兰州某高层采暖设计说明

兰州交通大学毕业设计（论文）11. 绪 论人们在日常生活和社会生产中都需要使用大量的热能。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，称为热能工程。供暖就是用人工方法向室内供给热量，使保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件的技术。随着经济的发展，人们生活水平的提高和科学技术的不断进步，人们对室内温度的要求也逐渐提高，因而供暖在人们的生活中将起着十分重要的作用。展望 21 世纪采暖行业的发展，必将走向一个稳步的可持续发展的道路。采暖是不可再生能源的消耗大户，同时也直接或间接地影响着生态环境。全国城镇建筑能耗（含采暖、通风、空调能耗）占社会商品能源总消费的比例已从 1987 年的 10%上升到目前的 26%，而且随着人民生活水平的提高，建筑能耗的比例将继续增长。我国消耗的能源结构中，绝大部分是不可再生的石化燃料，主要是煤炭。因此采暖通风的发展也意味着不可再生能源的消耗增长，同时也污染了环境。燃料燃烧产生的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及烟尘，不仅导致地球变暖对大气造成污染，也改变了地球的生态环境。从事采暖通风行业的人士，无论是从事研究、工程设计、系统管理、设备开发，都应该有可持续发展观，提高节能和环保意识，使这个行业健康的发展。分户采暖的产生与我国社会经济发展紧密相连。20 世纪 90 年代以前，我国处于计划经济时期，供热一直作为职工的福利，采取“包烧制” ，即冬季采暖费用由政府或职工所在单位承担。之后，我国从计划经济向市场经济转变，相应的住户分配制度也进行了改革。职工购买了本属单位的公有住房或住房分配实现了商品化。加之所有制变革、行业结构调整、企业重组与人员优化等改革措施，职工所属单位发生了巨大变化。原有经济结构下的福利用热制度已不能满足市场经济的要求，严重困扰城镇供热的正常运行与发展。因为在旧供热体制下，采暖能耗多少与热用户经济利益无关，用户一般不考虑供热节能，室温高开窗放，室温低就告状，能源浪费严重，采暖能耗居高不下。节能增效刻不容缓，分户采暖势在必行。 分户采暖是以经济手段促进节能。采暖系统节能的关键是改变热用户的现有“室温高，开窗放” 的用热习惯，这就要求采暖系统在用户侧具有调节手段，先实现分户控制与调节，为下一步分户计量创造条件。对于民用建筑的住宅用户，分采暖就是改变传统的一幢建筑一个系统的“大采暖”系统的形式，实现分别向各个单元具有独立产权的热用户供暖并具有调节与控制功能的采暖系统形式。本工程为某小区的 20#高层住宅楼，地下二层，地上十六层，地下一层、二层为核六级兰州交通大学毕业设计（论文）2甲类人防地下室，平时为戌类物品库房，地上一十六层为住宅。建筑总高度为 51.8米，建筑总面积为 13166.3 平方米。本设计主要负责地上十六层的采暖，采用分户采暖热水供暖系统，户内管道连接形式采用水平单管跨越式，热源供/回水温度为 95/70。兰州交通大学毕业设计（论文）32. 设计原始资料2.1 设计题目兰州市某高层住宅楼供暖系统设计2.2 原始资料 2.2.1. 建筑物概况本工程为某小区的 20#高层住宅楼，地下二层，地上十六层，地下一层、二层为核六级甲类人防地下室，平时为戌类物品库房，地上一十六层为住宅。建筑总高度为 51.8 米，建筑总面积为 13166.3 平方米。2.2. 2. 设计提供图纸建筑物平面、剖面、立面图及其尺寸，详见附图。2.2.3. 室内外设计参数1) 室外设计参数供暖室外计算温度： -11 ；冬季室外平均风速： 0.4m/s ；冬季主导风向： 东、北 。2) 室内设计参数室内供暖计算温度按房间用途取值。2.2. 4. 室外热水网路热力资料1) 外网供水温度： 9512) 外网回水温度： 7023) 外网资用压力：p=6500 毫米水柱4) 热水流量：外网可保证供应5) 引入口位置：由建筑物北向引至地下一层换热间.2.2.5. 围护结构资料1) 屋面： 60 厚挤塑聚苯乙烯泡沫保温层，k=0.73w/m 2.k；2) 外墙：300 厚非承重烧结粘土空心砖，外抹 20 厚水泥砂浆，内贴 30 厚挤塑聚苯板；3) 内墙： 200 厚非承重烧结粘土空心砖，两侧各抹 20 厚水泥砂浆；4) 楼板：120 厚钢筋混凝土楼板，40 厚水泥珍珠岩砂浆垫层，k=2.0 w/m2.k；底兰州交通大学毕业设计（论文）4层与地下一层之间的楼板设保温层，k=0.45 w/m 2.k。5) 楼梯间：为封闭不采暖楼梯间；6) 外窗：采用塑钢窗，中空玻璃，k=3.9 w/m 2.k；7) 门：分户门采用钢制保温防盗门，k=4.7 w/m2.k，内门为单层木制门，阳台门芯板加 30 厚岩棉保温，k=1.7 w/m 2.k；8) 地面： 150 厚炉渣保温垫层。2.2.6.设计内容1) 熟悉设计图纸。2) 供暖设计热负荷计算。3) 系统形式的比选和确定，布置系统管道。