哈工大供热工程课程设计室外热网计算说明书资料.docx
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哈工大供热工程课程设计室外热网计算说明书资料
哈尔滨工业大学课程设计任务书
姓名:
林亚娜院(系):
市政环境工程学院
专业:
建筑环境与设备工程班号:
1226102
任务起至日期:
2014年12月14日2014年12月31日
课程设计题目:
太原市某小区热水供热管网设计
已知技术参数和设计要求:
1.设计地点:
太原
2.总建筑面积:
120777㎡
3.最高建筑高度:
45m
4.热源及供回水温度:
80/60℃
5.气象资料:
供暖室外计算温度:
-10.1℃
供暖天数:
1641天
供暖期室外平均温度:
-1.7℃
工作量:
1.计算设计热负荷,绘制热负荷随室外温度的变化曲线和热负荷延续时间图;
2.确定供暖热负荷的调节方法并绘制调节曲线;
3.确定热源位置及管线走向,配置必须的管道附件。
画出管道平面布置图及计算简图并进行水力计算;
4.绘制网路主干线的纵剖面图及水压图。
确定循环水泵及补给水泵的流量及扬程;
5.绘制循环水泵特性曲线和热网水力特性曲线;
6.完成说明书
工作计划安排:
12月14日——17日统计面积,计算热负荷,绘制热负荷延续时间图;
12月17日——19日进行管线布置,进行水力计算;
12月19日——22日绘制平面图;
12月22日——24日绘制纵断面图和水压图;
12月24日——25日书写说明书,整理出图。
同组设计者及分工:
无。
指导教师签字___________________
年月日
教研室主任意见:
教研室主任签字___________________
年月日
目录
一、设计题目5
二、原始资料5
三、热负荷计算5
1.有关的气象资料52.设计热负荷概算5
3.热负荷延续时间图6
四、供热方案7
五、运行调节7
六、管网布置与敷设8
七、水力计算及水压图10
1.水力计算10
2.水压图12
八、水泵选型13
1.循环水泵13
2.补给水泵13
九、参考书目及资料14
十、附表及附图14
热水供热管网课程设计说明书
一、设计题目
太原市某小区热水供热管网设计
二、原始资料
1.设计地点:
太原
2.总建筑面积:
120777㎡
3.最高建筑高度:
4.热源及供回水温度:
80/60℃
5.供热区域平面图:
三、热负荷计算
1.有关的气象资料
(1)供暖室外设计温度:
-10.1℃
(2)供暖天数(起始日期):
141天
(3)供暖期室外平均温度:
-1.7℃
2.设计热负荷概算
(1)热指标的选取
查阅《民用建筑供暖与空气调节设计规范》可得不同建筑物的供暖面积热指标(W/㎡),并根据实际情况选取相应值:
住宅58~64
居民区综合60~67
学校、办公场所60~80
医院、托幼65~80
(2)设计热负荷
以永3建行为例,其建筑面积为2649㎡,选取qf值为70W/㎡,可得建筑物的供暖设计热负荷:
=70×2649×
=185.43kW
其他建筑物的计算过程同上,计算结果见附表一。
3.热负荷延续时间图
3.1确定供暖热负荷随室外温度变化曲线
室外供暖计算温度下的供暖设计热负荷
Q’=qvV(tn-tw’)(kw)
任意室外温度下供暖热负荷
Q=qvV(tn-tw)(kw)
热负荷随室外气温的变化关系:
Q=
Q’
式中tw’—供暖室外计算温度oc
tw—任意室外计算温度oc
tn—室内计算温度oc
qv—建筑物供暖体积热指标w/m3.oc
V—建筑物的外围体积m3
由热负荷计算可知Q’=26.31GJ/h,可以确定供暖负荷随室外温度变化的曲线。
3.2热负荷延续时间图的绘制
在绘制热负荷延续时间图之前,首先要确定不同室外气温下的延续时间。
延续时间可根据统计公式计算得到:
h
式中
—某地区采暖期计算供暖小时数,h;
