供热毕业设计概要

北京市某低温热水地板辐射采暖工程设计BeijingLowtemperaturehotwaterfloorradiantEngineeringDesign届系专业学号学生姓名指导教师完成日期摘要本设计主要是对北京市某住在楼进行低温热水地板辐射采暖的系统设计。该建筑物共二十层,建筑面积为9607m2,建筑总高60m,层高3m,由于建筑高度高于50m,对建筑在垂直方向上分为高低两个区。设计主要任务对低温热水地板辐射采暖国内外现状,总负荷为472kW,由于地板辐射采暖室内实感温度高于设计温度,所以计算时将所得结果取95%,以满足节能要求。在管道铺设方面,选择了交聚乙烯管道双回形铺设方式,在各户安装温控阀和热计量表,对各用户进行温度控制热盒分户计量。对管网进行水力计算确定管径,根据供热管网的水力计算结果选择用户系统与供热管网的连接方式及用户入口装置,确定换热站的热力计算和设备选型等。本设计所用外网热力热水,外网所提供95/75℃热水。在住宅楼的东面建一所换热站,换热后供回水温度40/30℃,换热站设备包括换热器、循环水泵、补水泵、除污器等,采暖补水为软化水,定压采用补水泵变频定压形式,采暖水温要求自动控制。换热站内设备要达到结构紧凑,布局合理,经济耐用的要求。最后绘制施工图。关键词:地板辐射采暖换热站分户计量集中供暖AbstractThisdesignismainlytotheBeijingonelivinginlowtemperaturehotwateronfloorradiantfloorheatingsystemdesign.Thebuilding20layer,thebuildingareaof9607m2,buildingtotalheight60m,thelayeris3m,becausebuildingheightabove50m,thearchitectureinverticaldirectionintohighandlowtwoarea.Thedesignofthemaintaskoflowtemperaturehotwaterfloorradiantheatingsituationathomeandabroad,andthetotalloadfor472kW,becausefloorradiantheatingindoordesigntemperaturehigherthanthosetemperature,sowilltheresultscalculatedfrom95%,inordertomeettheenergyrequirements.Inthepipeline,choosethePEpipeintothedoubleformlaidmeans,ineachinstallationtemperaturecontrolvalveandheatmeter,theusertotemperaturecontrolhotboxofhouseholdmetering.Thehydrauliccalculationofpipenetworkstodeterminediameter,accordingtotheheatingnetworkhydrauliccalculationresultsselectuserssystemandheatingnetworkconnectionsanduserentrancedevice,determinetheheatexchangerstationthermodynamiccalculationandtheequipmentselection,etc.Thedesignofthenetworkusedthermalhotwater,thenetsprovided95/75℃hotwater.Ontheeastsideofthebuildingtobuildaheatexchangerstation,heatsupplyandreturnwatertemperatureafter40/30℃,heattransferstationequipmentincludingheatexchanger,thecirculatingwaterpump,watersupplypump,thedecontamination,heatingwaterforwatersoftener,theconstantpressurewatersupplypumpfrequencyconversionbytheconstantpressureform,heatingwatertemperatureautomaticcontrolrequirements.Heatexchangerstationpreparedwithtocompactstructure,rationallayout,economicaldurablerequirements.Finallydrawconstructiondrawings.Keywords:RadiantfloorheatingHeatexchangerstationHouseholdmeteringCentralheating目录绪论(10.1设计的目的和意义(10.2工程概述(10.3国内外研究现状(10.3.1低温热水地板辐射采暖国内研究现状(10.3.2低温热水地板辐射采暖国内研究现状(2第1章设计原始资料和依据(31.1设计原始资料(31.1.1设计资料(31.1.2设计任务(3第2章采暖方案的确定(42.1采暖方案的比较(42.1.1地板辐射式采暖(42.1.2家用中央空调系统(52.1.3家用电锅炉(52.1.4电热膜采暖(52.2共用立管的布置(62.3采暖方案的选取(62.4地板辐射供暖的分类:(7第3章采暖负荷计算(83.1供暖设计热负荷的计算(93.1.1围护结构的耗热量(93.2冷风渗透耗热量(103.3冷风侵入耗热量(113.4户间穿热耗热量(113.5热负荷计算举例(11第4章地板辐射采暖设计(134.1地面散热量(134.2地面平均温度(154.3采暖盘管材料与敷设形式的选择(164.4管间距(184.5盘管设计计算(19第5章水力计算(205.1水力计算的目的(205.2水力计算的任务(205.3计算公式(205.4水力计算举例(215.4.1立管水力步骤(215.4.2一单元左系统管道图(215.6最不利环路水力计(23第6章换热站设计(256.1换热站的分类(266.2小区换热站站址和规模的确定(266.2.1换热站站址的选择(266.2.2换热站规模的确定(276.3换热站供热系统类型的确定(286.3.1闭式双管式热水供热系统(286.3.2开式热水供热系统(296.3.3该小区换热站供热系统的确定(296.4换热器简介(306.4.1换热站主体设备—换热器的类型选择(306.5换热量的确定(326.6水泵的选择计算(356.6.1一般原则(356.6.2循环水泵的选择计算(366.6.3补给水泵的选择(376.7除污器的选型计算(386.8换热站内部管路管径的确定(38第7章管道的保温和支架(407.1保温的目的(407.2保温材料的选择(407.3保温管道的确定(407.4保温层厚度的确定(407.5管道支架的选型(41结论(43参考文献(44致谢(45附录(46附录A外文资料(46附录B房间负荷表(54附录C各房间地暖盘管间距(74附录D水力计算表(77绪论0.1设计的目的和意义本设计的目的是培养学生运用所学的供热工程、流体输配管网、热质交换等课程的理论和技术知识解决实际问题,进一步提高运算、制图和使用资料的能力。