供热工程课程设计

1、供热工程课程设计 天津某办公楼供热系统设计 设计题目： 建筑节能 班级：姓 名：学号: 指导老师： 日期: 目录 1.1工程概况. 1. 2设计计算参数 2. 1围护结构基本耗热量计算 2.2围护结构附加耗热量 2.3门窗缝隙渗入冷空气的耗热量. 2.4以一层101会议室进行举例计算 2. 5其他房间热负荷计算 3. 1热水供暖系统分类 3. 2机械循环系统与重力循环系统的主要区别 .工程概况及设计依据3 3 .3 供热热负荷计算4 4 4 5 6 9 采暖系统的选择及管道布置16 .16 16 3. 3选择及布置16 4. 3.4膨胀水箱的计算17 散热器的选择及安装17 4. 1散热器的选

2、择17 4. 2散热器的安装17 17 4. 3散热器的计算 5. 系统水力计算 20 5. 1水力计算方法 20 5. 2水力计算举例 20 5. 3其他管路水力计算 21 5. 4水力平衡校核 26 6. 个人总结31 参考文献 附录施工图 一、工程概况及设计依据 1. 1工程概况 该项目是位于天津市（属于寒冷地区）的一座三层办公楼，包括会议室、办公室、值班 室、阅览室、厕所等功能房间。一层建筑层高4. 2m,二三层层高3. 3mo 1. 2设计计算参数 1.2. 1气象资料: 冬季采暖室内计算温度办公室为20C,会议室Z8C,走廊、楼梯间、卫生间为16C 冬季室外计算温度-9C 冬季室外

3、平均风速6. Om/s 1.2.2围护结构： 1) 外墙：保温外墙(37墙)，传热系数为K二0.60W/ (m2 - K) 2) 内墙：两面抹灰一砖墙(37墙)，传热系数为K二1.53W/ ( m2 - K)；-楼卫生间 隔墙：两面抹灰一砖墙(24墙)，传热系数为K=2. 03W/(m2- K)； 3) 外窗：双层铝合金推拉窗，传热系 数为K = 3. 0W/ (m2 - K) 4) H：双层木门；K = 2. 0W/ ( m2 - K) 5) 屋顶：保温屋顶，传热系数K二0. 55W/ (m2 - K)； 6) 地面为不保温地面，K值按地带决定。其中第一地带 传热系数 Kl=0. 465W/

4、 (m2- K ):第二地带传热系数K2=0. 233W/(m2- K )；第三地带传 热系数K3=0. 116W/(m2- K )；第四地带传热系数K4二0. 07W/ (m2- K)； 75C,回水 1.2.3热源： 室外供热管网，采用机械循环上供下回的方式供水，供水温度 温度50C,弓I入管处供水压力满足室内供暖要求。 二、供热热负荷计算 规范中所规定的“围护结构的耗热量”实质上是围护结构的温差传热量、 加热由于外门短时间开启而侵入的冷空气的耗热量以及一部分太阳辐射热量的代数和。为了简化 计算，规范规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。 2. 1围护结构的基本耗热量计算

5、 公式如下： Q=KA(tR-to, w) a Q围护结构的基本耗热量，W； K 围护结构的传热系数，W/ ( m2 - K)； A围护结构的面积，m2； tR冬季室内计算温度，C； to, w供暖室外计算温度，C； 且一围护结构的温差修正系数。 整个建筑的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和，算出基本耗热量后再 进行朝向和高度修正(因风速较小，风力修正忽略不计)， 2. 2围护结构附加耗热量 2. 2. 1朝向修正率 不同朝向的围护结构，收到的太阳辐射是不同的；同时，不同的朝向，风的速度和频率也不 同。因此，规范规定对不同的垂直外围护结构进行修正，其 修正率为: 北、东北、西北朝

6、向: 东、西朝向： 东南、西南朝向： 南向 0-10% -5% -10%- -15% -15% -30% 选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小。冬季日照率小于 35%的地区，东南、西南和南向的修正率宜采用-10%- 0%,其他朝向可不修正 2. 2. 2风力附加率 在规范中明确规定：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 特别高的建筑物，垂直外围护结构热负荷附加5%- 10%。该办公楼不计算风力附加。 2. 2. 3外门附加率 为加热开启外门时侵入的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用 外门的基本耗热量乘上按下表查出的相应的附加率。阳台门不应考虑外门附加

