供热课程设计-住宅供暖工程设计

石家庄铁道大学四方学院课程设计住宅供暖工程设计2009级电气工程系专业建筑环境与设备工程学号xxx学生姓名XXX指导教师XXX完成日期2012年12月3日目录第一章设计任务 21.2设计目的与要求 21.3设计步骤 3第二章热负荷计算 32.1建筑概述 42.2住宅供暖设计参数 42.3热负荷的计算依据 52.3.1热负荷组成 52.3.2主要计算公式 62.4手动计算标准层热负荷 82.4.1围护结构传热耗热量 82.4.2户间传热耗热量 92.4.1冷风渗透耗热量 92.4.2手算顶层屋顶热负荷及底层大面热负荷 92.5建筑面积热指标 19第三章供暖方案确定 193.1热媒的选择 193.2供暖形式的确定 193.3供、回水方式 193.4系统敷设方式 19第四章散热器的确定 224.1散热器的选择 234.2散热器的计算 244.3散热器布置 24第五章管路水力计算 255.1绘制采暖系统图 255.2水力计算 26设计总结 27参考文献 28第一章设计任务1.1设计目的与要求本课程的目的是培养学生运用所学的暖通空调、流体输配管网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设计步骤本课程设计是完成普通住宅建筑分户计量热水供暖系统的工程设计，末端采暖设备采用散热器，以对流采暖为主。主要设计步骤：1．收集资料2．确定室内、外设计参数3．确定热水供暖系统方案1）．热媒的确定供回水温度95/70℃；85/60℃；75/50℃；2）．确定供暖系统的形式及管道布置。4．供暖设计热负荷的计算5．散热器的计算1）．散热器形式的选择；2）．散热器面积的计算与片数的确定；3）．列出各房间散热器的组数，片数统计表。6．供暖系统的水力计算1）．绘出供暖系统的轴测图；2）．进行供暖系统的水力计算；7．撰写课程设计说明书1）．工程设计概述：建筑物所在地点建筑面积，建筑物层次，其它设计依据等。2）．设计方案概述；3）．计算部份：设计部分的已知数据来源，计算过程，计算结果列表。8．绘制施工图1）．供暖系统平面图（供回水干管、立管布置在平面图上）；2）．供暖系统轴测图（1:501:100）；3．热力入口或节点的大洋图。4．撰写施工说明。第二章热负荷依据2.1建筑物概述本设计为北京市某民用住宅楼散热器采暖系统，建筑平面图如图所示：住宅楼共五层，层高3米，外窗高1.5米，阳台门高2.4米，外窗1.8米，户门2.4米。基本资料如下：外墙：K=0.8/(﹒)外窗双玻：K=2.5/(﹒)阳台门：单层铝合金推拉窗，K=2.0/(﹒)户门：K=3.0/(﹒)隔墙、梯梯间隔墙：K=1.4/(﹒)屋顶：K=0.8/(﹒)楼板：K=2.2/(﹒)楼底：K=0.8/(﹒)户隔墙：K=1.4/()地面为贴土不保温地面。其他资料：1.热源：城市热网2.热媒：热水参数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：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。经济方面的要求，散热器传给房间的位热量所需金属耗量越少，成本越低越好。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。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。使用寿命的要求，散热器应不易被腐蚀和破损，使用年限长。2.2住宅供热设计参数北京市供暖室外设计温度：朝向修正率：表2-1朝向修正率朝向东西南北修正率-5%-5%-20%0住宅设计供暖温度：表2-2设计供暖温度名称卧室餐厅厨房起居室卫生间设计温度20℃20℃15℃20℃23℃住户各房间面积：表2-3底层面积房间号101102103104105106107面积21.614.8514.856.998497.24.32表2-4标准层面积房间号301302303304305306307面积21.614.8514.856.998497.24.32表2-5顶层面积房间号501502503504505506507面积21.614.8514.856.998497.24.322.3供暖设计热负荷的计算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。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。2.3.1热负荷组成住宅供暖房间的供暖设计热负荷Q主要包括以下几部分：（2-1）式中——围护结构传热耗热量，；——冷风渗透耗热量，；——户间传热量，；围护结构传热耗热量包括围护结构的基本耗热量和附加耗热量两部分,附加耗热量主要考虑朝向修正，外门附加，高度附加。2.3.2主要计算公式围护结构的基本耗热量（2-2）式中——围护结构的基本耗热量形成的热负荷（）；——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[/()]；——冬季采暖室内计算温度（）；——冬季采暖室外计算温度（）。整个供暖房间的基本耗热量，应等于它的围护结构各部分(墙、窗、门、楼板、屋顶、地面等)基本耗热量的总和。即（2-3）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。朝向修正率参考本设计2.4节；风力附加率本设计不必要考虑风力附加；围护结构的高度附加本设计中建筑层高均为，因此在本设计中高度附加可以忽略。冷风渗透耗热量=0.28Vρw(2-4)式中：——冷风渗透耗热量（）；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；——冷空气的定压比热，。经门、窗隙入室内的总空气量按下式计算(2-5)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，；n——渗透空气量的朝向修正系数。