通过设计,了解室内采暖系统的设计内容、程序和基本原则,巩固所学理论知识,培养利用这些知识解决实际问题的能力,逐步树立正确的设计观点。此毕业设计是建筑环境与设备工程专业培养学生解决实际问题能力的一个重要的教学实践环节,在建筑环境与设备专业的教学计划中占有重要的地位和作用。0.2工程概述本工程为北京市某住宅楼,整个建筑物为20层,建筑面积约9607m2,建筑总高57m。热源由城市热网提供,采暖方式为地板辐射式采暖,供回水温度为:40℃、30℃。0.3国内外研究现状0.3.1低温热水地板辐射采暖国内研究现状在国内,随着人们生活水平的不断提高,以及新材料、新工艺、新技术的日益推广应用,低温热水地板辐射采暖方式已成为许多新建小区和公共建筑的供暖方式,该技术已广泛推广并为人们所接受。作为一项成熟的技术,为了使工程做到技术先进、经济合理、质量可靠、安全适用,2004年国家建设部出台了《地面辐射供暖技术规程》(JGJ142-2004,本规程2004年10月01日正式实施。其对工程设计、材料选择、施工安装和检验验收等各个环节进行了规范化和严格的控制。近十年来在我国北方地区的住宅和公共建筑中低温热水地板辐射采暖应用的越来越广泛,大量的工程设计、施工中也积累了比较丰富的实践经验,并且得到了业主和用户的一致好评。地暖技术的应用虽然不久,但由于比传统的地热方式——对流散热器采暖具有先进性、安全性、节约能源,低温热水地板辐射采暖是一种被认为最舒适的采暖方式,在国内正得到大力的推广应用。目前不仅北京的北辰汇欣公寓、曙光小区、万科城市花园、天秀花园、嘉浩别墅、兴涛小区;呼和浩特东苑大型居住区;天津中乒公寓、哈尔滨花园村宾馆、远东广场;新疆医学院第一附属医院等诸多住宅小区皆采用了新型节能型的低温热水地板辐射采暖装置,还有南方的沿海大城市如上海,广东、福建等地区和城市为了改善居室“夏潮冬冷”的不良居住环境,也纷纷采用了地热地板低温辐射采暖装置。0.3.2低温热水地板辐射采暖国内研究现状在欧美、日本、韩国等发达国家已经广泛使用、普及率达到70%。该技术不仅大量用于民用住宅和各类医疗机构、游泳馆、健身房、商场、写字楼等公共建筑,还大量用于厂房、飞机库、花坛、足球场及蔬菜大棚等建筑系统保温,甚至用于室外道路、屋顶、楼梯、机场跑道融雪和各类工业管线的保温。目前欧美发达国家超过50%的新建建筑中都采用了低温热水地板辐射采暖系统。第1章设计原始资料和依据1.1设计原始资料1.1.1设计资料(1土建原始资料本设计为本工程为北京市某住宅楼冬季供暖系统设计,砖混结构共20层,层高为3m。该住宅楼共二十层,层高3m,外窗高1.8m,阳台门高2m。基本资料如下:外墙:370mm页岩烧结多孔承重砖加30mm聚苯粒抹面保温层,K=0.6W/(m2·℃;外窗:单框双玻塑钢复合窗,K=3.5W/(m2·℃;阳台门:单框中空双玻铝合金推拉门,K=6.4W/(m2·℃;隔墙、梯梯间墙:K=1.26W/(m2·℃;屋顶:倒置上人屋面,50mm挤塑聚苯板保温层,K=0.8W/(m2·℃;楼板:加25mm聚苯颗粒保温层,K=0.5W/(m2·℃;(2室内外设计参数见表1-1表1-1采暖室内计算温度tn(℃卧室餐厅厨房卫生间客厅20℃18℃16℃22℃20℃北京室外设计温度为-9℃[1]。建筑耐久年限50年;建筑耐火等级为二级;屋面防水等级为二级;抗震设防烈度为6度。(3管网参数本设计采用热水作为热媒:供水温度:95℃,回水温度:70℃。1.1.2设计任务本设计为北京市某小区进行低温热水辐射采暖设计,首先对集中供热的国内外现状、供热方式、室内采暖方式进行分析比较,然后收集资料、确定供热方案,对小区进行设计计算,确定地暖盘管的管径、敷设方式、埋深等,最后绘制出施工图等。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2章采暖方案的确定2.1采暖方案的比较2.1.1地板辐射式采暖(1原理低温辐射地板采暖是通过埋设于地板下的加热管——铝塑复合管或导电管,把地板加热到表面温度18~32℃,均匀地向室内辐射热量而达到采暖效果。同时它可以由分户式燃气采暖炉、市政热力管网、小区锅炉房等各种不同方式提供热源。(2优点①地面温度均匀,垂直温度分布均匀,室温自下而上逐渐递减,热舒适度高;②空气对流减弱,有较好的空气洁净度;③与其他采暖方式相比,较为节能,可将室内温度降低2~3℃,节能幅度约为10%~20%;④不占据室内地面有效空间,有利于屋内装修,增加2%~3%的室内使用面积;⑤有利于隔声和降低楼板撞击声;⑥房间热稳定性好;⑦便于实现分户热计量,只需在每户的分水器前安装热量表。(3缺点:①减少了房间的净高,对层高有6cm左右的占用;②地面二次装修时,易损坏地下管线;③铺设木地板则有干裂的麻烦,最好选用地砖或复合地板;④设定温度不能太高,否则会大大降低输送管道的使用寿命;⑤由于防水需要,卫生间不便铺设,还要借助于电暖气;⑥增加了楼板荷载。(4运行费用:一个采暖季节每平方米大约需要14元。2.1.2家用中央空调系统(1原理采用市政电或天然气,通过出风口提供热源供暖。(2优点①档次高、外形好、舒适度高;②带新风系统的“风冷式”更为舒适;③温度与时间可预调;④舒适性高,适合面积较大的低密度住宅和别墅。(3缺点①前期投入较大,运行费用较高;②无法享受国家低谷用电优惠政策。(4费用采暖季24元/平方米。2.1.3家用电锅炉(1原理采用电能供暖。(2优点①占地面积小,安装简单,操作便利;②采暖的同时也能提供生活热水;③舒适性高,适合面积较大的低密度住宅和别墅;④最先进之处在于具有多种时段、不同温控预设功能。(3缺点前期投入较大,运行费用较高,该产品不太适合利用低谷电蓄热供暖,以达到最为节能之功效。(4费用以100m²居室为例,一个取暖季的基本运行费用在3000元~5000元。2.1.4电热膜采暖(1原理以电力为能源,是将特制的导电油墨印刷在两层聚酯薄膜之间制成的纯电阻式发热体,配以独立的温控装置,以低温辐射电热膜为发热体,大多数为天花板式,也有少部分铺设在墙壁中甚至地板下。