毕业设计--某二十一层公共建筑供暖工程设计.doc

第1章 绪 论1.1 概述1.1.1 我国能源基本现状(1)能源开采情况2010年：商品能源总量16.78108t标准煤，其中煤炭占67.1%，原油消费量2.67108t，进口量达到9700104t，占35%。2011年：商品能源总量18.45108t标准煤，增长15%，其中煤炭19.56108t，原油产量1.75108t，进口1.44108t，占总量的45.2%，天然气产量408108。2011年：电力装机容量达到4.4108kW，比2010年增长13%。(2)存在问题能源供应总量不足，人均占有量很低煤炭储量占世界储量的11%，人均煤炭储量仅为世界平均量的42.5%；石油储量占世界储量的2.4%，人均石油储量仅为世界平均量的17.1%；天然气储量占世界储量的1.2%，人均天然气仅为世界平均量的13.2%。石油供应紧缺和能源安全问题突出我国对进口石油的依存度不断加大，对外的依存度2010年为35%，2011年为45.2%。石油领域的竞争已经大大超过了一般商业范畴，由此石油安全成为重大课题。单位产值能耗问题突出2007年单位产值能耗比世界平均水平高2.5倍，比日本高8.7倍，比美国高2.5倍，比印度高0.43倍。单位产品能源电力钢铁等8个行业产品单位能源比国际先进水平高40%。能源发展与环境保护的矛盾更加突出我国的能源消费中80%是原煤直接燃烧，由此造成的环境污染问题，已经影响到国民经济的可持续发展和人民群众的身体健康。中国的烟尘和二氧化硫的排放量其中70%和90%是由燃煤产生的。从我国目前的煤炭生产和消费来看，均难以适应环境保护和可持续发展的要求，这是一个很大的矛盾。1.1.2 我国供暖发展及存在问题近年来，我国建筑业一直在持续高速发展，人民生活水平不断提高；供暖建筑的比例不断提高，供暖地区也迅速南扩，供暖能耗总量迅速增加。随着对城市大气环境保护要求的日益增加和城市能源结构的调整,供暖事业也出现了许多新问题。(1)能源结构的调整目前煤炭在一次能源中仍占70%左右：节省能源、与环境友好、可持续发展；大型和特大型城市燃煤占一次能源的比例在迅速降低，天然气等清洁能源和电的比例在不断上升。(2)我国住宅建设事业的发展现状建筑用能占社会总能耗比例也逐渐增加；目前我国建筑能耗已占总能耗的27%，逐渐接近发达国家30%33%的水平；我国人均建筑面积远低于发达国家。随着建筑面积的不断增长，建筑用能的比例很有可能会逐渐超过30%；我国供暖能耗占全国建筑总能耗的55%以上，在北京等华北城市，供暖能耗约占建筑能耗的75%左右，为供暖地区社会能耗的21.4%。(3)供暖体制的改革随住房改革和市场经济的发展，现在的福利制供暖体制已经与住房改革、供暖企业的发展及推动建筑节能的要求严重不适应；中央已正式出台供暖体制改革的方案，供暖变福利为商品，国家对供暖的暗补转为明补；北方地区居民用于供暖的消费将平均占个人年收入的38%；这一改革将供暖事业推向市场，并直接与居民的经济利益连接。这将有力推动建筑节能的开展，同时使各种供暖方式重新被市场所选择和发展。(4)我国供暖方式正在向多样化发展以电为主要能源方式，包括：各种直接电热方式、空气源热泵，水源热泵，地下土壤源热泵方式；以燃气为主要能源的方式，包括：大型燃气锅炉集中供暖、小型模块化燃气锅炉的单座建筑的供暖、单户燃气炉供暖；以核能为能源的低温核反应堆集中供暖；以燃气为一次能源通过燃气轮机或内燃机发电，回收其尾气热量的燃气热电联产集中供暖等。(5)目前供暖系统设计、建设和运行存在的问题在长江沿岸夏热冬冷地区，也参照北方严寒地区建设燃煤热电联供系统和大型燃煤锅炉房集中供暖，由于这些地区供暖时间短，如果不考虑与夏季空调的结合，造成系统投资高，利用率低，供暖成本高，浪费能源；对以天然气为能源的供暖方式，也仿照燃煤的模式，建设大型燃气锅炉房进行集中供暖，或者把燃煤锅炉房简单改为以燃气为燃料，没有体现燃气是洁净能源，分散供暖效率更高的特点，造成输送损失大，系统可调性差；以电为能源的供暖方式出现了电锅炉集中供暖的方式，使一次能源利用率低，供暖成本高；大部分地区对新建的节能建筑在供暖系统的设计、建设和运行的过程中还按普通建筑的模式处理，使节能建筑的节能优势不能发挥；热源平均热效率低，供暖系统外网保温质量差，水力和热力失调严重；采用间歇调节的运行机制，“大马拉小车”的低负荷运行，锅炉效率需要提高；锅炉房间供暖式系统一次水参数低，换热器处于低负荷不合理运行状况；外网初调节水平不高，水平失调严重，采用“大流量、小温差”不经济运行状态；许多用户不能根据室外温度的变化，合理确定锅炉运行参数；对不同使用性质的建筑物，不采用分时供暖自控装置，浪费能源等。