(2-6)式中：h——计算门窗中心标高，；ν0——冬季室外最大风向的平均风速，m/s；α——外门窗缝隙渗风系数，有表1-8[1]查得0.5。b——门窗缝隙渗风指数，取0.67；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(2-7)式中：——外门基本耗热量，;N——考虑冷风侵入的外门附加率。本设计中户门通过单元楼门与外界相隔并不与大气直接接触，因此可不考虑冷风侵入。5．户间传热量对于集中供暖分户热计量供暖系统，在确定户内采暖设备容量和计算户内管道时，还应考虑间歇供暖和分室调节引起的隔墙或楼板间的传热，计入向邻户传热引起的耗热量附加，也称户间传热负荷，户间传热负荷不统计在供暖系统的总热负荷内。目前工程中户间传热负荷多按下式计算：（2-8）式中——户间总热负荷，；——户间楼板或隔墙的传热系数，/（·K）；——户间楼板或隔墙的传热面积，；——户间传热量附加率；——户间传热计算温差，℃。进行户间传热负荷计算时，必须注意以下几点：（1）户间传热负荷的计算温差，一般宜取5～8℃，本设计取7℃。（2）户间传热量附加率，是考虑户间楼板及隔墙同时发生传热的概率，一般可取50%。对于顶层或底层房间，由于垂直方向只有向下或向上传热，宜考虑较大概率，一般可取70%~80%。本设计底层取70%，顶层取75%，标准层取50%2.4手动计算标准层热负荷2.4.1围护结构传热耗热量下面以A-301、A-302房间为例计算供暖设计热负荷。302房间承担热负荷的围护结构有西外墙、南外墙、南外窗以及上下楼板的户间传热。A-302房间围护结构基本耗热量（2-9）式中——围护结构基本耗热量，W；——围护结构的传热系数，W/（m2·K）；——围护结构的传热面积，m2； ——供暖室内计算温度，℃；——供暖室外计算温度，℃；——围护结构的温差修正系数。整个供暖房间的基本耗热量，应等于它的围护结构各部分(墙、窗、门、楼板、屋顶、地面等)基本耗热量的总和。即（2-10）西外墙：西外墙的面积：4.5*3=13.5㎡基本耗热量南外墙：南外墙的面积：3.3*3-1.5*1.8=7.2㎡基本耗热量:南外窗：南外窗的面积：1.5*1.8=2.7㎡基本耗热量:2.4.2户间传热耗热量（2）户间传热量：（2-11）户间传热量附加率户间楼板或隔墙的传热系数户间楼板或隔墙的传热面积户间传热计算温度下楼板面积：4.5*3.3=14.85㎡户间传热量：即，总的户间传热耗热量为196.022.4.3冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量：()（2-12）冷空气的比定压热容供暖室外计算温度下的空气密度通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量门窗缝隙的计算长度室内外温度差渗透冷空气量的修正系数()=79.232.4.4手算顶层屋顶热负荷及底层层大面热负荷顶层屋顶热负荷K底层地面热负荷K标准层热负荷：房间编号房间名称围护结构室内温度（℃）室外温度（℃）室内外温差（℃）传热系数（w/㎡·℃）温差修正系数耗热量修正冷风渗透耗热量（w）房间耗热量（w）户间热负荷（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（㎡）朝向修正%修正耗热量（w）301起居室西外墙13.520-9290.81-5297.540608.42886.42东内墙12.061.40.6-5133.19东内门2.1630.6-5112.75南内墙1.8721.40.6-2013.1南内门1.72830.6-2051.84上楼板21.0652.20.60139下楼板21.062.20.60139302卧室西外墙13.520-9290.81-5297.5479.23698.32894.34南外墙7.20.81-20133.63南外窗2.72.51-20187.92上楼板14.8552.20.6098.01下楼板14.850.6098.01303卧室南内墙4.8320-9291.40.6-20196.1495.83691.85南内门4.3230.6-20175.39北内墙6.4851.40.6045.36东内墙13.51.40.6-578.98上楼板14.852.20.6078.98下楼板14.852.20.6078.98304卫生间南内墙6.4851.40.6-2045.36315.4407.78西内墙9.721.40.6-2068.04北内墙1.8721.40.6-513.1北内门1.72823-93230.6-551.84北内墙2.8981.40.6-580.68北内窗1.0830.6-556.38上楼板6.998452.20.6046.19下楼板6.99842.20.6046.19305卧室西外墙920-9290.81-5223.1357.621003.61122.4北外墙90.810234.9北外窗2.162.510187.92上楼板952.20.6059.4下楼板92.20.6059.4306餐厅东内墙8.2851.40.6-5230.52230.52325.56上楼板7.22.20.6047.52下楼板7.22.20,6047.52307厨房东外墙4.515-9240.81-5117.45460.5488.51西外墙4.50.81-5117.45北外墙8.640.810225.5上楼板4.3252.20.6028.51下楼板4.322.20.6028.51顶层热负荷：表2-7热负荷计算表房间编号房间名称围护结构室内温度（℃）室外温度（℃）室内外温差（℃）传热系数（w/㎡·℃）温差修正系数耗热量修正冷风渗透耗热量（w）房间耗热量（w）户间热负荷（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（㎡）朝向修正%修正耗热量（w）501起居东外墙13.520-9290.81-5297.5401158.0861297.086室西内墙12.061.40.6-5133.19东内门2,1630.6-5112.75南内墙1.8721.40.6-2013.1南内门1.72