具有恒温可调、经济舒适、绿色环保、寿命长、免维护等特点。(2优点①户内无暖气片,房间使用面积可增加2%~3%,便于装修和摆放家具;②一般不需要维修;③属清洁能源,无污染;④可用温控器调节室温;⑤没有传统采暖的燥热感,温度均匀。(3缺点①电热膜升温较慢,一般需要1~1.5小时才能达到18℃左右;②系统安装要与装修同步,且不能在顶棚上钉钉子、钻孔等;③电能供应不畅、不稳或电费标准太高的小区不宜采用。(4费用计算,一个供暖季的费用为1920元~2400元之间。比较以上四种采暖方式,此次设计采用地板辐射式采暖。2.2共用立管的布置采用下供下回双管式系统:上层循环阻力较大,但同时重力作用压力较大;下层循环阻力较小,但同时重力作用压力较小;故更有利于减小垂直失调[2]。由于户内系统的阻力远大于立管的阻力损失,故系统的垂直失调现象有所改善。热水集中采暖分户热计量系统的共用立管,宜设于管道井内。管道井宜邻楼梯间或户外公共空间。建筑物内系统的共用立管应遵循下列设置原则:①应避免采用上分式系统,宜采用下分式系统。②一对共用立管所负担的户内系统数不宜过多。除每层设置热媒集配装置连接各户的系统外,一对共用立管每层连接的户数不宜大于三户。③宜设于具备在分户门外共用空间进行检修条件的管道井内。④供、回水立管在管道井中的位置应保证与之相连的各分户系统入口装置安装在管道井内,并具备查验及检修条件。2.3采暖方案的选取高度超过30m的建筑物,由于静压较大,不宜采用高温水供暖。对高层建筑,可在垂直方向上分一至两个区,竖向分区。竖向分区应考虑散热器的承压能力、管材特性、室外管网压力和系统水力计算的平衡情况,决定每区的极限楼层数。根据经验值[1]:一般高层建筑高于50米要分区,另外,双管系统最大的问题——垂直失调,楼层越多,重力作用的附加压力就越大,在不额外设阻力平衡元件条件下,应尽量减少在垂直方向上的失调,实现较好的阻力平衡,可以设置阻力较大的阀门来影响户内阻力,以实现系统水力平衡。根据建筑物的特点和分户采暖热计量的要求,进行竖向分区;每区在管道井中设置共用立管,共用立管采用下供下回异程式双管系统;采用这种形式下供下回同程式相比较有很多优点:对于异程式来说上层循环环路长度长阻力大,下层循环环路长度短阻力小,刚好抵消重力作用产生的上层大于下层的附加压力,减小垂直失调的问题。在户内采用地暖供暖系统。每户形成一个相对独立的循环环路,这种方式的优点可实现分户调节,热性舒适比较好,且户内系统的阻力较大,易于实现供暖系统的平衡和稳定。考虑到本设计建筑物的特点和业主对采暖形式的要求,本设计立管采用双管下供下回独立系统,室内采用地板辐射式采暖。每个环路形成一个独立的系统以便于进行分户计量。由于楼层和建筑物高度等因素,本设计进行竖向分区。2.4地板辐射供暖的分类:随着地面供暖技术的发展,其类型逐渐增多。根据热媒和发热元件分类,分为热水地面供暖和加热电缆地面供暖2类。(1热水地面供暖以温度不高于60℃的热水为热媒,在加热管内循环流动,加热地板,通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。系统主要材料包括加热管、分水器、集水器及连接件和绝热材料。安装方式一般分为埋管式和组合式两大类。(2加热电缆地面供暖发热电缆通电后,导体工作温度控制在40℃~70℃,通过地面(10℃~35℃作为散热面,以辐射的方式向地面以上传递,使其表面温度升高,达到提高及保持室温的目的。室内温度均匀,各处温度可按需调节,各个房间可自由、单独控制,节约能源;无噪音,无污染;智能运行,耗能低,热辐射供暖,效率高;不占用室内、室外任何空间。由于该建筑是小区住宅,一般情况下需要持续供热,而发热电揽易烧断,经济性也比较差,所以选用低温热水辐射采暖方式。第3章采暖负荷计算在冬季,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热系统设计的基本数据之一。因此关系到供热热源设备和供热管网管径的选择及供热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。集中供热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热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[3]。(1供暖房间失热量①围护结构的耗热量。②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。③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。④户间楼板或隔墙发成传热,称户间耗热量。⑤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①最小负荷的工艺设备散热量。②热管道及其他热表面的散热量。③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。3.1供暖设计热负荷的计算房间的热负荷Q主要包括以下几部分:QQQQQQ43321++++=(3-1式中,Q1——围护结构耗热量;Q2——冷风渗透耗热量;Q3——冷风侵入耗热量;Q4——户间传热耗热量。在该住宅楼的设计中,只对上层的住宅进行供暖,底层的地下室不进行供暖。根据北京市标准采暖热负荷计算不应计算设有加热管道地面的耗热量。1~18层的住户按照由北向南、由西向东依英文字母顺序进行编号,各户内房间依据不同用途进行了说明即标记。3.1.1围护结构的耗热量(1围护结构的基本耗热量:attKFQwn(1'-=(3-2式中,K——围护结构的传热系数,W/m2·K;F——围护结构的计算面积,m2;nt——冬季室内空气的计算温度,℃;wt——冬季室外空气的计算温度,℃;α——围护结构的温差修正系数;是用来考虑供暖房间并不直接接触室外大气时,围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的削弱而减少的修正,其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。(2围护结构耗热量的修正按照暖通规范的规定,维护结构的耗热量修正应考虑朝向修正、风力附加和高度附加三个方面。朝向附加耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。朝向修正率宜按下列规定的数值[1]选用:北、东北、西北0~10%;东南、西南-10%~-15%;东、西-5%;南-15%~-30%;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修正。在一般情况下,不必考虑风力附加[2]。