供热工程课程设计采暖课程设计.docx

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供热工程课程设计采暖课程设计

目录

一、采暖设计热负荷的计算

1、气象资料

2、建筑物的概述

3、计算采暖设计热负荷

二、布置管道和散热器设备、计算散热器

1、布置管道

2、布置散热器

3、散热器的选择

4、散热器的计算

三、管道的水力计算

四、设计总结

五、参考文献

一、采暖设计热负荷的计算

1.气象资料

根据文献[1]查得北京市的气象资料，采暖室外计算温度t0为-9℃，冬季室外平均风速v0为2.8m/s,日照率为67％，冬季的主要风向为北西北。

根据所给的建筑设计说明，此办公楼进行节能设计建筑物的体形系数为0.28，建筑物窗墙面积比为0.32。

2.建筑物概述

本工程是北京市某多层办公楼的室内采暖系统设计，此办公楼共5层。

建筑物围护结构：

（1）北墙：

内抹灰一砖半墙（370mm），使用空心砖，总热阻值R0=0.811m2·℃/W,热惰性指标D=5.05[4]。

（2）南、东、西墙：

内抹灰一砖墙（240mm），使用空心砖，总热阻值R0=0.587m2·℃/W,热惰性指标D=3.36[4]。

（3）外窗：

铝合金推拉窗，使用中空玻璃；

（4）门：

铝合金门；

（5）屋顶：

250mm混凝土屋顶，导热系数λ=1.74W/m·K；

（6）地面为不保温地面，K值按地带决定。

建筑物共五层，一层层高4.2m，二、三、四、五层层高均为3.3m.

3.计算采暖设计热负荷

1）围护结构基本耗热量的计算

A.房间编号

如图在各层建筑物的平面图上对各楼层的房间进行编号。

B.室内供暖计算温度

查文献[4]得，办公室的室内供暖计算温度为18℃，盥洗室、厕所的室内供暖计算温度为14℃，楼梯间、走廊室内供暖计算温度为14℃。

C.围护结构的传热系数K

a.根据文献[4]北京地区为寒冷地区，查文献[4]表4.2.2-3：

表1寒冷地区围护结构的传热系数和遮阳系数的限值

围护结构部位

体形系数≤0.3传热系数K

屋面

≤0.55

外墙（包括非透明幕墙）

≤0.60

非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板

≤1.5

单一朝向外窗（包括透明幕墙）

0.3<窗墙面积比≤0.4

≤2.7

根据文献[3]查得混凝土的导热系数λ=1.74W/m·K，

=6.96≥0.55W/m2·K；根据文献[3]查得370mm的空心砖R0=0.811m2·℃/W,

=1.23≥0.6W/m2·K；根据文献[3]查得240mm的空心砖R0=0.587m2·℃/W,

=1.70≥0.6W/m2·K,此建筑物的墙体、屋面均不满足上述要求，需对屋面墙体进行保温处理,使用聚苯乙烯泡沫塑料，该保温材料的热工参数为导热系数λ=0.042W/m·K，蓄热系数S=0.36，比热容c=1.38kJ/kg·℃。

对于办公楼的北墙：

北墙的材料为370mm的空心砖，在墙的外侧贴厚度为60mm的保温层，总的传热系数为

=0.50≤0.60W/m2·K满足节能要求。

南、东、西墙的材料为240mm的空心砖，在墙的外侧贴厚度为100mm保温层，总的传热系数

=0.45≤0.60W/m2·K,满足节能要求。

屋面为厚度为250mm的混凝土屋顶，在屋顶的上侧贴厚度为100mm保温层，总的传热系数

=0.40≤0.55W/m2·K,满足节能要求。

地面为直接铺设在土壤上的非保温地面，通过地面的耗热量可以用房间整个地面的ΣKA来简化计算。

利用划分地带法。

综上：

以下数据均为墙体贴上保温层后的传热系数。

北墙k=0.50W/m2·K，南、东、西墙k=0.45W/m2·K，屋面k=0.40W/m2·K

b.计算天棚的传热系数并校核其热阻是否满足最小热阻的要求。

实际传热热阻校核公式：

（1-1）

式中：

R0mim————最小总热阻，m2•K/W;

