供热工程课程设计(四方)大学四方学院课程设计毕业论文.doc

石家庄铁道大学四方学院课程设计第1章 建筑概况1.1 工程概况本建筑是北京市某单元式六层民用住宅楼，属多层民用建筑，设计的就是该建筑散热器采暖系统。住宅楼共六层，抗震设防裂度为6度，建筑高度18m，标准层建筑面积818.0 m2，空气层厚度不小于12mm，外窗高1.5m，阳台门高2.4m宽0.9m。1.2室外气象参数北京市位于东经11628，北纬3948，供暖室外计算温度-7.6，冬季室外最多风向的平均风速4.7m/s。1.3室内设计参数根据建筑使用功能分析，供暖房间的室内参数，由规范查得数据见表1-1：表1-1 采暖室内计算温度（）房间名称室内温度()卧室18客厅18餐厅18主卫18客卫23厨房18 设计采用热水作为热媒：供水温度： =75，回水温度：=501.4围护结构计算指标根据建筑结构设计资料所给出的维护结构构造情况，参考实用供热空调设计手册和北京公共建筑节能设计标准中的围护结构的热工指标，本设计选用的围护结构热工指标见表1-2表1-3 维护结构热工参数表围护结构名称传热系数k （w/(m2k)外墙0.797外窗3.0内墙0.586楼板0.586 屋面0.86外门6.529第2章 供暖设计热负荷的计算对于住宅建筑的分户热计量供暖系统，供暖系统的设计热负荷主要考虑围护结构传热耗热量，冷风渗透耗热量，冷风侵入耗热量与户间传热负荷。在确定户内采暖设备容量和计算户内管道时，应考虑间歇供暖和分室调节引起的隔墙或楼板间的户间传热负荷，户间传热负荷不统计在供暖系统的总热负荷内，人员、灯光等得热作为有利因素暂不考虑在热负荷计算当中。2.1 围护结构的传热耗热量（1）围护结构的基本耗热量，可按下式计算： (2-1)式中 围护结构基本耗热量，w；围护结构的传热系数，w/（m2k）；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，是用来考虑供暖房间并不直接接触室外大气时，围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的 削弱而减少的修正，其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。整个供暖建筑物或房间的基本耗热量，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 w这里特别强调，计算楼梯间内墙、有阳台的外墙、外窗、不采暖房间的内墙以及有地下室的一层楼板时，由于计算部分一侧的温度不能确定，因此计算供暖设计热负荷时，应考虑选取适当的温差修正系数。（2）围护结构修正耗热量通常按基本耗热量的百分率进行修正。主要包括朝向修正、风力附加、外门附加、高度附加和窗墙比附加耗热量，但是本次设计只考虑朝向修正耗热量。1）朝向修正耗热量需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构(门、窗、外墙及屋顶的垂直部分)的基本耗热量乘以相应的修正率。朝向修正率的取值见表2-1。 表2-1 朝向修正率 朝向朝向北、东北、西北010东南、西南-10-15东、西-5南-15-30本次设计修正值的选用如下：东、西向各为-5%，北向为5%，南向为-20%综上所述，建筑物或房间在室外供暖设计温度下，通过维护结构的总后热量q，可用下式综合表示：w2.2 冷风渗透耗热量计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法，本次设计用的是缝隙法。通过计算不同朝向、的门、窗缝隙的长度以及在风压与热压综合作用下，每米长缝隙渗入的冷空气量，确定其冷风渗透耗热量。这种方法称为缝隙法。公式： w式中 冷风渗透耗热量，w；冷空气的定压比热容，=1.01kj/(kgk)；供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3； 渗透冷空气量，m3/h；0.28单位换算系数，1kj/h0.278w。由式（2-2）可知，在室内外温差一定时，冷风渗透耗热量主要取决于渗透冷空气量。渗入室内的冷空气量可根据不同的朝向，按下式确定： m3/h式中 通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量，m3/（mh）；门窗缝隙的计算长度，m；门窗的冷风渗透压差综合修正系数；门窗缝隙渗风指数，当无实测数据时，可取；其中，表示通过每米门、窗缝隙进入室内的实际渗透冷空气量。v0基准高度冬季室外最多风向的平均风速m/s；a外门窗缝隙系数m3/（mhpab）；2.3 户间传热量的计算在确定分户热计量供暖系统的户内供暖设备容量和户内管道时，应考虑户间传热对供暖负荷的附加，但附加量不应超过50%，且不应统计在供暖系统的总热负荷内。 目前工程中户间产热负荷多按下式计算 户间总热负荷w；围护结构的传热系数，w/（m2k）；围护结构的传热面积，m2；户间传热量附加率；户间传热计算温度，；注：（1）户间传热负荷的计算温差 ，一般宜取58。 （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%。