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、厂区内特别突出的建筑物,才考虑垂直外围护结构附加5%~10%。北京市冬季室外平均风速为2.8m/s,所以不考虑风力附加。高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。民用建筑和工业辅助建筑物(楼梯间除外的高度附加率,当房间高度大于4m时,每高出1m应附加2%,但总的附加率不应大于15%[2]。该住宅楼所有房间高度均小于4m,故不考虑高度附加。在此只考虑朝向修正,修正率如下:北10%;东-5%;西-5%;南-20%;3.2冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量是指,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。冷风渗透散热量常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法。本设计用缝隙法。冷风渗透耗热量2Q=0.28Vρwpc(wnntt-(3-3式中,2Q——冷风渗透耗热量(W;V——经门、窗隙入室内的总空气量,m3/h;ρw——供暖室外计算温度下的空气密度,ρw=1.303kg/m3;cp——冷空气的定压比热,cp=1.0056KJ/(kg·℃。经门、窗隙入室内的总空气量按式3-4计算V=nlL⨯⨯h(3-4式中,Lh——每米每小时缝隙入室内的空气量;Lh的值可根据冬季室外平均风速确定[3];l——门窗缝隙的计算长度,m;n——渗透空气量的朝向修正系数。《暖通规范》规定:宜按下列规定的数值,选用不同朝向的修正率北1;东0.15;西0.4;南0.15。3.3冷风侵入耗热量由于该住宅楼各房间都没有外门,所以不用考虑冷风侵入耗热量。3.4户间传热耗热量Q4=XhKFΔt(3-5式中,Q4——户间总热负荷,W;Xh——户间传热量附加率;K——户间楼板或隔墙的传热系数;F——户间楼板或隔墙的传热面积;Δt——户间传热计算温差。进行户间传热负荷计算时:(1户间传热负荷的计算温差一般取5-8℃(2户间传热量附加率是考虑楼板或隔墙同时发生传热的概率,一般取50%。对于顶层或者底层房间,由于垂直方向只有向下或向上传热,应考虑较大概率,一般可取70-80%。3.4热负荷计算举例图3-1建筑平面图以下是111户卧室1的热负荷计算过程,温差修正系数a均取为1,(1围护结构基本耗热量Q1北外墙的面积为F=6.36m2,传热系数K=0.6W/(m2·℃,室内计算温度tn=20℃,室外设计温度tw=-9℃,温差修正系数a=1:attKFqwn('-='=110.66W北外窗的面积为F=3.24m2,热系数K=3.5(m2·℃,内计算温度tn=20℃,室外设计温度tw=-9℃,温差修正系数a=1:attKFqwn('-='=328.86W西外墙的面积为F=9.15m2,热系数K=0.6W/(m2·℃,内计算温度tn=20℃,室外设计温度tw=-9℃,温差修正系数a=1:attKFqwn('-='=151.25W西外窗的面积为F=1.35m2,热系数K=3.5(m2·℃:内计算温度tn=20℃,室外设计温度tw=-9℃,温差修正系数a=1:attKFqwn('-='=130.17W地面各地段的传热系数见表3-1表3-1地面各地段传热系数地带名称地面传热系数地带名称地面传热系数第一地带0.47第二地带0.23第三地带0.12第四地带0.07地面Ⅰ:q1=0.47×(20+9×4.7=128.12w地面Ⅱ:q2=0.23×(20+9×1.8=12.01w围护结构总耗热量Q1=861.07w计算出各房间的围护结构基本耗热量列于附录1中。对于该建筑物,东西朝向修正率取-5%,北向取0%,南向取-15%,风力附加和高度修均不予考虑。得出围护结构耗热量列于附录B中(2冷风渗透耗热量Q245.1832963647.1303.10056.128.0(28.0wnwp2=⨯⨯⨯⨯⨯=-=VtcQtρ由于各层的风压和热压不同,考虑到风压和热压综合作用的结果,固各层的冷风渗透也不尽相同,冷风渗透耗热量在附录B中给出。(3户间传热耗热量4Q4Q=xhKFΔt=w35.87.0=⨯⨯⨯⨯=房间的热负荷Q主要包括以下几部分:W88.106235.1848.18307.86143321=++=++++=QQQQQQ总热负荷表见附录B。第4章地板辐射采暖设计本设计采用热水作为热煤,根据各房间的单位面积耗热量,采用瓷砖类地面。技术参数[4]如下:结构层厚度:70mm地面材料:瓷砖供回水温度:供,40℃;回,30℃。管材:交聚乙烯塑料管4.1地面散热量(1公式计算法地板表面传热有辐射传热和对流传热两种方式[5],辐射传热占主要地位,因此单位地面面积的散热量q(W/m2应按式4-1计算:dfqqq+=(4-1式中,fq——单位地面面积的辐射传热量,W/m2;dq——单位地面面积的对流传热量,W/m2。地板表面的辐射传热属于多表面间的辐射换热,为了问题的简化,将多表面的房间简化为两个面,即地板表面和虚构表面(所有非热表面,虚构表面的温度近似为房间其他非加热面的面积加权平均温度,用式4-2计算:∑∑=iiitFtFf(4-2式中,tf——室内非加热表面的面积加权平均温度,℃;Fi——室内非加热表面面积,m2;ti——室内非加热表面平均温度,℃。由此得到单位地板表面与房间其他内表面间的净辐射换热量(W/m2:]273(273[(105448+-+⨯=-fpttfq(4-3单位地面面积对流传热量(W/m2由式4-4计算:31.1npd(13.2ttq-=(4-4式中,pt——地表平均温度,℃;nt——供暖室内计算温度,℃;单位地面面积所需的散热量由式4-6计算:FQq(4-5Q为房间所需的地面散热量,W/m2;F为敷设加热管的地面面积,m2。(2图表法地暖系统是敷设在楼板地面结构层之内,它与土建需配合施工,其散热量除与热媒特性有关之外,还与地面面积、遮挡物、装饰层和地面结构等有很大关系。地面遮挡物会削弱地板的散热效果,但遮挡物本身在吸收了这部分热量后,表面温度也会上升,因而它又以辐射的方式将大部分热量传向室内。根据实际情况,在计算有效散热面积的时,凡可以敷设盘管的地面,不需将所有家具遮挡面积全部减去,考虑适当的系数(90%即可,而对于不能敷设盘管的地面如卫生洁具,地漏位置等则必须考虑除去。加热管向下、向上均有传热,加热管的散热量:Q=Q1+Q2(4-6其中,Q1是房间有效散热量,即计算热负荷,Q2是向下层房间的传热损失量。