北京市某小区室外官网工程设计

1 北京建筑大学北京建筑大学 环境与能源学院环境与能源学院 2015 2015 20162016 学年学年 课程设计指导书课程设计指导书 课程名称 供热工程 设计题目 北京市 某小区室外管网工程设计 班 级 学生姓名 学 号 日 期 指导教师 院 长 2015 年 10 月 10 日 2 目录目录 一 供暖系统设计热负荷 5 二 热负荷延续时间图及年耗热量 5 2 1 供暖热负荷延续时间图 5 三 热网形式与敷设方式的选择 6 3 1 热网系统型式的选择 6 3 2 供热管网的敷设方式的选择 8 四 水力计算 8 4 1 热水网路水力计算的方法及步骤 8 4 2 本设计中某小区热水网路的水力计算 8 五 供热调节 14 5 1 供热管网运行调节的目的 15 5 2 供热管网运行调节的方法 15 5 2 1 减少供热量 15 5 2 2 热量分配应均衡 15 5 3 供热管网运行调节的实用设备 15 5 3 1 自力式流量控制阀 15 5 3 2 压差阀 15 5 3 3 均流阀 16 5 3 4 温控阀 16 5 4 供热管网的运行调节 16 5 4 1 质调节 16 5 4 2 量调节 16 5 4 3 间歇调节 16 5 4 4 分阶段改变流量的质调节 16 5 5 在运行调节过程中需注意的问题 17 六 附件的选择 17 6 1 固定支架的选择 17 6 2 补偿器选择计算 18 6 2 1 供热管道的热伸长 18 6 2 2 管道的补偿器 18 参考文献 19 3 前言 摘 要 本次设计地点范围为北京市某小区 设计的主要内容为小区室外管网工程 设计 供暖系统 随着人们生活水平的提高 集中供热被越来越多地采用 采用集 中供暖可以减少能量的浪费 提高供热效率 减少环境污染 利于管理 同时采 用集中供热可提高供热质量 提高人们的生活质量 但是在以往的设计中 由于 外网与内网的配合往往出现缝隙 使得各个建筑物的资用压头与实际需要的 出现偏差 使系统水力失调 浪费了大量的热量 而供热效果却不甚理想 本次 设计要求解决这一问题 使得系统的平衡性有一个较大的提高 减少系统的失 调损失 节省燃料和电 水的消耗 并提高供热质量 关键词 供热效率 换热站 资用压差 水利失调 1 1 我国城市供热的技术走向 1 我国城市集中供热的技术方向 主要采用热电联产的型式 这是我国当 前的具体情况决定的 当然 集中供热的首要前提是节约能源 但是当前 我国电力紧张的局面也是不能忽视的 在供热的同时 生产一定量的电力 也能缓解部分用电的需要 2 落实热负荷 是集中供热一切要素之首 没有准确的热负荷 热电站的 建设将似海滩上的建筑 不仅不能节约燃料 更无经济效益可谈 3 目前 我国建设资金短缺 无论是建设热源还是管网 耗资都相当大 因此 改造老凝汽式电站为热电厂 既可大大降低投资 也可缩短工期 且运行效益可立竿见影 这是集中供热应优先考虑的热源 4 尽可能在老厂扩建供热机组 降低生产与非生产设施投资 并且技术上 有比较强的后盾 安全生产有比较可靠的保证 5 热源内机组参数的选择 应优先选用较高参数的机组 12MW 及 6MW 容量机组 宜选用次高压 3MW 及以下机组宜选用中压机组 总之应尽可 能少用和不用次中压或低压机组 6 热源内机组型式的选择 宜以背压机组带基本负荷 在多台机组中可选 用一台抽汽冷凝机组 以增加负荷调节的灵活性 7 在大 中城市采暖负荷较大时 宜选用大容量的两用机组 采暖季节降 低部分电负荷供热 非采暖季节仍恢复正常运行 节能效益是非常理想的 8 近年发展起来的循环流化床锅炉 具有许多优点 煤种适应范围广 适 应负荷变化范围 50 100 热效率较高 易于脱硫且投资少 适宜作建 筑材料 9 集中供热方案的优化方面 现已有北京水利电力经济研究所 清华大学 等单位研制了优化软件 它包括热源布点优化 热源机组组合选型优化 热力管网管径 路径优化 并可计算热力规划或可行性研究报告有关技术 4 经济指标等 今后应广泛应用 以节约能源 降低投资 提高效益 5 一 一 供暖系统设计热负荷供暖系统设计热负荷 热负荷为进行供暖工程设计的基础性数据 a 按用途分 民用热负荷 居民住宅和公建的采暖 空调 通风和生活热用水供应热负荷 工业热 负荷 生产工艺 厂房的采暖 通风 空调和厂区的生活用热水供应热负荷 b 按使用时间分 季节性热负荷 只在一年中某些季节才需要的热负荷 常年性热负荷 常年都需要的热负荷 其计算方法主要有以下几种 1 体积热指标法 