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大学暖通设计毕业论文
第一章绪论
第一节我国供暖行业的现状和发展状况
一般来说，人们大约有80%的时间是在室内活动的，室内环境的好坏，如温度、声音、光线以及空气的质量都会对人的健康状况、生活的舒适度以及工作的效率产生直接或者间接的影响。
在以上的众多发因素中，温度和室内空气的质量对人的影响是最为显著的，随着经济发展和人民生活水平的提高，人们对家庭环境的热舒适性要求越来越高；由于我国地域广阔，大约有一半的城市冬天需要供暖，供暖地区的各种类型的采暖建筑物都曾以传统的散热器散热和燃煤供暖方式为主。
总体来说，在二十世纪中期以前冬季供暖基本都是比较落后的家庭独立分散供暖；二十世纪中期城镇逐渐向单位福利型住房集中供暖，通常采用燃煤锅炉低压蒸汽冬季供暖双管系统；在80～90年代冬季城镇基本都是单位福利型集中供暖，通常采取垂直串联单管系统；在90年代以后城镇渐渐由单位福利型转向社会商业型动机集中供暖，采取多种能源、区域供热和新型散热器逐步发展。
在现在的很多农村，依然在采取最为古老的燃煤炉在房间进行供暖，不仅效率低下，存在很严重的环境污染问题，而且还会引起一定的安全隐患，据统计，全国有70%以上的煤气中毒都是传统蜂窝煤炉和其他燃煤炉引起的。
因为能源结构变化致使多元化的供暖热源，热源方式受到能源条件的制约，传统的以燃煤作为供暖能源的结构不复存在,电力、燃气、燃油甚至太阳能和生物质能都有条件作为供暖能源出现,科学家也在积极研究开发其它能源。
因为控制大气污染的紧迫形势，传统以来较大规模的燃煤集中锅炉房供暖的方式的观念也逐渐改变了；现在兰州市已经在市区全面禁止建立燃煤锅炉房，并对以前的一些燃煤锅炉房进行了改造，还有以前供暖方式的缺点日益显现,新型供暖方式不断出现,又形成多元化的供暖方式。
目前我国冬季供暖恰好处在改革发展时期，供暖事业也有一个比较好的前景，多种燃料的热源可供选用，还有各种各样的供暖方式可供不同地区不同建筑选择。
当然燃煤锅炉房，由于我国能源构成和历史原因，仍然是供暖的主要热源；热电厂热源，热电联产有较高的能源利用率，响应环境保护等特点，是当前最为推崇的一种供暖热源；电力热源，最近几年的电力的崛起，为采取电能供暖提供了先决条件；轻质油热源，主要用在热水供暖上；采用耗电的热泵把空气的热量转变为带有高温可供暖的空气热泵供暖，当前已经在部分地区的一些建筑物中使用；有地热资源的一些地区，地热水为热源的供暖也得以快速发展；因为投资及技术等问题，以低温核能、太阳能为热源的供暖方式并没有得到推广，还处在研究测试阶段。
第二节地板辐射采暖简介
伴随着社会经济飞速发展，人们的生活水平也在不断提高，新材料、新技术越来越多的应用到生活中，传统散热器采暖的不足之处日益突出，比如舒适性较差、能耗大、耗费钢材多、不便于按热计量、分户分室控制温度等等。
而低温热水地板辐射采暖恰恰克服了这些弊端。
低温热水地板辐射采暖是在室内的地面（水泥地面、空砖地面、木板地面）下敷设采暖管道，通过管内供暖热水的流动将地板加热到一定温度，再经过地板均匀地向室内辐射热量，同时在冷热空气的比重差作用下使室内的空气产生了自然对流现象，从而制造出温度分布理想的室内微气候，让室内环境温度保持在人体感觉最舒适的状态。
工程实践表明，低温热水地板辐射采暖的特点如下：
（1）舒适卫生：
由于辐射强度和空气流动的协同作用，减少了室内四周墙壁表面对人体的冷辐射，室内地表温度均匀，室温由下而上逐渐递减，改变了散热器采暖室温上高下低的不理想温度分布状态，给人以头凉脚暖的良好感觉，造成了真正满足人体散热及生理要求的热状态，符合我国传统医学中提出的“温足凉顶”的健身理念，从而改善血液循环，促进人体新陈代谢，不仅具有极佳的舒适感，同时也有良好的保健功能。
（2）高效节能：
在创造出同样舒适条件的前提下，辐射采暖方式与对流供暖方式相比较而言，辐射采暖方式的热效率更高，能够节能大约35%。
因此室内设计温度可以比其他采暖形式降低2℃~3℃。
室内垂直方向上的温度变化较小，采用低温热媒传送，在热量传递过程中大大的减少了无效热损失。
同时由于该系统敷设在地板上，向下的热损失也可以充分利用。
房间的热量相对集中在人体受益的高度内。
供暖管道集中连接在分集水器上，便于室内温度的调控，并且室内无人时可将其关闭，因此而节省的供暖能耗可达35%。
若用户使用壁挂式采暖热水两用燃气炉供暖，不但节省了城市集中供热的设施费用可，还能够实现用户自主决定采暖消费。
（3）低温隔声：
由于地暖采暖管敷设方式的特殊地面构造，在上下楼层不采暖的情况下，中间层的采暖效果受到的影响很小，可忽略不计。
