供暖设计说明书.docx
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供暖设计说明书
河南城建学院
《供热工程》课程设计说明书
设计题目:
某办公楼采暖设计
专业建筑环境与设备工程
课程名称供热工程
班级0414092
学号041409216
姓名范东进
指导教师卢春焕王靖虞婷婷李丰翠
建筑环境与热能工程系
第一章原始资料及设计依据3
第二章供暖系统的设计热负荷的计算4
第一节供暖系统设计热负荷4
第二节供暖设计热负荷计算6
第三章供暖系统散热器的选择7
第一节散热器的选择原则7
第二节散热器的计算7
第三节散热器的布置9
第四章系统选择、管路布置及附件10
第一节系统选择、管路布置10
热负荷计算表（附表1）
各房间散热器所需散热面积及散热器数量（附表2）
水平跨越式分户采暖系统管路水力计算表（附表3）
分户采暖热水供暖系统立管与水平干管管路水力计算表（附表4）
分户采暖热水供暖系统立管与水平干管管路局部阻力系数计算表（附表5）
水平跨越式分户采暖系统管路局部阻力系数计算表（附表6）
设计总说明图（附图1）
首层层采暖平面布置图（附图2）
标准层采暖平面布置图（附图3）
顶层采暖平面布置图（附图4）
采暖系统图（附图5）
第一章设计资料及设计依据
一、原始资料
1、建筑名称:
某办公楼
2、土建条件:
各层平面图，立面图.
二、工程概况
该建筑是某办公楼的供暖工程，共三层，层高为3m.
外墙：
240mm内面抹灰砖墙，K=2.08W/m℃
内墙：
240mm砖墙。
外窗：
C：
金属框单层玻璃，尺寸（宽×高）为2。
4×1.5m，可开启部分的缝隙总长为13。
8m；
外门:
M：
实体单层木质外门,尺寸（宽×高）为0.9×2m；K=4。
65W/m℃
顶棚:
平屋顶K=1.17W/m℃，D=1.53
地面：
贴土非保温地面。
K值按划分地带计算.
三、设计内容。
1、供暖系统的设计
2、散热器的选择
3、室内热水供暖系统的水力计算。
四、气象条件
室外计算气象资料:
大气参数冬季1019.9Pa夏季999.4Pa;室外供热计算温度-9℃
累年（1951～1980年）最低日平均温度t=—17.1℃
冬季室外平均风速2。
8m/s。
冬季室内采暖设计温度:
18℃
第二章供暖系统的设计热负荷的计算
供暖系统设计热负荷是供暖设计最基本的数据。
它直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。
第一节供暖系统设计热负荷
一、供暖系统设计热负荷
供暖系统的热负荷是指在某一室外温度tw下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。
它是随着建筑物得失热量的变化而变化的.
供暖系统的设计热负荷是指在某一室外温度t′w下，为了达到要求的室内温度tn,供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q′。
它是设计供暖系统的最基本依据。
冬季供暖通风系统的热负荷,应根据建筑物或房间的得失热量确定：
失热量主要有：
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Q2，称冷风渗透耗热量；
3、加热由门孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量Q3，称冷风侵入耗热量
在工程设计中，供暖系统的设计热负荷,一般分几部分进行计算：
Q′=Q1.j′+Q1。
x′+Q2′+Q3
式中Q1。
j′--围护结构的基本耗热量；
Q1。
x′——围护结构的附加耗热量。
二、围护结构的耗热量
通过围护结构的基本耗热量，按下式计算：
Q′j.j=K×F×（tn–t′w）×α
Q′j。
j——通过供暖房间某一面围护物的温差传热量（或称为基本耗热量）,W；
K——该面围护物的传热系数，W/m。
℃；F——该面围护物的散热面积，m；
tn--室内空气计算温度，℃;t′w--室外供暖计算温度，℃;
α--温差修正系数.
