住宅楼分户采暖与热力站、热力管网设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书绪论一、毕业设计的目的及意义毕业设计是大学生涯的最后一门课程，对于每个学生来说都是很重要的。它是对学生四年所学知识的全面的、完整的总结，同时也考核了学生对所学课程的掌握程度。它是工院科校学生在校阶段的主要任务，是从学校走向社会的过渡性教学环节。通过毕业设计既可巩固、加深和扩展学生所学的理论知识，又可提高学生运用理论知识解决工程实际问题的能力、计算能力和绘图能力，以及查阅资料和外语阅读能力；并结合科研项目，培养学生初步的科研能力，使学生基本掌握工程设计的内容及程序，以便毕业后尽快的适应实际工作的需要。经过四年的大学学习，我对本专业的基本知识有了一定的了解，但是我的理解多数是停留在课本理论上的，并不完全清楚这些知识在实际中应该如何应用。但这次的毕业设计综合了以前我所学的知识，也使得理论与实践能够有机的结合起来。本次我的毕业设计题目是太原世纪花园住宅楼分户采暖与热力站、热力管网设计，本工程为某地区商业住宅开发小区；首期为11栋；每栋11层；户型面积从90~170平米左右；框架结构等。以国内现行暖通、热力管网设计与施工规范为主要依据，对本工程进行分户采暖、小区热力管网设计。二、毕业设计的1、工程设计计算；2、计算机绘制施工图；3、根据课程设计任务书及工程要求编写设计说明书。第1章设计原始资料1.1设计题目太原世纪花园住宅楼分户采暖与热力站、热力管网设计1.2设计原始资料1.建筑地址：太原市2.气象资料：冬季供暖室外计算温度为-9.9℃3.设计热媒：95℃/70℃热水系统4.土建资料：1）屋顶：结构层厚（混凝土）120，找平层20厚砂浆，保留层50厚聚著乙烯板，找坡层30厚细炉渣，防水层10厚卷材油毡，抹灰层20厚砂浆，保护层20厚砂浆。2）墙体构造：1.外抹灰20厚； 2.聚苯板保温层30厚；3.砖墙370厚；4.内抹灰30厚；第2章供暖系统热负荷计算2.1设计所在地气象资料2.1.1查出设计题目中建筑物所在地区的相关气象资料查《实用供热空调设计手册》，以下简称《供热手册》及《供热工程》。1、冬季室外计算温度的确定。采暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度，主要用于计算采暖设计热负荷。为减少投资起见，一般建筑不必按每年最冷那几天的热负荷进行设计，就是说，对于一些要求不很严格的建筑物，允许平均每年有几天室温稍低于设计温度，这在术语上叫做“不保证”。在采暖热负荷计算中，如何确定室外计算温度是非常重要的。单纯从技术观点来看，采暖系统的最大出力，恰好等于当地出现最冷天气时所需要的冷负荷，是最理想的，但这往往同采暖系统的经济性相违背。从气象资料中就可以看出，最冷的天气并不是每年都会出现。如果采暖设备是根据历年最不利条件选择的，即把室外计算温度定得过低，那么，在采暖运行期的绝大多数时间里，会显得设计能力富余过多，造成浪费；反之，如果把室外计算温度定得过高，则在较长的时间内不能保证必要的室内温度，达不到采暖的目的和要求。因此，正确地确定和合理的采用采暖室外计算温度是一个技术与经济统一的问题。《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019--2003(以下简称《设计规范》)所规定的采暖室外计算温度t适用于连续采暖或间歇时间较短的采暖系统的热负荷计算。2、冬季室外平均风速(v。)冬季室外平均风速应采用累年最冷3个月各月平均风速的平均值，“累年最冷3个月”，系指累年逐月平均气温最低的3个月，主要用来计算风力附加耗热量和冷风渗透耗热量。3、冬季主导风向冬季“主导风向”即为“虽多风向”，采用的是累年最冷3个月平均频率最高的风向，风向的频率指在一个观测周期内，某风向出现的次数占总数的百分数，主要用来计算冷风渗透耗热量。用四个字母ESWN分别表示东南西北四个方向，其它方位用这四个字母组合表示风的吹向，即风从外面刮来的方向。当风速小于0.3米／秒时，用字母c来表示，各地区冬季主导风向可参见《供热手册》，如哈尔滨主导风向为SSW，安达主导风向为NW，即分别表示为南西南风和西北风。4、冬季日照率冬季FI照率(冬季日照百分率)，采用历年最冷3个月平均日照率的平均值，系指在一个观测周期(全月)内，实测日照总时数占可照总时数的百分率，用来确定朝向修正率。2.1.2熟悉设计图纸土建资料l、看懂建筑物的平、立、剖面图，对所设计的建筑物的概况有所了解，如建筑物的地点、方位、采暖外网情况及建筑物周边情况等要清楚。2、清楚用来计算热负荷的建筑物的建筑尺寸。3、了解围护结构所用的材料及墙体厚度、楼层高度；清楚每个房间的用途(为室内计算温度准备)、各部分围护结构的主要特点及房间的特殊要求等。采暖热负荷是指在某一段时间内为了使房间或建筑物的室内温度达到采暖设计所要求的标准而需由散热设备在单位时间内供给房间或建筑物的热量，它的值可根据冬季采暖房间的热平衡计算出来。由于室外温度时高时低、室外风速时大时小、热管道向室内散热和太阳辐射到房间里的热时多时少以及房间里的人和物时进时出等等因素，故采暖热负荷是一个时刻都在变化着的值。采暖设计热负荷是指计算采暖管道、散热设备和锅炉时采用的那个采暖热负荷数据，它是采暖设计中最基本的数据。它的数值直接影响着采暖方案的选择、采暖管径的大小、采暖设备的多少和采暖系统的使用效果。原则上，不采用最大的，而采用接近最大的那个采暖热负荷数据作为计算数据，这样，既可避免浪费投资和设备，又可以满足气候冷的时候房间要求采暖设备供应的热量。对于一般民用建筑和产热量很小的工业建筑，采暖热负荷的计算指考虑围护结构的传热耗热量、冷风渗透耗热量和外门冷风侵入耗热量等三项失热量并减去热管道散热量，其它因素则忽略不计。2.1.3合理的确定采暖设计热负荷(1)仔细分析对局部有影响的因素，对能影响到局部房间的各项因素和数据应仔细分析，勿使不遗漏，并且做充分的估计。例如，不同朝向的太阳辐射热的扣除量、传给相邻冷房间(如温度较低的楼梯问等)的热量计算，特别是经外门渗透进来的冷空气量等，都应尽量考虑周全。(2)在管理上应尽量采取减少冷空气渗透措施，对冷空气的处理，首先立足于堵漏，使渗漏的冷空气量减少到最低程度，例如安装门斗、糊窗缝等。这对节约燃料、合理使用采暖设备以及提高室内温度的均匀性等是有效的。2.1.4数据的舍取计算各部分围护结构耗热量时取整数，每一房间的耗热量取到10w，传热系数取小数点后2位，面积取小数点后1位。根据建筑物所在城市太原查出当地的气象资料如下[1]：1.东经111度30分～113度09分；北纬37度分27′～38度25分；海拔800米；2．冬季供暖室外计算温度：-9.9℃；3.冬季最低日平均：-23.3℃4.冬季空气调节室外计算温度：-12.7℃5.冬季室外平均风速：1.8m/s；7.冬季通风室外计算温度：-8.8℃；8.冬季日照率：51%；9.设计计算用采暖期天数及平均温度供暖期：日平均温度：<+5℃，天数：141天。2.2围护结构的热工性能2.2.1热工的性能校核必要性[4]供暖系统设计时对其建筑热工提出如下要求：实施供暖设计，在本着节能的基础上，使室温达到用户要求值；如果室温达不到设计值，相对湿度大时易产生结露现象；采暖不足时经常发生，墙面结露产生的黑色霉斑严重影响了住户的室内环境，破环装修，应加以避免，当设计供暖系统时对其建筑热工提出如下要求：1.