2.4 负荷计算举例下面以二层东户卧室2001为例进行负荷计算，房间如图2-1图2-12.4.1围护结构传热耗热量可用下式进行计算其中 围护结构的基本耗热量（w） k围护结构传热系数w/(m)f围护结构的传热面积 （m）供暖室外计算温度 （）供暖室外计算温度 围护结构温差修正系数朝向修正系数北外墙f=2.5631.21.5=5.88 m，k=0.797w/(m2k)，=5%，=1，北外墙的传热耗热量为：=10.68.05（18+7.6）（1+5%）=126.00w同理能算出：西外墙 =222.56w北外窗 =145.15w户间传热 22w卧室房间维护结构的传热耗热量=(126.00+222.56+145.15+22)w=515.71w2.4.3冷风渗透耗热量(按缝隙法进行计算)北外窗窗缝l=5.4m，渗透空气量l0=1.2（m3/(m.h)），北京市的北向修正系数为n=1。北向二层窗户的冷风渗透耗热量q2，=0.28cpw l(tn-tw,) n=0.281.011.251.25.4（18+7.6）1=58.64w卧室采暖设计热负荷为=574.35w2.5热负荷计算表房间编号如图2-2，以二层为例，各房间热负荷见附录房间负荷计算表。图2-2第3章 散热器的选型及安装形式3.1 散热器的类型散热器种类繁多，按其制造材质分，主要有铸铁、钢制和铝制散热器三类。按其构造形式分，主要分为柱型、翼型、管型、平板型等。（1）铸铁散热器 铸铁散热器有柱型、柱翼型等各种形式。新型铸铁散热器具有良好的耐腐蚀性及抗氧化性，其内壁铸造采用不粘砂工艺，解决了普通铸铁型散热器用于分户计量系统堵塞热量表的问题。普通铸铁散热器的承压能力一般pb=0.40.5 mpa，热稳定性好和价格低廉等优点。铸铁散热器的金属热强度低于钢制散热器。金属热强度一般仅为0.3w/（kg）左右。（2）钢制散热器 钢制散热器有柱型、柱翼型、闭式串片型、扁管型等各种形式， 钢制散热器与铸铁散热器相比，金属耗量少，金属热强度可达0.81.0w/ （kg）；耐压强度高，最高工作压力可达0.8 mpa1.2 mpa。外形美观光洁；占地小，便于布置。新型钢制散热器属轻型、高效节能产品。缺点是无可靠内防腐时易产生氧化腐蚀，为降低钢制散热器的腐蚀，应控制系统水质。（3）铝制散热器 采用铝制型材挤压成型，有柱翼型、板翼型等形式，结构紧凑，造型美观，耐压强度高。有良好的抗氧化性，但抗碱腐蚀性较差。（4）钢（铜）铝复合散热器 以钢管、铜管为内芯，以铝合金翼片为散热元件，结合了钢、铜管高承压、耐腐蚀和铝合金重量轻、外表美观、散热效果好的优点。有压铸和胀管两种结合工艺。3.2 散热器的选用原则考虑到散热器耐用性和经济性，本设计选用钢制柱式散热器，高度为600mm，宽为800，单片的散热面积为0.15m2；单片质量为2.2kg,工作压力0.8 mpa它主要由钢管水平或垂直排列组成。规格多，热工性能好、承压能力高、安装方便、外形美观。与铸铁相比主要优点是：金属耗量少，钢制散热器金属强度可达0.8-1.0w/(kg. ),最高工作压力可达0.8-1.2 mpa；外形美观光洁，占地小，便于布置。3.3 散热器布置与安装布置：散热器布置在外墙窗台下，这样能迅速加热室外渗入的冷空气，阻挡沿外墙下降的冷气流，改善外窗、外墙对人体冷辐射的影响，使室温均匀。为防止散热器冻裂，两道外门之间，门斗及开启频繁的外门附近不宜设置散热器；散热器一般明装或装在深度不超过130mm的墙槽内。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。3.4 散热器的计算散热器计算的任务，是根据供暖设计热负确定供暖房间所需散热器的面积和片数（或长度）。（1）散热器散热面积的计算散热器散热面积按下式计算： 式中 散热器散热面积，m2； 散热器的散热量，w； 散热器的传热系数，w/（m2），可查阅手册或相关产品说明； 散热器内热媒平均温度，；供暖室内计算温度，；散热器组装片数修正系数；散热器连接形式修正系数；散热器安装形式修正系数。散热器片数或长度可按下式计算：n=a/f式中 每片或每1m长的散热器面积，m2/片或m2/m。计算散热器散热面积时，由于每组片数或总长度未定，可先假定=1进行计算，计算出和n的初始值，然后根据每组的片数或长度乘以修正系数，最后确定散热器面积。（2）散热器内热媒平均温度散热器内热媒平均温度随供暖热媒（蒸汽或热水）参数和供暖系统形式而定。在热水供暖系统中，为散热器进出口水温的算术平均值。式中 散热器进水温度，； 散热器出水温度，。二层东户卧室2001为例：q=574.35w ，热媒温度 =75，回水温度：=50，=62.5，室内温度为=18，连接方式采用同侧上进下出，则2=1，安装为明装但在散热器上部有窗台板覆盖，散热器距窗台板高度为150mm，则3= 1.03。四柱813型铸铁散热器详细参数见表3-1表3-1型号散热面积水容量质量工作压力传热系数四柱8130.28m2/片1.4l/片8kg/片0.5mp2.237 t0.302散热器传热系数k=7.04w/()所以散热器面积为：f=q23/k（tpj-tn）=1.89取四柱813型散热器片数n=f/f=1.89/0.28=6.75取整得n=7片其余散热器计算同上，计算结果如表3-2:表3-1住宅楼散热器计算供水温度75回水温度50连接修正1安装修正1.02散热器型号四柱813型片数修正0.951.10房间号房间负荷q（w）单个房间散热器组数设计温度散热器型号散热器热量q（w）温差散热器面积修正后片数1001987.64118四柱813型98764.51.9871002269.66123四柱813型26959.50.631003872.52118四柱813型87364.51.7571004670.93123四柱813型67159.51.56续表3-2住宅楼散热器计算供水温度75回水温度50连接修正1安装修正1.02散热器型号四柱813型片数修正0.951.10房间号房间负荷q（w）单个房间散热器组数设计温度散