对于垂直相邻各房间均采用地板辐射采暖时,除顶层外其它层房间加热管的散热量:Q=Q1+Q2-Q2(4-7一般各层地板结构相同,房间向下散热量可视为与来自上一层的散热量相抵消,即Q2=Q2上,所以,Q=Q1(4-8对顶层没有来自上一层的散热量,即Q2上=0,所以,Q=Q1+Q2资料中给出单位地板面积所需有效散热量q1(W/m2的公式[6]:q1=Q1/F1(4-9地暖系统中地板向房间的有效散热量和向下散热的损失量与多种因素有关,如地板构造、双向室温、辐射表面温度等等,严格计算很复杂。资料中同时给出了不同地面层的有效散热量和向下散热的损失量。一般情况下,单位地面面积的有效散热量要大于向下散热的损失量,表5-1给出加热管为PEX管或PB管,地面层为水泥或陶瓷、热阻R=0.02(m2·℃/W时,不同加热管间距、平均水温和室内空气温度条件下,单位地面面积散热量及向下传热损失。确定地面所需的散热量时,应扣除地板向下的传热损失。热媒的供热量,应包括地面向上的散热量和向下层或向土壤的传热表4-1PB管单位地面面积的散热量、向下传热损失(W/m2平均水温室内空气温度加热管间距(mm300250200150100(℃(℃散热量热损失散热量热损失散热量热损失散热量热损失散热量热损失351649.923.652.823.855.624.458.41845.221.347.721.750.222.352.723.055.223.72040.319.442.619.744.849.321.42235.517.437.517.639.518.141.518.643.419.12430.815.432.515.534.215.935.916.437.616.9401663.229.066.729.770.330.573.931.377.532.41858.227.261.627.664.928.568.229.271.430.12053.425.256.425.659.426.362.427.165.427.92248.622.951.323.454.024.256.824.859.425.72443.721.046.121.448.621.951.122.653.523.3451676.534.880.935.585.336.689.737.694.038.91871.632.975.633.579.734.683.935.687.936.72066.631.270.431.574.332.378.133.481.934.32261.828.865.229.468.830.372.331.175.832.12456.826.960.127.363.328.166.628.969.829.8501690.040.695.241.5100.442.6105.644.0110.845.31885.038.789.939.494.840.799.841.8104.643.12080.136.684.737.489.338.694.039.698.540.92275.134.879.435.483.836.388.137.592.438.62470.232.574.233.378.334.282.335.386.336.45516103.646.2109.647.4115.748.7121.750.3127.752.11898.644.8104.345.4110.146.8115.948.1121.549.82093.642.799.043.4104.544.7110.046.0115.447.52288.640.793.841.398.942.5104.143.8109.345.32483.738.388.539.393.440.598.341.7103.143.0计算条件:加热管公称外径20mm、填充层厚度50mm、聚苯乙烯泡沫塑料绝热层厚度20mm、供回水温差10℃4.2地面平均温度有两面外墙及以上的房间的对外传热面积较大,而卫生间的有效散热面积较小,所以,这几类房间的计算单位面积散热量较大。常规散热器采暖系统可以用增加暖气片数的方法加大散热量,地暖则由于地板面积的限制及地板表面温度的限制,不可以无限增加散热量。地面温度过高,人会觉得不舒适,而且容易造成地面开裂。盘管过稀,则室内温度波动较大,均匀性降低。为保证人体舒适感,地板采暖的辐射板表面即地面平均温度应满足一定的要求见表4-2。表4-2地表面平均温度(℃区域特征适宜范围最高限值人员经常停留区24~2628人员短期停留区28~3032无人停留区35~4042浴室及游泳池30~3333地表面平均温度可以用以下近似公式校核:909.0np100(9q+=tt(4-10式中,q为单位地面面积的散热量,W/m2。若温度经校核,地面温度超出以上要求时,应改善建筑热工性能或设置其他辅助采暖设备,减少地面辐射采暖系统负担的热负荷。可采取以下几种方法:安装“浴霸”等其他散热设备;靠外墙附近地面密布盘管;加强围护结构的保温等。表面温度取值应根据房间面积大小来确定,房间面积大时取小值,房间面积小时取大值。4.3采暖盘管材料与敷设形式的选择随着建筑业的发展和居民对居住生活舒适度要求的提高,低温热水地暖的应用越来越普及。目前国内在地暖中经常选用的塑料管材主要有以下几种[5]。PE-X:交联聚乙烯;PP-B:耐冲击共聚聚丙烯(韩国曾经称之为PP-C;PP-R:无规共聚聚丙烯;PB:聚丁烯;PE-RT:耐高温聚乙烯。注1:交联聚乙烯按生产方式分为过氧化物交联(PE-Xa、硅烷交联(PE-Xb、电子束交联(PE-XC和偶氮交联(PE-Xd四种。其中过氧化物交-联和硅烷交联是国内常用的两种交联聚乙烯管材产品。目前,建筑给水塑料管主要有UPVC管、CPVC管、PE管、PAP管、PE-X管、PP-R管、ABS管、不锈钢塑料复合管等。我国常用的主要有PAP管、PE-X管和PP-R管。它们除具有塑料管质量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等优点外,还具有以下特点:(1良好的卫生性能,可用于饮用水系统且可避免金属管材常出现的“锈水”现象;(2较好的耐热性能,上述3种管材的最高工作温度均可达95℃;(3安装方便,连接可靠。综合考虑选择PE-X管,PE-X管的热膨胀系数虽然较大,但承压能力较大,介于PAP管和PP-R管之间,价格最便宜,能耐低温,适用于冬季寒冷的地区。经查管径有DN15~DN50和DN63~110两种系列,参考以往的系统,本系统选择管径为:DN20和DN16两种。盘管的敷设形式有:单蛇形、双蛇形、交错双蛇形、单回形、双回形,见图5-4.。塑料埋管铺设广泛采用双回形布置方式,其热工性能比较好,供热温度场温度梯度小,舒适性好。本设计管道布置采用双回蛇形,卫生间采用直列形。ab图4-1管的布置方式注:a—平行型布置b-回折型布置为了保证地热盘管的安全有效运行,施工要注意以下问题:地热管施工前必须对地面进行硬化和找平,当房间面积超过30m2或长度超过6m时,现浇填充层应设置伸缩缝,伸缩缝间距应小于10m。