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供热课程设计

成绩

课程设计说明书

题目某小型住宅楼室内供暖工程设计

课程名称供热工程

院（系）建筑工程学院

专业班级09建筑环境与设备工程2班

学生姓名

学号

设计地点

指导教师

设计起止时间：

2012年05月31日至2012年06月15日

目录

第一章前言············································1

第二章概述············································2

2.1设计目的···········································2

2.2设计任务···········································2

第三章设计依据········································5

3.1设计参数············································5

3.1.1室内外设计参数····································5

3.1.2采暖设备要求和特殊要求···························5

3.2围护结构的传热系数································7

第四章供暖热负荷计算··································8

4.1负荷计算过程·······································8

4.1.1围护结构的耗热量·································8

4.1.2冷风渗透耗热量···································8

4.2热负荷的计算·······································9

4.3房间供暖热负荷计算详表····························11

第五章热水供暖系统设计方案比较与确定················13

5.1循环动力··········································13

5.2供、回水方式······································13

5.3管道敷设方式······································13

5.4工程方案确定······································13

第六章散热器的选型及安装形式························14

6.1散热器的选择······································14

6.2散热器的布置及规定································14

6.3散热器的计算······································15

6.3.1散热器散热面积计算······························15

6.3.2散热器片数计算··································15

第七章热水供暖系统水力计算·························18

7.1管道布置·········································18

7.2确定系统原理图如图所示···························18

7.3水力计算基本思路·································18

7.4系统水力计算·····································19

7.4.1选择最不利环路································19

7.4.2最不利环路的作用压力·························19

7.4.3确定最不利环路各管段的管径····················19

7.4.4求环路总压力损失······························19

设计总结············································23

参考文献············································24

第一章前言

将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为供热工程。

供热工程又分为供暖工程和集中供热，

供暖工程是以保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件为主要任务，集中供热是集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通过热网向城市、镇或其中某些区域热用户供应热能的方式。

生活中常见的是集中供热工程，目前已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。

集中供热系统包括热源、热网和用户三部分。

热源主要是热电站和区域锅炉房（工业区域锅炉房一般采用蒸汽锅炉，民用区域锅炉房一般采用热水锅炉），以煤、重油或天然气为燃料；有的国家已广泛利用垃圾作燃料。

工业余热和地热也可作热源。

核能供热有节约大量矿物燃料，减轻运输压力等优点。

热网分为热水管网和蒸汽管网，由输热干线、配热干线和支线组成，其布局主要根据城市热负荷分布情况、街区状况、发展规划及地形地质等条件确定，一般布置成枝状，敷设在地下。

主要用于工业和民用建筑的采暖、通风、空调和热水供应，以及生产过程中的加热、烘干、蒸煮、清洗、溶化、致冷、汽锤和汽泵等操作。

集中供热的优点是：

①提高能源利用率、节约能源。

供热机组的热电联产综合热效率可达85％，而大型汽轮机组的发电热效率一般不超过40％；区域锅炉房的大型供热锅炉的热效率可达80％～90％，而分散的小型锅炉的热效率只有50％～60％。

②有条件安装高烟囱和烟气净化装置，便于消除烟尘，减轻大气污染，改善环境卫生，还可以实现低质燃料和垃圾的利用。

③可以腾出大批分散的小锅炉房及燃料、灰渣堆放的占地，用于绿化，改善市容。

④减少司炉人员及燃料、灰渣的运输量和散落量，降低运行费用，改善环境卫生。

⑤易于实现科学管理，提高供热质量。

实现集中供热是城市能源建设的一项基础设施，是城市现代化的一个重要标志，也是国家能源合理分配和利用的一项重要措施。

改革开放三十年，我国集中供热事业获得了长足发展，与发达国家相比，在建筑节能与供热系统的能源利用；建筑节能材料；供热设备的选择；供热系统的选择和控制以及节能环保意识等方面存在很大的差距。

展望2010年，集中供热将面临新的竞争和挑时间内，在供热及能源利用技术方面还需要不断改进和提高。

战，实现供热技术进步关键在于抓好建立完善的技术开发体系、推广供热节能新技术......

