Проектирование систем отопления

О.С. Ануфриенко 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ 
ОТОПЛЕНИЯ

Учебно-методическое пособие 

2-е издание, стереотипное

Москва 
Издательство «ФЛИНТА» 
2018 

УДК 697
ББК  38.762.1

А73

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой 

металлургических технологий Новотроицкого филиала 

ГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический 

университет “МИСиС”» Е.В. Братковский

кандидат технических наук, инженер-технолог участка 

конденсатоочистки и химводоочистки цеха парогазовоздухоснабжения 

ПАО «Орскнефтеоргсинтез» А.Н. Бушуев

Научный редактор:

кандидат технических наук, заместитель начальника цеха 

парогазовоздухоснабжения ПАО «Орскнефтеоргсинтез» А.Ю. Кулагин

А73

 Ануфриенко О.С. 
 Проектирование систем отопления : учебно-методическое пособие / О.С. Ануфриенко. — 2-е изд., стер. — Москва : ФЛИНТА, 2018. 
— 166 с. — ISBN 978-5-9765-3933-4. — Текст : электронный.

Настоящее методическое пособие составлено на основании 
программы курса «Отопление, вентиляция, кондиционирование 
воздуха», 
читаемого 
в 
Орском 
гуманитарно-технологическом 
институте (филиале) ОГУ студентам механико-технологического 
факультета. Оно окажет помощь при подготовке к практическим и 
самостоятельным занятиям, при написании курсовой работы. 

УДК 697 
ББК  38.762.1 

ISBN 978-5-9765-3933-4
© Ануфриенко О.С., 2018
© Издательство «ФЛИНТА», 2018

Содержание

Введение ………………………………………………………….
6

1
Демонстрационный 
проект
системы 
отопления 

и вентиляции здания. Постановка задачи ……………………… 7

1.1 
Принципы 
проектирования 
энергоэффективных 

зданий …………………………………………………………….
7

1.2 Классификация технологических элементов системы 

отопления, вентиляции, кондиционирования ………………….
11

1.3 Регулирование по температуре воздуха в помещении
13

1.4 Регулирование по температуре наружного воздуха …
13

1.5 Моделирование алгоритма управления ………………
13

2 Расчетная часть ………………………………………………...
16

2.1 Необходимая информация об объекте ……………….
16

2.1.1 Форма архитектурно-планировочного 

и конструктивного решения …………………………………….
16

2.1.2 Наружные сети и внутренние системы 

инженерного оборудования ……………………………………..
17

2.1.3 Климатические данные …………………………
17

2.2 Расчет теплопотерь здания ……………………………
19

2.2.1 Теплотехнический расчёт наружных 

ограждающих конструкций ……………………………………..
19

2.2.2 Расчет трансмиссионных теплопотерь ………..
21

2.2.3 Разность наружного и внутреннего давлений по 

разные стороны ограждения на наветренной стороне здания ..
26

2.2.4 Расход теплоты на нагревание 

инфильтрационного воздуха ……………………………………. 27

2.2.5 Теплопотери через напольное покрытие ………
30

2.2.6 Расчет трансмиссионных потерь 

через потолочное покрытие ……………………………………..
32

2.3 Расчёт нагревательных приборов …………………….
39

2.4 Гидравлический расчёт системы отопления здания … 45

2.4.1 Определение потерь давления на трение ……… 46
2.4.2 Потери давления на местные сопротивления …
49

2.5 Система вентиляции …………………………………...
53

2.5.1 Нормы для торговых залов …………………….
53

2.5.2 Выбор оборудования …………………………...
54

2.5.3 Предварительный расчет оборудования 

для вентиляции торгового зала …………………………………. 55

2.5.4 Расчет воздухообмена …………………………..
55

2.5.5 Расход тепла на подогрев приточного воздуха
57

2.5.6 Расход теплоносителя на калорифер …………..
57

2.5.7 Рабочее давление, скорость потока воздуха 

в воздуховодах и допустимый уровень шума …………………
58

2.5.8 Тепловые завесы ………………………………...
59

3 Проектирование системы вентиляции в программе AeroCad
62

4 Автоматизация системы отопления …………………………..
70

4.1 Подбор оборудования теплового пункта …………….
70

4.2 Подбор автоматических балансировочных клапанов

на отопительные приборы ………………………………………
75

5 Экономический расчет ………………………………………...
79

5.1 Пример экономичности использования контурного 

моделирования работы системы жизнеобеспечения ………….
79

5.2 Пример обоснования экономической эффективности 

проектов вентиляции …………………………………………….
80

6 Заключение по демонстрационному проекту ……………….
92

7 Методические указания к выполнению курсовой работы
по дисциплине «Отопление, вентиляция, кондиционирование 
воздуха» ………………………………………………………….
93

7.1 Лист задания (образец) ………………………………..
94

7.2 Список специальных вопросов (образец) ……………. 95
7.3 Аннотация (образец) …………………………………... 96
7.4 Содержание курсовой работы (образец) ……………..
97

