扬州大学供热课程设计书.docx
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扬州大学供热课程设计书
第1章绪论
1.1设计目的
本课程的目的是培养学生运用所学的暖通空调、流体输配管网课程的理论和技术知识解决实际问题，进一步提高运算、制图和使用资料的能力。
通过设计，了解室内采暖系统的设计内容、程序和基本原则，巩固所学理论知识，培养利用这些知识解决实际问题的能力，逐步树立正确的设计观点。
供热工程课程设计是建筑环境与设备专业培养学生解决实际问题能力的一个重要的教学实践环节，在建筑环境与设备专业的教学计划中占有重要的地位和作用。
1.2工程概述
本工程为北京市密云县某八联排别墅室内采暖，整个建筑物为三层，建筑总高9.2米，该小区有相同别墅100栋。
热源由锅炉房提供0.8mpa的蒸汽供热，供回水温度为：
75℃、50℃。
1.3设计任务
本设计为八联排别墅冬季热水供暖工程。
设计主要内容为：
（一）设计准备（收集和熟悉有关规范、标准并确定室内外设计参数）
（二）采暖设计热负荷及热指标的计算
（三）散热设备选择计算
（四）布置管道和附属设备选择，绘制设计草图
（五）管道水力计算
（六）热力站设计
（七）平面布置图、系统原理图等绘制
（八）设备材料表、设计及施工说明的编制
第2章设计依据
2.1主要参考资料
1.王宇清，刘春泽.供热工程，机械工业出版社，2005
2.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012
3.严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准JGJ26-2010
4.陆耀庆.实用供热空调设计手册，北京：
中国建筑工业出版社，2008
2.2设计范围
本次设计任务为八联排别墅冬季采暖系统设计。
采暖日期为11月23日~3月15日，共114天。
本采暖设计，已经给出热媒，并由锅炉房提供，设计热交换系统机房。
2.3设计参数
2.3.1室外设计参数
根据建筑物所在的地区是北京市密云县，查附录3[1]，将北京市冬季室外气象参数及建筑节能计算用气象参数列表如下：
表2.1北京市冬季室外空气计算参数表
地理位置
大气压力（Kpa）
冬季室外平均风速（m/s）
冬季采暖室外计算干球温度/℃
冬季空气调节室外计算相对湿度/%
北京
102.17
2.6
-7.6
44
表2.2北京市建筑节能计算用气象参数
城市
气候属区
采暖度日数（HDD18）℃·day
计算采暖期
北京
Ⅱ﹙B﹚
2699
天
供暖室外计算温度℃
太阳总辐射平均强度W/㎡
水平
南向
北向
东向
西向
114
-7.6
102
120
33
59
59
2.3.2室内设计参数
根据设计建筑类型，确定室内设计参数如下表：
表2.3密云小区八联排别墅室内设计参数表
房间
名称
冬季
室内计算干球温度/℃
室内计算相对湿度/%
风速m/s
卫生间（有沐浴设备）
25
60
≤0.2
餐厅
18
60
≤0.2
客厅
18
60
≤0.2
卧室
18
60
≤0.2
楼梯间
14
60
≤0.2
2.4设计原始资料
2.4.1土建资料
本工程为北京市某八联排别墅楼，整个建筑物为3层，一层层高3.3米，二层层高3.0米，三层层高2.9米，建筑总高10.63米（含屋顶），该小区有相同别墅100栋。
2.4.2建筑结构
1.建筑物的平、立、剖面图,建筑结构为混凝土结构。
（1）外墙为240厚混凝土,外保温层聚胺脂40mm厚，内外均涂20mm水泥砂浆。
2.屋面:
（1）防水层加水豆石10mm厚
（2）水泥砂浆找平层20mm厚
（3）保温层水泥膨胀珍珠岩150mm厚
（4）隔汽层
（5）承重层120mm现浇板
（6）内粉刷15mm水泥砂浆
3.楼板均为100mm厚钢筋混土。
4.门窗:
铝合金门窗,玻璃为双层中空厚5mm,白色,内挂中色窗帘。
2.5动力与能源资料
1.热源：
锅炉房提供0.8mpa的蒸汽；
2.热媒：
热水参数tg=75℃、th=50℃
2.6其他资料
1.人数：
