供热工程课程设计说明书.doc

天津理工大学供热工程课程设计任务书（理工类） 院 （系） 自动化学院 专 业 热能与动力工程 学 号 2009022109 学生姓名 张凯 指导教师 谷德林 目录第1章 工程概况01.1 工程地点01.2 气象资料01.3土建资料01.3.1 外墙：01.3.2 外窗与门：01.3.3 屋面01.3.4 地面01.3.5 层高01.3.6 体形系数11.3.7 建筑概况11.4 热源1第2章 热负荷计算22.1概念22.2 负荷计算具体步骤22.2.1 总公式22.2.2围护结构的耗热量22.2.2.1围护结构的基本耗热量22.2.2.2围护结构的附加耗热量22.2.2.3地面的传热系数32.2.5 步骤汇总52.3 计算实例62.3.1 参数62.3.2 维护结构的基本耗热量：62.3.3 冷风渗透耗热量62.3.4 房间热负荷汇总如下62.3.4.1 一层房间热负荷72.3.4.2 二层房间热负荷72.3.4.3 三、四、五层房间热负荷72.3.4.4 六层房间热负荷82.3.4.5 负荷汇总8第3章 散热器的计算93.1 散热器的选用93.2 散热器计算93.2.1散热器面积的计算93.2.2 热器内热媒平均温度93.2.3各散热器之间管路的水温的确定103.2.4散热器传热系数K及其修正系数103.2.4.1 散热器的传热系数K103.2.4.11 2 3的确定103.2.5散热器片数的确定103.3散热器计算举例113.4散热器计算结果123.4.1一层房间散热器片数：123.4.1二层房间散热器片数123.4.1三层房间散热器片数123.4.1二层房间散热器片数133.5散热器的布置14第4章 供暖系统方案设计154.1户内供暖方案154.2 设计图15第5章 水力计算185.1水力计算原理185.2本系统利用的水力计算方法185.2.3当量局部阻力法（动压头法）195.2.4计算的过程和步骤205.2.4.1计算的过程205.2.4.2 计算步骤205.3其他附加设备的介绍22供热工程课程设计第1章 工程概况1.1 工程地点天津某住宅楼楼采暖1.2 气象资料冬季供暖室外计算温度:tw= -20;冬季主导风向:东北朝向修正系数n值:见表1.1表1.1 朝向修正系数北东西南0.00-0.05-0.05-0.20东北西北东南西南0.000.00-0.10-0.101.3土建资料1.3.1 外墙：采用节能墙体 K=0.52 W/（m2·）1.3.2 外窗与门：采用节能材料 K=2.5 W/（m2·）1.3.3 屋面同样采用节能保温材料，保温层传热系数K0.5W/（m2·）1.3.4 地面为不保温地面，K值按地带决定。1.3.5 层高层高为3.0m，窗台距室内地坪1m，窗户高度均为1.5m。1.3.6 体形系数 算得该建筑的提醒系数为0.21.3.7 建筑概况地面六层加地下一层，总高度21.85m总面积8899m2。根据节能减排要求采用节能建筑，即节能墙体和节能门窗。1.4 热源室外供热管网，供水温度95，回水温度70。引入管处供水压力满足室内供暖要求。第2章 热负荷计算2.1概念供暖系统热负荷：是指在设计室外温度tw下,为达到室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。2.2 负荷计算具体步骤2.2.1 总公式Q2：围护结构传热耗热量Q2：由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，称为冷风渗透耗热量Q3：加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气耗热量，称为冷风侵入耗热量2.2.2围护结构的耗热量2.2.2.1围护结构的基本耗热量围护结构的基本耗热量，W；K围护结构的传热系数，W/（·）（查表得）；F围护结构的面积，（建筑图纸查得）；tn冬季室内计算温度，（根据用户要求设定）；供暖室外计算温度，（查温度表得）；a围护结构的温差修正系数（查表得）。2.2.2.2围护结构的附加耗热量附加耗热量通过修正系数修正。由于建筑地点位于市区，不需要考虑风力附加耗热量，层高3m，高度附加耗热量为0。只需要进行朝向修正耗热量。Q：考虑各项附加后，某围护的耗热量Qj：某围护的基本耗热量ch：朝向修正f：风力修正2.2.2.3地面的传热系数贴土非保温地面如下表2.1：表2.1地带R0（m2·/ W）K0(m2·)第一地带第二地带第三地带第四地带2.154.308.6014.20.470.230.120.07注：第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次2.2.3冷风渗透耗热量按房间换气次数来估算该房间的冷风渗透耗热量。计算公式为式中：房间内部体积，；房间的换气次, 次/h（按表2.2选用）；w采暖室外计算温度下的空气密度(kg/m3)；Vn采暖房间的体积 (m3)；tn 采暖室内计算温度()；tw 采暖室外计算温度()。表2.2 概算换气次数房间外墙暴露情况一面又外墙或外门1/42/3两面有外墙或外门1/21 三面有外墙外门11.5 门 厅22.2.3冷风侵入耗热量 w式中：外门的式中： 流入的冷空气量W 基本耗热量冷风侵入耗热量WN 考虑冷风侵入的外门附加率表2.3外门附加率N值外门布置状况附加率一道门65n%两道门（又门斗）80n%三道门60n%供暖建筑和生产厂房的主要出口500%注：n-建筑物的楼层数。