【《某建筑供热外网部分的设计计算案例》8600字】

某建筑供热外网部分的设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u26490某建筑供热外网部分的设计计算案例 1268491.1供热方案设计 152361.1.1供热参数的确定 1134641.1.2供热管道的平面布置及铺设方式 253841.1.3热交换站位置及热交换方式的确定 2299041.2供热管网水力计算 3182061.3供热管道的保温计算 4236653.1.1管道保温材料及保温结构的确定 451713.1.1管道热损及保温层厚度计算 5287801.4供热管道应力计算 9207871.41单位长度摩擦力的计算 937681.42管壁厚度计算 11138371.43直管段应力验算及局部稳定性计算 13251061.44管件应力计算 151.1供热方案设计1.1.1供热参数的确定在本次供热外网设计中，一次网供回水温度为110/60℃，共有七个区域在供热范围内，因此根据设计底图以及每个区域的热负荷统计，可以得出该供热范围内的总热负荷，再根据经济比摩阻，可以计算出供热外网的管径以及阻力，下表1.1为该供热外网的负荷统计表：表1.1供热区域编号功能分区面积/㎡热指标负荷/kw各区域总负荷/kw7商业建筑23500651527.55265.5办公建筑623006037388住宅建筑123247404929.885067.88农贸市场23006013819住宅建筑1121504044865461商业建筑150006597510住宅建筑156660406266.46266.412住宅建筑92747403709.884066.015商业建筑547965356.13513住宅建筑87678403507.124076.65商业建筑876265569.5315住宅建筑224805408992.29863.85商业建筑1341065871.651.1.2供热管道的平面布置及铺设方式在本次供热外网设计中管道的位置应当符合《城镇供热管网设计规范》规定：当供热管道在道路下方进行铺设时，应当平行与马路中心铺设。而同条管道是只能沿着左侧或右侧其中的一条方向铺设；当供热管道不在建筑区下方时，要求与上方相同：供热管网选线时应当避开会造成管道损坏的不利地段。管道的敷设方式又分为地面上方和地面下方，此次供热外网设计中，因为是沿着公路进行铺设，所以不适宜选择地上敷设，而采用地下敷设；地下敷设又分为地沟敷设和直埋敷设，因为地沟敷设的工程量很大而且价格不够经济，不适合本次设计，所以在本次供热外网设计中采用直埋敷设。直埋敷设的优点有很多，比如说较为简单的施工方式，不怎么占用地面面积，不怎么消耗管材。直埋敷设的覆土深度采用管中心线距地面1.6m。 1.1.3热交换站位置及热交换方式的确定1.1.1.1热交换站位置在本次供热外网设计中，换热站的供热规模应当通过经济技术比较来确定，但是缺少必要的条件，因此应当按照最大规模以不超过本街区为限值。位置选取方面，换热站应当靠近负荷中心，以尽可能减少传热的损失；因为换热站内有各种动力装置的运转，可能会造成居民的困扰，为了解决这一可能存在的问题，换热站应当设置在距离各类人员居住的楼房十多米以上的位置。1.1.1.2热交换方式的确定在集中供热系统中，有着三个组成部分，他们分别是热网、热源以及热用户。因为要满足热用户的要求，我们必须要根据热用户的要求来选择热交换方式。因为本次供热外网设计中为低温热水介质，而其这种系统方式主要采用了两种供热形式，就是开闭式的区别，以下为介绍两种供热形式的优缺点。闭式系统中，供热管网中的补水量很少，通常只需要系统循环水量的1~2%，且较为容易检测其管网的严密程度，而在另一种形式中，补水量为漏水量以及生活用水量之和，因此其各种装置的花费以及平日里运转所花的钱数要比闭式系统多很多。闭式系统中换热器来对系统的循环水进行加热，其水质能够保证与日常用水的水质相同，开式系统中的水直接从热网中抽取，水质很不稳定。根据上面的叙述，可以发现这两种供热形式都有各自的长处和短处，但是在我国，热水提供的热负荷比重不是那么大，所以大多都选用闭式。所以本次换热站设计仍旧采用闭式系统的设计。1.2供热管网水力计算在1.1.1中，我们已经得出了供热管网的热负荷数值，接着我们应当进行水力计算，得出管路的流量以及管径还有压力损失。以下为热水网路的水力计算方法和步骤：首先得出供热外网中各个管段的计算流量：本次设计中只有采暖热负荷，计算流量我们可以根据下式来确定：Gn该式中：GnQnC——水的比热容，4.2kJ/（kg·℃）τ1A——不同单位下的系数，本式中取860接着我们应当确定网路的主干线和沿程比摩阻：根据规范中所说，初步选定的设计比摩阻，应在30~70pa/m范围之内，而闭式系统采用的主干线比摩阻要比上值要高，可达到100pa/m。