供热课程设计某办公楼采暖系统设计.docx
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供热课程设计某办公楼采暖系统设计
供热课程设计--某办公楼采暖系统设计
一、设计题目与原始条件
二、方案设计
三、热负荷的计算
1.传热系数的计算
2.以某房间为例计算采暖热负荷
3.其它房间热负荷：
四、地板采暖盘管的选择和计算
1.散热器的选择
2.散热器的计算
五、水力计算
1、系统管路水力计算的基本公式
2、沿程阻力损失
3、局部阻力损失
4、加热管的水力计算
六、设计总结
七、参考文献
一、设计题目与原始条件：
1、设计题目：
北京市某办公楼采暖系统设计
2、原始条件
地点：
北京市
土建资料：
建筑物的平、立面图
其它资料
热源：
独立锅炉房
资用压力：
70kpa
供回水温度：
60℃/50℃
建筑物周围环境：
市内，无遮挡
3、气象资料：
北京市采暖室外计算温度t0取-9℃
冬季室外平均风速v0取2.7m/s
冬季最多风向NNW平均风速4.5m/s频率14%
日照率57%【1】P187
4、设计参数：
室内计算温度门厅16℃
办公室20℃
会议、接待18℃
多功能厅18℃
走道、洗手间16℃
二、方案设计
三、热负荷的计算
1.传热系数的计算
（1）墙体的传热系数
墙体实用钢筋混凝土，双面抹灰，250mm，保温层：
苯板，墙体60mm，屋顶，100mm。
构造层次：
墙体：
热阻值
=0.36（
）/W,
=2.78W/（
），热惰性指标D=3.09，墙体类型：
三类。
保温层：
苯板
根据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003规定，围护结构的最小热阻应按下式确定
R0.min=
（1）
其中
——最小总热阻，（
）/W；
──冬季室内计算温度，18℃；
——冬季室外计算温度，-14℃；
α——温差修正系数1；
——围护结构内表面换热热阻，0.36（
）/W
[△t]——室内空气温度与围护结构内表面的允许温差6.0℃。
因此,外墙最小热阻为
R0.min=
×0.36=1.92（
）/W
（2）
外墙的热阻值
=0.36（
）/W〈1.92（
）/W,不满足要求，需要加保温层。
按经验数值：
墙体加60mm厚的苯板，
=
=0.06/0.03=2（
）/W
因此墙体R=
+
=2.36（
）/W〉1.92（
）/W，满足要求。
（2）门、窗户的传热系数
门窗的传热系数如下表所示：
门
高（mm）
宽（mm）
类型
传热系数
M-1
3400
1800
塑钢门
2.7
M-2
2700
1500
木门
2.2
M-3
2700
1000
木门
2.2
M-4
2700
900
木门
2.2
M-5
2700
5400
塑钢门
2.7
C-1
2500
1200
塑钢窗
3.2
C-2
2500
2700
塑钢窗
3.2
C-3
2100
1200
塑钢窗
3.2
C-4
2100
2700
塑钢窗
3.2
C-5
2000
1200
塑钢窗
3.2
C-6
2100
1500
塑钢窗
3.2
C-7
2100
1800
塑钢窗
3.2
C-8
11000
2100
塑钢窗
3.2
C-9
11000
6900
玻璃幕墙
3.2
C-10
2500
1500
塑钢窗
3.2
C-11
2500
1800
塑钢窗
3.2
C-12
2100
1800
塑钢窗
3.2
C-13
2500
1800
塑钢窗
3.2
表1
3）屋面的传热系数
查阅参考文献[2]可得屋面的热工指标，如下表所示。
屋面
保温材料
类型
苯板
100
0.33
3.33
Ⅲ
表2
查参考文献[1]得
℃，计算最小总热阻。
代入数据计算得：
=
=0.1/0.03=3.33（
）/W（3）
屋顶的总热阻：
R=
+
=3.66（
）/W，所以
，满足室内卫生要求。
2.以某房间为例计算采暖热负荷
一层房间耗热量计算表
房间编号
围护结构
传热系数
室内外计算温差
温差修整系数
基本耗热量
耗热量修正
冷风渗透耗热量
冷风侵入耗热量
房间总耗热量
朝向
风向
修整后耗热量
高度修正
名称及方向
面积计算
面积
K
tn-tw′
ɑ
Q′1·j
xcn
xf
1+xcn+xf
Q
xg
Q2′
Q3′
Q′
高
宽
㎡
W/（㎡·℃）
℃
W
%
%
%
W
%
W
W
W
1
南外墙
4.2
8.65
36.33
0.42
25
1
381.47
-0.2
0
99.8
380.7
0
1.24*0.278*1*25*0.5*4.2*58.98
0
南外窗
2.5
1.2+1.2+2.7
12.75
2
1
637.5
-0.2
99.8
636.23
东外墙
4.2
7.5
31.5
0.42
1
330.75
-0.05
99.95
330.58