由于每个环路的阻力不宜超过30kPa,这样就决定了每个环路的盘管长度不能过长,不宜超过120m。低温地板辐射采暖系统将40℃~60℃热水通过埋于楼板的豆石混凝土或水泥砂浆层内加热盘管经辐射把地板加热,使地表温度达到24℃~26℃。根据散热量要求本系统的供回水温度为:40℃/30℃。4.4管间距(1加热管间距加热管间距宜为100~300mm,沿围护结构外墙间距为120~150mm,中间地带为300mm左右。加热管间距影响辐射板表面温度,减小盘管间距,可以提高表面温度,并使表面温度均匀。(2加热管内热水平均温度加热管内热水平均温度可按下式计算:kqttbp+=(4-12BAk+=λ2(4-13式中,pt——加热管内热水平均温度,℃;bt——地面温度,℃;q——辐射板散热量,W/m2;K——辐射板传热系数,W/m2;A——加热管间距,m;B——加热管上部覆盖层材料的厚度,mm。加热管上部覆盖材料的导热系(W/m2·K,见表4-3表4-3不同地面材料下覆盖层热阻,/δλ地面材料地毯瓷砖木地板塑料地板热阻/δλ[W/m2•K]0.150.020.10.075加热管覆盖层材料应采用导热系数大的材料,以尽量减少热损失。覆盖层厚度不宜太小,厚度越大,则辐射板表面温度越均匀。地板采暖层厚度不得小于80mm,其中填充层(细石混凝土50mm,保温层30mm。有时埋管层之上还须做水泥砂浆找平层,厚度20~30mm。本设计总立管设在各单元的管道井内,再分设支管进入各户,各户连在同一个分水器上,加热盘管的布置按房间分组。影响塑料埋管铺设方式的主要因素是塑料埋管的最小弯曲半径。满足弯曲半径的同时也要使地板辐射供暖的热效率达到最大。为了不使地板表面温度过高而造成人脚部太热而表现的不舒适,最理想的是板表面温度均匀一致。同时也要考虑施工问题。对于双回形布置,经过版面中心点的任何一个剖面,埋管是高温低温管相间隔布置,存在“零热面”和“均化”效应,从而使这种布置方式的板面温度场比较均匀,是铺设弯曲度数大部分为90°弯,故铺设简单也没有埋管相交问题。首层地面、卫生间及厨房必须设防水层。采暖地面构造层与外墙接触部分用聚苯乙烯保温板作保温处理。4.5盘管设计计算A户卧室1房间设计计算对于A户卧室1房间,考虑全面辐射采暖与对流采暖系统的区别,以及根据房间使用性质确定的房间遮挡系数,确定修正系数为1。修正后的单位面积耗热量为77.61916W。管间距为ω=250mm,管径为D=20mm,散热量为74W,热损失为20.2W,有效散热量为53.8W。校核温度969.0xb100(82.9qtj=25.39各个房间管间距如附录C所示。第5章水力计算5.1水力计算的目的热水网路水力计算的主要目的是根据供热管网的水里计算结果选择用户系统与供热管网的连接方式及用户入口装置;选择热水供热系统的循环水泵、补水泵及加压泵的流量和扬程。5.2水力计算的任务室内热水供暖系统水力计算的主要任务有:(1已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力,确定管段的管径。这种水利计算,一般用于已知各管段的流量和选定的比摩阻值或流速值计算环路的压力损失。(2已知系统各管段的流量和各管段的管径,确定系统所必需的循环作用压力。这种水力计算,常用于校核计算,检查循环水泵扬程是否满足要求。(3已知系统各管段的管径和该管段的允许压降,确定通过该管段的水流量。这种情况的水力计算,通常是对已有的热水供暖系统,在管段作用压力已知时,校核各管段通过的水流量。5.3计算公式总阻力:yjjPPPRLP∆=∆+∆=+∆(5-1比摩阻:22ρνdλR⨯=(5-2雷诺数:edRνγ=(5-3摩擦阻力系数:0.250.3164eRλ=(5-4水流量:0.86ghQGtt=-(5-5式中,R——每米管长的沿程损失,Pa/s;L——管段长度,m;λ——摩擦阻力系数d——管子内径,mm;v——热煤在管中的流速,m/s;ρ——热煤密度,kg/m³;γ——热煤的运动粘滞系数,m²/s;5.4水力计算举例5.4.1立管水力步骤图5-1为一单元系统管路图。图中阿拉伯数字为管段结点号,罗马数字为环路标号。计算步骤为:(1选择最不利环路由图可见,最不利环路为1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20-21回到室外管网。(2本设计采用推荐的经济比摩阻Rpj大致为30—60Pa/m来确定环路管径。根据各管段热负荷,求出个管段的流量。(3利用以上所列公式,计算出个管段的d、R、v等。(4确定沿程阻力损失。将每一段的R与L相乘,列入表中。(5确定局部阻力。利用系统图中管路的实际情况,参阅文献查出局部阻力系数,再根据流速和密度算出动压,求出局部阻力,列入表中。(6用同样方法计算其它环路的阻力,见附录D。5.4.2一单元左系统管道图总立管①Q=121981.79W,0.86ghQGtt=-=10490.36kg/h选管径为DN80,流速:v=0.582m/s动压:22dvρΔP==166.7Pa局部阻力:∑∆=djPξΔP=750.13Pa雷诺数:edRνγ==75590.99图5-1最不利环路阻力系数:25.0e3164.0Rλ==1.5比摩阻:R=54.46Pa/m沿程阻力:LRΔP=y=817.02Pa总阻力:yjjPPPRLP∆=∆+∆=+∆=1567.12Pa其他最不利环路的水力计算见附表F,5.6最不利环路水力计(1计算最不利环路系统的水力计算从系统的最不利环路开始。最不利环路是指允许平均比摩阻Rpj最小的一个环路。一般取最远立管的环路作为最不利环路。最不利环路的平均比摩阻Rpj(Pa/m由下式计算[8]lPaRj∑∆=P(5-6(2计算各管段的流量(10187.43600hg3ttQG-⨯=(5-7①根据Rpj值和已知的各管段设计流量,查水力计算表得到在设计流量下各管段的管径d和实际比摩阻R值。最不利环路的平均比摩阻应在30~60Pa/m。计算各管段的阻力损失的总和。②计算最不利环路的阻力及富裕压力值,根据最不利环路的各管段的阻力,计算出的总阻力损失H∆。比较系统可利用的作用压力,求出富裕压力值。系统的作用压力应留有10%以上的富裕度,用于考虑设计计算中未计入的损失。即%10%100≥⨯∑∆-∆=∆lHp(5-8式中,∆——系统作用压力的富裕值,%;p∆——最不利环路的作用压力,Pa;H∆——最不利环路的实际总阻力,Pa。如不满足上式,则需要调整环路中某些管段的管径。(3求各立管的不平衡率。根据各立管的资用压力和立管的计算压力损失,求各立管的不平衡率。不平衡率应在±15%以内,若不平衡率过大,则应调整平衡阀使之平衡。以九层与十层不平衡率为列:不平衡率为%15%2.0110020000pgh-p-p12-912-1013-9<=⨯+∆∆∆∆=ρ(5用同样的方法,由远及近计算其他立管,并使其不平衡率应保持在+15%之内,见附表D。