供暖热水在盘管中的流速较小，同时由于盘管和楼板间铺设的绝热层，在增强了保温效果的基础上也起到了一定程度的隔声作用，从而解决了上层对下层的噪声干扰问题。
（4）热稳定性好：
在间歇供暖时，由于地暖管敷设时使用了混凝土等材料，而混凝土层具有蓄热量大、热稳定性好的特点，因此室内温度变化缓慢。
（5）应用范围广：
能够应用于任何采暖场所，适应于跨度大，层数高和矮窗式建筑物的采暖需求。
（6）物业管理方便：
供暖盘管的起始端和终结端集中连接在分集水器，这种连接方式不仅便于热力计算，还可以实现分户热计量，单独收费。
（7）使用面积增大，便于装修：
房间里面不需安装散热器及其立支管，减少了散热器等的占用面积，并且可以对房间进行任意分割，以满足装修的需要，使房间更加美观。
（8）管道使用年限长：
供暖热水盘管的大多为交联管和铝塑管，根据实践可知，它们的使用年限世界公认在50年以上。
（9）洁净卫生：
地板采暖的室内温度变化较小，使得室内空气平均流速小，从而避免了因空气急剧流动而引起的尘埃飞扬。
由于没有明管的安装，而且加热管温度比较低，就不会产生因供暖管材受热而散发的异味。
当然，任何事物都有两面性，世界上不存在只有优点没有缺点的事物，我们只能对其的优缺点进行比较，看其是否能够为我们所用，为我们提供更多的好处。
低温热水地板采暖相对传统采暖方式而言，其优点是显而易见的，但是它也存在不足之处，比如：
（1）初期投资高：
由于地板采暖在我国还是处在发展阶段的供暖方式，因此我国在这方面的相关技术还不不是很成熟，供暖盘管等的生产存在原料供应断档、生产力不足的问题，所以在目前的情况之下，我国地暖管材的部分原件还需进口，因而价格偏高，致使初期投资成本增大。
（2）层高增大：
地暖管的敷设需要占用60～100mm的层高，所以在保证建筑室内净高不变的情况下，就必须增大层高。
（3）楼体承重增加：
由地暖管的敷设方式可以看出，楼体的承重能力要在原有基础上有所加大，因为在敷设地暖管的时候需要使用一定量的混凝土。
（4）土建费用增加：
因为地暖管的敷设增大了楼体的承重，同时也增加了楼层高度，所以建筑为的梁柱截面和结构荷载就必须增大，使得土建费用增加。
（5）可维修性较差：
因为地暖管敷设结构中，上面一般要打混凝土，所以在完成敷设后，如果供暖管出现渗漏或堵塞等情况，难于开展维修工作。
基于这方面的考虑，在实际工程中，一个盘管回路中不能存在接头，同时在管网系统中安装过滤器。
第二章概述
第一节设计题目
兰州某商会大厦供暖系统设计
第二节设计任务及要求
一、设计任务
设计任务包括该商会大厦裙楼三、四、五层及南塔楼采暖系统设计
二、设计要求
（一）供暖设计热负荷计算，其中高层建筑冷风渗透耗热量的计算采用缝隙法，多层建筑冷风渗透耗热量的计算采用换气次数法。
（二）确定系统形式，布置系统管道。
（三）绘制供暖系统水力计算草图。
（四）各房间散热设备选择计算。
（五）供暖系统的水力计算。
（六）附件选择计算。
（七）相关图纸的绘制（包括图纸封面及目录、供暖设计说明图、供暖系统平面布置图、供暖系统轴测图及相关大样图。
三、设计原始资料
（一）建筑物概况
本建筑为兰州某商会大厦，共有裙楼8层，地下三层，塔楼两座，塔楼分别有19层，地下二、三层为停车场，地下三层战时作为人防设施使用，地下一层作为制冷机房、热水锅炉房以及超市使用，地上一层为超市和商务办公，裙楼其他层均为商务办公，塔楼为酒店式办公区。
裙楼采暖区净高2.7m，层高4.2m；塔楼净高2.4m，层高3.25m。
本商会大厦南塔楼高104.36m，北塔楼高104.8m。
占地面积5586m2，采暖裙楼每层937m2，塔楼每层1639.4m2。
总计采暖面积35599m2。
（二）设计提供图纸
平面、剖面、立面图及其尺寸，详见条件图。
（三）室内外设计计算参数
1）室外设计参数
供暖室外计算温度：
-9℃；冬季室外平均风速：
0.5m/s；
冬季主导风向：
CE。
2）室内设计参数
室内采暖计算温度按房间用途取值，本设计均取18℃作为本采暖设计的室内计算温度。
（四）动力资料
1）水源：
城市自来水。
2）电源：
220/380V50Hz民用动力电。
3）热源：
由地下一层燃气锅炉房供给40℃／50℃热水。
（五）围护结构资料
1~9层裙楼部分：
屋面采用130厚泡沫玻璃保温，K=0.49（W/K·m2）。
外墙采用200厚加气混凝土砌块（ρ=700kg/m3，λ=0.22w/m·K），外贴140厚憎水珍珠岩保温板（ρ=300kg/m3，λ=0.076w/m·K），平均传热系数K=0.63（W/K·m2）。
架空或外挑楼板底板贴130厚泡沫玻璃保温，其传热系数K=0.5（W/K·m2）。
