供暖课程设计

长江大学工程技术学院供热工程课程设计任务书班 级 60901 专 业 建筑环境与设备 课程名称 供热工程 指导教师 姓名 城市建设系建筑环境与设备专业2012年6月目 录第1章 工程概况3第2章 设计依据32.1 任务书32.2设计参数5第3章 供暖热负荷计算63.1房间围护结构传热耗热量计算63.2房间冷风渗透与侵入量的计算 83.3房间围护结构传热耗热量计算实例8第4章 散热器的选型及安装形式104.1散热器的选择104.2 散热器的布置104.4 散热器的计算10第5章 管路布置125.1供暖系统的确定125.2水力计算12设计小结14参考文献16附录 热负荷计算详表14附录 散热器计算详表21供热工程课程设计任务与指导书一、设计任务书（一）设计目的供热工程课程设计是本专业学生在学习完供热工程后的一次综合训练，其目的是让学生根据所学理论和专业知识，结合实际工程，按照工程设计规范、标准、设计图集和有关参考资料，独立完成建筑所要求的工程设计，掌握供暖系统的设计方法，了解设计流程，通过对系统的设计进一步掌握供热工程的专业知识，深入了解负荷计算、水力计算、散热器计算、系统选择的具体方法，从而达到具有能结合工程实际进行供暖系统设计的能力。（二）设计要求 1、要求每个学生独立完成设计任务，自己确定设计方案； 2、要正确运用设计资料； 3、设计要结合工程实际，全面考虑，尽量使自己的设计具有实际施工价值； 4、要求成果：采暖施工图一套；采暖计算说明书一份。（三）设计题目某建筑物室内供暖系统设计。（四）设计资料 1、地点：山西太原 2、气象资料查供暖通风设计手册； 3、热源为城市集中供热，供回水温度为95/70； 4、采暖外线在建筑物南侧； 5、建筑底图一套；(要求一人一题) 6、门、窗详见门窗表； 7、屋顶传热系数为0.8W/m2。二、采暖设计指导书（一）设计内容 1、确定房间耗热量； 2、确定采暖系统的形式及管路布置； 3、进行散热器片数计算和管道水力计算； 4、画出采暖平面图和系统图。（二）设计步骤及说明书的编写(1)设计说明书。 1)明确设计项目和工程要求。 a.项目的要求、依据，原始资料及近期和远期的规划。 b.建筑物位置、层数及功能。c.室内供暖要求和特殊要求。d.采暖系统方案的确定确定采暖系统的形式（根据外网分析引入口的位置）主要采暖设备的构件，型号的选择及布置，系统的排水及空气的排除，管道的坡度及坡向。e.方案比较(技术方案、采取措施、新技术的应用和工程中的经济效益的分析和评价)和可行性研究，并指出方案中仍存在的不足之处。 2)气象条件。 3)围护结构特点。 4)散热器选型及安装形式。 5)供热系统的确定。 分析系统的特点和缺点，并绘制系统的草图。 系统循环的作用压力、供回水温度、主要阀门和控制仪表。 系统的调试。 (2)设计说明书要求。 1)计算要求。 a.在设计计算过程中使用公式、选用的参数必须注明来源。 b.每项计算应举一个计算例子加以说明，其他列表汇总。 c.计算中应配以必要简图。 2)供暖热负荷计算。 a.房间围护结构传热耗热量计算。 b.冷风渗透耗热量计算。 c.冷风侵入耗热量计算。 3)散热器计算。4)水力计算画出采暖系统草图，确定各管段管径，确定固定支架及伸缩位置及管道的保湿。(3)施工图。施工图纸是表达设计思想和设计意图的形象语言。要善于利用施工图纸清晰而准确地表达设计意图和计算结果，使施工人员能准确无误地按照设计图纸进行施工安装，从而达到设计预想效果，满足使用要求。施工图纸的主要内容包括： 1)图纸目录。把图纸按顺序编排成目录。 2)施工说明。包括工程数据、施工和验收要求及注意事项。 3)设备和材料表。包括设备材料的名称、型号、规格和数量。 4)平面图。表示建筑物和设备、管道的平面图及其相关位置的尺寸、坡度、坡向、管径和标高。5)系统图。图上应标出管径及管线标高、坡度坡向和局部详图。设计任务：(1)在设计计算中使用轴测系统图，并把计算所得重要数据标注在轴测图上。(2)平面图(首层、标准层和顶层)、系统图各画1张。评分标准；优秀：具有扎实的基础理论和供热知识，能够独立地综合应用所学知识分析解决问题，有较强的创新能力。全面正确地完成了供热工程课程设计任务书规定的工作，图纸质量好，符合制图标准。出勤率高。良好：具有较好的基础理论和供热技术知识，能够应用所学知识分析解决问题，有一定的创新能力，具备较好的综合素质。全面主动地完成了任务书中规定的工作，图纸清楚整洁，较好地表达设计意图。出勤率较高。中等：介于良好和及格的标准之间。及格：具有基本的基础理论和供热技术知识，基本能够应用所学知识分析解决问题，有基本的创新能力，具备基本的综合素质。基本完成任务书中规定的工作，图纸质量一般，能表达设计意图。出勤率较低。不及格：缺乏基本的基础理论和供热技术知识，不能正确应用所学知识分析解决问题，没有完成任务书中规定的工作或出现重大原则性错误或弄虚作假。图纸质量差，不能正确表达设计意图。出勤率低。参考资料：(1)供热工程教材。(2)采暖通风和空气调节设计规范。(3)采暖通风设计选用手册。(4)建筑设备施工安装通用图册。(5)供暖通风设计手册。