地板辐射供暖设计报告书——毕业设计.docx

石家庄铁道大学毕业设计摘要本设计对象为石家庄市卓达房地产高层住宅区的低温辐射地板采暖分户计量供热系统和换热站设计，利用软件绘制符合国家相应规范的供暖施工图纸并制作工程说明。通过冬季热负荷计算得到全部供热量为458.9kw，考虑一定富余量，。从而得到换热量、水流量。对热用户进行水力计算，采用限定流速法和局部阻力当量长度法得到地暖盘管、进户管、分集水器和各个立管管段的公称直径及系统压力降。在设计地暖盘管时保证户间不平衡率在一定范围内，超出部分使用阀门调节。换热站内设备通过热平衡法计算得到换热量，并按照实际尺寸绘制换热站图纸。热源为压力0.6mpa,温度165的市政蒸汽，通过换热站内汽水换热将所需热能转入低温热水送入二次管网供给热用户，对于过于复杂的设计计算如分集水器直径等采用工程经验对所需参数选定，在设计的同时考虑事故富余量、安全性及资源节能减排。在设计过程中参阅大量资料规范，使设计内容符合国家规范及经济效益。关键词：地板辐射采暖、换热站、供热abstractthis design targeted at zhuoda real estates low temperature radiant floor heating household metering heating system and heat transfer station of the high-rise residential in shijiazhuang.using softwares to draw the constructiong drawings of the heating system with national norms,and make an engineering illustrate.by heat load calculations to get the necessary heat load is 458.9kw,considering a certain amount of surplus.i can get the heat transfer,water flow and the steam capacity.and make hydraulic calculations to users to get all nominal diameters and system pressure drops of floor heating pipes, household pipes,manifolds and vertical tube segments by limited flow law and local resistance equivalent length law.in the design of floor heating pipes,i have to ensure all users get imbalance between rates within a certain range, use the valve regulation to control systems.i design all equipments in heat transfer station by calculation,then make the drawings of the station in accordance with the actual size.heat source is the municipal steam of 0.6mpa,165 .through the heat exchanger station,steams thermal energy exchanges into the required low temperature hot water,then fed into secondary heat supply pipes net and heating users.for the overly complex design calculations,such as the diameters of sub-catchments for example, i using engineering experience to select the required parameters,considering the accident surplus capacity,safety