本次课程设计是运用供热工程的技术知识对某一建筑物进行设计计算，以及散热设备的选择与计算，合理的选择供暖系统以及管路的水力计算。

第二章概述

2.1设计目的

本课程的目的是培养学生运用所学的供热工程、流体输配管网课程的理论和技术知识解决实际问题，进一步提高运算、制图和使用资料的能力。

通过设计，了解室内采暖系统的设计内容、程序和基本原则，巩固所学理论知识，培养利用这些知识解决实际问题的能力，逐步树立正确的设计观点。

采暖课程设计是建筑环境与设备专业培养学生解决实际问题能力的一个重要的教学实践环节，在建筑环境与设备专业的教学计划中占有重要的地位和作用。

2.2设计任务

本设计为整栋建筑冬季热水供暖工程。

设计主要内容为：

供热系统计算主要包括以下步骤：

1.建筑物室内热负荷的计算2.确定供暖系统的设计方案以及热媒形式，散热器的选型3.散热器的计算与布置4.绘制系统轴测图，对管段分段并标注管长，各个散热器的热负荷大小5.进行系统的水力计算，并平衡各管段的阻力，一般异程式不大于15%，同程式不大于10%。

本次课程设计的建筑物选择郑州的某一小型住宅楼，层高3层，层高为3米。

具体的参数见图表2-1.根据以上步骤的要求，对该住宅楼进行合理的供暖系统设计与水力计算。

已知：

维护结构的条件如下

外墙：

一砖半厚（370mm），内墙抹灰。

K=1.57w/m·℃D=5.06

外窗：

单层木门玻璃窗，尺寸（宽*高）为1.5*2.0，可开启的缝隙总长为13.0m。

门：

单层木门.尺寸（宽*高）为1.5*2.0，门型为无上亮的单散门，可开启的缝隙总长为9.0m。

顶部：

k=1.14w/m·℃D=1.53

地面：

不保温地面k值按划分地带计算。

第三章设计依据

3.1设计参数

3.1.1室内外设计参数

1、室外气象参数

郑州冬季供暖室外计算温度

=-5℃，冬季室外平均风速

=3.4m/s，冬季主导风向西、西北风。

2、室内设计温度:

各房间的计算温度

=18℃。

3.1.2采暖设备要求和特殊要求

供暖工程中应用最广泛的散热设备是对流散热器，故本设计中选用散热器供暖。

散热器的选择应符合以下要求：

1、热工性能

1）.墙体的保温要求

对有保温要求的墙体，须提高其构件的热阻，通常采取以下措施。

（1）增加墙体的厚度

墙体的热阻与其厚度成正比，欲提高墙身的热阻，可增加其厚度。

（2）选择导热系数小的墙体材料

要增加墙体的热阻，常选用导热系数小的保温材料，如泡沫混凝土、加气混凝土、陶粒混凝土、膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、浮石及浮石混凝土、泡沫塑料、矿棉及玻璃棉等。

其保温构造有单一材料的保温结构和复合保温结构之分。

（3）采取隔蒸汽措施

为防止墙体产生内部凝结，常在墙体的保温层靠高温一侧，即蒸汽渗入的一侧，设置一道隔蒸汽层。

隔蒸汽材料一般采用沥青、卷材、隔汽涂料以及铝箔等防潮、防水材料。

2）.墙体的隔热要求

炎热地区夏季太阳辐射强烈，室外热量通过外墙传入室内，使室内温度升高，产生过热现象，影响人们的工作和生活，甚至危害健康。

外墙应具有足够的隔热能力，通常的隔热措施有：

（1）外墙采用浅色而平滑的外饰面，如白色外墙涂料、玻璃马赛克、浅色墙地砖、金属外墙板等，以反射太阳光，减少墙体对太阳辐射的吸收；

（2）在外墙内部设通风间层，利用空气的流动带走热量，降低外墙内表面温度；

（3）在窗口外侧设置遮阳设施，以遮档太阳光直射室内；

（4）在外墙外表面种植攀缘植物使之遮盖整个外墙，吸收太阳辐射热，从而起到隔热作用。

2、经济性能

分散供热家用燃气热水器家用燃气热水器分散供热可同时供暖和供生活热水，当新建住宅区不具备集中供热的条件时，宜采用家用燃气热水器分散供热。

采用小区燃气锅炉房分散供热时，锅炉房及热网的单位建筑面积造价为3050元/m2，与家用燃气热水器分散供热的造价相当，而使用家用燃气热水器可省去制备生活热水的热水器。