因此我们初步选择100pa/m的比摩阻，接着再根据《供热工程》附录9-1所提供的的计算表，可以确定各个管段的实际管径和实际比摩阻。再依照其和局部阻力，查取局部阻力系数，通过下式1.2计算出局部阻力，再通过下式1.3就可以得出主干线的总压降。最后得出的数据比摩阻不应当超过300pa/m。∆P该式中：∆Pζ——局部阻力系数ρ——网路中流体的密度（kg/m³）v——网路中的流速（m/s）∆P=该式中：∆P——管段的总压力降R∆PR——实际比摩阻（pa/m）L——管段的实际长度（m）下表1.2即为本次供热外网设计中的水力计算表：表1.2水管水力计算编号负荷kW流量m^3/h管径管长mv(m/s)R(Pa/m)Py(Pa)ζPj(Pa)Py+Pj(Pa)140067711.515300872.7209181400.135318493234802618.0193003002.345158474060.1745347859329734528.022503002.829284852090.1558185791424273431.0432501302.31190246830.1949125174518007319.7712501271.713105133650.1419913564613941247.566200532.093207110700.122551132479864175.1662002401.481104249640.12127250921.3供热管道的保温计算3.1.1管道保温材料及保温结构的确定在供热外网的设计中，我们要对管道的温度保持进行设计计算，因为热水在管道里流动的时候会有损耗。据供暖设计行业的前辈们的介绍，流动的热损可占总量的10%以下。甚至于保温措施的费用可以达到总输热量的25%以上，所以就更应该对其保温方面进行设计计算。关于保温材料的选择，应当遵守选择较小的导热系数、重量较轻、不易变形、不腐蚀管道、可燃成分少、成本较低的原则。目前我国常用的保温材料有很多。根据《城镇供热直埋热水管道技术规程》中所说，当工作管使用钢管、外护管使用高密度聚乙烯时、保温材料应当使用硬质聚氨酯泡沫塑料。硬质聚氨酯泡沫塑料的重量小、导热系数没那么高、保持温度的能力强、并且能够抵抗一定的弯曲和折损，非常适用于低温热水的保温材料使用。保温结构有着由内到外两种成分组成，分别是起到保温作用的一层和起到保护作用的一层，常用的方法有很多，本次供热外网中，采用预制式保温结构，就是直接在供热管道的外层添加一层保温结构，其优点是不需要购买方有额外的操作成本，对于供货方而言也是简便了制造成本，所以绝大多数都采用这种保温方式。3.1.1管道热损及保温层厚度计算在供热外网设计中，我们需要对供热管道进行保温计算，目的是为了得出管路的散热损失，从而确定保温层的厚度，热损失以及保温层厚度计算公式如下：qsqrRgRtRh=1式中：qs——供水管单位长度热损失(W/m)；qr——回水管单位长度热损失(W/m)；ts——计算供水温度(℃)；tr——计算回水温度(℃)；tg——管道中心线的自然地温(℃)；Rg——土壤热阻[(m·K)/W]；Rt——保温材料热阻[(m·K)/W]Rh—R0——土壤表面换热热阻—附加热阻[(m·K)/W]；R0——土壤表面换热热阻，可取0．0685[(m2·K)/W]；λg——土壤导热系数[W/(m·K)]，应取实测数据。估算时湿土可取1．5～2W/(m·K)，干沙可取1W/(m·K)；λt——保温材料在运行温度下的导热系数[W/(m·K)]；H——管道中心线覆土深度(m)；Hl——管道当量覆土深度(m)；Dw——保温层外径(m)；Do——工作管外径(m)；e——供、回水管中心线距离(m)。保温层外径计算公式如下：lnDδ=式中：Dw——保温层外径（m）D0——工作管外径（m）Hl——管道中心埋深（m）H——管道中心埋深（m）λg——土壤导热系数[W/(m·K)]，应取实测数据。估算时湿土可取1．5～2W/(m·K)，干沙可取1W/(m·K)；λt——保温材料在运行温度下的导热系数[W/(m·K)]；tw——保温管外表平面温度(℃)；ts——环境温度(℃)；在计算完上式的热损失和保温层厚度之后，我们还应当计算保温层的外表面温度，计算公式如下：twstwr该式中：tws——供水管保温层外表面温度(℃)；twr——回水管保温层外表面温度(℃)；qs——供水管单位长度热损失(W/m)；qr——回水管单位长度热损失(W/m)；ts——计算供水温度(℃)；tr——计算回水温度(℃)；Rt——保温材料热阻[(m·K)/W]。