集中供热热水网路设计毕业设计供热外网;.doc

本科学生毕业设计太原某师范学院集中供热热水网路设计院系名称： 土木与建筑工程学院 专业班级： 建筑环境与设备工程11-1班学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一五年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of Central Heating and hot water network in a Normal University in Taiyuan矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Department：School of Civil and Architectural Engineering Specialty：Architectural Environment andEquipment EngineeringClass： 11-1 Candidate： Advisor： Academic title：Associate ProfessorHeilongjiang Institute of Technology2015-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要伴随科技的飞速发展和人们对生活舒适意识的不断改变，我们建筑环境与设备工程专业面临的挑战也在升高。在绿色环保节能的基础上人性化、智能化的超舒适性生活环境日益成为建环的发展新方向。当然下层基础决定上层建筑，实现更高的水平就应该从基础内容开始。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。集中供热系统相对于以前的分散式供热系统具有热源容量大、热效率高、节约劳动力和占地面积小等优点，成为目前国内迅速发展的城市供热方式1，较为公认的集中供热系统是由热源、热网、热用户三部分组成。本设计为太原某师范学院集中供热热水网路设计。所以设计内容由这三个部分展开。热源：一级网为市政供水；二级网为热力站。热网：一级网为管沟枝状形式；二级网为直埋枝状形式。热用户：以学校教室、宿舍、办公室、实验室等，且为中低层建筑。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。当前乃至以后，能源紧缺将是制约我国经济发展的重要因素，并已被公认为是全世界普遍性的问题。供热工程设计应该从开源节流的角度出发，因地制宜地确定综合利用能源的供热方案。与此同时结合我国的特殊国情，应充分考虑建设资金短缺等实际困难，在确定设计方案时力求降低造价，做到“物美价廉”。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。关键词：热负荷；集中供热；水力计算；运行调节；补偿器；保温；MathcadAbstractWith the rapid development of science and technology and the changing of peoples life comfort consciousness, the challenge of building environment and equipment engineering is also increasing. In the green energy saving and energy saving, the humanity and the intelligent comfort living environment is becoming the new direction of the HVAC development. Of course, the lower base determines the superstructure, the higher level should start from the basic content.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。Centralized heating system has the advantages of large heat capacity, high heat efficiency, saving labor force and covers an area of small, etc. compared with the previous decentralized heating system, become the current rapid development of domestic urban heating mode, is recognized as the central heating system is heating heating net, customers, and is composed of three parts. The design of the central heating and hot water network design for a normal university in Taiyuan. So the design content is started by the three parts. Heat source: the first grade net is the municipal water supply; the two grade net is the thermal station. Heat network: first grade network for municipal water supply; the two level network for directly buried installation. Hot user: for school classrooms, dormitories, offices, laboratories, etc., and for the middle and lower buildings.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。At present, the energy shortage will be the important factor that restrict the economic development of our country, and has been recognized as the universal problem of the whole world. Heating engineering design should start from the point of view to determine the broaden sources of income and reduce expenditure, the comprehensive utilization scheme of suit ones measures to local conditions of heating energy. At the same time, combined with the special situation of our country, we should take full consideration of the practical difficulties such as the shortage of construction funds, In determining the design makes every effort to reduce the cost, to achieve “high quality and inexpensive” .