1.1.3 我国城市建筑供暖能耗现状(1)集中供暖现状到2010年底，全国共有660个设市城市，其中已有321个城市建集中供暖设施，占48.64%；2010年底中国集中供暖的供暖能力：蒸汽9.26104t/h，热水17.15104kW/h；供暖量：蒸汽5.91108GJ/a，热水12.9108GJ/a；2010年底全国供暖面积为18.9108，比上年增长21.54%；热力管道总长度已达蒸汽1.19104km，热水5.8104km；三北地区，集中供暖面积约占全国集中供暖面积的80%，热化率30%；在总供暖量中热电联产的蒸汽占蒸汽总量的80.46%，热水占热水总量的25.9%；城市民用建筑集中供暖面积增长较快，并向过渡区发展，全国集中供暖面积中，民用建筑占69.31%。(2)集中供暖能耗现状建筑供暖的实际能耗北京94个区域燃煤锅炉房200708年供暖季统计耗煤量可在16.758.2范围之间，近20%的锅炉房耗煤量在36以上，年平均煤耗约为29.2，折合标煤为22.123.36，平均为22.73。集中供暖外网的热损失集中供暖外网损失为散热和漏水、漏气，一般占热源出口的总供暖量的1830%之间；一次热网及直埋热网热损失在5%以内；热网平均热损失占13%左右，一般主管网的热网热损失较小，庭院管网热损失较大；不同年代管网热损失相差较大，年代越长保温效果越差，热损失高达20%30%，管网漏水量较大时，还会破坏保温层，使得保温热损失更大。管网另一需要关注的问题是分配不均匀性造成的热损失，解决这一问题的途径可以靠改进楼内管网系统形式，实现按热量计量，分户可调，通过经济手段解决，也可以在每个楼的热力入口装流量调节装置来改善。1.2 我国常用供暖方式1.2.1 热媒热电联产方式 只有足够大的规模才能采用高效的热电联产机组和有效的清洁煤燃烧技术，由于希望提高机组的有效运行小时数以保证经济效益，还希望有足够比例的调峰锅炉与之配合，就更要求系统规模足够大。根据我国热电联产机组的情况，集中供暖系统的规模应在300104以上。1.2.2 燃煤锅炉房规模越大，可能的外网损失会越大，当供暖规模大于200104以后，管理费用也不再随规模增加而降低，但规模太小不利于清洁煤燃烧技术的应用，尤其当需要的锅炉小于20t后，锅炉效率就会显著降低，排放量增加，这就成为供暖规模的下限。这样当采用循环流化床以实现清洁煤燃烧时，热网规模在150300104之间，而采用多台链条炉时，除特殊的环境要求，需要锅炉房远离供暖建筑，否则应控制规模在200104以内，不宜使规模过大，造成不必要的外网运行水泵电耗和热损失。如果20t锅炉对应于30104建筑，则此时集中供暖系统的规模不宜小于4050104。1.2.3 燃气供暖方式推广分散供暖，限制大规模的集中供暖，在新建低层建筑进行推广单户供暖，公共建筑、商业建筑和高层住宅，应采用模块化燃气供暖，宜在公共建筑、商业建筑推广，慎重发展天然气热电冷联产和天然气驱动的热泵的供暖方式。1.2.4 其它供暖方式近年来随着城市环境改善的要求和临时出现的电力过剩现象，在许多地区推广起以电为动力的各种供暖方式，引起了不少问题，需要高度重视。1.3 供暖方式优化选择1.3.1 城市集中供暖方式优化选择城市集中供暖主要是指以集中热源作为主要热源的供暖方式。集中热源主要包括燃煤热电联产、燃气热电联产、大型燃煤锅炉房、大型燃气锅炉房和大型燃油锅炉房。其主要的供暖环节有集中热源、城市高温热力管网、换热站、室外管网、室内管网和末端散热设备。末端散热设备主要为散热器。城市集中供暖的主要特点是供暖规模巨大，以城市为供暖对象，存在大型集中热源和两级热力管网。1.3.2 区域供暖方式优化选择区域供暖主要是指以区域热源为主要热源的供暖方式。区域热源主要包括燃煤锅炉房、燃气锅炉房、燃油锅炉房、电热锅炉房、水源热泵和。当研究的对象仅限于城市集中供暖中某个热力站之后的供暖区域时，也属于此类供暖方式，此时换热站为区域热源。其主要的供暖环节有区域热源、室外管网、室内管网和末端散热设备。末端散热设备主要为散热器和热水辐射地板，为满足热计量的要求，新建系统可采用带调温阀散热器。区域供暖的主要特点是具有一定的供暖规模，以小区为供暖对象，存在室外区域热源和室外管网。1.3.3 楼宇式供暖方式优化选择楼宇式供暖主要是指热源放置在建筑物内的供暖方式。楼宇热源主要包括燃气锅炉、燃油锅炉、电热锅炉、水源热泵、空气源热泵和。其主要的供暖环节有区域热源、室外管网、室内管网和末端散热设备。末端散热设备主要为散热器、热水辐射地板、带调温阀散热器和风机盘管。其主要的供暖环节有楼宇热源、室内管网和末端散热设备。楼宇式供暖的主要特点是供暖规模限于建筑物内，以建筑物为供暖对象。 