根据上式将计算结果制成表1.3和3.4附下：表3.4管段编号1234567公称直径（mm）300300250250250200200H管道中心线覆土深度(m)1.61.61.61.61.61.61.6Hl管道当量覆土深度(m)1.61.61.61.61.61.61.6Do工作管外径(m)0.3250.3250.3250.2730.2730.2190.219e供、回水管中心线距离(m)3333333λg土壤导热系数[W/(m·K)]1.51.51.51.51.51.51.5λt保温材料在运行温度下的导热系数[W/(m·K)]0.03520.03520.03520.03520.03520.03520.0352Rg土壤热阻[(m·K)/W]0.2928196750.2928196750.2928196750.3099506130.3099506130.3316058260.331605826供水温度ts（℃）110110110110110110110环境温度ts（℃）6.56.56.56.56.56.56.5与地表换热系数[W/(m·K)]15151515151515tws供水管保温层外表面温度(℃)30303030303030twr回水管保温层外表面温度(℃)30303030303030Dw保温层外径(m)0.4051643760.4051643760.4051643760.3447562230.3447562230.2811088570.281108857Rt保温材料热阻[(m·K)/W]0.9968329360.9968329360.9968329361.0551510221.0551510221.1288708981.128870898保温层厚度（mm）40.0821880140.0821880140.0821880135.8781112835.8781112831.0544286931.05442869实际厚度选择（mm）55.555.555.557.257.241.141.1Rg土壤热阻[(m·K)/W]0.3070146460.3070146460.3070146460.3249760380.3249760380.3476810270.347681027Rt保温材料热阻[(m·K)/W]0.3919335910.3919335910.3919335910.4148630270.4148630270.443848120.44384812实际外径（mm）436436436387.4387.4305.2305.2回水温度（℃）60606060606060保温层外径(m)0.3544291260.3544291260.3544291260.2992341190.2992341190.2415887220.241588722保温层厚度（mm）14.7145629214.7145629214.7145629211.1170592511.1170592511.294361111.2943611实际厚度选择（mm）55.555.555.557.257.241.141.1实际外径（mm）436436436387.4387.4305.2305.2表3.4管段编号1234567公称直径（mm）300300250250250200200供水Rg土壤热阻[(m·K)/W]0.2928196750.2928196750.2928196750.3099506130.3099506130.3316058260.331605826回水Rg土壤热阻[(m·K)/W]0.3070146460.3070146460.3070146460.3249760380.3249760380.3476810270.347681027供水Rt保温材料热阻[(m·K)/W]0.9968329360.9968329360.9968329361.0551510221.0551510221.1288708981.128870898回水Rt保温材料热阻[(m·K)/W]0.3919335910.3919335910.3919335910.4148630270.4148630270.443848120.44384812Rh附加热阻[(m·K)/W]0.0461309780.0461309780.0461309780.0461309780.0461309780.0461309780.046130978R0土壤表面换热热阻[(m·K)/W]0.06850.06850.06850.06850.06850.06850.0685λg土壤导热系数[W