三、围护结构附加耗热量：
Q1′=Q′j.j×（1+χch+χf+χx）×（1+χf。
g）
式中Q1′—-附加耗热量
χch--朝向附加率（或称朝向修正系数）
χf—-风力附加率（或称风力修正系数）
χf。
g-—高度附加
χx--外门附加
《暖通规范》规定：
宜按下列规定的数值，选用不同的朝向修正率
北、东北、西北0~10％;东南、西南-10～—15%；东、西-5%；南-15~—30％.在这次设计中建筑物的外墙朝向分别为东、西、南、北四向。
其朝向的修正率分别为:
东：
-5％，西：
-5％,南：
—15％，北：
0％.
风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对维护结构基本耗热量的修正。
我国大部分地区冬季平均风速为2~3m/s.因此《暖通规范》规定：
在一般情况下，不考虑风力附加。
只有建在不避风的高地、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维护结构附加5%～10％.
高度附加耗热量是考虑房屋高度对维护结构耗热量的影响而附加的耗热量。
《暖通规范》规定：
当房间高度大于4m时，高度每高出1m应附加2%，但总的附加率不应大于15％。
所以此建筑1～5层高度均为3.3m,高度附加值为0.
四、冷风渗透耗热量Q2′的计算：
计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法，本计算采用缝隙法，计算公式如下：
Q2′=0。
28×Cp×V×ρw×（tn-t′w）
式中Cp-—干空气的定压质量比热容，Cp=1.0Kj/（公斤×℃）
V——渗透空气的体积流量，m/h
ρw-—室外温度下的空气密度公斤/m
tn—-室内空气计算温度,℃;
t′w—室外供暖计算温度，℃。
五、冷风侵入耗热量Q3′的计算:
在冬季受风压和热压的作用下，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为冷风侵入耗热量。
采用外门基本耗热量乘以百分数法进行计算。
根据工程实际，本例采用65n％.
第二节供暖设计热负荷计算
以1号房间供暖设计热负荷计算为例，其余见各房间耗热量计算附表1。
1、围护结构传热耗热量Q1′的计算
全部计算列于附表1中.围护结构总传热耗热量Q1′=901W.
2.冷风渗透耗热量Q2′的计算
根据附录1—6，北京市的冷风朝向修正系数：
南向n=0。
15，对有相对两面外墙的房间，按最不利的一面外墙计算冷风渗透量。
按《供热工程》表1—7，在冬季室外平均风速Vp。
j=2.8m/s下，单层金属窗的每米缝隙的冷风渗透量L=2.88m3/m。
h，1号房间南向窗的缝隙总长度为13。
8m。
总的冷风渗透量V等于
V=L×n×l=2.88×0.15×13。
8=5.96m3/h
冷风渗透耗热量Q等于
Q=0。
278×Cp×V×ρw×（tn–t′w）
=0.278×5.96×1。
34×1×27=60W
3．外门冷风侵入耗热量Q′3的计算
外门附加率为65n%，n为建筑物的楼层数。
n为三层;
冷风侵入耗热量Q3’=N*Q1’。
j。
mW。
Q1’.j.m--外门的基本耗热量，W;
N—-考虑冷风侵入的外门附加率，按表1—9采用。
第三章供暖系统散热器的选择
第一节散热器的选择原则
供暖系统的散热设备是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，其中散热器是最为常用的散热设备，供暖系统的热媒通过散热器的壁面，主要以对流的传热方式向房间散热。
对散热器的基本要求，主要有以下几点：
a、热工性能方面的要求，散热器的传热系数值越高，说明其散热性能越好。
提高散热器的散热量，增大散热器传热系数的方法，可以采用增加外壁散热面积（在外壁上加肋片）、提高散热器周围空气的流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径。
b、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。
c、安装使用和工艺方面的要求，散热器应具有一定机械强度和承压能力；散热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面积,结构尺寸要小,少占房间面积和空间;散热器的生产工艺应满足大批量生产的要求。
d、卫生和美观方面的要求,散热器外表光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间观感。
e、使用寿命的要求，散热器应不易被腐蚀和破损,使用年限长.
