兰州市黄河5号楼采暖及换热站设计毕业设计说明书.docx
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兰州市黄河5号楼采暖及换热站设计毕业设计说明书
兰州市黄河5号楼采暖及换热站设计
Heatingandheattransferstationdesignof
theYellowRiverBuildingNo.5，Lanzhou
摘要
随着我国城市建设事业的发展，以及国家对于能源与环境保护的要求，供暖系统的规模从单幢采暖系统发展成为中大型区域集中供暖系统，出现了大量住宅，公共建筑的集中供暖系统。
集中供暖在节能和坏境保护方面都有很大的优势，发展速度很快。
本设计为兰州市市一栋办公楼的供热及换热站设计。
采暖部分为二十二层，高84米。
设计用城市热力管网提供的95℃热水为热源，定压水泵定压。
根据办公楼的结构、各房间用途及经济性和技术可行性比较，采用了竖向分三区，各区又分两个环路，采用双管顺流下供下回同程式热水采暖系统。
通过围护结构的传热系数计算、各采暖房间热负荷计算、房间散热器的选择与计算、系统管路的水力计算，同时还考虑了安全可靠、经济合理、节能等方面的要求，使该建筑较好的满足了采暖要求。
换热站的设计主要包括设备的布置，定位尺寸确定，换热器的计算选型，循环水泵和补水泵的计算选型以及辅助设备的选择计算。
关键词：
集中供热，热负荷，水力计算,换热器
Abstract
Withthedevelopmentofcityconstructioninourcountry,andnationalrequirementsforenergyandenvironmentalprotection,heatingsystemscalefromasinglebuildingheatingsystemdevelopedintolargeregionalcentralheatingsystem,theemergenceofalargenumberofresidential,centralheatingsystemofpublicbuildings.Thecentralheatinghasalotofadvantagesinenergysavingandenvironmentalprotection,thedevelopmentspeedisveryfast.
ThedesignforthedesignofheatingLanzhouCityofficebuildingsandheatexchangestation.Theheatingpartisdividedintotwenty-twolayers,84metershigh.
Designofcityheatingnetworkwith95℃hotwaterasaheatsourceofconstantpressure,constantpressurepump.Comparisonofstructure,accordingtotheofficeofeachroomuseandtheeconomicandtechnicalfeasibility,theverticaldividedintothreezones,thedistrictisdividedintotwoloops,thedoublepipenexttimeforthenextprogramwithhot-waterheatingsystem.Hydrauliccalculationoftheheattransfercoefficientofbuildingenvelope,thecalculationofheatingtheroomheatloadcalculation,selectionandcalculationoftheroomradiators,thepipelinesystem,butalsoconsideringthesafety,economical,energy-savingandotherrequirements,sothatthebuildingcanmeettheheatingrequirements.
Designofheatexchangestationincludingequipmentlayout,locationsizedetermination,calculationandselectionofheatexchanger,thecalculationandselectionofcirculatingwaterpumpwaterpumpandauxiliaryequipmentselection.