/(m·K)]1.51.51.51.51.51.51.5λt保温材料在运行温度下的导热系数[W/(m·K)]0.03520.03520.03520.03520.03520.03520.0352H管道中心线覆土深度(m)1.61.61.61.61.61.61.6Hl管道当量覆土深度(m)1.61.61.61.61.61.61.6Do工作管外径(m)0.3250.3250.3250.2730.2730.2190.219供水Dw保温层外径(m)0.3039149150.3039149150.3039149150.321876730.321876730.3445821940.344582194回水保温层外径(m)0.3544291260.3544291260.3544291260.2992341190.2992341190.2415887220.241588722e供、回水管中心线距离(m)3333333供水温度ts（℃）110110110110110110110回水温度（℃）60606060606060管中心线自然地温℃6.56.56.56.56.56.56.5qs供水管单位长度热损失(W/m)78.8711982678.8711982678.8711982674.5793062574.5793062569.7798264369.77982643qr回水管单位长度热损失(W/m)40.6764018440.6764018440.6764018438.5729956838.5729956836.2053624736.20536247tws供水管保温层外表面温度(℃)31.378591931.378591931.378591931.307568831.307568831.227584731.2275847twr回水管保温层外表面温度(℃)44.0575517644.0575517644.0575517643.9974902643.9974902643.9303179343.930317933.4供热管道应力计算因为在供热设计中，管道为直埋敷设，会存在作用在管道上的各种应力，会对供热管道造成很大的伤害，应力又分为一次应力和二次应力，当一次应力超过某一限定值时，会造成供热管道的变形直到破坏，而二次应力是管道的一部分产生变形，会使得其上限得到满足，于是就不会再有数值的增加。为了保证供热设计管道的安全可靠还有经济合理性，必须进行供热管道的应力计算。1.41单位长度摩擦力的计算保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算：F=μK0该式中：F——单位长度摩擦力(N/m)；μ——摩擦系数；Dc——外护管外径(m)；σv——管道中心线处土壤应力(Pa)；G——包括介质在内的保温管单位长度自重(N/m)；ρ——土密度(kg/m3)，可取1800kg/m3；g——重力加速度(m/s2)；K0——土壤静压力系数；φ——回填土内摩擦角(°)，砂土可取30°。土壤应力应按下列公式计算：σv该式中：σv——管道中心线处土壤应力(Pa)；ρ——土密度(kg/m3)，可取1800kg/m3；g——重力加速度(m/s2)；H——管道中心线覆土深度(m)；根据上式1.15和式1.16计算得出的结果集合成下表3.5表3.5管段编号1234567公称直径DN（m）0.30.30.250.250.250.20.2工作管外径Do（m）0.3250.3250.2730.2730.2730.2190.219工作管内径Di（m）0.3110.3110.2590.2590.2590.2070.207常用壁厚φ（m）0.0070.0070.0070.0070.0070.0060.006外护管外径Dc（m）0.450.450.40.40.40.3150.315最小摩擦系数μmin0.20.20.20.20.20.20.2最大摩擦系数μmax0.40.40.40.40.40.40.4土密度ρ（kg/m³）1800180018001800180018001800重力加速度g（m/s²）9.89.89.89.89.89.89.8管道中心线覆土深度H（m）1.61.61.61.61.61.61.6管道中心线处土壤应力σv（pa）28224282242822428224282242822428224保温管单位长度自重G(N/m)2130.672130.671525.031525.031525.031066.421066.42土壤静压力系数K00.50.50.50.50.50.50.5回填土内摩擦角φ（°）30303030303030单位长度最小摩擦力Fmin(N/m）5850.140845850.140845181.7631085181.7631085181.7631084127.9206614127.920661单位长度最大摩擦力Fmax（N/m）11700.2816811700.2816810363.5262210363.5262210363.526228255.8413228255.8413221.42管壁厚度计算工作管的最小壁厚应按下式计算：δm该式中：δm——工作管最小壁厚(m)；Pd——管道计算压力(MPa)；Do——工作管外径(m)；[σ]——钢材的许用应力(MPa)；η——许用应力修正系数，无缝钢管取1．