在这设计中，考虑多方面原因,选用钢制柱式600×120型散热器。
这种散热器金属消耗少，耐压强度高，外观美洁，占地小，便于布置，因此得到广泛应用，其性能参数如下：
钢制柱式600×120型散热器性能参数
表2—1
型号
散热面积
（m²/片）
热水热媒当Δt＝64.5时的K值
（W/m²℃）
钢制柱式散热器600×120
0。
15
8.94
第二节散热器的计算
一、散热面积的计算:
散热器的散热面积F按下式计算[3]：
F=Q×β1×β2×β3/k（tpj-tn）m²
式中Q——散热器的散热量,W:
tpj——散热器热媒平均温度，℃；
tn——供暖室内计算温度，℃；
K——散热器的传热系数,W/m².℃；
β1——散热器组装片数修正系数；
β2——散热器连接形式修正系数；
β3——散热器安装形式修正系数。
该建筑供暖的供回水温度分别为95℃/70℃，散热器内热媒的平均温度tpj＝（tsg＋tsh）/2＝（95＋70）/2＝64.5℃
tsg--散热器进水温度，℃；
tsh——散热器出水温度，℃;
散热器传热系数K值的物理概念,是表示当散热器内热媒平均温度tpj与室内气温tn相差1℃时，每m²散热器面积所散出的热量W/m².℃。
它是散热器散热能力强弱的主要标志。
它只能通过实验方法确定，有上面的表格可知K＝8。
94W/m²。
℃
散热器的传热系数K和散热量Q值是在一定的条件下，通过实验测定的。
若实际情况与实验条件不同，则应对所测值进行修正。
散热器组装片数修正系数β1（其值选取按照《供热工程》附录2－3）
散热器连接形式修正系数β2值,可按《供热工程》附录2－4取用。
此次设计是采用的简单的异侧上进下出，所以β2＝1。
004。
散热器安装形式修正系数β3值，安装在房间内的散热器，散热器装在墙面上，A=100mm.附录表2－5，在此次设计为敞开装置β3=1。
02。
二、散热器片数及长度的确定
在确定所需的散热器面积后，现假定β1＝1,可按下式进行计算n＝F/f
f——每片或每1m长的散热器散热面积。
此系统的f＝0。
15m²，暖通规范规定，柱型散热器面积可比计算面积小0。
1m²（片数n取整数）
以1号房间散热器计算为例说明计算过程，其他房间的散热器片数，详见下附表2。
1号房间标准层设计热负荷为2167W,选取三个散热器，每个散热器热负荷为1083。
5W。
室内安装钢制柱式600×120散热器，散热器安装在墙面上加盖板,散热器距窗台高度100mm。
供暖系统：
立管为下供下回异程式，干管为水平同程式，室内采用跨越式分户采暖式.设计供回水温度为95℃/70℃，室内管道明装,支管与散热器的连接方式为异侧连接，上进下出，求散热器面积及片数。
查附录2—1,钢制柱式600×120型散热器K=8。
94W/（㎡℃）
修正系数：
散热器组装片数修正系数，先假定β1=1。
00；
散热器连接形式修正系数，查附录2—4,β2=1.004；
散热器安装形式修正系数,查附录2—5，β3=1。
02；
根据式F′=Q/2×β1×β2×β3/（K×△t）=1083.5×1。
004×1。
02/（8。
94×64.5）=1。
92㎡
四柱813型散热器每片散热面积为0。
15㎡，计算片数n′为：
n′=F′/f=1。
92÷0.15=12。
8片=13片<20片,β1=1.05。
F=β1×F′=1.92×1。
05=2.016㎡，n=F/f=2。
016÷0.15=14片.两个散热器.
