青岛市某住宅楼低温热水采暖系统设计毕业设计说明书.docx
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青岛市某住宅楼低温热水采暖系统设计毕业设计说明书
1前言
散热器采暖是以热源（锅炉）热水作为循环热媒通过散热器等作为终端散热设备的采暖方式。
散热器采暖系统由锅炉+散热器+管道组成，属于对流采暖方式，优点是升温迅速；可以解决居室任意区域供暖要求；款式多样；合理选择可以起到装饰美观效果；对层高没有影响；维修方便易于清洗；使用成本相对较低，无噪音。
如果采用间断性采暖的方式，在一定程度上节能。
缺点是占用一定墙面及室内空间，安装位置不合理会影响美观；散热器表面温度较高，易产生散热不均匀，有温度梯度产生。
1.1散热器采暖的历史
散热器起步较早发展成熟，当属欧洲，尤其是意大利。
散热器在欧洲成熟出现的年代大家公认为19世纪末，1890年在欧洲贵族宅邸兴起，采用铸铁浮雕单柱形式，价格极其昂贵，作为一种生活中的奢侈品流行于上流社会。
1900-1920年代，伴随着散热器取暖的方便性、舒适性被厂泛认可和用于上流社会交际场所（如教堂、剧院）的需要，产生了散热量较大的多柱、铸铁浮雕散热器。
满足了较大空间的楼堂馆所。
1920-1930年代间，散热器第一次革命产生了单柱钢质散热器，明显地提高了生产量，较大量满足社会需求。
1930-1950年代，随着人们生活水平的不断提高，大多数人放弃生火取暖的基本方式。
追求更高生活水准。
从而产生了大众化的散热器，即多柱铸铁和多柱钢质散热器。
1950-1960年，人们已经医治完毕第二次世界大战的创伤。
产生了较为良好的工业革命成果，生活水平进一步提高。
人们在满足取暖舒适的同时，在节能环保、美观装饰方面提出了更高的要求。
铜质板式散热器以散热量大、外观简洁、大方、价格适中，受到人们青睐，成为主流产品。
1960-1980年人们考虑到铝材传热系数高的特点，希望其能取代铸铁和钢质散热器。
但由于铸铝型材粗犷简单及不能很好解决碱性水质腐蚀问题，故而在1980-1990年期间散热器主流又回归到钢质。
可人们要求其外观必须能和现代的家居格调相一致，满足人性化、个性化的要求。
依据当时的生产工艺水平，大多数生产厂商普遍采用氩弧焊工艺插接式焊接，生产线条流畅的管式散热器。
1996年以后随着超声波自动焊接（激光焊）工艺的普及和焊接成本降低，国内生产厂商经过生产设备改造，大胆采用色彩，运用文化底蕴和卓越的创造力，以专业的国际化设计理念，创造出装饰性与采暖功能完美结合的现代钢质散热器。
1.2散热器采暖的特点
1．传统采暖方式，技术成熟，安装方便。
2．全自动调节运行，单个房间实现独立温控，便于使用。
3．经济节能，室内无噪音，舒适性更高。
4．不同款式彰显个性与品位。
5．无污染，对潮湿环境的防潮有着明显的效果。
1.3各连接方式和优缺点
1.3.1上供下回式系统
布置管道方便，排气顺畅，是用得最多的系统形式。
1.3.2上供上回式系统
采暖干管不与地面设备及其他管道发生占地矛盾。
但立管消耗管材量增加，立管下面均要设放水阀。
主要用于设备和工艺管道较多，沿地面布置干管发生困难的工厂车间等。
1.3.3下供下回式
与上供下回式相比，供水干管无效热损失小、可减轻上供下回式双管系统的竖向失调（沿竖向各房间的室内温度偏离设计工况称为竖向失调），因为通过上层散热器环路的重力作用压头大，但管路长，阻力损失大，有利于水力平衡。
顶棚下无干管，比较美观，可以分层施工，分期投入使用。
底层需要设管沟或有地下室以便于布置两根管，要在顶层散热器设放气阀或设空气管排出空气。
1.3.4下供上回式系统
与上供下回式系统相对照，被称为倒流式系统。