Keywords:
Calculationofcentralheating,heatload,hydraulic,heatexchanger
1.3设计原始资料2
1.3.1工程概述2
1.3.2气象资料2
1.3.3墙体资料2
1.3.4屋面资料2
1.3.5门窗资料2
第二章设计参数的计算与确定3
2.1设计温度的确定3
2.2传热系数的确定3
第三章供暖系统的设计热负荷4
3.1采暖系统的分类4
3.2通过围护结构的耗热量4
3.2.1采暖系统的分类5
3.2.2采暖系统的分类5
3.2.3通过围护结构的耗热量5
3.3计算冷风渗透耗热量5
3.4外门冷风侵入耗热量的计算6
3.5供暖房间热负荷计算示例6
第四章供暖系统的选择8
4.1采暖系统的分类8
4.2供热热媒的选择8
4.3供暖热源的选择8
第五章供暖系统的散热设备10
5.1散热器的选择10
5.2散热器的布置11
5.3散热器的计算11
5.3.1散热器计算参数的确定11
5.3.2散热器的计算13
第六章水力计算14
6.1热水供暖系统管路水力计算14
6.1.1室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理14
6.1.2室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务14
6.2热水供暖系统管路水力计算的方法15
6.3各管路的局部阻力系数的确定16
6.4水力计算的计算步骤16
6.5水力计算17
6.6室内热水供暖系统管路不平衡率校核计算20
第七章换热站设计21
7.1工程概述21
7.2换热器的计算选型21
7.2.1换热器的选型21
7.2.2换热器的计算21
7.3水泵的选择计算22
7.3.1循环水泵的计算选型22
7.3..2补水泵的计算选型23
7.4补水箱的选择计算24
7.5除污器的选择24
7.6软化水设备的选择25
第八章管道的保温防腐26
8.1管道的保温26
8.2管道的防腐26
第九章设计总结27
参考文献28
附表1
附表2
附表3
附表4
前言
毕业设计是大学生在大学四年课堂学习的总结，同时也是为进入工作岗位前专业能力的训练。
目的是过设计灵活运用所学基础理论、基本知识及实验技能，理论联系联系实际，做到学以致用。
本采暖设计供暖就是要把所学的采暖方面理论知识论用到高层建筑采暖的实习问题之中。
供暖系统都由热媒制备（热源）、热媒输送和热媒利用（散热设备）三个主要部分组成。
热源和散热设备分别设置，用热媒管道连接起来，由热源向各个房间或者各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中式供暖系统，由热源、供热管网和热用户组成。
随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，在我国南方冬季较冷地区也开始实行供暖。
本设计为兰州市黄河5号楼采暖及换热站的设计。
预采暖建筑地上二十二层，地上高度84米。
拟用城市集中热力网进行集中供热。
通过资料收集，设计参数确定，负荷计算，供热系统设计，水力计算几大步骤较好的实现建筑的采暖要求。
由于本人知识水平有限，实践经验不足，设计中难免存在一些错误和不妥之处，恳请老师们批评指正，并再次表示衷心的感谢。
第一章设计资料
1.1设计题目
兰州市黄河5号楼采暖及换热站设计
1.2设计任务和目的
本设计包括了二十二层办公楼供暖设计和换热站设计，主要涉及到房间耗热量的计算、散热器的计算、系统形式的设计、管网的布置、水力计算和设备选型等。
要求运用学过的基础理论和专业知识并结合工程实际，参考国家有关的规范、标准、工程设计图集及其它参考资料，独立地完成所要求的设计任务。
培养学生分析、解决问题的能力，为毕业后的专业工作奠定必要的基础。
1.3设计原始资料
1.3.1工程概述
本工程为兰州市黄河5号楼采暖及换热站设计。
本工程占地面积为3010㎡
建筑层数22层。
总建筑高度为84米。
前四层楼高为4.2米，5到22层楼高为3.5米。
1.3.2气象资料[1]
采暖室外计算温度-11℃、冬季主导风向C-NE最大冻土层厚度：
103cm
冬季室外平均风速0.5m/s冬季室外大气压力85140pa
1.3.3墙体资料
外墙采用200厚MU5.0混凝土空心砌块，外抹20厚水泥砂浆，外贴80厚缝合玻璃丝棉保温板。
1.3.4屋面资料
40mm厚细石砼内配6双向@150钢筋、10mm厚M2.5水泥砂浆、两道4mm厚SBS改性沥青防水卷材防水层、20mm厚1:
3水泥砂浆找平层、120厚EPS板保温层、隔气层2mm厚SBS卷材、54mm钢筋混凝土板。
1.3.5门窗资料
外门单层金属框玻璃门宽1500mm高3750mm
外窗采用单框二层玻璃金属窗，塑钢窗嵌中空玻璃，玻璃厚度为5mm，中间空气层12mm厚。
第二章设计参数的计算与确定
2.1设计温度的确定[1]
查询由张治江主编的《供热通风与空调工程设计资料大全》得以下室内设计参数。
门厅15℃开敞式办公18℃食堂16℃卫生间18℃
走廊15℃商铺15℃配电间18℃
2.2传热系数的确定[2]
查询《供热通风与空调工程设计资料大全》得窗的传热系数K=3.5W/（
·℃）.