外窗采用6高透光LOW-玻璃+12空气层+6透明玻璃，隔热金属多腔密封窗框，K=2.5（W/K·m2）；玻璃幕为中空玻璃，k=2.5w/m2.k遮阳系数Sc=0.67；门：
大门，k=2.6w/（m2·k）。
南、北塔楼10层及以上部分：
屋面采用130厚泡沫玻璃保温，K=0.49（W/K·m2）。
外墙采用200厚加气混凝土砌块（ρ=700kg/m3，λ=0.22w/m·K），外贴100厚憎水珍珠岩保温板（ρ=300kg/m3，λ=0.076w/m·K），北塔楼平均传热系数K=0.70（W/K·m2）；南塔楼平均传热系数K=0.76（W/K·m2）。
外窗采用6高透光LOW-玻璃+12空气层+6透明玻璃，隔热金属多腔密封窗框，K=2.5（W/K·m2）。
第三章供暖系统设计热负荷
对于建筑物来说，有热量的得与失，当建筑物的失热量大于得热量时，为了保证建筑物内的温度恒定，就需要给建筑物供暖。
一般冬季建筑物失热量的方面有以下几种；
1、围护结构传热耗热量Q1；
2、加热由门，窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，称为冷风渗透耗热量Q2；
3、加热由门，孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量，称为冷风侵入耗热量Q3；
第一节围护结构的耗热量
一、围护结构的基本耗热量
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一围稳定传热过程进行计算的，可按下式计算：
Qj=KF（tn-tw）α（3-1）
式中：
K-------围护结构的传热系数，W/℃；
F-------围护结构的面积，m2；
tn------冬季室内计算温度，℃；
tw------供暖室外计算温度，℃；
------围护结构的温差修正系数，对于不同形式的外围护结构，可按《暖通动力技术措施》进行选取，其中普通外墙、屋面
=1，多层建筑中隔墙和有外门窗的不采暖楼梯间相邻的
=0.7，高层建筑中隔墙和有外门窗的不采暖楼梯间相邻的
=0.6
室内计算温度是指距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。
一般由国家规定，对于本设计，因为采用的是地板辐射采暖方式，计算热负荷时，根据地面辐射供暖技术规程，室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2℃，或取对流采暖系统计算总热负荷的90%~95%。
本计算采用后者，根据《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004条文说明：
寒冷地区取90%，严寒地区取95%，而兰州属于寒冷地区，因此在计算中取总负荷的90%。
二、围护结构的附加耗热量
附加耗热量依照基本耗热量的百分率计算，考虑了各种附加以后，某项围护结构的总耗热量Q1为：
Q1=Qj（1+βch+βf+βli+βm）（1+βfg）（1+βj）（3-2）
1、《暖通规范》规定：
宜按下列规定的数值，选用不同朝向的修正率βch
北、东北、西北0~10%；东南、西南-10%~-15%；
东、西-5%；南-15%~-30%。
选用上面朝向修正率时。
应考虑当地冬季日照率小于35%的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用-10%~0%，东西向可不修正，本建筑北向不进行朝向修正，东西向取5%，南向取20%。
2、《暖通规范》规定：
民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2%，但总的附加率不应大于15%。
应注意：
高度附加率βfg，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其他附加（修正）耗热量的总和上。
本设计所有建筑高度均不高于4m，因此不必进行高度附加。
3、《暖通规范》规定：
在一般情况下，不必考虑风力附加。
只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加βf5%~10%，本建筑不进行风力附加。
4、《实用供热空调设计手册》规定：
在建筑物有两面外墙时，需要进行两面外墙修正，修正系数βli取5%。
5、《实用供热空调设计手册》规定：
当窗墙面积比大于1:
1时对外窗进行修正窗墙面积比过大修正系数βm取10%。
