/с и удельные линейные потери давления R_К-1 = 7,5 Па/м.

Длина участка К-1 составляет 6,9 м, так как система двухтрубная. Значения коэффициентов местных сопротивлений определим по [7], их значения для каждого участка приводим в таблице 4.2. Потери давления на местные сопротивления принимаем по [7] в зависимости от скорости воды в трубах и суммы коэффициентов местных сопротивлений, Z_К-1 = 21,9 Па.

Таблица 4.2 – Значения коэффициентов местных сопротивлений

Участок	Вид местного сопротивления	Количество, n	ζ	ζ∙ n	Σζ
1	2	3	4	5	6
К - 1	Шаровой кран	2	2	4	7,2
	Отвод под углом 90°	4	0,6	1,2
	Тройник на проход	2	1	2
1 – Ст1	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2	8,2
	Радиатор	1	2	2
	Шаровой кран	1	2	2
	Терморегулятор	1	3	3
1 - 2	Тройник на проход	2	1	2	2
2 – Ст2	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2	8,2
	Радиатор	1	2	2
	Шаровой кран	1	2	2
	Терморегулятор	1	3	3
2 - 3	Тройник на проход	2	1	2	2
3 – Ст3	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2	8,2
	Радиатор	1	2	2
	Шаровой кран	1	2	2
	Терморегулятор	1	3	3
3 - 4	Отвод под углом 90°	4	0,6	2,4	2,4

Окончание таблицы 4.2

Участок	Вид местного сопротивления	Количество, n	ζ	ζ∙ n	Σζ
4 – Ст4	Радиатор	1	2	2	10,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Терморегулятор	1	3	3
	Тройник на проход	2	1	2
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2
К - 5	Шаровой кран	2	2	4	7,2
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2
	Тройник на проход	2	1	2
5 – Ст5	Терморегулятор	1	3	3	10,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Тройник на проход	2	1	2
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2
5 - 6	Тройник на проход	2	1	2	2
6 – Ст6	Терморегулятор	1	3	3	10,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Тройник на проход	2	1	2
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2
6 - 7	Отвод под углом 90°	6	0,6	3,6	3,6
7 – Ст7	Терморегулятор	1	3	3	10,2
	Шаровой кран	1	2	2
	Радиатор	1	2	2
	Тройник на проход	2	1	2
	Отвод под углом 90°	2	0,6	1,2

Потери давления на данном участке трубопровода ∆р, Па, найдем по формуле (4.1):

Па.

Расчет остальных участков произведен аналогично при помощи программы Microsoft Excel и сведен в таблицу 4.3.

Полные потери давления приведены в таблицах 4.2 и 4.3.

Таблица 4.3 – Результаты гидравлического расчета системы отопления

Участок	Тепловая нагрузка Qуч, Вт	Расход воды Gуч, кг/ч	Длина участка L, м	Диаметр трубы d, мм	Удельное сопротивление R, Па/м	Скорость теплоносителя V, м/с	Сумма коэффициентов ∑ζ	Потери на трение R∙l, Па	Потери на местные сопротивления Z, Па	Rℓ + Z, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
К - 1	2389,35	107,8	6,9	20	7,5	0,082	7,2	52,16	21,9	74,06
1 – Ст1	396,6	17,9	5,67	20	0,5	0,014	8,2	2,84	0,88	3,72
1 - 2	1992,75	89,9	7,15	20	5,5	0,069	2	39,37	4,79	44,16
2 – Ст2	242,7	10,95	5,67	20	0,5	0,014	8,2	2,84	0,88	3,72
2 - 3	1750,05	78,9	4,24	20	3,6	0,060	2	15,26	3,52	18,78
3 – Ст3	669,5	30,2	5,67	20	0,8	0,023	8,2	4,54	2,44	6,98
3 - 4	1080,55	48,7	5,9	20	1,3	0,037	2,4	7,75	1,56	9,31
4 – Ст4	1080,55	48,7	8,88	20	1,3	0,037	10,2	11,54	7,82	19,36
К - 5	3010,17	136	0,98	20	11,2	0,103	7,2	7	37,7	44,7
5 – Ст5	726,32	32,7	8,88	20	0,86	0,025	10,2	7,6	2,44	10,04
5 - 6	2283,85	103	7,78	20	6	0,072	2	46,7	4,79	51,47
6 – Ст6	928,1	42	8,88	20	1,1	0,032	10,2	9,7	5,99	15,69
6 - 7	1355,75	61	29,2	20	1,8	0,047	3,6	52	4,89	56,89
7– Ст7	1355,75	61	8,88	20	1,8	0,047	10,2	16	12,2	28,2

Из приведенного расчета видно, что расхождение в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках меньше допустимого. Поэтому можно не ставить дроссельные шайбы.

5 Выбор автономного источника теплоснабжения

5.1 Выбор котла

Расчетная тепловая нагрузка котла равна полной потребности теплоты на отопление и горячее водоснабжение Q = 7,54 кВт. Работа котлов допускается с перегрузкой или недогрузкой, не превышающей 25% средней нагрузки.

Учитывая данные требования, выбираем котёл PROTHERM Тигр 12 KTЗ мощностью 3,5-11,5 кВт, предназначенный для работы на природном газе со встроенным циркуляционным насосом и расширительным бачком [18].

Котел предназначен для нагрева отопительной воды (ОВ) и подготовки горячей воды (ГВС), обеспечивает регулярный предварительный подогрев теплообменника ГВС. Этим обеспечивается существенно более быстрая подача ГВС к крану. Циркуляцию ОВ в отопительной системе или резервуаре обеспечивают насос, установленные в котле. Котел поддерживает установленную температуру отопительной воды. К котлу присоединяется комнатный регулятор.

Работа котла будет регулирована в соответствии с температурой в помещении, в котором установлен комнатный регулятор. Нагрев ГВС имеет всегда приоритет перед отоплением. Это значит, что нагрев воды в отопительной системе начинается только после нагрева ГВС на требуемую температуру [18].

Габаритные размеры котла показаны на рисунке 5.1, а основные технические характеристики котлов занесены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Основные характеристики котла Тигр 12 KTЗ

наименование величины	Единицы измерения	Значение
1	2	3
Номинальная тепловая мощность	кВт	3,5-11,5
Топливо	Природный газ
КПД	%	91
Объем расширительного бачка ОВ	л	10
Напряжение питания/частота	В/Гц	230/50
Потребная мощность	Вт	95
Класс защиты	IP	Х4D
Мин./Макс. Давление ОВ	кПа	80/300
Рабочая температура ОВ	^0С	45-85
Отвод продуктов горения (способ)	турбо
Диаметр дымохода	мм	60/100
Вес без воды	кг	70

а) б) в)

а – вид спереди, б – вид спереди в разрезе, в – вид сбоку

Рисунок 5.1 – Габаритные размеры котла Тигр 12 KTЗ

Вследствие того, что вода имеет свойство при нагреве расширяться, то во избежание разрыва системы отопления из-за увеличения в ней объема воды предусматриваем установку расширительных баков, куда будут поступать избытки теплоносителя – воды.

Управление системой отопления осуществляется с использованием комнатного термостата, который управляет электроприводом специального

трехходового смесителя. Он подключает контур отопления к котлу или временно отключает от него, прекращая тем самым подогрев теплоносителя [18].

Схема подключения котла показана на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Схема подключения котла Тигр 12 KTЗ

5.2 Выбор расширительного бака

В выбранный котёл встроен расширительный бак объемом 10 л. Проверим, соответствует ли объем расширительного бака емкости системы отопления.