供暖为连续负荷，瞬态负荷不高于目前制备生活热水的热水器，因此现有燃气管网可满足要求。

家用燃气热水器的调节灵活，与小区燃气锅炉房分散供热相比，平均节省30@的燃气。

直接用电采用电暖气、辐射电热膜的供热方式尽管末端装置热利用率为100，且调节灵活，但使用高品位电能直接转换为热，是很大的能源浪费。

目前，我国大型火力发电厂的平均发电效率为30左右，远低于热电联产及燃煤、燃气供热锅炉房的热利用率。

法国、瑞士等国部分采用直接用电供热是由于其拥有丰富的水利资源，电力多为水电及核电。

我国仍以火力发电为主，直接用电供热要比锅炉房供热增加2倍的污染物排放量，仅从环境保护角度看，直接用电供热不可取。

电蓄热锅炉为了缓解电力负荷的峰谷差，应设法利用夜间低谷电力供热。

电蓄热锅炉利用夜间低谷时段电制热、蓄热，白天电力高峰时段供热，可削峰填谷、降低运行费用。

目前的问题是电蓄热锅炉的设备造价较高，折合成单位建筑面积约150元/m2，倘若电力峰谷价格差别较小，其优势难以体现。

只有在电力部门对采用电蓄热锅炉的用户适当补贴，并加大峰谷电差价，这种方式才具有竞争力。

3、安装使用方便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，散热器的生产上艺应满足大批量生产的要求。

4、卫生美观

散热器外表光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间观感。

5、使用寿命长

散热器应不易于被腐蚀和破损，使用年限长

3.2围护结构的传热系数

表2.2围护结构的传热系数

围护结构

外墙

内墙

外门

外窗

内门

屋面

传热系数W/（m

·K）

1.57

1.72

2.33

5.82

2.33

1.14

第四章供暖热负荷计算

4.1负荷计算过程

4.1.1围护结构的耗热量

1、围护结构的基本耗热量

建筑物围护结构的基本耗热量，按一维稳态传热过程计算，按公式3-1【2】计算

（3-1）

2、围护结构附加（修正）耗热量

实际耗热量会受到气象条件以及建筑情况等各种因素影响而有所增减，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正。

这些修正耗热量称为围护结构附加（修正）耗热量。

通常按基本耗热量的百分率进行修正。

主要包括朝向修正、风力附加、高度附加耗热量。

（1）朝向修正耗热量

表3.1朝向修正率

朝向

东、西

南

东南、西南

北、东北、西北

修正率

+2%

-23%

-13%

+10%

（2）风力附加耗热量:

在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是对应风度约为4m/s的计算值。

当风速小于4m/s时，一般不考虑风力附加。

（3）高度附加耗热量：

当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2%，但总的附加率不应大于15%。

4.1.2冷风渗透耗热量

式中

式中

-----由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，W；

------空气的比定压热容，

-----采暖室外计算温度下的空气密度，

；

V------渗透冷空气量m3/h；

L—每米门窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季平均风速，m3/m·h（查课本表1.8）；