Q qV t1 t2 0 001KW 2 面积热指标 Q Qf 0 001KW 3 城市规划指标法 根据城市规划指标 首先确定该区居住人数 然后根 据街区规划的人均建筑面积 街区住宅与公共建筑的建筑比例指标 来估 算该街区的综合供暖热指标 本课程设计 所设计的热负荷以给定 无需计算 二二 热负荷延续时间图及年耗热量热负荷延续时间图及年耗热量 2 1 供暖热负荷延续时间图供暖热负荷延续时间图 2 2 室外温度对应的供暖热负荷和延续时间 北京 下表 室外温度 w t 延续小时数 n h 供暖热负荷Q kW 6 530963008 5 325993008 5 019893008 5 214693008 5 49343008 5 64743008 5 81883008 5 91063008 5 三三 热网形式与敷设方式的选择热网形式与敷设方式的选择 3 1 热网系统型式的选择热网系统型式的选择 热网是集中供热系统重要的组成部分 担负着热能输送任务 其系统型 式取决于热媒 热源与热用户的相互位置和供热地区热用户的种类 热负荷 大小和性质等 选择热网系统形式应遵循的基本原则是安全供热和经济性 热网系统主要有以下两种型式 1 枝状管网 枝状管网布置简单 供热管道的直径 随距热源越远而逐渐减小 且金属 耗量小 基建投资小 运行管理简便 但枝状管网不具后备供热的性能 当供热管网某处发生故障时 在故障点以后的热用户都将停止供热 由于 建筑物具有一定的蓄热能力 通常可采用迅速消除热网故障的方法 以使 建筑物室温不致大幅度地降低 因此 枝状管网是供热管网最普遍采用的 方式 为了使管网发生故障时 缩小事故的影响范围和迅速消除故障 在于干管 相连接的管路分枝处 及在与分支管路相连接的较长的用户支管处 均应 装设阀门 7 2 环状管网 环状管网布置的主要优点是具有很高的供热后备能力 当输配干线某 处出现事故时 可以切除故障段后 通过环状管网由另一方向保证供热 环状管网和枝状管网相比 热网投资增大 运行管理更为复杂 热网要 有较高的自动控制措施 8 3 2 供热管网的敷设方式的选择供热管网的敷设方式的选择 本设计中小区供热管网的敷设方式均为无补偿直埋敷设 设固定墩 考 虑采用该敷设方式 主要是基于目前 直埋敷设已是热水供热管网的主要敷 设方式 因为无沟敷设不需砌筑地沟 土方量及土建工程量减少 管道预制 现场安装工作量减少 施工进度快 因此可节省供热管网的投资费用 无沟 敷设占地小 易于与其他地下管道和设施相协调 此优点在老城区 街道窄 小 地下管线密集的地段敷设供热管网时更为明显 5 四四 水力计算水力计算 4 1 热水网路水力计算的方法及步骤热水网路水力计算的方法及步骤 1 确定热水管网中各个管段的计算流量 管段的计算流量就是该管段所负担的各个用户的计算流量之和 根据这 个计算流量来确定该管段的管径和压力损失 各管段的计算流量可根据管段 热负荷和管网供回水温差通过下式来确定 2 确定热水管网的主干线及其沿程比摩阻 热水管网水力计算是从 主干线开始计算的 主干线是管网中平均比摩阻最小的一条管线 3 根据热水管网主干线各管段的计算流量和初步选用的平均比摩阻 数值 利用附录 9 1 的水力计算表 确定主干线各管段的管径和相应的实际 比摩阻 4 根据选用的管径和管段中局部阻力的形式 查附录 9 2 确定各 管段局部阻力的当量长度的总和以及管段的折算长度 5 根据管段的折算长度以及由附录 9 1 查到的比摩阻 利用式 9 2 5 计算主干线各管段的总压降 6 计算各分支干线或支线 4 2 本设计中某小区热水网路的水力计算 本设计中某小区热水网路的水力计算 因热水网路各用户要求预留的作用压差相等 所以从热源到最远用户这 段管线是主干线 即图中管段 1 10 为主干线 9 水力计算表 10 11 12 根据上图水力计算表进行选型计算 计算结果见表 1 2 13 表 1 水力计算表 序号负荷 W 流量 kg h 公称 直径 管长 m v m s R Pa m Py Pa 动压 Pa Pj Pa 总阻力 Pa 13 00E 06103472 39920050 1930 86936 3331823 6673370 9151112 7442936 411 22 00E 0675994 66917548 9520 91350 1392454 4053410 0981230 2953684 7 32 00E 0664501 46215037 5970 95362 0762333 8671 