某小区供热外网及换热站设计毕业论文.docx
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某小区供热外网及换热站设计毕业论文
摘要
随着我国城市建设事业的发展,以及国家对于能源与环境保护的要求,供暖系统的规模从单幢采暖系统发展成为中大型区域集中供暖系统,出现了大量住宅、公共建筑的集中供暖系统。
集中供暖在节能和环境保护方面有很大的优势,发展速度很快。
本设计题目为北京市某小区供热外网及换热站设计,本次设计的主要任务是按照此建筑物的特征,以及北京市的气象资料特征,经济条件等资料,计算小区的采暖热负荷,合理的选择供暖系统,进行水力计算,并针对系统的不平衡率进行调节。
设计的主要成果有绘制该建筑物的热力管网平面图、局部剖面图,热力站平面图、系统图和热力站工艺图。
换热站的设计主要包括设备的布置,定位尺寸确定,换热器的选型,循环水泵、补给水泵的选型及辅助设备的选择计算。
本次设计以节能建筑的热指标为基础,以热网的精确调节为最终目标,尽量降低热网的各项指标,尽量应用精确调节的阀门和设备,为计量供热打好基础。
关键词:
集中供暖系统;热负荷;水力计算;换热站;
ABSTRACT
Withthedevelopmentofurbanconstruction,andnationalrequirementsforenergyandenvironmentalprotection,thesizeoftheheatingsystemfromasingleblockheatingsystemdevelopedintoamediumandlargedistrictheatingsystem,therehasbeenalargenumberofresidentialcentralheatingsystems,publicbuildings.Centralheatinginenergysavingandenvironmentalprotectionhavegreatadvantages,thedevelopmentoffast.
ThisdesigntitledaBeijingdistrictheatingandheattransferstationsoutsidethenetworkdesign,themaintaskofthisdesignisinaccordancewiththecharacteristicsofthisbuilding,aswellasmeteorologicaldatacharacteristicofBeijing,economicconditionsandotherinformationtocalculatethedistrictheatinghotload,areasonablechoiceofheatingsystemforhydrauliccalculation,andadjustedfortheunbalancedrateofthesystem.Themainoutcomesaredesignedtodrawheatpipenetworkofthebuildingplan,partialcross-sectionalview,aplanviewofthermalstations,thermalstationsystemdiagramandartwork.
Designofheatstationsincludinglayout,thepositioningdevicedeterminesthesize,selectaheatexchangerselection,circulatingpumps,supplypumpsandauxiliaryequipmentselectioncalculations.
Theindicatorsaredesignedtoheatenergy-efficientbuildingsbased,preciselyregulateheatingnetworkfortheultimategoal,tominimizetheheatingnetworkindicators,trytoapplypreciseadjustmentofvalvesandequipmentformeasuringheatingtolaythefoundation.
Keywords:
centralheatingsystems;heatload;hydrauliccalculation;heattransferstation;