and energy saving resources. during the design,i refer a large amounts of data specifications to make this design in line with national norms and economic benefits.keywords: radiant floor heating, heat transfer stations, heating目录第1章绪论11.1地板辐射供暖简介11.1.1 地暖简介11.1.2 分户热计量简介11.2地板采暖的优缺点11.2.1 地板采暖的优点11.2.2 地板采暖的不足21.3 选题缘由及本课题概述21.4 设计采用的方法、工具、手段3第2章工程概况4第3章热负荷计算53.1 供暖热负荷计算说明53.2 设计资料53.2.1 气象资料53.2.2 围护结构资料63.3 热负荷计算63.3.1围护结构的基本耗热量63.3.2 围护结构附加耗热量73.3.2.1 朝向修正耗热量73.3.2.2 风力附加耗热量73.3.2.3 高度附加率73.3.3 冷风渗透耗热量83.3.4 户间传热热负荷93.3.5 计算示例103.3.5.1 围护结构传热耗热量计算103.3.5.2 冷风渗透耗热量的计算122.3.4.3住户供暖设计总热负荷133.3.5.4 地面覆盖修正系数及热指标14第4章系统设计154.1 系统供暖形式154.2 地板采暖敷设形式154.3 地暖的形式与构造164.3.1 形式164.3.2 地暖应用管材164.4.3 地面的表面温度174.4 供回水温度184.5 计算盘管间距18第5章水力计算195.1系统水流量的计算195.2 确定各回路盘管管径195.3 管路阻力计算205.4 系统水力计算215.4.1 立管水力计算215.4.2 进户管及分支管水力计算225.4.3 不平衡率计算225.5 各住户分集水器选择23第6章换热站设计246.1 换热站设计参数计算246.1.1换热站二次网流量计算246.1.2二次网综合最大热负荷计算246.1.3二次网循环水流量计算256.2 换热器组设计计算256.2.1 换热器参数计算256.2.2 选择汽水换热器286.2.2.1 高区管壳式换热器286.2.2.2 低区管壳式换热器286.2.3 选择水水换热器296.2.3.1高区板式换热器选择296.2.3.2 低区板式换热器选择306.3 循环水泵设计计算316.4 补水泵的选择计算326.4.1 补水泵应满足的条件326.4.2 补水泵的流量336.4.3 补水泵的扬程计算336.4.4 补水泵的选型336.5 选择全自动钠离子交换器346.6 选择二次网分集水器346.6.1筒体直径的确定346.6.2筒体长度的确定356.7 蒸汽分汽缸的选型366.8 卧式除污器的选型366.9 软化水箱的计算37结束语39参考文献39致谢40外文资料41外文资料译文53附表（一）热负荷计算表63附表（二）各房间地面平均温度表68附表（三）户内各环路水力计算表68附表（四）西单元立管水力计算表70附表（五）层间不平衡率计算表77第1章绪论1.1地板辐射供暖简介1.1.1 地暖简介地暖是地板辐射采暖的简称，英文为radiant floor heating，是以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。1.1.2 分户热计量简介分户计量的目的在于推进城镇供热体制改革，在保证供热质量、改革收费制度的同时，实现节能降耗。室温调控等节能控制技术是热计量的重要前提条件，也是体现热计量节能效果的基本手段。中华人民共和国节约能源法第三十八条规定：国家采取措施，对实行集中供热的建筑分步骤实行供热分户计量、按照用热量收费的制度。新建建筑或者对既有建筑进行节能改造，应当按照规定安装用热计量装置、室内温度调控装置和供热系统调控装置。目的在于推进城镇供热体制改革，在保证供热质量、改革收费制度的同时，实现节能降耗。随着人民生活水平的日益提高，用户对用热个性化和提高舒适性的要求越来越迫切。在传统供热系统中，用户处于被动状态，室内温度由供热单位进行调节，这种单一调节不能满足用户的不同需要。实施供热计量就可以满足用户根据自身要求，利用室内温度控制装置（如暖气温控阀）在一定温度范围内自主调节所需室温。1.2地板采暖的优缺点1.2.1 地板采暖的优点（1）节能：根据各种采暖方式室内温度测试结果，地板辐射采暖方式是最理想的采暖方式。