tR──冬季室内计算温度，℃；

tOW——冬季室外计算温度，℃；

α——温差修正系数；

Rn——围护结构内表面换热热阻，m2•K/W，

=8.7W/m2·K

[⊿t]——室内空气温度与围护结构内表面的允许温差,墙体通常选取6.0℃，屋顶选取4.5℃。

确定墙体类型，根据墙体类型选择冬季室外计算温度：

北墙为内抹灰一砖半墙，总热阻值R0=0.811m2·℃/W,热惰性指标D=5.05。

南、东、西墙为内抹灰一砖墙（240mm），使用空心砖，总热阻值R0=0.587m2·℃/W,热惰性指标D=3.36。

所使用的保温层材料为聚苯乙烯泡沫塑料，该保温材料的热工参数为导热系数λ=0.042W/m·K，蓄热系数S=0.36，比热容c=1.38kJ/kg·℃。

校核天棚的最小热阻是否满足要求：

R0min=0.67m2·℃/W，屋面的热阻值大于最小热阻满足要求。

校核墙体的最小热阻是否满足要求：

R0min=0.517m2·℃/W，墙体的热阻值均大于最小热阻满足要求。

D.传热面积的确定

根据所给的建筑平面图确定各采暖房间的传热面积。

E.基本耗热量的计算

1）围护结构的基本耗热量

W（1-2）

式中K——围护结构的传热系数，W/㎡·K；

F——围护结构的计算面积，㎡；

tn——冬季室内空气的计算温度，℃；

tw——冬季室外空气的计算温度，℃；

α——围护结构的温差修正系数。

2）附加耗热量的计算

A.朝向修正率

朝向修正率[4]：

北、东北、西北0~10％

东、西-5％

东南、西南-10％~-15％

南-15％~-30％

B.风力修正率

风力修正耗热量是考虑室外风速变化而对外围护结构传热基本耗热量的修正。

我国大冬季各地平均风速不大，一般为2-3m/s，为简化计算可不考虑修正[1]。

C.高度修正率

根据文献[1]对于民用和工厂的辅助建筑，房间高度在4m以下时，不进行高度附加。

房间高度大于4m时，每增加1m，应附加的耗热量为房间围护结构总耗热量（包括围护结构基本耗热量和其他修正耗热量）的2％。

但总的附加值不超过15％.