如供水干管在一层地面明设时其散热器可加以利用，因而无效热损失小，与上供下回式系统相比，底层散热器平均温度升高，从而减少底层散热器面积，有利于解决某些建筑物中底层房间热负荷大、散热器面积过大，难于布置的问题。
立管中水流方向与空气浮生方向一致，在四中系统形式中最有利排气。
当热媒为高温水时，底层散热器供水温度高，然而水静压力也大，有利于防止水温较高的供水的汽化。
1.4结束语
现阶段大部分建筑采用散热器采暖系统，安装方便，维修简单，可实现热量分户和计量。
在满足人们所需热量的同时，技术发展成熟，是人们首选的采暖方式。
2原始资料
2.1自然条件
2.1.1气象条件（青岛）：
青岛的室外气象参数的具体数值见表2-1：
表2-1青岛围护结构冬季室外计算参数
城市
名称
冬季室外计算温度tw（℃）
供暖期
Ⅰ型
Ⅱ型
Ⅲ型
Ⅳ型
日平均温度≤+5℃天数
平均温度
（℃）
平均相对湿度
（％）
度日数
Dd（℃·d）
青岛
-6
-9
-11
-13
110
0.9
66
1881
2.2土建资料
2.2.1建筑平面图（已知）
2.2.2建筑基本资料
青岛市某住宅楼室内采暖，建筑面积3300平方米，层高2.9米，共六层。
2.2.3屋顶构造图
它的构造是：
1、防水层加小豆石；
2、水泥砂浆找平层；
3、屋面板120空心板φ60孔；
4、吊顶空间；
5、保温层；
6、隔汽层；
7、木丝板；
8、钢丝网抹灰油漆；
传热系数K=0.43
2.2.4墙体构造
墙的构造是：
1.沥青矿渣棉毡；
2.塑料袋装膨胀蛭石；
3.塑料袋装膨胀珍珠岩粉；
4．木丝板；
传热系数K=0.45
。
2.2.5围护结构的热系数K的校核计算
设置集中供暖的建筑物，其维护结构（窗户、外门和天窗除外）的传热阻，应根据技术经济比较确定，但不能小于按下式确定的最小传热阻R0min（m2•℃/W）。
校核公式如下：
式中
——最小总热阻，m2•℃/W；
——冬季室内计算温度，
；
——冬季室外计算温度，
；
——温差修正系数；
——围护结构内表面换热热阻，m2•℃/W；
——室内空气温度与外围护结构内表面的允许温差。
最小传热热阻的计算：
该外墙属于Ⅱ型围护结构，维护结构的冬季室外计算温度为:
=0.35×（-9）+0.7×（-15.7）
=-14.14℃
最小传热阻:
m2•℃/W
外墙实际传热阻为
=2.2m2•℃/W>0.592m2•℃/W
所以满足要求。
该屋面围护结构属于Ⅱ型，围护结构冬季室外计算温度
=0.35×（-9）+0.7×（-15.7）
=-14.14℃
根据已知条件及查的的数据，以
tn=18℃,tw=-14.14,α=1.0,Δt=4,Rn=0.11代入，得:
m2•℃/W
屋面实际传热阻为:
=2.3m2•℃/W>0.88m2•℃/W
所以满足要求。
2.3外门窗规格
外窗为双层塑料窗，传热系数K=2.3
外门为夹板门，传热系数K=2.5
2.4各计算参数的确定
2.4.1室内计算温度
表2-2民用建筑供暖室内计算温度℃
卧室
厨房
走廊
厕所
浴室
盥洗室
楼梯间
18
10
16
15
25
18
16
3热负荷的计算
建筑物冬季采暖通风设计的热负荷在《规范》中明确规定应根据建筑物散失和获得的热量确定。
对于民用建筑，冬季热负荷包括两项：
围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量。
对于生产车间还应包括由外面运入的冷物料及运输工具的耗热量，水分蒸发耗热量，并应考虑因车间内设备散热、热物料散热等获得的热量。
3.1围护结构耗热量
《规范》中所规定的“围护结构的耗热量”实质上是围护结构的温差传热量、加热由于外门短时间开启侵入的冷空气的耗热量以及冷风透过门窗渗透的耗热量代数和。
为了简化计算，《规范》规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。