厦礴恳蹒骈時盡继價骚。Keywords: heat load, central heating, hydraulic calculation, operation adjustment, compensator, heat preservation, Mathcad茕桢广鳓鯡选块网羈泪。II目 录摘要I鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。AbstractII籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。第1章 绪 论1預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.1概述1渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.2 设计目的及意义1铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.2.1 设计目的1擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2.2 设计意义1贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1.3 自然地理概况2坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。1.4 工程概况2蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。第2章 热负荷3買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.1 热负荷统计原理3綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.2 热负荷计算方法3驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.3 热负荷延续时间图4猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2.3.1 热负荷延续时间图的意义4锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。2.3.2 热负荷延续时间图的原理4構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.3.3 热负荷延续时间图的绘制5輒峄陽檉簖疖網儂號泶。2.4 本章小结6尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。第3章 供热方案7识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.1 热力管道系统及选择7凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3.1.1 热力管道系统的分类7恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.1.2 热力管道系统的选择7鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.2 热力管道系统的布置与敷设8硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.2.1 热力管道系统的布置方式8阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。3.2.2 热力管道系统的敷设原则9氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。3.2.3 热力管道系统的材料及连接9釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。3.2.4 热力管道系统的附件与设施9怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3.3 热源10谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.4 本章小结10嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。第4章 水力计算11熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。4.1 水力计算的任务11鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。4.2 水力计算的原理11纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。4.3 水力计算的实例13颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。4.3.1 一级网水力计算实例13濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。4.3.2 二级网水力计算实例16銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。4.4 水压图18挤貼綬电麥结鈺贖哓类。4.4.1 水压图的作用18赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。4.4.2 水压图绘制满足的基本技术要求19塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。4.4.3 水压图绘制实例19裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。4.5 本章小结21仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。第5章 水力工况22绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。5.1 水力工况基本原理22骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。5.1.1 管网特性曲线22瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。