供热工程课程设计计算说明书

1、 . 课程设计 计算说明书 .专业 .专注. . 目 录 课程设计任务书. 第一章总论 . 1.1 设计任务及要求. 1.2 原始资料 . 1.2.1 设计参数资料. 1.2.2 基本设计要求. 第二章供热负荷计算 . 2.1.供热面积的计算. 2.2.供热负荷的计算. 第三章供热方案设计. 3.1 室外供热管道的平面布置. 3.1.1 供热管道平面布置类型. 3.1.2 供热管道布置原则. 第四章热伸长及补偿器选择计算. 4.1 热伸长及固定支架确定. .专业 .专注. . 4.1.1 热伸长 . 4.1.2 固定支架 . 4.2 补偿器 . 4.1.1 设置补偿器的意义. 4.1.2 补偿

2、器的选择. 第五章供热管网水力计算及水压图. 5.1 管网水力计算. 5.1.1 水力计算的一般要求. 5.1.2 水力计算的方法和步骤. 5.1.3 部分管路计算实例. 5.2 水压图绘制及分析. 5.2.1 绘制管路水压图的必要性. 5.2.1 水压图的原理及其作用. 5.2.2 绘制水压图的步骤和方法. 第六章其他 . 6.1 主要参考资料 . .专业 .专注. . 6.2 附表 . 附表 1 供热负荷计算及初步水力计算表. 附表 2 详细水力计算表. 结语 . .专业 .专注. . 第一章总论 1.1 设计任务及要求 本次设计为太原市XX 小区二次网工程设计。 要求： 1.熟悉有关原始

3、资料、规范、手册等 。 2.根据供热面积进行供热负荷的计算，结合地形图等确定方案后，进行供 热负荷计算 、管道水力计算 、热伸长计算 、补偿器的选择等。 3 绘制所要求的图纸。 1.2 原始资料 1.2.1设计参数资料 二次网供回水温度： 85/60 台站位置 ：北纬 37 47 东经 112 56 ； 采暖季天数 ： 150 天； 采暖室外计算温度： -12 ； 海拔： 777.9m ； .专业 .专注. . 最大冻土层深度：0.77m ； 冬季平均室外风速： 2.6m/s ； 主导风向 ：C、NNW 。 1.2.3基本设计要求 二级网采用地沟敷设，在小区内设置热力站。 第二章供热负荷的计算

4、 2.1 供热面积计算 供暖设计热负荷采用面积热指标法和体积热指标法. 采用供暖面积热指标法，比体积热指标更易于概算，所以今年来再城市集 中供热系统规划中，国外、国内也多采用供暖面积热指标法进行概算。经综合 考虑，本次设计采用面积热指标法，各供热面积已经在平面图中给出。 2.2 供热负荷计算 集中供热的热负荷包括供暖、通风、生产及生活热负荷。供暖设计热负荷 .专业 .专注. . 的概算可采用面积热指标进行计算,即 Q nq fF 式中Q n 建筑物的供暖设计热负荷,W ； F 建筑物的建筑面积 , m2 . qf 建筑物供暖面积热指标,W / m2 ； 建筑物供暖面积热指标qf 的推荐取值如下

5、表所示： 建筑物供暖面积热指标推荐值 居住区学校办医院托 建筑物类型住宅旅馆商店食堂 综合公幼 未采取节能措施热指标 58-6460-6768-8065-8060-7065-80115-148 （ W / m2 ） 采取节能措施热指标 40-4545-5050-7055-6050-60 55-70 100-130 .专业 .专注. . （ W / m2 ） 注： 1、本表摘自 城市热力网设计规范CJ34-2002 年版； 2、表中数据适用于我国东北、华北、西北地区 。 3、热指标中已包括约5% 的管网热损失在内。 . 经考虑 ，商场的热指标取55 W / m2 ，物业管理和住宅取40 W /

