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南华大学采暖设计 摘要摘要 本次课程设计是选择在天津市嘉华有限公司办公楼供暖设计。根据 当地的气象资料，计算出各个房间的热负荷和冷风渗透负荷，选择散热 器类型，根据房间平面图，确定散热器的片数。选择一个较适宜的热水 供暖系统方式（上供下回） ，并进行水力计算。 关键词关键词：热负荷、水力计算、供暖。 南华大学采暖设计 目目 录录 第 1 章 工程概况1 1.1 工程概述.1 1.2 设计任务.1 1.3 设计参数.1 1.4 原始资料.2 1.5 其他资料 .2 第 2 章 负荷计算4 2.1 热负荷组成.4 2.2 负荷计算.4 2.3 负荷计算汇总.7 第 3 章 系统方案选择.9 3.1 循环动力.9 3.2 供、回水方式.9 3.3 系统敷设方式.9 3.4 供、回水管布置方式10 3.5 工程方案确定10 第 4 章 末端设备的选择11 4.1 散热器的选择和布置 11 4.2 散热器的安装12 4.3 散热器的计算12 第 5 章 系统水力计算13 5.1 确定系统原理图 13 5.1 系统水力计算 13 南华大学采暖设计 参考文献19 附录附录.20 总结总结.27 南华大学采暖设计 第 0 页 共 21 页 第 1 章 工程概况 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。 1.1 工程概述 1. 本工程为上海市巨力电子科技有限公司办公楼采暖设计，整个建筑物全为地 上 5 层，建筑面积约 2146m2，建筑占地面积约 430m2，建筑总高约 21m。一层为自 行车库，层高均为 2.7m，二层到五层主要是办公室，每层都带有洗手间。热源由城 市热网提供，供回水温度为：95、70，引入口管径为 dn50，供回水压差为 20000pa。 1.2 设计任务 本设计为整栋办公楼冬季热水供暖工程。设计主要内容为： （一）设计准备（收集和熟悉有关规范、标准并确定室内外设计参数） （二）采暖设计热负荷及热指标的计算 （三）散热设备选择计算 （四）布置管道和附属设备选择，绘制设计草图 （五）管道水力计算 （六）平面布置图、系统原理图等绘制 （七）设备材料表、设计及施工说明的编制 1.3 设计参数 本次设计任务为上海市巨力电子科技有限公司办公楼冬季采暖系统设计。采暖日 期为 12 月 18 日1 月 28 日，共 40 天。 本采暖设计，已经给出热媒，并由城市热网提供。故本设计不做热力系统机房和 室外管网等的设计。 南华大学采暖设计 第 1 页 共 21 页 1.3.1 室外设计参数 该办公楼所在的地区是上海市，查得，上海市冬季室外气象参数列在下表 1.1 中： 表表1.11.1 上海市冬季室外气象参数上海市冬季室外气象参数 台站位置大气压 力 （hpa ） 冬季室外计算干球温 度（） 室外 风速 （m/s ) 室外 相对 湿度 （ ） 地名 北纬东经 海拔 （m） 冬季采暖 冬季 空调 冬季通 风 冬季 平均 冬季 空调 上海 3124 1212 7 5.5 1026.5 1.2-23.53.374 1.3.2 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 1.2 室内设计参数 室内计算温度室内计算温度室内温度（室内温度（） 1 门厅、楼（电）梯 16 2 办公室 20 3 会议、接待室 18 4 多功能厅 18 5 走道、洗手间、公共食堂 16 6 车库 5 1.4 设计原始资料 1.4.1 土建资料 本工程为上海市巨力电子科技有限公司办公楼采暖设计，整个建筑物为全地上 5 南华大学采暖设计 第 2 页 共 21 页 层。建筑面积约 2146m2，建筑占地面积约 430m2，建筑总高 21m。层高为 3.6m。一 层为自行车库，二层至五层主要是办公室，每层都带有洗手间，且有东侧及中间两个 楼梯间 1.4.2 动力与能源资料 1. 热源：城市热网 2. 热媒：热水参数 tg=95 th=70 3. 热力入口位置：系统与室外管网连接，其引入口处供回水压差 p=20000 pa（详见图纸标示） 1.5 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。 1.6 朝向修正率 北、东北、西北朝向： 010%； 东、西朝向： 5%； 南华大学采暖设计 第 3 页 共 21 页 东南、西南朝向： -10-15 南向： -15-30 南华大学采暖设计 第 4 页 共 21 页 第 2 章 负荷计算 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。 2.1 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； 2.2 负荷计算 2.2.1 主要计算公式 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 （2-1）attkaq worj,j 式中 q围护结构的基本耗热量形成的热负荷（w） ； a围护结构的温差修正系数； 围护结构面积（） ； j a 围护结构的传热系数w/()； j k 冬季采暖室内计算温度（） ； r t 冬季采暖室外计算温度（） 。 wo, t 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) 朝向修正率参考本设计 1.6 节； 2) 风力附加率 本设计不必要考虑风力附加； 3) 围护结构的高度附加 本设计中高度附加可以忽略。 3. 冷风渗透耗热量 （2-2）)(278 . 0 .horpaoi ttclq 式中：冷风渗透耗热量（w） ； i q 南华大学采暖设计 第 5 页 共 21 页 l经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h； 供暖室外计算温度下的空气密度，本设计取 1.415kg/m3； oa. 