围护结构热工性能应满足国家《民用建筑节能设计标准》及地方标准《民用建筑节能设计标准实施细则》的要求。经计算表明，对于“节能型建筑”如供暖有间歇，并不致使外墙内表面结露。2.墙及楼板的热工性能不应低于《民用建筑热工设计规范》第4.1.1条及现行《采暖通风与空气调节设计规范》中第3.1.4条围护结构最小热阻值的要求。2.2.2查出有关围护结构传热系数外窗：3.49W/(m·℃)；外墙：墙的组成：挤缩聚苯板（0.042W/(·℃)〈给定〉）；内外各抹灰15cm厚（0.87W/(·℃)）；墙的传热系由下式求出：W/(·℃)（2-1）式中：围护结构内表面的换热系数，W/(·℃)；围护结构外表面的换热系数，W/(·℃)。其中：=8.7W/(·℃)；=18.6W/(·℃)。由式（2-1）得：49墙：=0.58W/(·℃)；37墙：=0.74W/(·℃)；20墙：=1.23W/(·℃)。屋面：结构层厚（混凝土）120=1.74W/(·℃)；找平层20厚砂浆=0.93W/(·℃)；保留层50厚聚著乙烯板=0.042W/(·℃)；找坡层30厚细炉渣=0.29W/(·℃)；防水层10厚卷材油毡=0.17W/(·℃)；抹灰层20厚砂浆=0.93W/(·℃)；保护层20厚砂浆=0.93W/(·℃)；其中：=8.7W/(·℃)；=18.6W/(·℃)由式(2-1)得出：=1.89W/(·℃)2.2.3校核围护结构传热热阻是否满足最小传热热阻的要求围护结构的最大允许传热系数(Kmax)(a)为了同时满足人们热工和卫生方面的要求，在稳定传热条件下可得出围护结构的最大传热系数和最小传热热阻，建筑物围护结构采用的传热阻值。应大于最小传热阻。1.校核外墙最小传热热阻(1)外墙组成：挤缩聚苯板（0.042W/(·℃)〈给定〉）；内抹灰30cm厚(0.87W/(·℃)；外抹灰20cm厚(0.87W/(·℃)；围护结构的传热热阻:W/(·℃)（2-2）49墙：=1.83W/(·℃)；37墙：=1.64W/(·℃)；20墙：=1.38W/(·℃)。(2)结构的最小传热热阻本围护结构属于轻型结构(Ⅳ型)围护结构冬季室外计算温度23.3℃；其中：——累年最低日平均温度，℃；根据下列公式：(2-3)式中：——围护结构的最小传热热阻，；——围护结构内表面的传热热阻Ⅲ，；其中：=0.115；——允许温差,；其中：=6.0；——围护结构温差修正系数。其中：对于外墙、平屋顶及直接接触室外空气的楼板，=1.0把查得的数据代入式(2-3)得:=0.792该围护结构的实际传热热阻大于最小传热热阻 满足规定。注意：1、本公式不适用于窗、阳台门和天窗。2、砖石墙体的传热阻，可比式的计算结果小5％。3、外门(阳台门除外)的最小传热阻．不应小于按采暖室外计算温度所确定的外墙最小传热阻的60％。4、当相邻房间的温差大于10℃时，内围护结构的最小传热阻，亦应通过计算确定。5、当居住建筑、医院、幼儿园、办公楼、学校和门诊部等建筑物的外墙为轻质材料或内侧复合轻质材料时，采用轻型结构时，其外墙最小传热阻在按式计算结果的基础上进行附加。屋顶的结构，如屋面有坡时，校核最小热阻应按最小厚度处进行计算，计算屋顶的耗热量时可按平均厚度去计算天棚的传热系数，校核公式R>R0min。2.3房间热负荷计算1、计算房间的采暖热负荷(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；(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，(见表2-2)；(5)计算出各部分围护结构的基本耗热量；(6)校核围护结构热阻是否大于最小热阻；(7)计算出房间的热负荷。2、对计算房间热负荷的要求(1)计算出一处外墙的传热系数并与资料上查得的数值对照：(2)计算天棚的传热系数并校核其热阻是否满足最小热阻的要求；(3)分地带计算任一拐角房间及与其相邻的另外一个房间的地面耗热量。3、计算全部建筑物的采暖热负荷及热指标(1)计算出建筑物总的采暖热负荷，它等于各房间的采暖热负荷之和；(2)计算出总的建筑面积；(3)计算出建筑物的体积采暖热指标和面积热指标。2.3.1供暖系统的设计热负荷利用下计算：(2-4)式中：——供暖总耗热量，W。——围护结构的基本耗热量，W；——围护结构的附加(修正)耗热量，W；——冷风渗透耗热量，W；——冷风侵入耗热量，W；表2.2围护结构的温差正系数序号围护结构特征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0.302.3.2维护结构基本耗热量在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化。对室内温度容许有一定的波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。建筑物围护结构的耗热量，包括基本耗热量和附加耗热量两部分。基本耗热量是通过房间个部分围护结构（墙，屋顶，地面、门、窗等），由于室内外空气的温度差，从室内传向室外的热量。附加耗热量是对于围护结构的朝向、风力、气象条件等不同，对基本耗热量的修正。而围护结构的基本耗热量是房间的得热量与失热量的总和。围护结构的基本耗热量按下式计算:2式（1.4）式中：—j部分围护结构的基本耗热量，；—j部分围护结构的传热系数，—j部分围护结构的表面积，； —冬季室内计算温度，；—冬季室外空气计算温度，；—围护结构的温差修正系数。2.3.3维护结构的附加耗热量围护结构的基本耗热量是在稳定条件下计算得出的。实际耗热量会受到气象条件以及建筑物因素等各种影响而有所增减。所以要对房间围护结构的基本耗热量进行修正。修正后的耗热量即为附加耗热量。通常按基本耗热量的百分率计算。包括朝向修正，风力附加和高度附加等。基本耗热量还不是建筑物围护结构的全部耗热量，因为建筑物围护结构的耗热量还与它所处的地理位置及它的形状等因素(如朝向、风速、高度等)有关，这些因素在计算它的基本耗热量时并没有考虑进去。在附加耗热量中，应按其占基本耗热量的百分率确定。围护结构附加耗热量计算公式如下[1]：(2-4)式中：—附加耗热量；—朝向附加率（或称朝向修正系数）；—风力附加率（或称风力修正系数）；—高度附加。其中取值如下：北、东北、西北朝向：0；东、西朝向：-5%；东南、西南朝向：-10%～-15%；南向：-15%～-25%。2.3.4冷风渗透耗热量在风压和热压的作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。当未对采暖房间的门、窗缝隙采取密封措施时，冷空气就会通过门、窗缝隙渗入到室内，把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量。在各类建筑物特别是工业建筑的耗热量中，冷风渗透耗热量所占比例是相当大的，有时高达30％左右，所以门窗缝隙渗透冷空气耗热量的计算显得尤为重要。根据现有的资料，《暖通规范》中给出了用缝隙法计算民用建筑及生产辅助建筑物的冷风渗透耗热量和用百分率附加法计算工业建筑的冷风渗透耗热量。1、多层和高层民用建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量。