门传热系数K=6.4W/（
·℃）
外墙内表面换热系数
《供热工程》表2.3
外墙外表面换热系数
《供热工程》2.4
外墙传热系数为：
K=0.58W/（
·℃）
第三章供暖系统的设计热负荷
3.1房间内的热损失[2]
1、围护结构的耗热量；
2、加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量；
3、加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量；
4、水分蒸发的耗热量；
5、加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；
6、通风耗热量；
7、最小负荷班的工艺设备散热量；
8、热管道及其他热表面的散热量；
9、热物料的散热量；
10、通过其他途径散失或获得的热量。
所以，
（3-1）
-供暖系统设计热负荷；
—围护结构基本耗热量；
—围护结构附加耗热量；
—冷风渗透耗热量；
—冷风侵入耗热量。
3.2通过围护结构的耗热量
通过围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量，其中附加耗热量包括：
a.朝向修正耗热量
b.风力附加耗热量
c.高度附加耗热量
3.2.1通过围护结构的基本耗热量
[2]（3-2）
3.2.2通过围护结构的朝向修正耗热量
通过围护维护结构的朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳辐射的影响而对围护结构基本耗热量的修正，由基本耗热量乘以朝向修正率而得出。
东-0.05西-0.05南-0.2北0.05
3.2.3通过围护结构的风力附加耗热量
风力附加耗热量是考虑建筑物室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。
一般情况下不考虑风力附加，只对建筑物在不避风的高地或者特别突出的建筑物才附加，因此甘肃省兰州市的建筑风力附加取为0%，本设计中此项不用计算。
3.2.4通过围护结构的高度附加耗热量
《暖通规范》规定:
民用建筑（楼梯间除外）工业辅助建筑物的高度附加率,当房间高度超过4m时，每高出1m,附加围护结构基本耗热量和其他围护耗热量的2%，但总的附加小于等于15%。
综上所述，围护结构的总耗热量等于三者之和。
即：
[2]（3-3）
—高度附加率，%，
；
—朝向修正率，%；
—风力附加率，%；
3.3计算冷风渗透耗热量
用换气次数法计算冷风渗透量
冷风渗透量Q=n*Vn[2]
Vn:
房间的内部体积
N:
房间的换气次数，次/h按《供热工程》表1-7选用
3.4外门冷风侵入耗热量的计算
冷风侵入耗热量=外门基本耗热量
外门附加耗热量
对于民用建筑和工厂辅助建筑物短时间开启的外门（不包括阳台门、太平门和空气幕的外门）：
一道门为65n%；
二道门（有门斗）为80%；
三道门（有两个门斗）为60%；
其中，n为门所在楼层数。
[2]
本例中外门冷风侵入耗热量为外门基本耗热量乘以65n%。
3.5供暖房间热负荷计算示例
以102房间为例，进行热负荷计算过程如下：
已知：
取定tn=15℃
[2]（3-4）
北外门：
F=1.5×3.75=5.625㎡K=6.4W/（㎡·℃）
Q=5.625×6.4×（15+11）=936W
n×Vn=2/3×45.6=30.4W
Vn=3.8×3×4=45.6
N=
次/h
北外墙:
F=3.8×4-5.625=9.575㎡K=0.58W/（㎡·℃）
Q=9.575×0.58×29×（1+0.05）=169.1W
地面：
Q3’=0.47×7.6×26×1=92.872W
所以该房间的供暖设计热负荷为：
=1979.4W
将上述各计算数据列入下表中。
其他各层各房间的计算方法同上，数据依次列入附表1中。
第四章供暖系统的选择
4.1供暖系统的分类[2]
以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。
可按下述方法分类：
1）按系统循环动力不同，可分为重力（自然）循环系统和机械循环系统。
2）供回水方式不同，可分为单管系统和双管系统。
3）按管道敷设方式不同，可分为垂直和水平式系统。