7石家庄铁道大学四方学院毕业设计第2章 工程概况2.1 基本资料本工程名称是北京市某二十层综合楼，建筑性质为商办楼，位于北京市。建筑层数为：地下2层，地上20层。地下两层为汽车停车库，层高4.5，地上一三层为商业店铺，四二十层为办公，商业店铺一三层5，办公四二十层均3.8。建筑总高度为79.6，总建筑面积44740.21，建筑占地面积35182.7。2.2 气象资料北京市的相关气象资料1 (如供暖室外计算温度，冬季室外计算风速，冬季主导风向等)：北京市供暖室外计算温度为-7.6；冬季室外平均风速为2.6；冬季最多风向为；冬季室外最多风向平均风速为4.7；冬季室外大气压力为1021.7。2.3 室内温度集中供暖系统室内计算温度宜符合表2-1的规定2：表2-1 集中供暖系统室内计算温度15建筑类型及房间名称室内温度()办公楼：门厅、楼(电梯)16办公室20会议室、接待室、多功能厅18走道、洗手间、公共食堂16车库5商业：营业厅(百货、书籍)18鱼肉、蔬菜营业厅14副食(油、盐、杂货)16办公20百货仓库10本设计采用如下温度：储藏：12； 卫生间、候梯厅、办公门厅、商业门厅：16；商业、更衣室：18；办公：20。2.4 工程设计任务本设计为北京市某公共建筑供暖设计，首先对集中供暖的国内外现状、供暖方式、室内供暖方式进行分析比较，然后收集资料、确定供暖方案，对公共建筑进行设计计算，选取散热器，进行散热器及管道的平面布置，绘制出管道系统图并进行水力计算，确定管径，选择附属部件，绘制相应的安装大样图，完成供暖工程设计的施工图。水-水换热站的工程设计，主要包括换热站的热力计算，设备选型，绘制换热站图纸等。 第3章 供暖方案的确定3.1 供暖方式的确定3.1.1 散热器热水供暖散热器热水供暖是传统的供暖方式，在我国供暖中占据主导地位。散热器供暖是以对流为主的供暖方式。散热器先加热其周围空气，使空气在房间内形成对流从而达到供暖目的。这种供暖方式，散热器周围的温度高，随着与散热器距离的加大，温度递减，同一层面的温度温差较大，这一现象在大空间房间内尤其明显。由于这种供暖是对流，热空气自上而下对流，房间温度是上热下凉，给人的感觉是头热脚凉，舒适感相对差些，但相对于空调强制对流方式供暖的舒适度和效果又更胜一筹。散热器热水供暖系统的热能利用率高，输送时无效热损失较小，散热设备不易腐蚀，使用周期长，且散热设备表面温度低，符合卫生要求；系统操作方便，运行安全，易于实现供水温度的集中调节，系统蓄热能力高，散热均匀，适于远距离输送。散热器供暖由于加热体在地面以上，对木地板影响较小。散热器供暖地面只有两道主管，安装可以提前施工管道，对土建地面施工制约较小，施工速度相对较快。3.1.2 低温热水板辐射供暖所谓低温热水地板供暖系统也就是将通过地板将低温热水以辐射传热的方式传递给室内，从而对室内温度进行适当调节的一种系统。该系统的缺点是：在建筑工程中会占用一定的空间，增加了整个建筑工程的荷载与工程造价，加大了系统的安装与维修难度。但是由于其具有节能、卫生条件好等多重优点而受到人们的高度重视，已有很多地区将这一系统应用在建筑工程中，得到了快速的发展。地暖室内部分由于由分集水器和PEX管道组成，其中管道暗设在地面下，分集水器设置在比较隐蔽的地方且或安装或有罩盖住，其在使用中基本不需要清理和维修。地暖由于各个回路长度无法作到完全一致，相对不易调试。地暖由于暗设在地面下，供暖时先加热地板，木地板相对来说较易变形。地板辐射供暖的地板装修中一般不建议用实木地板，采用复合地板的较多，装修档次受到影响。地暖施工时必须先作盘管，再马上作地面垫层，工序穿插较多，且盘管安装和地面施工必须同步进行，地暖对土建施工有一定的制约，施工速度相对较慢。施工完后，地面裂缝较多，竣工时须对裂缝地面进行处理。3.1.3 热风供暖 热风供暖利用暖风机将热风直接送入室内，在工作区内形成空气环流，以便使工作区形成较为均匀的温度分布。通常的热风供暖系统采用一台或多台暖风机，经送风口将热风直接喷射至工作区，由于送风比较集中，因此温度分布的均匀性受到影响，人体有较强的直接吹风感，并且由于热气流的上升，从建筑物顶部散失掉的热量仍占有较大的比例。综合比较以上三种供暖方式，结合本工程的建筑特点，选用散热器热水供暖系统。3.2 散热器热水供暖系统的分类3.2.1 机械循环热水供暖系统的分类(1)按供回水方式不同，可分为单管系统和双管系统。热水经立管或水平供水管顺序流过多组散热器，并顺序地在各个散热器中冷却的系统，称为单管系统。热水经供水立管或水平供水管平行的分配给多组散热器，冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平立管或水平回水管流回热源的系统，称为双管系统。