Объем расширительного бака V, л, найдем по формуле

, (5.1)

где V_с – емкость котла, всех труб и аккумуляторов тепла; на один киловатт мощности приходится пятнадцать литров, кВт∙л;

% – коэффициент расширения жидкости, равный 4%;

Н – эффективность мембранного бака, Н = 0,45 кВт;

Емкость котла, всех труб и аккумуляторов тепла, л, найдем по формуле

V_с = Q∙15, (5.2)

где Q – расчетная тепловая нагрузка котла, кВт.

Определим емкость котла, всех труб и аккумулятора тепла по формуле (5.2)

V_с = 7,54 ∙15 = 113,1 л

Определим объем расширительного бака по формуле (5.1)

л

Встроенный расширительный бак соответствует нужному объему, поэтому не устанавливаем дополнительный бак.

5.3 Автоматика котла

Котел предназначен для нагревания теплоносителя в системе отопления и подготовки горячей воды (далее, ГВС). Резервуар ГВС обогревается самостоятельным отопительным контуром. Циркуляцию теплоносителя в отопительной системе или резервуаре обеспечивают насос, установленный в котле. Насос теплоносителя управляется термостатом и начинает работать только тогда, когда температура теплоносителя достигнет величины, установленной на термостате. Этим сокращается время нагрева воды в котловом теплообменнике после долговременной остановки котла. Нагрев ГВС всегда имеет приоритет перед отоплением. Это значит, что нагрев воды в отопительной системе начинается только после нагрева ГВС до требуемой температуры [18].

Существует несколько способов управления котлом:

1. прямое управление в зависимости от температуры теплоносителя и ГВС в котле;

2. прямое управление согласно температуре в котле, дополненное управлением с помощью комнатного регулятора для более качественного управления отопительным режимом котла. Регулятор поддерживает котел в рабочем состоянии до тех пор, пока не установится заданная температура воздуха в помещении, где расположен комнатный регулятор;

3. управление в зависимости от внешней температуры, то есть эквитермическое регулирование, когда температура теплоносителя меняется согласно с заранее выбранной кривой отопления (на панели котла). При оснащении радиаторов термостатическими клапанами, данный способ обеспечивает постоянный тепловой режим в отапливаемом помещении независимо от времени дня и атмосферных условий;

4. эквитермическое регулирование, дополненное комнатным регулятором;

5. управление, согласно наружной температуры с выбором ночного режима температуры воздуха в отапливаемом помещении. Данный способ является самым экономным способом обеспечения теплового режима объекта.

При настройке ночного режима температуры воздуха котел достигает температуры теплоносителя, которая является результатом настроенной температуры, минус, выбранный режим и при прямом управлении согласно температуре в котле.

Котел начинает работу и нагревает воду в резервуаре. После нагрева датчик ГВС посылает сигнал на плату управления, и котел начнет нагревать воду в отопительной системе, до установленной температуры или до достижения необходимой температуры установленной комнатным регулятором. Температура ОВ контролируется датчиками.

При отключении котла в результате достижения температуры теплоносителя верхнего предела, продолжает работать насос, и после снижения температуры теплоносителя под эту величину, автоматически включается нагрев ГВС в резервуаре.

Включение или отключение котла происходит путем изменения положения газового клапана, для этого используется автоматика управления, которая прямо соединена с комбинированной газовой арматурой в одно целое.

При перегреве теплоносителя (свыше 95 ⁰С ) аварийный термостат отключит котел.

При «Потере пламени» произойдет необратимое заблокирование автоматики зажигания и закрытие газового клапана. Это обеспечивает система контроля тяги дымохода, которая основана на принципе контроля температуры продуктов сгорания, выходящих из котла; при их накоплении в котле (т.е. недостаточном отводе продуктов сгорания), она активизируется и котел погасает (закрывается подача газа в горелку).

После охлаждения теплоносителя, ГВС и снижения температуры в помещении, где установлен комнатный регулятор, работа котла автоматически возобновляется.

Если введение котла в работу после реагирования элементов безопасности (аварийного термостата и термостата продуктов сгорания) с помощью главного выключателя результата не принесет, то разблокирование может проводить только сервисная организация производителя.

Размещение элементов автоматики:

Датчик аварийного термостата вместе с датчиками температуры ГВС и температуры теплоносителя размещены в муфте котлового тела у выхода теплоносителя. Аварийный термостат размещен на вертикальной панели управления под передним покрытием. Разблокирование можно провести после охлаждения.

Сетевой предохранитель размещен на плате управления с микропроцессором внутри электрокоробки (пластмассовая конструкция с панелями управления).

Термостат является обратимым, свою функцию обновляет автоматически после охлаждения [18].

6 Выбор и расчет системы Вентиляции

6.1 Определение воздухообмена в помещениях

В настоящее время в жилищном строительстве почти всегда применяется система вентиляции с принудительным побуждением. Приточная система вентиляции служит для подачи свежего воздуха в помещения. При необходимости, подаваемый воздух нагревается и очищается от пыли. Вытяжная вентиляция, напротив, удаляет из помещения загрязненный или нагретый воздух. В проектируемом доме устанавливаем приточно-вытяжную установку Бризарт с электрическим калорифером. Моноблочная приточная установка — это готовый вентиляционный агрегат, все компоненты которого установлены в едином шумоизолированном корпусе. Система вентиляции, построенная на моноблочных установках избавлена от многих недостатков, свойственных системам из наборных элементов. Небольшие размеры и низкий уровень шума позволили размещать моноблочные системы на крыше дома [11].

Внутренниедверижилыхкомнат, двери кухни и санитарных помещений должны иметь зазор снизу дверного полотна не менее чем на 0,02 м для перетекания воздуха. Вытяжные вертикальные каналы устраиваются во внутренних кирпичных стенах из специальных вентиляционных блоков в виде приставных каналов из гипсошлаковых или других плит. Вентиляционные решетки размещены на расстоянии 200 мм от потолка [24].

Нормирование воздухообмена производят исходя из минимально необходимого количества воздуха по гигиеническим требованиям. Под расчетным воздухообменом подразумевают возмещение удаляемого из квартир воздуха наружным в нормативном объеме. Данные приняты в соответствии с [8] и занесены в приложение В.

В соответствии с расчетными условиями для проектирования естественной вытяжной вентиляции являются [5]: температура наружного воздуха + 5 ⁰С, безветрие, температура внутреннего воздуха помещений + 20 ⁰С. При этих условиях рассчитывается пропускная способность вентблоков. Задача расчета вентиляции – подобрать сечения вытяжных решеток, вентиляционных каналов, которые обеспечивали бы необходимый воздухообмен при расчетном, естественном давлении.

6.2 Выбор системы вентиляции (вытяжка)

Удаляемый воздух разделен на группы, в зависимости от назначения помещений из которых он удаляется. Таким образом, получилось две группы. К первой группе относится мастерская, гостиная, спальня, комната. Ко второй группе санузел, котельная, кухня, две спальни. Полученная система изображена на рисунке 6.1.

6.3 Расчет системы вентиляции

Естественное давление ∆р_е, Па, определяется по формуле:

, (6.1)

где h – высота воздушного столба, м;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²;

ρ_н , ρ_в - плотность наружного воздуха при t = -34 ⁰С и внутреннего при

t =20 ⁰С, ρ_н = 1,5 кг/м³, ρ_в = 1,2 кг/м³.

Определим естественное давление ∆р_е, Па,на примере второй группы участка 1 - 3, по формуле (6.1).

Па

Рисунок 6.1 – Группы системы вытяжной вентиляции

Вычисляем предварительное живое сечение канала и вытяжной решетки f, м²

, (6.2)

где L - объем вентиляционного воздуха, L_1-3 = 90 м³/ч;

v – скорость движения воздуха [24], предварительно принимаем для первого этажа v_1-3 = 5 м/с.