西外墙
4.2
7.5
31.5
0.42
1
330.75
-0.05
99.95
330.58
地面Ⅰ
4.6*2+4.05*2
17.3
0.47
1
203.28
0
100
203.28
地面Ⅱ
5.45*2
10.9
0.23
1
62.68
0
100
62.68
地面Ⅲ
2.6*2+4.05*2
13.3
0.12
1
39.9
0
100
39.9
地面Ⅳ
1.35*2.6+2.1*6.65
17.48
0.07
1
30.58
0
100
30.58
2014.53
2014.53
1067.41
0
3081.94
表3
3.全部房间的热负荷
房间号
房间名称
负担的热负荷（W）
101
办公室
3081.94
102
办公室
1128.46
103
办公室
1128.46
104
办公室
8183.17
105
办公室
1073
106
办公室
2668.97
107
办公室
1073
108
办公室
1047.7
109
贮存室
597.55
一层走廊
4401.95
一层大厅
4348.27
一层卫生间
738.43
201
办公室
2469.42
202
办公室
869.5
203
办公室
869.5
204
办公室
869.5
205
办公室
860.3
206
办公室
4237.7
207
休息室
930
接待大厅
3774.4
二层卫生间
576.37
走廊、大厅上空
7731.69
301
办公室
2469.42
302
办公室
869.5
303
办公室
869.5
304
办公室
869.5
305
办公室
1870.2
306
办公室
869.5
307
办公室
869.5
308
办公室
860.3
309
办公室
3390.16
310
休息室
847.54
311
会议室
3774.4
312
休息室
1047.7
三层走廊
3963.55
三层卫生间
576.37
401
办公室
2469.42
402
办公室
869.5
403
办公室
869.5
404
办公室
869.5
405
办公室
1870.2
406
办公室
869.5
407
办公室
869.5
408
办公室
860.3
409
办公室
4238.2
410
活动室
3774.4
411
休息室
1047.7
四层走廊
3963.55
四层卫生间
576.37
活动室
活动室
4950.92
501
办公室
1034.2
502
办公室
1034.2
503
办公室
1034.2
504
办公室
1034.2
505
办公室
1034.2
506
办公室
1021
507
办公室
4998.86
508
办公室
913.114
509
办公室
2632.422
510
办公室
912.724
五层走廊
5923.45
五层卫生间
701.65
表4
求和得：
总负荷为126179.2W，总面积为3705.4m2
经计算，该建筑的面积热指标为：
qf=126179.2÷3705.4=34.05W/m2。
四、地板采暖盘管的选择和计算
1地板辐射采暖构造
本设计采用热水作为热煤，根据各房间的单位面积耗热量，采用瓷砖、复合木地板类地面。
技术参数如下：
地面材料：
瓷砖
供回水温度：
供60℃；回，50℃。
管材：
耐高温聚乙烯（PE-RT）
图1地板辐射采暖构造
1、聚苯乙烯保温板2、耐高温聚乙烯管3、地面层
4、水泥沙将找平层5、细石混凝土6、聚苯乙烯保温板8、楼板
2、采暖盘管的布置
影响塑料埋管铺设方式的主要因素是塑料埋管的最小弯曲半径。
而满足弯曲半径的同时也要使地板辐射供暖的热效率达到最大。
因此，为了不使地板表面温度过高而造成人脚部太热而表现的不舒适，最理想的状况是板表面温度均匀一致。
同时也要考虑施工问题。
对于双回形布置，经过版面中心点的任何一个剖面，埋管是高温低温管相间隔布置，存在“零热面”和“均化”效应，从而使这种布置方式的板面温度场比较均匀，是铺设弯曲度数大部分为90°弯，故铺设简单也没有埋管相交问题。
首层地面、卫生间及厨房必须设防水层。
采暖地面构造层与外墙接触部分用聚苯乙烯保温板作保温处理。
3、散热器的选择
（1）散热器的选型原则
散热器的选型和布置要遵循如下的原则[2]：
1散热器的选型要遵循传热性能好、安全可靠、美观、紧凑、便于清扫、使
用寿命不低于供暖系统所选用的PE-RT管的寿命的原则。
2散热器的布置要确保室内温度分布均匀，要与卫生间的设施相协调。
3散热器的布置应尽可能缩短户内管系的长度。
4适用于卫生间的潮湿环境。
根据规范，散热器距地面的高度为15—20cm,离外墙100mm。
4、散热器的计算
首先根据公式计算出各管段的流量
G=0.86Q／（
-
）kg／h（4）
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，℃。