6、m 2 。 本设计中所有的建筑物的面积与热负荷汇总见附表1 根据 附表1中的 数据可知 总供热面 积 为124343 m2 , 总的采暖 热负 荷为 498992W 第三章供热方案的确定 .专业 .专注. . 3.1 室外供热管道的平面布置 3.1.1供热管道的平面布置类型 供热管道平面布置图示与热媒的种类、热源和热用户相互位置及热负荷 的变化热点有关 ，主要有枝状和环状两类。 枝状网比较简单，造价较低 ，运行管理比较方便，它的管径随着到热源 的距离增加而减小，其缺点在于如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。 环状网路的主要优点是具有供热的后备性能，

7、可靠性好 ，运行也安全 ， 但它往往比枝状网路的投资要大很多。 本设计中 ，力争做到设计合理，安装质量符合标准和操作维护良好的条 件下，热网能够无故障的运行，尤其对于只有供暖用户的热网，在非采暖期停 止运行期内 ，可以维护并排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求， 加之考虑到目前我国的国情，故设计中的热力网型式采用枝状网。 3.1.2供热管网布置原则 供热管网布置原则： 应在城市建设规划的指导下，考虑热负荷分布、热源布置 、与各种管道及构筑 .专业 .专注. . 物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素，经过技术经济比较厚确定 布置方案 。 定线应遵循以下几个原则： （ 1）经济上合

8、理 。 主干线力求短直 ，主干线尽量走热负荷集中区 ，要注意管线上所需的阀门 、补偿器和某些管道附件的合理布置 ，涉及到检查井的数量和位置 ，应应可能使其数量减少 。 （2）技术上可靠 。 管线应尽量避开采空区、土质疏松区 、地震断裂带 、滑 坡危险地带以及地下水位高等不利地段。 （3）对周围环境影响少而协调。管线要少穿主要交通线，一般平行于道路 中心线并尽量敷设在车道以外的地方。 3.1.3 供热系统方案的确定 一，热源的确定 。 在集中供热系统中，热电厂 、区域锅炉房 、低温核能供热厂可作为较大型 的热源使用 ，地热、工业余热 、太阳能 、地源（水源）热泵和直燃机等可作为 小型区域供热热源

9、，同时也可将来自于上一级的高温水加热下一级热用户所需 热源，并向其提高所需热量的热力站是为局部热源。但在目前的技术条件下， .专业 .专注. . 最广泛应用的热源形式仍然是电热厂和区域锅炉房。 二，热力管网 。 第四章热伸长及补偿器选择计算 4.1 热伸长及固定支架确定 4.1.1热伸长计算 选取补偿器时应首先计算热伸长量，可根据式 （8-2 ）进行计算 x(t1t2 )L4-1 式中x 管道的热伸长量， m； 管的线膨胀系数，可由 参附录 14-1查 得，一般可取 =1210-6 m/m C； t1 管壁的最高温度，取热媒的最高温度， C； t2 管道安装时的温度, ； .专业 .专注. .

10、 L 计算管段的长度， m。 得出管道的热伸长量后，根据产品样本中提供的不同管径补偿器的最大补 偿量可确定该管段的补偿器使用数量，也就可以粗略定出固定支架的使用数 量。 4.1.2固定支架 管道支架是直接支承管道并承受管道作用力的管路附件。它的作用是支撑 管道和限制管道位移。它承受从管道传来的内压力，外载力和变形力产生的弹 性力，并将这些力传到支承结构或地上去。 4.1.2.1 固定支架最大间距确定 固定支座所承受的推力由固定支架承担。固定支架由于承受较大的推力， 所以必须有坚固的支撑和基础，因而它是供热管网中造价较大的构件，为了节 约投资 ，应尽可能减少固定支架的使用，但其间距应满足下列条件

