地暖毕业设计成品.docx
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地暖毕业设计成品
地暖系统毕业设计
摘要4
1前言4
2工程概况5
3设计依据5
4设计条件5
5建筑结构的传热系数6
6最小热阻的校核6
7采暖设计热负荷7
7.1围护结构传热耗热量的计算7
7.2冷风渗透耗热量的计算8
7.3冷风侵入耗热量的计算9
7.4地面散热量的计算9
8供暖设计方案10
8.1热源的引入10
8.2低温热水系统的加热管设计11
8.3分水器、集水器设计12
8.4壁挂炉的安装位置选择12
9散热器的选型12
9.1散热器的选型原则13
9.2散热器的选型计算13
10供暖系统的水力计算14
10.1供暖管路的水力计算步骤14
10.2供暖管路的水力计算内容14
11地暖系统的调节控制15
12结论16
总结与体会16
谢辞17
参考文献17
摘要
本设计是针对某市某山庄里的一幢三层别墅进行的供暖系统设计。
其中房屋建筑面积222㎡,供暖面积160㎡,其中卫生间为散热器供暖,
其余房间为低温热水地面辐射供暖。
设计参数:
冬季供暖室内温度20℃,但卫生间22℃。
总热负荷12KW。
设计中的地暖管采用φ20mm爱康聚丁烯管(PB),管间距150mm。
室内温度控制器选用柯弗耐品牌,散热器选用意莎普·金泰格的VL516和VL510两种型号的散热器。
关键词:
供暖系统;低温热水地面辐射;低温散热器
Abstract
Thisprojectisthedesignoftheheatingsystemforablockofvilladomwithtotalareaof222㎡andheatingareaof160㎡inYuLongMountainVilla.Theradiatorheatingisdesignedforlavatoryandthelowtemperaturehotwaterfloorradiantheatingisfortherest.Theindoordesigningparametersis20℃exceptlavatorywith22℃andthetotalheatingloadis12KWinwinter.
OuterdiameteroftwentymillimeterofAiKangbrandwiththetubepitchofonehundredandfiftymillimeterisselected.Installtheroom-temperatureset-upcontrollerofokonoffbrandineachroom.TypeofVL510andVL516radiatorofIrsapbrandareselected.
Keywords:
heatingsystem;lowtemperaturehotwaterfloorradiant;lowtemperatureradiator
1前言
地面辐射采暖(简称地暖)是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统。
它以整个地面作为散热面,均匀地向室内辐射热量,相对于其他采暖方式(空调、暖气片、壁炉等)具有热感舒适、热量均衡稳定、节能、免维修等特点,是一种极为理想的供暖方式。
广泛应用于别墅、住宅、宾馆大堂、游泳池馆等场所,尤其别墅和住宅使用更为普遍。
目前在我国随着塑料高科技工业的飞速发展以及人们对供暖舒适性要求的不断提高,使低温热水地板辐射采暖技术在我国推广使用。
并且地暖比空调节能,打个比方:
空调是用电制热,地暖是用燃气,1度电产生860大卡热量,1方气产生9200大卡热量,也就是10度电所产生的热量和1方气产生的热量相当,通过准确计算,同样的制热量,地暖系统比空调系统的运行费用节约35%。
这就为资源紧缺的中国省下了很大一笔能源财富。
2工程概况
该幢三层别墅位于某市山庄,总建筑面积为222㎡,建筑高度10m,一共有三层。
本次设计主要完成了别墅的低温热水地面辐射供暖系统和卫浴散热器的设计。
3设计依据
1、用户提供的平面布置图、经现场测量的图纸标记和客户要求。
2、采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)
3、地面辐射供暖技术规程(JGJ142-2004)
4、建筑地面工程施工及验收规范(GB50209)