1绪论
1.1设计题目
北京市的某小区供热外网及换热站设计
1.1.1设计工程概况
本工程中共有8栋住宅楼,7个沿街商铺,商铺总建筑面积为15178.86m2,小区内还设置了社区公共用房为216.32m2、物业管理用房为47.60m2、社区警务室33.60m2、消防控制室51.86m2、公厕31.50m2、换热站364.46m2等公用建筑。
总住宅面积为99167.92m2。
项目主要由八栋高层住宅、沿街商业及小区配套组成,最高建筑高度为96.6米。
设计范围未包含景观、钢结构、外门窗、燃气等内容。
该工程旨在为住户提供一流的人文居住环境,并且能达到A级生活标准。
1.1.2设计要求
根据所给定的资料进行设计计算,主要内容包括:
1.供暖系统设计热负荷、供暖方案确定;
2.集中供热系统及其水力计算、水压图的绘制;
3.换热器的选型计算;
4.水泵和水箱的选型计算;
5.管道的保温、附件的选择;
6.热力站平面布置及相关内容;
7.工程经济技术分析;
8.绘制该建筑物的热力管网平面图、局部剖面图,热力站平面图、系统图和热力站工艺图;
1.2设计原始资料
1.2.1设计地区气象参数
查《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》,查出北京当地的气象资料如下:
表1-1北京市气象资料
设计用室外气象参数
单位
北京
冬季采暖室外计算温度
℃
-7.6
采暖期日数
日
123
供暖期平均温度
℃
﹣0.7
供暖期平均相对湿度
%
44
最大冻土层深度
m
1.43
冬季室外大气压力
pa
10217
冬季室外平均风速
m/s
2.6
风向
CN
经度
116°28”
纬度
39°48”
表1-2室外温度的延续时间
室外温度tv℃
+5
+3
0
-2
-4
-6
-8
-9
延续小时数
3096
2599
1989
1469
934
474
188
106
以上数值均按照《采暖通风与空调工程设计规范》GB50019—2003中的数值确定。
1.2.2设计依据参数
1.小区平面布置图,包括建筑物分布、建筑面积、建筑用途、区域的地形标高和位置坐标。
2.本小区所有建筑物进行集中供热,采用热水供热系统供暖。
一级网供回水温度120/80℃
二级网供回水温度80/60℃
室内计算温度18℃
均采用直埋敷设,聚氨酯保温。
3.由于小区内各建筑物楼层高度不一样,所以采用分区集中供热系统,根据建筑物的特性,分为低区集中供热和高区集中供热两个系统:
低区供热楼层高度:
1-18层
高区供热楼层高度:
19-33层
2热负荷计算
2.1集中供热系统的热负荷
2.1.1集中供热系统热负荷的特征
集中供热系统是以热水或蒸汽作为媒介,由热源产生的热水、蒸汽通过管网供给一个城市或其他需要供暖的地区。
集中供热系统,根据热煤不同,分为热水供热系统和蒸汽供热系统。
本设计选择热水供热系统进行供热。
2.1.2热负荷的类型
表2-1热负荷的类型
按热负荷的性质分
按热用户的性质分
1季节性热负荷
2常年性热负荷
1供暖设计热负荷;2通风设计热负荷;
3生产工艺热负荷;4生活用热的设计热负荷;
2.1.3热负荷的计算方法
供暖设计热负荷采用面积热指标法和体积热指标法。
1.体积热指标法
Q'n=qv×VW×(tn-tw)×10-3 KW
(2-1)
式中Q'n—建筑物的供暖设计热负荷,KW;
VW—建筑物的外围体积,m3;
tn—供热室内计算温度,℃;
tw—供热室外计算温度,℃;
qv—建筑物的供热体积热指标,W/(m3·℃)
从建筑节能角度出发,想要降低建筑物的供暖设计热负荷就应减小体积热指标qv。
2.面积热指标法
Q'n= Qf×F×10-3 KW (2-2)
式中 Q'n——建筑物的供暖设计热负荷,KW;
Qf——建筑物供暖面积热指标,W/m2;
F——建筑物的建筑面积,m2;
建筑物热量的传递主要是通过垂直的外围护结构向外传递的,它与建筑物外围护结构的平面尺寸和层高有关,而不是直接取决与建筑物的平面面积,用体积热指标更能清楚地说明这一点。
但用面积热指标法计算简便,是国内经常采用的方法,而且还有详细的供暖面积热指标的推荐值。
所以本次设计采用面积热指标法来计算系统的设计热负荷。
其推荐值见表2-2
表2-2建筑物供暖面积热指标推荐值
建筑物类型
住宅
居住区综合
商店
未采取节能措施
58-64
60-67
65-80
采取节能措施
40-45