(2)按管道敷设方式不同，可分为垂直和水平式系统。(3)按热媒温度不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统。在我国，习惯认为：水温低于或等于100的热水，称为低温水，水温超过100的热水，称为高温水。室内热水供暖系统,大多采用低温水作为热媒。本设计采用低温水(75/50)作为热媒。3.2.2 机械循环热水供暖系统的形式机械循环热水供暖系统的形式3，见表3-1：表3-1 机械循环热水供暖系统的形式序号型式名称图示适用范围特点1双管上供下回式室温有调节要求的四层以下建筑最常用的双管系统做法室温可调节易产生垂直失调2双管下供下回式室温有调节要求且顶层不能敷设干管时的四层以下建筑缓和了上供下回式系统的垂直失调现象安装供、回水干管需设置地沟室内无供水干管，顶层房间美观排气不便 3双管中供式顶层干管无法敷设或者边施工边使用的建筑可解决一般供水干管挡窗问题解决垂直失调比上供下回有利对楼层、扩建有利排气不利续表3-1序号型式名称图示适用范围特点4双管下供上回式热媒为高温水室温有调节要求的四层以下建筑对解决垂直失调有利排气方便能适应高温水热媒，可降低散热器表面温度，降低散热器传热系数浪费散热器5垂直单管顺流式一般多层建筑常用的一般单管系统做法水力稳定性好排气方便安装构造简单 6分层式高温水热源入口处设换热装置造价高续表3-1序号型式名称图示适用范围特点7双水箱分层式低温水热源管理较复杂采用开式水箱，空气进入系统，易腐蚀管道综合比较以上形式，考虑到本工程的实际规模和施工的方便性，本设计采用机械循环垂直上供下回式热水供暖系统。3.3 供暖方案的确定自2000年我国住宅建筑实施供暖分户计量技术以来，住宅建筑的供暖系统形式发生了较大的变化，不同于公共建筑供暖系统形式。公共建筑供暖系统形式与既往宅建筑的供暖形式相似，多为散热器热水供暖系统。公共建筑多选用垂直单管顺流式或单、双管混合式热水供暖系统，供暖系统形式的选择可参照下述原则4：(1)三层和三层以下的建筑，且有室温调节要求宜采用双管系统；(2)三层以上建筑，宜采用垂直单管顺流式或单、双管混合式；(3)单层建筑宜采用水平单管串联式，当串联管管径大于32时，可采用跨越式；(4)建筑物高度超过50时，宜竖向分区供暖。根垂直立管供暖层数一般不超过十一层，立管管径不大于32为宜。供暖系统还有同程式和异程式两种系统，其中同程式系统的特点是通过各个立管的循环环路的总长度相等，压力损失易于平衡，虽然不会出现远近立管处出现流量失调而引起的水平方向上冷热不均现象，但是会比较浪费管材，对于作用半径较小的建筑会造成不必要的浪费。双管系统也是浪费管材，在系统的平衡上也不会有太大的改变；异程式系统供回水干管的总长度短，在此机械循环系统中，由于作用半径较小，连接立管较多，通过各立管环路的压力损失较难平衡。但可在靠近总立管最近的立管，选用较小管径，消除一些剩余压力，剩下的可以在立管加调节阀来达到水力平衡的目的。实际中应根据建筑的特点采用合适的系统，使其既不浪费管材，也容易达到平衡。本设计为一栋20层商办综合楼的供暖设计，供暖系统与外网直接连接。由于建筑高度为79.6，根据规范可知应在竖向进行分区，拟定分为2个区，低区为110层，高区为1120层。本建筑物为商办综合办公建筑，其建筑结构和建筑材料对管道的布置并没有特殊的要求，因此本设计中选用最常见的垂直单管上供下回式系统。同程式系统供回水干管的总长度相等，压力损失易于平衡，故选用同程式系统。所以本设计的水力系统为机械循环单管上供下回同程式系统。散热片安装形式为同侧的上供下回。根据建筑的结构形式，布置干管和立管，为每个房间分配散热器组。 石家庄铁道大学四方学院毕业设计第4章 供暖系统设计热负荷计算在冬季，随着室外温度的降低，为了满足人们正常生活、生产的需求，保证室内一定的温度，就必须向室内供给热量以补充房间的散热损失，保持供暖房间在要求室温下的热平衡。供暖系统通常利用散热设备向房间供给热量，从而达到供暖的目的。供暖系统的设计热负荷是供暖系统设计的最基本依据，直接关系到供暖系统的方案选择、供暖管道管径和散热设备的确定，关系到供暖系统的使用效果和经济效益。同时它也是集中集中供暖系统设计的基本数据之一。因此关系到供暖热源设备和供暖管网管径的选择及供暖系统能耗与社会环境效益。建筑热工设计直接影响供暖热负荷的大小，是建筑节能设计的重要内容。集中供暖系统的热用户主要包括供暖、通风、空气调节、生活热水供应和生产工艺用热等用热系统，这些用热系统的热负荷的大小及其性质是供暖规划和设计的重要依据。