11、： 1）管段的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量； 2 ）管段因膨胀而产生的推力，不得超过固定支架所能承受的允许推力 .专业 .专注. . 值； 3）不应使管道产生纵向弯曲。 根据这些条件并结合设计安装经验，固定支架的最大间距可从实用供热 空调设计手册 （第二版 ）（上册）的热力管网固定支架最大允许跨距表中查 到，如下： 公称直径 50 65 80 100 125 150 200 250 补偿器 50 55 60 65 70 80 90 100 （ 3）计算安装温度取安装时当地的最低温度。 4.1 补偿器选择 4.1.1设置补偿器的意义 供热管道随着热媒温度升高，会产生热伸长现象。如果该伸长

12、无法得到补 偿，将使管道承受巨大的应力，甚至破坏管道 。 因此，必须在管道上设置补偿 器，以补偿管道的热伸长，从而减小关闭的应力和作用在阀件或支架结构上的 .专业 .专注. . 作用力 。 4.1.2 补偿器种类 (1)自然补偿 利用供热管道自身的弯曲管段（如 L 型或 Z 型等 ）来补偿管段的热伸长的 补偿方式 ，应尽量利用管道的自然补偿。 (2)波纹管补偿器 它是用单层或多层薄壁金属制成的具有轴向波纹的管状补偿设备。工作时 利用波纹变形进行管道热补偿。其主要优点是占地小，不用专门维修 ，介质流 动阻力小 ，近几年工程中使用逐步增多。在本设计中 ，主要采用有内套波纹管 补偿器 。 本设计中采

13、用波纹管补偿器（无内套 ）与自然补偿相结合的方式。 第五章管网水力计算与水压图 .专业 .专注. . 5.1 二次网的水力计算 5.1.1水力计算的一般要求 一，计算热负荷应按近期热负荷计算，对于分期发展负荷，可留有余地 或考虑怎舍管网的可能性。 二，水力计算时 ，应绘管道平面布置图，图中应注明各热用户的管段的几 何展开长度以及计算参数、管道附件 、补偿器 、阀门等 。热水管网还应注明始 终点标高 。 三，水力计算时 ，应注意提高水力稳定性，为防止水力失调，可采取以下 几条措施 ： 1.减少管网干管的压力损失，宜选取较小的比压降，适当增大管径 。 2 增大热用户的压力损失，一般在热用户处安装手

14、动调节阀，调压孔 板，控制和调节入口压力。 3.高温水采暖系统的内部压力损失，对管网的水力稳定性也有影响，一般 在热源内部留有一定的富裕压头，在正常情况下 ，富裕压头消耗在循环水泵的 出口阀门上 。 4.供热主管网大的管径DN ，不论热负荷多少，均不应小于50mm ，而通 .专业 .专注. . 向单体建筑物的管径一般不宜小于32mm. 5.在供热管网计算中，有的点超过静压超过允许极限时，一般从此点开始 于其他系统分开 ，设置独立的供热系统。 热水采暖系统应采用双管闭式系统，其供回水管应采用相同的管径。 5.1.2水力计算的方法和步骤 本设计中的水力计算采用当量长度法。 1）确定网路中热媒的计算

15、流量： G Q / c(t g t h ) 0.86Q /(t g t h ) 5-1 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 ； .专业 .专注. . t g/t h 一级网的设计供回水温度，。分别取 85和 60 。 （ 2）确定热水网路的主干线，因各用户内部的阻力损失相等，所以从热 源到最远用户的管线就是主干线，并确定其沿程比摩阻，根据 热网规范 ， 比摩阻 R 取 30-70Pa/m 。 （ 3）根据网路主干线个管段的流量和初选的R 值，利用热水管网水力计 算表确定主干线个管段的公称直径和相应的实际比摩阻（

16、可从 供热工程 （第四版 ）中查到 ）。 （ 4）根据选用的公称直径和管中局部阻力形式 ，确定管段局部阻力当量长度 Ld 及折算长度 Lzh 。 （ 5）根据管段折算长度Lzh 的总和利用下式计算各管段压降 P。 P R( L Ld ) 5-2 式中P 管段压降 ， Pa； .专业 .专注. . 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。 （ 6）确定主干线的管径后 ，就可以利用同样方法确定支干线 、支线的管径，为了满足网路中各用户的作用压差平衡 ，必须使各并联管路的压降大致相等，故并联支线的推荐比摩阻 R需用式 5-3 进行计算 ： R=P/L zh