2、多层建筑的渗透冷空气量，当无相关数据时，可按以下公式计算：L=kV（2-6）式中：V——房间体积(㎡)；K——换气次数(次／h)。3、工业建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可根据《教材》进行设计。4、计算出的房间冷风渗透量是否全部计入，应考虑下列因素；(1)当房间仅有一面或相邻两面外围护物时，全部计入其外门、窗缝隙；(2)当房间有相对两面外围护物时，仅计入较大的一面缝隙；(3)当房间有三面外围护物时，仅计入风量较大的两面缝隙；(4)当房问有四面外围护物时，则计入较多风向的1/2外围护物范围内的外门、窗缝隙。5、计算建筑物耗热量时，为了简化计算，可作下列近似处理：(1)与相邻房间温差小于5℃时，不计算耗热量；(2)伸缩缝或沉降缝墙按外墙基本耗热量的30％计算；(3)内门的传热系数按隔墙的传热系数考虑；6、计算外门面积时，不扣除腰头窗的面积：计算冷风渗透耗热量有以下三种方法：缝隙法、换气次数法和百分数法。公如下：(2-7)式中：L—经每米门窗缝隙渗入室内的冷空气量，m/(hm)，根据冬季室外平均风速；l—门窗缝隙长度，m；—室外空气密度，kJ/(kg℃)；m—冷风渗透量的朝向修正系数kg/m；—空气定压比热，=1。冷风渗透量的朝向修正系数公式如下：(2-6)式中：；—压差比；—渗透空气量的朝向修正系数；太原市渗透空气量的朝向修正系数如如表2.1[1]所示。表2.1天津市渗透空气量的朝向修正系数城市朝向NNEESESSWWNW太原0.900.4000.200.701.002.3.5冷风侵入耗热量在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为侵入耗热量。1、外门附加率，是基于建筑物外门开启的频繁程度以及冲入建筑物中的冷空气导致耗热量增大而加的系数，冷风侵入耗热量的计算方法见《供热手册》或教材。对于一般民用建筑及工业辅助建筑物仅供人员出入短时间开启的外门，其冷风渗透耗热量，可以考虑为外门的基本耗热量乘以附加百分数。附加时可直接将附加值填入表1中外门耗热量的各注栏中，并说明是外门开启附加。2、计算楼梯间外门的冷风侵入耗热量时，式中的楼层数n应为建筑物的楼层数。3、外门附加率，只适用于短时间开启的、无热空气幕的外门。4、阳台门不应计入外门附加。5、此处所指的外门是建筑物底层入口的门，而不是各层每户的外门。6、关于外门附加率中“一道门附加65％*n，两道门附加80％*n”的有关规定很难理解，一道门与两道门的传热系数是不同的：一道门的传热系数是4.65w/(㎡．℃)，两道门的传热系数是2.33w/(㎡·℃)。冷风侵入耗热量计算公式如下[1]：(2-8)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。表2.4外门附加率N值外门布置状况附加率一道门65n%两道门（又门斗）80n%三道门60n%供暖建筑和生产厂房的主要出口500%注：n建筑物的楼层数。先对房间进行编号见CAD图根据以上公式计算出各部分耗热量后，得出房间总的耗热量，见附录B热量分布说明。走廊和大厅部分设置散热器，其余的热量由邻近的房间平衡，均可达到设计要求。算出的热负荷，按照各房间的百分比将大厅不能提供的热负荷分配到各个供暖房间。2.3.6计算整个建筑物的供暖热负荷和热指标采暖工程的概算常常是在还没有建筑结构图纸的情况下进行的，此时无法详细计算采暖热负荷，可是却需要提出采暖系统的主要设备(如锅炉、散热器……)，以便订货，为此就要采用简单易行的热指标的方法，估算出系统的采暖热负荷。温差修正系数(a)室内外计算温差修正系数a，实际上是对(tn-tw)的修正。当围护结构外侧直接对大气时(=1)，则基本耗热量的公式应为=KF(tn-tw)。但是，在计算围护结构时，还常遇到围护结构外侧并不直接与室外空气接触，它的外侧是不供暖的房间或空间(如顶棚或地下室等)，而这些房间或空间通常是有同室外相通的门或窗。为了便于计算，规定仍利用温差tn-tw计算耗热量，而用系数进行修正，温差修正系数是根据经验确定的。可查下表。表2.3民用建筑的面积热指标建筑类型（W/m2）建筑类型（W/m2）住宅别墅（1～2层建筑）办公医院试验楼旅馆影剧院50～70100～12565～9065～9568～9860～8590～120图书馆幼儿园、托儿所学校商店礼堂食堂体育馆65～9075～12060～8065～100100～16085～14080～150还有一种情况：有时采暖房间围护结构的另一侧也是采暖房间，但两侧的室温不同，与相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板等的传热量。与相邻房间的温差小于5℃时，且通过隔墙和楼板等的传热量大于该房间热负荷的10％时，尚应计算其传热量。(4)围护结构的传热系数(K)常见围护结构的传热系数可直接查手册，如《供热手册》或《教材》。查不到的K值要根据公式进行计算，计算时注意材料的导热系数及围护结构的厚度。(a)外墙和屋顶的传热系数一般建筑物的外墙和屋顶多属于匀质多层材料组成的平壁结构，根据传热学原理计算。(b)地面的传热系数直接铺在土壤上的不保温地面，地面各层材料的导热系数≥116w/㎡℃)，不论其厚度如何均为不保温地板)，地面的传热情况与墙、顶棚等不同，在工程上常采用近似计算方法，即把地面沿与外墙平行的方向分成四个计算地带进行计算。工程计算中也采用对整个房间地面取平均传热系数的方法进行更简易的计算。从《供热手册》中，可根据房问具有外墙的情况(一面外墙或两面相邻外墙)及进深直接查得房间地面的∑KF值。具有相邻两外墙的房间，根据该房问的长宽值直接可以查得其平均传热系数；当房间有三面外墙时，需将地面面积先划分为两个面积相等的部分，每部分均包括一个冷拐角，然后根据分割后的长宽值查得其平均传热系数；当房间具有四面外墙时，需将地面面积先划分为四个面积相等的部分，每部分均包括一个冷拐角，然后根据分割后的长宽值查得其平均传热系数。(c)在进行采暖设计热负荷计算时，将每一项围护结构填入表中的一行，门、窗、外墙须在名称前冠以朝向，如北外墙表示朝北的外墙，地面如分地带计算耗热量，每一地带应占有表中的一行。1.计算整个建筑物供暖热负荷：2.计算热指标:所以供暖面积热指标：（2-9）热负荷计算举例：A101（北卧室）已知条件：（1）地带Ⅰ的面积为5.04*2+4.32*2，地带Ⅱ的面积为3.04*2+2.32*2-4，地带Ⅲ的面积为1.04*0.32，层高为2.9。（2）外墙的传热系数=0.74。（3）外窗的传热系数=3.49，北外窗：外形尺寸为1.76m×1.7m,面积为2.99。西外窗：外形尺寸为0.56m×1.7m,面积为0.95。（4）太原采暖室外计算温度为-9.9，室内温度为18，冬季平均风速为1.8m/s。（5）地面为不保温地面，值按地带决定。计算过程如下：1、外围护结构的基本耗热量北外墙的基本耗热量：Q=7.31×0.74×[18-（-9.9）]×1=150.88西外墙的基本耗热量：Q=14.62×0.74×[18-（-9.9）]×1=301.76修正后的耗热量：Q=301.76×0.95=286.67北外窗的基本耗热量：Q=2.99×3.49×[18-（-9.9）]×1=291.33地带Ⅰ的基本耗热量：Q=18.72×0.47×[18-（-9.9）]×1=245.48地带Ⅱ的基本耗热量：Q=6.72×0.23×[18-（-9.9）]×1=43.12地带Ⅲ的基本耗热量：Q=0.33×0.12×[18-（-9.9）]×1=1.112、冷风渗透耗热量计算=0.6×2+1.2=2.4=1.1×2.4×0.9=2.38=0.278×2.38×1×[18-(-9.9)]=30.253、房间采暖热负荷Q=1125.09其它计算结果见附录B。