供热工程课程设计说明书.docx
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供热工程课程设计说明书
建筑环境与设备工程
供热工程课程设计说明书
班级：
建筑环境09
姓名：
学号：
指导教师：
建筑环境与设备工程系
二○一二年六月二三日
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供热工程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，了解室内采暖系统以及热源的设计内容、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。
采暖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
采暖热负荷，自行确定围护结构的类型，满足最小传热阻以及建筑节能标准的要求，该建筑共有3层，层高4.3m，。
根据围护结构自行计算采暖热负荷。
1.3设计任务
营口市某办公楼办冬季热水供暖工程。
设计主要内容为：
室内采暖系统：
管路布置、末端设备选型与计算、热源热力系统流程与设备选型
说明：
1）采暖末端设备可以采用地板采暖、散热器、风机盘管等形式。
2）热源可以采用锅炉、热泵或者换热器
3）热负荷计算和水力计算为本任务书所指定的部分（序号为奇数的为左半部分，序号为偶数的为右半部分），系统布置和制图要求为整个系统（假定整个系统左右对称），我为31号，故对左边进行计算。
4）采暖热负荷，自行确定围护结构的类型，满足最小传热阻以及建筑节能标准的要求，建筑的平面图和立面图见附件。
根据围护结构自行计算采暖热负荷。
第2章设计依据
2.1主要参考资料
1．采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003。
2．公共建筑节能设计标准GB50189-2005。
3．贺平，孙钢。
供热工程（第四版）。
北京：
中国建筑工业出版社，2009。
4．陆耀庆。
实用供热空调设计手册（第二版）。
北京：
中国建筑工业出版社，2008。
5．李岱森。
简明供热设计手册。
北京：
中国建筑工业出版社，1998。
6．于国清。
建筑设备工程CAD制图与识图（第二版）。
北京：
机械工业出版社，2009。
7．ASHRAE.Hydronicheatingandcoolingsystems.ASHRAEHandbookSystemsandEquipment2000
2.2设计参数
2.2.1室外设计参数
根据建筑物所在的地区是辽宁省的营口市，查（4．陆耀庆。
实用供热空调设计手册（第二版）。
北京：
中国建筑工业出版社，2008），将营口市市冬季室外气象参数列在表2.1中：
表2.1冬季室外气象参数表
地理位置
大气压力（Kpa）
室外平均风速（m/s）
冬季采暖室外计算干球温度/℃
冬季室外计算相对湿度/%
营口市
102.93
2.6
-14.1
67
2.2.2室内设计参数
根据设计建筑类型，查表附录[1]，确定室内设计参数如下表:
表2.2室内设计参数
办公楼
门厅，楼梯
16
办公室
20
会议室，接待室，多功能厅
18
走道，洗手间，公共食堂
16
走廊
5
2.2.3传热系数的确定
查建筑热工计算分区图可知：
临汾属于寒冷地区
查资料《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》，按照节能标准设计房间以及窗子门的传热系数K。
由原始图纸可知，体形系数=0.23，窗墙面积比=0.41.1.维护结构传热系数的确定
1体型系数计算
1体积
V=16.620*12.9*54.780=11744.72m^3
2表面积
S=54.780*16.620+54.780*12.9*2+16.620*12.9*2=2729.556m2
3体形系数=表面积/体积=0.232
2窗墙比计算
1南面窗
S窗南=（2*7.1*5+2*5.75*2）*3=282m2
S南总=12.9*54.78=706.66m2
南面窗墙比=S窗南/S南总=0.399
2S北窗=（21.350*2+1.250）*2*3=263.7m2
S北总=S南总=706.66m2
北面窗墙比=0.373
根据《简明供热设计手册》
传热系数K如下：
围护结构部位
屋面
外墙
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板
传热系数K
≤0.55
≤0.6
≤0.6
≤1.5
地面传热系数的确定
地面：
不保温地面。
K值按划分地带计
2.门传热系数：
2.4设计资料
采暖热负荷，自行确定围护结构的类型，满足最小传热阻以及建筑节能标准的要求，建筑的平面图和立面图见附件。
根据围护结构自行计算采暖热负荷。
2.5设计原始资料
热媒：
热水参数tg=95℃th=70℃
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。
5）使用寿命的要求，散热器应不易被腐蚀和破损，使用年限长。
2.7朝向修正率
北朝向：
10%；
东、西朝向：
5%；
南向：
0
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；
（详细的计算结果见附录1，《房间热负荷计算表》）
3.2负荷计算
3.2.1主要计算公式[1]
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
（3.4）
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（℃）。
所以查得温差修正系数α=1，屋面为α=0.9.