热器型号散热器热量q（w）温差散热器面积修正后片数1005449.42118四柱813型44964.50.9410062442.96218四柱813型244364.54.9182001749.47118四柱813型74964.51.562002210.17123四柱813型21059.50.4722003624.51118四柱813型62464.51.1952004551.21123四柱813型55159.51.2252005318.34118四柱813型31864.50.63320062067.48218四柱813型206764.54.151560011093.94118四柱813型109464.52.1986002316.84123四柱813型31759.50.736003991.97118四柱813型99264.51.9986004855.76123四柱813型85659.51.9176005662.61118四柱813型66364.51.33560063029.22218四柱813型302964.56.022第4章 供暖系统的水力计算4.1 水力计算的目的 热水供暖系统进行管路水力计算的目的，是保证系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合需要。4.2 水力计算的步骤（1）确定最不利环路，由系统管路图，最不利环路选18,19，环路。（2）本设计采用推荐比摩阻法确定管径。推荐比摩阻r大致为60120pa/m。根据各管段热负荷，由公式，求出各个管段的流量q。 （3）由热水供暖系统管道水力计算表，通过流量q和推荐比摩阻r查出管径r。4.3 室内热水供暖系统水力计算中应注意的几点(1) 热水供暖系统的循环作用压力1) 系统循环水泵的扬程；2) 自然循环作用压力。(2)系统作用压力应消耗在克服系统管路阻力并留有一定的储备压力。整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加的附加值，以此确定系统必须的循环作用压力。(3)对于并联环路，两节点之间的管路阻力应平衡，不平衡率应符合下列要求：双管异程系统: 25%；双管同程系统: 15%；单管异程系统: 15%；单管同程系统: 10%。由于管径限制，若不平衡率较大时,自动调节流量来实现阻力平衡,由此产生流量偏大或偏小,从而偏离设计流量而出现水力失调及热力失调。(4)热水供暖系统水力计算应从最不利环路开始1）最不利环路的确定 热水供暖系统的最不利环路是指比摩阻最小的环路，一般为最远立管环路。2）最不利环路比摩阻的计算最不利循环环路每米管长的沿程阻力可由下式计算： pa/m式中 最不利循环环路的循环压力，pa；最不利循环环路的总长度，m；沿程压力损失约占总压力损失的估计百分数；查附录4-7，一般取=50%选择适当的比摩阻值是一个技术经济问题，为了各循环环路易于平衡，最不利环路的比摩阻，一般取 60120pa/m。(5)近环路限定流速 为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路分支管段的比摩阻和流速，但流速过大，会产生噪声。暖通规范规定，最大允许的水流速度，民用建筑不应大于1.2 m / s。(6)采暖系统供水干管的末端,回水干管的始端d20mm。4.4 水力计算表表4-1 底层水管水力计算表水管水力计算表序号负荷(w)流量(kg/h)管径管长(m)(m/s)r(pa/m)py(pa)动压(pa)pj(pa)py+pj(pa)15693195.839dn202.20.15824.39953.6771812.121218.17271.84724471.52153.82dn158.80.22671.963633.27214.524.778359.279992.55133250.04111.801dn1520.16439.27678.5511313.09170.166248.71742800.6296.3413dn1530.14229.68789.0611.59.72111.779200.83951928.166.3266dn1540.09714.82759.307134.60759.89119.197 续表4-1 水管水力计算表序号负荷(w)流量(kg/h)管径管长(m)(m/s)r(pa/m)py(pa)动压(pa)pj(pa)py+pj(pa)61658.4457.0503dn154.70.08411.24152.835133.40844.30997.1447670.823.0755dn1520.0341.5193.03911.50.5586.4139.45285693195.839dn2080.15824.399195.189312.12136.362231.551表4-2 标准层水管水力计算表水管水力计算表序号负荷(w)流量(kg/h)管径管长(m)(m/s)r(pa/m)py(pa)动压(pa)pj(pa)py+pj(pa)14521155.522dn202.20.12615.8334.827187.644137.588172.41523521121.122dn158.80.17845.691402.08114.515.363222.768624.84932453.5284.4011dn1520.12423.1846.361137.4696.979143.3442135.1873.4502dn1530.10817.90453.71111.55.6564.971118.68251510.6751.967dn1540.0769.4837.918132.82836.76574.68361300.544.7372dn154.70.0667.22233.943132.09627.24761.197551.0318.9554dn1520.0281.2482.49611.50.3764.3276.82384521155.522dn2080.12615.83126.64437.64422.931149.575 