45-55
55-70
注:
1.本表摘自《城市热力网设计规范》(CJJ34-2002版);
2.表中数值适用于我国东北、华北、西北地区;
3.热指标中以包括约5%的管网热损失;
2.2热负荷的计算
2.2.1采暖设计热负荷的计算
采暖热负荷是整个城市集中供热系统中最重要的热负荷,占全部设计热负荷的80%以上。
根据公式2-2其详细计算结果见下表。
表2-3低区采暖设计热负荷计算结果表
建筑编号
建筑总面积m2
热指标w/m2
热负荷Qn(kw)
1栋
12462.37
40
498.4948
2栋
12186.25
40
487.45
3栋
12076.21
40
483.0484
4栋
10946.44
40
437.8576
5栋
13078.47
40
523.1388
6栋
10037.81
40
401.5124
7栋
13851.76
40
554.0703
8栋
10314.37
40
412.5748
1号商铺
2168.41
55
119.26255
2号商铺
2168.41
55
119.26255
3号商铺
2168.41
55
119.26255
4号商铺
2168.41
55
119.26255
5号商铺
2168.41
55
119.26255
6号商铺
2168.41
55
119.26255
7号商铺
2168.41
55
119.26255
社区公用用房
216.32
45
9.7344
物业管理用房
47.6
45
2.142
社区警务室
33.6
45
1.512
消防控制室
51.86
45
2.3337
公厕
31.5
45
1.4175
换热站
364.46
45
16.4007
根据表2-3可知低区总供热面积为110877.89m2,总采暖热负荷4666.52KW。
表2-4高区采暖设计热负荷计算结果表
建筑编号
建筑总面积m2
热指标w/m2
热负荷Qn(kw)
7栋
11540.13
40
461.7253
8栋
8595.31
40
343.8124
根据表2-4可知高区总供热面积为20135.44m2,总采暖热负荷805.54KW。
2.2.2年负荷的计算
采暖全年耗热量的计算公式为
Qn=0.0864Qnp×N (2-3)
式中 Qn——采暖年耗热量,KJ;
Qnp——采暖平均热负荷,KW;
N——采暖期天数。
其中 Qnp=(tn-tp)/(tn-tw)×Qj (2-4)
式中 tn——室内计算温度,℃;
tw——供暖室外计算温度,℃;
tp——采暖期日平均温度,℃;
Qj——供暖设计热负荷。
1.低区:
根据表2-2可知Qj=4666.52KW。
根据上式可得Qnp=(18+0.7)/(18+7.6)×4666.52KW=3408.75KW
采暖期年耗热量Qn=0.0864×123×3408.75KJ=36225.468KJ
2.高区:
根据表2-3可知Qj=805.54KW。
根据上式可得Qnp=(18+0.7)/(18+7.6)×805.54KW=588.42KW
采暖期年耗热量Qn=0.0864×123×588.42KJ=6253.257KJ
3热水供热管网的设计
3.1热水供热室外管网系统
1.热水供热系统主要采用闭式系统和开式系统这两种形式。
1)闭式系统:
热用户只利用热媒所携带的一部分热量,而热网循环水则带着剩余的热量返回热源,重新获得热量。
2)开式系统:
热用户利用部分或全部热循环水,热用户直接将热网循环水的热量用在生产和其他用热方面,只有部分热媒返回热源。
2.热水供热室外管网按管路条数的不同,分为单管制、双管制、三管制和四管制系统。
1)单管制:
只在供暖所需要的管网水的流量与供热水的流量相等时才适用,但是有时,供暖所需水总是大于供热水,所以很容易引起管路不平衡状况,应用的很少。
2)双管制:
热源的高温水通过供水管将热量供给热用户,低温水再经过回水管回到热源。
从热源流出来的高温水量与从热用户流回去的低温水量大小一样,是目前采用最多的系统。
由于三管制和四管制应用的很少,而且本设计不会采用到,所以这里不做介绍。
3.热用户与热水外网的连接方式有直接连接和间接连接两种,目前应用最广泛的是闭式双管热水供应系统,本设计主要是设计换热站到热用户的室外管网系统,采用直接连接比较划算,所以采用闭式直接连接双管热水供热系统。
3.2热水供热管道的平面布置形式及设计要点
3.2.1热水供热管网的平面布置形式