冷空气的定压比热， =1kj/（kg） 。 p c p c 2.2.2 计算范例 在此选择一个具有典型代表意义的房间的计算过程作为范例，选取二层 201 办公 室，计算过程如下： 围护结构传热系数（单位：w/m2）： 外墙：0.5 玻璃窗：2.4 地面：0.35 屋面：0.83 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。 围护结构的基本耗热量： （2-3）（ wn t -tfkq 式中：围护结构的基本耗热量形成的热负荷（w） ； q 围护结构的温差修正系数 f围护结构的面积（m2） 围护结构的传热系数w/()；k 冬季采暖室内计算温度（） ； n t 冬季采暖室外计算温度（） m t 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 1.6 节； 风力附加率 本设计不必考虑风力附加； 围护结构的高度附加 本设计高度附加可以忽略； 南华大学采暖设计 第 6 页 共 21 页 冷风渗透耗热量 （2-2）)(278 . 0 .horpaoi ttclq 式中：冷风渗透耗热量（w） ； i q l经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h； 供暖室外计算温度下的空气密度，本设计取 1.415kg/m3； oa. 冷空气的定压比热， =1kj/（kg） 。 p c p c 二层 201 办公室位置如下图： 图 1-1 201 办公室平面图 计算： 西外墙：f=ab=8.33.6=29.88m2 其负荷为：29.880.5201=298.8w 东南外墙：f=ab=4.63.6=16.56m2 其负荷为：16.560.5201=165.6w 南外墙：f=ab=1.83.6=6.48m2 其负荷为：6.480.5201=64.8w 南外窗：f=ab=1.83.6=6.48m2 其负荷为：6.482.4201=311.04w 地面 1：f=ab=7.25.4=38.88m2 其负荷为：38.880.35201=272.16w 地面 2：f=ab=1.82.9=5.22m2 南华大学采暖设计 第 7 页 共 21 页 其负荷为：5.220.35201=36.54w 此外，其冷风渗透负荷为：0.2780.5158.761.323820=584.26w 所以该办公室的总负荷为：1645.33w 2.3 负荷计算汇总 2.3.1 二层负荷计算如下表 2.1 表2.1 二层负荷计算汇总 房间号 201202203204 负荷/w 1645.331426.19713.103784.61 2.3.2 三层负荷计算如下表 2.2 表 2.2 三层负荷计算汇总 房间号 301302303304305306 负荷/w 1336.631154.03577.02577.021154.031336.63 2.3.3 四层负荷计算如下表 2.3 表2.3 四层负荷计算汇总 房间号 401402403404 负荷/w 1336.631154.031192.411560.33 房间号 405406407408 负荷/w 577.02577.021269.441017.16 2.3.4 五层负荷计算如下表 2.4 南华大学采暖设计 第 8 页 共 21 页 表2.4 四层负荷计算汇总 房间号 501502503504 负荷/w 1336.63577.02577.02577.02 房间号 505506507508 负荷/w 367.71490.28367.71577.02 房间号 509510511 负荷/w 577.02577.021336.63 2.3.5 其他负荷计算如下表 2.5 表2.5 其他负荷计算汇总 房间号门厅过道 楼梯间（东） 楼梯间（中） 负荷/w 4062.904363.83822.44938.59 房间号卫生间 负荷/w 903.04 南华大学采暖设计 第 9 页 共 21 页 第 3 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。 3.1 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=20000 pa。故可确定本 设计为机械循环系统。 3.2 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。 3.3 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 南华大学采暖设计 第 10 页 共 21 页 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。 3.4 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。 3.5 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。 南华大学采暖设计 第 11 页 共 21 页 第 4 章 散热器的选型及安装形式 4.1 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 101，如下表 5.1： 表 4.1 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 =68.5t 8.64w/m 2 =66.5t 8.56w/m 2 =64.5t 8.49w/m 2 tz4-6-5 (四柱 760 型) 0.235m / 2 片 1.16l/片6.6kg/片0.5mpa =62.5t 8.41w/m 2 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 293. 