17、 5-3 式中R 推荐比摩阻 ， Pa/m ； P 资用压降 ，即与直线并联的主干线的压降， Pa； Lzh 考虑局部阻力的管段折算长度， m .专业 .专注. . 根据式 5-3 可得到支线的推荐比摩阻，结合管段的流量可利用热水管网水 力计算表确定各支线的公称直径、实际比摩阻及实际压降，热水流速不应大于 3.5m/s, 同时比摩阻不应大于300Pa/m 。 对于实际压降过小的管段为维持网路 平衡，可安装手动调节阀，平衡阀 、自力式压差控制阀、自力式流量控制阀等 用以消除剩余压头，保证所需要的流量。 应指出 ：从此表中查出的供回水平均温度为100 的比摩阻 ，对应的密度 为 958.4kg/

18、,但二次网的平均温度为 85+60/2=72.5 ,对应的密度为 976.4 kg/ ，因此要对查出的流速和比摩阻进行修正，这不同温度下着两个参数与 密度成反比 ，此说明书中出现的流速和比摩阻值就是修正后的值，详细的修正 过程见附表2 详细水力计算表。 5.1.3部分管路计算实例 （ 1）主干线水力计算实例 对各个热力站和管路的节点编号在管道平面图中标出，本设计中由于从热 .专业 .专注. . 源到的管道的输送距离最远，故选取该管线为主干线进行计算。就本设计实际 考虑，设有两条主干线。以主干线1 举例：根据流量和初步选定的主干管推荐 比摩阻 ，可得主干线的各管段的公称直径，同时可得出各管段实际

19、的比摩阻, 如管段 BC,确定管段BC 的管径和相应的比摩阻R 值。 DN=200mm， R=129.4 Pa/m 管段 BC 中局部阻力的当量长度ld ,可由供热工程 （第四版 ）的热水管路 局部阻力当量长度表中查得： 无内套波纹管补偿器 113.7=13.7m 分流三通 2 8.4=16.8m 异径接头 1 0.84=0.84m 管段 BC 的当量长度 ld =13.7+16.8+0.84=31.34m 管段 BC 的折算长度Lzh =53.1+31.34=84.44m 管段 BC 的压力损失P =R ?Lzh=5851.56Pa .专业 .专注. . 用同样的方法 ，可计算主干线的其余管

20、段。确定其管径和压力损失。其他 管段的局部阻力如表5-1 所示，管径和压力损失计算结果列于表5-2 。 两表见 下： 表 5-1主干线 1 局部阻力表 (无局部阻力的管段没标出) 管段编号蝶阀调节阀波纹管补偿器锻压弯头分流三通异径接头当量长度 BC 0 0 1 0 2 1 31.34 CD 0 0 1 0 2 0 30.5 DE 0 0 0 1 2 0 21 EF 0 0 1 0 2 0 30.5 FG 0 0 0 1 2 1 20.16 GH 0 0 1 0 2 1 20.24 HI 0 0 1 0 2 1 15.33 IJ 0 0 1 0 2 1 12.36 .专业 .专注. . JK 0

21、 0 0 1 2 1 6.3 表 5-2主干线 1 水力计算表 管段公称流速比摩阻流量管段长度折算长度总长度阻力损失 编号直径（ m/s ）（ Pa/m ）(t/h)(m)(m)(m)（ Pa） AB 250 0.74 25.72 144.02 40 0 40 1028.68 BC 200 1.19 69.30 129.40 53.1 31.34 84.44 5851.56 CD 200 1.01 56.73 119.36 47.9 30.5 78.4 4447.98 DE 200 0.92 49.96 109.32 40 21 61 3047.66 EF 200 0.58 19.34 68.