供热管网的平面布置形式主要有枝状布置、环状布置、放射状布置、网格状布置四种方式,因为枝状和环状用到的最多,所以这里主要介绍前两种。
1.枝状管网的布置比较简单,热用户距离热源越近,管道的直径越大,反之,热用户距离热源越远,管径越小。
而且枝状管网的布置消耗的金属量比较小,系统的运行管理比较简便。
但枝状管网供热管网某处发生故障时,故障点后面的热用户都会停止供热。
只要迅速采取措施,及时消除故障,便不会使建筑物内的温度下降太低。
因此,枝状管网是供热管网最普遍采用的方式。
2.环状管网布置的优点是具有很强的供热后备能力。
当管网某处发生故障时,只要切除故障段,故障点后面的热用户还会继续供热,但是环状管网投资较大,而且系统的运行管理比较复杂。
因此在本设计中采用枝状管网进行布置。
3.2.2供热管道的定线原则
供热管网平面位置的确定应综合考虑各处热负荷分布、热源的位置、各种地上及地下管道构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件和建筑区近期及远期规划等多种因素,确保技术上可靠、经济上合理和施工维修方便等要求。
供热管道的定线应遵守下列基本原则:
1.经济上合理
城市供热管道的主干线力求短直,主干线尽量走热负荷比较集中的区域,并靠近热负荷较大的热用户。
要注意管线上的各种阀门和某些管道附件的合理布置。
2.技术上可靠
管道的走向宜经过地势平坦,土质好、水位低的厂区或建筑区域。
管线应尽量避开各种危险地带以及不利地段。
3.对周围环境影响少而协调
管线应减少与公路、铁路及河流等的交叉,一般管线只沿道路的一侧敷设,不应影响其他管道的运行、城市的美观、交通等,相互之间的距离,应能保证运行安全、施工及检修方便。
3.3供热管道的敷设
3.3.1集中供热管道的敷设方式
城市供热管道的敷设方式一般分为以下两种:
1.地上架空敷设:
其优点是构造简单,维修方便,不受地下其他管线的影响,。
缺点是占地面积比较多,影响城市的美观与协调,而且管道的热损失大,不经济。
按照支架距离地面的高度不同又分为低支架敷设、中支架敷设和高支架敷设。
2.地下敷设:
虽然不影响市容和交通,但其敷设时必须进行大量的土方工程,地形复杂的地段地下敷设密度大,难度高。
地下敷设分为有沟敷设和无沟(直埋)敷设。
1)有沟敷设:
供热管道直接敷设在地沟内。
2)无沟(直埋)敷设:
无地沟,管道本身直接承受外界荷载,造价低,施工简便,占地小,易于与其他地下管道和设施相协调。
是一种有发展前途的敷设形式。
3.直埋类型分为有补偿直埋和无补偿直埋。
1)有补偿直埋其补偿器设在局部地沟内。
并在管网上适当位置设置固定支架。
管线的埋深、土层的密度和管线与土层之间的摩擦系数是设计有补偿直埋的重要依据条件。
2)无补偿直埋的供热管网不需要设置专用补偿器。
所以其投资少,但需要预制管道,开槽时间较长,影响城市交通,所以这种敷设方式的采用受到很大的限制。
3.3.2管道的保温与防腐
1.保温。
地下直埋管道保温通常采用预制保温管,采用采用氰聚塑预制保温管。
为增加保温层的耐久性和分辨各种介质的管道在保护层外涂刷颜色漆。
2.管道的防腐涂料选用铁红防锈漆。
3.水压实验,实验压力为工作压力的1.5倍。
管道系统安装后,进行实验,十分钟内压力下降不大于0.05MPa,不漏为合格。
4.热力管道严密性实验合格后,要把管道内的污垢或杂物全部清理干净,热水及凝结水管道以系统内可能达到的最大压力和流量进行清水冲洗,直至合格。
3.4热水管网系统的定压方式
为实现热水管网设计水压图的运行工况,必须通过设置定压装置,采用一定的定压方式,来维持热水供热系统中定压点压力恒定。
维持热水供热系统内热媒压力一定或在一个范围内波动,要持续向系统内补水。
所以热水供热系统的定压系统往往和补水系统同时考虑。
热水供热系统的定压方式有多种,以下是供热工程中常见的几种:
1.膨胀水箱定压:
膨胀水箱定压点一般设在循环水泵吸入口至回水干管末端的位置,系统压力稳定。
当突然停电后,由于膨胀膨胀水箱向系统补水,所以在一定时间内仍能维持系统压力的要求。
在二级供热系统中。
理论上可以采用膨胀水箱定压,但由于系统用户数量及其高度变化,膨胀水箱定压难以适应这种要求而较少采用。
2.补水泵定压:
这种方法的优点是设备简单,可以在热源集中设置,占地面积小,便于操作,对二级系统,突然停电造成的事故危害小,因此二级热力站普遍采用补水泵定压系统。
3.气体定压罐定压:
这种定压方式的优点是:
当突然发生故障时,系统能在一定时间内维持所需要的静水压力,防止系统出现气化和缓解水击现象,提供突然停电热源厂紧急处理事故的时间,增加了安全性。
其缺点是:
设备复杂,体积庞大,占地面积大,设备价格较高。
4.蒸汽定压:
当热源有蒸汽锅炉产生的蒸汽时,可以采用这种方式进行定压。
5.补水泵变频调速定压:
其原理是根据系统的压力变化来改变电源的频率,进而调整补水泵的转速进行补水,是目前正在兴起而且很有发展前景的定压方式。
本设计是针对北京市某小区进行的供暖设计,采用供、回水温为80/60℃。
结合实际情况及经济方便因素,系统定压方式采用补水泵变频调速定压,补水定压点设在旁通管处。
由于本设计中供热系统规模较小、供热温度不高所以选择间歇性补水变频调速定压方式。
3.5热媒的选择
3.5.1供热的热介质确定原则
热水管网在供热初期,其供水温度不宜过高,以留有一定的裕度,当外部热负荷增加时,可提高供水温度,扩大供热能力;其供回水的温差,直接连接时一般选用25℃,间接连接时不宜小于45℃。
为了节约能源,提高热电厂的经济效益,应降低抽排气参数,应尽可能降低热电厂的供回水温度。
热媒就是热量的来源。
本设计以换热站作为热源,由于是居住小区,仅有供暖和热水供应热负荷,故可采用热水作为热媒,热水作为供热介质具有以下的优点:
1.热能效率高。
2.调节方便。
热水温度可以根据室外空气温度进行调节,以达到节能和保证室内采暖温度的目的。
3.热水蓄热能力强,热稳定性好。
4.输送距离长,一般可达5~10km。
5.热损失小。
3.5.2热媒介质参数选择
热源采用换热站,热网的系统形式为枝状管网,采用直接连接的形式。
采用热水作为供热介质。
低温水系统的供水温度应小于或等于95℃为宜,本设计中为80℃,回水温度为60℃。
4供热管网的水力计算
4.1热水供热系统的水利计算内容及任务
热水供热系统依靠室外供热管道将热水送到各栋建筑楼,本次设计采用枝状管网,节省投资,但水力平衡较难,运行费用比较高。
1.热水供热系统的水力计算应包括以下内容:
1)确定管道的直径。
2)计算管段的压力损失。
3)确定供热管道的流量。
2.水力计算的作用体现在以下几个方面:
1)根据水力计算结果,绘制热网水压图,确定热水供热系统的最佳运行工况,
2)根据水压图选择合理连接方式。
3)根据水力计算结果选定热水供热系统的循环水泵。
4)根据水压图确定定压方式、节能措施。
选定补给水泵。
5)根据水力计算的结果,计算管网的各种耗材量及总投资量。
3.水力计算的任务主要有:
1按已知的热媒流量和压力降,计算管道的直径;
2按已知的热媒流量和管道直径,计算管道的压力损失;
3按已知的管道直径和允许压力损失,计算或校核管道中的流量;
4根据水力计算结果,确定循环水泵的流量和扬程。
4.2水利计算的步骤
在进行水力计算之前,首先应按比例绘制管网平面布置图。
图中标明热源位置,管道上所有附件和配件及每个计算管段的热负荷及其长度等。
一般按下列步骤进行计算:
1.确定各管段的计算流量
采暖系统用户的设计流量可用下式确定:
G=3.6Q/c(τ1-τ2)=0.86Q/(τ1-τ2)(4-1)
式中 G——供暖系统用户的计算流量,T/h;
Q——用户热负荷,KW;
C——水的比热,取c=4.187KJ/Kg.℃;
τ1/τ2——供热网路的设计供回水温度,℃。
2.确定热力网各管段的流量
热网各管段的流量应该是各个管段所承担的各个热用户的流量之和,也就是沿着介质流向该管段之后的各个用户的流量之和。
3.确定热水网路的主干线及其沿程比摩阻
管网中平均比摩阻最小的一条管线称为主干线(最不利环路)。
主干线的平均比摩阻Rm值对确定整个外网管径和系统的循环压力损失起着决定性作用。
因此需要确定一个经济的比摩阻,一般情况下,主干线设计比摩阻可取30-70Pa/m。
4.根据网路主干线各管段的计算流量和平均比摩阻Rm,确定主干线各管段的标准管径和相应的实际比摩阻。
5.求出主干线各管段的折算长度Lzh。
根据管段的管径和各管段局部阻力形式,确定管段的局部阻力的当量长度总和Ld,求出主干线各管段的折算长度Lzh。
6.计算主干线各管段的总压降⊿P
根根据下式进行计算:
△P=R(L+Ld) (4-2)
式中△P——管段压降,Pa;
R——管段的实际比摩阻,Pa;
L——管段的实际长度,m;
Ld——局部阻力当量长度。
7.主干线水力计算完成后,进行热水网路支干线、支线
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