830.6-2051.84楼顶21.060.810549.666下楼板21.0652.20.60139502卧室东外墙13.520-9290.81-5297.5479.231006.6751104.685南外墙7.20.81-20133.63南外窗2.72.51-20187.92楼顶14.850.810387.585下楼板14.852.20.6098.01503卧室南内墙4.8320-9291.40.6-20196.1883.415981.425南内门4.3230.6-20175.39北内墙6.4851.40.6045.36西内墙13.551.40.6-578.98楼顶14.8520-9290.810387.585下楼板14.8552.20.6098.01504卫生间南内墙6.4851.40.6-2045.36498.0582544.2482东内墙9.7251.40.6-568.04北内墙1.87251.40.6-513.1北内门1.72823-93230.6051.84北内墙2.8981.40.6080.68北内窗1.0830.6056.38楼顶6.99840.810182.6582下楼板6.998452.20.6046.19505卧室西外墙920-9290.81-5223.1357.621238.441297.84北外墙90.810234.9北外窗2.162.510187.92楼顶90.810234.9下楼板952.20.6059.4506餐厅西内墙8.2851.40.6-5230.52418.44465.96楼顶7.220-9290.810187.92下楼板7.252.20.6047.52507厨房西外墙4.515-9240.81-5117.45573.152601.662东外墙4.50.81-5117.45北外墙8.640.810225.5楼顶4.320.810112.752下楼板4.3252.20.6028.51底层热负荷：表2-8底层热负荷计算表房间编号房间名称围护结构室内温度（℃）室外温度（℃）室内外温差（℃）传热系数（w/㎡·℃）温差修正系数耗热量修正冷风渗透耗热量（w）房间耗热量（w）户间热负荷（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（㎡）朝向修正%修正耗热量（w）101起居室东外墙13.520-9290.81-5297.540828.29967.29西内墙12.061.40.8-5133.19西内门2,1630.8-5112.75南内墙1.8721.40.8-2013.1南内门1.72830.8-2051.84下楼板21.060.80.40219.87上楼板21.0652.20.80139102卧室东外墙13.520-9290.81-5297.5479.23853.35951.36南外墙7.20.81-20133.63南外窗2.72.51-20187.92下楼板14.850.80.40155.03上楼板14.852.20.8098.01103卧室南内墙4.8320-9291.40.8-20196.1650.83748.84南内门4.3230.8-20175.39北内墙6.4851.40.8045.36西内墙13.51.40.8-578.98下楼板14.8520-9290.80.40155上楼板14.852.20.8098.01104卫生间南内墙6.4851.40.8-2045.36388.46434.65东内墙9.721.40.8-568.04北内墙1.8721.40.8013.1北内门1.72823-93230.8051.84北内墙2.8981.40.8080.68北内窗1.082.50.8056.38下楼板6.99840.80.4073.06上楼板6.998452.20.846.19105卧室东外墙920-9290.81-5223.1357.621098.51157.9北外墙90.810234.9北外窗2.162.510187.92下楼板90.80.4094.96上楼板952.20.8059.4106餐厅西内墙8.2851.40.8-5230.52305.52353.04下楼板7.220-9290.80.4075上楼板7.252.20.8047.52107厨房西外墙4.515-9240.81-5117.45437.85466.36东外墙4.50.81-5117.45北外墙8.640.810112.75下楼板4.320.80.4090.2上楼板4.3252.20.8028.512.5建筑物的面积热指标公式为——供暖设计热负荷——建筑物供暖面积热指标——供暖建筑物的建筑面积标准层西户的供暖设计热负荷3812.59w,东户3379.48w标准层西户的建筑面积100.16㎡东户100.16㎡供暖面积热指标为38.06（w/㎡），东户为33.74（w/㎡）第三章供暖方案确定3.1热媒的选择本住宅建筑选择热水供暖系统，供水温度=95℃，回水温度=70℃。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。3.2供暖形式的确定本住宅建筑采用单管跨越式供暖方式，供回水管道敷设在地下。3.3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。本工程为民用住宅楼需分户热计量，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。3.4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，本工程采用水平式系统。第四章散热器的选择与布置4.1散热器选择设计选择散热器时，需考虑对散热器在热工、经济、卫生美观及使用寿命等方面的要求。具体要求需满足以下几个条件：热工性能满足传热系数K值高，散热器散热性能好；经济性能满足散热器单位散热量的成本越低越好；安装使用方便，散热器结构形式便于组装，少占用房间面积和空间；卫生美观，散热器外表光滑美观，不积灰、易于清洁，易与建筑装饰相协调；使用寿命长，散热器不易被腐蚀和破坏。