—某地区采暖期室外平均气温,℃。
将太原市的气象参数代入公式得:
b=0.81,
=1.037。
由此可以确定在不同室外温度下的延续小时数。
计算结果见附表二。
在已知热负荷随室外温度变化曲线和室外气温变化规律的前提下可以进行热负荷延续时间图的绘制。
在供暖热负荷延续时间图中,横坐标的左方为室外温度,纵坐标为供暖负荷,横坐标的右方表示小时数。
供暖热负荷延续时间图的绘制方法如下:
图左方首先绘出供暖热负荷随室外温度变化曲线图。
然后,通过-10.1℃时的热负荷26.31GJ/h引一水平线,与相应出现的总小时数120h的横坐标上引的垂直线相交于a`点。
同理,通过-8℃时的热负荷24.34GJ/h引一水平线,与相应出现的总小时数406.02h的横坐标上引的垂直线相交于a1点。
依此类推,在图一右侧连接a`a1a2a3···ak等点形成的曲线,得出供暖热负荷延续时间图见附图一。
四、供热方案
当集中供热系统的热用户仅为供暖用户时室外供热管道多采用双管式枝状管网。
热源部分要考虑循环水泵、补给水泵的连接以及台数确定,定压方式的选择及各种安全措施等。
定压方式可采用高水位箱定压。
补给水泵定压,惰性气体定压及蒸汽定压等。
本设计中采用补给水泵连续水泵定压方案。
高层建筑分区供暖。
本设计采用枝状管网,这是一种目前我国城市管网中较普遍采用的形式,具有布置简单管线最短,管理方便等优点。
枝状管网主干线随用户的减少而减少,分枝管线和管径取决于各分枝用户的热负荷,每个分枝可以供一个或数个用户,同样也是随用户的减少,管径相应减少。
因此枝状管网的金属耗量小,投资费用也相应降低。
缺点是没有供热的后备性能,即一旦网路发生事故,在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。
但由于建筑物具有一定的蓄热能力,通常可以采用迅速消除热网故障的办法,以使建筑物室温不致大幅度地降低。
环状管网与枝状管网相比,其主要优点是具有供热后备性能,但是它往往较枝状热网投资大的多,运行管理更为复杂,热网要有较高的动控措施。
综合考虑两者优缺点和小区的现实状况,选择采用枝状管网。
五、运行调节
5.1调节方式
按水温或流量的不同,采暖中常用的调节方式一般分以下几种方式:
质调节、量调节、分阶段改变流量质调节,间歇调节。
质调节有较好的水力工况,水力稳定性较好,分阶段改变流量的质调节在节能方面优势较大。
本设计中综合考虑各种因素后,选择的调节方式为质调节。
5.2调节公式
质调节的基本公式为:
(5-1)
式中
—相对热负荷比;
—相对流量比;
—设计室内温度,℃;
、
—管路中供、回水温度,℃;
、
—管路中设计供、回水温度,℃;
—室外温度,℃;
—室外设计温度,℃;
b—散热器的实验系数
本设计中采用的是质调节。
根据式可得出质调节时的供回水温度:
(5-2)
℃(5-3)
式中各符号同前。
b取0.3。
5.3计算结果及调节曲线
本设计中的设计参数为τ1’=80℃τ2’=60℃tw’=-10.1℃。
把以上设计参数代入公式(5-2),(5-3),可以求得在不同室外温度情况下的用户和网路的供回水温度,计算结果列于附表五中。
根据以上的计算结果,绘制出供暖的调节曲线图,见附图三。
六、管网布置与敷设
1.热源位置
热源是热水管网的七点。
热源的位置不由供热专业人员确定,如为锅炉房时其位置的确定可参阅有关锅炉房设计规范和手册。
本设计中热源在小区的中下部,即在主导风向的下风向。
2.管网走向
实际定线时要掌握地质、水文资料,了解地下水位的高低,地上地下构筑物的情况,除了技术经济合理外还要考虑维修管理方便。
参照《城市热力网设计规范》,其原则主要是:
(1)经济上应该合理,管线尽量铺在人行道下,少穿越马路。
同时,考虑到节省钢材及安全问题,在布置管线时,管线尽量减少迂回的情况,而且要远离建筑物一定的距离。