(6)实用供热空调设计手册。进度计划：采用先集中讲授、然后分阶段个别答疑指导的教学方法，在12周内完成所有课程设计内容。时间安排如下：第1周：周一：发设计任务书，指导书。具体设计内容和要求讲解，查找设计资料。周二周三：计算房间热负荷。周四周五：计算散热器的面积。第2周：周一：热水管网的平面布置。周二：热水管网的系统图周三周四：热水管网的水力计算。周五：上交设计成果。设计班级: 建筑环境与设备60901（27人）设计时间 1718周（2012.6.42012.6.14）设计地点 J503一：参数：1、设计题目：太原某居民楼供暖设计2、气象资料：山西太原冬季供暖室外计算温度 tw = -12室外平均风速v=1.8m/s3、土建资料：1）墙体：外墙;240砖墙，加150mm加气混凝土的保温材料，内外均抹灰20mm.传热系数K1.08W/（m2） D=5.35 属类墙.内墙查参考书1附录1-4内墙为12砖墙，K=2.31 W/（m2）2）窗：查参考书2 P231表4.2-1选择窗户材料为钢结构，采用双层钢，即塑钢双层玻璃 k=3.5 W/（m2）3） 门 ：参考书1附录1-4单层实体木门 k=4.65 W/（m2）；带玻璃的阳台外门：双层金属框K3.26W/（m2）4）屋面：传热系数K0.8W/（m2）；5）车库上的楼板：120mm钢筋混凝土，上下各15mm的抹灰, k=2.32 W/（m2）6）层高：3.0m。4、热源：室外供热管网，供水温度95，回水温度70。引入管处供水压力满足室内供暖要求。5、建筑概况：总层数6层，总高度22.7m，一层为车库二：热负荷计算理论的计算方法供暖系统设计热负荷：是指在某一室外设计温度tw下,为达到要求的室内设计温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。1）：Q=Q1.J.+Q1.X.+Q2.+Q3.Q1.J.:围护结构的基本耗热量Q1.X.维护结构的附加（修正）耗热量Q2。：由门、窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，称为冷风渗透耗热量Q3。：加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气耗热量，称为冷风侵入耗热量2）：围护结构的耗热量A:维护结构的基本耗热量 q。=KF(tn-tw) q。围护结构的基本耗热量，W；K 围护结构的传热系数，W/（）；F围护结构的面积，；tn冬季室内计算温度，；tw供暖室外计算温度，；围护结构的温差修正系数。有关温差修正系数，则应依据下表来看序号围 护 结 构 特 征1外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等1.002闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等0.903与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（1 6层建筑）0.604与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（7 30层建筑）0.505非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时0.756非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时0.607非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时0.408与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙、防震缝墙0.709与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙0.4010伸缩缝墙、沉降缝墙0.30对于普通直接与外界接触的外墙，其=1，但对于设置在阳台内的门，窗户，墙则要进行不同系数的修正。由于本建筑只有6层，不属于高层建筑，故不需要考虑风力附加耗热量和高度附加耗热量，只需要进行朝向修正耗热量。围护结构传热系数K值均匀多层材料（平壁）的传热系数KK = = W/(m2)R0维护结构的传热阻，m2/ Wan ,aw维护结构内、外表面的换热系数，W/(m2)Rn,Rw维护结构内、外表面 的传热阻，m2/ Wi维护结构各层的厚度，mi维护结构各层材料的导热系数，W/(m2)Rj由单层或多层材料构成的维护结构个材料层的热阻B: 附加耗热量计算公式Q = Qj(1 + ch + f ) Q: 考虑各项附加后，某围护的耗热量Qj某围护的基本耗热量 ch 朝向修正f: 风力修正3）地面的传热系数贴土非保温地面如下表：地带R0（m2/ W）K0(m2)第一地带第二地带第三地带第四地带2.154.308.6014.20.470.230.120.07第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次4）冷风渗透耗热量按房间换气次数来估算该房间的冷风渗透耗热量。