Вычислим предварительное живое сечение канала и вытяжной решетки по формуле (6.2).

м².

Уточняем живое сечение канала по [7], f₂ = 0,005 м². Тогда размеры канала а × в = 100 × 150 мм.

Находим эквивалентный диаметр d_экв, мм, канала круглого сечения, равновеликий прямоугольному, по скорости воздуха и потерям давления на трение.

, (6.3)

Вычисляем эквивалентный диаметр канала по формуле (6.3):

мм.

Используя номограмму [7], по известным значениям скорости и диаметра определяем удельные потери давления на трение R = 0,64 Па/м, и динамическое давление р_g = 3 Па. Затем находим потери давления на трение с учетом коэффициента формы канала β. Принимаем в соответствии с [26] β = 1,15.

потери давления в местных сопротивлениях Z, Па определяем по формуле:

, (6.4)

где Σζ – коэффициент местных сопротивлений на участках [26], ζ_1-3=3,9.

Значения коэффициентов местных сопротивлений сведены в таблицу 6.2.

Определим потери давления в местных сопротивлениях по формуле (6.4)

Па

Для нормального функционирования системы естественной вентиляции необходимо сохранение равенства,

, (6.5)

где R – удельные потери давления на трение, R_1-3 = 0,64 Па/м;

l – длина воздуховодов, l_1-3 = 2,6 м;

Z – потери давления на местные сопротивления, Z_1-3 = 11,7 Па;

β – поправочный коэффициент на шероховатость поверхности, β_1-3 = 1,15;

α – коэффициент запаса, α = 1,1.

15 ≤ 22

Таблица 6.2 – Значения коэффициентов местных сопротивлений

Группа	Вид местного сопротивления	n	ζ	∑ζ∙n
ВЕ 1
1 - 3	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,9
	Шахта с зонтом	1	1,3
	Отвод под углом 90°	1	0,6
2 - 3	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,3
	Шахта с зонтом	1	1,3
3 - 5	Тройник на проход	1	1	1
4 - 5	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,3
	Шахта с зонтом	1	1,3
5 - 9	Тройник на проход	2	1	2
6 - 8	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,9
	Шахта с зонтом	1	1,3
	Отвод под углом 90°	1	0,6
7 - 8	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	3,3
	Шахта с зонтом	1	1,3
8 - 9	Тройник на проход	1	1	2,2
	Отвод под углом 90°	2	0,6
9 - 10	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1	2	2

Окончание таблицы 6.2

Группа	Вид местного сопротивления	n	ζ		∑ζ∙n
ВЕ 2
1 - 3	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1		2		3,9
	Шахта с зонтом	1		1,3
	Отвод под углом 90°	1		0,6
2 - 3	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1		2		2,3
	Шахта с зонтом	1		1,3
3 - 9	Тройник на проход	1		1		1,6
	Отвод под углом 90°	1		0,6
4 - 6	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1		2		3,3
	Шахта с зонтом	1		1,3
5 - 6	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1		2		3,3
	Шахта с зонтом	1		1,3
6 - 8	Тройник на проход	2		1		2,6
	Отвод под углом 90°	1		0,6
7 - 8	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1		2		3,3
	Шахта с зонтом	1		1,3
8 - 9	Тройник на проход	1		1		1
9 - 10	Вход в жалюзийную решетку с поворотом	1		2		2

Условие выполняется, значит система ВЕ 2 будет функционировать. Остальные системы рассчитываются аналогично, результаты расчетов сведены в приложение Е.

Подберем размер отверстия диафрагмы для погашения избыточного давления, для этого вычислим коэффициент местного сопротивления диафрагмы по формуле [7]. Рассмотрим направление 1 – 3 - 5 – 9 и 6 – 8 - 9 системы ВЕ 1, где Р_1-3-5-9 = 81 Па, а Р_6-8-9 = 15,8 Па, следовательно Р_изб = 65,2 Па.

(6.6)

где p_изб – избыточное давление, Па;

v – скорость воздуха, v = 5 м/с;

–плотность внутреннего воздуха при t = 20 ⁰С, ρ = 1,2 кг/м³.

По таблице [7] определяем необходимый размер отверстия диафрагмы, который составляет 63х113 мм.

6.4 Выбор системы вентиляции (приток)

Приточная вентиляция забирает воздух с улицы. Затем система вентиляции фильтрует, подогревает или охлаждает воздух, подает внутрь коттеджа, как бы «подпирая» его изнутри воздухом и создавая тем самым избыточное давление. Далее нагнетаемый воздух поступает во все помещения коттеджа по воздуховодам. В холодное время года приточный воздух необходимо подогревать до комфортной температуры. Для этого приточная установка снабжается электрическим калорифером. Полученная система притока изображена на рисунке 6.2, а расчет занесен в приложение Г.

Рисунок 6.2 – Система приточной вентиляции

6.5 Расположение дымохода

Дымоход должен быть газонепроницаемым, чтобы угарный газ не проникал в комнаты, для этого применим оштукатуривание его изнутри.

Согласно [10] при наличии в домах газовых приборов, работающих с отводом продуктов сгорания, вентиляционные каналы могут чередоваться с дымовыми каналами, расположенными во внутренней кирпичной стене. Это благотворно отразится на работе тех и других каналов. Прогрев соседними дымовыми каналами улучшит тягу в вентиляционных каналах. В дымовых каналах уменьшится опасность выпадения конденсата на их внутренних стенках.

В выбранном котле отвод продуктов сгорания производится в дымоход с диаметром 200 мм, минимальная требуемая тяга дымохода 2 Па, температура дымовых газов ≈ 100 ⁰С. Высота дымохода составляет 7,0 метров. Таким образом, обеспечим хорошую тягу и исключим задувание.

7 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖИЛОГО ДОМА

7.1 Определение расчетной электрической нагрузки на вводе

Потребителями электроэнергии в проектируемом жилом доме являются: электрическое освещение, бытовые электроприборы, компрессор, автоматика котла, погружной насос системы водоснабжения, насос системы отопления.

Нагрузка дома на электрическое освещение и бытовые электроприборы (Р_б) согласно заданию на проектирование составляет 12,5 кВт. Мощность погружного насоса 0,87 кВт, мощность потребляемая котлом и автоматикой котла 7,54 кВт, мощность венткамеры 4,8 кВт, мощность компрессора 0,06 кВт, мощность духового шкафа 1,5 кВт.

Мощность дневная максимальная Р_д =16,4 кВт, вечерняя максимальная Р_в = 20,5 кВт. Для остальных домов примем Р_д =9,7 кВт, Р_в =12,5 кВт.

7.2 Выбор сечения проводов наружной сети 0,38 кВ

Схема электроснабжения поселка

Рисунок 7.1 – Схема электроснабжения поселка

7.2.1 Определение расчетных нагрузок на участках ВЛ 0,38 кВ и 0,22 кВ

Так как все потребители однородны и соизмеряемой мощности, расчетные нагрузки Р_д и Р_в, кВт, определяем используя коэффициент одновременности

, (7.1)

, (7.2)

где К_о – коэффициент одновременности [11].

Определяем реактивные мощности и , квар, по формулам

, (7.3)

, (7.4)

где tg φ – коэффициент реактивной мощности сельскохозяйственных потребителей, =0,48,=0,4.

Полная мощность сети , кВА, определяется по формуле:

, (7.5)

, (7.6)

Определим активную нагрузку на участке 0-1 по формулам (7.1) и (7.2).

кВт,

кВт.

Определим реактивную мощность на участке 0-1 по формулам (7.3) и (7.4).

квар,

квар.

Определим полную мощность на участке 0-1 по формулам (7.5) и (7.6).