第6章换热站设计集中供热系统的热力站是热网与热用户的连接场所。根据热网输送的热媒不同,热力站分为热水供热热力站和蒸汽供热热力站。在热水热力站中以热水作为热媒,在蒸汽热力站中以蒸汽作热媒。根据热网输送的热媒不同,热力站分为热水供热热力站和蒸汽供热热力站。在热水热力站中以热水作为热媒;在蒸汽热力站中以蒸汽作为热媒。根据服务对象的不同可以将换热站分为民用热力站和工业热力站。以来自热电厂或区域锅炉房的蒸汽或高温水作为热源,对较大的建筑物或建筑群进行集中供热,以满足采暖、通风及生活热水供应用户的要求,热力站可设在用户楼内或建筑群内,此类热力站称为民用热力站。对于工业厂区,生产工艺用户需要用蒸汽,同时还要对厂房或办公室供暖,供应热水等,连接外网与工厂的场所为工业热力站。根据位置和功能不同分为用户热力站、小区热力站和区域性热力站。用户热力站也称为用户引入口。它设置在单幢建筑用户的地沟入口或该用户的地下室和底层处,通过它向该用户或相邻几个用户分配热能。小区热力站大多为单独的建筑物。供热管网通过小区热力站向一个或几个街区的多幢建筑分配热能。区域性热力站用于特大型的供热网路,设置在供热主干线和分支干线的连接点处。换热站的热力系统通常由汽水换热器、水水换热器、循环水泵、补水泵(补水装置、除污器分水器、集水器等设备组成。有的换热站还设有凝结水箱、凝结水泵和水处理等装置。为了保证系统的正常安全运行,在换热站内部还必须设置必要的热工检测和安全保护装置。在用户供、回水干管上设置截止阀、温度计和压力表,根据热用户的要求设置手动调节阀或流量调节器。进水管上安装除污器,以免污物进入供暖系统。如引入用户支线较长宜在用户供、回水管总管的阀门前设置旁通管。当用户暂停供暖或检修而网络仍在运行时,关闭引入口总阀门,将旁通管阀门打开使水循环,以避免外网的支线冻结。本设计是以热水作为热源,然后利用水水换热器换热进行集中供热,以满足采暖的要求,故为民用热力站。6.1换热站的分类根据热网传送的热媒不同,分为蒸汽供热热力站和热水供热热力站;根据服务对象的性质不同,分为民用热力站和工业热力站;根据规模和设置又可分为首站、区域热力站、集中热力站和用户热力站。(1首站一般设置在热源厂(热电站、锅炉房的厂房内或其附近地区。利用热源厂的蒸汽和高温水(热水锅炉加热热网循环水,因此有蒸汽换热和热水换热热力站。(2区域热力站区域热力站的服务对象是城市的某个区域范围内的热用户。区域范围应具有一定规模,一般设置在区域用热负荷的中心,通过专用分支干线与主干线和区域热力站相连接。区域热力站有蒸汽换热站和热水换热热力站,但外供均为热水用户,包括供暖,生活热水等。(3小区换热站热网通过小区热力站向一座或数座小区各建筑物分配热能,多为单独建筑物。从热源引出管至小区换热站,为一级管网;小区换热站至各热用户输送热媒的热网为二级管网。小区换热站也有汽水换热和水水换热二级串联换热或只有水水换热一级换热,视热源供应的热媒决定。热源如经过首站换热后的高温水进入小区换热站继续换热,低温水外供至热用户,此时首站为一级换热站,小区换热站为二级换热站。(4用户换热站用户换热站一般均设置在用户的某幢建筑物的底层或地下室,当无换热设备仅对用户进行热量分配时,此时可布置在建筑物的专用地下沟道内。6.2小区换热站站址和规模的确定6.2.1换热站站址的选择换热站的站址选择对小区的环境以及供热的方便性有一定的影响,所以在选择站址时也应考虑周全,下列是换热站站址选择的几个基本原则:(1应靠在热负荷中心,这样方便一次网的连接;(2为了方便建设和扩建,站址要有足够的场地;(3站地应设在地质条件较好,地下水位较低的区域;(4站址附近应有自来水的补水水源;并考虑其排水方便;(5站址的方位应考虑热网进出管线连接的方便;(6站址应靠近动力电源。集中供热网路通过小区换热站向一个或几个街区的多幢建筑物的热用户输送热量,这种换热站可以是独立建筑,也可以设在某幢建筑的地下室内的专门房间内,如果设在地下室内,这样既节省用地,又对小区的环境影响小,所以设在地下室内是个不错的原则,不过这样的建筑多为大型共用建筑。对于设计是集中锅炉房的附属换热站,也可设在锅炉房内或锅炉房附近。总而言之,换热站的站址选择应在技术经济比较合理的前提下,还需征得当地规划部门的同意批准,才可以最终确定下来。根据以上的选择原则、注意事项及本设计的具体情况,由于该小区拟建一座集中锅炉房,在建锅炉房的同时已应考虑了以上部分原则,比如要靠近动力电源,站址附近有自来水水源,以及有足够的场地等,所以该换热站拟设置在集中锅炉房内或锅炉房附近,具体是建在锅炉房内还是锅炉房附近,还要根据当地具体的实际情况进行确定。6.2.2换热站规模的确定小区换热站的规模要综合热负荷、节省投资、当地的具体条件等因素来确定,在对城市居民住宅小区进行集中供热时,换热站合理规模宜在5×104~15×104m2范围之间。当然具体工程还应进行具体的技术经济和价值工程分析,以确保供热工程的经济效益和社会效益。在此小区换热站中,按照一般供暖面积热指标64W∕m2,该小区热负荷为Q=23.7kW,则供热总面积理论上为:64Q=S则由式:64Q=S=370m2求得S=370m2,则选择建设一个换热站,换热站供热规模大概在370m2。6.3换热站供热系统类型的确定热水供热系统有闭式系统和开式系统两种型式,在闭式系统中,热网的循环水仅作为热媒供给热用户热量,而不从热网中取出使用。在开式系统中,热网的循环水部分地或全部地从热网中取出,直接用于生产或热水供应热用户中,系统连接各类型介绍如下。6.3.1闭式双管式热水供热系统热水供热的系统流程一般是从热源出来的热水先经热网供水管网输送到各个热用户,在热用户系统的用热设备内放出热量后,再经热网回水管网返回热源。换热站与热网的连接方式分为两种,一是直接连接,二是间接连接。直接连接,顾名思义就是用户系统直接连接于热网上,在供热系统中,热网的水力工况和供热工况与采暖热用户有着密切的联系。间接连接则是在采暖热用户设置表面式水—水换热器,使其系统与热网被换热器隔离,从而形成了两个独立的、互不干扰的系统,因此其水力工况也相互没有影响。供热系统选用何种连接形式,取决于热媒、热网和供暖系统的计算参数、热网供水管和回水管的压力参数,甚至还与建筑物的用途有关。供暖系统与热网有以上所介绍的两大类连接形式,其中直接连接形式又分为好几种形式。下面就供暖系统与热网的连接方式作一比较分析,以便选择一种适宜本换热站供热系统的连接方式。直接连接方式很多,在这里介绍几种常见的,先看第一种无混合装置的直接连接,绝大多数低温水供暖系统采用此种连接方式,不过只有当热网的设计参数与供暖系统的设计参数一致,即热网的设计供水温度不超过散热器供暖系统的最高热媒温度时方可采用此种连接方式,并且用户入口处的热网供、回水管的资用压差能满足供暖系统的热媒循环时才能应用。