4）按热媒温度不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统
在我国认为：
水温低于或等于100℃的热水，称为低温水，水温超过100℃的热水，称为高温水。
室内热水供暖系统,大多采用低温水作为热媒。
4.2供暖热媒的选择[2]
热水采暖系统的热媒设计温度，一般根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。
供水温度不超过95℃，可确保热媒在常压条件下不发生汽化；适当降低热媒温度，有利于提高舒适度，但要相应增加散热器数量。
所以根据《实用供热空调设计手册》，本工程为综合性建筑，宜采用95/70°C热水为热媒。
4.3供暖热源的选择
热源是集中采暖的核心，主要有热电厂、区域锅炉房、地热供热等。
根据实际情况热源选用城市供热管网。
4.4供暖系统形式的比较选择[2]
4.4.1按系统循环动力
分重力循环和机械循环供暖系统,重力循环系统靠不同水温的密度差为动力而进行循环，无循环水泵。
机械循环系统靠水泵的动力强制循环，系统循环作用压力大，系统作用半径较重力循环高。
4.4.2按管道连接及热媒流经路程
分同程式和异程式,供暖管网采用同程式布置（通过各个立管的循环环路的总长度相等），各并联环路压力损失易于平衡，减轻了在远近立管处出现的流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象（即水平失调），但缺点是金属耗量过大。
异程式系统会使通过各个立管环路压力损失较难平衡，但金属耗量小，易于布置，造价低廉。
4.4.3按系统每组立管数不同
分单管系统和双管系统,若采用单管式系统各层散热器的进出口水温不相等，越在下层进水温度越低，因而在下层的散热器片数或组数要相对比上层的多。
若采用双管系统，由于各层散热器与锅炉的高差不同，虽然进入和流出各层散热器的供回水温度相同，也将形成上层作用力大，下层作用力小的现象，从而导致流量不均而上下层冷热不匀的现象（即垂直失调）。
4.4.4按供水方式
分上供下回式、下供下回式、中供式、下供上回式和混合式热水供暖系统。
综上所述，在本设计中，分三区，低区为一到六层，中区为七到十四层，高区为十五到二十二层，均采用机械循环下供下回，双管管顺流式同程式系统。
第五章供暖系统的散热设备
散热设备是供暖系统的主要组成部分，它向房间散热以补充房间的热损失，保持室内要求的温度。
散热设备主要分为三种：
散热器，辐射板，暖风机。
本次设计选用散热器作为供暖系统的散热设备。
5.1散热器的选择
供热系统的热媒，通过散热设备壁面，主要以对流方式向房间传热。
这种散热设备通称为散热器。
散热器总得要求归纳为八字原则“安全可靠、轻、薄、美、新”。
即在安全可靠的前提下，要求轻、薄、美、新。
散热器的选择主要有以下五点要求：
1）热工性能方面的要求：
散热器的传热系数K值越高，说明其散热性能越好。
外
壁散热面积越大散热性能越好。
2）经济方面的要求：
散热器传给房间的单位热量所需金属耗量越少，成本越低，
其经济性越好。
3）安装使用和工艺方面的要求：
散热器应有一定的机械强度和承压能力，
结构尺寸小，散热面积大，少占房间面积和空间。
4）卫生和美观方面的要求：
外表面光滑，不积灰易于清扫。
5）使用寿命要求：
散热器应不易于被腐蚀和破坏，使用年限长。
目前,散热器品种繁多，有从容选择的余地，但也要看到各种散热器在应用实践中都出现过不同性质的问题。
关键是要针对系统的特性，较为适当地应用，要用其所长，避其所短。
主要形式散热器有以下几种：
1）铸铁散热器是一种适应性较强的品种，它的主要弊病是：
体型不紧凑，如铸铁四柱或铸铁长翼型等陈旧型号,显然与节能的、装饰要求较高的建筑环境很不协调；承压能力低；落后的铸造工艺和加工粗劣,组对接口容易漏水。
2）钢板材质的钢制散热器体型较薄且较美观,国外较多采用,引进并广泛应用以后,由于材质、生产工艺、运行水质等因素失控,容易造成腐蚀现象重复发生，因而对水质有较高的要求，需要进行水处理，非采暖季节满水要养护。
但因其制造工艺先进，散热能力强，结构紧凑外形美观，占地面积小，适用于要求承压能力大的场合。
3）铝制散热器是一种高效的散热器,同样也发生过腐蚀穿孔问题,除材质外,碱性水质和超量的氯化物都会对铝产生腐蚀,虽对此种散热器提出了内防护要求，但工艺上难以实施，也不便于检验。
