Как собрать исходные данные для дипломной работы по отоплению — пошаговый разбор на примере Воркуты

Начало работы над дипломным проектом по отоплению часто вызывает стресс: перед вами чистый лист и масса требований, в которых легко запутаться. Однако ключ к успеху и спокойствию — правильная организация процесса. Сбор и обоснование исходных данных — это не рутинная формальность, а закладка фундамента всего проекта. От точности этих данных зависит корректность всех последующих инженерных расчетов.

Эта статья проведет вас за руку по всему процессу на конкретном, живом примере. Мы соберем полный комплект данных для проектирования двухтрубной системы отопления для двухэтажного здания в суровых климатических условиях Воркуты. Итак, отбросим страх чистого листа. Первый и самый главный шаг — детально описать объект, для которого мы проектируем тепло. Давайте определим его ключевые параметры.

Фундамент проекта, или определяем ключевые характеристики здания

Прежде чем приступать к расчетам, необходимо «прочитать» архитектурный план с точки зрения инженера-теплотехника. Геометрические и географические параметры напрямую влияют на будущую систему отопления и ее мощность. В нашем случае объектом проектирования является двухэтажное здание со следующими характеристиками:

• Вариант планировки: 2
• Число этажей: 2
• Ориентация входа: Северо-запад (СЗ)

Обоснование этих параметров критически важно. Например, ориентация входа на северо-запад означает, что эта стена будет подвержена преобладающим холодным ветрам, что увеличит инфильтрацию и теплопотери через нее. Это необходимо будет учесть в расчетах. Ключевыми для определения объемов и площадей являются строительные размеры:

• Длина здания (а): 6,1 м
• Ширина здания (б): 3,0 м
• Высота этажа (Нэт): 3,0 м
• Высота здания до конька крыши (Нш): 3,8 м

Эти цифры станут основой для расчета площадей наружных стен, окон, кровли и объемов каждого помещения, что является следующим шагом в определении общей тепловой нагрузки. Теперь, когда у нас есть «скелет» нашего здания, нам нужно понять, из чего состоят его «мышцы» — ограждающие конструкции. Именно они принимают на себя основной удар холода.

Из чего построен наш дом и как это влияет на теплопотери

Материал стен, окон и перекрытий — это не абстракция, а ключевая переменная в уравнении теплопотерь. Совокупность этих элементов называется ограждающими конструкциями. Их главная характеристика для теплотехника — приведенное сопротивление теплопередаче (R₀). Говоря простыми словами, чем выше этот показатель, тем «теплее» дом и тем меньше потребуется энергии, а значит и денег, на его отопление.

В нашем проекте принят следующий вариант конструктива:

Конструкция наружной стены – вариант 1.

Конкретные значения сопротивления теплопередаче для этой стены, а также для перекрытий, окон и дверей, не берутся «с потолка». Они строго регламентированы и для нашего случая принимаются согласно нормативному документу — СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». Привычка работать с первоисточниками и нормативной документацией — залог грамотного проектирования. Важно понимать, что увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций в 2-3 раза позволяет кратно снизить теплопотери. Мы определили геометрию и материалы здания. Теперь необходимо поместить его в реальные условия эксплуатации, а именно — в суровый климат Воркуты.

Климатические условия Воркуты как решающий фактор расчета

Система отопления проектируется не для абстрактной зимы, а для конкретных, нормативно закрепленных температур и условий региона строительства. В нашем случае это Воркута — город с экстремально холодным климатом, что предъявляет особые требования к мощности и надежности системы.

Ключевые климатические параметры, необходимые для расчета, берутся из свода правил СП 131.13330 «Строительная климатология». К ним относятся:

1. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (tн) — самая холодная пятидневка, обеспеченностью 0,92.
2. Продолжительность отопительного периода (zо) в сутках.
3. Средняя температура за отопительный период (tо.ср).
4. Средняя скорость ветра за зимние месяцы.
5. Количество солнечной радиации на вертикальные поверхности.

Использование именно этих, а не средних или прогнозных значений, гарантирует, что система справится со своей задачей в самые суровые морозы и обеспечит комфорт внутри. Мы защитили наше здание от внешнего холода. Теперь пора определить, какие комфортные условия мы хотим создать и поддерживать внутри.

Каким должен быть микроклимат внутри помещений

Проектируемая система отопления должна обеспечивать и поддерживать заданные параметры внутреннего микроклимата. Ключевых параметров два: расчетная температура и относительная влажность воздуха.

Расчетная температура внутреннего воздуха (tв) выбирается в зависимости от назначения помещения. Для жилых комнат, как в нашем случае, она обычно принимается в диапазоне +20-22 °C согласно ГОСТ 30494-2011.

Относительная влажность воздуха (φа) влияет на ощущение комфорта и на такие процессы, как выпадение конденсата на окнах. Для нашего проекта мы принимаем нормативное значение:

• Относительная влажность воздуха в характерном помещении φа= 55%.