按照相关设计手册确定。
2.照明、设备：
按照相关设计手册确定。
3.采暖设备要求
散热器要求散热性能好，金属热强度大，承压能力高，价格便宜，经久耐用，使用寿命长。
该设计中采暖设备选用散热器供暖。
对散热器的要求主要有以下几点：
1）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。
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，成本越低越好。
3）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。
4）卫生美观方面的要求，散热器要外表光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间的观感。
使用寿命的要求，散热器应不易被腐蚀和破损，使用年限长。
综合考虑，本设计采用M-132型散热器。
第3章供暖系统的设计热负荷
供暖热负荷是设计中最基本的数据。
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。
3.1热负荷组成
1、基本耗热量（屋顶、墙、地板和窗耗热量）；
2、围护结构修正耗热量（朝向、风力、高度影响的修正）；
3、冷风渗透耗热量；
4、冷风侵入耗热量；
3.2负荷计算
3.2.1围护结构计算参数
查《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》，围护结构传热系数限值如下表：
表3.1寒冷（B）区围护结构热工性能参数限值
围护结构部位
传热系数K[W/（m2·K）]
≤3层建筑
（4～8）层的建筑
≥9层建筑
屋面
0.35
0.45
0.45
外墙
0.45
0.60
0.70
架空或外挑楼板
0.45
0.60
0.60
非采暖地下室顶板
0.50
0.65
0.65
分隔采暖与非采暖空间的隔墙
1.5
1.5
1.5
分隔采暖非采暖空间的户门
2.0
2.0
2.0
阳台门下部门芯板
1.7
1.7
1.7
外
窗
窗墙面积比≤0.2
2.8
3.1
3.1
0.2＜窗墙面积比≤0.3
2.5
2.8
2.8
0.3＜窗墙面积比≤0.4
2.0
2.5
2.5
0.4＜窗墙面积比≤0.5
1.8
2.0
2.3
围护结构部位
保温材料层热阻R[（m2·K）/W]
周边地面
0.83
0.56
——
地下室外墙（与土壤接触的外墙）
0.91
0.61
——
注:
周边地面和地下室外墙的保温材料层不包括土壤和混凝土地面。
根据体形系数=
故结合国标和省标，由上表查询鸿业软件中的围护结构K值并确定本设计围护结构传热系数：
1、外墙
外墙为240厚混凝土,外保温层聚胺脂40mm厚，内外均涂20mm水泥砂浆。
查鸿业围护结构材料库，传热系数K=0.42w/m
·℃。
2、内墙
普通混凝土多孔砖墙240mm，传热系数K=1.37w/m
·℃。
3、门窗
铝合金门窗,玻璃为双层中空厚5mm,白色,内挂中色窗帘，尺寸见图纸，传热系数门K=2.0w/m
·℃，窗户K=2.32w/m
·℃
4、屋面:
（1）防水层加水豆石10mm厚
（2）水泥砂浆找平层20mm厚
（3）保温层水泥膨胀珍珠岩150mm厚
（4）隔汽层
（5）承重层120mm现浇板
（6）内粉刷15mm水泥砂浆
传热系数K=0.33w/m
·℃
3.2.2主要计算公式
由于冬季室外温度的波动幅度远小于室内外的温差，因此在围护结构的基本耗热量计算中采用日平均温差的稳态计算法，
1.围护结构的基本耗热量
（3-1）
式中
——围护结构的基本耗热量形成的热负荷（W）；
——围护结构的温差修正系数；
——围护结构面积（㎡）；
——围护结构的传热系数[W/（㎡·℃）]；
——冬季采暖室内计算温度（℃）；
——冬季采暖室外计算温度（℃）。
2.围护结构的附加耗热量
围护结构的附加耗热量按其占基本耗热量的百分率确定。
1）朝向修正率
2）风力附加率
3）围护结构的高度附加
3.冷风渗透耗热量
=0.28Vρw
（3-2）
式中：