5.1.2 循环水泵流量-扬程特性曲线及其方程23鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。5.2 水力工况的分析与计算23栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。5.2.1 管网特性曲线的确定23辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。5.2.2 循环水泵的性能曲线的确定。24峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。5.2.3 水泵与管网联合特性曲线25詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。5.3 水力工况的稳定性26则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。5.4 本章小结26胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。第6章 运行调节27鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。6.1 运行调节形式27稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。6.2 运行调节原理27陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。6.3 运行调节实例29沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。6.4 本章小结30钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。第7章 管道热补偿及应力计算31懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。7.1 热补偿31謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。7.1.1 热补偿设计原则31呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。7.1.2 热伸长量的计算31莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。7.1.3 补偿器选型31麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。7.2 管道应力计算32納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。7.2.1 管道理论壁厚计算32風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。7.2.2 热力管道固定支吊架间距32灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。7.2.3 活动支架计算间距33铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。7.3 本章小结33攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。第8章 换热站34趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。8.1 换热站简述34夹覡闾辁駁档驀迁锬減。8.2 换热站设计原则35视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。8.3 换热站布置要求35偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。8.4 本章小结35緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。第9章 设备及附件选型36騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。9.1 换热器36疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。9.2 热网循环水泵37镞锊过润启婭澗骆讕瀘。9.3 补给水泵38榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。9.4 补给水箱39邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。9.5 综合水处理器40嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。9.6 除污器41该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。9.7 本章小结41劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。第10章 管道的保温及防腐42臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。10.1 管道的保温及防腐的原则42鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。10.2 管道的保温及防腐的计算42穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。10.2.1 保温层厚度计算42隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。10.2.2 散热损失计算43浹繢腻叢着駕骠構砀湊。10.2.3 管道防腐44鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。10.3 本章小结44惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。结论45贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。参考文献46嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。致谢48薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。附录1 小区采暖热负荷统计49齡践砚语蜗铸转絹攤濼。附录2 水力计算表格53绅薮疮颧訝标販繯轅赛。附录3 水泵样本60饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。附录4 套筒补偿器规格表63烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。