кВА,

кВА.

Расчет остальных участков производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.1.

Расчет линии 0,22 кВ производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.2.

Таблица 7.1 – Расчетная нагрузка на участках линии 0,38 кВ

№ уч.	Ко	Активная нагрузка		Реактивная нагрузка		Полная нагрузка
		Рд	Рв	Qд	Qв	Sд	Sв
0-1	0,75	41,4	53	19,8	21,2	45,9	57
1-2	0,75	34	43,5	16,3	17,4	37,7	46,8
2-3	0,75	26,8	34	12,8	13,6	29,7	36,6
3-4	0,75	19,6	24,75	9,4	9,9	21,7	26,6
4-5	0,75	12,3	15,4	5,9	6,2	13,6	16,6

Таблица 7.2 – Расчетная нагрузка на участках линии 0,22 кВ

№ Уч.	Ко	Активная нагрузка		Реактивная нагрузка		Полная нагрузка
		Рд	Рв	Qд	Qв	Sд	Sв
0-1	0,75	14,5	18,7	6,96	7,48	16,08	20,14
1-2	1	9,7	12,5	4,65	5	10,75	13,46
0-3	0,75	14,5	18,7	6,96	7,48	16,08	20,14
3-4	1	9,7	12,5	4,65	5	10,75	13,46
0-5	1	16,4	20,5	7,87	7,56	18,2	21,8

7.2.2 Определение рабочего тока в линиях , А, определим по формуле

, (7.7)

Определим рабочий ток на участке 0-1 по формуле (7.7)

А,

А.

Расчет остальных участков производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.3.

Расчет линии 0,22 кВ производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.4.

7.2.3 Выбор сечения провода

Выбираем сечение провода по экономическим интервалам нагрузок. При этом минимальное сечение проводов принимается исходя из их механической прочности. Согласно нормам технологического проектирования принимаем в линии 0,38 кВ – СИП 2А - 3х50+1х50, а для линии 0,22 - СИП 2А - 3х35+1х50 [9].

По экономическим интервалам нагрузок выбираем провод СИП 2А – 3 × 50 + 1 × 50, а для линии 0,22 - СИП 2А – 3 × 35 + 1 × 50 [9].

Проверяем предлагаемое сечение по условию нагрева.

I_{р. max} ≤ I_доп , (7.8)

142 А < 155 А.

Условие по нагреву удовлетворяется.

Проверим выбранное сечение проводов по потере напряжения при ΔU_доп%= %

Фактическая потеря напряжения , определяется в процентах от номинального значения.

, (7.9)

где r_о – удельное активное сопротивление провода, Ом/км, r_о = 0,6 Ом/км [9];

x_о – удельное индуктивное сопротивление провода, x_о = 0,08 Ом/км [9];

L – длина участка, м.

Фактическая потеря напряжения на участке 0-1 определяется по формуле (7.9)

.

Расчет остальных участков производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.3.

Расчет линии 0,22 кВ производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.4.

Таблица 7.3 – Сечения проводов и допустимые потери напряжения на участках линии 0,38 кВ

№ участка	длина участка, км	марка провода	сечение провода	Iр. мах, А	Iдоп, А	фактическая потеря U%
0-1	0,04	СИП	50	142	155	0,92
1-2	0,04	СИП	50	117	155	0,76
2-3	0,04	СИП	50	91,5	155	0,59
3-4	0,04	СИП	50	66,5	155	0,43
4-5	0,04	СИП	50	41,5	155	0,27

Таблица 7.4 – Сечения проводов и допустимые потери напряжения на участках линии 0,22 кВ

№ участка	длина участка, км	марка провода	сечение провода	Iр. мах, А	Iдоп, А	фактическая потеря U%
0-1	0,04	СИП	35	91,5	125	1,4
1-2	0,08	СИП	35	61,2	125	0,93
0-3	0,12	СИП	35	91,5	125	1,4
3-4	0,04	СИП	35	61,2	125	0,93
0-5	0,2	СИП	35	99	125	1,5

Сравним фактическую потерю напряжения с допустимой потерей.

ΔU_факт%≤ ΔU_доп% , (7.10)

Выбранное сечение проводов проходит по допустимой потере напряжения

3% ≤ 8 %

7.3 Расчет токов короткого замыкания

7.3.1 Исходная схема для расчета токов КЗ

Расчет токов КЗ начинается с выбора расчетной схемы (рисунок 7.2), на которой указываются марки проводов и их сечение, длины участков линий электропередач. На расчетную схему наносят точки КЗ – у каждого потребителя.

7.3.2 Схема замещения для расчета токов КЗ

По исходной схеме составляется схема замещения (рисунок 7.3), на которой показаны индуктивные и активные сопротивления основных элементов электропередачи. На схеме расставляются точки КЗ, наносятся обозначения сопротивлений и их числовое значение приведенные к базисным условиям.

Рисунок 7.2 – Расчетная схема электропередачи для расчета токов короткого замыкания для линии 0,38 кВ

Для приведения сопротивлений к базисным условиям в простых распределительных сетях, чаще всего применяется система именованных единиц, в которой все сопротивления приводятся к базисному напряжению. За базисное напряжение принимается средненоминальное напряжение одной из ступеней, 10,5 или 0,4 кВ. Примем ΔU_б =10,5 кВ.

Рисунок 7.3 – Схема замещения для расчетов токов КЗ

Сопротивление трансформатора R_тб , Z_тб , Хтб Ом, определяем по формулам

, (7.11)

, (7.12)

. (7.13)

Сопротивление линии R_б и X_б , Ом, определяем по формулам:

, (7.14)

, (7.15)

Определим базисные сопротивления трансформатора по формулам (7.11), (7.12), (7.13)

Ом,

Ом,

Ом.

Определим базисные сопротивления линии по формулам (7.14) и (7.15)

Ом,

Ом.

7.3.3 Результирующие сопротивления до точек КЗ

Для каждой точки КЗ суммируются все сопротивления от начала электропередачи и находятся полные сопротивления, Z_б , Ом.

, (7.16)

Определим полно базисное сопротивление до точки К6 по формуле (7.16):

Ом.

7.3.4 Расчет токов КЗ

Ток трехфазного КЗ , А, определяется по формуле

, (7.17)

Ток однофазного КЗ , А, определяется по формуле

, (7.18)

где – минимальное фазное напряжение на шинах 0,4 кВ ТП;

–полное сопротивление трансформатора току замыкания на корпус, определяется по [9];

–полное сопротивление петли «фаза-нуль» от шин 0,4 кВ ТП до конца линии 0,38 кВ.

Определим минимальное фазное напряжение на шинах 0,4 кВ ТП,

, (7.19)

Полное сопротивление петли «фаза-нуль» , Ом, определяется

, (7.20)

где ,– активные сопротивления фазного и нулевого проводов;

–длина линии, км;

–индуктивное сопротивление току нулевой последовательности, = 0,6 Ом/км.

Ударные токи , А, определяется по формуле

, (7.21)

где – ударный коэффициент.

, (7.22)

Определим ударный коэффициент для точки К1 по формуле (7.21)

Определим минимальное фазное напряжение на шинах 0,4 кВ ТП, по формуле (7.19)

В

Определим полное сопротивление петли «фаза-нуль» для точки К1по формуле (7.20).

Ом

Определим токи КЗ и ударный ток для точки К1 по формулам (7.16), (7.17) и (7.21)

кА,

кА,

кА.

7.3.5 Определение мощности КЗ , ВА, определяем по формуле

, (7.23)

Определим мощность КЗ в точке К6 по формуле (7.23).

МВА.