22、2 36.3 30.5 66.8 1291.70 FG 150 0.66 38.28 41.12 67.2 20.16 87.36 3344.23 GH 125 0.71 56.05 30.68 48.3 20.24 68.54 3841.49 HI 100 0.71 74.30 19.6 55.5 15.33 70.83 5262.99 IJ 80 0.53 53.79 9.8 34.4 12.36 46.76 2515.21 .专业 .专注. . JK 65 0.37 33.57 4.9 29.9 6.3 36.2 1215.22 （2）支干线计算实例 以 EY 段为例 因用户内部的阻力损

23、失相等，所以管段EY 允许的压力损失为： PEY = PEF+ PFG+ PGH + PHI + PIJ+ PJK =17470.83Pa 设局部阻力损失与沿程损失的估算比值j=0.3 （可根据 供热工程（第四 版） 热网管道局部损失与沿程损失的估算比j值表中查到 ），则可知比摩阻大致 应 .专业 .专注. . 控制为 ： R = P /l EY (1+ j ) =17470.83/195.9 (1+0.3)= 68.6Pa/m EY 根据 R和 G=41.14t/h，由热水管网水力计算表可确定EU 的公称直径为 DN125 ，实际比摩阻为R=100.71Pa/m ，局部阻力列于表5-3 。

24、表 5-3EY 段局部阻力表 管段编号蝶阀调节阀波纹管补偿器锻压弯头分流三通异径接头当量长度 EU 1 1 2 0 1 0 55.75 UV 0 0 1 0 2 1 20.24 VW 0 0 1 0 2 1 15.33 WX 0 0 1 0 2 1 12.36 XY 0 0 0 1 2 1 6.3 .专业 .专注. . 水力计算表如下 ： 表 5-4EY 段水力计算表 管段公称流量流速比摩阻总长度管段长度折算长度阻力损失 编号直径(t/h)（ m/s ）（ Pa/m ）(m)(m)(m)（ Pa） EU 125 41.12 0.95 100.71 83.55 27.8 55.75 8414.2

25、0 UV 125 30.68 0.69 55.75 68.54 48.3 20.24 3821.30 VW 100 19.6 0.71 75.29 70.83 55.5 15.33 5332.51 WX 80 9.8 0.72 53.59 46.76 34.4 12.36 2506.03 XY 65 4.9 0.38 34.55 36.2 29.9 6.3 1250.75 .专业 .专注. . . 注：详细的水力计算过程见附表2 详细水力计算表。 5.3 绘制网路水压图 5.3.1绘制网路水压图的必要性 热网中连结着许多的热用户，它们对供水温度及压力可能各有不同，而 且它们所处的地势高低不一，

26、在设计阶段必须对整个网路的压力状况有个整体 考虑，而水力计算通常只能确定热水管道中各管段的压降，并不能确定热水供 暖系统中管道上各点的压力，因此，只有通过绘制热水网路的水压图，用以全 面地反映热望和各热用户的压力状况，并确定保证使它实现的技术措施。 在运行中 ，通过网路的实际水压图，可以全面地了解整个系统在调节过 程中或出现故障时的压力状况。从而揭露关键性的问题并采取必要的技术措 施，保证安全运行 ，另外，各个用户的连接方式以及整个供热系统的自控调节 装置，都需要根据网路的压力分布或其波动情况来选定，既需要以水压图作为 这些工作的决策依据。 5.3.2网路水压图的原理及其作用 5.3.2.1 原理 .专业 .专注. . 水压图是根据伯努利方程原理绘制的，即 P1 V1 2 P2 Z2 V22 （4-6 ） g Z1 g H 1 2 2g 2g 5.3.2.2 作用 （ 1）利用水压曲线 ，可以确定管道中任何一点的压力值 。 （ 2）利用水压曲线 ，可以表示各管段阻力损失值 。 （ 3）根据水压区县的坡度 ，可确定管段单位长度的平均压降值 。 （ 4）只要已知或固定管道上任何一点的压力，则其它各点的压力值就已 知。 5