7、 外门附加率（%） 建筑物性质 附加率 公共建筑或生产厂房的主要出入口 500 民用建筑或工厂的辅助建筑物，当其楼层为n时 有两个门斗的三层外门 60n 有门斗的双层外门 80n 无门斗的单层外门 65n 224高度附加率 由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热量增大。因此规定：当民 用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过4m时，每增加lm,附加率为2%,但最大附加率不 得超过15%,该办公楼房间净高均不超过4m,高度附加0%。 2. 3门窗缝隙渗入冷空气的耗热量 由于缝隙宽度不一，风向、风速和频率不一，因此由门窗缝隙渗入的冷空气 量很难准确计算。规范推荐，对于多层和高层民用建筑，可按下

8、式计算门窗缝隙渗入冷空气的耗 热量: Qi=0.278L po Cp (tR-to.h) Qi -为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量, W； L渗透冷空气量，m3/h,可按规范附录D中给出的公式计算，对多层建筑可 按换气次数（下表）计算； po采暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3 ; Cp 空气定压比热,Cp=l. OkJ/ （kg/C）； to. h米卩爰室外计算温度，Co 0. 5时进 换气次数 房间类型 一面有外 窗房间 两面有外窗 的房间 三面有外窗 的房间 门厅 换气次数（h-1） 0.5 0. 5- 1 1.0- 1. 5 2.0 为计算简便，该办公楼各房间的冷风渗入耗热量均采用

9、换气次数为 行计算。 2. 4下面以一层101会议室进行举例计算 2.4. 1北外墙耗热量计算： 公式：Q=KA(tR-to, w) a 1) K值的确定，根据公共建筑节能设计标准规定，天津市属于寒冷地区， 外墙设置保温，传热系数取0. 6W/ (m2 K )。 2) 北外墙面积 A二3. 6 X 4X 4. 2-2. IX 1. 75X 4=45. 78m2 3) 温差修正系数a =1.0 4) 冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 5) 故北外墙基本耗热量为： Q二0. 60X 45. 78X27X1. 0=741. 64W 6) 北向朝向修正取5%,风力修正0%,高度附加0%,

10、所以北外墙的耗热量就 是：Q =741.64X( 1+5%) =778. 72W 2. 4. 2北外窗耗热量计算： 公式：Q=KA(tR-to, w) a 1) K值的确定，根据公共建筑节能设计标准规定，天津市属于寒冷地区，外窗传热系数 取 3. 0W/ (m2 K )。 2) 北外窗面积 A=2. 1 XI. 75X4=14. 7m2 3)温差修正系数且=1.0 4）冬季室内采暖设计温度室外设计温度-9C 5）故北外窗基本耗热量为： Q二3.0X 14. 7X 27X 1.0=1190. 7W 所以北外墙的耗热量就 6）北向朝向修正取5%,风力修正0%,高度附加0%, 是: Q =1190.

11、 7X ( 1+5%) =1250. 24W 2. 4. 3东外墙耗热量计算: 公式：Q=KA (tR-to, w) a 1） K值的确定， 根据公共建筑节能设计标准规定，天津市属于寒冷地区, 外墙设置保温，传热系数取0. 6W/（m2 K ） o 2）东外墙面积 A=10. 8X 4. 2=45. 36m2 3）温差修正系数a =1.0 4）冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 5）故东外墙基本耗热量为： Q二0. 60X 45. 36X27X1. 0=734. 8W 6）东向朝向修正取-5%,风力修正0%,高度附加0%,所以北外墙的耗热量 2.4.4南外墙耗热量计算: 公式：Q=

12、KA(tR-to, w) a 1) K值的确定，根据公共建筑节能设计标准规定，天津市属于寒冷地区， 外墙设置保温，传热系数取0. 6W/ (m2 K )。 2) 南外墙面积 A= (3. 6X 3+1. 2)x 4. 2-3X 1. 75X 2=39. 9m2 3) 温差修正系数且=1.0 4) 冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 5) 故南外墙基本耗热量为： Q二0. 60X 39. 9X 27X 1. 0=646. 38W 6) 南向朝向修正取-15%,风力修正0%,高度附加0%,所以北外墙的耗热量 就是：Q =734. 8X( 1-15%) =549. 42W 2.4.5南外

13、门耗热量计算： 公式：Q=KA(tR-to, w) a 1) K值的确定，根据公共建筑节能设计标准规定，天津市属于寒冷地区， 外门传热系数取2. 0W/ (m2 K)o 2) 南外门面积 A=l. 8X2. 1=3. 78m2 3) 温差修正系数a =1.0 4)冬季室内采暖设计温度室外设计温度-9C 5) 故南外门基本耗热量为： Q二2. 0 X 3. 78X 27X 1. 0=204. 12W 6) 南向朝向修正取-15%,风力修正0%,高度附加0%,外门附加取500%,所以南外门 的耗热量就是： Q =204. 12X ( 1-15%+500%) =1194. 1W 2.4.6西外墙耗热