Расчет остальных точек КЗ производится аналогично. Результаты сводим в таблицу 7.5.

Таблица 7.5 – Токи короткого замыкания и базисные сопротивления линии 0,38 кВ

Точки КЗ	Напряжение, кВ	Сопротивление, Ом				Токи КЗ, кА			, МВА
К1	0,4	60,6	108,2	124	1,17	1,28	0,6	2,11	0,88
К2	0,4	77,1	110,4	135	1,13	1,2	0,56	1,9	0,83
К3	0,4	93,6	112,6	146	1,07	1,09	0,52	1,6	0,75
К4	0,4	110,1	114,8	159	1,05	1	0,48	1,5	0,69
К5	0,4	126,6	117	172	1,03	0,93	0,45	1,35	0,53
К6	0,4	143,1	119,2	186,2	1,02	0,85	0,43	1,2	0,5

Расчет линии 0,22 кВ производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 7.6.

Таблица 7.6 – Токи короткого замыкания и базисные сопротивления линии 0,22 кВ

Точки КЗ	Напряжение, кВ	Сопротивление, Ом				Токи КЗ, кА
К1	0,23	60,6	108,2	124	1,17	0,26
К2	0,23	139,5	117,3	182	1,02	0,24
К3	0,23	218	126,4	252	1	0,23
К4	0,23	297	135,5	326	1	0,22
К5	0,23	376	144,6	403	1	0,2
К6	0,23	455	153,7	480	1	0,19

7.4 Выбор оборудования подстанции ТП1

Оборудование электроустановок выбирается исходя из условий нормального режима и проверяется на термическую и динамическую стойкость в режиме КЗ.

При выборе разъединителя должны удовлетворятся требования:

, (7.24)

10 кВ=10 кВ

, (7.25)

200 А > 142 А,

где – номинальное напряжение и ток разъединителя.

Выбираем разъединитель РЛНД-10/200 В с приводом типа ПРН-10м. Проверяется разъединитель на термическую и динамическую стойкость

, (7.26)

250 кАс > 3,27 кАс

где – ток и время термической стойкости разъединителя,,;

–эквивалентное время примерно равное времени протекания тока ,=2с.

, (7.27)

20 кА > 2,11 кА

где – ток динамической стойкости разъединителя,.

7.5 Защита линии 0,38 кВ

Выбираем автоматический выключатель ВА 57 - 31 - 35003020УХЛЗ с I_н = 160 А, U = 380 В при этом должны выполнятся условия

, (7.28)

380 В ≥ 380 В

, (7.29)

160 А > 142 А

Определяем номинальный ток теплового расцепителя.

, (7.30)

где к_нт = 1,13.

По неравенству (7.30)

160 А > А,

160 А > 160,5 А

По условию не проходит, поэтому отказываемся от теплового расцепителя. Ставим независимый расцепитель с приставкой ЗТ-0,4.

Проверяем выключатель по току срабатывания электромагнитного

расцепителя

, (7.31)

где =1,25…1,5.

По неравенству (6.31)

,

500 А > 123,75 А

Чувствительность защиты линии 0,38 оценивается по выражению

, (7.32)

где – минимальный ток однофазного короткого замыкания;

–ток срабатывания теплового расцепителя

Условие не выполняется. Поэтому устанавливаем ЗТ-0,4.

Чувствительность защиты с электромагнитным расцепителем

, (7.32)

где – ток трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции;

I_ЭЛ.Р.– ток срабатывания электромагнитного расцепителя.

Условие выполняется.

Расчет защиты на ЗТ-0,4

Приставка ЗТ-0,4 действует на независимый расцепитель и имеет защиту от междуфазного тока КЗ и защиту от однофазного тока КЗ.

Защита от междуфазного тока КЗ отстраивается от тока нагрузки линии, т.е. ток срабатывания защитыI_ср⁽²⁾находится

А, (7.33)

где К_н– коэффициент надежности, равный 1,2;

К_з– коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение нагрузочного тока от пусковых токов, после отключения тока КЗ другими защитами. Для производственных нагрузок равен 1,25.

Уставка тока срабатывания I_уст⁽²⁾устройства ЗТ-0,4 имеет три значения: 100, 160, 250 А.

Оценка чувствительности защиты определяется по минимальному двухфазному току КЗ

(7.34)

Защита чувствительна к междуфазным токам КЗ

Расчет защиты от однофазного тока КЗ начинается с тока несимметрии

A, (7.35)

где К_нес– коэффициент несимметрии, который колеблется в пределах от 0,1 до 0,5. Принимаем Кнес=0,3.

Определяем ток срабатывания защиты от однофазного тока КЗ

A (7.36)

Выбираем уставку тока срабатывания от однофазного тока КЗ Iср⁽¹⁾= 40А

Определяем чувствительность этой защиты

(7.37)

Защиты чувствительны к любым видам токов КЗ и принимаются к исполнению.

Окончательно для защиты линииустанавливаемВА 57-31-35003020УХЛЗ сI_ном= 160А I_эл.р =500А

снабженного приставкой ЗТ-0,4, имеющей I_уст⁽²⁾=250А, I_уст⁽¹⁾= 40 А

8 Безопасность труда

8.1 Общая характеристика

Проектируемый индивидуальный дом находится в поселке Смолино Челябинской области и представляет собой здание площадью 128 м² и высотой 7,5 метров. Район по ветру ІІ, это означает, что скорость ветра один раз в 5 лет может достигать 24 м/с, один раз в 10 лет – 25 м/ с и один раз в 15 лет – 30 м/с.

Район по гололёду ІІ это означает, что толщина стенки гололёда может достигать 5 мм один раз в 5 лет и 10 мм один раз в 10 лет [2].

Электроснабжение жилого дома осуществляется от ТП 10/0,4 кВ. ТП расположена в двухстах метрах от дома. Теплоснабжение и горячее водоснабжение осуществляется от газового котла PROTHERM Тигр 12 КТЗ. По обеспечению надёжности электроснабжения проектируемый дом относится к потребителям ІІI категории. Ввод в дом выполнен проводом СИП2А 3х50+1х50. От распределительного щита РЩ запитаны шестнадцать групп: котел с автоматикой; вентиляционная камера; компрессор; погружной насос; розетки подвал; розетки гостиная и спальня, коридор; розетки ванна; розетки кухня; розетки 2 этаж; освещение подвал; освещение ванна, сан. узел, кухня, две спальни; освещение коридор; освещение подвал; освещение 2 этаж; гараж; баня и хозяйственная постройка. Проводка выполнена проводом ВВГ. Провод прокладываем в кабель – каналах (внутри), снаружи в гофрированной трубе из поливинилхлорида. Все линии защищены автоматическими выключателями ВА 47-29 1Р, а на вводе защиту обеспечивает автоматический выключатель ВА 47-29 3Р 40АВ и УЗО ВД-63 2Р 16А 30мА.

8.2 Защитные мероприятия

Защита электрических сетей напряжением до 1000 В в жилых зданиях должна выполнятся в соответствии с [19].

Номинальные токи комбинированных расцепителей автоматических выключателей для защиты групповых линий выбираются в соответствии с расчетными нагрузками. Сечения проводов выбраются в соответствии с [19] по условию нагрева длительным расчетным током и проверяются по потере напряжения, соответствию току выбранного аппарата защиты, условиям окружающей среды.

Для защиты от поражения электрическим током применяем УЗО. Для защиты от ударов молнии установим молниеотвод. Для предотвращения усиления возгораний предусматриваем наличие пенных огнетушителей ОП1, которые подходят для тушения электрооборудования напряжением до 1000 В.