0 tt 的差值：=（95+70）/2-tnt 4.2 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。 4.3 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。 南华大学采暖设计 第 12 页 共 21 页 4.4 散热器的计算 1、以办公室 201 为例： 热负荷 q=1645.33w，供水温度为 tg=95，th=70，=18， =64.5 n tt 由本设计表 4.1，k=8.41 w/m 2 修正系数： 散热器组装片数修正系数，先假定=1.0； 1 散热器连接形式修正系数，查表 3-21，=1.0； 2 散热器安装形式修正系数，查表 3-31，=1.02； 3 根据式（3-3）1 f=q/（kt）=1.01.01.021645.33/（8.4164.5）=3.06 1 2 3 2 m （4-1）四柱 760 型散热器每片散热面积为 0.235 m2，计算片数 n为： n= f/f=3.06/0.235=13.0425 所以该散热器片数为 13 片。 2、其他房间的散热器计算结果列于附录 2 中。 第 5 章 热水供暖系统水力计算 根据设计资料热力接口位置及设计方案，本设计热水供暖系统为单管垂直式系统。 南华大学采暖设计 第 13 页 共 21 页 5.1 确定系统原理图 根据以上分析，可画出系统图，该系统没有支路。本设计以右边立管 l2 环路计 算为例，因该环路为最不利环路。图上不带字母的数字表示管段号，散热器内的数字 表示其片数。圆圈里既带字母又带数字的表示立管编号。 5.2 系统水力计算 设计供回水温度为 95/70。对室内热水供暖系统管路，管壁的当量绝对粗糙度 k 值取 0.2mm，当 k0.2mm 时，过渡区的临界速度为=0.023m/s，=1.066m/s。 1 2 本设计热水供暖系统中，管段中的流速通常都在和之间。 1 2 5.2.1 选择最不利环路 最不利环路是通过立管 l2 的的环路。这个环路经过管段 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。 5.2.2 最不利环路的作用压力 根据已给条件：p=20kpa 5.2.3 确定最不利环路各管段的管径 （1）求单位长度平均比摩尔阻 根据式 rpj=p/ (5-1) 式中 最不利循环环路或分支环路的总长度，m； 沿程损失占总压力损失的估计百分数；查规范得 =50%。 =117.6m rpj=p/=0.520000/117.6=85.03pa （2）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下： g=3600q/4.187103（tgth）=0.86q/（tgth）kg/h (5-2) 式中 q管段的热负荷，w； tg系统的设计供水温度，； 南华大学采暖设计 第 14 页 共 21 页 th系统的设计回水温度，。 （3）根据 g，rpj,查中附录 13 1,选择最接近 rpj的管径。将查出的 d、r、和 v 值列入下表 5.1。 表5.1 分支1立管9供回水立管水力计算表 立管总阻力立管总阻力 (pa)(pa) 2293 本分支最不利环路本分支最不利环路 编号编号 q(w)q(w) g(kg/h)g(kg/h)l(m)l(m)d(mm)d(mm) (m/s)(m/s) r(pa/m)r(pa/m)py(pa)py(pa)pj(pa)pj(pa)p(pa)p(pa) vg1 9745335.232200.2767.971.513653189 vg2 9745335.233.2200.2767.9702180218 vg3 9745335.233.2200.2767.9702180218 vg4 9745335.233.2200.2767.9702180218 vh1 9745335.234.7200.2767.971.531953373 r12182335.233200.2767.973204107311 r12182228.653200.1832.73998149247 r21017106.593150.1635.929108107215 r12182335.233200.2767.973204107311 2293pp jy ）（ 表5.2 分支1立管2供回水立管水力计算表 编号编号 q(w)q(w) g(kg/h)g(kg/h)l(m)l(m)d(mm)d(mm) (m/s)(m/s) r(pa/m)r(pa/m)py(pa)py(pa)pj(pa)pj(pa)p(pa)p(pa) vg1 3612124.262150.18481.59624120 vg2 3612124.263.2150.184801540154 vg3 3612124.263.2150.184801540154 vg4 3612124.263.2150.184801540154 vh1 3612124.264.7150.18481.522624250 r1903124.263150.1848314449193 r1903124.263150.1848314449193 r1903124.263150.1848314449193 r1903124.263150.1848314449193 1601pp jy ）（ 表5.3 分支1立管1供回水立管水力计算表 编号编号 q(w)q(w) g(kg/h)g(kg/h)l(m)l(m)d(mm)d(mm) (m/s)(m/s) r(pa/m)r(pa/m)py(pa)py(pa)pj(pa)pj(pa)p(pa)p(pa) vg1 8728300.242200.2455.021.511043153 vg2 8728300.243.2200.2455.0201760176 vg3 8728300.243.2200.2455.0201760176 南华大学采暖设计 第 15 页 共 21 页 vg4 8728300.243.