2.2.4查询的规范A：围护结构的温差正系数 表2.4 温差正系数序号围 护 结 构 特 征1外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等1.002闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等0.903与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（1 6层建筑）0.604与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（7 30层建筑）0.505非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时0.756非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时0.607非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时0.408与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙、防震缝墙0.709与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙0.4010伸缩缝墙、沉降缝墙0.30B：根据北京市标准新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程护肩总传热量不宜大于该房间基本供暖负荷的80%。C：根据北京市标准新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程取各向传热量总和的适当比例作为户间总穿热负荷，是考虑户间出现传热温差的概率。一般可取50%。D：实用空调设计手册2.2.5 步骤汇总计算房间的采暖热负荷步骤(1)将房间编号（已编号完毕，见CAD图 ）；(2)根据房间的不同用途，来确定房间的室内计算温度； (3)计算或查出有关围护结构的传热系数，计算出其面积；(4)确定温差修正系数；(5)计算出各部分围护结构的基本耗热量(6)计算出房间的热负荷。2.3 计算实例根据建筑物所处的地理环境和建筑形式，不考虑风力附加耗热量和高度附加耗热量。下面以六层的A型房北卧室为例进行计算：2.3.1 参数由于外墙k1=0.52 W/(·)；外窗：k2=2.5 W/(·)；室内计算温度为20，西安冬季室外计算温度为-20, 冬季平均室外风速1.8m/s，房间面积12.75m2，高度3m 。2.3.2 维护结构的基本耗热量：外墙传热面积只有西墙、北墙、北窗和屋顶 北外墙和北外窗传热面积风别为15.45m2和3.15 m2，外墙的围护结构温差修正系数为0.7。则利用公式并根据朝向修正计算得：热负荷分别为：224.952w 和 220.5w同理得：西外墙热负荷为225.26w；屋顶热负荷为229.5w2.3.3 冷风渗透耗热量 W换气次数nk =0.25次 则计算出的冷风渗透耗热量为148.44wQ=Q1+Q2 所以Q= 1048.66w其他房间的具体热负荷计算数据见附表2.3.4 房间热负荷汇总如下2.3.4.1 一层房间热负荷表2.5房间热负荷W房间热负荷房间热负荷W1015787.351065442.33111226.7610214594.861073781.28112226.761034091.161084842.391133176.021045977.051095616.41142359.1341054144.941104599.042.3.4.2 二层房间热负荷表2.6房间热负荷W房间热负荷房间热负荷W1018565.901055037.121096159.991026872.341065961.571105070.741035955.891075306.071045955.891086325.092.3.4.3 三、四、五层房间热负荷表2.7房间编号房间名称房间热负荷（W）房间编号房间名称房间热负荷（W）房间编号房间名称房间热负荷（W）房间编号房间名称房间热负荷（W）A起居室1539.78B起居室2156.92C起居室1988.81D起居室2014.89南卧室一1585.63南卧室一591.656南卧室一556.53南卧室一556.53南卧室二685.125北卧室819.16北卧室472.53北卧室442.09北卧室442.09厨房719.739厨房706.347厨房668.09厨房668.332.3.4.4 六层房间热负荷表2.8房间编号房间名称房间热负荷（W）房间编号房间名称房间热负荷（W）房间编号房间名称房间热负荷（W）房间编号房间名称房间热负荷（W）A起居室3661.73B起居室3659C起居室2371.44D起居室2047.24南卧室一1977.86南卧室一862.203南卧室一813.29南卧室一797.38南卧室二936.12北卧室1048.66北卧室748.85北卧室677.18北卧室691.58厨房867.519厨房827.49厨房809.59厨房810.002.3.4.5 负荷汇总商服楼梯热负荷 1125.041W/部，商服楼梯总负荷10348.5W住宅楼梯负荷 4287.93W/部，4部总17151.7W工程合计： 300964.4W第3章 散热器的计算3.1 散热器的选用本系统选用M132型散热器。外形：M132型散热器的宽度是132，两边为柱状中间有波浪形的纵向肋片。优点：柱型散热器传热系数高，散出同样热量时金属耗量少易消除积灰，外形也比较美观。