7.5 Раздел постановки задачи проектирования (образец)
98

7.5.1 Характеристика объекта проектирования 

(образец) …………….……………………………………………
98

7.5.2 Требования и техническая характеристика 

проекта (образец) ……………..………………………………….
100

7.5.3 Обзор состояния проблемы и перспективные 

направления в проектировании систем отопления (образец) … 107

7.5.4 Выводы по разделу (образец) …………………..
114

7.6 Проектирование, подбор основного 

и вспомогательного оборудования (образец) ………………….
115

7.6.1 Расчет теплопотерь через ограждающие

конструкции (образец) …………………..………………………
115

7.6.2 Теплоэнергетический баланс здания (образец) 
129

7.6.3 Выбор и обоснование системы отопления 

(образец) ……………….…………………………………………
131

7.6.4 Отопительные приборы. Расчет отопительных 

приборов (образец) …………………………...………………….
133

7.6.5 Тепловой пункт. Устройство, расчет, подбор

гидроэлеватора (образец) ………………………………………..
139

7.6.6 Выводы по разделу (образец) ……..……………
143

7.7 Практическая реализация проекта (образец) ………… 143

7.7.1 Организация монтажа, эксплуатации и ремонта 

(образец) ………………………………………………………….. 143

7.7.2 Факторы энергосбережения (образец) …………
155

7.7.3 Выводы по главе 3 (образец) ……….……..……
155

7.8 Заключение (образец) ………………………………….
156

7.9
Список 
рекомендованных 
к 
использованию 

нормативных первоисточников в курсовой работе (образец) ... 156

7.10 Планы зданий по вариантам …………………………
157

Библиографический список ……………………………………..
165

Введение

Учебно-методическое пособие состоит из семи разделов: разделы 

1-6 описывают демонстрационный проект с оценкой путей повышения энергоэффективности и в разделе 7 приводятся методические
указания к выполнению квалификационной работы, выполняемой самостоятельно. Методические рекомендации можно использовать на 
практических занятиях по частным задачам проектирования систем 
отопления, вентиляции и при выполнении курсовой работы.

В приведенной работе рассматривается преимущество компози
ционных моделей, в сравнении даны варианты расчёта систем вентиляции.

Данное моделирование позволяет оценить нагрузки в МДЖ по 

временам года. 

В качестве объекта выбрано типовое здание одноэтажной по
стройки, а именно, магазин сети розничной торговли, проектируемый 
для условий одного из небольших городов восточного Оренбуржья.

Показано, как подбираются следующие системы жизнеобеспе
чения: системы отопления, вентиляционной установки для торгового 
зала, тепловая завеса для складского входа. 

Используя автоматику, посредством местных доводчиков де
монстрируется, как можно регулировать параметры микроклимата в 
помещении. Приведена методика предварительной оценки затрат на 
обслуживание системы за год.

Большая вариативность контуров регулирования систем управ
ления позволяет заказчику выбрать наиболее комфортный для него
вариант. Так, в пилотном проекте части 1 методического пособия показано, что возможно снижение потребления тепловой энергии почти 
в шестикратном размере, если окажется возможным организация работы оборудования в наилучших контурных и технологических режимах.

1
Демонстрационный 
проект
системы 
отопления 

и вентиляции. Постановка задачи

1.1 Принципы проектирования энергоэффективных зданий

Привлекательность проектирования энергоэффективных зданий 

содержится в экономной эксплуатации энергоресурсов, которые потребляет система жизнеобеспечения здания. Этому обязательно сопутствует поиск или применение уже найденных инновационных решений, которые можно и не сложно осуществить технически. Конечно, их потребуется обосновать с экономической, экологической и социальной точек зрения. Им не обязательно изменять наши взаимоотношения с природой. У нас всё ещё есть большой диапазон возможностей.

В идеале, когда мы выбираем комплект технологий с энергосбе
режением, нам надо иметь типоряд технических решений, которые 
можно согласовать и подчинить одной общей задаче – способствовать качественному улучшению микроклимата помещений как социального назначения, так и промышленного и задающего окружающую среду вместе с человеком. 

Поэтому методически проектирование энергоэффективного зда
ния надо основывать на едином системном анализе здания, которое 
становится для нас «единой энергетической системой». 

Если мы будем решать задачу проектирования иначе, представ
ляя энергоэффективное здание как сумму не связанных между собой 
систем, то есть нарушим базовый принцип системности, то, если это 
не приведёт к потере энергетической эффективности проекта, он может потерять бесценные качества экологичности. 

Какие три этапа будут вполне соответствовать «системности» 

проектирования?

– Наличие математической модели в здании, которая описывает

тепломассообменные процессы на символическом языке математики.

– Формулирование оптимизационной и единой для разных точек 

зрения задачи целеполагания (например, главным может стать снижение затрат энергии на отопление и вентиляцию, установочной 
мощности оборудования, которое поддерживает микроклимат в помещении, снижение затрат энергии на стоимость обслуживания микроклимата за год).