8.3 Расчёт заземляющего устройства

Проектом предусмотрено защитное заземление для сети TN-C-S в соответствии с [19]. Металлические корпуса светильников, стационарных и переносных электроприемников и розетки должны быть заземлены. Для этого используется дополнительный защитный нулевой провод РЕ. При этом нулевой рабочий и защитный проводники на щитах не следует подключать под один контактный зажим[15].

Для защиты цепей выполнимнаружный контур повторного заземления.Данные для расчета защитного заземления заносим в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 – Данные для расчета защитного заземления

Наименование	Величина	Ед. измерения
1	2	3
Удельное сопротивление верхнего слоя грунта, ρ1	620	Ом ∙м
Удельное сопротивление нижнего слоя грунта, ρ2	400	Ом ∙м
Толщина верхнего слоя грунта, Н	1,7	м

Продолжение таблицы 8.1

Наименование	Величина	Ед. измерения
Сезонный климатический коэффициент, Кс	1,64	-
Заглубление вертикального заземлителя, Тверт	1,25	м
Длина вертикального заземлителя, Lверт	1,5	м
Наружный диаметр электрода, D	0,03	м
Ширина полосы, Впол	0,05	м
Заглубление полосы, Тпол	0,5	м
Расстояние между электродами, Р	2	м

Расчетное удельное сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности, R_{о расч}, Ом ∙м, определяем по формуле:

. (8.1)

Вычислим расчетное удельное сопротивление грунта по формуле (8.1)

Уточним максимально допустимое расчетное сопротивление группового заземлителя R_доп.ут, Ом

, (8.2)

где R_доп - нормируемое ПУЭ сопротивление, R_доп = 30 Ом.

Определим максимально допустимое расчетное сопротивление группового заземлителя по формуле (8.2)

Ом.

Сопротивление одного вертикального заземлителя R_верт, Ом, определяем по формуле

, (8.3)

Найдем сопротивление одного вертикального заземлителя по формуле (8.3)

.

Приблизительное количество вертикальных заземлителей без учета соединительной полосы и коэффициента использования N, шт, определим по формуле

, (8.4)

Найдем приблизительное количество вертикальных заземлителей без учета соединительной полосы по формуле (8.4)

шт.

Сопротивление соединительной полосы Rпол, Ом, по формуле

, (8.5)

где L_пол – длина полосы; так как заземлителей два, то L_пол=2 м.

Вычислим сопротивление соединительной полосы по формуле (8.5)

Ом.

Сопротивление вертикальных заземлителей вместе с соединительной полосой R_полн, Ом, определяем по формуле

. (8.6)

Определим сопротивление вертикальных заземлителей вместе с соединительной полосой по формуле (8.6)

Ом.

Количество вертикальных заземлителей вместе с соединительной полосой и учетом коэффициента использования N_уточ, шт

, (8.7)

где К_исп – коэффициент использования электродов, К_исп=0,72.

Уточняем количество вертикальных заземлителей вместе с соединительной полосой по формуле (8.7)

шт.

Схематическое изображение заземлителя показано на рисунке 8.1, а всего защитного заземления на рисунке 8.2.

Рисунок 8.1 – Заземлитель в двухслойном грунте

Рисунок 8.2 – Контур защитного заземления

8.4 Безопасность труда при монтаже и эксплуатации газового котла

К работам по монтажу, вводу в эксплуатацию и техобслуживанию отопительного котла допускается только квалифицированный персонал. К работам над электрической частью отопительного котла допускаются только квалифицированный электротехнический персонал.

Котел и необходимое вспомогательное оборудование устанавливаютсяи используютсясогласно проекта, который отвечает законным требованиям и техническим нормативам, а также рекомендациям Производителя. Необходимо проконтролировать соответствие типа котла требованиям потребителя.

При проведении электромонтажных работ следует руководствоваться местными нормами и предписаниями. Эксплуатация отопительного котла разрешается только в диапазоне мощности, заданном в технической документации. Применение отопительного котла в соответствии с назначением подразумевает его исключительное использование в водяных системах отопления.

Работы по подключению котла должен проводить электромонтер имеющий III группу по электробезопасности. Перед началом работ необходимо отсоединить котел от сетевого напряжения.

Металлические корпуса газовых котлов подлежат обязательному заземлению и занулению. Все металлические части здания, которые могут оказаться под напряжением, соединяются в единый заземляющий контур.

Запрещается снимать, перемыкать или каким-либо другим образом выводить из работы предохранительные и контрольные устройства. Эксплуатация котла разрешается только в технически исправном состоянии. Все повреждения и неисправности, которые отрицательным образом сказываются или могут сказаться на безопасности работы, должны быть незамедлительно устранены специалистами.

При замене поврежденных частей и компонентов разрешается использовать только оригинальные запасные части.

Расстояние до стен или горючих материалов должно соответствовать предписаниям местных органов пожарной безопасности. Минимальное допустимое расстояние составляет 200 мм.

Работы по монтажу и обслуживанию котла должны производиться с применением необходимых средств электрозащиты.

Котел устанавливается на строительную основу, т.е. на пол или основание. Пол имеетдостаточную несущую способность инекользкий.Уборка помещения проводится только сухим способом (например, пылесосом). Котел размещаетсяна несгораемой подставке. В случае, если пол изготовлен из сгораемого материала, необходимо оснастить котел несгораемой, изоляционной подкладкой, которая превышает горизонтальную плоскость проекции котла по крайней мере на 100 мм.

Монтаж и эксплуатация отопительных котлов разрешается только в помещениях и котельных, удовлетворяющих требованиям местных органов пожарной безопасности.

Помещение котельной по степени опасности поражения электрическим током относится к особо опасным помещениям. В качестве основных защитных мероприятий применяется защитное заземление и защитное зануление металлических частей и корпусов электрооборудования и рабочих машин.

Для обеспечения электробезопасности в котельной приняты следующие меры: прокладка силовых кабелей осуществляется в водо-газопроводных трубах; все электродвигатели и металлические корпуса электрооборудования заземлены и занулены.

При работе на газообразном топливе котельная оборудуется светильниками во взрывобезопасном исполнении, с выключателями, установленными снаружи у входа в рабочее помещение котельной.

8.5 Устройство защитного отключения

Устройство защитного отключения (УЗО) – это быстродействующий автоматический выключатель, реагирующий на дифференциальный ток (ток утечки), в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке. Применение УЗО является единственным способом обеспечения защиты при непосредственном прикосновении человека к токоведущим частям. Обязательное применение УЗО в электрощитах вновь строящихся и реконструируемых домов, мобильных (инвентарных) зданий из металла или с металлическим каркасом (торговые павильоны, АЗС, складские сооружения и т.п.), коттеджей, гаражей и др. предписывается требованиями ПУЭ и ряда стандартов и норм (ГОСТ Р 50669-94, комплекс стандартов ГОСТ Р 50571, НПБ 243-97, МГСН 3.01-96 и др.).

УЗО предназначено для:

а) защиты людей от поражения электрическим током при неисправностях электрооборудования, повреждения изоляции проводников или при случайном непреднамеренном контакте человека с открытыми проводящими частями электроустановки;

б) предотвращения возгораний и пожаров, возникающих вследствие протекания токов утечки и развивающихся из них коротких замыканий, замыканий на корпус и замыканий на землю.

Сущность защитного отключения заключается в немедленном разрыве электрической цепи, как только появляется опасность поражения. Согласно ПУЭ полное время срабатывания защитного отключения не должно превышать 0,2 с. Зануление обеспечивает отключение поврежденного участка сети или электроприемника лишь через период времени, измеряемый единицами или десятками секунд.

УЗО, применяемые в электроустановках зданий на объектах Российской Федерации, должны отвечать требованиям действующих стандартов и в обязательном порядке пройти сертификационные испытания по утвержденной Госэнергонадзором и Госстандартом программе в аккредитованном по УЗО сертификационном центре.