楼梯间不考虑高度修正。

3）冷风渗透耗热量的计算

工程中常用近似计算法，常用的有缝隙法、换气次数法和百分数法。

这里使用缝隙法计算冷风渗透耗热量Q2，计算公式如下：

W（1-3）

式中ρw--冬季供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；

cp--冷空气的定压比热，C=1kJ/kg·℃,（1kJ/kg·℃=0.278W）

tn、tw--室内、外供暖计算温度，℃。

经门窗缝隙进入室内的空气量：

m3/h（1-4）

式中l--门窗缝隙的长度，m；

L--门窗缝隙单位长度每小时渗入的空气量，m3/h·m；由表2查取；

N--冷风渗透朝向修正系数，由表3查取。

表2门窗缝隙渗入的空气量L（m3/h·m）

门窗类型

冬季室外平均风速（m/s）

1

2

3

4

5

6

推拉铝窗

0.2

0.5

1.0

1.6

2.3

2.9

表3渗透空气量的朝向修正系数n值

地区名称

朝向

北

东北

东

东南

南

西南

西

西北

北京

1.00

0.51

0.15

0.09

0.17

0.17

0.41

1.00

4）冷风侵入耗热量的计算

冷风侵入量可按下述经验确定[1]：

对于短时间开启的外门（不包括阳台门、太平门和设置空气幕的门），采用外门基本耗热量乘以以下百分数来计算。

当楼层的总层数为n时，

一道门65n％

二道门（有门斗）80n％

三道门（有两个门斗）60n％

公共建筑的主要出入口500％

当房间没有外门时，该房间的冷风侵入耗热量为零。

下面以房间101为例计算房间的耗热量，如下表：

表4101房间耗热量计算表

房间编号

房间名称

围护结构

传热系数K

室内计算温度tn

供暖室外设计温度tw

室内外计算温差tn-tw

温差修正系数a

基本耗热量Q11

耗热量修正

围护结构的耗热量Q1

冷风渗透耗热量Q2

冷风侵入耗热量Q3

房间总耗热量Q

名称及方向

面积计算

面积m2

W/m2·℃

℃

℃

℃

W

朝向Xch

风向Xf

修正后热量Q

高度

W

W

W

W

1+Xch+Xf

％

％

W

％

101

办公室

北外墙

33.6×4.2

141.1

0.5

18

-9

27

1

1905

0

0

1

1905

0

1905

0

0

1905

北外窗

4×3.6×1.8+4×1.8×1.8

38.9

2

1

2101

0

0

1

2101

0

2101

874.8

0

2975

南外墙

37.8×4.2

158.8

0.45

1

1929

-20

0

0.8

1544

0

1544

0

0

1544

南外窗

3.6×1.8×4+2.4×1.8×2

34.6

2.05

1

1915

-20

0

0.8

1532

0

1532

102.06

0

1634

南外门

3.6×2.5

9

2.05

1

498

-20

0

0.8

399

0

399

71.44

2490

2960

东外墙

9.05×4.2

38

0.45

1

462

-5

0

0.95

439

0

439

0

0

439

东外窗

1.5×1.8×1

2.7

2.05

1

149

-5

0

0.95

142

0

142

10.2

0

152

地面1

37.6×2+8.85×2+33.4×2

159.7

0.465

1

2005

0

0

1

2005

0

2005

0

0

2005

地面2

33.6×2+6.85×2+33.6×2

148.1

0.233

1

932

0

0

1

932

0

932

0

0

932

地面3

33.6×2+5.6×2+31.5×2

141.1

0.116

1

442

0

0

1

442

0

442

0

0

442

地面4

3.6×31.6

113.8

0.058

1

178

0

0

1

178

0

178

0

0

178

其他各房间的耗热量见附录表1。

5）建筑采暖热指标的计算

体积热指标用上式计算：

（1-5）

式中Q--建筑物耗热量，W；

qv--采暖体积热指标，W/（m3.℃）；

V--建筑物外围体积，m３；

tn--供暖室内计算温度℃；

tw--供暖室外计算温度℃；

此办公楼的体积为128722.23m3

总热负荷为68800W

所以体积热指标为0.54W/m3

面积热指标按下式计算：

（）

式中Q--建筑物耗热量，W；

qf--采暖面积热指标，W/m2；

A--建筑物建筑面积，m２；

此办公楼的建筑面积为3425.1m2

总热负荷为68800W

所以面积热指标为22W/m2

二、布置管道和散热设备、计算散热器

1、布置管道

根据文献[4]中规定布置管道：

1　采暖管道当利用管段的自然补偿不能满足要求时，应该设置补偿器。

2　采暖管道的敷设应有一定的坡度，对于热水管坡度宜采用0.003，不得小于0.002，立管与散热器连接的支管，坡度不得小于0.01。