14、量计算： 公式：Q=KA (tR-to, w) a 1) K值的确定，根据公共建筑节能设计标准规定，天津市属于寒冷地区， 外墙设置保温，传热系数取0. 60W/( m2 K ) o 2) 西外墙面积 A二2. 41X 4. 2=10. 122m2 3) 温差修正系数a =1.0 4) 冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 5) 故西外墙基本耗热量为： Q=0. 60X 10. 122X27X1. 0=163. 98W 6)西向朝向修正取-5%,风力修正0%,高度附加0%,所以南外门的耗热量 就是: Q =163. 98X( 1-5%) =150. 86W 247不保温地面耗热量计算：

15、 不保温地而分为四种类型，各类型宽度为2ni,外墙墙角处面积需要计算两次 各类型地面传热系数如下表所示： 地面类型 I型地面 U型地面 川型地面 W型地面 传热系数(W/ (m2 K) 0. 465 0. 233 0. 116 0. 007 1) 1型地面耗热量计算: 传热系数为0. 465W/ (m2 K) 地面面积 A二3.6X 4X 2+10. 8X 2+3. 6X 4X 2+ (10. 8-2) X 2=96. 8m2 温差修正系数a =1.0 冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 故I型地面耗热量为： Ql=0. 465X 96. 8X 27X 1. 0=1215. 32W

16、 2) n型地面耗热量计算: 传热系数为0. 233 ( W/ ( m2 - K) 地面面积 A=(14. 4-4)X 2X2+C10. 8-8)X 4=52. 8m2 温差修正系数且=1.0 冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 故U型地面耗热量为： Q2二0. 233X 52. 8X 27X 1 0=332.16W 3) 川型地面耗热量计算： 传热系数为0. 116W/(m2- K) 地面面积 A=(14. 4-8) X 2. 8=19. 04m2 温差修正系数且=1.0 冬季室内采暖设计温度18C,室外设计温度-9C 故川型地面耗热量为： Q3=0. 116X19. 04X27

17、X 1.0=59.63W 4) 地面耗热量合计：Q二Q1+Q2+Q3二 1607. 11W 2. 4. 8门窗缝隙渗入冷空气的耗热量计算: 1)计算公式为 Qi=O. 278Lpao Cp (tR-to. h) 2) 渗入冷空气量按换气次数0. 5h计算，房间体积为149. 04X 4. 2=625. 97m3 3) 空气密度取1. 2kg/m3 4) 定压比热取1. OkJ/ (kg/C) 5) 室内设计温度18C,室外设计温度-9C 故门窗门窗缝隙渗入冷空气的耗热量为： Qi二0. 278X 1. 2X 0. 5X 625. 97X 1. 0X 27=2819. 12W 2. 4. 9 一

18、层101会议室耗热量汇总如下表所示: 分项名 称 北外墙 北外窗 东外墙 南外墙 南外门 西外墙 地而 渗入冷 空气 耗热量 (W) 778. 72 1250.24 698. 06 549.42 1194. 1 150. 86 1607. 1 1 2819. 1 2 总计 9047.63 (W) 故一层101会议室总热负荷为9047. 63WO 2. 5其他房间的热负荷计算 下面以表格的形式体现其他房间的热负荷: 1) 一层值班室 2) 层卫生间 3) 层门厅 4) 一层楼梯间 5) 201办公室 6) 202-204办公室 7) 205办公室 8) 206会议室 9) 207办公室 10)

19、208接待室 11) 二层卫生间 12) 二层走廊13)二层楼梯间 14) 301办公室 15) 302办公室 16） 303办公室 17）304阅览室 18）305办公室 19）306办公室 20）三层卫生间 21）三层走廊 22）三层楼梯间 三、采暖系统的选择及管道布置 3. 1热水供暖系统分类 1）按按系统循环动力的不同，可分为重力（自然）循坏系统和机械循坏系统；2）按供、回 水方式的不同，可分为单管系统和双管系统； 3）按系统管道敷设方式的不同，可分为垂直式和水平式系统；4）按热媒温度的不同，可分为低 温水供暖系统和高温水供暖系统。 3. 2机械循环系统与重力循环系统的主要区别 1）循