计算公式为Q2=0.278VWcP(tn-tw) W (2-7)式中：0.278单位换算系数，1Kj/h=0.278W； V经门，窗缝隙渗入室内的总空气量, m3/h；W采暖室外计算温度下的空气密度(kg/m3)； Cp冷空气的定压比热，其值一般为1Kj/（kg. ）； tn 采暖室内计算温度()；tw 采暖室外计算温度()。但是在实际的计算中，可以根据经验式来简化，可先计算出V，然后根据室外计算温度为-12，室内设计温度为20，查出对应的没1m3冷风渗透量，依参考书2可以查出其值为12.1故冷风渗透的实际计算公式为Q2=12.1V5)冷风侵入耗热量 w_ 流入的冷空气量 式中：外门的基本耗热量，W； 冷风侵入耗热量，W； N 考虑冷风侵入的外门附加率。计算房间的采暖热负荷步骤 (1)将房间编号（已编号完毕，见CAD图 ）； (2)根据房间的不同用途，来确定房间的室内计算温度； 除了卫生间的温度定为23以外，其余的均定为20。 (3)计算或查出有关围护结构的传热系数，计算出其面积； (4)确定温差修正系数； (5)计算出各部分围护结构的耗热量.渗透风量以及冷风侵入量(6)计算出房间的热负荷。接下来依101房间为例来进行计算以前面可知，外墙的传热系数为K=1.08W/（m2.），东外墙的面积为（3.23-1.81.5）m2，西外墙的面积为3.73m2,且由前面可知其温差修正系数均为1。窗的传热系数为查参考书为K=3.5 W/（m2.），东方向的窗户C1818的面积为1.81.8m2， 楼板查参考书2可知有120mm的混泥土层，上面覆盖有15mm的抹灰层，下面也有15mm的抹灰层，所以其K=地面的面积为 F=3.23.7=11.84m2，由于地面为5非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时所以其温差修正系数为=0.75所以101房间维护结构耗热量（由4部分组成，即西外墙，北外墙，北外窗和地面组成）Q西j=KF（tn-tw）=1.083.73321=383.62WQ北墙j= KF（tn-tw）=1.08（3.23-1.51.8）321=238.46WQ北窗j= KF（tn-tw）=3.51.81.5321=302.4WQ地面j= KF（tn-tw）=2.353.23.7320.75=667.78W101房间的附加耗热量或修正耗热量本来应该有三项，即朝向，高度和风向，但是高度修正需要层高为4m以上才有修正系数，而且本建筑物也不适用于风向修正，故只有朝向修正了。依参考书P18可查到北向取值为0-+10%，西向-5%。则对其北向和西向进行修正，地面不需要修正系数。并且综合可得知Q西= Q西j（1+cn+f）=383.62（1+0-0.05）=364.44WQ北墙= Q北墙j（1+cn+f）=238.46（1+0.08+0）=257.54WQ北窗=jQ北窗j（1+cn+f）=302.4（1+0.08+0）=326.59W冷风渗透量 因为窗户选择的是型号C1815型，依图纸可知为两扇单开，则其可开启的缝隙长度为l=1.82+1.53=8.1m，风风速v=1.8，故查得每米窗缝隙渗透的空气量L=0.71m3/(m.h)，n为朝向修正系数，查得北向n=0.9 V=Lln=8.10.710.9=5.1756m3/h由之前已经查的没1m3渗透的风量为12.1，故其冷风渗透量为Q212.15.1756=62.63W冷风侵入量 观察图可知北向无门 故其冷风侵入量为0归总可知101房间总的耗热量为Q101= Q地面j +Q西+Q北墙+Q北窗+Q2=（667.78+364.44+257.54+326.59+62.63）W=1966.55W其他房间的具体热负荷见附表1一层房间有4户，则其房间对应的符合分别为户1户2户3户4编号负荷（W）编号负荷（W）编号负荷（W）编号负荷（W）1011966.551071551.9941131689.6291191551.9941021542.4661081542.4661141542.4661201542.4661031551.9941091689.6291151551.9941211670.4481041890.9161101757.1531161839.2681221757.1531051031.6461111267.1931171031.6461231031.6461061267.1931121829.1191181267.1931242003.086卫生间581.171卫生间547.749卫生间547.749卫生间531.706二层-五层的各房间对应的符合分别为户1户2户3户4编号负荷（W）编号负荷（W）编号负荷（W）编号负荷（W）201-5011307.299207-507875.482213-5131030.378219-519875.482202-502965.621208-508965.62214-514965.621220-520965.622203-503875.48209-5091030