面积热指标该楼底层面积为：。总面积为：底层热负荷：标准层热负荷：底层热负荷：总负荷：热指标：热负荷计算见附表B。第3章散热器的选择及计算3.1散热器的选择采暖散热器是通过热媒将热源产生的热量传递给室内空气的一种散热设备。散热器的内表面一侧是热媒(热水或蒸汽)，外表面一侧室内空气，当热媒温度高于室内空气温度时．散热器的金属壁面就将热媒携带的热量传递给室内空气。散热器的功能是将供暖系统的热媒（蒸汽或水）所携带的热量，通过散热器避面传给房间。3.1.1对散热器的要求1、热工性能方面的要求散热器的传热系数越高，说明散热器散热性能越好。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，其经济性越好。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。4、卫生和美观方面的要求散热器外表光滑，不积灰易于清洗，散热器装设应影响房间美观。使用寿命要求散热器应不易于被腐蚀和破坏，使用年限长。随着我国能源政策的改变和生活水平的不断提高，传统的铸铁散热器由于生产过程的高污染、低效率、劳动强度大、外观粗糙等原因，使用受到一定的限制。铜管铝翅片对流散热器，以较为完美的外观和可以拆、装的外罩，在保障了散热器的使用效果的同时，又解决了散热器外观和清扫的问题，同时也起到了防护的作用。钢制、铝制散热器等由于生产过程污染小、效率高、劳动强度低、散热器承压能力高、表面光滑易于清扫、外形美观且形式多样，既可满足产品的使用要求，又可起到一定的装饰作用。3.1.2对散热器的注意事项(1)具有腐蚀性气体的工业建筑或相对湿度较大的房问，应采用耐腐蚀的散热器。(2)采用钢制散热器时，必须注意防腐问题。应采用闭式系统，并满足产品对水质的要求，在非采暖季节采暖系统应充水保养。(3)铝制散热器的腐蚀问题日益突出，造成的腐蚀主要是碱腐蚀，采用铝制散热器时．应选用内防腐性铝制散热器，并满足产品对水质的要求。(4)安装热量表和恒温阀的热水采暖系统不宜采用水流通道内含有粘砂的铸铁等散热器。(5)热水采暖系统选用散热器时，钢制散热器与铝制散热器不应在同～热水采暖系统中使用。3.1.3散热器的类型比较散热器按制造材质的不同分为铸铁、钢制、铝质和其他材质散热器；按结构形式的不同分为柱型、翼型、管型和板型散热器；按传热方式的不同．分为对流型(对流散热量占总散热量的60％以上)和辐射型(辐射散热量占总散热量的50％以上)散热器。1、铸铁散热器常用的铸铁散热器有柱型和翼型两种形式。(1)翼型散热器：翼型散热器又分为长翼型和圆冀型两种。长翼型散热器，其外表面上有许多竖向肋片，内部为扁盒状空间，高度通常为60㎜．常称为60型散热器。每片的标准长度有280㎜(大60)和200㎜(小60)两种规格，宽度为115㎜。圆翼型散热器是一根内径为DN=75㎜的管子，其外表面带有许多圆形肋片。圆翼型散热器的长度有750㎜和100㎜两种，两端带有法兰盘，可将数根并联成散热器组。翼型散热器制造工艺简单，造价较低，但金属耗量大，传热性能不如柱型散热器，外型不美观，不易恰好组成所需面积，翼型散热器现已逐渐被柱型散热器取代。(2)柱型散热器：柱型散热器是单片的柱状连通体，每片各有几个中空的立柱相互连通，可根据散热面积的需要，把各个单片组对成一组。柱型散热器常用的有二柱M132型、二柱700型和四柱640型等。M—132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。四柱散热器的规格以高度表示，如四柱640型，其高度为640㎜。四拄散热器有带足片和不带足片两种片形，可将带足片作为端片，不带足片作为中间片，组对成一组，直接落地安装。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，但其金属耗量大，承压能力低，制造、安装和运转劳动繁重。在有些安装了热量表和恒温阀的热水采暖系统中，普通方法生产的铸铁散热器。内壁常有“粘砂”现象，易于造成热量表和恒温阀的堵塞，使系统不能正常运行。因此《规范》规定：安装热量表和恒温阀的热水采暖系统不宜采用水流通道内古有粘砂的散热器，这就对铸铁散热器内腔的清砂工艺提出了特殊要求，应采取可靠的质量控制措施。目前我国已有了内腔干净无砂，外表喷塑或烤漆的灰铸铁散热器，美观漂亮，档次高，完全可用于分户热计量系统中。2．钢制散热器(1)闭式钢串片式：闭式钢串片式散热器由钢管、钢片、联箱及管接头组成。钢片串在钢管外面，两端折边90度形成封闭的竖直空气通道，具有较强的对流散热能力。但使用时间较长会出现串片与钢管连接不紧或松动，影响传热效果。其规格常用高x宽表示，如图中的240x100型和300x80型。(2)板型散热器：由面板、背板、进出口接头、放水门固定套及上下支架组成。面板、背板多用1.2～1.5㎜厚的冷轧钢板冲压成型，其流通断面呈圆弧形或梯形，背板有带对流片的和不带对流片的两种规格。(3)钢制柱型散热器：其结构形式与铸铁柱型相似，它是用1.25～1.5㎜厚的冷轧钢板经冲压加工焊制而成。(4)扁管散热器：这种散热器是由数根50㎜x11㎜x15㎜(宽x高x厚)的矩形扁管叠加焊接在一起，两端加上连箱制成的。高度有三种规格：416mm(8根)、520㎜(10根)和624㎜(12根)。长度有600～2000㎜以200㎜进位的八种规格。扁管散热器的板形有单板、双板、单板带对流片、双板带对流片4种形式。单、双板扁管散热器两面均为光板，板面温度较高，有较多的辐射热。带对流片的单、双板扁管散热器在对流片内形成空气流通通道，除辐射散热量外，还有大量的对流散热量。(5)钢制光面管散热器：又叫光排管散热器，是在现场或工厂用钢管焊接而成的。因其耗钢量大，造价高，外形尺寸大，不美观，一般只用在工业厂房内。钢制散热器与铸铁散热器相比有如下特点：1)金属耗量少。钢制散热器多由薄钢板压制焊接而成，散出同样热量时，金属耗量少而且重量轻。2)承压能力高。普通铸铁散热器的承压能力一般在0.4~0.5MPa(其中带稀土的灰口散热器工作压力可达到0.8MPa，甚至达到l.0MPa)．而钢制板型和柱型散热器的工作压力一般可达0.8MPa，钢串片式散热器承压能力可达1.0MPa。3)外形美观整洁，规格尺寸多，少占有效空间和使用面积，便于布置。4)除钢制柱型散热器外，其他钢制散热器的水容量少，持续散热能力低，热稳定性差，供水温度偏低而又间歇采暖时，散热效果会明显降低。5)钢制散热器易腐蚀，使用寿命短。热水采暖系统使用钢制散热器时，给水必须除氧，应控制系统水质和系统补水水质的溶解氧小于或等0.lmg／L；水温25℃时pH值应为：给水≥7，锅水10～12之间。因蒸汽系统的含氧量、pH值不宜控制，所以蒸汽采暖系不应使用钢制散热器。对有酸、碱腐蚀性气体的生产厂房或相对湿度较大的房间也不宜设置钢制散热器。使用钢制散热器的系统非工作时间宜满水养护。