4) 绘制供暖系统水力计算草图。5) 各房间散热器面积及片数选择计算。6) 供暖系统的水力计算。7) 换热设备选择计算。8) 定压、补水、除垢设备选择计算。9) 换热间设备、管道布置。2.3 设计依据2.3.1.与本专业有关的法规和标准1) 设计任务书2) 采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)3) 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ26-2010)4) 采暖居住建筑节能设计规范(GB62/T25-3033-2006)5) 住宅设计规范(GB50096-1999(2003 年版)6) 供热计量技术规程(JGJ173-2009)7) 建筑制图标准(GB/T50104-2001)8) 暖通空调制图标准(GB/T50114-2001)9) 建筑工程设计文件编制深度规定2.3.2.房间编号为了设计方便，要对所有采暖房间进行编号，考虑到本设计进行的分户热计量，本设计进行编号时，以同属一户的房间进行连续编号，一般为连续的 45 个房间为一兰州交通大学毕业设计（论文）5户。编号采用四位数，前面两位表示所在楼层数，后两位表示房间编号，如 0301 表示三楼 01 号房间。2.3.3.设计参数根据建筑物所在城市-兰州 查出当地的气象资料如下 1：1).北纬 36 度 03 分；东经 103 度 53 分；海拔 1517.2 米2).大气压力：冬季 Pb =851.4 hPa；夏季 Pb =843.1 hPa； 3).冬季供暖室外计算温度：-11；4).冬季最低日平均： -21.7；5).冬季室外平均风速： 0.4 m/s； 6).根据房间用途确定供暖计算温度如下：客厅、卧室：18厨房：15卫生间：18门厅、楼梯间、储藏室、电梯间等不采暖7).围护结构的传热系数 屋面：60 厚挤塑聚苯乙烯泡沫保温层，k=0.73w/m 2.k； 外墙：300 厚非承重烧结粘土空心砖，外抹 20 厚水泥砂浆，内贴 30 厚挤塑聚苯板；墙的传热系数由以下公式求出：W/( ) （21） 1inwK2m-围护结构内表面的换热系数，W/( )；n2-围护结构外表面的换热系数，W/( )。w由式（2-1 ）求出 K=0.977 W/( )2m 内墙：200 厚非承重烧结粘土空心砖，两侧各抹 20 厚水泥砂浆；由式（21）求出 K=1.394 W/( )2 楼板： 120 厚钢筋混凝土楼板，40 厚水泥珍珠岩砂浆垫层，k=2.0 w/m2.k；底层与地下一层之间的楼板设保温层，k=0.45 w/m 2.k。 楼梯间：为封闭不采暖楼梯间； 外窗：采用塑钢窗，中空玻璃，k=3.9 w/m 2.k； 门：分户门采用钢制保温防盗门，k=4.7 w/m2.k，内门为单层木制门，阳台兰州交通大学毕业设计（论文）6门芯板加 30 厚岩棉保温，k=1.7 w/m 2.k；3 供暖设计热负荷3.1 供暖系统的设计热负荷冬季，人们为了满足生活和生产的需要往往要求室内或者工作地区保持一定的温度，为了使房间内的空气温度，在某一段时间能达到要求的数值，必须有散热设备补给热量，此热量称为该房间的供暖热负荷。一个供暖系统往往要担负若干个房间的供暖，因而一个供暖系统的热负荷和各个房间的供暖热负荷有直接的关系。所以房间采暖热负荷是供暖设计中最基本的数据，这个数据计算的正确是否，将直接影响着供暖设备的大小、供暖方案的选择及供暖系统的使用效果。一般情况下，房间供暖热负荷应根据房间的热平衡来计算。供暖系统的设计热负荷，是指在设计室外温度 tw 下,为达到室内温度 tn， 供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量 Q。它是供暖系统的最基本依据。冬季供暖通风系统的热负荷，应根据建筑物或者房间的得、失热量确定。房间的失热量包括：1.围护结构传热耗热量 Q1；2.加热由门、窗缝隙渗入室内的耗热量 Q2，称冷风渗透耗热量；3.加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量 Q3，称冷风侵入耗热量；4.水分蒸发的耗热量 Q4；5.加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量 Q5；6.通风耗热量。通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量 Q6；房间的得热量包括：7.生产车间最小负荷班的工艺设备散热量 Q7；8.非供暖通风系统的其他管道和热表面的散热量 Q8；9.热物料的散热量 Q9；10.太阳辐射进入室内的热量 Q10。从得失热平衡式可以算出：房间供暖热负荷=房间是热量总和-房间得热量总和=房间内散热设备的散热量然而，在供暖工程设计时，并不逐项详细计算得热量和失热量，尤其对于一般民兰州交通大学毕业设计（论文）7用建筑来说，通常只计算两类热损失：1 经过墙、屋顶、地面、门、窗和其他表面传出的热量；2 加热进入室内的冷空气耗热量。