供热工程课程计算.docx

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供热工程课程计算

供热工程课程设计说明

题目：

河南城建学院教师住宅楼室内供暖设计

系别：

建筑环境与能源工程

专业：

建筑环境与设备工程

姓名：

乔志良

学号：

072407137

指导教师：

王靖、卢春焕、虞婷婷、李奉翠

河南城建学院

2010年6月4日

供热工程课程设计任务书

一、设计题目：

河南城建学院教师住宅楼室内供暖设计。

二、设计目的：

通过设计能够掌握室内供暖系统的热负荷计算，散热器片数计算，系统水力计算，同时能够掌握系统形式，设备及管件的选型，熟悉国家规范和技术措施以及设计资料的收集和应用，为将来从事本专业打下良好的基础。

三、设计原始资料：

1、土建资料：

见平面图，本建筑物位于河南城建学院内，该建筑物共三层，每层高3米，外墙采用一砖墙，窗户采用单层铝合金推拉窗，屋顶传热系数采用0.8w/m2℃。

2、气象参数：

查平顶山地区冬季供暖室外计算温度tw=-4℃,冬季室外风速2.8m/s,冬季日照率45℅。

3、热媒参数：

采用热水，供水温度95℅,回水温度70℅，热水由建筑物西北方热交换站分水器出提供。

4、其他参数查设计手册。

四、设计内容：

1、计算说明部分：

1）热负荷计算部分；

2）散热器选择计算；

3）水力计算；

4）方案选择；

5）设计说明书；

2、图纸部分：

1）供暖平面图；

2）供暖系统图；

3）设计总说明、图例、材料、统计表。

五、设计要求：

1、图纸要求干净、整洁；

2、字体工整，线条粗细分明；

3、按时到教室进行设计，严格遵守考勤。

六、设计参考书：

《供暖通风与空气调节设计规范》、《供暖通风设计手册》、《采暖通风与空气调节制图标准》、《实用采暖通风与空气调节设计手册》及其它设计资料。

七、设计工具：

铅笔、橡皮、图板、丁字尺、三角板。

八、设计时间：

第13周

九、指导教师：

王靖、卢春焕、虞婷婷、李奉翠

建筑环境与热能工程系

2010年3月10日

7.3不平衡率计算

第一章工程概况

本工程为平顶山市河南城建学院教师住宅建筑，共三层，主楼是东西走向，墙体为240mm厚标准粘土砖墙，建筑面积约为582.53平方米，建筑高度为10米。

工程采暖总耗热量107.4KW。

设计内容为该住宅楼室内采暖设计。

采暖的设计内容主要是建筑围护结构耗热量的计算，采暖系统方案的选择与确定，散热器的选择和计算，水力计算，工艺布置等。

本工程采暖供回水由市政热力管网提供，采暖供回水温度为95/70℃。

本项目住宅部分采暖系统为共用立管的分户计量采暖系统，室内系统共有2对共用立管，每单元一对，户内系统为一户一表，每户自成独立采暖系统。

过滤器、热计量表等设备均装设于楼梯间管道井内。

本工程采用分户计量的供暖系统形式。

供热分户计量是以集中供热或区域供热为前提，以适应用户热舒适需求、增强用户节能意识、保障供热和用热双方利益为目的，通过一定的供热调控技术、计量手段和收费政策，实现按户计量和收费。

简单的说，供热计量就是按用热量的多少收取采暖费，就是用多少热、交多少费。

第二章设计参数

2.1平顶山地区气象参数

纬度：

北纬33.44，东经：

113.17；

大气压：

101.28KPa；

冬季：

采暖室外计算温度：

-4℃；室内计算温度：

18℃；

室外平均风速：

2.8m/s；冬季日照率：

45℅。

2.2维护结构类型

外墙：

240厚标准粘土砖墙，内表面抹灰，传热系数：

2.08；

内墙：

参见施工图

门窗：

参见施工图

屋面：

平屋顶，传热系数0.8

第三章供暖设计流程

第四章负荷计算

4.1通过围护物的温差传热量作用下的基本耗热量

Qj=K*F*（tn-tw）*α（4-1）

Qj--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/（m2.℃;

F--该面围护物的散热面积,m2;

tn--室内空气计算温度,℃;

tw--室外供暖计算温度,℃;

α--温差修正系数.