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
朝向修正耗热量=基本耗热量×朝向修正率
北朝向：
10%；
东、西朝向：
5%；
南向：
0
2）风力附加率该地区室外风速（冬季）1m/s，且由于市区建筑一般风速v<4m/s,所以不予附加
围护结构的高度附加本设计中建筑只有一层高为4.3m，附加0.6%
3）冷风渗透耗热量
=0.28Vρw
（3.5）
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1.363kg/m3；
——冷空气的定压比热，
=1.01KJ/（kg·℃）。
经门、窗隙入室内的总空气量按下式计算
V=
（3.6）
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。
营口市的室外风速是2.6m/s,确定单层木窗的每米每小时缝隙入室内的空气量2.66（m3/h·m）,渗透空气量的朝向修正系数由《采暖通风与空气调节设计规范》查得,北向n=1南向=0.45.
3.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
（3.8）
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%，
3.2.2用最小新风校核房间冷风渗透量
按基本耗热量确定的房间热负荷，一般不能满足人员的卫生要求，所以用最小新风量来校核房间的热负荷，以满足人员的卫生要求。
按人均最小新风30m3/h确定。
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城市热网提供热媒（热水参数tg=95℃，th=70℃）且系统与室外管网连接，其引入口处供回水压差P=20000Pa。
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[1]。
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。
本工程为办公楼无需分户热计量，又总建筑为五层，由上述比较及分析可以确定本工程采用单管热水供暖系统。
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[1]。
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[1]
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。
本设计采用同程式系统。
根据建筑特点，本工程采用环状同程式系统，即在底层设一根总的回水同程管。
4.5工程方案确定
综合上述分析，本工程热水供暖系统采用机械循环、垂直单管、同程上供下回式系统。
第5章散热器的选型及安装形式
5.1散热器的选择
选铸铁四柱760型，高度为760mm，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。
具体性能及参数见附录10[1]，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
TZ4-6-5
（四柱760型）
0.235m
/片
1.16L/片
6.6kg/片
0.5MPa
=68.5
8.64w/m
·℃
=66.5
8.56w/m
·℃
=64.5
8.49w/m
·℃
=62.5
8.41w/m
·℃
其中K=2.503
，
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：
=（95+70）/2-tn
5.2散热器的布置[1]
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，使流经室内的空气比较暖和舒适；
2.为防止散热器冻裂，两道外门之间，门不准设置散热器。
在楼梯间或其它有冻结危险的场所，其散热器应由单独的立、支供热，且不得装设调节阀；
3.散热器一般明装或装在深度不超过130mm的墙槽内，布置简单，本设计采用明装；
4.在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同邻居串联连接；
5.铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：
二柱（M132型）—20片；柱型（四柱）—25片；长翼型—7片。
考虑到传热效果，本设计散热片安装形式为同侧的上进下出。
本设散热器布置见平面图。
散热器片数参见表5.2。
5.3散热器的安装
底部距地面不小于60mm，通常取150mm；顶部距窗台板不小于50mm；背部与墙面净距不小于25mm。
5.4散热器的计算
1、温度参数计算：
各层的进，回水温度（计算结果见附表——进回水温度表）
2、查《供热工程》附录2-1，
3、修正系数
选择同侧上进下出
假定β1=1，选择β2=1，β3=1.12
（计算结果见附表2——散热器片数计算表）
第6章热水供暖系统水力计算
选择双管机械循环
一.选择最不利环路
由采暖系统轴测图（草图）可见，最不利环路分为南北两条环路。
其中北向是通过立管I的最底层散热器的环路。
这个环路从散热器，经过管段1,2,3,4,5,6进入散热器，再经管段7,8,9,10,11,12进入锅炉。
二.计算最不利环路的作用压力
计算通过最不利环路散热器1-2的作用压力
，根据式
Pa
⊿p=9.81×0×（977.81-961.92）=0Pa
三.确定最不利环路各管段的管径d
（1）采用推荐的平均比摩阻
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：
式中Q——管段热负荷，W;
——系统设计供水温度，0C;
——系统设计回水温度，0C。
（3）根据G，
，查附录4-1，选择最接近
的管径。
将查出的d、R、v和G值列入附表中。
四.确定长度压力损失
。
将每一管段R与
相乘，列入水力计算表中。
五.确定局部阻力损失Z
（1）确定局部阻力系数ξ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。
利用附录表4-2，将其阻力系数ξ值记于附表中，最后将各管段总局部阻力系数列于表中
（2）利用附录表4-3，根据管段流速v，可查出动压头
值，列于附表中。
根据
，将求出的
值列入附表中。
六.求各管段的压力损失
。
七.求环路总压力损失
八.确定通过立管和散热器环路中各管段的管径。
1）根据同样方法，根据流量G及
，确定管段的d，及相应的R、v值列入附表中（注：
各个散热器分支管的流量为立管的一般）
2）求通过各个立管的不平衡率。
其他立管的水力计算方法和步骤完全相同。
（计算结果见附表3——水力计算表）
第7章热源的计算
（热源的计算全部参照附录4）
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