确定管径的公式：
Φ=λS（t1-t2）（5）
式中：
λ—导热系数，W/m·℃；
S—形状因子；
t1——盘管温度，℃；
t2——地板表面温度，℃；
（6）
式中：
l—管长，m；
H——埋深，mm；
D——管径，mm；
ω——管间距，mm；
导热系数：
W/m·℃
构造层：
瓷砖地板层δ=10mmλ=1.1W/m·℃
水泥沙将找平层δ=20mmλ=0.93W/m·℃
细石混凝土层δ=40mmλ=1.51W/m·℃
（7）
五、水力计算
1、系统管路水力计算的基本公式
热媒（流体）在管道内流动是，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就有损失能量，这种为沿程损失（沿程摩擦阻力）；而当流体通过管道的一些附件时，如阀门、弯头、三通、散热器等，由于流体流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也有损失能量，这种为局部损失（局部阻力）。
因此热水供暖系统中，计算管段的总压力损失，可用下式表示：
Pa（8）
—计算管段的压力损失，Pa；
—计算管段的沿程损失，Pa；
—计算管段的局部损失，Pa/m；
L—管段长度，m。
2、沿程阻力损失
在管路的水力计算中，把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子，称为一个计算管段。
任何一个热水供暖系统都是由许多串联和并联的计算管段组成。
流体沿直线管段流动时，所引起的能量损失，称为沿程损失。
为计算方便，都是先计算出每米管长的沿程损失（也称为比摩阻）。
其值可用流体力学中的达西·围斯巴赫公式进行计算：
Pa/m（9）
λ—管段的摩擦阻力系数；
d—管道内径，m；
ν—热媒在管道内的流速，m/s；
ρ—热媒的密度，kg/m。
3、局部阻力损失
如前所述，管段的局部损失主要是因流体流过管道中的一些局部附件（如阀门、弯头、三通、散热器等）而一起的一种能量损失。
由于盘管弯头众多，角度不固定，因此局部阻力折算成0.3倍的沿程阻力，那么总阻力就是1.3倍的沿程阻力。
4、加热管的水力计算
本计算过程选用供水温度为60℃，回水温度为50℃，温差为10℃，供回水的平均性参数知：
水的密度p=985．73
，比热c=4.19kJ／（kg．k），水的运动粘滞系数v温度为55℃。
以40℃作为水的定性温度查取水的物=0．5165x10-6m／s。
为了便于排除管内的空气，加热管内的热水流速不应小于0．25m／s，同时，加热管内流速宜控制在0．25-0．5m／s之间，每一个环路的阻力不宜超过3x
Pa。
采暖系统的阻力由沿程阻力和局部阻力组成，局部阻力又由管路局部阻力和设备阻力（如分水器、集水器阻力）组成。
由于加热管的弯曲半径较大（≥6Dw），对局部阻力可按沿程阻力的附加方法进行处理，经过总结，总阻力为1.3×沿程阻力。
5、最不利环路：
距离供水干管最远的一条环路，即东侧五层分水器上带的最长的盘管。
总阻力计算如下：
选择五层分水器上最长的一根盘管116米。
根据公式（9），得出沿程阻力，再由局部阻力是沿程阻力的0.3倍，得出盘管的总阻力。
=
=
+1.3
=26206+1.3*25000=58706Pa
6、水利平衡
校核最不利管段一楼东侧区域环路和五楼东侧区域环路两个环路间的水力平衡：
不平衡率=｛（∑△P1-∑△P2）∕∑△P1｝×100％
=（58706-35698）∕58706=39.2％＞15%
超出允许的不平衡百分率。
调节散热器对应环路的分水器的流量平衡阀，大部分的压力损失靠它消耗掉，少部分靠散热器上的流量平衡阀节流掉，由于集水器各支路上有流量计，当把阀门调到流量计显示需要的流量值时就停止调阀。
校核中部区域一层和五层两个环路间的水力平衡：
不平衡率=｛（∑△P1-∑△P2）∕∑△P1｝×100％
=（45266-33538）∕45266=25％＞15％
同理，超出允许的不平衡百分率。
调节散热器对应环路的分水器的流量平衡阀，大部分的压力损失靠它消耗掉，少部分靠散热器上的流量平衡阀节流掉，由于集水器各支路上有流量计，当把阀门调到流量计显示需要的流量值时就停止调阀。
校核中部区域立管和东侧最不利环路区域立管两个并联环路间的水力平衡：
不平衡率=｛（∑△P1-∑△P2）∕∑△P1｝×100％
=（58706-49266）∕58706=14.6％＜15％
在允许范围内。
六、设计总结
到此，为期两周的课程设计就要结束了。
这是对我们在课堂上学到的知识的一次全面检验，在设计的过程中我受益匪浅，使我在课堂学到的知识得以系统化，也让我体会到了书本的理论知识与工程实际之间的联系和差别。
我对低温热水地面辐射供暖系统的设计有了理性的认识。
这次设计是对大学所学集中供热采暖知识的一次扩展运用。
在这次设计过程中我有很多感触，也遇到了很多问题。