——冷风渗透耗热量（W）；
V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；
ρw——供暖室外计算温度下的空气密度，本设计取1.415kg/m3；
——冷空气的定压比热，
=1KJ/（kg·℃）。
经门、窗隙入室内的总空气量按下式计算
V=
（3-3）
式中：
Lh——每米每小时缝隙入室内的空气量；
——门窗缝隙的计算长度，m；
n——渗透空气量的朝向修正系数。
Lh=（0.3h0.4）bα（0.5ρwν02）b（3-4）
式中：
h——计算门窗中心标高，m；
ν0——冬季室外最大风向的平均风速，m/s；
α——外门窗缝隙渗风系数，查表得0.5。
b——门窗缝隙渗风指数，取0.67；
4.冷风侵入耗热量
开启外门时侵入的冷空气需要加热到室内温度，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘以相应的附加率：
=N
（3-5）
式中：
——外门基本耗热量，W;
N——考虑冷风侵入的外门附加率。
本设计中只有首层有外门，后门取附加率取65%，前门为主要通道，取附加率500%。
3.3热负荷计算
本次设计采用鸿业暖通负荷软件计算热负荷，以1#一层1001室为例列出负荷计算明细表（表3.2），其余各房间负荷汇总列于表3.3、3.4、3.5。
表3.51#~8#别墅总热负荷汇总表
楼号
各项负荷值
热负荷
新风热负荷
户间传热
总热负荷
总湿负荷
热指标
湿指标
新风量
W
W
W
W
kg/h
W/m2
kg/hm2
m3/h
1#
5445
0
354
5799
0
35.33
0
0
2#
3890
0
354
4244
0
25.24
0
0
3#
3890
0
354
4244
0
25.24
0
0
4#
3890
0
354
4244
0
25.24
0
0
5#
3890
0
354
4244
0
25.24
0
0
6#
3890
0
354
4244
0
25.24
0
0
7#
3890
0
354
4244
0
25.24
0
0
8#
5445
0
354
5799
0
35.33
0
0
工程合计
0
27.77
0
0
表3.21#1层1001房间（餐厅）耗热量计算明细表
房间名称
围护结构
传热系数
室内计算温度
供暖室外计算温度
室内外计算温度差
温差修正系数
耗热量修正
各项热负荷
房间总热负荷
朝向
风向
名称
面积计算
面积
K
tn
tw
tn-tw
α
xcn
xf
1+xcn+xf
Qi
Q
㎡
W/（㎡·℃）
℃
℃
℃
％
％
％
W
W
1001餐厅
北外墙
3.88×3
9.72
0.42
18
-7.6
25.6
1
10
0
110
98
671
西外墙
3.74×3
11.22
0.42
1
-5
95
104
北外门
0.9×2.1
1.89
2.0
1
10
110
180
西外窗
1×1.6
1.6
2.32
1
-5
95
100
地面Ⅰ
2×﹙3.74+3.24）
13.96
0.47
1
0
100
176
地面Ⅱ
1.24×1.74
2.16
0.23
1
0
100
13
表3.31#、8#别墅采暖负荷汇总表
楼号
楼层
房间
各项负荷值
热负荷
新风热负荷
户间传热
总热负荷
总湿负荷
热指标
湿指标
新风量
W
W
W
W
kg/h
W/m2
kg/hm2
m3/h
1#楼
1层
1774
0
118
0
36.12
0
0
1001[餐厅]
671
0
0
0
55.36
0
0
1002[楼梯间]
224
0
0
0
26.56
0
0
1003[卫生间]
36
0
118
0
32.98
0
0
1004[客厅]
843
0
0
0
35.27
0
0
2层
1036
0
118
0
18.55
0
0
2001[北卧]
541
0
0
0
28.7
0
0
2002[楼梯间]
151
0
0
0
17.9
0
0
2003[卫生间]
0
0
118
0
25.18
0
0
2004[南卧]
344
0
0
0
14.4
0
0
3层
2634