.378215-515875.482221-5211011.197204-5041001.706210-510998.235216-516815.313222-522998.235205-505401.94211-511589.01217-517401.94223-523401.94206-506589.01212-512805.164218-518589.01224-5241113.877卫生间349.75卫生间218.889卫生间218.889卫生间332.206六层用户各房间对应的符合分别为编号负荷（W）编号负荷（W）编号负荷（W）编号负荷（W）6011580.0926071186.5226131303.1716191186.5216021204.3166081230.8386141204.3156201204.31596031186.5226091303.1716151155.4186211293.996041369.6566101312.276161183.2626221312.27605640.174611869.637617640.174623640.173606869.6376121228.869618869.9386241481.825卫生间437.303卫生间343.305卫生间343.305卫生间419.758将以上数据进行总汇，可以得出户1户2户3户419831.93510185.39469.944810088.52到5层5490.8095482.7794896.63325698.55867287.6997474.6136699.28287528.855三：散热器的计算M132型散热器的宽度是132，两边为柱状中间有波浪形的纵向肋片。柱型散热器传热系数高，散出同样热量时金属耗量少易消除积灰，外形也比较美观。每片散热面积少，易组成所需散热面积。铸铁散热器是目前应用最广泛的散热器，它结构简单，耐腐蚀，使用寿命长，造价低。 1、计算公式 (3-1)式中:散热器散热面积，； 散热器的散热量， W； 散热器内热媒平均温度，； 供暖室内计算温度，；， 散热器的传热系数，； 散热器组装片数修正系数； 散热器组连接形式修正系数； 散热器组安装形式修正系数。由于系统采用的为异侧进出式，故=1.009。 选取A=80m； =1.02。 计算散热器面积时，先取=1.00，但算出F后，求出总片数，然后再根据片数修正系统的范围乘以对应的值，其范围如下表3.2 片数修正系数每组片数2010.9511.051.1另外，还规定了每组散热器片数的最大值，对此系统的M132型散热器每组片数不超过20片。在热水供暖系统中，散热器进出口水温的算术平均 (3-2)式中：tsh散热器进水温度，；tsg散热器出水温度，。由于系统采用双管系统，各层散热器平均进出水温度相同。 tpj=62.5针对山西气象条件和实际选择，采用M-132型散热器。散热器片数的计算按下列步骤进行：1、利用散热器散热面积公式求出房间内所需总散热面积(由于每组片未定，故先按1计算)；2、确定每片散热器的散热面积。3、计算散热器片数，求实际所需散热器面器。4、求实际采用片数。选取某一房间进行计算。以第一层101房间为例。=1674.28/(7.9262.5)1.0091.01.02=3.37 M-132型散热器每片散热器的面积为0.24计算片数：n= F/f =3.37/0.2414片查表3.2，当散热器的片数为11-20片时，1=1.05，因此，实际所需散热器的面积为F=F*1=3.37*1.05=3.54m2实际采用片数n为： n= F/f =3.54/0.24=14片取整数，应采用M-132型散热器14片。散热片片数的具体计算表见附录表如下（算出了欺片数之后再反过来计算该房间的实际热负荷即可）散热器的布置：l、散热器宜安装在外墙窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气流能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气六和玻璃冷辐射的影响，是流经室内的气流比较暖和。2、为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。3、散热器一般应明装，布置简单。4、在垂直单管或双关供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同临室串联连接。四：水力计算：4.1水力计算原理供暖系统管路水力计算的主要任务1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力(压头)。确定各管段的管径；2.按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力(压头)；3.按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。设计热水供暖系统，为使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，就要进行管路的水力计算。