l—门窗缝隙的计算长度，m；

n—渗透空气量的朝向修正系数（查附录1.4）；

---采暖室内计算温度，

；

-----采暖室外计算温度，

。

查表可知：

郑州市的冷风朝向修正系数：

南向n=0.2北向n=0.65东向n=0.65西向n=1.0向。

查表可知：

冬季室外平均风速Vpj=3.4m/s，单层门的L=3.56m3/m·h

4.2热负荷的计算.一层基本耗热量计算

（1）首先，将采暖房间编号，如1，2等计入表2-1中，在把采暖房间的名称如卧室，客厅等计入到第2栏内。

（2）维护结构朝向及名称如北外墙，南外墙，计入第3栏中。

维护结构的传热面积等依次记录。

（3）房间的热负荷Q主要包括以下几部分：

Q=Q1+Q2+Q3

式中：

Q1——围护结构耗热量；

Q2——冷风渗透耗热量；

Q3——冷风侵入耗热量。

围护结构的基本耗热量：

式中：

K——围护结构的传热系数，W/㎡·K；

F——围护结构的计算面积，㎡；

——冬季室内空气的计算温度，℃；

——冬季室外空气的计算温度，℃；

α——围护结构的温差修正系数；是用来考虑供暖房间并不直接接触室外大气时，围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的削弱而减少的修正，其值取决

于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。

地面各地段的传热系数见表

地带名称

地面传热系数

地带名称

地面传热系数

第一地带

0.47

第二地带

0.23

第三地带

0.12

第四地带

0.07

底层1房间的维护结构耗热量计算：

Q1=

北外墙：

q1=1.0×1.57×（18+5）×14.355×（1+0.1）×1.04=593w

西外墙：

q2=1.0×1.57×（18+5）×7.455×1.02×1.04=285.56w

西外窗：

q3=1.0×5.82×（18+5）×3×1.02×1.04=425.99w

地面Ⅰ：

q4=1.0×0.47×（18+5）×16.54×1×1.04=185.95w

地面Ⅱ：

q5=1.0×0.23×（18+5）×4.14×1×1.04=22.76w

围护结构耗热量Q1=q1+q2+q3+q4+q5=1513.26W

（4）维护结构耗热量的修正

按照暖通规范的规定,维护结构的耗热量修正应考虑朝向修正、风力附加和高度附加三个方面。

上面公式已修正.