计算围护结构基本耗热量时可把一些数据相同的围护结构耗热量分别算出来（如各种规格的门、窗耗热量。
同一高度和厚度每米宽墻体的耗热量等）然后对不同房间将这些数据进行组合。
围护结构两侧温差小于
时不计算传热量。
围护结构的基本耗热量按（3-1）式计算
，
=
（3-1）
式中：
——围护结构的基本耗热量，
；
——围护结构的表面积，
；
——围护结构的传热系数，
；
——冬季室内计算温度，
——冬季室外空气计算温度，青岛取-9℃
附表2-1；
——围护结构的温差修正系数
，见表3-3
表3-1常用结构的传热系数K值[w（m2
℃）]（门）
门框材料
门的类型
传热系数
W/（m2.℃）
木、塑料
单层实际门
3.5
夹板门和蜂窝夹心门
2.5
双层玻璃门（玻璃比例不限）
2.5
单层玻璃门（玻璃比例<30%）
4.5
单层玻璃门（玻璃比例30%-60%）
5.0
金属
单层实际门
6.5
双层玻璃门（玻璃比例不限）
6.5
单层玻璃门（玻璃比例<30%）
5.0
单层玻璃门（玻璃比例30%-60%）
4.5
无框
单层玻璃门（玻璃比例<30%）
6.5
表3-2常用结构的传热系数K值[w/（m2
℃）]（窗）
窗框材料
窗户类型
空气层厚度（mm）
窗框窗洞积（%）
传热系数
W/（m2.℃）
钢、铝
单层窗
20-30
6.4
双层窗
100-140
20-30
3.0
木、塑料
单层窗
30-40
4.7
双层窗
100-140
30-40
2.3
表3-3围护结构的温差修正系数
围护结构特征
外围护结构和地面
1.0
屋顶
1.0
无望板的瓦屋面、铁皮屋面
0.9
有望板的瓦屋面、铁皮屋面
0.8
有望板和防水卷材的屋面
0.75
与不采暖房间相邻的隔墙
不采暖房间有门窗与室外相通
0.7
不采暖房间无门窗与室外相通
0.4
不采暖地下室和半地下室的楼板（在室外地坪以上不超过1.0mm）：
外墙上有窗
0.6
外墙上无窗
0.4
不采暖地下室的楼板（在室外地坪以上超过1.0mm）：
外墙上有窗
0.7
外墙上无窗
0.4
3.2围护结构的附加耗热量Q1
3.2.1朝向修正率Xch
不同朝向的围护结构，受到的太阳辐射热量是不同的；同时，不同的朝向，风的速度和频率也不同。
因此，《规范》规定对不同的垂直外围护结构进行修正。
其修正率为
：
北、东北、西北朝向：
0~10%；
东、西朝向：
-5%；
东南、西南朝向：
-10%～-15%；
南朝向：
-15%～-30%。
选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小。
冬季日照率小于35%的地区，东南、西南和南向的修正率宜采用-10%～0，其他朝向可不修正。
3.2.2风力附加Xf
在《规范》中明确规定，在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5%～10%。
3.2.3外门附加率
为加热开启外门时侵入的冷空气，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上表中查出的相应的附加率。
阳台门不应考虑外门附加。
3.2.4高度附加Xg
由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热量加大。
因此规定：
当民用建筑和工业企业辅助建筑物的房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2%，但最大附加率不超过15%。
应注意高度附加率应加在基本耗热量和其他附加耗热量（进行风力、朝向、外门修正之后的耗热量）的总和上。
围护结构附加耗热量
=
（1+
）
（1+
）
（1+
）（3-2）
3.3门窗缝隙渗入冷空气的耗热量（换气次数法）