当流体沿管道流动时，由于流体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、散热器等）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。前者成为沿程损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统单个计算管段的阻力损失可用下式表示：本系统利用的水力计算方法：根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径。利用水力计算图表，确定该循环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，并检查循环水泵扬程是否满足要求。管段的局部损失管段的局部损失，可按下式计算：式中管段中总的局部阻力系数。水流过热水供暖系统管路的附件（如三通、弯头、阀门等）的局部阻力系数值可查阅文献。表中所给出的数值都是用实验方法确定的。利用上述公式可分别确定系统中备管段的沿程损失Pj和局部损失Pd，两者之和就是该管段的阻力损失。管段的沿程损失管段的局部损失计算如下：热水供暖系统水力计算的最终目的是要选择适当的管径，使作用于每一循环环路上的作用压力能保证在环路的每一管段流过所需要的热水流量。根据最不利循环环路管段的流量和给定的管径，利用水力计算图表，确定该循环环路各管段的阻力损失以及整个系统所必需的循环作用压力。通过选用适当的R值(或流速v值)来决定管径。如选用较大的Rpj值，则管径可缩小，但系统的阻力损失增大，水泵电能消耗增加。同时为了各循环环路易于平衡，最不利循环环路的平均比摩阻不宜选得太大。目前在设计实践中Rpj 值一般选用60120Pa/m。剩余的资用循环压力，由入口处的调压装置节流。在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着重力循环作用压力。对机械循环单管系统，如各建筑物各部分层数相同时，每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不计。 在本系统中首先计算出各层用户的负荷及阻力损失。现在以101房间为例来说明 首先确定用户1.2的局部阻力系数，对户内管径编号见附图02。局部阻力损失确定具体采取的如下表局部阻力系数的确定一层用户1的局部阻力系数计算表一层用户2的局部阻力系数计算表管段号局部阻力个数管段号局部阻力个数1闸阀11.511.51闸阀11.511.5 90度弯头552.0 90度弯头352.02.4.6.8.10.12.14直流三通221.0222.4.6.8.10.12.14直流三通221.022乙字弯221.0散热器221.0温控阀118温控阀1183.7.990度弯头1223.990度弯头12211.1390度弯头222.0411.1390度弯头222.045无0005无0001590度弯头662.0121590度弯头662.012790度弯头332.06101房间的负荷为9794W，则其流量为337kg/s。初步选取其管径为20mm。则差附录可知R=70.7605Pa/m，v=0.27m/s。由图上已知其长度L=5.668m，则可求出Py=RL= 70.76*5.668=401.07Pa。=7.5，由v查的Pd=35.84Pa。故Pj=Pd*=7.5*35.84=268.8Pa则P=Pj+Py=669.875Pa具体计算步骤见附表3最后综合可得出1到6层用户用户1.2的阻力损失。各层用户的水力计算算出结果统计见下表层数用户1用户2一层6546.4915985.214二层到五层5594.0055636.91六层5115.2095199.495 接着计算立管及水平横干管的阻力损失，首先对管径编号。见附图03。其总结的局部阻力损失表如下局部阻力系数的确定管段号局部阻力个数管段号局部阻力个数1无00027 28闸阀10.522调节阀191190度弯头11.5分流三通11.53-13 16-26 29-39 42-52 直流三通11153调节阀1912合流三通1314 15 40 41无0005490度弯头212 其计算步骤大致与相同，具体数据见附表4 算出各立管后再综合上面计算的数据，进行水力平衡计算。首先确定一层用户中的四户中哪一户为最不利环路， 一单元用户1的阻力损失为管段2，用户1，管27，管段54的总阻力损失为P=9248.525Pa 一单元用户2的阻力损失为管段2，管段3，用户2，管段26，管段27，管段54 的总阻力损失为P=8782.56Pa 二单元用户3的阻力损失为管段28，管段29，用户3，管段52，管段53，管段54 的总阻力损失为P=8858.07Pa 二单元用户4的阻力损失为管段28，用户1，管段53，管段54的总阻力损失为P=9324.305Pa故可以确定出通过底层用户4的环路为最不利环路。求最不利环路与各层用户的不平衡率（按规范要求控制在15%以内）刚才已经确定了通过底层用户4的环