0
118
0
53.64
0
0
3001[北卧]
1028
0
0
0
84.86
0
0
3002[楼梯间]
356
0
0
0
42.31
0
0
3003[卫生间]
167
0
118
0
60.81
0
0
3004[南卧]
1084
0
0
0
45.32
0
0
1#总记
5445
0
354
0
35.33
0
0
工程合计
5445
0
354
0
35.33
0
0
注：
本设计两相邻供暖室温差小于5℃时不考虑户间传热，故只有卫生间有户间传热热负荷。
表3.42#--7#别墅采暖负荷汇总表
楼号
楼层
房间
各项负荷值
热负荷
新风热负荷
户间传热
总热负荷
总湿负荷
热指标
湿指标
新风量
W
W
W
W
kg/h
W/m2
kg/hm2
m3/h
2#楼
1层
1065
0
118
21.64
0
0
1001[餐厅]
394
0
0
0
32.54
0
0
1002[楼梯间]
23
0
0
0
2.75
0
0
1003[卫生间]
19
0
118
0
29.25
0
0
1004[客厅]
626
0
0
0
26.21
0
0
2层
611
0
118
10.94
2001[北卧]
420
0
0
0
22.28
0
0
2002[楼梯间]
0
0
0
0
0
0
0
2003[卫生间]
0
0
118
0
25.18
0
0
2004[南卧]
191
0
0
0
7.99
0
0
3层
2214
118
45.11
3001[北卧]
912
0
0
0
75.21
0
0
3002[楼梯间]
202
0
0
0
24.07
0
0
3003[卫生间]
166
0
118
0
60.81
0
0
3004[南卧]
934
0
0
0
39.12
0
0
2#总记
3890
0
354
0
25.24
0
0
工程合计
3890
0
354
0
25.24
0
0
第4章热水供暖系统设计方案比较与确定
热水采暖系统形式的选择，应根据建筑物的具体条件，考虑功能可靠、经济，便于管理、维修等因素，采用适当的采暖形式。
4.1循环动力
根据设计资料中给出动力与能源资料为锅炉房提供0.8MPa的蒸汽，故可确定本设计为机械循环系统。
4.2供、回水方式
供、回水方式可分为单管式和双管式。
双管热水供暖系统：
因供回水支管均可装调节阀，系统调节管理较为方便，故易被人们接受，但双管热水供暖系统由于自然循环压头作用，容易引起垂直失调现象，故多用于四层以下的建筑。
按其供水干管的位置不同，可分为上供下回、中供下回、下供下回、上供上回等系统。
本设计采用上供下回式系统
单管热水供暖系统：
构造简单，节省管材，造价低，而且可减轻垂直失调现象，故五到六层建筑中宜采用单管式采暖系统，不过一个垂直单管采暖系统所连接的层数不宜超过十二层。
层数过多会使立管管径过大，下部水温过低，散热器面积过大不好布置，为了提高下层散热器的水温可设成带闭合管的单管垂直式采暖系统。
本工程为住宅楼需分户热计量，又总建筑为三层，由上述比较及分析可以确定本工程采用双管式热水供暖系统。
4.3系统敷设方式
系统敷设方式可分为垂直式和水平式系统。
水平式热水供暖系统：
水平式采暖系统结构管路简单，节省管材，无穿过各层楼板的立管，施工方便，造价低，可按层调节供热量，当设置较多立管有困难的多层建筑式高层建筑时，可采用单管水平串联系统。
但该系统的排气方式较为复杂，水平串联的散热器不宜过多，过多时除后面的水温过低而使散热器片数过多外，管道的膨胀问题处理不好易漏水。
垂直式热水供暖系统：
结构管路简单，节省管材，施工管理方便，造价低，但易造成垂直平失调。
在无需考虑分区问题，目前被广泛采用。
根据上述比较与分析，结合本工程单层散热器较多，房间结构简单，无需考虑分区问题，所以，本工程采用垂直式系统。
4.4供、回水管布置方式
供、回水管布置方式可分为同程式和异程式。
异程式系统布置简单、节省管材，但各立管的压力损失难以平衡，会出现严重的水力失调现象。
而同程式系统可消除式减轻水力失调现象，故有条件时宜采用同程式系统。
但本设计热负荷较小，且同一层各房间面积较小，因而阻力较小。