表4-3 顶层水管水力计算表水管水力计算表序号负荷(w)流量(kg/h)管径管长(m)(m/s)r(pa/m)py(pa)动压(pa)pj(pa)py+pj(pa)196950239.08dn202.20.19335.59178.3011818.064325.148403.449205435.39186.977dn158.80.275104.583920.32914.536.611530.8631451.192213920.78134.875dn1520.19856.027112.0531319.05247.652359.705续表4-3水管水力计算表序号负荷(w)流量(kg/h)管径管长(m)(m/s)r(pa/m)py(pa)动压(pa)pj(pa)py+pj(pa)196950239.08dn202.20.19335.59178.3011818.064325.148403.449205435.39186.977dn158.80.275104.583920.32914.536.611530.8631451.192213920.78134.875dn1520.19856.027112.0531319.05247.652359.705223258.17112.081dn1530.16539.461118.38411.513.155151.286269.67232266.277.9573dn1540.11519.99579.981136.36482.736162.717241949.3667.058dn154.70.09915.1371.11134.70961.218132.32825855.4229.4264dn1520.0431.9383.87511.50.90710.42814.303266950239.08dn2080.19335.591284.732318.06454.191338.923表4-4 立管水管水力计算表水管水力计算表序号负荷(w)流量(kg/h)管径管长(m)(m/s)r(pa/m)py(pa)动压(pa)pj(pa)py+pj(pa)159058.222031.6dn4040.4473.276293.1044.594.124423.558716.662248174.251657.19dn3230.473100.499301.4963108.343325.029626.525339476.581357.99dn3230.38768.221204.663372.753218.259422.922430778.91058.79dn3230.30242.147126.441344.226132.678259.119522081.23759.594dn2530.3895.022285.065369.963209.888494.953613383.56460.394dn200.30.372125.23937.572366.986200.957238.529小计212952.77325.5616.31248.34119.51510.3692758.71 5.5 不平衡率的计算经计算得六层的环路为最不利环路。表4-5 立管水管水力计算表层数123456总阻力(pa)3604.624037.934883.785402.026391.928649.71不平衡率（%）4843332716-参考文献1 实用供热空调设计手册2 1803全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调动力3 供热工程，田玉卓、闫全英等人，机械工业出版社；4 空气调节，赵荣义、范存养等编，中国建筑工业出版社；6 流体输配管网，付祥钊 王岳人等，北京：中国建筑工业出版社7 采暖通风与空气调节制图标准（gb/t50114-1）附录 房间负荷计算表附录-1 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/(m2)）温差修正系数基本耗热量(w耗热量修正冷风渗透耗热量(w房间耗热量（w）户间热负荷80%（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（m2）朝向修正%修正耗热量(w)123456789101112131415161001卧室1北外墙6.918-7.6270.7971148.4865155.911952.2011987.6411北外窗2.73218.75229.6462.61西外墙13.50.797290.507-5275.98第一地带16.20.47205.6205.6第二地带3.20.2319.8719.87第三地带0.80.122.592.59上楼板14.41260.58635.44续表附录1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/(m2)）温差修正系数基本耗热量(w耗热量修正冷风渗透耗热量(w房间耗热量（w）户间热负荷80%（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（m2）朝向修正%修正耗热量(w)123456789101112131415161002主卫西