4设计条件
1、采暖室外计算参数(某)
供暖室外计算(干球)温度2℃冬季室外相对湿度80%
冬季室外风速0.9m/s冬季最低日平均温度-1.1℃
2、采暖室内计算参数
地暖的供回水温度:
56℃/48℃
散热器的供回水温度:
56℃/48℃
室内温度:
卫生间22℃,餐厅、卧室、阳光书房、起居室、衣帽间、楼梯
间、女儿房20℃。
3、建筑土建资料
墙体:
平面建筑见平面图,外墙是内表面抹20mm厚的石灰砂浆的24砖墙K=2.08,内墙为12墙,外墙外表面贴砖厚8mm,内墙双面抹20mm厚的石灰砂浆。
201卧室和301阳光书房分别有一面玻璃幕墙,K=1.57。
门:
外门是双扇双层实体木制外门K=2.33,厚3㎝,餐厅、主卧分别都有两扇双层推拉玻璃门K=2.91而阳光书房有一扇单层推拉玻璃门K=6.4,其余都是单层木门K=3.5,门的高度都为1.9米,宽度见具体的建筑平面图。
顶棚:
保温屋面,防水层加小豆石,水泥砂浆找平层,保温层,隔气层,承重层,内粉刷,保温材料为沥青膨胀珍珠岩,传热系数K=0.93w/m^2.℃,热惰性指标D=1.53。
窗子:
单层彩色铝合金,钢化玻璃K=6.4,大窗子的高度为2.2米,窗台离地面高度为20㎝,中窗子的高度为1.7米,窗台离地面高度为70㎝,厕所里的窗子高度为1米,窗台离地面的高度为1.8米,宽度见平面图。
5建筑结构的传热系数
建筑体砖墙的导热系数为
℃,外墙外表面贴砖的导热系数为
℃,墙体内表面抹石灰砂浆的导热系数
℃,顶棚的导热系数为
℃,热惰性指标D=1.53。
表5-1内表面换热系数和换热阻值[1]
围护结构内表面特征
an
W/(m2·℃)
[kcal/(m2·h·℃)]
Rn
W/(m2·℃)
[kcal/(m2·h·℃)]
墙、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚,当h/s≤0.3时
8.7(7.5)
0.115(0.133)
有肋状突出物的顶棚,当h/s<0.3时
7.6(6.5)
0.132(0.154)
注:
表中h-肋高(m);s-肋间净距(m)。
6最小热阻的校核
首先确定围护结构的热惰性D[1]值。
(6-1)
根据热惰性指标D值(表6-1)知该外墙属于Ⅲ型。
围护结构的冬季室外计算温度
:
℃
确定围护结构的最小传热热阻[1]:
m2·℃/w(6-2)
式中:
Ro·min——围护结构的最小传热阻(m2·℃/w);
tn——冬季室内计算温度(℃)。
tw·e——冬季围护结构室外计算温度(℃)
a——围护结构温差修正系数,按表6-2采用
Δty——冬季室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差(℃),按表6-3采用,此处取6℃
Rn---围护结构内表面换热阻(m2·℃/W),按表5-1采用
7采暖设计热负荷
地暖系统的功能就在于弥补建筑物热量损失,维持房间温度,提供舒适、温暖的环境。
要使地暖系统实现这一功能,就必须准确了解建筑物的热量损失。
建筑物热量损失即建筑耗热量是指建筑物围护结构的传热量和空气渗透热损失。
查文献[1]可知建筑物耗热量按式7-1计算:
Q=Q1+Q2-Q3(7-1)
式中:
Q-建筑物单位面积耗热量。
W/㎡
Q1-单位建筑面积通过围护结构的耗热量。
W/㎡
Q2-单位建筑面积的空气渗透热量。
W/㎡
Q3-单位建筑面积的建筑物内部得热量。
(包括炊事,照明,家电和人体散热等)但人体散热量、炊事和照明热量(统称为自由热),一般散发量不大,且不稳定,通常可不计。
7.1围护结构传热耗热量的计算
通过围护结构的温差传热量用下式[1]计算:
W(7-2)
式中
——通过供暖房间某一面维护物的温差传热量(基本传热量)W;
K——该面围护物的传热系数,W/(m2·℃);
F——该面围护物的散热面积,m2;
tn——室内空气计算温度,℃;
——室外供暖计算温度,℃;
a——温差修正系数。
当围护物是贴土的非保温地面(组成地面的各层材料导热系数都大于1.16W/(m·℃))时,需要对地面划分地带,划分时要与建筑的维护结构平行相距2m,划分三个地带后余下的部分均按第四地带计算,其中第一地带靠近墙角的地面积需要计算两次。
7.2冷风渗透耗热量的计算
对多层建筑,可通过计算不同朝向的门、窗缝隙长度以及从每米长缝隙渗入
的冷空气量,确定其冷风渗透耗热量。
这种方法称为缝隙法。