第三节散热器的布置
布置散热器时，应注意下列一些规定：
1．散器应安装在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气能阻止和改善从玻璃窗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．防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器.在楼梯间或其他有冻结危险的场所,其散热器应有单独的立、支管供热且不得装设调节阀。
3．散热器一般明装,在内部装修有特殊要求的场合可采用暗装。
4．同一房间的散热器可以串连，贮藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同邻室串连连接。
两串连散热器之间的串连管径应与散热器接口的直径相同,以便水流畅通.
第四章系统选择、管路布置
第一节系统选择、管路布置
一、热水供暖系统，可按下述方法分类：
1、按系统循环动力的不同,可分为重力（自然）循环系统和机械循环系统。
靠水的密度差进行循环的系统,称为重力循环系统;靠机械（水泵）力进行循环的系统，称为机械循环系统。
2、按供、回水方式的不同,可分为单管系统和双管系统。
热水经过立管或水平供水管顺序流过多组散热器，并顺序地在各散热器中冷却的系统，称为单管系统。
热水经供水立管或者水平供水管平行的分配给多组散热器,冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或者水平回水管流回热源的系统,称为双管系统。
3、按系统管道敷设方式的不同，分为垂直式和水平系统。
4、按热媒温度的不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统。
二、热水供暖系统的基本要求有以下几点
1．必须保证有足够的循环水量
一个采暖系统的总循环水量，是根据本建筑物的总采暖热负荷（注意不包括分户计量系统中为计算邻户传热增加的散热量）除以供、回水温差而求得的，即
G=0。
86∑Qgi/△tskg/h
式中，G为本系统的循环水量，kg/h；
∑Qgi为本系统各采暖房间热负荷的累积值，W；
△ts为本系统的实际供、回水温差，△ts=tg-ts；℃
0。
86为换算系数.
一个房间或一组散热器所需的水量,也可按同样的方法求得。
对于一般民用建筑而言,设计规范推荐采用供水温度tg=95℃、回水温度th=70℃的供暖系统，这是从经济、技术各方面综合考虑的结果。
但目前的城市集中供热多不按此运行，所以工程设计是要按当地热源的实际情况采用实际的供、回水温度作为设计依据。
这时的散热器实际散热量应按相应的散热量计算公式及实际供、回水温度进行计算取得。
2．必须保证有足够的水循环资用压头
建筑物采暖系统进口处由外网提供的供、回水压差，即为本系统的资用压头（Hc）。
这一压头在热网设计中一般按5。
0mH2O（即0。
05MPa）予留,而室内采暖系统的实际循环阻力（H），一般仅2.0mH2O（0。
02MPa）上下，要通过计算求得。
其计算公式为
H=∑（RL+Z）Pa
式中，H为本采暖系统的总阻力，按最不利环路累积计算；Pa
R为管道的比摩阻，即每米管道在不同水流速时的摩擦阻力，采暖管道一般按比摩阻为60～80Pa/m上下选取管道，相应水流速是较低的，一般为0。
2～0。
4m/s；Pa/m
L为相应计算管段的直线长度;m
Z为相应计算管段的局部阻力，包括阀门、管件、热表、过滤器等等；Pa
以上数据均可从设计手册中的采暖管道水力计算表及局部阻力表中查得.
对一般住宅建筑而言,采暖系统中的管道摩擦阻力（∑RL）与局部阻力（∑Z）数值相差不是很大。
计算所得采暖系统总阻力必须小于外网提供的资用压头数值，并保持一定的安全裕量（即H或者反过来说，应向外网设计者明确提出有足够安全裕量的供、回水压差数值。
这里需要的是供、回水压差，而不是供水压力的绝对值，因为绝对值（或表压）要包括系统的静压及建筑物所处标高等因素，不同位置的建筑物的读数可能差异很大.