20、环动力不同。机械循环系统靠水泵提供动力，强制水在系统中循环流动。循环水泵一般设 在锅炉入口前的回水干管上，该处水温最低，可避免水泵岀现气 蚀现象； 2）膨胀水箱连接点和作用不同。机械循环系统膨胀水箱设在系统的最高处，水箱下部接出的膨 胀管连接在循环水泵入口前的回水干管上。其作用除了容纳水受热膨胀而增加的体积外，还能恒定水泵入口压力，保证水泵入口压力稳定。重力循环系统的膨胀水箱的膨胀管连接在供水总 立管的最高处； 3）排气方式不同。机械循环系统中水流速度较大，一般都超过水中分离岀的空气泡的浮升速 度，易将空气泡带入立管引起气塞。所以机械循环上供下回式系统水平敷设的供水干管应沿水 流方向设上升坡度

21、，坡度值不小于0. 002, 一般为 0. 003o在供水干管末端最高点处设置集气罐，以便空气能顺利地和水流同方向流动，集中到 集气罐处排除。回水干管也应采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0. 002, 一般为 0. 003,以便于集中泄水。 3. 3选择及布置 结合该办公楼的实际情况和多方面因素的考虑，采用机械循坏上供下回双管异程系统。系 统中设置了循环水泵，增加了系统的经常运行电费和维修工作量；但由于水泵所产生的作用压力 很大，因而供暖范围可以扩大。机械循环热水供暖系统不仅可用于单幢建筑物中，也可以用 于多幢建筑，甚于发展为区域热水供暖系统。机械循环热水供暖系统是应用最广泛的一种供暖

22、系统。 该办公楼整个分为南北两个坏路，由一根向上的住干管供水，在三楼分为南北向分别供 水。北向四个立管，南向四个立管，各个立管上一到两个散热器不等，但是一根立管上的散热 器数目不大于6个。系统采用异程式，南北向分别回水致 锅炉时汇合。 3. 4膨胀水箱的计算 1水箱有效容积 V=0.034X Vc Vc 每1KW所需的系统水容量 2）查表可知M-132型散热器对应的Vc=10. 7L,总热负荷为40. 86KW; 3）故 V二0.034X 10. 7X 40. 86=14. 86L 4）查表选择膨胀水箱规格为：900X 900X 900mm。 四、散热器的选择及安装 4. 1散热器的选择 室内

23、供暧系统的末端散热装置是供暖系统完成供暖任务的重要组成部分。它向室内散热以补 充房间的热损失，从而保持室内要求的温度。综合各个方面因素考虑，本办公楼采暖散热器采 用TZ2-5-5 （M-132型）铸铁散热器。该散热器的各项参 数如下表所示: 型号 散热面积 （m2/ 片） 水容量 （1/片） 重量（kg/ 片） 工作压 力 （Mpa） 传热系数计算 公式（W/ （m2 K） TZ2-5-5(M-1 0. 24 1.32 7 0.5 K=2. 426A t0286 32型） 132mm,两边为柱状H仁500mm, M-132型散热器为柱型二柱散热器，其宽度为 H=584mm, L=80mm,中间

24、为波浪形的纵向肋片。 4. 2散热器的安装 散热器布置在外墙窗台下，这样能迅速加热室外渗入的冷空气，阻挡沿外墙下降的冷气流， 改善外窗、外墙对人体冷辐射的影响，使室温均匀。为防止散热器冻裂，两道外门之间，门斗及 开启频繁的外门附近不宜设置散热器。该办公楼 散热器均采用明装的形式，上部加盖板且盖板距 离散热器上部100mmo单个散 热器的连接形式采用同侧上进下出。 4. 3散热器的计算 (m2) K(tpj tn) Q -散热器的散热量，W ； tpj 散热器内热媒平均温度，C； tn供暖室内计算温度，C； K散热器的传热系数，W/ (m2 - K)； 目一一散热器组装片数修正系数； 化一散热器

25、连接形式修正系数； 33散热器安装形式修正系数。 其中 tpj= ( tsg+tsh) /2 c tsg散热器进水温度， C； tsh散热器出水温度，Co 回水温度 计算公 对于双管热水供暖系统，散热器的进、出口温度分别按系统的设计供、计。 4. 3.2当计算出散热器的面积之后，即可计算每个散热器的散热片数， 式为： n=F/f 20片，在初步选 f 每片或每lm长的散热器散热面积，m2/片或m2/ni。 而该办公楼选取的M-132型散热器每个散热器的片数不能超过 定散热片数之后，要对散热器组装片数修正系数E 1进行修正，B1的选取如下表 所示: 每组片数 V 6 6 10 11 20 20