5446 835670 2523004 12 42 00E 0651687 01612519 6051 08399 3751948 2460 8577 011461 6092409 855 52 00E 0651687 01612538 321 08399 3753808 0480 1577 01157 7013865 749 61 00E 0637781 59912538 320 79253 692057 4161 5308 306462 4592519 875 744109015170 7658025 9060 842112 1532905 4260 1348 60834 8612940 286 842848014737 0598055 6050 818105 9525891 4590 8328 961263 1696154 628 942848014737 0598012 5780 818105 9521332 6641 5328 961493 4411826 105 102412808298 5387012 0840 64682 713999 5010 2204 86840 9741040 475 总计 1 00E 07438067 584339 1625554 69912 53901 5744827 50530382 204 14 表 2 局部阻力计算表 序号 详细设置 分流四通 13 3 分流四通 23 3 分流三通 2 1 31 5 1 5 煨弯 40 8 0 8 分流三通 1 3 50 1 0 1 分流三通 1 2 61 5 1 5 分流三通 1 3 70 1 0 1 煨弯 80 8 0 8 分流三通 2 3 91 5 1 5 蝶阀 100 2 0 2 干线阻力汇总 又计算结果可知由热力站至最远端单向阻力为 30 4KPa 则整个最不利环路的阻力约为 60 8KPa 五五 供热调节供热调节 据有关资料统计 我国建筑采暖能耗是有些发达国家建筑采暖能耗的 3 倍作用 在采 暖过程中 浪费了很多能源 导致这种现状的原因有很多 既有现在的原因 也有历史 存留的原因 无论是那种原因 通过对热网运行的调节都能提高能源的利用率 初调节 只能解决各换热站或各小区 各楼宇之间的热量均匀性 但不能保证每个热用户室温在 整个供暖期都处于一种均衡的室内设计温度 因此 需要通过热网运行调节来缓解不必 要的能源浪费问题 15 5 1 供热管网运行调节的目的供热管网运行调节的目的 供热调节的目的 一是使系统中各用户的室内温度比较适宜 二是避免不必要的热 量浪费 实现热水采暖的经济运行 及时的运行调节可以保证锅炉等设备的高效运行 保证供应热量和实际需求负荷的良好匹配 防止热量过度供应 5 2 供热管网运行调节的方法供热管网运行调节的方法 供热节能主要通过减少供热量 热量分配均衡来实现 5 2 1 减少供热量减少供热量 随着室外气温的不断变化 热网热负荷也在不断变化 供热量最小值就是为满足采 暖建筑的国家采暖标准要求时所供的热量 也就是说 总供热恰好与基本的总需求相等 供热量小于需求量说明供热不达标 供热量大于需求量 说明用户散热加大 造成热能 浪费 因此 在供热运行时 需要适时地调节热网 从而使得供求热量相等 并且始终 维持在最小值 5 2 2 热量分配应均衡 为了避免因热网的水力失衡 造成冷热不均现象发生 在热量分配上 应尽量使每 个热用户室温均衡 这样调整后使得冷的用户室温达标了 热的用户室温超标也减轻了 从而减少了热能的浪费 热网节能前的基础就是热网的平衡 并且供热调节的前提条件 就是热网的平衡 不同的供热调节方式 需要不同的热网平衡技术 5 3 供热管网运行调节的实用设备供热管网运行调节的实用设备 热网平衡设备的功能主要是利用流量输配基本规律安全实现流量按需分配 介绍几 种比较常用的设备 自力式流量控制阀 压差阀 均流阀 温控阀 5 3 1 自力式流量控制阀自力式流量控制阀 分自动和手动两部分 自动部分由自动阀瓣 弹簧和膜片组成 手动部分由手动阀 瓣 刻度尺组成 二者由一个公共的腔体有机地结合在一起 手动部分两边的压差通过 导压管作用在膜片的两侧 手动部分设定流量大小 自动部分保持手动部分两边的压差 不变 从而保持设定的流量不变 5 3 2 压差阀压差阀 稳定被控阻力件的压差 使回路之间相互独立 被控阻力件两边的压差通过导压管 作用在膜片的两侧 当被控阻力件两边的压差增大时 膜片克服弹簧的弹力带动自动阀 瓣关小自动阀口 减小流量 从而降低被控阻力件两边的压差 