但该规范并未规定外窗是否包括玻璃幕墙，由于玻璃幕墙的传热性质类似于外窗，本建筑玻璃幕墙面积巨大，因此对所有幕墙和外窗进行窗墙面积比过大修正。
6、《实用供热空调设计手册》规定：
当建筑物的使用状态为仅白天使用或不经常使用时，应对其进行间歇修正，修正系数βj取20%。
本建筑设计为白天使用，因此进行20%的间歇修正。
第二节冷风渗透耗热量
在风压和热压的作用下，室外冷空气通过门窗的缝隙进入室内，在室内被加热后溢出，我们一般把这一类冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，我们称之为冷风渗透耗热量Q2，这类热量在供暖设计热负荷中占有一定的份额，特别是在可开启的外门外窗较大时，所占比例更大。
计算冷风渗透耗热量的方法有缝隙法、换气次数法和百分数法，一般来讲，缝隙法比较准确，换气次数法则是按照房间的换气次数来对该房间的冷风渗透耗热量进行估算的一种方法，一般用于对民用建筑进行概算，而百分数法则是根据建筑物的高度及玻璃窗的层数对工业建筑进行估算的方法，在本设计中，为确保准确性，我们采用缝隙法进行计算，具体计算方法采用《暖通规范》附录F中所说明的计算方法来进行计算
多层和高层建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按下式计算：
（3-3）
式中：
Q---------由门窗缝隙渗入的室内空气耗热量（W）
-------空气定压比热，
=1.01kJ/（kg·k）
------供暖室外计算温度下的空气密度，（kg/m3）在本设计中
取1.3356kg/m3
L----------渗透冷空气量（m3/h），在下面会有说明
---------供暖室内计算温度，℃
--------供暖室外计算温度，℃
渗透冷空气量可根据不同的朝向，按下列公式计算：
（3-4）
（3-5）
（3-6）
（3-7）
（3-8）
式中：
--在单纯风压作用下，不考虑朝向和建筑物内部的隔断情况时，通过每米门窗缝隙进入室内的渗透空气量，m3/（m·h）
-----------外门外窗的缝隙长度，m
m-----------在热压和风压共同作用下，考虑建筑体型、内部隔断和空气流通等因素后，不同朝向、不同高度的门窗冷风渗透压差综合修正系数;
b----------门窗缝隙渗风指数，当无实测数据时，b取0.67
--------外门窗缝隙渗风系数
当无实测数据时，可按下表选择
的取值
表3.1外门窗缝隙渗风系数
建筑外窗空气
渗透性能分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
α
0.1
0.3
0.5
0.8
1.2
-------室内最多风向的平均风速，可参考《暖通规范》附录中有关各城市气象参数的内容，从中查得
=0.5m/s
-------热压系数，当无法精确计算时，按照下表取值：
表3.2热压系数
----风压差系数，当无实测数据时，可取0.7
n--------单纯风压作用下，渗透冷空气量的朝向修正系数，在《暖通规范》附录G中选取，对于兰州地区在本设计中用到的几个修正系数为
北向1.0南向0.5
东向1.0西向0.15
C--------作用于门窗上的有效热压差与有效风压差之比
------高度修正系数
h---------计算门窗的中心线标高（m）
-------单纯热压作用下，建筑物中和面的标高（m），可取建筑物总高度的1/2;本题中塔楼和裙楼分开计算，塔楼的总高104.35m，裙楼总高28.4m，在计算冷风渗透耗热量时，需分开取值，即塔楼取52.175m，裙楼取14.2m
--------建筑物内形成热压作用的竖井计算温度，查相关设计资料，得到竖井温度取5℃
第三节冷风侵入耗热量
在冬季受热压和风压共同作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。
把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称之为冷风侵入耗热量。
在本设计中，由于所设计的部分没有外门，因此这部分散热量不做考虑。
第四节负荷计算
我们以南塔楼A03为例来说明负荷计算的具体方法，由于在任务书中，外窗与玻璃幕墙的传热系数相同，因此我们在计算其传热系数时将两者放在一起计算
1.围护结构传热耗热量
的计算利用公式（3-2）来计算，其中
=1：
西外墙：
Q=KF（tn-tw）α（1+βch+βf+βli+βm）（1+βfg）（1+βj）
=0.76
=408W
南外墙：
Q=KF（tn-tw）α（1+βch+βf+βli+βm）（1+βfg）（1+βj）
=0.76
=34W