– Возможность технической реализации многомерной задачи

энергосбережения. 

Поэтому для здания мы будем рассматривать две совершенно

независимые энергетические подсистемы: 

– источником энергии послужит наружный климат в проекте; 
– потребляющей системой станет проектируемое здание. 
Анализируя первую подсистему, мы сможем вычислить ту энер
гию наружного климата, которая потенциальна, а это, в свою очередь, 
определит контуры его раскрытия и превращения в теплоснабжение
или снабжение здания холодом. Анализ второй, внутренней, подсистемы позволяет нам найти необходимые внутренние характеристики. 
Они 
станут 
задающими 
комплексами 
по
архитектурно
конструктивным особенностям, теплотехническим и теплоэнергетическим показателям здания как единой системы. 

Принятая нами методика построения математической модели 

теплового режима здания как единой энергетической системы предполагает декомпозицию здания на три основные энергетически взаимосвязанные подсистемы, которые описывают процессы: 

– энергетического воздействия наружного климата на огражда
ющие конструкции здания (рис. 1.1); 

– энергетического воздействия тепловых полей, которые накап
ливаются внутри здания, то есть изнутри наружных ограждающих 
конструкций здания (рис. 1.2);

– энергетического воздействия, которое накапливается в объеме

здания, а именно, во внутреннем воздухе, во внутреннем оборудовании, во всех перегородках – внутренних ограждающих конструкциях.

Рис. 1.1 Воздействие внешних условий

Рис. 1.2 Воздействие внутренних условий

При этом каждая большая подсистема может представляться со
стоящей из более мелких, энергетически взаимосвязанных подсистем. 

Тогда, само проектирование здания состоит в решении задачи 

оптимизации трех энергетически взаимосвязанных подсистем для целого здания, которое представляется единой энергетической системой, 
требующей
определения 
оптимальных 
архитектурно
планировочных, теплотехнических или энергетических параметров 
отдельных элементов здания с учетом взаимосвязи между ними и того же, но как единой системы. 

В практике проектирования выбор оптимального единства архи
тектурно-планировочных решений по системам отопления, вентиляции и кондиционирования энергоэффективного здания, как правило,
ограничен. 

Так, например, этажность или протяженность здания, материал 

перекрытий, качество и геометрию окон мы изменить не можем. 

В таком случае достаточно в проект ввести косвенный оценоч
ный показатель тепловой эффективности решения η. По нему можно 
определять преимущества принятого проекта от энергоэффективного 
здания, с экономией тепла;

,
(1.1)

где Wmin, Вт – тепловая энергия, затрачиваемая на тепловой режим 
энергоэффективного здания, с применением инновационных решений 
по отоплению, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК); 

W, Вт – тепловая энергия, затрачиваемая на тепловой режим 

здания, без элементов энергосбережения, максимальная тепловая эффективность достигается при η = 1.

1.2 Классификация технологических элементов системы 

отопления, вентиляции, кондиционирования

Чтобы решить задачу оптимальной энергетической оценки по
требления тепловой энергии, разрабатывается комплекс эффективных 
элементов ОВК.

Они сами, их связи и взаимное влияние друг на друга определяют 

их способ воздействия на тепловой режим здания и значение теплового энергопотребления Wmin. 

Пример такого решения, например, приводится и анализируется 

Волковым Виталием Алексеевичем. Он в своей диссертации предлагает и исследует систему ОВК, состоящую из взаимосвязанных технологических элементов. Каждый элемент потребляет энергию и воздействует на модель теплового режима так, как это показано на рисунке 1.3, где 3 и 4 – объекты потребления тепловых потоков, отмеченных стрелками.

Рис. 1.3 Энергетические потоки технологического элемента системы ОВК

1.3 Регулирование по температуре воздуха в помещении

Наиболее распространенный вариант алгоритма управления си
стемами ОВК – управление по отклонению фактической температуры 
воздуха в обслуживаемой зоне от заданного значения. При этом температурный датчик может контролировать температуру воздуха на 
выходе из технологического элемента, на входе в него и/или в отдаленной части помещения.

Если температура воздуха в помещении выше (ниже) установ
ленного значения происходит включение (выключение) мощности. 
Это происходит плавно за счет использования нескольких ступеней.

1.4 Регулирование по температуре наружного воздуха

В этом случае мощность оборудования регулируется согласно 

заранее заданной зависимости. Наиболее часто такой вариант регулирования применяется в системах отопления. При регулировании производительности некоторого сложного современного оборудования 
автоматика контролирует как параметры внутреннего воздуха, так и 
параметры наружного воздуха.

1.5 Моделирование алгоритма управления

Любой объект в составе оборудования ОВК, как правило, уже 

имеет собственную «локальную» систему автоматического регулирования. Например, можно регулировать тепломассообменные потоки в 
нагревательных элементах. Этот вопрос подробнее будет рассмотрен 
в разделе автоматизации. Когда мы моделируем тепловые потоки, 
этот уровень элементов в системе управления микроклиматом мы
называем локальными.