由于缝隙宽度不一，风向、风速和频率不一，因此由门窗缝隙渗入的冷空气量很难准确计算。
《规范》规定：
对于六层以下的民用建筑以及生产辅助建筑物按式（3-3）计算门窗缝隙渗入冷空气的耗热量
：
（3-3）
式中：
——为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；
——空气定压比热，
=1
；
——房间的换气次数，见表3-4；
表3-4换气次数表
房间类型
一面有外窗的
房间
两面有外窗的
房间
三面有外窗的
房间
门厅
换气次数
1.0
2.5
3.5
5.0
3.4门缝隙侵入冷空气的耗热量
在冬季受风压和热压作用下，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。
为加热开启外门时侵入的冷空气，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按表3-5
中查出的相对的附加率。
阳台门不应考虑外门附加。
表3-5外门开启附加率（%）
建筑物性质
附加率（%）
公共建筑或生产厂房
500
民用建筑或工厂辅助建筑物，当其楼层为
时
有两个门斗的三层外门
有门斗的双层外门
无门斗的单层外门
60
80
65
3.5房间总供热负荷
经过以上计算得出房间总供热负荷
：
（3-4）
式中：
——围护结构的附加耗热量，W；
——为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；
——门缝隙侵入冷空气的耗热量，W；
3.6建筑物住宅面积热指标的计算
面积热指标按下式计算：
（3-5）
式中：
——供热设计热负荷；
——供暖热指标W/m2；
——房间建筑面积m2。
本工程二层至六层为住宅，一层储藏室的热负荷为13520.23W，二到五层标准层热负荷为19549.36W，顶层热负荷为25002.89W，住宅总热负荷为：
136269.92W。
计算面积热指标：
qv=136269.92/3300
=41.3W/m2
符合要求。
3.7热负荷计算实例（601主卧）
601主卧基本围护结构包括:
西外墙，西外窗，南外窗，屋顶。
具体步骤和算法如下：
（1）西外墙的基本耗热量
Q=
=4.2×2.9×0.45×（9+18）×1=147.99W
因为朝向修正系数是-5%，所以修正后的北外墙的耗热量是
Q=0.95×147.99=140.59W
因为风向、高度附加为0，所以修正后的耗热量是
Q=140.59×1=140.59W
（2）西外窗的基本耗热量
Q=
=1.5×2.9×2.3×（9+18）×1=270.14W
朝向修正后的耗热量为
0.95×270.14=256.63W
因为风向、高度附加为0，所以修正后的耗热量是
Q=256.63
1=256.63W
（3）南外窗的基本耗热量
Q=
=2.9×3.3×2.3×（9+18）×1=594.30W
因为朝向修正是-20%，所以修正后的西墙的耗热量是
Q=0.8×594.3=475.44W
因为风向、高度附加为0，所以修正后的耗热量是
Q=475.44×1=475.44W
（4）屋顶耗热量
Q=
=5.7×3.3×0.43×（18+9）×1
=218.38W
因为朝向、风向、高度的附加为0，所以修正后热量是
Q=218.38×1
=218.38W
（5）冷风渗透耗热量
=0.278×5.7×3.3×1×2.9×1.42×0.5×27=290.71W
所以601主卧的热负荷为：
Q=140.59+256.63+475.44+218.38+290.71
=1381.74W
各房间的热负荷计算具体数据详见附录1
4采暖热媒和采暖系统的选择
4.1采暖热媒的选择
热水和蒸汽是集中采暖系统最常用的两种介质。
经过多年的运行实践，热水采暖比蒸汽采暖具有很多优点。