（5）冷风渗透耗热量计算

采用缝隙法计算冷风渗透耗热量Q2

公式如下：

Q2=0.278VρwCp（tn-tw′）

式中：

V=Lln

L—每米门窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季平均风速，m3/h·m

l—门窗缝隙的计算长度，m

n—渗透空气量的朝向修正系数，

ρw—冬季供暖室外计算温度下的空气密度，Kg/m3；

Cp—冷空气的定压比热，C=1KJ/Kg·℃；

tn—冬季室内空气的计算温度，℃；

tw′—冬季室外空气的计算温度，℃。

查表可知：

郑州市的冷风朝向修正系数：

南向n=0.2北向n=0.65东向n=0.65西向n=1.0向。

查表可知：

冬季室外平均风速Vpj=3.4m/s，单层门的L=3.56m3/m·h

南向外窗的总计算长度l=13米

总的冷风渗透量：

V=Lln=3.56×1×13=46.28m3/h

冷风渗透耗热量

Q3=0.278VρwCp（tn-tw′）=0.278×46.28×1.513×1.0×23=450.94w

将围护结构耗热量

、冷风渗透耗热量

、冷风侵入耗热量

三项相加即为的总耗热量

。

=

+

+

=1964.2W

4.3房间供暖热负荷计算详表

表3.3房间供暖负荷统计表

房间名称

一楼采暖热荷/W

二楼采暖热荷/W

三楼采暖热荷/W

卧室1

1964.2

1705.32

2260.44

卧室2

1527.73

1281.98

1977.11

餐厅3

1256.48

1123.81

1730.31

客厅4

1370.91

1212.8

1997.61

餐厅5

1256.48

1123.81

1730.31

客厅6

1370.91

1212.8

1997.61

卧室7

1748.17

1547.49

2102.61

书房8

1527.73

1281.98

1977.11

第五章热水供暖系统设计方案比较与确定

热水采暖系统形式的选择，应根据建筑物的具体条件，考虑功能可靠、经济，便于管理、维修等因素，采用满足技术经济要求的最佳设计方案。

5.1循环动力

机械循环指的是采用动力机械使热水管网中的水进行循环的方式。

5.2供、回水方式

上供下回热水干管敷设高度在所有散热器之上,回水管设在散热器之下,散热器的供水立管、回水立管分...但管材消耗量较大。

它适用于采暖标准要求较高、各房间的室温要求波动不大的建筑物。

对于整栋楼房集中供暖来讲，是将供水管接到楼顶，然后分多路自上而下接到各楼层、各房间，在底层接回水管；对于每组暖气片来讲，上边接口接供水，下边接口接回水。

5.3管道敷设方式异程式的供、回水干管中的水流方向相反，每一环路的管路长不相等，如图所示。

这种系统是管路简单、不需设回程管，节省管材。

但由于各并联环路的管路总长度不等。

各环路间存在阻力不平衡现象。

导致水流量分配不均匀，因此，在水管设计时要采取一定的措施。

如减小干管阻力、在各并联支管上安装流量调节装置以增大支管阻力等。

5.4工程方案确定

综合上述分析，本工程热水供暖系统采用机械循环异程式

第六章散热器的选型及安装形式

6.1散热器的选择

设计选用散热器时，需考虑对散热器在热工、经济、卫生美观及使用寿命等方面的要求，还应符合下列原则性的规定：

1）散热器的工作压力应满足系统的工作压力，并符合国家现行有关标准的规定。

2）民用建筑宜采用外形美观，易于清扫的散热器。

3）放散粉尘或防尘要求较高的工业建筑，应采用易于清扫的散热器。

4）具有腐蚀性其他的工业建筑或相对湿度较大的房间，应采用耐腐蚀的散热器。

5）采用钢制散热器时，应采用不是系统，并满足产品对水质的要求，在非采暖季节应冲水保养，蒸汽采暖系统不应采用钢制柱型，板型和扁管等散热器。

6）采用铝制散热器时，应选用内防腐型铝制散热器，并满足水质对产品的要求。

7）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散热器

经过综合考虑，本设计选用

表6.1散热器规格及传热系数

型号

散热面积m

/片

水容量L/片

重量kg/片

工作压力MPa

M-132

0.24

1.32

7

0.5-0.8

注：

1、散热器表面喷银粉漆，明装，同侧连接上进下出。

2、此表为密闭试验台测试数据，在实际情况下，散热器的K值和Q值，比表中数值增大10%左右。

6.2散热器的布置及规定

散热器的布置与安装应符合下列规定：

楼梯间的散热器应尽量布置在底层。

当散热器数量过多可适当合理地布置在下部其他层。

这是因为底层散热器所加热的空气能够自由上升，从而补偿上部的热损失。

　　为了防止冻裂，双层外门的外室及门斗内不宜布置散热器。

散热器在室内应明装，这样散热效果好，而且易于清除灰尘。

特殊情况（如幼儿园内的散热器）需要暗装时，装饰罩应有合理的气流通道、足够的通道面积，并方便维修。

散热器的布置应以容易造成室内冷、暖空气的对流；室外侵入的冷空气加热迅速；人们的停留区暖和舒适以及尽量少占用室内有效空间和使用面积为原则。

通常，房间有外窗时，散热器一般应安装在每个外窗的窗台下，这样由散热器上升的对流热气流就能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流及玻璃冷辐射作用的影响，使流动区的空气比较暖和。

6.3散热器的计算

6.3.1散热器散热面积计算

散热器散热面积按文献[2]中公式2-2计算

（5-1）

其中

先假定为1.0，

为1.0，

3为1.02。

6.3.2散热器片数计算

四柱M-132型散热器每片散热面积为0.24m2，计算片数n为：

（5-2）

1、以底层卧室为例进行计算

已知双管系统，Q=1554.37w，tpj=（tg+th）/2=（95+70）/2=82.5

℃tn=18℃Δt=tpj-tn=64.5℃。

查供热工程附录3.4对M-132散热器

K=2.426Δt0.286=2.426×（64.5）0.286=7.99w/m2·℃

散热器组装形式修正系数

=1.0

散热器连接形式修正系数

=1.0

散热器安装形式修正系数

=1.02

根据公式求得：

=1906/（7.99*64.5）×1.0×1.0×1.02=3.70m2

N=F/f=3.70/0.24=15片当散热器片数为11-20片时，

=1.05

因此实际所需散热面积为：

F=

=3.70×1.05=3.885m2

实际采用的片数N=F/f=3.885/0.24=17片

2、散热器计算结果列于下表。