选铸铁四柱813型，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。其基本参数如下表所示：表4-1四柱813型散热器参数表型号散热面积/（㎡/片）水容量（1/片）质量/(kg/片）工作压力/Mpa传热系数计算公式K/[W/㎡.℃]四柱813型0.281.480.54.2散热器计算以住宅建筑标准层层西户301为例手动计算而每个房间所需散热器的片数：室内安装四柱813型散热器，散热器明装，上部有窗台板覆盖，散热器距窗台高度为100mm。供暖系统为单管跨越式。设计供、回水温度为95℃、70℃，支管与散热器间采用同侧上进下出连接方式，求散热器面积及片数。查供热工程课本四柱813型散热器散热器组装片数修正系数，先假定散热器连接形式修正系数，查供热工程课本附录B中表B-5，散热器安装形式修正系数，查供热工程课本附录B中表B-6，四柱813型散热器每片面积为计算片数6~10片由附录B-4查，当散热器片数为6~10片，因此，实际所需散热器面积为实际采用片数应采用四柱813型散热器8片。由以上步骤可得：本住宅楼所有房间所需的散热器片数如下表：表4-2散热器片数标准层房间名称暖气片数顶层房间名称暖气片数底层房间名称暖气片数卫生间4卫生间5卫生间4卧室6卧室9卧室6卧室8卧室10卧室9起居室8起居室12起居室9卧室10卧室12卧室10餐厅7餐厅9餐厅74.3散热器布置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；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；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；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；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。本设计散热器布置见平面图。第五章管路水力计算5.1绘制采暖系统图5.2水力计算建筑供暖系统图如下：对每段管段标号：1到24,1-12为供回水立管，13-24为用户管路。水力计算得到各管段所承载的符合，根据最分户计量热用户平均比摩阻：=可取：30到60由课本附录中D-1选择最接近的管径查处、、各管段的沿程损失等于每一管段与相乘由个管段上的管路设备将各管段总局部阻力系数列入表中，可得各管路水力计算表:表5-1水力计算表序号负荷(kW)流量(kg/h)管径管长(m)ν(m/s)R(Pa/m)△Py(Pa)ξ动压(Pa)△Pj(Pa)△Py+△Pj(Pa)141.554941429.49DN3230.40275.857227.57114.679.5761161.8141389.385232.405451114.75DN3230.31447.04141.1214.648.392706.525847.645325.21338867.34DN2530.428123.655370.96614.690.0431314.6271685.593418.0213619.933DN2530.30664.856194.56818.146832.6041027.172510.82924372.526DN2030.29784.168252.503243.29286.583339.086610.82924372.526DN2030.29784.168252.503243.29286.583339.086718.82924647.726DN2530.3270.532211.59710.550.217527.281738.878825.21338867.34DN2530.428123.655370.96615.590.0431395.6661766.632932.405451114.75DN3230.31447.04141.1214.548.392701.686842.8061041.554941429.49DN3210.40275.85775.85717.579.5761392.5851468.442116.74879232.158DN208.9880.18534.392309.11925.516.814428.745737.864126.74879232.158De155.9660.18534.392205.18524.516.814411.931617.116136.74879232.158De151.7740.18534.39261.01220.816.814349.721410.733146.74879232.158De159.0140.18534.392310.01320.816.814349.721659.734156.74879232.158De154.4230.18534.392152.11820.816.814349.721501.839166.74879232.158De150.91950.18534.39231.62418.816.814316.094347.718176.74879232.158De154.2170.18534.392145.03319.316.814324.501469.534185.4159186.307De158.9880.27105.328946.68625.535.881914.9591861.645195.4159186.307De155.9660.27105.328628.38624.535.881879.0791507.465205.4159186.307De151.7740.27105.328186.85120.835.881746.32933.171215.4159186.307De159.0140.27105.328949.42520.835.881746.321695.745225.4159186.307De154.4230.27105.328465.86520.835.881746.321212.185235.4159186.307De150.91950.2