从实际的对比来看，热水做热媒不但采暖效果好，而且锅炉设备、燃料消耗、运行成本，以及司炉维修人员等等方面都比使用蒸汽采暖系统建设了30%以上。
因为实际的采暖热负荷是随着室外温度在变化的，采暖期的两头热负荷最小，而采暖高峰期的时间又很短，规范规定为120小时/年。
而热水采暖的水温是可以根据热负荷的大小进行调整的，蒸汽则是由水在只有大于100度后的条件下采能产生，调节能力非常有限。
因此，热水采暖比蒸汽采暖具有明显的技术经济优势和效果。
所以，民用建筑的集中采暖系统都采用热水作热媒。
工业建筑的情况比较复杂，有时生产工艺是以高压蒸汽为热媒，单独搞一套热水系统就不一定合理，因而不宜对蒸汽采暖持否定的态度，要有一定的灵活性。
当厂区只有采暖用热或以采暖用热为主时，应尽量采用高温水作热媒；当厂区供热以工艺蒸汽为主时，在不违法卫生、技术和节能的条件下，可采用蒸汽作为热媒。
根据本设计是处于青岛市，属于供暖集中区域，由热力站统一供给95/70℃热水热媒。
因为95/70℃的低温热媒采暖系统是民用住宅较好的采暖热媒，且在初投资和安全可靠性方面都有较大的优点。
本着适用、经济、节能、安全的原则，本设计采用95/70℃的低温热水热媒采暖。
4.2采暖系统的确定
应考虑热源的来向、建筑物的规模、层数、布置管道的条件和用户要求，确定热水采暖管道系统的形式。
根据建筑物管道的布置条件，热水采暖管道系统可采用上供上回、上供下回、下供下回和下供上回式。
“上供”是热媒从立管沿纵向从上向下供给各楼层散热器的系统；“下供”是热媒从立管沿纵向从下向上供给各楼层散热器的系统。
“上回”是热媒从立管各楼层散热器沿纵向从下向上回流；“下回”是热媒从立管各楼层散热器沿纵向从上向下回流。
（1）上供下回式系统
布置管道方便，排气顺畅，是用得最多的系统形式。
（2）上供上回式系统
采暖干管不与地面设备及其他管道发生占地矛盾。
但立管消耗管材量增加，立管下面均要设放水阀。
主要用于设备和工艺管道较多，沿地面布置干管发生困难的工厂车间等。
（3）下供下回式
与上供下回式相比，供水干管无效热损失小、可减轻上供下回式双管系统的竖向失调（沿竖向各房间的室内温度偏离设计工况称为竖向失调），因为通过上层散热器环路的重力作用压头大，但管路长，阻力损失大，有利于水力平衡。
顶棚下无干管，比较美观，可以分层施工，分期投入使用。
底层需要设管沟或有地下室以便于布置两根管，要在顶层散热器设放气阀或设空气管排出空气。
（4）下供上回式系统
与上供下回式系统相对照，被称为倒流式系统。
如供水干管在一层地面明设时其散热器可加以利用，因而无效热损失小，与上供下回式系统相比，底层散热器平均温度升高，从而减少底层散热器面积，有利于解决某些建筑物中底层房间热负荷大、散热器面积过大，难于布置的问题。
立管中水流方向与空气浮生方向一致，在四中系统形式中最有利排气。
当热媒为高温水时，底层散热器供水温度高，然而水静压力也大，有利于防止水温较高的供水的汽化。
此民用住宅采暖系统立管选用下供下回式、双管并联系统，室内采用并联异程式供暖系统。
5散热器的选择与计算
随着现代家居生活方式的改变，散热器采暖已经得到了多数家庭采暖的认同。
散热器采暖不仅高效舒适，而且十分符合现代人的生活和工作习惯，所以越来越多的人开始选择散热器采暖。
为了实现更好的采暖效果，散热器的选择应该考虑一些因素，应该从多个方面综合考量散热器。
选型时自己应明了进出口水温、要求室温、居室热负荷、窗台高和宽、自家所用的采暖系统是章鱼式系统还是双管系统等因素.这就是说散热器散热量要与居室热负荷相当，才能满足我们自己取暖要求，故根据求得的热负荷值对应商家的选型表即查出散热器的相应型号。
涉及安全性能优劣的有很多因素，其中散热器工作压力是很重要的一个，国内外许多散热器均用bar作为单位，大多数工作压力为10bar，1bar可承受相当于10m水柱的压强，10bar即100m水柱压强，对于广大用户来说10bar或以上的散热器应该是合理的选择。