在设计中,尽量减少检查井的数量。
经济上合理,主干线力求短直,使金属消耗量少,施工简便。
主干线尽量走热负荷集中区。
(2)技术上应该可靠,线路应尽可能走地势平坦,土质好,水位低的地区。
尽量避开土质松软地区,地震断裂带,滑坡危险地带以及高地下水位区等不利地段。
(3)对周围环境影响少而协调,少穿越主要交通线,一般沿人行道或绿化区敷设,平行或垂直于道路和建筑物,与各种管道构筑物,建筑我应协调安排,避免冲突:
相互之间的距离,应能保证运行安全,施工及维修方便。
(4)布置管道时应尽量利用管道的自然弯角作为自然补偿。
当采用波纹管补偿器时,应尽量设置在固定支架两侧。
(5)管线装有阀门时应设检查井。
(6)热水管道应在最低点放水,最高点放气。
供热管道与建筑物、构筑物或其它管线的最小水平净距和最小垂直净距,可见《城市热力网设计规范》规定。
管线具体布置见管线布置平面图。
3.管道敷设
本设计中均采用直埋敷设。
无沟地下直埋敷设方式的适合的场合一般是:
在情况允许的情况下,对公称直径小于或等于500mm的热力管道宜采用直埋敷设。
预制保温管直埋敷设的管道保温层采用聚氨酯泡沫塑料作为保温材料。
预制保温管在工厂或现场制造。
预制保温管的两端,留有约200mm长的裸露钢管,以便在现场管线的沟槽内焊接,最后将接口处作保温处理。
4.阀门设置
阀门是用来开闭管路和调节输送介质流量的设备。
本设计中采用闸阀来开闭管路。
在满足要求和维修的条件下,尽量减少阀门的数量。
(1)热力管道干线、支干线、支线的起点应安装管段阀门;
(2)长距离输送的热水热网干线应安装分段阀门,分段阀门的间距建议为:
输送干线,2000-3000m;输配干线,1000-1500m。
(3)热水管网最高点设放气阀,最低点设放水阀;
(4)用于管道连通的阀门应采用双向密封的法门;
(5)用于关断的阀门可采用闸阀、蝶阀或截止阀,用于调节流量的阀门可采用手动流量调节阀。
5.检查井的设置
检查井的数量力求最少,不应设在交通要道和人行车流频繁处。
检查井的净空尺寸要尽可能紧凑,但必须考虑便于维修。
检查井的竟净空高度不得小于1.8m,人行通道宽度不小于0.6m,干管保温结构表面与检查室地面距离不小于0.6m。
检查井顶部应设人孔和扶梯,人孔直径不得小于0.7m。
为了检修安全和通风换气,人孔数量不得小于两个,当热水管网检查室只有放气门或其净空面积小于4
时,可只设一个人孔。
检查室内至少设一个集水坑,置于人孔下方,以便将集水抽出。
在下列情况下要设检查井:
地下辐射管道安装套筒补偿器、波纹管补偿器、阀门、防水和除污装置等设备附件时,应设置检查井。
6.支架及补偿器的设置
固定支架间的最大允许间距可根据初步设计选定的管径查阅文献。
每两个固定支架之间必须设一个补偿器。
应尽量利用自然补偿,不变使用方形补偿器时应选用套筒补偿器或波纹补偿器。
方形补偿器所在处应有补偿器穴。
当钢管直径较大,安装位置有限时可设置套筒式补偿器或波纹管补偿器。
套筒补偿器使用时注意定期检修,以防漏水;波纹管补偿器选择时应注意使用条件,避免氯离子腐蚀。
七.水力计算及水压图
1.水力计算
1.1水力计算的原则
本设计中水力计算遵循街区管网设计原则:
1.为了减少初步投资及运营费用,按设计水温80/60℃计算。
2.确定热水热力网主干线时,采用经济比摩阻。
本设计中主干线比摩阻采用60-100Pa/m。
3.热水热力网支干线,支线应按允许压力降确定管径,但供热介质流速不应大于3.5m/s。
支干线比摩阻不应大于400Pa/m。
4.在进行水力平衡时,应以主干线为基准。
5.本次计算采用的是当量长度的方法计算局部阻力。
1.2水力计算步骤
1.确定热水网路中各个管段的计算流量
2.确定热水网路的主干线及其比摩阻
3.根据网路主干线各管段的计算流量和初选的平均比摩阻R的值,利用相关的水力计算表,确定主干线的标准管径和相应的实际比摩阻.