此办公楼选用单管机械循环下供上回式热水采暖系统，见系统图。

2、布置散热器

根据文献[4]有如下几点要求：

1　散热器宜安装在外墙的窗台下，当安装或布置管道有困难时，也可靠内墙安装；

2　楼梯间的散热器，宜分配在底层或按一定比例分配在下部各层；

3　散热器宜明装。

4　铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：

细柱型25片

5　有冻结危险的楼梯间或其他有冻结危险的场所，应由单独的立、支管供暖。

散热器前不得设置调节阀。

根据以上几点要求合理布置散热器，见平面图。

3、散热器的选择

盥洗室、卫生间、走廊使用四柱460型散热器

选择四柱760型铸铁散热器，散热面积为0.235m2/片，传热系数计算公式

W/（m2·℃）。

4、散热器的计算

散热器散热面积按下式计算

（2-1）

式中Q—散热器的散热量，W；

tpj—散热器内热媒平均温度，℃；

tn—供暖室内平均温度，℃；

—散热器的传热系数，W/m2•℃；

β—散热器组装片数修正系数；

β—散热器连接形式修正系数；

β—散热器安装形式修正系数。

A.确定热媒平均温度tpj

在热水单管供暖系统中，热水是依次进入散热器的，供水温度逐渐降低。

所以每组散热器的进、出水温度，必须逐一进行计算。

后一组散热器的进水温度，即为前一组散热器的出水温度[1]。

对于顺流式单管系统散热器进出口水温，可利用下式进行计算[6]：

（2-2）

式中tj--流出第j层散热器的水温，℃；

表5各立管进出水温度

tg/℃

t1/℃

t2/℃

t3/℃

t4/℃

th/℃

1

95

82.5

70

70

70

70

2

95

87.2

82.6

78.1

76.2

70

3

95

89.2

85.2

81.2

76.3

70

4

95

87.8

83.9

79.9

75.2

70

5

95

88

84.1

80.3

77

70

6

95

88

84.1

80.3

77

70

7

95

87.4

83.2

79

75.5

70

8

95

88.2

84.3

80.5

76.5

70

9

95

86.7

80

73.3

72.5

70

10

95

88.2

84.4

80.6

76.5

70

11

95

88.2

84.4

80.6

76.5

70

12

95

88.2

84.4

80.6

76.5

70

13

95

88.2

84.4

80.6

76.5

70

B.本设计中，为简化计算，散热器的热负荷不扣除管道散热量。

C.散热器的传热系数

散热器的传热系数根据散热器的参数中k值的公式进行计算。

D.几个修正参数的选用

表6散热器组装片数修正系数β

每组片数

<6

6~10

11~20

>20

β

0.95

1.00

1.05

1.10

表散热器连接形式修正系数β

散热器类型

连接形式

同侧上进下出

异侧上进下出

异侧下进下出

异侧下进上出

同侧下进上出

四柱813型

1.0

1.004

1.239

1.422

1.426

文献中没有四柱460型和四柱760型的散热器的连接形式修正系数，参照四柱813型选择。

表8散热器安装形式修正系数β

安装形式

β

明装，但散热器上部有窗台板覆盖，散热器距窗台板高度为150mm

1.2

以立管4为例，下表为立管4上各层散热器片数计算：

所在立管号

房间号

负担的热负荷

进水水温

出水水温

热平均温度

供暖室内计算温度

传热温差

传热系数

散热器面积

计算片数

修正系数

修正后取整片数

组装片数

连接方式

安装形式

片数

Q

tj

tc

tm

t

Δt

K

A

N=A/a

β1

β2

β3

n

n

w

℃

℃

℃

℃

℃

W/（㎡℃）

㎡

4

101

843

95.0

87.8

91.4

18.0

73.4

9.00

1.276

5.4

0.95

1.411

1.02

7.4

7

843

95.0

87.8

91.4

18.0

73.4

9.00

1.276

5.4

0.95

1.411

1.02

7.4

7

201

470

87.8

83.9

85.9

18.0

67.9

8.80

0.788

3.4

0.95

1.411

1.02

4.6

5

470

87.8

83.9

85.9

18.0

67.9

8.80

0.788

3.4

0.95

1.411

1.02

4.6

5

301

470

83.9

79.9

81.9

18.0

63.9

8.64

0.851

3.6

0.95

1.411

1.02

5.0

5

470

83.9

79.9

81.9

18.0

63.9

8.64

0.851

3.6

0.95

1.411

1.02

5.0

5

409

503

79.9

75.2

77.6

18.0

59.6