5.1散热器的选择
此设计选择四柱813型散热器，散热面积0.28m2/片，水容量1.4L/片，重量8kg/片，工作压力0.5Mpa，传热系数计算公式K=2.237Δt0.302
外形尺寸813×164mm同侧上进下出的机械循环单管顺流系统的铸铁散热器，则ß2＝1；散热器采用明装在散热器上部距窗台高度为150mm下部距地100mm，则ß3＝1.0；而ß1先按照1进行计算求得散热器片数后再查表进行修正，当n=6片时,ß1=0.95；当n=6～10片时,ß1=1.0；当n=11～20片时,ß1=1.05；当n>20片时，ß1=1.10。
5.2散热器的计算
5.2.1散热面积的计算
散热器的散热面积是根据以下的公式计算的：
（5-1）
式中：
——散热器的组装片数修正系数，见表5-1；
——散热器的连接形式修正系数,由于其连接形式为同侧上进下出，故β2=1.0；
——散热器的安装形式修正系数，由于本工程散热器均为明装，故β3=1；
K——散热器的传热系数W/m2·K。
表5-1散热器的组装片数修正系数
每组片数
<6
6～10
11～20
>20
β1
0.95
1.00
1.05
1.10
5.2.2散热器内热媒平均温度
散热器的平均温度随着供暖热媒的参数和供暖系统形式而定。
它是进水温度与出水温度的平均值。
即符合以下计算式：
（5-2）
式中：
——散热器的平均温度，℃；
——散热器的进水温度，℃；
——散热器的出水温度，℃。
5.2.3散热器传热系数
影响传热系数的因素很多：
像散热器的制造情况和散热器的使用条件都综合地影响着散热器的传热系数的大小。
所以只能通过实验的方法来测定它的具体值。
四柱813型散热器的传热系数为如下：
K=2.237Δt0.302W/m2·K（5-3）
5.2.4散热器片数的确定
算出散热器的散热面积后，可以按照如下的公式计算出所所需的散热器的面积。
（5-4）
式中：
F——所需散热器面积，m2；
f——每片散热器散热面积，m2。
文献[2]规定，柱型散热器的散热面积可比计算数值小0.1m2（片数只能取整数），翼型和其它散热器的散热面积可比计算值小5%。
每组散热器的片数规定为：
细柱型（813）
25片；粗柱型（M132）
20片；长翼型
6片。
5.2.5散热器计算实例（601主卧）
601主卧的总耗热量为1381.74W
（1）散热器内热媒平均温度
=（90+75）/2=82.5℃
（2）散热器的传热系数
K=2.237Δt0.302W/m2·K
=2.237（82.5-18）0.302W/m2·K
=8.05W/m2·K
（3）散热器的散热面积
=1381.74×1×1×1/[8.05×（82.5-18）]
=2.66m2
（4）散热器片数确定
=2.66/0.28=9.5
由于散热器片数普遍偏小，取整偏大些，取13片。
其余计算结果见附录2。
6水力计算
室内热水采暖系统的水力计算，通常有三种情况：
（1）已知系统各管段的流量和系统的总作用压头，确定各管段的管径；
（2）已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所需要的作用压头；
（3）已知系统各管段的管径和允许的阻力损失，确定各管段的流量。
水力计算的目的之一是计算阻力损失，并与作用压头协调。
水力计算方法是为了达到这一目的所采用的手段。
热水采暖系统的水力计算方法有等温降和不等温降两种。
6.1水力计算的基本原理
设计热水供暖系统，是使系统中各管段的水流量符合水流量的要求，以保证流进各个散热器的
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