系统应尽量采用封闭的循环系统。必要时，可采用低位胶囊式密闭定压膨胀罐解决系统的定压和膨胀问题。因钢制散热器易腐蚀，对水质要求高，使用寿命短，钢制板式散热器在我国已基本上不采用。水道为钢管类的钢制散热器，因其壁厚尚有一定市场。3、铝制散热器铝制散热器的材质为耐腐蚀的铝合金，经过特殊的内防腐处理，采用焊接连接形式加工而成。铝制散热器重量轻，热工性能好，承压能力高，使用寿命长，其外形美观大方，造型多变，可做到采暖、装饰合二为一。使用时应注意产品对水质的要求。铝制散热器每柱的长度可以有很多数值，不宜限定，可根据用户要求任意改变宽度和长度。为了不同产品单柱长度的控制与对比，常采用名义散热量的方法确定其散热量，即以进检样片测得的标准散热量为基础，折算为长度L=1000mm的标准散热量，即名义散热量。采用铝制散热器时，应选用内防腐型散热器，并应满足产品对水质的要求。散热器内腔应严格按涂装工艺要求由机械程序化操作，以防止简易手工操作的不稳定性。应采用可靠的覆膜涂层或其他物理保护措施，以保证散热器长期稳定地工作。目前的铜铝复合、钢铝复合、不锈钢铝复合等均是可靠的手段，但散热器的水道部分已与全铝散热器不同了。铝制散热器与系统采用螺纹连接时，需采用配套的专用非金属或不发生电化学腐蚀的金属管件或双金属复合管件，不得使用铝制螺纹直接与钢管连接，散热器生产厂应配套供应专用连接件，否则施工中容易遗漏而造成腐蚀。本设计中采用M-132型散热器。两柱形散热器，结构简单防腐性能好，使用寿命长，热稳定性好且柱形散热器金属强度高及传热系数高，外形美观，易清除积尘，易组成所需面积。3.2散热器的计算3.2.1散热器的计算在本设计中采用M-132型散热器，其散热面积为0.24㎡/片，水容量为1.32L/片，重量7kg/片，工作压力0.5MPa。传热系数计算公式：（2-9）式中：——散热器的热媒平均温度与室内计算温度之差，℃。散热器的计算面积计算公式：（2-10）其中：——散热器的计算面积，㎡；——采暖设计负荷，W；——散热器的传热系数， ；——散热器的片数修正系数；——散热器的连接方式修正系数；——散热器的安装方式修正系数。在本设计中散热器采用明装形式，同侧上进下出，安装在墙面上加盖板。所以=1.0=1.02。确定散热面积后（由于每组片数未定，先按=1计算），可按下式计算所需散热器的总片数。（2-11）其中： ——每片散热器散热面积，然后根据每组片数乘以修正系数，最后确定散热器面积。由以上公式计算室内的散热器片数列于附录C。3.2.2散热器的布置布置散热器时，应符合《设计规范》中的有关规定，除了教材中的一些规定外。还应符合下列规定：布置散热器应注意以下规定：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。当安装或布置管道有困难时，也可靠内培安装。如设在窗台下时，医院、托幼、学校、老弱病残者住宅中，散热器的长度不应小于窗宽度的75％；商店橱窗下的散热器应按窗的全长布置，内部装修要求较高的民用建筑可暗装。2、为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在陋习建或其它有冻结危险的场合，应由单独的立，支管供热，且不得装设调解阀。3、散热器在布置时，不能与室内卫生设备、工艺设备、电气设备冲突。暖气壁龛应比散热器的实际宽度多350~400毫米。台下的高度应能满足散热器的安装要求，非置地式散热器顶部离窗台板下面高度应≥50毫米，离地可为100~200毫米。底层散热器安装高度应考虑回水管及跑坡、支管连接等要求。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。5、公共建筑楼梯间的散热器，宜分配在底层或按一定比例分配在下部各层，住宅楼梯间一般可不设置散热器。把散热器布置在楼梯间的底层，可以利用热压作用，使加热了的空气自行上到楼梯间的上部补偿其耗热量。6、在楼梯间布置散热器时，考虑楼梯间热流上升的特点，应尽量布置在底层。3.2.3散热器的安装1、散热器组对后，以及整组出厂的散热器在安装之前应作水压试验。2、散热器宜明装。暗装时装饰罩应由合理的气流通道、足够的通道面积并方便维修。这是根据建筑物的用途，考虑有利于散热器放热、安全、适应室内装修要求以及维护管理等方面考虑的。3、幼儿园的散热器必须暗装或加防护罩。4、考虑到组装的方便，铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：粗柱型(包括柱翼型)20片；细柱型25片；K翼型7片。5、双管采暖系统，同一房问的两组散热器可串联连接；贮藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，亦可同邻室串联连接，主要是考虑在有些情况下单独设支立管有困难或不经济。但注意，热水采暖系统两组散热器串联时，有在管道水力计算完毕得出每根立管的温降之后，才能根据各立管的温降去计算散热可采用同侧连接，但上、下串联管道直接应与散热器接口直径相同。6、冻结危险的楼梯间或其他有冻结危险的场所，应由单独的立、支管供暖。一般不应将其散热器同临室连接，以防影响临室的采暖效果，甚至冻裂散热器。散热器前不得设置调节阀。随着建筑水平和物业管理水平的提高及采暖区域的扩大，有的楼梯问已经无冻结危险，因此，对楼梯间也不能一概而论。7、安装在装饰罩内的恒温阀必须采用外置传感器。传感器应设在能正确反应房间温度的位置。本条属于《暖通规范》新增加的条文。3.3管道布置3.3.1供水干管的布置立管位于管道间。立管上下端设阀门，便于调节和检修。根据布置原则和建筑物的特点及供热管道的系统形式和布置方式，立管的中心距内墙的距离为350mm。3.3.2室内管线的布置室内供水﹑回水干管敷设在垫层内，距地平面50mm，3.3.3支管的布置本系统支管的布置形式均为供、回水支管同侧连接，且支管均保证为0.01的坡度，以便于排出散热器内积存的空气，便于散热。3.3.4管道支架的安装管道支架是直接支承管道并承受管道作用力的管路附件。它的作用是支撑管道和限制管道位移。支座承受管道重力和由内压、外载和温度变化引起的作用力，并将这些荷载传递到建筑结构或地面的管道构件上。根据支座对管道位移的限制情况，分为活动支座和固定支座。一、活动支座活动支座是允许管道和支承结构有相对位移的管道支座。活动支座按结构和功能分为滑动、滚动、弹簧、悬吊和导向等支座形式。二、固定支座固定支座是不允许管道和支承结构有相对位移的管道支座。它主要用于将管道划分成若干补偿管段，分别进行热补偿，从而保证补偿器的正常工作。在无沟敷设或不通行地沟内，固定支架也有做成钢筋混凝土固定墩的形式。第4章管道的水力计算4.1绘制系统图根据建筑物和采暖的特点，将建筑物分区后，绘制每层最不利环路的系统图，标明各段干管的负荷数，并对各管段进行标注。绘制供水立管系统图，每层为一段，标明各段干管的负荷数，并对各个管段进行标注。系统图及标注见图4.14.2水力计算4.2.1供暖系统水力计算的任务在满足热负荷所要求的热媒流量条件下，确定系统的管段管径，以及系统的压力损失。水利计算应具备的条件是，必须首先确定供暖系统的设备及管道布置，已知系统各管段的热负荷及管段的长度。在设计过程中，水力计算一般有两种情况，一种是事先给定资用循环压力，然后根据热负荷等已知条件确定管径。