冬季供暖系统的设计热负荷，应根据建筑物或房间得、失热量确定4。(1)供暖房间失热量围护结构的耗热量；加热经门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，称冷风渗透耗热量；加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量，称冷风侵入耗热量；户间楼板或隔墙发成传热，称户间耗热量；通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量，称通风耗热量。(2)供暖房间得热量最小负荷的工艺设备散热量；热管道及其他热表面的散热量；热物料的散热量。(3)通过其他途径散失或获得的热量不经常的散热量，可不计入；经常而不稳定的散热量，应采用小时平均值。对于民用建筑以及产热量很少的工业建筑，热负荷主要考虑围护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量、冷风侵入耗热量、太阳辐射得热量。为简化计算，太阳辐射得热和冷风侵入耗热量，分别在围护结构传热耗热量中按一定比例进行附减和附加。对于公共建筑供暖系统，其供暖系统的设计热负荷，应为围护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量与冷风侵入耗热量之和4。4.1 围护结构传热耗热量4.1.1 围护结构传热系数本工程位于北京市，属于寒冷地区，各围护结构传热系数根据限制确定2。本设计各围护结构传热系数：屋面：0.45； 外墙：0.70；窗户(东、南、西、北)：2.5；隔墙：1.5；隔门：2.0；地面：0.65。4.1.2 围护结构的耗热量在工程设计中，将建筑物围护结构的传热耗热量分为基本耗热量和附加(修正)耗热量两部分进行计算。基本耗热量是指在设计条件下(某一稳定传热状况下)，通过房间各部分围护结构(门、窗、墙、屋顶、地板等)从室内到室外的稳定传热量总和。附加(修正)耗热量是指考虑围护结构的传热状况发生变化，对基本耗热量进行修正的耗热量。(1)围护结构的基本耗热量围护结构的基本耗热量，按一维稳态传热过程计算，即假定室内、外空气温度和其他影响传热过程的因素都不随时间变化，可按式(4-1)计算： (4-1)式中，围护结构基本耗热量(W)； 围护结构的传热系数； 围护结构的传热面积()； 供暖室内计算温度()；供暖室外计算温度()；围护结构的温差修正系数，见表4-1。表4-1 温差修正系数序号围护结构特征1外墙、屋顶地面及与室外空气相同的楼板1.02闷顶的地板、与室外空气相通的地下室上面的楼板0.93非供暖地下室上面的楼板地下室外墙上有窗0.75地下室外墙上无窗且为与室外地面以上0.6续表4-1序号围护结构特征3地下室外墙上无窗且为与室外地面以下0.44与有外门窗的非供暖楼梯间之间的隔墙首层0.72层6层0.67层30层0.55与有外门窗的非供暖房间之间的隔墙或楼板0.76与无外门窗的非供暖房间之间的隔墙或楼板0.47与有供暖管道的屋顶设备层相邻的顶板0.38与有供暖管道的高层建筑中间设备层相邻的顶板和地面0.29伸缩缝、沉降缝墙0.310抗震缝墙0.7整个供暖建筑物或房间的基本耗热量，应等于它的围护结构各部分(墙、窗、门、楼板、屋顶、地面等)基本耗热量的总和，按式(4-2)计算： (4-2)与相邻房间的温差大于或等于5，应计算通过隔墙和楼板的传热量。与相邻房间的温差小于5，且通过隔墙或楼板的传热量大于该房间热负荷的10%，应计算其传热量4。(2)围护结构附加(修正)耗热量围护结构的基本耗热量是在稳态传热条件下按式(4-2)计算得出的，实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况等各种因素而有所增减。所以需要对房间围护结构耗热量进行修正。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、外门附加、高度附加耗热量等。朝向修正耗热量需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构(门、窗、外墙及屋顶的垂直部分)的基本耗热量乘以相应的修正率。朝向修正率的取值见表4-2。表4-2 朝向修正率朝向朝向北、东北、西北010%东南、西南-10%-15%东、西-5%南-15%-30%选用朝向修正率时应综合考虑当地冬季日照率、建筑物的使用和被遮挡等情况。对于日照率小于35%的地区，东南、西南、南向的朝向修正率宜采用-10%0，东、西朝向可不修正4。本工程位于北京市，东、西朝向的修正率为-5%，北朝向的修正率为5%，南朝向的修正率为-20%。