反之 增大被控阻力件 两边的压差 这样 就保证了被控阻力件的压差始终不变 16 5 3 3 均流阀均流阀 可调孔板上有几个大小不同的标准孔 在同样的压差下 每个孔通过不同的流量 它与流量阀或压差阀连用 效果最佳 5 3 4 温控阀温控阀 当室内温度高于给定的温度值时 感温元件热膨胀增大 克服弹簧弹力 带动自动 阀瓣 关小阀口 减小进入散热器的流量 散热器的散热量自动减小 室温随之下降 反之 室温随之升高 5 4 供热管网的运行调节供热管网的运行调节 5 4 1 质调节质调节 质调节是目前应用最多的一种调节方法 只对供水温度进行改变 而不改变循环水 流量 质调节主要适用于一 二级热网 其优点在于 水力平衡稳定 热网的自动化调 节容易实现 从而使得热源厂和热网运行更加安全 其缺点在于 实现了节热功能 但 是浪费了很大的电能 5 4 2 量调节量调节 目前量调节很少使用 供水温度始终保持不变 只对循环水流量进行改变 其比较 适合用于一级热网 但是由于目前热网平衡控制存在问题 因此 在我国运用的较少 而将量调节应用在二级热网中 技术上很难实现 在平衡控制方面 二级热网较难 并 且随着室外气温不断的升高 管网水流量逐渐的减少 此时较严重的垂直热力失调容易 在室内供暖系统中产生 节热和节电是量调节的最大优点 流量在管道中变化的实现主 要是通过压力变化来进行 而水是不可压缩的 具有非常快的传递速度 因此 此调节 能够实现调节上的同步 5 4 3 间歇调节间歇调节 间歇调节就是改变每天的供暖小时数 这种调节不会使网络的循环水量和供水温度 改变 只会将每天的供热时间不断的减少 因此 其只能作为供暖初期和末期的一种辅 助调节措施 间歇调节的优点在于 根据热用户的需求进行供热 5 4 4 分阶段改变流量的质调节分阶段改变流量的质调节 把供暖期按室外温度分成几个阶段 在每个阶段流量不变 改变管网供水温度 分 阶段改变流量的质调节主要适用于一 二级热网 在热网平衡控制上这种调节较容易实 现 但是实现上要比质调节难点 由于流量变化不连续 节热同时只能部分节电 因此 很少在一级网中使用 大多数在二级网上使用 分阶段改变流量的质调节综合质调节和 量调节的优点 节省电耗 17 5 5 在运行调节过程中需注意的问题在运行调节过程中需注意的问题 1 发挥自控系统在初调节中作用 热力站兴起年限很短 在初期设计上存在诸 多缺陷 由于近几年通讯的发展 自控调节技术被广泛应用于供热管网 但现在并不是 所有换热站可实现集中控制 大大降低了集中调控的效果 需要尽快完善 才能发挥出 效果 2 换热站回水压力泵应改为变频运行 末端热力站一次网回水上的加压泵如设 计为工频运行 当启动加压泵时 会存在抢水现象 需要临近次末端的原先资用压头满 足的热力站也启动回水加压泵 如果回水加压泵采用变频控制 末端部分的运行工况将 有明显改善 3 质调节的过程就是热源温度调整 热源受煤质及设备故障等原因在正常运行 过程中可能出现供水温度的大幅度波动 在严寒期一次网供水温度波动最高可达 20 左 右 前端热力站为维持正常温度而频繁调整一次网阀门开度 造成水力不平衡 给全网 的运行调节造成很大的困难 在运行中需要加强管理 严格控制自行调节 4 在供热设备与热网负荷匹配 同时热网也平衡的理想状况下 二级热网循环 泵变频调速具有很高的节电效益 正是由于热网的不平衡 使得二级热网循环泵变频调 速不具有较高的节能效益 从而使得此项节能技术推广受到很大的阻碍 因此 首先要 系统优化换热站设备 站内设备在选型时严格按照设计工况进行 从而使得节能效果最好 同时二级网的水利 平衡和热力平衡是质 量调节的前提 站内加装自控装置 将必要的调控装置及温控装 置加装在二级网中 在确保热用户用热效果前提下 通过质 量调节来实现节能的最佳 效果 六六 附件的选择附件的选择 6 1 固定支架的选择固定支架的选择 供热管道安装固定支架的间距如下图所示 方形补偿器 热介质 热水 管道公称直径 DN mm 敷设方式 地沟 32 50 50 50 100 60 12565 15075 20080 25085 18 350 95 6 2 补偿器选择计算补偿器选择计算 6 2 1 供热管道的热伸长供热管道的热伸长 查阅 暖通空调 附录 14 5 按以下公式计算管道的热伸长量 LttL aR 式中 管道线性膨胀系数 取 12 10 6m m 管道的最高使用温度 取 85 R t 管道安装时的温度 可近似取 5 a t 为两固定支架间距 以地沟方式输送热水 L