地热辐射采暖与其他采暖方式相比，相对瑞利数ra60压力为0.8mpa条件下，其使用寿命可安全使用50年左右。最重要的一点，pert地暖管材在遭受到外部损坏也可以用管件热熔连接修复，连接处没有接头，可大大提高连接质量。综上，本设计中地暖盘管均为pert管材。4.4.3 地面的表面温度为了满足热环境舒适性的要求，我国采暖通风及空气调节设计规范对地表面平均温度tm进行限制，在住宅这种人员经常停留区其适宜范围为2426。确定地面的单位面积供热量时，必须校核地表面平均温度，保证其不超过此限值。地表面平均温度tm（）可按下式计算：tm=tn+9.82（q100）0.969(4-1)式中：tn室内设计温度（）；q单位地面面积的总供热量（包括向上和向下的散热量），w/，其值可由下式（3-2）得到：q=q/f(4-2)式中：f敷设加热盘管的地面面积（）。由于1楼或顶层（25楼）的热负荷最高，所以仅需计算这两层的地面平均温度。经计算得到的各个房间的地面平均温度见附表（二），其值不得超过26。通过式（3-1）求得具体条件下地面的最大允许供热量，当地面的最大允许供热量小于房间的供暖热负荷时，可增设辅助供暖设备，例如在卫生间加设浴霸等辅助电加热设备。4.4供回水温度根据规范，低温热水地面辐射供暖系统的供水温度不应大于60。民用建筑供水温度宜采用3550，供回水温差不宜大于10。本设计中供水温度取50，回水温度取40，供回水温差为10，平均水温为45。4.5计算盘管间距地暖盘管间距应由单位面积散热量计算得到，为了使地面温度分布不会有过大差异，盘管间距不小于100mm，最大不宜超过300mm。根据热负荷计算得到1层住户负荷最大，相应的各个房间负荷都大于其它楼层，则当盘管布置满足1层热用户要求和相应规范时，也满足其它楼层。以2层6b住户客厅为例计算盘管间距：6b客厅的设计温度为18，房间实际总热负荷为603.6w，房间面积为30.49，由式（4-2）得单位面积所需散热量：q6a客厨=603.630.49=19.80w/对照资料查得在供回水算术平均温度为45度时，盘管间距为300mm。其它各个房间的盘管间距计算方式同上例，其计算结果皆为300mm。第5章水力计算供暖系统水力计算的主要任务是计算得到各管段和系统流量，并根据计算流量和比摩阻范围来确定各个管段的管径，并由此计算各管段的压力损失和热水网路的总压力损失，最后计算不平衡率来验证计算管道的通过能力。5.1系统水流量的计算各住户各盘管环路水流量计算公式：g=3.6qct=0.86qtg-th kg/h(5-1)式中：g系统水流量（kg/h）；q系统热负荷（w）；tg供水温度（）；th回水温度，。c水的比热容，kj/kg。各管路及系统供暖水流量见附表（三）户内水力计算表。5.2 确定各回路盘管管径地暖盘管管径计算采用限定流速法，其计算公式如下：d=594.5gv(5-2)式中：g热水质量流量，t/h；d地暖盘管内径，m；v地暖盘管内热媒流速，m/s，加热管热媒流速在0.250.5m/s之间为宜，一般不宜小于0.25m/s。管内介质密度，kg/m。5.3管路阻力计算流体在管道内流动时，由于分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通)时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程损失，后者称为局部损失，因此热水供暖系统中计算管段的压力损失，可由下式（5-3）计算得到：p=py+pj=rl+pj(5-3)式中：p计算管段的压力损失（pa）；py计算管段的沿程损失（pa）；pj计算管段的局部损失（pa）；r管道的比摩阻（pa/m）；l计算的管段长度（m）。管道直管段沿程压力损失计算公式：py=rl(5-4)其中直管段的平均比摩阻r计算公式为：r=6.2510-2g2di5(5-5)式中：管道摩擦阻力系数；热介质密度（kg/m）。在阻力平房区内，管道摩擦阻力系数由尼古拉斯公式（5-6）计算得到：=1（1.14+2lgdk)2(5-6)式中：k管壁的当量绝对粗糙度（mm），塑料管壁粗糙度为0.010mm。局部阻力计算公式：pj=v22(5-7)式中：v水的流速，m/s；热介质密度，kg/m。由于加热盘管的转弯半径较大，局部阻力很小，可忽略，但考虑到分、集水器及阀门的局部阻力，盘管管路的总阻力可在沿程阻力基础上附加10%20%，本设计的局部阻力值定为沿程阻力的20%。