对于室内热水供暖系统，资用压力的确定原则：（1）连接于已确定或已建成的热网室内供暖系统，其循环压力按供回水压力差确定；（2）标准设计或将来有可能连接城市热网且需使用混水器时，其循环压力应在10KPa；水力计算的另一种情况是，在计算时无确定的资用压力。此时则应该根据热负荷等已知条件，以及系统各并联环路的压力平衡和技术经济原则来确定管径，并同时确定系统的压力损失。本次设计采用第一种方法计算。4.2.2供暖系统管路水力计算的内容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。室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成的管路系统。管路的水力计算从系统的最不利环路开始，也即从允许的比摩阻最小的一个环路开始计算。由n个串联管段组成的最不利环路，它的总压力损失为n个串联管段压力损失的总和。热水供暖系统的循环作用压力的大小，取决于：机械循环提供的作用压力，水在散热器内冷却所产生的作用压力和水在循环环路中困管路散热产生的附加作用压力。各种供暖系统型式的总循环作用压力的计算原则和方法。进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻Rpj，即Pa/m（4-1）式中:ΔP——最不利循环环路或分支环路的循环作用压力，Pa；∑L——最不利循环环路或分支环路的管路总长度，m；a——沿程损失约占总压力损失的估计百分数。根据式中算出的及环路中各管段的流量．利用水力计算图表，可选出最接近的管径．并求出最不利循环环路或分支环路中各管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。第一种情况的水力计算．有时也用在已知备管段的流量和选定的比摩阻R值或流速值的场合，此时选定的R和值，常采用经济值，称经济比摩阻或经济流速。选用多大的R值(或流速值)来选定管径，是一个技术经济问题。如选用较大的R值(值)，则管径可缩小，但系统的压力损失增大，水泵的电能消耗增加。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过大。目前在设计实践中，值一般取60～120Pa/m为宜。第二种情况的水力计算，常用于校核计算。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。进行第三种情况的水力计算，就是根据管段的管径d和该管段的允许压降ΔP，来确定通过该管段(例如通过系统的某一立管)的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力，以及热水供暖系统采用所谓“不等温降’水力汁算方法，就是按此方法进行计算的。当系统的最不利循环环路的水力计算完成后，即可进行其它分支循环环路的水力计算。《暖通规范》规定，热水供暖系统最不利循环环路与各并联环路之间(不包括共同管段)的计算压力损失相对差额，不应大于±15％。在实际设计过程中，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。但流速过大会使管道产生噪声。目前，《暖通规范》，规定。最大允许的水流速不应大于下列数值：民用建筑1.2m/s生产厂房的辅助建筑物2m/s，整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10﹪附加值，以此确定系绕必需的循环作用压力。4.2.3确定最不理管路及水力计算方法室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成的管路系统，管路的水力计算从系统的最不利环路开始，由n个串联管路组成的最不利环路，总压力损失为n个串联管段压力损失之和。首先要计算出最不利环路或分支环路的平均比摩阻。热水采暖系统管路水力计算可分为等温降法和不等温降法，而等温降法又分为限定压降法和允许流速法。在本采暖系统的水力计算中，水力计算方法采用限定压降法。1、最不利环路的特点最不利环路就是单位管长允许的平均压降的最小的环路，对于机械循环系统，一般为管路最长，阻力最大的环路。对于此高区系统选择1--26为最不利环路。2、热水供暖系统管路水力计算的基本公式热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下列公式表，（4-2）式中：——计算管段的压力损失，；——计算管段的沿程损失，；——计算管段的局部损失，；——每米管长的沿程损失，；管段长度，m。在实际工程设计中，为了简化计算，采用“当量局部阻力法”或“当量长度法”进行管路的水力计算。当量局部阻力法又称为动压头法，是将管路的沿程损失转变为局部损失来进行计算。设管段的沿程损失相当于某一局部损失ΔPj，计算公式表示如下：Δ=ξd=Pa（4-3）式中：ξd——-当量局部阻力系数；本设计即采用了这种方法。 其中，管段的局部损失，可按下式计算：(4-4)式中：——管段中总的局部阻力系数其中局部阻力系数见附录E。4.2.4水力计算步骤本设计的计算过程同双管顺流式热水供暖系统管路的水力计算过程，计算步骤如下：1、在系统图上，对各管段进行编号，并注明管段长度和热负荷。2、首先计算通过最远立管的环路，确定出供水干管各管段、立管各管段的管径及其压力损失。3、本设计采用推荐的平均比摩阻大致为60120Pa/m来确定各管段的管径。4、根据G和选用的平均比摩阻值，查设计手册，将查出的各管段的d、R、v值列入水力计算表格中。最后算出最远环路的总压力损失。入口的剩余循环压力，用调节阀消除掉。流量G的值可用以下公式计算得出：㎏/h（4-5）式中：Q——管段的热负荷，W；——系统的设计供水温度，℃；——系统的设计回水温度，℃。5、根据水力计算的结果，求出系统的的总压力损失，及各立管的供、回水节点间的资用压力。6、用同样的方法，计算通过最近立管的环路，从而确定出最近立管供、回水管各管段的管径及压力损失。7、计算过程中应该注意的一些问题：①如果个别立管供、回水节点间的资用压力过小或过大，则会使下一步选用该立管的管径过粗或过细，设计很不合理。此时，应调整第一、二步骤的水力计算，适当改变个别供、回水干管的管段直径，使易于选择各立管的管径并满足并联环路不平衡率的要求。②针对本系统，由于楼梯间的立管上压力损失不易平衡，采用将个别管段管径调小和增大个别管段的局部阻力的方法使之平衡。8、确定其它立管管径。根据各立管的资用压力和立管各管段的流量选用合适的立管管径。9、求各立管的不平衡率。根据各立管的资用压力和立管的计算压力损失，求各立管的不平衡率。不平衡率应在10%以内，当计算出的损失小于资用压力10%时使用阀门进行调节，当计算出的损失大于资用压力10%时放大管径再进行计算，直至符合压力平衡要求为止。按上面的方法计算立管各层环路的管径，把整个系统的水力计算及不平衡率都算出来后，以附表的方式列在后面，详见水力计算附录D。4.2.5水力计算中的注意事项l、采暖系统水力计算必须遵守流体连续性定律，即对于管道节点(如三通、四通等处)热媒流入流量之和等于流出流量之和。热媒流速的选择：热媒的流速是影响系统的经济合理程度的因素之一。为了满足热媒流量要求，对于机械循环热水采暖系统，增大热水流速虽然可以缩小管径，节省管材，但流速过大，压力损失增加，会多消耗电能，甚至可能在管道配件(如三通、四通等)处产生抽力作用，破坏系统内热水正常流动，使管道发生振动．