4.2附加耗热量

Ql=Qj*（1+βch+βf+βx）*（1+βf.g）（4-2）

Ql--附加耗热量

βch--朝向附加率（或称朝向修正系数）

βf--风力附加率（或称风力修正系数）

βf.g--高度附加

βx--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：

-20％，北：

5％。

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。

平顶山室外平均风速2.8m/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％。

本建筑房间高度为3m，所以高度附加耗热量为0。

故该建筑的外维护结构的耗热量Q¸´：

Q¸´＝Qj＋Ql

4.3冷风渗透耗热量Qs的计算

Q2=0.28*Cp*V*ρw*（tn-tw）（4-3）

Cp--干空气的定压质量比热容,Cp=1.0Kj/（Kg*℃）

V--渗透空气的体积流量,m3/h

ρw--室外温度下的空气密度Kg/m3

tn--室内空气计算温度,℃;

tw--室外供暖计算温度,℃;

V的确定:

V=Lln（4-4）

l--外门窗缝隙长度,m

L--每米门窗缝隙的基准渗风量,m3/h.m

n--门窗缝隙的渗风量朝向修正系数

平顶山地区n取值：

北1.00，东0.40，西0.35，南0.20

4.4冷风侵入耗热量Qr

冬季在热压、风压的作用下，室外冷空气通过开启的外门侵入室内，被加热后逸出。

把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量，称冷风侵入耗热量Q3。

Q3=NQJ

N：

外门附加率。

温差修正系数按照规范选取：

表4-1温差修正系数a值

维护结构特征

a

外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等

1.00

闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等

0.90

与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（1-6层建筑）

0.60

与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（7-30层建筑）

0.50

非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时

0.75

非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时

0.60

非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时

0.40

与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙

0.70

与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙

0.40

伸缩缝墙、沉降缝墙

0.30

防震缝墙

0.70

第五章采暖系统方案设计及说明

5.1系统方案的选取

散热器热水采暖应优先采用闭式机械循环系统：

环路的划分，应以便于水利平衡、有利于节省投资及能耗为主要依据，系统不宜过大，一般可采用异程式布置;有条件时宜按朝向分别设置环路。

根据以下原则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。

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。

针对民用住宅小区供暖系统，选用热水供暖系统比较经济合理。

原则二、热媒温度的选择。

=95℃；

=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

护和管理，该系统的布置如平面图和轴测图所示。

采用分户热量表计量方式时，应采用共用立管的分户独立系统形式。

原则四、供暖系统动力的选择

由于楼梯间的热负荷相对于其它立管很小，选用重力循环系统很难达到水力平衡，因此采用将管道接到室外机械供暖管道上的形式。

原则五、考虑到设计计算的方便，将供暖系统布置成双管水平跨越式下供下回系统。

最后综合比较方案的技术和经济，考虑到本工程的实际规模和施工的方便性，本设计采用机械循环、双管、水平跨越式下供下回系统。

散热片安装形式为异侧的上进下出。

根据建筑的结构形式，布置干管和立管，为每个房间分配散热器组。

（见图纸）

5.2供暖管道的布置形式

供暖管道布置形式多种多样，按干管位置分上供下回、下供下回和中供式，按立管又分双管和单管，单管又有垂直与水平串联之别，蒸汽采暖又有干式与湿式回水之分等等。

根据介质流经各环路的路程是否相等，还可分为异程式和同程式。

第六章散热器的选型

6.1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。

在散热器的选择方面优先考虑铸铁散热器，它结构简单，防腐性能好，使用寿命长以及热稳定性好的优点；但其金属耗量大、金属热强度低于钢制散热器。

在这设计中，考虑多方面原因，选用铸铁式散热器。

这种散热器防腐性能好，容易组成所需的面积，便于落地和靠墙安装。

6.2散热器的计算

1．散热面积的计算

散热器的散热面积F按下式计算：

F=Qβ1β2β3/k（tpj-tn）m²（6-1）

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80℃/65℃，

散热器内热媒的平均温度

tpj＝（tsg＋tsh）/2＝（85＋60）/2＝54.5℃（6-2）

tsg——散热器进水温度，℃；

tsh——散热器出水温度，℃；

散热器的散热效率散热器材料的热传导率，散热器材料和散热介质的热容以及散热器的有效散热面积等等参数有关。

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。

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上进下出M-132型散热器，β2=1.009

散热器安装形式修正系数β3值，安装在房间内的散热器，可有种种方式，如敞开装置、在龕盒内、或加装遮挡罩板等。

附录表2－5，在此次设计取β3=1.0。

2．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，

3．散热器的布置

布置散热器时，应注意下列一些规定：

1）散热器应明装，并宜布置在外窗的窗台下。

（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）室内有两个或两个以上朝向的外窗时，散热器应优先布置在热负荷较大的窗台下。