每片散热面积少，易组成所需散热面积。铸铁散热器是目前应用最广泛的散热器，它结构简单，耐腐蚀，使用寿命长，造价低。3.2 散热器计算3.2.1散热器面积的计算 式中:散热器散热面积，； 散热器的散热量， W； 散热器内热媒平均温度，； 供暖室内计算温度，；， 散热器的传热系数，； 散热器组装片数修正系数； 散热器组连接形式修正系数； 散热器组安装形式修正系数。 表3.1 片数修正系数每组片数<66101020>200.9511.051.13.2.2 热器内热媒平均温度散热器内热媒平均温度tpj随供暖热媒参数和供暖系统形式而定。在热水供暖系统中，tpj为散热器进出口水温的算术平均值。 tpj=(tsg+tsh)2 (4-2)式中：tsg_散热器进水温度，； tsh_散热器出水温度，。3.2.3各散热器之间管路的水温的确定双管系统各散热器进出口水温相同，分别为95和70。3.2.4散热器传热系数K及其修正系数3.2.4.1 散热器的传热系数K K=a(t)b=a(tpj-tn)b式中 K在实验条件下，散热器的传热系数，W/(m2)； a，b由实验确定的系数； t散热器热媒与室内空气的平均温差，。室内散热器采用四柱760型散热器，a=2.503，b=0.298。即M-132型散热器的传热系数 k=2.503(t)0.2983.2.4.1 1 2 3的确定 散热器组装片数修正系数1值，可按表4-1选用；散热器组装片数修正系数1 表3.2每组片数 <66101120>201 0.95 1.001.051.10注：上表仅适用于各种柱型散热器，长翼和圆翼型不修正。散热器连接形式数修正系数2值及散热器安装形式修正系数3值，可按供热工程附录2-4，2-5选用。本设计散热器安装形式是散热器安装在墙面，上加盖板。A=100mm，3=1.02。.3.2.5散热器片数的确定 确定所需散热器面积后（由于每组片数或总长度未定，先按1=1计算），可按下式计算所需散热器的总片数或总长度。n=Ff式中 f每片或每1m2长的散热器的散热面积，m2/片或m2/m。（M-132型散热器f=0.24m2/片）然后根据每组片数或长度乘以修正系数1，最后确定散热器面积。暖通规范规定，柱形散热器面积可比计算值校0.1m2(片数只能取整数)，翼型和其他散热器的散热面积可比计算值小5%。3.3散热器计算举例由于系统采用的为同侧进出式，故=1.0。选取A=80m； =1.02。计算散热器面积时，先取=1.00，但算出F后，求出总片数，然后再根据片数修正系统的范围乘以对应的值，其范围如下：另外，还规定了每组散热器片数的最大值，对此系统的四柱760型散热器每组片数不超过25片。在热水供暖系统中，散热器进出口水温的算术平均 式中：散热器进水温度，；散热器出水温度，。由于系统采用双管系统，各层散热器平均进出水温度相同。 tpj= 82.5针对西安气象条件和实际选择，采用M-132型散热器。散热器片数的计算按下列步骤进行：1、利用散热器散热面积公式求出房间内所需总散热面积(由于每组片未定，故先按1计算)；2、确定每片散热器的散热面积。3、计算散热器片数，求实际所需散热器面器。4、求实际采用片数。选取某一房间进行计算。以第一层001房间为例。 =1480/(7.99×64.5)×1.0×1.0×1.02=2.93 M-132型散热器每片散热器的面积为0.24计算片数：n= F/f =2.93/0.2412片查附录2-3，当散热器片数为1120片，=1.05，因此，实际所需散热器面积为： F= F· =2.93×1.05 = 3.08 m2实际采用片数n为： n= F/f =3.08/0.24=12片取整数，应采用M-132型散热器12片。3.4散热器计算结果3.4.1一层房间散热器片数：表3.3.房间散热器片数房间散热器片数房间散热器片数10124x210615x3111210240x310716x2112210317x310820x211314x210417x3109471147x210518x211013x33.4.1二层房间散热器片数表3.4房间散热器片数房间散热器片数房间散热器片数10115x510510x41099x410215x41069x41108x410312x410711x410413x410810x43.4.1三层房间散热器片数表3.5房间编号房间名称散热器片数房间编号房间名称散热器片数房间编号房间名称散热器片数房间编号房间名称散热器片数A起居室13B起居室18C起居室17D起居室17南卧室一14南卧室一5南卧室一5南卧室一5南卧室二6-北卧室7北卧室4北卧室4北卧室4厨房6厨房6厨房6厨房63.4.1二层房间散热器片数表3.6房间编号房间名称散热器片数房间编号房间名称散热器片数房间编号房间名称散热器片数房间编号房间名称散热器片数A起居室31B起居室31C起居室20D起居室20南卧室一17南卧室一8南卧室一8南卧室一8南卧室二8北卧室9北卧室7北卧室7北卧室7厨房8厨房8厨房8厨房83.5散热器的布置l、散热器宜安装在外墙窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气流能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气六和玻璃冷辐射的影响，是流经室内的气流比较暖和。2、为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。3、散热器一般应明装，布置简单。4、在垂直单管或双关供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同临室串联连接。