对不同类型的门、窗,在不同风速下每米长缝隙渗入的空气量L,可采用表7-2的实验数据。
在计算不同朝向的冷风渗透空气量时,引进一个渗透空气量的朝向修正系数n。
即公式7-3[1]:
V=Lln(7-3)
式中L——每米门、窗缝隙渗入室内的空气量,按当地冬季室外平均风速,采用表7-2中的数据,m3/m·h
l——门、窗缝隙的计算长度,m;
n——渗透空气量的朝向修正系数。
表7-2每米门、窗缝隙渗入的空气量L,m3/m·h[1]
门窗类型
冬季室外平均风速(m/s)
1
2
3
4
5
6
单层木窗
1.0
2.0
3.1
4.3
5.5
6.7
双层木窗
0.7
1.4
2.2
3.0
3.9
4.7
单层钢窗
0.6
1.5
2.6
3.9
5.2
6.7
双层钢窗
0.4
1.1
1.8
2.7
3.6
4.7
推拉铝窗
0.2
0.5
1.0
1.6
2.3
2.9
平开铝窗
0.0
0.1
0.3
0.4
0.6
0.8
注:
1.每米外门缝隙渗入的空气量,为表中同类型外窗的两倍。
2.当有密封条时,表中的数据可以乘以0.5-0.6的系数。
7.3冷风侵入耗热量的计算
在冬季受风压和热压的作用下,冷空气由开启的外门侵入室内。
把这部分空气加热到室内空气的温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。
冷风侵入耗热量,同样可以用式7-5[1]计算:
W(7-5)
式中V——流入的冷空气量;
——供暖室外计算温度下的空气密度,kg/m^3
——冷空气的定压比热,c=1KJ/Kg·℃
0.287——单位换算系数,1KJ/h=0.287W
表7-3外门附加率N值[1]
外门布置状况
附加率
一道门
65n%
两道门(有门斗)
80n%
三道门(有两个门斗)
60n%
公共建筑和生产厂房的主要出入口
500n%
注:
n-建筑物的楼层数。
由于流入的冷空气两V不易确定,根据经验总结,冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以表7-3中的百分数的简便方法来确定,亦即7-6[1]:
W(7-6)
式中
——外门的基本耗热量,W;
N——考虑冷风侵入的外门附加率,按表7-3采用。
一楼的客厅的外门冷风侵入耗热量的计算:
可按开启时间不长的一道门考虑。
外门冷风侵入耗热量为外门基本耗热量乘65n%(见表7-3)。
=0.65×1×1.2×1.9×2.33×(20-2)×1
=69.06W
7.4地面散热量的计算
由于餐厅区域、二楼衣帽间、女儿房、阳光书房以及三楼衣帽间是局部辐射供暖,所以它们的热负荷是整个房间全面辐射供暖所算得的热负荷乘以该区域面积与所在房间面积的比值和表3-10中所规定的附加系数确定。
表7-5局部辐射供暖系统热负荷的附加系数[2]
供暖区面积与房间总面积比值
0.55
0.40
0.25
附加系数
1.30
1.35
1.50
经测量,餐厅区域的实际供暖面积为14.6m2,即:
14.6m2/19.8m2=0.74,所以餐厅区域的实际热负荷为:
764×0.74×1.30=735W,即:
单位地面面积所需的散热量为50W/m2。
二楼衣帽间的实际供暖面积为2.1m2,即:
2.1m2/5.5m2=0.38,所以二楼衣帽间的实际热负荷为:
345×0.38×1.35=177W,即:
单位地面面积所需的散热量为84W/m2。
女儿房的实际供暖面积为23m2,即:
23m2/26m2=0.88>0.75,则按全面耗热量计算。
即:
单位地面面积所需的散热量为79W/m2。
阳光书房的实际供暖面积为15.3m2,即:
15.3m2/16.6m2=0.92>0.75,则按全面耗热量计算。
即:
单位地面面积所需的散热量为64W/m2。
三楼衣帽间的实际供暖面积为3.5m2,即:
3.5m2/5.8m2=0.6,所以三楼衣帽间的实际热负荷为:
573×0.6×1.30=447W,即:
单位地面面积所需的散热量为127W/m2。
8供暖设计方案
8.1热源的引入
本次设计为局部供暖即热媒制备、热媒输送和热媒利用都在一起的供暖系统。
分户燃气壁挂炉供暖是局部供暖的一种方式,由于采暖需热负荷为12KW,
所以在此次低温热水地板辐射采暖系统中选用一台“法罗力多米康柏特”室内型燃气壁挂炉,型号为F18,采暖热输出(80∕60℃)功率为18KW,详见表8-1。