因此，供暖系统的设计热负荷一般可分几部分进行计算Q=Q1.j+Q1.x+Q2+Q3 (31)式中：Q供暖系统的设计热负荷，WQ1.j维护结构的基本耗热量，WQ1.x围护结构的附加耗热量，WQ2冷风渗透耗热量，WQ3冷风侵入耗热量，W3.2 维护结构的基本耗热量 Q1.j在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、室外空气温度和其他传热过程参数都不随时间变化。实际上，室内散热设备散热不稳定，室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动，这是一个不稳定传热过程。但不稳定传热计算复杂，所以对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。围护结构基本耗热量，可按下式计算：Q1.j =KF(tn-tw) W (32)式中 K围护结构的传热系数，W/m 2；F围护结构的面积 , m2；tn供暖室内计算温度, ；tw冬季室外计算温度, ；维护结构的温差修正系数。温差修正系数：对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触，而中间隔者不供暖房间或空间的场合，本设计卫生间不采暖。故有温差修正系数。根据供热工程第四版的附录 1-2 知修正系数为 。.0兰州交通大学毕业设计（论文）8维护结构的基本耗热量见表 1.3.3 围护结构的附加（修正）耗热量 Q1.x按稳定传热计算出的房间维护结构的基本耗热量，并不是该供暖房间的全部耗热量。因为房间的耗热量还与它所处的地理位置及它的形状等因素（如高度、风向、风速等）有关。这些因素是很复杂的，不可能进行非常细致的计算。工程计算中，是根据多年经验按基本耗热量的百分率进行附加予以修正。其中包括：朝向修正、风力修正、高度修正,、窗墙面积修正等。3.3.1 朝向修正不同朝向的围护结构所得的太阳辐射人是不同的。显然，受到日照的围护结构也就相应地减少了它的供暖耗热量。我国采暖通风设计规范给出的徐州地区修正率如下：南 - 25%东、西 -5%北 0%3.3.2 风力修正外围护结构外表面的传热主要有对流和辐射两部分，其中对流换热与室外风速有关，即风速愈大，则传热愈快。计算围护结构基本耗热量时，所选用的传热系数 Ko 值。它是对应欲某个固定室外风速值得来的。因为我国给地冬季平均风速相差不大，所以对传热的影响也不显著，故一般情况下可忽略。但是对于建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物，垂直的外围护结构应附加 5-10%。本设计的建筑物在兰州市区，不考虑风力修正。 3.3.3 高度修正计算基本耗热量中的室内计算温度是指房间内工作区的温度，即指地面上 2m 以下的空气平均温度。对于一般的民用建筑和一般车间内部发热量小于 23w/m2 的工业厂房，当净空高度在 4m 以下时，可不考虑修正。本设计的房间高度为 2.9m。故高度修正不予 考虑。3.3.4.窗墙面积修正窗墙面积比是窗户洞口面积与房间墙体面积的比值，按规定，当窗墙面积比超过兰州交通大学毕业设计（论文）91：l 时，对窗附的基本耗热量增大 10%计算。维护结构的基本耗热量见表 1.3.4 冷风渗透耗热量 Q2在风压和热压的作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。当未对采暖房间的门、窗缝隙采取密封措施时，冷空气就会通过门、窗缝隙渗入到室内，把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量。在各类建筑物特别是工业建筑的耗热量中，冷风渗透耗热量所占比例是相当大的，有时高达 30左右，所以门窗缝隙渗透冷空气耗热量的计算显得尤为重要。计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分比法。对于高层建筑，由于建筑物高度增加，热压作用不容忽视，因此在计算冷风渗透耗热量时要考虑风压和热压的综合作用。对于高层建筑的冷风渗透耗热量可按下式进行计算：Q2 =0.278CpLl(tn-tW) Wm (33)式中 Q3门窗的冷风渗透耗热量，WCp冷空气的定压比热，C p=1KJ/(kg*)L基准风速 V0 作用下的单位缝隙长空气渗透量，经查兰州市推拉塑钢窗L=0.25m3/(m*h)l门窗缝隙的计算长度，mtn建筑物内形成热压的的空气柱温度，简称竖井温度。由于本设计楼梯间不采暖，因此竖井温度取 tn=5tw-供暖室外计算温度，w兰州市大气密度，取 1.34kg/m3m考虑计算门窗所处的高度，朝向和热压差的存在而引入的风量综合修正系数，按式(3 4)确定m=Chn+(1+C)b-1 (34)兰州交通大学毕业设计（论文）10Ch=（0.4h 0.4） b (35)C=50Cr(hz-h)/(