第4章 供暖系统方案设计4.1户内供暖方案本该小区供暖系统分为两个区：住宅采暖系统与商户采暖系统。均采用上供下回式采暖热水供暖系统，动力采用机械循环。考虑到商户与住宅对采暖系统的要求不相同，所以对两种用户分区供暖。这样，同时还可对于避免底层散热器超压有更大的安全度。设计使用集中供热式热水采暖系统。集中供热系统能很好的解决管路的平衡，同时在系统的投资等方面比较节省，对于建筑的热平衡和调节比较方便。本设计的集中供热使用上供下回双管同程式系统，一根立管只带一到两个房间的热负荷。由于系统为双管式，热媒一部分进入散热器散热，另一部分经跨越管与散热器出口热媒混合，各个散热器具有一定的调节能力。整栋楼供水由东北角一侧的进水干管与室外管网相连接，系统由一根立管将热水送到顶层，再流向楼下。整栋楼的采暖系统分为了两个区：建筑三到六层为一个区，负责对住户进行供暖。供水干管先到顶层，在从顶层下分。采用上供下回，双管同层式。这样，可以减小失调，避免楼层冷热不均。一二层为商户采暖，同样采用采用上供下回，双管同层式，便于负荷调节。4.2 设计图图4.1 住户采暖系统图图4.2 三层平面图图4.3 四、五层平面图图4.4 六层平面图图4.5 商户系统图图4.6 一层平面图图4.7 二层平面图第5章 水力计算5.1水力计算原理供暖系统管路水力计算的主要任务1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力(压头)。确定各管段的管径；2.按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力(压头)；3.按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。设计热水供暖系统，为使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合需要，就要进行管路的水力计算。当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件（如阀门、弯头、三通、散热器等）时，由于流动方向或速度的改变产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者成为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统单个计算管段的阻力损失可用下式表示：5.2本系统利用的水力计算方法根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径。利用水力计算图表，确定该循环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，并检查循环水泵扬程是否满足要求。其它的水力计算方法：一：已知备管段的流量和选定的比摩阻R值或流速值 从而确定管径二：就是根据管段的管径d和该管段的允许压降P，来确定通过该管段(例如通过系统的某一立管)的流量。式中：计算管段的阻力损失计算管段的沿程损失每米管长的沿程损失管段长度，m管段的局部损失，Pa在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段所组成的。每米管长的沿程阻力损失（比摩阻）可用公式：管内流动的摩阻系数取决于管内供热介质流动状态和管壁粗糙度。对于流动状态，目前专业书中都认为室内供暖系统管内流动状态处于过渡区，室外热水管网管内流动状态处于阻力平方区。5.2.1管段的局部损失管段的局部损失，可按下式计算：式中管段中总的局部阻力系数。水流过热水供暖系统管路的附件（如三通、弯头、阀门等）的局部阻力系数值可查阅文献。表中所给出的数值都是用实验方法确定的。利用上述公式可分别确定系统中备管段的沿程损失Pj和局部损失Pd，两者之和就是该管段的阻力损失。5.2.2管段的沿程损失管段的局部损失计算如下：5.2.3当量局部阻力法（动压头法）当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程阻力损失转变为局部损失来计算。该管段的沿程阻力损失相当于某一局部损失，则式中当量局部阻力系数5.2.4计算的过程和步骤 5.2.4.1计算的过程 热水供暖系统水力计算的最终目的是要选择适当的管径，使作用于每一循环环路上的作用压力能保证在环路的每一管段流过所需要的热水流量。根据最不利循环环路管段的流量和给定的管径，利用水力计算图表，确定该循环环路各管段的阻力损失以及整个系统所必需的循环作用压力。通过选用适当的R值(或流速v值)来决定管径。如选用较大的Rpj值，则管径可缩小，但系统的阻力损失增大，水泵电能消耗增加。同时为了各循环环路易于平衡，最不利循环环路的平均比摩阻不宜选得太大。目前在设计实践中Rpj 值一般选用60120Pa/m。剩余的资用循环压力，由入口处的调压装置节流。在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着重力循环作用压力。对机械循环单管系统，如各建筑物各部分层数相同时，每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不计。5.2.4.2 计算步骤 1.绘制轴侧图 如图4.1。根据房间的平面图绘制系统的管路计如图4.2、图4.4.2进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长。