风力附加耗热量风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的影响。在一般情况下，不必考虑风力附加，只对建在不避风的高地、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，才考虑垂直外围护结构附加5%10%3。本工程位于北京市，所以不考虑风力附加耗热量。外门附加耗热量外门附加耗热量可采用外门的基本耗热量乘以表4-3中附加率来计算。外门附加率，只适用于短时间开启的、无热风幕的外门。阳台门不考虑外门附加1。表4-3 外门附加率 外门特征外门特征一道门65%n三道门(有两个门斗)60%n两道门(有门斗)80%n公共建筑和工业建筑的主要出入口500%注：n为建筑物楼层数。外门的附加率，最大不应超过500%。本设计中办公层无外门，所以无外门附加率；商业层有外门，所以有外门附加。高度附加率建筑(除楼梯间外)的围护结构耗热量高度附加率，散热器供暖房间高度大于4m时每高出1m，附加2%，但总附加率不应大于15%；地面辐射供暖的房间高度大于4m时，每高出1m宜附加1%，但总附加率不宜大于8%4。本工程办公层高均小于4m，所以无高度附加。但一三层商业层的高度为5m，均大于4m，所以附加2%。4.2 冷风渗透耗热量在风压和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。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。冷风渗透耗热量，在供暖设计热负荷中占有不小的份额。影响冷风渗透耗热量的因素很多，如门窗构造、门窗朝向、室外风速与风向、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。对于多层建筑，由于房屋高度不高，在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用。对于高层建筑，则应考虑风压与热压综合作用的结果。计算冷风渗透耗热量的常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法，本设计中采用的是缝隙法。通过计算不同朝向的门、窗缝隙的长度以及在风压与热压综合作用下，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。对于多层和高层民用建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按式(4-3)计算： (4-3)式中，冷风渗透耗热量(W)； 冷空气的定压比热容，； 供暖室外计算温度下的空气密度()； 渗透冷空气量()；单位换算系数，。由式 (4-3) 可知，在室内外温差一定时，冷风渗透耗热量主要取决于渗透冷空气量。渗入室内的冷空气量()可根据不同的朝向，按式(4-4)计算： (4-4)式中，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量；门窗缝隙的计算长度(m)； 门窗的冷风渗透压差综合修正系数；门窗缝隙渗风指数，=0.560.78，当无实测数据时，可取=0.67。其中，表示通过每米门、窗缝隙进入室内的实际渗透冷空气量。(1)通过每米门、窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量，是指在基准高度时单独风压作用下，不考虑朝向修正和建筑物内部隔断情况时，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透冷空气量，应按式(4-5)计算： (4-5)式中，外门窗缝隙的渗风系数，见表4-4，本设计中取0.5； 冬季室外最多风向下的平均风速； 室外供暖计算湿度下的空气密度。表4-4 建筑外窗空气渗透性能分级及缝隙渗风系数下限值外窗空气渗透性能级别123456780.80.70.60.50.40.30.20.1(2)冷风渗透压差综合修正系数实际上通过每米缝隙冷风渗透量影响因素很多，因此，根据理论渗透冷空气量计算实际渗透冷空气量时，是综合考虑在风压与热压共同作用下，不同建筑物体型、内部隔断和空气流通等因素后，不同朝向、不同高度门、窗的冷风渗透压差综合修正系数。实际的冷风渗透现象，是风压与热压共同作用的结果。处于迎风面的外门窗，由于受风压作用，将使单独靠热压形式的中和面向上移，即渗入空气的楼层数会有所增加。而处于背风面的外门窗，由于室外是负压，将使单独靠热压形式的中和面向下移，则渗入空气的楼层数就会有所减少。