附录5 板式换热器样本64鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。第1章 绪 论1.1概述中国社会进入小康水平之后，温饱问题“不知不觉”的就解决了。这样人们的注意力顺其自然地转移到对居住环境的改善。对环境的控制取决于四个主要因素：温度、湿度、空气洁净度和空气流速。对于北方广大地区来说温度的改变是至关重要的，依次而展开的供热工程应运而生。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。供热工程主要分为内网（建筑物供暖工程）、外网（集中供热工程）两个层面。虽然有些具体的设计与计算原则不太一样，但系统的组成都是一样的，即：热源（热媒制备）、热网（热媒输送）和热用户（热媒利用）。并且大体上的水力计算特色都是以控制比摩阻来实现（也有控制流速的）对管径的选择。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。我国的供暖事业起步于20世纪50年代，当时是以苏联供暖技术为依据的。经过广大的建环（暖通空调）前辈们的辛勤努力，终于在1987年颁布了适合我国国情特色的采暖通风与空气调节设计规范（GBJ 19-87）。其中对于供暖室外计算温度和热负荷确定及计算方法和原则，同先进国家的规范相比，毫不逊色。不过应看到我国的科研理论水平非常高，但与之相匹配的具体实践工作则很不到位。这也是我们建环人今后努力发展的方向1。婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。1.2 设计目的及意义1.2.1 设计目的本次设计的主要目的就是让我们这些在象牙塔中的学生走进理想状态下的实际工作。更为着重的进行思维工程化的培养。使得理论联系实际的能力及一步加强。“文能专心搞研究，武能精致做项目”。譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。为了较好的锻炼自己的设计能力，较为广泛的查阅建环相关的设计规范和图集手册等专业资料。设计过程中也体现了自己的小想法，采用了一些非传统的设计模式，所谓创新，就应该从小处开始。俦聹执償閏号燴鈿膽賾。1.2.2 设计意义从宏观方面来分析具有以下三个方面：1、经济效益：集中供热系统的热容量大、热效率高，可以大大降低供热设计及运营管理等成本，为国家节约能源立下汗马功劳。缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。2、环境效益：集中供热系统不仅能提供稳定的可靠的高品位能源，还有利于城镇的美化。能够使城镇的整体形象明显提升，从某种意义上实现人与自然和谐相处。骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。3、社会效益：集中供热系统的结构相对分散式供热来说，系统结构的简洁优化非常明显，能够有效的利用城市有效空间，同时大大改善了社会管理。癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。1.3 自然地理概况太原为中国的能源和重工业基地之一。太原台站的地理坐标为东经11233，北纬3747。海拔778.3m。地处于寒冷B区。太原属北温带大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温10.0，最大冻土深度为72cm。供暖日期为11.0603.26共141天。鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。1.4 工程概况本设计为太原某师范学院集中供热热水网路设计，校园构成多样化，主体为教学楼和居住楼，还有少量的商业建筑及医院。榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。建筑面积：1321119m供暖热负荷：76730kw70第2章 热负荷供暖系统热负荷是供暖系统设计中最基本的数据。它直接影响供暖系统方案的选择。系统热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的最重要的依据。热负荷的科学准确与否直接关系到节能的根本成败。逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。2.1 热负荷统计原理因为是对集中供热系统进行初步设计，所以不具备较准确的建筑物热负荷资料。根据城镇供热管网设计规范：当没有建筑物设计热负荷资料时，各种热负荷可采用概略计算方法。具体分为体积热指标法或面积热指标法。对于体积热指标法，虽然物理概念明确清晰，但采用建筑面积热指标法计算很简便，是国内外普遍采用的方法，所以本次设计采用该种方法。并且在总结我国许多单位进行建筑物供暖热负荷的理论计算和实测数据工作的基础上，我国城镇供热管网设计规范（CJJ34-2010）给出了供暖面积热指标的推荐值。幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉。2.2 热负荷计算方法集中供热热负荷主要由供暖设计热负荷、通风设计热负荷、生活用热的设计热负荷和生产工艺热负荷组成。它同室内供暖誦终决懷区馱倆侧澩赜。为了突出主要问题，本次设计热负荷仅采用采暖热负荷。采暖热负荷是城市集中供热系统中最重要的负荷，它的设计热负荷占全部设计热负荷的80%-90%以上（不包生产工艺用热），采暖设计热负荷的概算采用面积热指标进行计算4，如式（2.1）：医涤侣綃噲睞齒办銩凛。 （2.1）式中 采暖设计热负荷，；采暖建筑物的建筑面积，；采暖热指标，；即每平方米建筑的供暖设计热负荷。其推荐值见表2.1；表2.1 采暖热指标推荐值 （）建筑类型住宅居住区综合医院托幼旅馆商店未采取节能措施58646067658065706580采取节能措施40454555557050605570注1表中数据适合于我国东北、华北、西北地区。2热指标已包括5%的管网热损失。由于该小区为新建小区，采用了较好的节能措施，故计算时采用上表中的采取节能措施的采暖推荐热指标5。以1号用户（学生公寓）为例。建筑面积36000m2，按住宅算取热指标为45W/m2，所以供暖热负荷=1620000W=1620kW。舻当为遙头韪鳍哕晕糞。供暖设计热负荷计算结果见附录1。2.3 热负荷延续时间图在供热工程规划设计过程中，需要绘制热负荷延续时间图。其特点为热负荷不是按出现时间的先后来排列，而是按其数值的大小来排列。鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯。2.3.1 热负荷延续时间图的意义通过绘制热负荷延续时间图，能够清楚的显示出不同大小的供暖负荷在整个采暖季节累计耗热量，以及它在整个采暖季节总耗热量中所占的比重，这对于城市集中供热规划方案进行技术经济分析时，具有十分重要的意义。筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废。2.3.2 热负荷延续时间图的原理热负荷延续时间图需要有热负荷随室外温度变化曲线和室外气温变化规律的资料才能绘制。供暖热负荷随室外温度变化曲线：先求出某一室外温度下的供暖热负荷，如式（2.2） （2.2）式中 在室外温度下的供暖热负荷，W; 供暖设计热负荷，W; 某一室外温度，； 供暖室外计算温度，； 室内计算温度，取18。