比如一开始的热负荷计算中，围护结构传热系数的计算，面积的丈量，修正率的选择，渗透得热量的计算等。
我是用地盘管采暖设计的散热器，所以跟同学交流的机会不是太多，但是通过跟老师沟通，从网上查资料，学习到了很多新的知识，初步学习了天正软件的使用。
在以后的学习过程当中要注重发散思维的培养，多与老师交流问题。
还有就是做事态度方面，对待工程实际问题一定要严谨，不能想当然，遇到问题一定要沉着冷静，这样才能沉住气去思考问题，给大脑独立思考的空间，学会自己去独立思考问题不能总是让别人告诉我们怎么做，我们要自己决定应该怎样做，只有这样我们的独立能力有所提高。
同时要学会与同学协作，跟同学一起讨论问题，往往能够找到最佳方案。
七、参考文献
［1］贺平，孙刚.供热工程.北京：
中国建筑工业出版社，1993.
［2］卜一德.地板采暖与分户热计量技术.中国建筑工业出版社，2007.
［3］陆耀庆.实用供热空调设计手册.中国建筑工业出版社.1993.6
［4］国家建筑标准设计图集：
03K404∕03（05）K404低温热水地板辐射供
暖系统施工安装。
中国建筑标准设计研究所出版，2007.
［5］王子介.低温辐射供暖与辐射供冷.北京：
机械工业出版社，2004.
［6］李向东，于晓明主编.分户热计量采暖系统设计与安装.北京：
中国建筑工业出版社，2004.
［7］地面辐射供暖技术规程（JGJ142-2004、J365-2004）.北京：
中国建筑工业出版社，2004.
［8］李永安,尚丰伟,焦明先.低温热水地板辐射采暖系统设计，建筑热能通分空调，2002
（1）.
［9］《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）.1995.
［10］《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）.北京：
中国计划出版社，2003.
［11］《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）.北京：
中国计划出版社，1993.
附表1：
管段号
设计热负荷
地盘管计算热负荷
总散热量
流量
管长
管径
流速
比摩阻
沿程阻力损失
局部阻力系数之和
局部阻力损失
总阻力损失
Q（W）
Q（W）
Q（W）
M（Kg/h）
L（m）
DN（mm）
v（m/s）
R（Pa/m）
RL（Pa）
∑ζ
Z（Pa）
ΔH（Pa）
1
126179.2
113561.28
151415.04
7234.26
10
80
0.52
63.12
267
1
79
346
2
89718.46
80746.614
107662.152
5143.83
2.6
70
0.32
50.4
86
1
79
165
3
39886.2
35897.58
47863.44
2286.81
21.6
40
0.29
44.2
2018
1
142
2160
4
36460.74
32814.666
43752.888
2090.41
18
40
0.27
38.1
1414
1
118
1532
5
38465.2
34618.68
46158.24
2205.51
4.2
40
0.39
102.2
366
2.3
253
619
6
29102.7
26192.43
34923.24
1668.55
3.6
40
0.37
101.4
183
2.3
145
328
7
19737.4
17763.66
23684.88
1131.61
3.6
20
0.35
92.4
2631
3
1202
3833
8
10372.1
9334.89
12446.52
594.667
3.6
20
0.3
70.8
752
3
332
1084
9
30832.6
27749.34
36999.12
1767.74
4.2
40
0.25
50.6
239
3
197
436
10
23472.2
21124.98
28166.64
1345.74
3.6
20
0.2
34.2
3697
5
2832
6529
11
16114.2
14502.78
19337.04
923.881
3.6
20
0.15
20.1
1769
5
1335
3104
12
8754.2
7878.78
10505.04
501.907
9.24
20
0.1
10.2
1418
6
473
1891
13
27933.2
25139.88
33519.84
1601.5
4.2
40
0.07
5.1
198
2.5
145
343
14
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20
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