如此，就有可能在同一房间内，因朝向不同而渗透风量不等，甚至有的朝向的房间渗入空气，而另一朝向的房间则渗出空气。各朝向冷风渗透的综合修正系数值，应按式(4-6)计算： (4-6)式中，热压系数，在纯热压作用下，作用在外窗、门缝两侧的热压差占渗入 或渗出总热压差的百分份额，见表4-5，本设计中取0.5；风压差系数，在纯风压作用下，建筑物迎背风两侧风压差的一半；当认为迎背风面的外门、窗缝隙的阻力状况相同，且迎背风面的空气动力系数各为1.0和-0.4时，可取为0.7； 在纯风压作用下渗风量的朝向修正系数，见表4-6； 作用于外门、窗缝隙两侧的有效热压差与有效风压差值比； 高度修正系数，计算门窗中心线标高为h时渗透空气量对于基准渗透量的高度修正系数(当h10米时，按基准高度h=10米计算)可按式(4-7)或(4-8)计算确定。北京属于大城市，所以按式(4-7)计算：对于大城市： (4-7)对于中小城市及大城市郊外： (4-8)式中，计算门、窗的中心线标高(m)。表4-5 热压系数Cr值序号建筑内部隔断情况热压系数气密性差气密性好1室外空气经过外门、窗缝隙入室，经由内门缝或户门缝流往走廊后，便直接进入热压井(及内部有一道隔断)1.00.80.80.62如上述，但在走廊内，又遇走廊门缝或前室门缝或楼梯间门缝后才进入热压井(及内部有两道隔断)0.60.40.40.23室外空气经外门、窗缝进入室内后，不遇阻隔径直流入热压井时1.01.0注：本设计中的热压系数为0.5。表4-6 北京渗透冷空气量的朝向修正系数值朝向0.150.150.401.00有效热压差与有效风压差之比，应按式(4-9)计算： (4-9)对于大城市： (4-10a)对于中小城市及大城市郊区： (4-10b)式中，纯热压作用下建筑物中和界的标高(m)，可取建筑总高度的1/2； 建筑物内热压竖井内的空气计算温度()，当走廊及楼梯间不供暖时， 按温差修正系数取值，供暖时取为16或18； 室外供暖计算温度()； 冬季室外最多风向下的平均风速。4.3 供暖设计热负荷计算举例本设计共二十层，以一层的一个商场为例，进行热负荷计算，一层平面图如图4-1：图4-1 一层平面图以下是101商业的热负荷计算过程：(1)围护结构耗热量该建筑物，东、西朝向的修正率为-5%，北朝向的修正率为5%，南朝向的修正率为-20%，一层高5m，高度附加为2.0%，风力附加修正率不予考虑。北隔墙的面积为，传热系数，室内计算温度，室外设计温度，温差修正系数：南外墙的面积为，传热系数，室内计算温度，室外设计温度，温差修正系数：南外窗的面积为，传热系数，室内计算温度，室外设计温度，温差修正系数：西外墙的面积为，传热系数，室内计算温度,室外设计温度，温差修正系数：西外窗的面积为，传热系数，室内计算温度,室外设计温度，温差修正系数：东隔墙的面积为，传热系数，室内计算温度,室外设计温度，温差修正系数：东外墙的面积为，传热系数，室内计算温度,室外设计温度，温差修正系数：东外窗的面积为，传热系数，室内计算温度,室外设计温度，温差修正系数：101商业围护结构耗热量：。(2)冷风渗透耗热量北京市基准高度冬季室外最多风向的平均风速；取风压差系数；取热压系数；取门窗缝隙渗风指数 设中和面标高在建筑物总高度的一半处：设底层窗中心线在层高的一半处，计算热压时取，因，故计算风压时取，查北京渗透空气量的北向修正系数南外窗的冷风渗透耗热量：根据(4-10a)得压差比：根据(4-7)得高度修正系数：根据(4-6)可得风压与热压共同作用下，冷风渗透压差综合修正系数：根据(4-5)可得基准高度，风压单独作用下，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量：门窗缝隙的计算长度根据(4-4)得渗入室内的冷空气量：根据(4-3)得南外窗的冷风渗透耗热量：西外窗的冷风渗透耗热量：根据(4-10a)得压差比：根据(4-7)得高度修正系数：根据(4-6)可得风压与热压共同作用下，冷风渗透压差综合修正系数：根据(4-5)可得基准高度，风压单独作用下，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量：门窗缝隙的计算长度根据(4-4)得渗入室内的冷空气量：根据(4-3)得北外窗的冷风渗透耗热量：东外窗的冷风渗透耗热量：根据(4-10a)得压差比：根据(4-7)得高度修正系数：根据(4-6)可得风压与热压共同作用下，冷风渗透压差综合修正系数：根据(4-5)可得基准高度，风压单独作用下，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量：门窗缝隙的计算长度根据(4-4)得渗入室内的冷空气量：根据(4-3)得北外窗的冷风渗透耗热量：(3)101商业总热负荷：其他房间热负荷见附录表B。