3确定最不利环路：如图4.1，最不利环路为136、79、80、81、41、40、394、计算最不利环路各管段的管径。（1）根据所选值Roj（60120 Pa/m），和每个管段的流量G的值，查阅供暖通风设计手册中初选各管段的d、R、v的值，算出通过最远立管的环路的管径。流量G的值可用以下公式计算得出： /h 式中： Q管段的热负荷，W； 系统的设计供水温度，； 系统的设计回水温度，。（2）根据v查附录知动压，列入表中。（3）根据管长和R。计算沿程阻力损失R。（4）确定局部阻力系数 。根据系统图中管路的实际情况，利用附录4-2，将其阻力系数值。（5）根据和计算局部阻力损失。（6）求各管段的压力损失。（7）计算出最不利环路总阻力损失。入口处的剩余循环压力，用调节阀进行调整。（8）计算富裕压力值。 考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应有10%以上的富裕度。 式中:系统作用压力的富裕率； 通过最不利环路的作用压力（Pa）； 通过最不利环路的压力损失（Pa ）。下面分支一进行计算不平衡率 立管的平均比摩阻为不平衡百分率 已经是最小管径20mm,所以采用阀门调节管段号QG管径管段号QG管径1167171.65750.70270768281.112284.8702202158890.55465.833707511787.25405.4815203155384.35345.222707414814.17509.6075254152357.45241.096507319102.07657.1113255148069.55093.592507222048.61758.47222561451234992.231507124215.05832.9978257142956.54917.705507026218.5901.9165328140953.14848.787506929032.36998.7132329138139.24751.99506833317.261146.1143210133854.34604.589506736132.251242.9493211131039.34507.754506638130.71311.6963212129040.94439.007506540944.561408.49332131262274342.21506443758.421505.293214123413.24245.413506348046.321652.7933215119125.34097.91506250861.311749.6293216116310.34001.074506152879.161819.0434017114292.43931.66506054968.931890.9314018112202.73859.772505957915.471992.2924019109256.13758.411505862203.372139.7964020104968.23610.907505765230.082243.9154021101941.53506.788505668736.222364.526402298435.383386.177505577017.292649.395502390154.313101.308405483752.042881.07502483419.562869.633405386743.542983.978502580428.062766.725405296882.333332.752502670289.272417.951405199519.513423.471502767652.092327.2324050101986.53508.335502865185.122242.3684049110438.43799.08502956733.211951.6233248118776.34085.903503048395.341664.83247121259.14171.314503145912.461579.3893246123726.14256.178503243445.491494.52532451321784546.924503334993.581203.7793244140515.94833.746503426655.71916.95653243142998.84919.158503524172.83831.54552542145635.95009.877503621535.65740.82652041155774.75358.65703711396.89392.05312040158766.25461.55770388405.398289.145720391655015693.23370图中由于管径限制，难以平衡处，加阀门来调节平衡。其他立管的详细见图5.3其他附加设备的介绍1集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，一般应设于系统的末端最高处，在系统运行时，定期手动打开阀门将热水中分离出来并聚集在集气罐内的空气排除。2 自动排气阀：依靠水的浮力，通过杠杆机构传到，使排气孔自动启闭，实现自动阻力排气的功能。3 补偿器: 为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力热引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。参 考 文 献<<供暖通风设计手册>><<最新供热空调设计实用手册>><<供热工程>>课本24