0，螺旋焊缝钢管可取0．9；Y——温度修正系数，可取0．4。工作管的公称壁厚应按下式确定：δ≥δ该式中：δ——工作管公称壁厚(m)；δm——工作管最小壁厚(m)；B——管道壁厚负偏差附加值(m)。钢管壁厚负偏差附加值可按下式计算：B=χ×该式中：B——管道壁厚负偏差附加值(m)；δm——工作管最小壁厚(m)；χ——管道壁厚负偏差系数，可按下表3.6选取。表3.6管道壁厚偏差%0-5-8-9-10-11-12.5-15管道壁厚负偏差系数0.0500.0530.0870.0990.1110.1240.1430.176根据上式1.17、1.18、1.19计算得出的壁厚计算结果集合成下表3.7表3.7管段编号1234567公称直径DN（m）0.30.30.250.250.250.20.2工作管外径Do（m）0.3250.3250.2730.2730.2730.2190.219[σ]钢材的许用应力(MPa)125125125125125125125η许用应力修正系数1111111Y温度修正系数0.40.40.40.40.40.40.4Pd管道计算压力(MPa)1.61.61.61.61.61.61.6δm工作管最小壁厚(mm)2.0694046482.0694046481.7382999041.7382999041.7382999041.3944603631.394460363χ管道壁厚负偏差系数0.1110.1110.1110.1110.1110.1110.111B管道壁厚负偏差附加值(mm)0.2297039160.2297039160.1929512890.1929512890.1929512890.15478510.1547851δ工作管公称壁厚(mm)2.2991085642.2991085641.9312511941.9312511941.9312511941.5492454631.5492454631.43直管段应力验算及局部稳定性计算工作管的屈服温差按照下列公式计算：ΔTyσt式中：ΔTy——工作管屈服温差，℃α——钢材的线膨胀系数，m/(m·℃)；E——钢材的弹性模量，MPa；n——钢材的极限增强系数，取1.3；σs——钢材的屈服极限最小值，MPaν——钢材的泊松系数，取0.3；σt——管道内压引起的环向应力，MPaPd——管道计算压力，MPaDi——工作管内径，mδ——工作管工称壁厚，m；直管段过渡段最大长度计算公式如下：Lmax当t1−t0＞∆T直管段过渡段最小长度计算公式如下：Lmin当t1−t0＞∆T式中：Lmax——直管段的过渡段最大长度，mLmin——直管段的过渡段最小长度，mFmax——单位长度最大摩擦力，N/mFmin——单位长度最小摩擦力，N/mα——钢材的线性膨胀系数，m/(m·℃)；E——钢材的弹性模量，Mpa;t1t0ν——钢材的泊松系数，取0.3;σtA——工作管管璧的横截面积(m2ΔTy——工作管屈服温差，℃直管段局部稳定性验算对直管段部分存在较大内力的时候不允许出现管段变形的情况验算。所以对于径大于500的直管道部分要进行这一部分的计算，但是在本次供热外网设计中，据上表1.2中的数据可知，最大管径仅为300，所以不需要进行这一部分的验算。当量应力变化范围应按下式计算：σj该式中：σj——内压、热胀应力的当量应力变化范围(MPa)；υ——钢材的泊松系数，取0．3；σt——管道内压引起的环向应力(MPa)；α——钢材的线膨胀系数[m/(m·℃)]；E——钢材的弹性模量(MPa)；t1——管道工作循环最高温度(℃)；t2——管道工作循环最低温度(℃)；[σ]——钢材的许用应力(MPa)。