产生噪音。因此，《采暖规范》中规定：采暖管道中的热媒流速，应根据热水或蒸汽的资用压力、系统形式、防噪声要求等因素确定。最大允许流速应符合下列规定：1）热水采暖系统：民用建筑辅助建筑物工业建筑2）低压蒸汽采暖系统汽水同向流动时30m/s汽水逆向流动时20m/s最大允许流速与推荐流速不同，它只在极少数公用管段中为消除剩余压力或为了计算平衡压力损失时使用的，如果把最大允许流速规定的过小，则不宜达到平衡要求，不但管径较大，还需增加调压板等装置。在热水采暖系统中热水流速不宜超过其允许流速。2、采暖系统水算必须遵守并联环路压力损失平衡定律。系统在运行中，构成并联环路的各分支环路的压力损失总是相等的，并且等于其分流点与合流点之间的压力总损失。在设计时只能尽量的选择在保证热媒设计流量的同时使各个并联环路的压力损失接近于平衡的管径。只要保证并联环路各分支环路之间的计算压力损失差值在允许范围之内，则流量的变化是不大的。热水采暖系统的并联环路各分支环路之间的计算压力损失允许差值查表。在进行系统水力计算时，系统并联环路各分支环路之间的计算压力损失差值如果超过了允许差值，就必须调整一部分管道的管径，使之满足要求。并联环路备分支环路之间的压力损失允许差值查手册。表4.3并联环路各分支环路之间的压力损失允许差值系统形式允许差值（%）系统形式允许差值（%）双管同程式双管异程式1525单管同程式单管异程式10153、热水采暖系统最不利环路的单位长度沿程压力损失，除很小的系统外，一般以不超过60～120Pa／m为宜。4、由于计算、施工误差和管道结垢等因素的存在，采暖系统的计算压力损失宜采用10％的附加值。5，供水干管末端和回水干管始端的管径不宜小于20ram，以利于排除空气，并小数显著的影响热水流量。6、采暖系统各并联环路，应设置关闭和调节装置。主要是为了系统的调节和检修创造必要的条件。7、热水和蒸汽采暖系统，应根据不同情况，设置排气、泄水、排污和疏水装置-是为了保证系统的正常运行并为维护管理创造必要的条件。不论是热水采暖还是蒸汽采暖都必须妥善解决系统内空气的排除问题。通常做法是：对于热水采暖系统，在有可能积存空气的高点(高于前后管段)排气．机械循环热水干管尽量抬头走，使空气与水同向流动；下行上给式系统，在最上层散热器上装排气阀或做排气管；水平单管串联系统在每组散热器上装排气阀，如为上进下出式系统，在最后的散热器上装排气阀。水力计算如下：根据水力计算表得知，最不利环路的压力损失为以下系统的压力损失可从水力计算表附录D中查到。此系统需要平衡的管路有高层户内与其下一层户内平衡，高层户内与其同一立管最底层户内平衡。上下户内的不平衡率，最顶层户内压力损失为：与其相邻的标准层压力损失为：不平衡率（用阀门进行节流调节）。最高与最低户不平衡率，最顶层户内压力损失为：最底层户内压力损失为：不平衡率（用阀门进行节流调节）第5章换热站设计5.1换热站的介绍集中供热系统的换热站是供热网路与热用户的连接场所。它的作用是根据热网工况和不同的条件，采用不同的连接方式，将热网输送的热媒加以调节、转换，向热用户系统分配热量以满足用户需求；并根据需要，进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。5.1.1换热站的规模和位置要求（1）换热站的规模和站房位置及站房数量，一般应考虑下列原则：①换热站的规模应根据用户长期总热负荷确定。分期建设的小区或企业，应统一考虑换热站的位置和站房建筑，工艺设备和设备可一次或分期设计安装。②对于小区采暖用的换热站，供热半径在1.5Km以内的，宜设集中换热站。③自然地形高差大的小区或企业，宜根据管道布置条件和设备承压能力，部分集中分区设置换热站。（2）换热站的位置，一般应考虑下列要求：①换热站宜靠近热负荷中心，站房可以是独立建筑，也可附设在锅炉房或其它建筑物内。②当用户需同时建锅炉房和热交换站时，两者合建，可共用水处理设备和辅助用房，且锅炉的连续排污热水可用作循环水系统的补给水。5.1.2换热站站房设置要求（1）独立的换热站应根据其规模大小、设置热交换间、水处理间、控制室、化验室和运行人员必要的生活用房，如厕所、值班室等。对于兼作小区维修中心的站房，还应考虑设置维修间和存放备用设备、仪表、阀件及维修工具的储存间。（2）设备用房的净高，应满足安装、检修时起吊设备的空间和管道安装的需要。换热站的高度不宜小于3.0m。（3）设备用房的面积，应保证设备之间有运行操作通道和维修拆卸设备的场地。管壳式换热器前应留有抽卸管束需要的空间；板式换热器侧面应留有维修拆卸板片垫圈的空间，设备运行操作通道净宽不宜小于0.8m。（4）换热站宜有良好的通风散热条件，当自然通风不能满足排热通风要求时，应设置机械通风。站房设计应考虑预留设备安装出入口。5.1.3换热站热力系统的设计应符合的要求（1）热力系统加热介质一侧的设计应考虑下列要求：①加热介质在进入换热站的入口总管上应设置切断阀、过滤器、流量计等设备。有条件时应安装热量计。②由热源来的加热介质工作压力高于换热站设备的承压能力时，在入口总管上应设置减压阀，减压阀后应配置安全阀，安全阀泄压管出口应引至安全放散点。③当加热介质来自市政管网，而入口处资用压头小于换热站内的系统阻力时，应在取得市政热力主管部门的同意后，设置管道增压泵，必要时，对增压泵进行调频控制，保证回水压力符合市政管网运行要求。④每台换热器的加热介质出入管道上应装切断阀，在入口管道上一般还应装自力式流量调节阀，以便根据被加热介质出水温度要求控制调节加热介质的流量。⑤当加热介质为蒸汽时，凝结水的出水温度和回流水压应符合热源（或市政）管理部门的规定。从节能考虑，凝结水温度宜在热交换站内降至85℃以下，当选用得起水换热器凝结水出口温度达不到这一要求时，宜在汽水换热器后串联设置一个水-水换热器，并在其水热器出口管上装设疏水器。⑥当加热介质为高温热水时，换热站的回水温度也应符合热源主管部门的要求。（2）热力系统被加热介质侧的设计应符合下列要求：①换热站被加热水的供热参数（温度、压力）应符合用户设备的运行要求。②当一个换热站需要供应多种不同参数或水质要求的热水时，可根据需要设置多个不同的热交换系统分别满足不同用户的需要。③当换热站需要向外供应多路循环水时，宜设置分水器和集水器。分水器和集水器的每根进出口水管上均应装切断阀，还应配置安全阀、排泄阀及温度计、压力表等附件。④循环水泵的进口侧回水管（或母管）上应设置过滤器，过滤器前后用设置切断阀和旁通管。⑤循环水泵进出口侧的母管之间应设置旁通管，旁通管管径宜与母管相近，当布置困难时，可用较小管径，但其最小截面面积不得小于母管截面积的1/2，旁通管上安装止回阀，止回阀安装方向是在水泵停运时，进水母管中的水能流向出水侧母管。5.1.4换热站规模及形式的确定（1）确定原则①换热站的规模应根据现状和近期发展负荷确定，远期发展负荷如不大可适当预留；②换热站规模在负荷落实的基础上，有条件时应适当加大规模，以便减少热力站的数量、节省投资和减少管理维护人员；③换热站的规模确定还应考虑当地的具体条件，如占地、交通、电源和供水条件是否具备和方便；④换热站建筑物的布置应尽量少占地，居民小区换热站和热力分配站有条件时应尽量利用原有锅炉房。本设计换热站的服务对象是太原市高层民用住宅，为散热器采暖。