Эти параметры необходимы не только для определения целевых показателей, но и для расчета расхода теплоты на нагрев инфильтрационного наружного воздуха, который проникает в здание через щели и поры. Итак, мы знаем, что и где мы греем, от какого холода защищаемся и какой климат создаем. Пришло время выбрать главный инструмент — саму систему отопления.

Выбор и обоснование двухтрубной системы отопления

Настоящий инженерный подход заключается не в том, чтобы слепо следовать заданию, а в том, чтобы делать осознанный выбор и уметь его защитить. В нашем проекте указана двухтрубная система отопления с нижней разводкой магистралей. И этот выбор абсолютно оправдан.

По сравнению с более дешевыми в монтаже однотрубными системами, двухтрубные обладают рядом неоспоримых преимуществ:

• Равномерность прогрева. В двухтрубной системе к каждому радиатору подходит теплоноситель практически одинаковой температуры, что обеспечивает равномерный прогрев всех помещений на этаже.
• Возможность индивидуальной регулировки. На каждый отопительный прибор можно установить термостатический вентиль, что позволяет жильцам настраивать комфортную температуру в каждой комнате отдельно и экономить тепловую энергию.

Двухтрубные системы бывают двух основных видов: тупиковая (с встречным движением подающего и обратного потоков) и попутная (петля Тихельмана), где потоки движутся в одном направлении. Попутная схема обеспечивает лучшую гидравлическую увязку системы, но требует большего расхода труб. Выбор конкретной схемы будет сделан на этапе гидравлического расчета. Мы выбрали принципиальную схему «транспортной сети» для тепла. Теперь определим, что по ней будет «перевозиться» (теплоноситель) и где будет «разгружаться» (отопительные приборы).

Параметры теплоносителя и выбор отопительных приборов

Источник тепла и конечные элементы системы должны быть связаны в единую цепь. В нашем случае теплоснабжение является централизованным.

Теплоснабжение — от городской водяной теплосети.

Параметры теплоносителя (воды) в городской сети являются высокотемпературными, что типично для сетей северных городов, позволяя передавать больше тепла при меньшем объеме воды.

• Расчетная температура в подающем трубопроводе: Тr = 150 °С
• Расчетная температура в обратном трубопроводе: То = 70 °С

Такой температурный график (150/70) является «острым» и не может подаваться напрямую в радиаторы. Поэтому в проекте необходимо будет предусмотреть индивидуальный тепловой пункт (ИТП) со смесительным узлом. Также задан гарантированный перепад давления в точке подключения к тепловой сети — 65 кПа, что достаточно для циркуляции воды в двухэтажном здании.

В качестве отопительных приборов выбраны проверенные временем и надежные чугунные секционные радиаторы:

• Тип отопительных приборов – МС140.

Тепловая мощность одной секции этого радиатора известна из справочников, и на основе этого будет производиться подбор необходимого числа секций для каждой комнаты. Для безопасности закрытой системы обязательна установка расширительного бака и группы безопасности. Мы прошли весь путь, от архитектурного плана до конкретного типа радиатора. Осталось сложить все элементы в единую, четкую картину.

Итоговая сводка исходных данных для начала теплотехнического расчета

Мы систематизировали всю информацию и готовы представить финальный чек-лист исходных данных. Этот структурированный список — ваша отправная точка для выполнения расчетов.

1. Район строительства: г. Воркута.
2. Характеристики здания: 2 этажа, вход с СЗ, размеры а=6,1 м, б=3,0 м, Нэт=3,0 м.
3. Ограждающие конструкции: Наружная стена — вариант 1. Сопротивления теплопередаче принимаются по СНиП II-3-79*.
4. Внутренний микроклимат: Расчетная температура tв = +20-22°C (принимается по ГОСТ), относительная влажность φа= 55%.
5. Система отопления: Водяная, двухтрубная, с нижней разводкой магистралей.
6. Теплоснабжение: Централизованное, от городской теплосети.
7. Параметры теплоносителя: Температурный график 150/70 °С, перепад давления 65 кПа.
8. Отопительные приборы: Чугунные секционные радиаторы МС140.

Данный набор данных является полным и достаточным для перехода к следующему, самому важному этапу дипломной работы — теплотехническому расчету ограждающих конструкций и определению теплопотерь каждого помещения здания.

Список использованной литературы

1. СНиП 2.04.05-91* Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
2. СНиП II-3-79** Строительная теплотехника.
3. СНиП 23-01-99 Строительная климатология СНиП 2.08.01-89 (1999) Жилые здания.
4. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.
5. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.
6. Методические указания Лаврентьевой В.М.. Новосибирск 2001.
7. Методические указания Крупнова Б.А., 2006г.
8. Методические указания Беловой Е.М., Москва 2003.
9. Теплоснабжение и вентиляция. Учебник для вузов. Изд. 2-у. В.М. Гусев. Ленинград: Стройиздат. Ленинградское отделение. 1975. – 232 стр.
10. Тепловой режим зданий: Учебное пособие. А.И. Еремкин, Королева Т.И. – М.: Издательство АСВ, 2000. – 368 с.