Это означает, что все УЗО, применяемые в электроустановке здания, должны иметь российский сертификат соответствия с указанием его срока действия. Сертификат выдается на определенный срок, обычно 3 года, однако предприятие-изготовитель обязано ежегодно проходить регламентированный инспекционный контроль в сертификационном центре, выдавшем сертификат на изделие, с оформлением соответствующего протокола. В случае невыполнения условий, лежащих в основе выдачи сертификата, он отменяется (приостанавливается) органом по сертификации или центральным органом по сертификации.

При проверке технической документации на УЗО необходимо обратить внимание на достоверность сертификата и его содержание — соответствие требованиям нормативных документов (обязательно ГОСТ Р 50807-95, ГОСТ Р 51326.1-99, ГОСТ Р 51326.1-99), основание выдачи (протокол испытаний, отчет об инспекционном контроле), перечень модификаций, на которые распространяется его действие, адреса изготовителя и  продавца, номер контракта и объем партии (для импортных устройств).

УЗО должны отвечать требованиям НПБ 243-97, пройти сертификационные испытания во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МЧС России (ВНИИПО), иметь сертификат пожарной безопасности.

Испытания УЗО должен проводить только квалифицированный персонал, прошедший обучение и аттестацию с присвоением группы по электробезопасности не ниже третьей при работе в электроустановках до 1000 В с соблюдением требований ПТЭ и ПТБ.

Принимаем УЗО ВД-63 2Р 16А 30мА:

Рисунок 8.3 – Дифференциальный выключатель (УЗО)

9 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

9.1 Составление сметы капитальных вложений

В данном проекте приведен расчет системы отопления индивидуального жилого дома с применением конденсационного газового котла. В ходе расчета был выбран конденсационный газовый котёл PROTHERM Тигр 12 KTЗ.

Смету капитальных вложений [20] на установку конденсационного газового котла сведем в таблицу 9.1

Таблица 9.1 – смета капитальных вложений на установку газового котла

наименование	количество	цена за единицу, руб.	сумма, руб.
1		3	4
Котел газовый PROTHERMТигр 12KTЗ сP=3,5-11,5 кВт , шт.	1	52150	52150
Провод ВВГ 3×1,5	5	13,08	65,4
Наборные элементы газохода:	-	-	-
патрубок 1000 мм, шт.	9	2490,44	22413,96
вертикальный конечный элемент, шт.	1	553,07	553
колено 87º - 90º, шт.	1	2015,2	2015,2
Конденсатоотводчик, шт.	1	4033,17	4033,17
регулирующий колпак для кровли, шт.	1	1169,67	1169,67
хомут крепежом, шт.	10	125,4	1254
Монтаж котла газового, шт.	1	7035	7035
Итого			90689,4

Смету капитальных вложений на установку электрического котла сведем в таблицу 9.2

Таблица 9.2 – смета капитальных вложений на установку электрического котла

наименование	количество	цена за единицу, руб.	сумма, руб.
1		3	4
Котел DAKON PTE-12, шт.	1	28910	28910
Автоматический выключатель ВА51-25-14, шт.	1	444,4	444,4
Кабель ВВГ 5×6, метр	5	95,9	478,5
Бойлер емкостью 60 литров, шт.	1	14350	14350
монтаж электрокотла , шт.	1	6335	6335
Итого			50517,9

Накладные расходы составляют 50%...100% от капиталовложений

, (9.1)

Определим накладные расходы по формуле (9.1)

тыс.руб.,

тыс.руб.

Плановые накопления составляют до 40% от суммы капиталовложений и накладных расходов

, (9.2)

Определим плановые накопления по формуле (9.2)

тыс.руб.,

тыс.руб.

Общие капиталовложения , тыс.руб., определяются как сумма капиталовложений на оборудования, накладных расходов и плановых накоплений.

, (9.3)

Определим общие капиталовложения по формуле (9.3)

тыс.руб.,

тыс.руб.

9.2 Технико-экономическое сравнение

Выбор лучшего варианта произведем по минимуму приведенных затрат З_пр , тыс.руб.

, (9.4)

где с – годовые эксплуатационные расходы, тыс.руб.;

Е_н – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, Е_н = 0,14;

–капитальные вложения, тыс.руб.

Годовые эксплуатационные расходы, с, тыс. руб., определяем по формуле

, (9.5)

где А_i – затраты на амортизацию оборудования, А = 16,3% от К_i капитальных вложений, тыс.руб.;

З_ТР.i – затраты на текущий ремонт, составляют 80% от затрат на амортизацию оборудования, З_ТР = 0,8·А тыс.руб.;

З_проч.i – прочие затраты, составляют 10% от суммы затрат на амортизацию и затрат на текущий ремонт, З_проч.i = (12…15)% от Σ(А+З_ТР), тыс.руб.;

Е_н – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, Е_н = 0,14;

К_i – капитальные удельные вложения (сметная стоимость), в тыс. руб

Определим годовые эксплуатационные расходы на установку газового котла по формуле (9.5).

А₁ = 0,163· 90,689 = 14,78 тыс. руб./год;

З_ТР1 = 0,8· 14,78 = 11,82 тыс. руб./год;

Аналогично проводим расчет годовых эксплуатационных расходов на установку электрокотла:

А₂ = 0,163· 50,518 = 8,234 тыс. руб./год;

З_ТР2 = 0,8· 8,234 = 6,587 тыс. руб./год

Тогда приведенные затраты на установку котлов З_пр, тыс.руб., будут равны

= 30,59 + 0,14∙90,68 = 43,29 тыс.руб.,

= 17,04 + 0,14∙50,52 = 24,11 тыс.руб.

Годовые затраты на электроэнергию:

, (9.6)

где _i – мощность электрокотла в кВт, Р_i = 12 кВт;

24 – количество часов в сутках;

218 – число дней отопительного периода;

И_э – тариф электроэнергии, И_э = 1,253 руб/кВт·ч.[25]

Годовые затраты на газоснабжение:

(9.7)

где Q_г – номинальный расход газа, котел расходует 2,8 м³/ч;

И_г – стоимость одного м³ газа, И_г = 2,09 руб/м³.[25]

Расчет дополнительного дохода

Дополнительный доход получается за счет разницы затрат на

электроэнергию и газ.

. (9.8)

Годовая экономия

, (9.9)

/год.

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений:

,.

Коэффициент экономической эффективности показывает, какова доходность с каждого вложенного рубля.

Результаты расчетов сведем в таблицу 9.3

Таблица 9.3 – Сравнительный расчет вариантов

параметры	электрический котел	газовый котел
Капитальные вложения, тыс.руб.	53,423	90,689
Годовые эксплуатационные расходы с, тыс.руб.	17,044	30,595

Продолжение таблицы 9.3

параметры	электрический котел	газовый котел
Приведенные затраты на установку котлов Зпр, тыс.руб.	24,116	43,291
Годовой расход: электроэнергии(МВт·ч)/газа(м^3/ч)	62,784	14649,6
Годовые затраты на топливо Зi, тыс.руб. /год	78,668	30,617
Дополнительный доход ДДОП, тыс.руб. /год	48,051
Годовая экономия Эг тыс, руб. /год	61,602
Срок окупаемости Т, год	1,5
Коэффициент экономической эффективности Епр	0,66

10 ЭКОЛОГИЯ

В настоящее время во всем мире возникли серьезные проблемы в связи с всевозрастающими потребностями человеческого общества – с одной стороны и наличием природных ресурсов – с другой стороны. Наиболее важные научные исследования последних десятилетий были направлены на разработку устройств и систем для утилизации энергии и выбросов, также большое значение в настоящее время занимают разработки экологически чистых материалов ограждающих конструкций. Хорошо известно, что одним из наибольших потребителей, например, тепловой энергии в большинстве развитых стран являются системы обеспечения требуемого микроклимата. Поэтому в этих системах все большее распространение находят установки с рекуперативными и регенеративными утилизаторами тепла, позволяющими существенно снизить расход энергии на обработку воздуха. Одновременно с этим все чаще стали применять топлива с наименьшими выбросами отходов.