4.必须保证系统各部位都能通水.这就要求系统要有良好的排气，不使气泡阻断水流。
一般情况下，系统的最高点、上凸部位都要设排气，多采用自动排气阀。
气泡在水流速较高时也有可能被水流带出而使水流连续，但这终究不是可依赖的。
散热器上一般亦应设放气阀.
5。
管道较长时必须考虑热补偿。
6。
散热器的安装位置热器的安装位置要在保证供暖质量的前提下,结合家具及装修布置综合考虑.特殊建筑还要考虑对人的安全保护（如幼儿园等）。
7．3层和3层以下的建筑物，宜采用双管或水平单管系统；
8．3层以上的建筑，宜采用单管系统；
9．高层建筑采暖,10层以下竖向可不分区。
10．水平单管串联，管径应小于32mm。
三、对于本工程,在此提出三种系统设计方案：
方案一:
重力循环双管式系统。
方案二：
机械循环单管异程式系统。
方案三：
机械循环双管异程式系统。
根据以下原则及上述要求进行技术和经济比较:
原则一、热媒的选择:
热水供暖与蒸汽供暖的比较。
蒸汽供暖系统的设计和布置都比较复杂且其维护和维修费用较大.对该三层住宅楼，只需要设计一个小型的供暖系统，考虑居民被烫伤等安全问题，且有热水管网经过，所以选用热水供暖系统比较经济合理。
原则二、热媒温度的选择.
室内热水供暖系统,大多采用低温水作为热媒.设计供、回水温度多采用95℃/70℃。
考虑建筑的使用特点,因此采用低温水作为热媒，供、回水温度为
tg=95℃；th=70℃
原则三、供暖管网布置形式
根据建筑物平面图,考虑到管网布置的经济合理并且易于设计计算，便于维护管理.该系统的管网布置如附图中的平面图所示。
原则四、供暖系统动力的选择
供暖系统动力选定为机械循环系统.
原则五、考虑到设计计算的方便，将供暖系统布置成双管下进下出异程式系统。
最后综合考虑三种方案的技术和经济，和自己对所学知识的掌握，最终选择方案三——机械力循环双管异程式系统。
第五章水力计算
第一节水力计算方法及步骤
一、基本原理
（1）当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其管壁间的摩擦，就要能量损失,称为沿程损失；当流体流过管道的一些附件时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要产生能量损失，称为局部损失。
因此热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示:
△P=△Py+△Pj=Rl+△PjPa
式中△P——计算管段的压力损失，Pa;
△Py——计算管段的沿程损失,Pa;
△Pj——计算管段的局部损失，Pa；
R—-每米管段的沿程损失，Pa/m;
L——管段长度,m。
（2）室内热水供暖系统的水流量G与热媒流速v的关系式为：
v=4×G/（3600×3。
14×ρ×d2）=G/（2826×ρ×d2）
二、计算方法
（1）、可按照基本原理进行计算；
（2）、在实际工程中，为了简化计算，采用当量“当量局部阻力计算法"和“当量长度计算法"进行管路的水力计算。
为了熟悉基本原理，本次设计采用基本原理进行计算。
三、计算步骤:
A、用户户内系统的阻力计算
1、在系统轴测图上，进行管段编号,水平管与跨越管编号并标注各管段的热负荷和管长.
2、计算各管段的管径。
水平干管的流量为G=0。
86∑Qgi/△ts
跨越管的流量为Gk=（1—a）G，从而确定各管段的管径.