本设计同一层采用水平异程式、一栋垂直异程式系统
第5章散热器的选型及安装形式
5.1散热器的选型
选铸铁M-132型，它结构简单，耐腐蚀，使用寿命长，造价低，传热系数高；金属热强度大，易消除积灰，外形也比较美观；每片散热器的面积少，易组成所需散热面积。
具体性能及参数，如下表5.1：
表5.1散热器规格及传热系数
型号
散热面积
水容量
重量
工作压力
传热系数K
TZ2-5-5
（M132型）
0.24m
/片
1.32L/片
7kg/片
0.5MPa
K=2.426
其中
为散热器热水热媒进出口温度的平均值与室内空气温度的差值：
=（75+50）/2-tn
5.2散热器的计算
散热器计算是确定供暖房间所需散热器的面积和片数。
1）、散热面积的计算
散热器散热面积F按下式计算：
F=Q/[K（tpj-tn）]*β1β2β3㎡
式中Q—散热器的散热量，W；
tpj—散热器内热媒平均温度，℃；
tn—供暖室内计算温度，℃；
K—散热器的传热系数，W/㎡℃；
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。
2）、散热器片数的计算
散热器片数按下式确定：
n=F/f（由于每组或总长度未定，先按β1=1计算），f为每片或1米长散热器的散热面积，然后根据每组或长度乘以β1，最后确定散热器的散热面积。
各个房间的负荷、修正系数、选用的片数见下表5.2、5.3：
表5.21#、8#别墅散热器片数计算表
房间
负荷W
室内温度℃
片数修正β1
连接形式修正β2
安装形式修正β3
散热器片数
1001[餐厅]
671
18
1
1
1.02
7
1002[楼梯间]
224
14
0.95
1
1.02
3
1003[卫生间]
36
25
0.95
1
1.02
2
1004[客厅]
843
18
1
1
1.02
9
2001[北卧]
541
18
1
1
1.02
6
2002[楼梯间]
151
14
0.95
1
1.02
2
2003[卫生间]
0
25
0.95
1
1.02
2
2004[南卧]
344
18
0.95
1
1.02
4
3001[北卧]
1028
18
1.05
1
1.02
11
3002[楼梯间]
356
14
0.95
1
1.02
4
3003[卫生间]
167
25
0.95
1
1.02
4
3004[南卧]
1084
18
1.05
1
1.02
12
注：
考虑楼梯间热流上升的特点和楼梯间的正常行走，本设计将楼梯间的散热器全部布置在底层，共9片，片数、连接形式、安装形式修正系数均不改变。
表5.32#~7#别墅散热器片数计算表
房间
负荷W
室内温度℃
片数修正β1
连接形式修正β2
安装形式修正β3
散热器片数
1001[餐厅]
394
18
0.95
1
1.02
5
1002[楼梯间]
23
14
0.95
1
1.02
1
1003[卫生间]
19
25
0.95
1
1.02
2
1004[客厅]
626
18
1
1
1.02
7
2001[北卧]
420
18
0.95
1
1.02
5
2002[楼梯间]
0
14
0.95
1
1.02
0
2003[卫生间]
0
25
0.95
1
1.02
2
2004[南卧]
191
18
0.95
1
1.02
2
3001[北卧]
912
18
1
1
1.02
10
3002[楼梯间]
202
14
0.95
1
1.02
2
3003[卫生间]
166
25
0.95
1
1.02
4
3004[南卧]
934
18
1
1
1.02
10
注：
考虑楼梯间热流上升的特点和楼梯间的正常行走，本设计将楼梯间的散热器全部布置底层，共3片，片数、连接形式、安装形式修正系数均不改变。
5.2散热器的布置
1.散热器布置一般安装在外墙窗台下，这样沿散热器上升的对流热气能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，
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