Одновременно с этим происходит совершенствование и самих генераторов тепла. Это относится не только к котлам на газе и продуктам нефтепереработки, но и к печам на древесном топливе. Здесь следует упомянуть усовершенствование газовых и жидкотопливных горелок, применение конденсационных технологий в «хвостовых» поверхностях котельных агрегатов, от которых наименьшее экологическое загрязнение. Следует, в связи с этим, упомянуть также и использование «голубого» сжигания древесного топлива, в качестве которого все чаще применяют не только обычные дрова или отходы деревообрабатывающей промышленности, но и гранулированные растительные отходы.

Выбранный в дипломном проекте котел, PROTHERM Тигр 12 KTЗ, обеспечивает достаточно полное сжигание газа с минимальным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу. Для удаления продуктов сгорания от котла не требуется установки дополнительных утилизационных установок.

Также в настоящее время большое внимание уделяется чистоте воздуха в помещениях дома, равномерности поступления воздуха в помещения, обеспечиваемыми системой вентиляции, а также к параметрам микроклимата помещения. В поселке Томино Сосновского района воздух незначительно загрязнен, но в дипломном проекте использована вентиляция с принудительным побуждением, так как стоят стеклопакеты. Воздухообмен в доме должен быть организован таким образом, чтобы не допускать распространения вредных веществ и неприятных запахов из одного помещения в другое, для этого предусмотрены вытяжные отверстия.

Заключение

В настоящем дипломном проекте разработана система отопления и вентиляции индивидуального жилого дома. В ходе проекта произведен теплотехнический расчет и определено требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций здания. Составлен тепловой баланс здания в холодный период года. Произведен выбор генератора теплоты (котла), установили газовый котёл PROTHERM Тигр 12 KTЗ, а также схемы теплоснабжения. Выбираем биметаллические секционные радиаторы фирмыSiraRS300 (Италия) с рабочим давлением40 атм и приведена схема их размещения. Проведен расчет воздухообмена в помещениях. Разработана схема системы вентиляции, в которой устанавливаем приточную камеру Бризарт с электрическим калорифером и выбрали размеры воздуховодов. Составлена схема электроснабжения поселка, проверено качество напряжения питающего проектируемый дом. Выбрана защитная аппаратура внутренней сети 0,38 кВ автоматический выключатель ВА 57-31 -35003020УХЛЗ с I_н = 160 А, U = 380 В. В проекте также отражены вопросы безопасности труда, в котором выбрали УЗО ВД-63 2Р 16А 30мА. Входе технико – экономического расчета произведено сравнение газового и электрического котла. Сравнение показало, что наиболее выгодным является применение газового котла. Несмотря на большие капитальные затраты на установку газового котла 90689 тыс. руб., низкая стоимость энергоносителя обеспечивает значительную годовую экономию и небольшой срок окупаемости 1,5 года.

Задачи, поставленные в данном дипломном проекте, выполнены. Спроектированные системы отопления и вентиляции, а также выбранное оборудование отвечает правилам техники безопасности, обеспечивает комфортный микроклимат помещений и является экономически оправданным.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.И. Еремин и др. Отопление и вентиляция жилого здания: Учебное пособие. – 2-е издание. – М.: Издательство АСВ, 2003 – 129 с.

2. СН и П 23-01-99. Строительная климатология. – М.: ГОССТРОЙ России, 2000. – 114 с.

3. СН и П 23 – 02 – 2003. Тепловая защита здания. – М.: Госстрой России, 2003. – 27 с.

4. СН и П 2.08.01 – 89. Жилые здания. – М.: Стройиздат, 1989. – 28 с.

5. СН и П 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование. –- М.: Госстрой России, 2004. – 56 с.

6. Внутренние санитарно – технические устройства. В 3 ч. Ч. I. Отопление / В. Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А. Н. Сканави и др.; под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 344с.

7. Внутренние санитарно – технические устройства. В 3 ч. Ч. 2. Водопровод и канализация / Ю. Н. Саргин, Л. И. Друскин, И. Б. Покровская и др.; под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 247 с.

8. К.Ю. Варягин . Справочное руководство по вентиляции газифицированных зданий. – М.: Стройиздат, 1986. – 235с.

9. Ю.П. Ильин, С.К. Шерьязов , Ю.И. Банников. Электроснабжение сельского хозяйства (сетевая часть): Учебное пособие. – Челябинск: ЧГАУ, 2006.

10. Л.Е. Лымбина, Н.Т. Магнитова. Отопление и вентиляция гражданского здания: Учебное пособие к курсовому проекту. Часть 1. Теплотехнический расчет конструкций. Теплоэнергетический баланс здания. – 2-е изд., перераб. и доп. – Челябинск: ЮУрГУ, 1998. – 49с.

11. Л.Е. Лымбина, Н.Т. Магнитова, И.С. Буяльская. Отопление и вентиляция гражданского здания: Учебное пособие к курсовому проекту. – Челябинск: ЧГТУ, 1994. – 32с.

12. Ю.П. Соснин, Е.Н. Бухаркин. Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома: Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1993. – 384с.

13. Отопление и вентиляция жилых зданий/Центр. науч. – исслед. и проект.-эксперим. ин-т инж. оборуд. – М.: Стройиздат, 1990. – 24 с.

14. Проектирование тепловой защиты зданий СП 23-101-2004. – М.: Стройиздат, 2004. – 140с.

15. Методические указания к разделу «Безопасность труда» в дипломных проектах. – Челябинск: ЧГАУ, 1994. – 23 с.

16. Стандарт предприятия проекты курсовые и дипломные общие требования к оформлению СТП ЧГАУ 2-2003. – Челябинск: ЧГАУ, 2003.

17. Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Н.Т. Магнитова. Оформление текстовой и графической документации: Учебное пособие. – Челябинск, 2004. – 156 с.

18. Электротехническая компания «PROTHERM»/ Каталог котлов, 2009. – 31 с.

19. Правило устройства электроустановок. – изд. 7-е, перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2003.

20. В.Т. Водяников. Экономическая оценка энергетики АПК: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – М.: ИКФ «ЭКМОС», 2002. – 304 с.

21. Компания «Астротек»/ Каталог телоизоляции «ПЕНОПЛЭКС 45» и пароизоляции, 2009. – 20 с.

22. Группа компаний «Thyssen-Фаворит»/ Каталог окон, 2009. – 35 с.

23. Компания «Global»/ Каталог отопительных приборов - радиаторов, 2009. – 40 с.

24. Р.В Щекин. Справочник теплоснабжения вентиляции: Справочное пособие, (книга 2 - вентиляция). – Киев.: Стройиздат, 1976. – 352с.

25. А.В. Бастрон, Т.Н. Бастрон, Я.А. Кунгс и др. Проектирование инженерных систем сельских жилых домов: Учебное пособие. – Красноярск: Красноярский Государственный Аграрный Университет, 2004. – 132 с.

26. Г.В. Нимич, В.А. Михайлов, Е.С. Бондарь. Современные системы вентиляции и кондинционирования воздуха. Справочное пособие– М.: Энергоатомиздат, 2003. – 528 с.

27. Интернет ресурс.