如果有特殊情况无法安置在外窗下，则根据实际情况安置在离外墙最近且最合理的地方。

2）托儿所、幼儿园、老年公寓等有防烫伤要求的场合，散热器必须暗装或加防护罩。

3）有外窗的房间，散热器不宜高位安装。

进深较大的房间，宜在房间的内外侧分别布置散热器。

4）散热器暗装时，应留有足够的气流通道，并应方便维修。

5）门斗内不得设置散热器。

6）片式组对散热器的长度，底层每组不应超过1500mm（约25片），上层不宜超过1200mm（约20片），片数过多时可分组串联连接（串接组数不宜超过两组），串联接管的管径应大于等于25mm；供回水支管应采用异侧连接方式。

7）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。

4．散热器计算示例

取一层一户次卧1101为例：

已知Q＝1390W，tpj＝（95+70）/2＝82.5℃，tn＝18℃，Δt＝tpj－tn＝64.5℃，

K＝7.99W/m².℃

修正系数：

散热器组装片修正系数，先假定β1＝1.0；

散热器连接形式修正系数，查附录2-4，β2＝1.009；

散热器安装形式修正系数，查附录2-5，β3＝1.0；

根据式F′=Qβ1β2β3/KΔt=1390*1.0*1.009*1.0/（7.99*64.5）

=2.72m²

M132散热器的每片散热面积为0.24m²，则计算片数n′为：

n′＝F′/f＝2.72/0.24＝11.3片

查附录2－3，当散热器片数为11-20片时，β1＝1.05

因此实际所需散热面积为：

F＝F′*β1＝2.72*1.05＝2.86m²实际

实际采用的片数n为：

n＝F/f＝2.86/0.24＝11.9片

取整数，应采散热器12片

其余房间同理;计算结果列于采暖设计图纸上。

第七章系统水利计算

7.1水利计算步骤

1、在轴侧图上进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长。

2、确定最不利环路。

本系统为异程单管系统，一般取最远立管的环路作为最不利环路。

3、计算最不利环路各管段的管径：

（1）、虽然引入口处外网的供回水压差较大，但考虑到系统中各环路的压力损失易于平衡，设计采用推荐的平均的比摩阻Rpj大致为60～120Pa/m来确定最不利环路各管段的管径。

（2）、根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：

G＝3600Q/4187*（tg′－th′）＝0.86Q/（tg′－th′）Kg/h

Q——管段的热负荷，W；

tg′——系统的设计供水温度，℃；

th′——系统的设计回水温度，℃。

（3）、根据平均比摩阻和各管段的流量查《供热工程》附录表4－1，选定合适的管径、流速和压降。

4、确定各管段的长度。

5、确定局部阻力损失。

6、求各管段的压力损失ΔP＝Δpy＋ΔPj;

7、求环路的总压力损失。

8、计算富裕压力值。

考虑到施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。

因此，要求系统应有10％以上的富裕度。

9、通过调节调节系统上的阀门和管径进行调节，把系统的不平衡率控制在15％的范围之内。

入口处的剩余循环压力，用调解阀节流消耗掉。

7.2算结果见附表2、附表3

7.3不平衡率计算

1．一单元一层用户阻力损失

△P1=8596.8

重力循环自然附加压力为

PZ1=2/3△

g△h=2/3（977.81-961.92）*9.8*1.5=155.7Pa

则一层用户的资用压力为

△P1’=△P1-PZ1=8441.1

2．与一单元一层用户并联的管段3、8及二层用户压力损失为

△P3+△P8+△P2=4091.6+4030.64+190.52*2=8503.3

一单元二层重力循环自然附加压力为

PZ2=468Pa

二层对一层增加附加压力为

△Pz12=468-155.7=312.3

△P2’=△P1’+△Pz12=8441.1+312.3=8753.4

不平衡率X21=（8753.4-8503.3）/8753.4=2.9%

同理可得一单元三层的不平衡率为X31=6.3%

二单元二层的不平衡率为2.2%

二单元三层的不平衡率为4.8%

第八章设计总结

通过课程设计，使我对采暖系统又有了一些新的了解，并对以前学过的知识有了进一步的巩固，现总结如下：

1．首先这次设计采用手工出图，是我对以前所学的机械制图有了进一步的巩固。

2．使我对采暖系统的了解又更进一步，特别是双管水平跨越下供下回系统，对散热器的布置也有了更深的认识。

3．通过本次设计，锻炼了我查阅有关资料的能力，也从中获得了很多宝贵的知识,从而为将来的设计打下实践基础。

主要参考文献

[1]《采暖通风与空气调节设计规范（GBJ19－87）》北京：

中国计划出版社.2001

[2]贺平，孙刚.《供热工程》.北京：

中国建筑工业出版社.2009

[3]陆耀庆　主编.《实用供热空调设计手册》.北京：

中国建筑工业出版社.1993

[4]付祥钊王岳人等.《流体输配管网》.北京：

中国建筑工业出版社.2001

[5]《集中采暖住宅分户热计量设计、安装技术规程》（DBJ41/T052-2003）