供暖热负荷延续时间图公式，如公式（2.3）： N5 = （2.3） 5300，所以控制比摩阻最大也应小于300Pa/m。根据和=226.7t/h，通过鸿业水力计算器得支2对应的管径、比摩阻及流速DN=500mm；R=42.63Pa/m；v=1.528m/s。支2的局部阻力的当量长度，可由参考文献8的表6-1查取，得：DN300分支三通1个 212.6mDN300的阀门2个 23.36m局部当量长度为 Ld=19.32m管段支2的折算长度 Lzh=19.32+35.0=54.3m管段支2的压力损失 =9236Pa由于9236Pa35839Pa，为保证管线正常压力，应设置调节阀分压。用同样的方法，可计算支线线的其余管段。确定其管径和压力损失。管段的局部阻力如表4.3所示，管径和压力损失计算结果列于表4.4。箪啬癲剀净赶钩嬙鳄凫。表4.3 一级网支线局部阻力当量长度计算表管段编号弯头（单缝焊接）三通阀门异径接头套筒（管）补偿器支1118.1直通113.914.1711.438.34支2分支112.623.36表4-4 一级网支线管段水力计算表管段编号计算负荷 Q（kW）计算流量 G（t/h）管段长度 L（m）公称直径 DN（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）当量长度Ld（m）折算长度Lzh（m）压力损失 P（Pa）一级网支管计算表支124491.6351.0728.53001.35563.5262.59791.150247支215818.0226.735.02001.774170.0319.3254.392364.3.2 二级网水力计算实例二级网的水力计算与一级网基本相同，主要区别为：二级网隶属于街区，其经济比摩阻为60100Pa/m；局部阻力折算长度用局延比（局部阻力损失与沿程阻力损失的估算比值）进行计算，本次设计局延比设定为0.3。顽鷙瑪滨廈岘轆庫糞糧。图4.2 二级网3号热力站水力计算草图1、最不利线的计算主干1：计算流量为各个热用户流量的总和t/h使用鸿业水力计算器求得二级网主干1对应的管径、比摩阻及流速。DN=350mm；R=93.41Pa/m；v=1.816m/s。管段主干1的折算长度 =102.1（1+0.3）=132.8m管段主干1的压力损失 =12401Pa同样的算法可以确定二级网各个主干线的管径与压力损失。主干线的管径和压力损失计算结果列于表4.5。表4.5 3号热力站二级网水力计算表管段编号计算负荷 Q（kW）计算流量 G（t/h）管段长度 L（m）公称直径 DN（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）当量长度Ld（m）折算长度Lzh（m）压力损失 P（Pa）累计损失 P（Pa）二级网三号热力站计算表（经济比摩阻为60100Pa/m）主干115818.0680.2102.13501.81693.4130.6132.81240175039主干29840.0423.1139.43001.60290.6441.8181.21642062638主干38220.0353.5141.93001.33863.3642.6184.41168646218主干46840.0294.152.82501.610115.4715.868.6792034532主干55820.0250.395.52501.37083.7228.7124.21039626612主干63720.0160.0102.12001.22883.4830.6132.81108416216主干73180.0136.764.62001.05061.1119.484.0513251322、支线的水力计算对支1（62号）线为例进行二级网支线计算。支1的资用压力为： Pa设局部阻力损失与沿程损失估算比值=0.2，则比摩阻大致应控制为：Pa/m由于38.7400，所以控制比摩阻只需在38.7Pa/m左右即可。根据和=23.2t/h，通过鸿业水力计算器得支2对应的管径、比摩阻及流速DN=100mm；R=34.0Pa/m；v=0.747m/s。依次计算二级网各支线管段；水力计算见表 4.6。表4.6 二级网3号换热站支线水力计算表管段编号计算负荷 Q（kW）计算流量 G（t/h）管段长度 L（m）公称直径 DN（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）当量长度Ld（m）折算长度Lzh（m）压力损失 P（Pa）支1540.023.234.01000.74778.1010.244.13447支22100.090.36.01251.902380.811.87.82970支31020.043.984.51001.411276.3725.3109.830356支41380.059.341.91251.250165.0412.654.48984支51620.069.767.61251.467227.0920.387.819948支65978.0257.184.72001.973214.7125.4110.1236393、其他换热站下的二级网水力计算表参见附录1。4.4 水压图热水网路设计和运行中，常常以水压图的形式表示出系统各点压力大小和分布情况。如供暖区域的地形，室外热力管网连接的各用户室内系统的高度、循环输泵的扬程以及全部管网、用户系统的压力损失等，都直接影响水压图的变化。漬閫熾诀团諳赓戰餛锰。4.4.1 水压图的作用绘制水压图可以较为全面地反映热网和各热用户的压力状况，并确定使其实现的技术措施。在运行中，通过热水管路的实际水压图，可以全面地了解整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况，从而发现关键性的矛盾和采取必要的技术措施，保证管网的安全运行。鐸輜澠顶嫻塊謂斕痹廪。4.4.2 水压图绘制满足的基本技术要求热水全年供热系统在运行或停止运行时，系统内热媒的压力必须满足下列基本技术要求：1、管网最高点的水不会被汽化，并应有3050kPa的富裕压力6。当水温超过100时，压力不应低于该水温下的汽化压力和富裕压力之和。水温在100150时的汽化压力见表4.7。抢觀淚婭师讴论櫚阵蘚。表4.7 不同水温下的汽化压力水温/100110120130140150汽化压力/kPa045.08100.94172.48263.62378.282、不应使低点的用热设备破裂。目前国内散热器允许压力如下：铸铁散热器 0.4MPa；钢排管散热器 1.0MPa；钢制板式换热器 0.50.8Mpa。3、当循环水泵工作时，供水管网任何一点的压力都应满足上述要求。4、当循环水泵工作时，回水管网任何一点的压力，不应低于50kPa，且不应超过直接连接用户的系统的允许压力值。贼組櫻種愨单蝕渾潷骡。5、供、回水管网的压差，应满足用户系统所需要的压头或设备阻力损失。常用设备所需的压头推荐值为2：水-水加热器系统 100kPa；供暖系统 20kPa；除污器阻力 10150kPa。4.4.3 水压图绘制实例本例以二级网3号热力站为例。有两种绘制方法：根据给定的比摩阻值和局部阻力所占的比例，确定一个平均比压降，亦即确定回水管动水压的坡度，初步绘制回水管动水压线；已知热水网路水力计算结果，可按各管段的实际压力