4.根据选用的标准管径和管段中的局部阻力形式,查相关手册,确定各管段的局部阻力当量长度Ld的总和,以及管段的折算长度Lzh。
5.根据管段的折算长度以及实际的比摩阻,计算主干线各管段的总压降。
6.主干线水力计算完成后,便可进行热水网路支干线,支线等水力计算。
3.3水力计算的过程
1.3热水网路主干线计算
从热源到最远用户的管线是主干线。
主干线的平均比摩阻在60-100Pa/m范围内,首先根据推荐比摩阻确定主干线各管段的管径。
管段b4-8:
计算流量
=
t/h,根据b4-8管段的计算流量和
的范围,从热水网路水力计算表中查取,管段b4-8的管径和相应的比摩阻
的值。
管段b4-8中局部阻力形式有闸阀1个、旁流三通1个、90度弯头2个、变径比4,当量长度
可根据选定的管径由参文献查出,得:
=5.7m。
管段的折算长度
=48.59+5.7=54.29m;
管段
的压力损失=54.29×83.39=4527.02Pa
同样方法,计算主干线的其余管段,确定其管径和压力损失。
计算结果见水力计算表。
1.4热水网路支干线计算
管段k-49的资用压头与k-50的资用压头相同。
根据热网水力计算有关公式列出比摩阻
的计算公式,再根据支干线所承担的热负荷计算出对应流量,从而选取各段管径,计算出比摩阻
算出压降。
但要注意热水热力网支干线,供热介质流速不应大于3.5m/s,支干线比摩阻不应大于400Pa/m。
同理计算其它分枝干线。
计算结果列于水力计算表中。
2.水压图的绘制
(1)以网路循环水泵的中心线的高度(或其它方便的高度)为基准面,在纵坐标上按一定的比例尺作出标高的刻度;沿基准面在横坐标上按一定的比例尺作出距离的刻度。
(2)选定静水压曲线的位置
静水压线确定的原则:
热水热力网供水管道任何一点的压力不应低于供热介质的汽化压力,并留有30—50kpa的富裕压力。
热水热力网的循环水泵停止时,应保持一定的静水压力,与热力网直接连接的用户充满水,任何一点不应超过允许的压力,不出现倒空,保证循环所需的压力。
以为热源为基准,考虑最不利用户的建筑物高度,由于本设计中供水温度为80℃,所以不涉及高温水汽化压力的问题。
静水压线:
Hj1=Hj+Hd+Hq+Hf
Hj—最高供暖建筑高度,m
Hd—地形高差,m
Hq—高温水的汽化压力,m
Hf—富裕压力,m
所以Hj1=24-0.09+0+3=26.91mH2O,静水压线取27m。
(3)确定回水管的动水压曲线的位置
在网路循环水泵运转时,网路回水管各点的测压管水头的连接线,称为回水管动压曲线。
可按前面热水网路水力计算结果,根据各管段的实际压力损失,确定回水管动水压线。
从定压点即静水压线和纵坐标的交点开始画。
回水总压降为2.94m。
定压点的压力为27mH2O,那么回水干管始端也就是末端用户的出口压力为27+2.94=29.94mH2O。
(4)确定供水管动水压线的位置
在网路循环水泵运转时,网路供水管内各点的测压管水头连接线,称为供水管动水压曲线。
本设计供、回水管线沿程损失压降相等。
由前面水力计算得供、回水管线沿程损失压降分别为2.94mH2O;换热站压力损失10mH2O;最远用户预留压头5mH2O。
各分支线动水压曲线,可根据各分支线在分支点处的供回水管的测压管水头高度和分支线的水力计算成果绘制。
八、水泵选型
1.循环水泵
1.1流量G
热水网路总流量G=300/h。
1.2扬程H
mH2O
式中Hr、Hw、Hy分别为热源、热网和热用户的阻力损失。
本设计中,Hr取10mH2O,Hw包括供水和回水管路的全部损失,由水力计算得出5.88mH2O,用户预留Hy为5mH2O。
根据流量与扬程选择水泵如下:
型号
流量m3/h
扬程m
转速m/s
电机功率
kw
效率%
备注
KQWR-G200/400C-55/4
381
32
1450
55
77
2台
2.补给水泵
补水泵的选择与循环泵类似,也是根据流量和扬程来确定。
以一级网为例计算选择补给水泵。
正常补水量:
Gb=1%×Gx=0.01×300=3t/h;
事故补水量:
Gs=4%×Gx=0.04×300=12t/h;
补给水泵的扬程:
Hb=Hj+(3—5)mH2O而Hj=建筑物高度+地形高差+高温水汽化压力+富裕压力Hj1=24-0.09+0+3+=26.91mH2O;所以Hb=26.91mH2O。
选择两台水泵,一台按1-2%,另一台按4%。
正常运行,开启1-2%水泵,4%水泵备用;事故时开启4%水泵。
补给水泵选定两台,正常时一台工作,事故时两台全开,选定水泵参数如下
型号
流量m3/h
扬程m
转速r/min
功率kW
功率%
KQWR-G25/200A-4/2
8.4
38
2900
4
27
九、参考书目及资料
[1].供热工程制图标准CJJT78-2010
[2].城镇供热管网设计规范CJJ34-2010
[3].贺平、孙刚、王飞、吴华新,供热工程(第四版),2014年1月,中国建筑工业出版社
[4].民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012
[5].热力管道直埋敷设图集05R410
[6].动力管道焊制管件设计选用图94R404
十、附表及附图
附表一:
热负荷统计表
附表二:
延续时间计算表
附表三:
局部阻力统计表
附表四:
水力计算表
附表五:
调节曲线计算表
附图一:
热负荷延续时间图
附图二:
水力计算简图
附图三:
调节曲线图
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