南外窗/玻璃幕墙：
Q=KF（tn-tw）α（1+βch+βf+βli+βm）（1+βfg）（1+βj）
=2.5
=700W
总耗热量：
=700+34+408=1142W
2.冷风渗透耗热量
由于在建筑图纸中并未完全明确地给出窗户的型号以及具体大小，根据一般玻璃幕墙的开窗规则，我们取玻璃幕墙的一半宽度为外窗，窗高1.2m，根据相关规范给出的计算公式进行计算：
窗的中心线标高h=39.55m
朝向修正系数n=0.5
空气密度取竖井温度为5℃时的空气密度，即
α1取0.5
建筑物中和面的标高hz=52.175
高度修正系数Ch=0.3h0.4=0.3×39.550.4=1.31
作用在门窗上的有效热压差与有效风压差之比
综合修正系数
缝隙长度l1=5.474m
在单纯风压作用下，每米门窗缝隙渗入的理论空气量
渗透空气量L=L0l1mb=0.15×5.474×37.840.67=9.37m3/（m·h）
因此冷风渗透换热量
Q2=
W
因此包括冷风渗透换热量在内的总换热量为
Q’=Q1=Q2=1142+95.6=1237.6W
但是在地板辐射采暖的负荷计算时，室内计算温度应该比普通散热器采暖的室内计算温度低2℃，或取对流采暖的90%~95%。
其中寒冷地区取90%，严寒地区取95%，兰州属于寒冷地区，因此热负荷
Q=0.9Q’=1237.6×0.9=1114W。
冷风渗透计算表按照不同楼层的不同窗型进行计算：
表3.3冷风渗透换热量计算表
层数
朝向
中心线标高
朝向修正系数
热压差与风压差之比
高度修正系数
综合修正系数
缝隙长度
渗漏空气量
冷风渗透耗热量
h
n
C
Ch
m
l
L
Q
m
m
m3/（m·h）
w
9层
南
39.55
0.5
58.41
1.31
37.84
5.474
9.37
95.55
39.55
0.5
58.41
1.31
37.84
3.7
6.33
64.58
北
39.55
1
58.41
1.31
38.02
5.474
9.40
95.86
39.55
1
58.41
1.31
38.02
3.7
6.35
64.79
东
39.55
0.7
58.41
1.31
37.92
5.474
9.38
95.68
西
39.55
0.15
58.41
1.31
37.64
5.474
9.33
95.20
10层
南
42.8
0.5
42.03
1.35
28.23
5.474
7.70
78.52
42.8
0.5
42.03
1.35
28.23
3.7
5.20
53.07
北
42.8
1
42.03
1.35
28.42
5.474
7.73
78.87
42.8
1
42.03
1.35
28.42
3.7
5.23
53.31
东
42.8
0.7
42.03
1.35
28.31
5.474
7.71
78.68
西
42.8
0.15
42.03
1.35
28.02
5.474
7.66
78.13
11层
南
46.05
0.5
26.66
1.39
18.62
5.474
5.82
59.41
46.05
0.5
26.66
1.39
18.62
3.7
3.94
40.16
北
46.05
1
26.66
1.39
18.82
5.474
5.87
59.83
46.05
1
26.66
1.39
18.82
3.7
3.96
40.44
东
46.05
0.7
26.66
1.39
18.71
5.474
5.84
59.60
西
46.05
0.15
26.66
1.39
18.40
5.474
5.78
58.95
12层
南
49.3
0.5
12.18
1.43
9.01
5.474
3.58
36.53
49.3
0.5
12.18
1.43
9.01
3.7
2.42
24.69
北
49.3
1
12.18
1.43
9.21
5.474
3.64
37.08
49.3
1
12.18
1.43
9.21
3.7
2.46
25.06
东
49.3
0.7
12.18
1.43
9.10
5.474
3.61
36.77
西
49.3
0.15
12.18
1.43
8.79
5.474
3.52
35.93
塔楼3层
南
12.55
0.5
12.08
0.83
5.17
5.474
2.47
25.19
12.55
0.5
12.08
0.83
5.17
3.7
1.67
17.03
北
12.55
1
12.08
0.83
5.29
8.17
3.74
38.16
12.55
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