因为热水锅炉水质标准要求锅水的PH值应为10—12，说明此种散热器不能用于以锅炉为直接热源的集中供暖系统，但可在热网集中供热、用户侧为经热交换的二次热媒系统。
[2]
本次设计选择钢制柱形M-132型散热器。
5.2散热器的布置
散热器布置应注意下列规定：
1）散热器一般应安装在外墙的窗台下。
这样，沿散热器上升的对流能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。
2）为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。
在楼梯间或其它有冻裂
危险的场所，其散热器应由单独的立、支管供热，且不得装设调节阀。
3）散热器一般采用明装，布置简单。
内部装修要求较高的民用建筑可采取暗装。
在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联；储藏室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同邻室串联连接。
两串联散热器之间的串联管直径应与散热器接口直径相同，以便水流畅通。
4）在楼梯间布置散热器时，考虑楼梯间热流上升的特点，应尽量布置在低层或按一定比例分布在下部各层。
5）散热器离墙的距离对散热量稍有影响，实验证明离墙30mm左右为宜。
本次设计中的散热器的连接方式均采用异侧上进下出的形式，全部明装,且每组散热器不得超过25片。
立管距落地窗200mm以上。
[1]
5.3散热器的计算
5.3.1散热器的各计算参数的确定
散热器面积计算按下式计算：
[2]（5-1）
式中：
——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，W/m
℃；
——散热器组装片数修正系数；
——散热器连接形式修正系数；
——散热器安装形式修正系数。
（1）散热器内热媒平均温度
计算：
散热器内热媒平均温度随供暖热媒参数和供暖系统形式而定。
在热水供暖系统中，
为散热器进出口水温的算术平均值。
℃[2]（5-2）
式中：
——散热器进水温度，℃；
——散热器出水温度，℃。
（2）散热器传热系数
及其修正数值
本设计采用钢制柱式M-132，可知其传热系数的计算公式为：
K=2.426△t0.286[2]（5-3）
式中：
——散热器热媒与室内空气的平均温差，℃。
（3）散热器片数的确定
在确定了散热器面积后，可按下式计算所需散热器的总片数：
[2]（5-4）
式中；
——每片散热器的散热面积，m
/片。
5.3.2散热器的计算
以102房间为例，立管一进出水温度为80℃、75℃
已知tn=15℃Q=1979W
M-132型散热器
7.92W/（㎡·℃）
修正系数：
散热器组装片数修正系数：
先假设
；
散热器连接形式同侧上进下出，修正系数：
；
散热器安装形式A=200mm,修正系数：
；
钢制柱形M-132散热器，每片散热器面积为0.24㎡/片。
F’=4.08n’=4.08÷0.24=17片
查《供热工程》附录2-3，当散热器片数为11-20片时，β1=1.05
所以，实际所需散热器面积为F=F’×β1=4.08×1.05=4.28㎡
实际采用片数n为：
n=F/f=4.28÷0.24=17.8片
取整数，应采用M-132型散热器18片
第六章水力计算
6.1热水供暖系统管路水力计算
6.1.1室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理
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要求，就要进行管路的水力计算。
热水供暖系统中的计算管段的压力损失，可用下式表示：
（6-1）
式中：
△P——计算管段的压力损失，Pa；
△Py——计算管段的压力损失，Pa；
△Py——计算管段的压力损失，Pa；
R——每米管长的沿程损失，Pa/m；
L——每段长度，m。
在管路的水力计算中，把管路中水流量和管径都没有改变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有许多串联或并联的计算成的。
6.1.2室内热水供暖系
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