根据上式1.20~1.24计算出的结果集合成下表3.8表3.8管段编号1234567公称直径DN（m）0.30.30.250.250.250.20.2工作管外径Do（m）0.3250.3250.2730.2730.2730.2190.219工作管内径Di（m）0.3110.3110.2590.2590.2590.2070.207常用壁厚φ（m）0.0070.0070.0070.0070.0070.0060.006外护管外径Dc（m）0.450.450.40.40.40.3150.315钢材的线膨胀系数α[m/(m·℃)]0.00001220.00001220.00001220.00001220.00001220.00001220.0000122钢材的弹性模量E(MPa)200000200000200000200000200000200000200000屈服极限增强系数n1.31.31.31.31.31.31.3钢材的屈服极限最小值σsMpa235235235235235235235钢材的泊松系数v0.30.30.30.30.30.30.3管道内压引起的环向应力σtMpa35.5428571435.5428571429.629.629.627.627.6管道计算压力PdMpa1.61.61.61.61.61.61.6工作管公称壁厚δm0.0070.0070.0070.0070.0070.0060.006工作管屈服温差C115.0081967115.0081967116.7131148116.7131148116.7131148117.2868852117.2868852工作管管壁横截面积A㎡0.0069931850.0069931850.0058496460.0058496460.0058496460.0040149550.004014955过渡段最大长度Lmaxm284.7617954284.7617954270.93383270.93383270.93383234.015707234.015707过渡段最小长度Lminm142.3808977142.3808977135.466915135.466915135.466915117.0078535117.0078535当量应力变化范围σj（Mpa）268.88268.88264.72264.72264.72261.32261.321.44管件应力计算1.44.1水平转角管段的过渡段长度计算水平转角管段的过渡段长度应按下列公式计算:lL.maxlL.minltZ=A×k=4CmK'FminK0当t1−t0＞∆式中：lLmaxlLminlLα——钢材的线膨胀系数[m/(m∙℃)]；E——钢材的弹性模量(MPa)；t1——管道工作循环最高温度(℃t0——管道计算安装温度(℃t2——管道工作循环最低温度(℃ν——钢材的泊松系数，取0.3；σtA——工作管管璧的横截面积(m2Fminϕ——转角管段的折角(弧度)；IP——直管工作管横截面的惯性矩(mIb——弯头工作管横截面的惯性矩(mk——与土壤特性和管道刚度有关的参数(1/m)；DcC——土壤横向压缩反力系数(N/mR——弯头的曲率半径(m)；K'——弯头工作管柔性系数；δbrbmZ,CMK0φ——回填土内摩擦角，砂土取30度；ρ——土密度，取1800kg/m根据上式1.25~1.33可计算出转角处过渡段长度集合为下表3.9表3.9弯头编号1234转角管段的折角弧度Φ1.5707963271.5707963271.5707963271.570796327直管工作面横截面的惯性矩Ip（m1）7.95791E-054.6696E-052.06149E-052.06149E-05弯头工作面横截面的惯性矩Ib（m1）7.95791E-054.6696E-052.06149E-052.06149E-05土壤横向压缩反力系数C（N/m³）3000000300000030000003000000弯头的曲率半径R0.90.750.60.6弯头工作管的公称壁厚δb0.0070.0070.0060.006弯头工作管横截面的平均半径rbmm0.15550.12950.10250.1025弯头工作管柔性系数K'6.3329226195.270654.8153645834.815364583与土壤特性和管道钢度有关的参数k（1/m）0.3816025340.4233533230.4892605380.489260538Cm0.2264250940.2755774470.3105158620.310515862Z644.7204966773.6596924.3908512924.3908512水平转角管段循环工作的过渡段长度lt(m）126.9629318122.9437983108.2915038108.2915038水平转角管段的过渡段最小长度lLmin(m)67.6420528165.0027014956.7612445956.76124459水平转角管段的过渡段最大长度iLmax(m)129.3959577