（2）换热站类型的确定本设计工程的换热站系统的一次供热网供回水的设计温度为110℃/70℃的热水，二次供热管网供回水的设计温度为95℃/70℃，再考虑到用户比较集中以及经济、运行和维护的要求,因此需通过水-水换热器换热，故应采用水-水换热站。本设计采用补水泵定压。换热站内的设备包括：换热器、循环水泵、补水泵、水箱、加压泵、水处理设备、除污器等。5.2换热站主要设备的选择5.2.1换热器的选型热交换器的容量和台数，应根据热负荷选择，台数不宜少于两台，不考虑备用。当其中一台热交换器停运时，其余换热器的供热量应满足60%～75%的热负荷。换热器的面积计算公式：（3-1）式中：——换热器传热面积，；——采暖用户设计热负荷，；——换热器传热系数，； ——结垢系数，一般取0.7~0.8；——对数平均温差，℃；（3-2）——热媒出入口处的最大温度差值，℃；——热媒出入口处的最小温度差值，℃。本设计中=110-95=15℃，=70-70=0℃，=0.8，=5000W/(㎡k)（水-水换热器可按35006000估计）。求对数平均温差：℃求换热器面积：本设计分为高区设一个换热器和低区设一个换热器，==根据换热器传热面积，高区和低区各选BR70型换热器一台。5.3水泵的选择计算水泵选择要满足以下几个方面：1.满足最高运行工况的流量和扬程，使水泵工作状态处于高效率范围。2.泵的流量和扬程有10%-20%的富裕度。3.选泵时要考虑系统静压对泵体的影响。5.3.1循环水泵的计算选型1、循环水泵流量计算：公式（5-3）式中：——循环水泵流量，㎏/h；——供暖系统热负荷，W；——供暖系统热媒供水温度，℃；——供暖系统热媒回水温度，℃；——供暖系统热媒供水密度，㎏/。本设计中：=961.9Kg/m；=95℃；=70℃。本设计分为高区和低区，==160.05t/h；==170.81t/h；2、循环水泵扬程计算：公式（5-4）式中：——循环水泵扬程，m；——换热器和热力站内管道设备的阻力损失，m；——主干线供回水管线总阻力损失，m；——最不利用户内部系统阻力损失，一般分户计量散热器采暖系统取30～40kPa。本设计中，=1.2（20+5.1+4）=34.9m；=1.2（20+3.6+4）=33.1m；由此选用水泵：高区选用二台XA80/16型水泵，一用一备；低区选用二台XA80/16型水泵，一用一备。循环水泵性能参数如表3.1所示。表3.1循环水泵性能参数表型号转速(r/min)流量(m3/h)扬程(m)电机功率（KW）XA80/162900108-18730.5-39.530XA80/162900108-18730.5-39.530水泵的要求：（1）为防止循环水泵突然停止造成回水对水泵的冲击。在循环水泵的进水母管与出水母管之间应装设旁通管路，管径应与母管管径相近，并在该旁通管上装设止回阀。（2）热水循环系统应视具体情况设置必要的安全泄压装置。（3）为了避免管路系统被异物堵塞，通常在回水母管上装设除污器。（4）循环水泵应有比较平缓的G-H特性曲线，采用并联运行。（5）为防止突然停电时产生水击损坏循环水泵，可在循环水泵前后进、出水总管之间，设一带止回阀的旁通管，旁通管的管径与总管相同。5.3.3补水泵的计算选型补水泵流量宜为正常补水量的4～5倍，正常补水量宜采用系统水容量的1%。补水泵的扬程不用小于补水定压点的压力加30～50kPa。为保证系统在停止和运行时充满水，补水定压点的压力为采暖系统用水最高点的静水压力，并且不超过直接连接用户系统底层散热设备的允许压力，如普通散热器用户0.4MPa﹑地暖用户0.8MPa。补水泵台数不宜少于两台，其中一台备用。高区采暖系统择IS型水泵，其技术参数如下:IS150-125-250水泵技术参数表5-5型号流量扬程转速效率气蚀余量电机功率m3/hmr/min％mKWIS150-125-250200201450762.511低区采暖系统择IS型水泵，其技术参数如下:IS150-125-250水泵技术参数表5-7型号流量扬程转速效率气蚀余量电机功率m3/hmr/min％mKWIS150-125-250200201450762.511第6章辅助设备的选择和防腐保温6.1伸缩器在热媒输送管道中，如蒸汽管、凝水管、热水管及过热水管等。管子本身将因温度增高而引起膨胀，使管道长度增大，其增大量可按下式计算：(6-1)式中：——管道的热伸长量，mm；——热媒温度，℃；——管道安装时的温度，℃，一般按-5℃计算，当管道架空敷设于室外时，应取供暖室外计算温度；L——计算管道长度，m；0.012——钢管的线膨胀系数，mm／m.℃。可根据及L直接查值=80℃可得D=20mm时，最大允许距离为20m，因此，无需设伸缩器，只需用支架固定。由于整个系统分为156个环路，每支路总长大于50m，在上支入口﹑出口端设一方形伸缩器或充分利用自然补偿。6.2集气罐和自动排气阀l、集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，一般应设于系统的末端最高处，并使干管逆流，水流与空气泡浮升方向一致。2、集气罐分立式和卧式两种，按国标图制作，当安装高度不受限制时，亦选用立式。3、集气管的直径应大于或等于干管直径的1.5～2倍，使集气罐中水的流速不超过0.05m／s。4、集气罐接出的排气管管径，一般采用DNl5mm。在排气管上应设阀门，阀门应设在便于操作的地方，排气管排气口可引向附近水池。5、在较大采暖系统中，为方便管理，亦采用自动排气阀。6、自动排气阀的排气口，一般亦接DNl5mm排气管，防止排气直接吹向平顶或侧墙，损坏建筑外装修，排气管上不应设阀门，排气管引向附近水池。7、由于采暖系统(如水平串联系统)的原故，散热器中的空气不能顺利排除叫，可在散热器上装设手动放风阀。集气罐有效容积应为膨胀水箱容积的l％。它的直径D应大于或等于干管直径的1.5～2倍，使水在其中的流速不超过0.05．集气罐按安装形式分为立式和横式两种。本系统选择我式集气管。设计注意要点：·集气罐应设于系统末端的最高处，并使干管逆坡有利于排气。·集气罐上引出的排气管一般取DN：15mm，并应安装阀门。6.3除污器l、除污器的作用是用来清除和过滤管道中的杂质和污垢，以保证系统内水质的洁净，减少阻力和防止堵塞设备和管路，下列部位应设除污器：(1)、采暖系统入口，装在调压装置之前；(2)、锅炉房循环水泵吸入口；(3)，各种小口径调压装置。2、除污器分立式直通、卧式直通、角通除污器，按国标图制作，根据现场实际情况选用，除污器的型号应按接管管径确定。当安装地点有困难时，以采用体积小、不占用使用面积的管道式过滤器。除污器或过滤器横断面中水的流速亦取0.05m/s。6.4补偿器为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力热引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。l、供热管道上采用补偿器的种类很多，主要有管道的自然补偿、方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球型补偿器等。前三种是利用补偿器的材料的变形来吸收热伸长；后两种是利用管道的位移来吸收热伸长。2、在考虑热补偿时，应充分利用管道的自然弯曲来吸收热力管道的温度变形，自然补偿每段臂长一般不宜大于20~30m。3、当