26、0. 95 1.00 1.05 1. 10 433以202办公室为例进行散热器计算，该办公室的热负荷为741. 66W。 1) 首先己知条件： Q二741.66W, tsg=75C, tsh=50C, B首先取1Q由于该散热器采 用同侧上进下出，查表知B 2=1.0,同时盖板距散热器100mm,p3=1.02; 2) 由公式 K=2. 426A t ：S6=7. 089W/ (m2 K)； 3) tpj= (tsg+tsh) /2= (75+50) /2=62.5 C； 4) 由 F 12 s =2. 5m2； K(tpj tn) 5) 得到散热器片数n=F/f=2. 5/0. 24=10.

27、4 ,取整n二11片; 6) Bl修正，当n二11时，仇二1.05,带回4)再次进行计算F =2. 6m2,推出n, =10. 83,实际片数 仍取11片。 4. 3. 4其他房间的散热器计算如下表所示： 1)一楼 2)二楼 3）三楼 五、系统水力计算 5. 1水力计算方法 1）首先对供暖系统各个管段进行分段编号，并选择最不利环路，方便计算； 2）其次明确各个管段所承担的热负荷； 3）确定了热负荷之后根据公式G= Q - Cp （tg th） G水流量，Kg/h ； Q热负荷，W； cp比热，4.2 kj/ （kg rc）； tg-设计供水温度，C； th设计回水温度，Co 4）求出各个管段的

28、流量之后，采用平均比摩阻法确定相应参数，一般选取 60120Pd/m。本次设计供回水温度分别为75C和50C,相应数据无法查取，现 采用供回水温度为95C和70C的数据（供暖通风设计手册）查取； 5）在供热通风设计手册上可以查到公称管径、比摩阻、水流速等数据； 6）确定相应的管长和该管的动压，即可根据以下公式计算管道压力损失: AP二APy+ ZPj= RI+ APj AP计算管段的压力损失，Pa； Ay计算管段的沿程损失，Pa； Pj 一计算管段的局部损失，Pa； R一一每米管长的沿程损失，Pa / m； I管段长度，m o 7）水力平衡校核。该办公楼采用双管异程系统，一般选择最远端和最近端

29、的两个立管进行水力 平衡的计算，相差较大的可选择相邻的立管计算。 5. 2水力计算举例 5. 2. 1该办公楼分为南北两个坏路，故需要对两个环路分别进行水力平衡的校核， 首先需要计算出每个管段的管径，包括回水管和供水管。 522现选择北向环路立管I 1-2管段进行举例计算，计算简图如下图所示： 523北向立管I 1-2管段水力计算过程：1）由简图可知，其热负荷包括三层楼梯、二层楼梯、一层 楼梯和一层门厅的热负荷，Q二4398. 34W; 2）根据公式 G=,G=4398. 34X 3. 6/4. 2/25=151. 30kg/h ； Cp （tg th） 15mm,比摩阻 3）得出流量G之后，

30、查供暖通风设计手册可得公称管径为 为 69. 82pa/m,流速为 0. 22m/s； 4）计算沿程阻力。由图可知北向立管I1-2管段管长为3. 3m,沿程阻力妙 69. 82X 3. 3=230. 41pa 5）计算沿程阻力。由图可知北向立管I1-2管段包括一个2个闸阀（Z二1.5）, 个散热器（Z二2）, 个分流三通（Z二3）, 一个90。弯头（Z二2）。再由查得的流 速v=0. 22m/s,由公式0.5 p2计算岀动压为24. 2pa故局部阻力就为： Pj= （1. 5 X 2+2+3+2 ） X 24.2 =242pa 6）立管I 1-2管段总阻力为： APy + APj=230. 41+242=472.41pa 5. 3其他环路的计算列表如下，首先南向的计算简图如下所示： 其他环路的水力计算表格： 1）供水主立管及其他供水立管 2）回水立管计算 3）水平干管供水管水力计算 4）水平干管回水管水力计算 5）水平支管水力计算（供回水管径相同） 5. 4水力平衡校核 5. 4. 1水力平衡计算管段的选择 该办公楼分南北两向，南北向水力平衡需要分别计算。北向选择北向立管川和立管川进行水 力平衡计算，而南向则选择南向I和南向川进行水力平衡计算。 5.4.2北向环路水力平衡计算 1）计算简图如下所示： 2）对立管