以2层6a房间客厨环路为例进行水力计算：由供回水温度50/40确定平均水温为45，对应的热水密度为990.250kg/m，运动黏度为0.60310-6/s，塑料管壁粗糙度为0.010mm，比摩阻修正系数1.06mm。该环路由地暖盘管布置分区后承担热负荷为1526.88w，则由式（5-1）计算得到水流量为：g=0.861526.8850-40=131.29kgh=0.131t/h由式（4-2）管内径计算为：d=594.50.1310.5990.25=9.67mm最小管内径为12mm，对应dn16的塑料管，由铺管设计得到管长为115.2m，由塑料管水力计算表查得dn16的塑料管在流量130.29kg/h时，流速为0.330m/s，此时r值为164.75pa/m，由式（5-4），则沿程压力损失为：py=164.75115.2=18979.2pa局部压力损失理论上应按照弯头和阀件进行详细计算，由于计算量庞大，本设计采用当量长度法，即局部压力损失为沿程压力损失的20%计，则局部压力损失为：pj=18979.220%=3795.84pa则6a住户客厅环路的总压力损失为：p=18979.2pa+3795.84pa=22775.04pa其它各用户管道压力损失计算见附表（三）。5.4 系统水力计算本设计对象为25层高层住宅楼，113层为低区，1425层为高区，供暖竖井内共设4根立管，分别为低区供回水立管和高区供回水立管。5.4.1 立管水力计算立管流量即为该区立管供应的所有热用户流量总和，与外网接入管流量即为此流量，各层立管管段流量即为该层及以上此区各层用户流量总和。立管管径的确定影响各循环环路平衡，各循环环路的平均比摩阻和流速不宜过小和过大，在实际工程中，立管流速以12m/s为宜。关于立管各层管段的管径及阻力计算可由4.3管道阻力计算的方法计算得到，其计算结果见附表（四）立管水力计算表。5.4.2 进户管及分支管水力计算进户管均为塑料管，计算方法同用户管路水力计算，其计算结果过小（各段均1kpa），因此以富裕系数计入系统阻力。分支管管长按2.82m算，均为镀锌钢管，计算流量即为各用户的流量，其计算结果过小（各段均1kpa），因此以富裕系数计入系统阻力。5.4.3 不平衡率计算立管以最远用户为最不利环路用户，即6a住户为最不利环路。以西单元2层6a住户为例计算低区层间不平衡率，以西单元1层6a环路为基准：作为基准的1层6a环路资用压力，由水力计算得72697.18pa。2层6a热用户压力损失为52157.26pa，相对1层6a住户高度2.90m。重力循环自然附加压力计算公式为：p重=23gh(5-8)式中：供回水水温对应的密度差（kg/m）；h计算两层间相对高度（m）。把相关数据代入式（5-8）得2层重力循环自然附加压力为：p重=23992.4-988.079.82.9=79.01pa1层重力循环自然附加压力为0.2层相对于1层的相对重力附加压力为79.010=79.01pa则西单元2层6a环路相对于1层6a环路的资用压力为：p资=p压+p重=72697.18pa+79.01pa=72776.19pa则2层6a以1层6a为基准的不平衡率计算为：%=p资-（py+pj)1层p资=72776.19pa-52157.26pa72776.19pa100%=28.33%高区以14层为基准计算户间不平衡率。其它各层及高区各层户间不平衡率计算及结果见附表（五）。5.5 各住户分集水器选择低温热水地板辐射供暖系统应采用独立的分、集水器装置，系统设置的分、集水器应符合下列要求：（1）每一集配装置的分支环路不宜多于8个，住宅每户至少应设置一套集配装置。本设计中6a、6aa用户为3供3回的6支管，6b用户为2供2回的4支管设计。（2）集配装置的直径，应大于总供回水管径。（3）集配装置应高于地板加热管，并配置排气阀。（4）总供回水管和每一供回水分支路，均应配置截止阀或球阀。（5）总供回水管阀的内侧，应设置过滤器。（6）建筑设计应为集配装置的合理设计，提供适当条件。（7）在系统布置的时候，为利于系统的水力平衡和温度均匀，同一集配装置系统各分支管路的加热管长度宜尽量接近。不同房间和住宅的各主要房间，宜分别设置分支路。（8）分、集水器宜布置于厨房、盥洗室、走廊两头等既不占用主要适用面积，又便于操作的部位。并留有一定的检修空间，且每层安装位置宜相同。分、集水器距公用总立管的距离不得小于350mm。（9）分、集水器直径一般为25mm。分、集水器供回水连接管间应设置旁通管，使水流在不进入盘管的条件下，对采暖系