本设计为分户采暖系统：
户内水平干管的平均比摩阻Rp。
j采用推荐的平均比摩阻Rp.j大致为100~120Pa/m来确定环路各管段的管径.单元立管的平均比摩阻Rp。
j大致为40～60Pa/m来确定各管段的管径。
首先根据公式G=0.86Q/（tg—th）确定各各管段的流量。
根据G和选用的Rp.j值，查设计手册，将查出的各管段d、R、v值列入水力计算表格中。
最后算出各层户内的总压力损失∑（△Py+△Pj）以及个单元立管管段的压力损失。
当有剩余循环压力时，用调节阀节流消耗掉。
B、单元立管与水平干管采暖系统的水力计算
（一）确定立管与水平干管的管径
1、将各管段进行编号，注明个管段的热负荷和管长，如图所示，并计算各管段的局部阻力系数，见表5
2、确定个管段的管径。
各管段的热负荷与设计参数已知，可计算出个管段的流量。
根据前面所述的立管与水平干管的平均比摩阻的选取原则，查水力计算表，可确定各管段的管径、流速等，计算结果见表4
（二）不平衡率的计算
1、左半侧一层用户的阻力损失为
△PI=4584.2Pa△PII=4510.6Pa△PIII=4792。
3Pa
重力循环自然附加压力为
△PZI=2/3△ρg△h=2/3（977。
81—961。
92）×9.8×1。
5=155.7Pa
则一单元一层用户的资用压力为
△PI′=△PI—△PZI=4584.2Pa-155.7Pa=4428.5Pa
2、与一单元一层用户并联的管段3、8及二层用户的压力损失为
∑（△Py+△Pj）3、8+△PZI=101+101+4510。
6=4712。
6Pa
一单元二层用户重力循环自然附加压力为
△PZII=2/3△ρg△h=2/3（977.81—961.92）×9。
8×4.5=467.2Pa
并联环路中，二层用户相对于一层增加的自然附加压力为
△PZI、II=△PZII—△PZI=467.2-155。
7=311.4Pa
它的资用压力为
△PII′=△PI′+△PZI、II=4428.5+311。
4=4739。
9Pa
不平衡率X21=｛△PII′-［∑（△Py+△Pj）3、8+△PZI]｝/△PII′=（4739。
9—4712.6）/4739.9×100％=0。
6％＜25%满足条件
3、同理，以一单元一层用户为计算上层个用户的基准，一单元各层用户相对于一层用户的不平衡率计算如表所示
一单元各用户相对于一层用户的不平衡率
项目
楼层序号
各层相对于一层用户并联节点增加的自然附加压力
与一层用户并联的各层用户的资用压力
与一层用户并联的各层用户的供回水管压力损失
与一层用户并联的各层用户的供回水立管及户内的压力损失
各层用户相对于一层用户的不平衡率XI
2
311.4
4739.9
202
4712。
6
0。
6%
3
622.8
5051。
3
234。
8
4947。
4
2。
1%
4、右半侧三层用户（最远端）相对于一层左半侧用户的不平衡率
由图确定一单元一层用户的管段2、左半侧一层用户管段、管段9与通过右半侧三层用户的管段18、管段10、11、12、右半侧三层用户、管段15、16、17为并联
（1）经过左半侧一层用户的管段2、用户管段、管段9的阻力损失为
△P2+△PZ+△P9+△PZI=4584.2+389。
9+1239-155.7=6057。
4Pa
（2）右半侧三层用户的资用压力为
（1）的计算结果与该用户相对于左半侧一层用户的自然附加压力的和
6057.4+622.8+155.7=6835。
9Pa
（3）经过三单元三层用户管段18、管段10、11、12、右半侧三层用户管段、管段15、16、17的阻力损失为
△P18+△P10~12+△PZII6+△P15～17=6634。
4
（4）三单元三层用户相对于一单元一层用户的不平衡率为
（6835。
9-6634.4）/6835。
9=2。
9％
第二节水力计算表
根据第一节计算步骤，对其管路进行水力平衡计算，计算结果见附表3,其中局部阻力系数见附表5.
附表
附表
顶层热负荷计算表
附表1
房间编号
房间名称
围护结构
传热系数
室内计算温度
室外计算温度
室内外计算温度差
温差修正系数
基本耗热量
耗热量修正
围护结构耗热量
冷风渗透耗热量
冷风侵入耗热量
房间总耗热量
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