表8-1多米康柏特壁挂炉的技术参数
采暖输出最大功率(80∕60℃)
额定热输出时效率(80∕60℃)
循环泵最大工作压力
高∕宽∕厚mm
采暖接口
最大电功率
18KW
90.5%
80KP
680∕460∕266
DN20
125W
在这个供暖系统中,卫生间由低温散热器供暖,其他房间由低温热水地板辐射供暖,由于这个供暖系统采用的是低温散热器,所以就不用增加温度预混中心(混水阀),也就减少了初投资。
本设计采用的是双管异程式下供下回式系统,此系统中供、回水干管沿地面暗装,各组散热器的进出水管下供下回,双管异程,都连在分∕集水器支路上。
在房间地面铺设热水管路,管材采用爱康PB管,这种管材耐蠕变性能和力学性能优越,地暖管材中最柔软
的,相同的设计压力下设计计算壁厚最薄。
在同样的使用条件下,相同的壁厚系列的管材,该品种的使用安全性最高,当然价格也最高。
8.2低温热水系统的加热管设计
连接在同一分∕集水器上的同一管径的各环路,其加热管的长度宜接近,并不宜超过120m。
加热管的布置宜采用回字型或直列型。
加热管内水的流速不宜小于0.25m∕s。
地面的固定设备和卫生洁具下,不应布置加热管
经查《地板采暖与分户热计量技术》附表5-1-7在满足热负荷的前提下考虑水力平衡和施工条件可知每个房间的PB加热管间距都是150mm。
再根据公式8-1[3]算出每个环路加热管的长度,并标于地暖布置平面图中。
L=M∕S(8-1)
式中M——加热管铺设面积,m2;
S——布管间距,m;
L——加热管长度,m。
每个环路加热管的长度为:
(单位为m)
HL-1
HL-2
HL-3
HL-4
HL-5
HL-6
HL-7
HL-8
97
93
93
104
104
104
102
116
8.3分水器、集水器设计
每个环路加热管的进、出水口,应分别与分水器、集水器相连接。
分∕集水器内径不应小于总供、回水管内径,且分∕集水器最大断面流速不宜大于0.8m∕s。
每个分∕集水器分支环路不宜多于8路,它的最高工作温度是85℃,最高工作压力为10MPa,每个分支环路供回水管上均应设置可关断阀门。
在分水器的之前的供水连接管道上,顺水流方向应安装阀门、过滤器、阀门及泄水管。
在集水器之后的回水连接管上,应安装泄水管并加装平衡阀或其他可关断调节阀。
分水器、集水器上均应设置手动或自动排气阀。
在此次方案中,设置的是手动排气阀。
3个分∕集水箱的尺寸均为长800mm,高550mm,宽170mm。
分∕集水器长度用公式8-2[3]计算:
L=2n×50(8-2)
式中n——加热管环路的个数,m2;
L——分∕集水器的长度,m。
由于一楼的加热管环路有4路,所以代入上式计算,可得:
L=8×50=400mm
同理二楼的分∕集水器各自的长度为400mm;三楼的分∕集水器各自的长度为300mm。
8.4壁挂炉的安装位置选择
1、便于烟气的扩散和新鲜空气的吸入
2、靠近气源,水源,电源
3、有合适的排水接口
4、有充足的维修空间
5、能承受壁挂炉满水重量的垂直墙面
6、要考虑便于管道布置和系统的水力平衡
7、便于隐藏下部的管道以及空间的美观
综合上述条件,这个壁挂炉挂在厨房外的墙壁上。
9散热器的选型
9.1散热器的选型原则
散热器的选型和布置要遵循如下的原则[2]:
1.散热器的选型要遵循传热性能好、安全可靠、美观、紧凑、便于清扫、使
用寿命不低于供暖系统所选用的PB管的寿命的原则。
2.散热器的布置要确保室内温度分布均匀,要与卫生间的设施相协调。
3.散热器的布置应尽可能缩短户内管系的长度。
4.适用于卫生间的潮湿环境。
9.2散热器的选型计算
散热器计算是根据供暖房间的热负荷,确定卫生间所需的卫浴散热器型号。
102卫生间所需的热负荷为450W,由于本次的设计工况为△t=30℃(56℃∕48℃∕22℃)不同于标准工况即△t=64.5℃(95℃∕70℃∕18℃)其中△t=(95+70)
∕2-18=64.5℃,所以散热量用公式9-1[3]计算:
Q=Qn(△t∕64.5)n(9-1)
10供暖系统的水力计算
10.1供暖管路的水力计算步骤
等温降计算法的特点是预先规定了每根立管的水温降,系统中供、回水温度的值不改变。
本系统的计算步骤是:
⑴首先根据公式10-1[1]计算出各管段的流量
G=0.86Q/(t,g-t,h)kg/h(10-1)
式中Q——管段的热负荷,W;
t,g——系统的设计供水温度,℃;
t,h——系统的设计回水温度,℃。