8.46

0.998

4.2

0.95

1.411

1.02

5.8

6

408

284

79.9

75.2

77.6

18.0

59.6

8.46

0.564

2.4

0.95

1.411

1.02

3.3

3

509

647

75.2

70.0

72.6

18.0

54.6

8.24

1.437

6.1

0.95

1.411

1.02

8.4

9

508

582

75.2

70.0

72.6

18.0

54.6

8.24

1.293

5.5

0.95

1.411

1.02

7.5

8

表9立管4上散热器片数的计算

各房间的散热器片数间见附录表2

三、管道的水力计算

根据文献[4]《规范》中的规定：

a.热水采暖系统的各并联环路之间（不包括共同段）的计算压力损失相对差额，不应大于15％；

b.采暖系统供水干管的末端和回水干管始端的管径不应小于20mm；

c.采暖系统计算压力损失的附加值宜采用10％。

水力计算步骤如下：

（1）在轴测图上，进行管段编号，立管编号，并注明各管段的热负荷及管长。

（2）此采暖系统为单管同程式热水采暖系统，在环

中取最远管立管2为主计算环路，

（3）计算主计算环路

a.根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：

kg/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，℃。

b.根据G、Rpj，查文献[8]附录表4-1选择最接近Rpj的管径。

将查出的d、R、v和G值列入水力计算表中。

c.确定长度压力损失

。

将每一管段R与l相乘，列入水力计算表中。

d.确定局部阻力损失Z

确定局部阻力系数

根据系统图中管路的实际情况。

列出各管段局部阻力管件名称，将其阻力系数记于表中，最后将各管段总局部阻力系数Σ

列入表格中。

对于三通、四通管件的局部阻力系数。

应列在流量较小的管段上。

表9局部阻力系数统计表

管段号

管道规格

局部阻力名称

个数

ζ

管段上的∑ζ

1

DN32

90度弯头

1

1.5

1.5

2

DN25

直流三通

1

1

1

3

DN25

直流三通

1

1

1

4

DN25

90度弯头

2

1.5

23

截止阀

2

10

5

DN20

截止阀

2

10

95

旁流三通

6

1.5

合流三通

6

3

乙字弯

16

1.5

散热器

8

2

90度弯头

4

2

6

DN32

直流三通

1

1

1

7

DN32

90度弯头

1

1.5

1.5

直流三通

1

1

1

8

DN32

合流三通

1

3

3

9

DN32

合流三通

1

3

3

10

DN40

90度弯头

1

1

1

11

DN48

截止阀

2

10

20

12

DN49

散热器

10

2

135

乙字弯

20

1.5

截止阀

4

10

旁流三通

10

1.5

合流三通

10

3

13

DN25

截止阀

2

2

5.5

旁流三通

1

1.5

14

DN20

分流三通

10

3

170

合流三通

10

3

截止阀

2

10

乙字弯

20

1.5

散热器

10

2

截止阀

4

10

15

DN20

90度弯头

10

1.5

35

截止阀

2

10

16

DN20

散热器

5

2

20

乙字弯

10

1

17

DN32

90度弯头

1

1.5

1.5

18

DN32

直流三通

1

1

1

19

DN32

直流三通

1

1

1

20

DN32

直流三通

1

1

2.5

90度弯头

1

1.5

21

DN32

直流三通

1

1

1

22

DN32

90度弯头

1

1.5

1.5

23

DN32

合流三通

1

3

3

24

DN32

90度弯头

1

1.5

1.5

25

DN32

直流三通

1

1

1

26

DN25

直流三通

1

1

23

90度弯头

2

1.5

截止阀

2

10

27

DN25

直流三通

1

1

2

90度弯头

1

1.5

28

DN32

直流三通

1

1

1

29

DN32

90度弯头

1

1.5

2.5

直流三通

1

1

30

DN32

90度弯头

1

1.5

1.5

31

DN32

直流三通

1

1

1

32

DN25

直流三通

1

1

1

33

DN25

直流三通

1

1

2

90度弯头

1

1.5

34

DN32

直流三通

1

1

1

35

DN32

90度弯头

1

1.5

2.5

直流三通

1

1

36

DN20

90度弯头

6

2

31.5

乙字弯

6

1.5

散热器

3

2

旁流三通

1

1.5

合流三通

1

3

根据管段流速，得动压值