61第5章 散热器供暖设计计算供暖系统的散热设备是系统的主要组成部分。供暖系统是通过设置在供暖房间内的散热设备向房间散热以补充房间的热损失，保持室内要求的温度。5.1 散热器的确定散热器的选择，应符合下列要求4：(1)产品符合现行国家标准或行业标准的各项规定；(2)承压能力满足供暖系统工作压力要求；(3)采用柱式、板式、扁管等各种类型钢制散热器及铝制散热器的供暖系统，必须采取防腐蚀措施；(4)采用铝制散热器时，必须选择内壁有可靠防腐措施的产品，且应严格控制热媒水的值，应保持(25)小于等于9.0；(5)在同一个热水供暖系统中，不应同时采用铝制散热器与钢制散热器；(6)采用铝制散热器与铜铝复合型散热器时，应采取防止散热器接口产生电化学腐蚀的隔绝措施；(7)采用户用热量表进行分户热量分摊和采用散热器温控阀的热水供暖系统中，如采用铸铁散热器供暖，必须选择内腔无砂工艺生产的产品；(8)环境温度高的房间如浴室、游泳馆等，应优先选择采用耐腐蚀的铸铁散热器；(9)在同类产品中，应选择采用具有较高金属热强度指标的产品。本工程选用选用铸铁椭四柱760型散热器，型号，这种散热器热工性能好，承压能力高，安装方便，外形美观。5.2 散热器的设计计算散热器设计计算的任务是确定供暖房间所需散热器的面积和片数(或长度)。5.2.1 散热器进出口温度计算对于单管顺流热水供暖系统，每组散热器的进、出口水温沿流动方向下降，因而，每组散热器的进、出口水温必须逐一分别计算。单管系统各层水温按式(5-1)计算： (5-1)式中，流出第i组散热器的水温()； 立管的供水温度()； 立管的回水温度()；立管的总负荷(W)。5.2.2 散热器内热媒平均温度计算散热器内热媒平均温度随供暖热媒(蒸汽或热水)参数和供暖系统形式而定。在热水供暖系统中，为散热器进出口水温的算术平均值。散热器内热媒平均温度按式(5-2)计算： (5-2)式中，散热器进水温度()； 散热器出水温度()。5.2.3 散热器传热系数计算散热器传热系数值的物理概念，是表示当散热器内热媒平均温度与室内空气温度相差1时，每1散热器面积所散出的热量，单位为W/()。它表征散热器散热能力强弱的指标。本工程选用铸铁椭四柱760型散热器，型号，散热器的传热系数按式(5-3)计算： (5-3)式中，散热器内热媒平均温度()； 供暖室内计算温度()。5.2.4 散热器散热面积计算散热器散热面积按式(5-4)计算： (5-4)式中，散热器的散热面积()； 散热器的散热量()； 散热器的传热系数W/()； 散热器内热媒平均温度()； 供暖室内计算温度()； 散热器组装片数修正系数，按产品的修正系数修正4； 铸铁柱型散热器：6片以下时，；610片时， ；1120片时，；2025片时，； 散热器连接方式修正系数，按表5-1采用；散热器安装形式修正系数，本设计采用。 表5-1 散热器连接方式的修正系数连接方式同侧上进下出同侧下进上出异侧上进下出异侧下进下出异侧下进上出1.001.251.051.101.20注：本设计支管与散热器间采用同侧上进下出连接方式，取值1.00。散热器片数或长度按式(5-5)计算： (5-5)式中，每片或每1长的散热器面积(/片或)。计算散热器散热面积时，由于每组片数或总长度未定，可以先假定进行计算，计算出和的初始值，然后根据每组的片数或长度乘以修正系数，最后确定散热器面积。5.3 散热器片数计算举例以408卫生间为例，进行散热器片数计算，选用铸铁椭四柱760型散热器，型号：由热负荷计算可知：408卫生间热负荷为584W，室内计算温度为：16，设计供、回水温度为：75/50，散热器明装，支管与散热器的连接方式为上进下出同侧连接，408卫生间属于低区供暖系统部分，其散热器连接形式如图5-1。图5-1 散热器连接形式示意图与408卫生间共用立管的房间的供暖热负荷如表5-2所示。表5-2 与508卫生间共用立管的房间的供暖热负荷房间编号4085086087088089081008供暖负荷584538538538538538487(1)408卫生间的供水温度：(2)408卫生间散热器内热媒的平均温度：(3)408卫生间散热器的传热系数： W/()(4)408卫生间散热器的片数：散热器组装片数修正系数，先假定；散热器连接形式修正系数，采用同侧上进下出，；散热器安装形式修正系数，散热器明装，上部有窗台板覆盖，。根据式(5-4)计算：铸铁椭四柱760型散热器每片散热面积为0.29，计算片数为：片，