⑵再根据要求:
加热管内水的流速不应小于0.25m/s;每个环路的阻力不宜超过30KP;地暖加热管只允许φ16和φ20两种管径,接分/集水器的主管只允许φ25和φ32两种管径,查《地板采暖与分户热计量技术》上的附表5-3-1,选出合理的管径、比摩阻、流速,但附表5-3-1为热媒平均温度为60℃的水力计算表,本设计的热媒平均温度为52℃,可由表10-1查出比摩阻修正系数,并通过公式10-2[2]进行修正。
Rt=R×a(10-2)
式中Rt——热媒在设计温度和设计流量下的比摩阻(Pa/m);
R——查表10-1得到的比摩阻(Pa/m);
a——比摩阻修正系数。
表10-1比摩阻修正系数[2]
热媒平均温度(℃)
60
50
40
修正系数a
1
1.03
1.06
通过内差法,算出a=1.024
⑶根据系统图中的实际情况,按各管段的局部阻力管件名称,并列于表10-3中。
⑷根据公式10-3[1]算出各个管段的沿程损失。
△Py=RL(10-3)
式中△Py——计算管段的沿程损失,Pa;
R——每米管长的沿程损失,Pa∕m;
L——管段长度,m。
⑸根据公式10-4[1]算出各个管段的局部损失。
△Pi=∑ζρv2∕2(10-4)
式中△Pi——计算管段的局部损失,Pa;
∑ζ——管段中总的局部阻力系数;
ρ——热媒的密度,kg∕m3;水在52℃时的密度是987.15kg∕m3;
v——热媒在管内的流速,kg∕m3。
⑹根据公式10-5[1]算出各个管段的压力损失。
△P=△Py+△Pi(10-5)
⑺根据公式10-6[1]校核各并联环路间的水力平衡。
不平衡率={(∑△P1-∑△P2)∕∑△P1}×100%<规定值(10-6)
式中∑△P1——第一环路总压力损失,Pa;
∑△P2——第二环路总压力损失,Pa。
规定值——根据《地板采暖与分户热计量技术》,热水采暖系统的各并联环路之间的计算压力损失相对差额,不应大于15%。
10.2供暖管路的水力计算内容
首先计算各楼层的分∕集水器分出去的环路的压力损失,其次校核同层楼的并联环路之间的水力平衡并统计出三个分∕集水器各自的总的压力损失,再计算出①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩各个管段的压力损失,然后计算出锅炉分别到三个末端的压力损失,最后校核这三个末端的总的水力平衡。
图10-1地暖水管系统图
地暖加热管的水力计算以三楼的阳光书房为例:
G=0.86qm/(t,g-t,h)kg/h
式中q——地面面层为木地板时PB管单位地面面积散热量,W/m2;
m——铺设面积,m2;
t,g——系统的设计供水温度,℃;
t,h——系统的设计回水温度,℃。
于是有:
G=0.86×112.9×15.3/(56-48)
=185.7kg/h
查《地板采暖与分户热计量技术》附表5-3-1,选出最佳管径φ20可得:
R=87.4×a=87.4×1.024=89.5Pa∕m;V=0.28m/s
由三层地暖布置平面图可知回字路90°弯头有37个,直列型180°弯头有23个,可得:
∑ζ=37×0.8+23×1.5=64.1
沿程损失:
△Py=RL=89.5×102=9.1KPa
局部损失:
△Pi=∑ζρv2∕2=64.1×987.15×0.282∕2+1200
=3.68KPa
压力损失:
△P=△Py+△Pi=9.1+3.68=12.78KPa
由以上的计算可知,在此系统中分∕集水器的各支环路之间的压力损失不平衡百分率除散热器环路外,几乎都在允许的不平衡百分率范围内。
三个分∕集水器之间连接方式是垂直异程式,在这样的系统中要使三个分∕集水器之间的不平
衡达到允许值几何是不可能的,因此要使环路间不出现失调现象,只能靠主管上、分水器上、散热器上的阀门进行调节,才能使整个系统达到预期的运行效果。
11地暖系统的调节控制
低温热水地面辐射供暖系统构成:
1、热源:
壁挂炉;2、总管部分:
含分水器到锅炉的总管,保温管、分水器、阀门、过滤器等;3、地下盘管部分:
含地暖盘管、铝箔、钢丝网等其他辅材组成;4、散热器部分:
含埋地管、排气阀、自动恒温阀、流量平衡阀;5、地暖温控部分:
含温控面板、温控阀、执行器三部分组成。
采暖控制方式有分区控制和分路控制两种。
分区控制:
一般家庭生活分为动、静
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