外墙6.323-7.6320.7971160.675-5152.640260.3602269.6602第一地带3.780.4756.8556.85邻户隔墙15.41851.43719.419.4邻户隔墙22.468.848.84邻户隔墙36.322.6322.63上楼板3.781760.5869.3续表附录1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/(m2)）温差修正系数基本耗热量(w耗热量修正冷风渗透耗热量(w房间耗热量（w）户间热负荷80%（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（m2）朝向修正%修正耗热量(w)123456789101112131415161003卧室2南外墙6.918-7.6270.7971148.486-20118.78834.7244872.5244南外窗2.73218.7-20174.969.39西外墙14.40.797309.8705-5294.3776第一地带16.80.47213.19213.19第二地带3.20.2319.8719.87第三地带1.280.124.154.15上楼板15.3660.58637.8续表附录1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/(m2)）温差修正系数基本耗热量(w耗热量修正冷风渗透耗热量(w房间耗热量（w）户间热负荷80%（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（m2）朝向修正%修正耗热量(w)123456789101112131415161004客卫北外墙5.0423-7.6320.7971128.5445134.97644.3467670.9267北外窗2.163207.365217.7367.76第一地带4.80.4772.1972.19第二地带4.80.2335.3335.33第三地带1.20.124.64.6邻户隔墙113.51851.43748.548.5邻户隔墙217.6163.2763.27上楼板10.81760.58626.581005卧室3南外墙6.318-7.6270.7971135.566-20108.45413.9809449.4209南外窗2.73218.7-20174.969.39第一地带60.4776.1476.14第二地带60.2337.2637.26第三地带2.40.127.787.78上楼板14.41260.58635.441006客厅餐厅厨房北外墙8.118-7.6270.7971174.3045183.022319.9562442.956北外窗2.73218.75229.6465.75东内墙15.061.4370.8467.45-5444.08东内门2.46.5336.96-5320.11南外墙6.840.797117.751-2094.20南外门5.766.5808.7-20647第一地带15.60.471197.96197.96第二地带15.60.2396.8896.88第三地带5.160.1216.7216.72第四地带13.020.0724.624.6上楼板50.641260.586123附录-2 标准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/(m2)）温差修正系数基本耗热量(w耗热量修正冷风渗透耗热量(w房间耗热量（w）户间热负荷80%（w）房间总耗热量（w）名称及方向面积（m2）朝向修正%修正耗热量(w)123456789101112131415162001卧室1北外墙6.918-7.6270.7971148.4865155.911515.71515.71北外窗2.73218.75229.6462.61西外墙13.50.797290.507-5275.984上楼板14.41260.58612.66下楼板14.412.662002主卫西外墙6.323-7.6320.7971160.675-5152.64203.5102210.1702邻户隔墙15.41851.43719.419.4邻户隔墙22.468.848.84邻户隔墙36.322.6322.63上楼板3.781760.5863.33下楼板3.783.332003卧室2南外墙6.918-7.6270.7971148.486-20118.786597.5144624.5144南外窗2.73218.7-20174.969.39西外墙14.40.797309.8705-5294.3776上楼板15.361260.58613.5下楼板15.3613.52004客卫北外墙5.0423-7.6320.7971128.5445134.966532.2267551.2067北外窗2.163207.365217.7367.76邻户隔墙113.551.43748.548.5邻户隔墙217.6163.2763.27上楼板10.81760.5869.49下楼板10.89.492005卧室3南外墙6.318-9270.7971135.5663-20108.4509292.8009318.3409南外窗2.73218.7-20174.969.39上楼板14.4-7.660.58612.77下楼板14.412.772006客厅餐厅厨房北外墙8.118-9270.7971174.3045183.0151980.6562067.476北外窗2.73218.75229.6462.61东内墙15.061.4370.8467.45-