这种连接方式的优点是系统简单,造价低。第二种是在系统上装水喷射器的直接连接方式,当供热系统采用较高温水供热,网路设计供水温度超过上述供暖卫生标准或供暖系统要求的水温时,如采用直接连接方式,就要采用装水喷射器或混合水泵的型式,以降低进入供暖系统的水温。供水管上装水泵的直接连接也是直接连接方式的一种,当热网的供水压力低于供暖系统所需的压力时,宜采用在供水管上装设水泵的连接方式,这时水泵的压力等于供暖系统的压力与热网供水管的水压之差。另外还有一种是在回水管上装水泵的直接连接形式,当热网回水管的压力超过散热器的承受能力时,为防止散热器被破坏,这时可采用在回水管上安装水泵的连接方式。在绝大多数建筑物的供暖系统中,热网与换热站之间常采用间接连接的形式,热网供水管的热水进入表面式水—水换热器内,通过换热器将热能传递给供暖系统的循环水,冷却后的循环回水返回热网,由循环水泵驱动着供暖系统的循环水不断流动。另外在热网与热用户的压力不适应时也常采用间接连接这种形式,如热网回水管的压力超过供暖系统散热器的承受能力,或高层建筑采用直接连接,影响到整个热网压力水平升高时,就必须采用间接连接。双管闭式热水供热系统是我国目前应用最广泛的热水供热系统。我们目前的供热系统,如热网参数能直接满足供暖系统要求,可采用直接连接方式。而采用间接连接方式,虽造价增高,但热网水质受污染影响较小,热源补充水率大大减少,同时热网的压力工况和流量工况不受供暖系统的影响,提高供暖系统的可靠性,缩短故障排除的时间,便于热网运行管理,并且热网可采用较高温度的热媒,从而缩小热网的管径和降低输送热媒的费用,可以预期此种连接方式今后会得到更广泛的应用。因为在本小区换热站的系统设计中需用换热器,而且是换热站的主体设备,另外热网参数不能直接满足供暖系统要求,因此适宜采用间接连接方式。6.3.2开式热水供热系统在开式热水供热系统中,供暖系统与热网的连接方式,与闭式热水供热系统相同。6.3.3该小区换热站供热系统的确定闭式系统的热网补水量少,在正常情况下其补水量只是补充从热网系统不严密处泄露的水量,一般为热水供热系统的循环水量的1%以下。而开式系统的补充水量很大,其补充水量应为热网漏水量和生活热水供应用水量之和。因此,开式系统热源处的水处理设备投资及运行费用,远高于闭式系统。开式系统中,生活热水直接取自热网循环水,而热网循环水通过大量的供暖用户水质不稳定且不易符合卫生质量要求,而闭式系统中,由于通过表面换热器加热,生活热水的水质与城市上水水质相同且稳定。因此,通过比较开闭式供热系统的优缺点,本小区换热站采用热水供热,为了节约用水,可确定:热水热网宜采用闭式双管式。综上所述,该小区换热站供热方式选择闭式双管式间接连接采暖方式6.4换热器简介换热器,特别是被加热介质是水的换热器,在供热系统中得到广泛使用。在本设计中它被用在热力站和用户热力点处,加热供暖和热水供应用户系统点循环水和上水。热力换热器,按参与热交换的介质分类,分为汽-水(式换热器和水-水(式换热器,按热交换器热交换(传热方式分类,分为表面式换热器和混合式换热器。表面式换热器是冷热两种流体被金属壁面隔开,而通过金属壁面进行热交换的换热器,如管壳式,套管式,容积式,板式和螺旋式换热器等。混合式换热器是冷热两种流体直接接触进行混合而实现热交换的换热器,如淋水式,喷管式换热器等。6.4.1换热站主体设备—换热器的类型选择换热器分为管壳式换热器和板式换热器,以下是两种换热器的比较[10](1传热系数的比较管壳体换热器中,一种流体横向掠过管子通过管壁与管内流动的另一种流体换热,彼此垂直交叉流动,其传热系数一般为1000~3000W/(m2·℃。板式换热器中,加热水侧与被加热水侧流动均匀湍流,两种流体逆向流动,由于波纹的作用引起湍流,从而产生高传热率,高阻力压降以及高切应力场,这将导致抑制污垢在传热面上形成。其传热系数一般为3500~5500W/(m2·℃,由此,可节省换热器的换热面积。(2冷却水量比较管壳式换热器一般加热水量和被加热水量之比为1.2~2.5:1。由于板式换热器的两种介质流道基本相同且传热效率高,因此板式换热器可大大降低加热水量,一般加热水量和被加热水量之比为0.8~1.1:1,这样可以降低管道阀门和泵的安装运行费用。(3安装检修的比较板式换热器具有体积小,重量轻的特点,检修方便,不需设检修起吊设施,故安装占地较少。板式换热器的人工维护包括将整机折开,用喷水枪和刷子清洗板和垫片,检查板片和垫片,如有必要,更换板片和垫片。板式换热器一般每年要清洗一次,并且无论是否实际需要都要做。当应用河水、海水等水质较差的冷却水时,由于泥沙和污物的存在,以及微生物的快速生长有引起表面污染和堵塞的危险。在国外,应用河水作冷却水时,清洗频率很高,平均每年3.3次。管壳式换热器是由管束组成,自身重量体积都较大,在检修抽管时需要留出管束一样长的距离,故占地较多,还需配备必要的起吊检修设施。管壳式换热器的设计寿命一般为30年,大修周期四年,当换热器发生泄漏时,可以采用堵管的办法在短时间内恢复工作性能,管壳式换热器允许有7%的堵管裕量。对于管内的清洗可以根据需要采用胶球清洗装置进行定期的机械清洗。(4流动传热设计比较管壳式换热器的管子是换热器的基本构件,它为在管内流过一种流体和穿越管外的另一种流体之间提供传热面。根据两侧流体的性质决定管子材料,将具有腐蚀性、水质差的流体放在管内流动,水质较好的流体放在管子外壳侧,这样管子只需采用耐流体腐蚀的钛管,同时清洗污垢较为方便,管径从传热流体力学角度考虑,在给定壳体内使用小直径管子,可以得到更大的表面密度,但大多数流体会在管子表面上沉积污垢层,尤其管内冷却水水质较差,泥沙和污物及生物的存在,都可能会在管壁上形成沉积物,将传热恶化并使定期的清洗工作成为必要,对给定的流体,污垢形成主要受管壁温度和流速的影响,为得到合理的维修周期,管内侧水的流速应在2m/s左右(视允许压降的要求而定。由于一般加热水选用自来水等,较易引起结垢,对管壳式换热器,应根据水质含杂质量情况需设置胶球清洗装置进行定期清洗。板式换热器的加热水和被加热水在波纹板的两侧对流,波纹采用人字形波纹,这些传热板的波纹斜交,即在相邻的传热板上具有倾斜角相同而方向不同的波纹。沿流动方向横截面积是恒定的,但是由于流动方向不断变化致使流道形状改变而引起湍流。一般传热板的波纹深度为3~5mm,湍流区流速约为0.1~1.0m/s,波纹板很薄,厚度为0.6~1mm,相邻板间要有许多接触点,以承受正常的运行压力,相邻的板有相反方向的人字形沟槽,两种沟槽的交叉点就形成接触点,这样还可消除振动,并且在促进湍流和热交换的同时,消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。人字形波纹板湍流度较高,高湍流还能充分发挥清洗作用,可以特别有效的将沉积污垢减至最小,但是波纹板的接触点较多,当液体水质差,含有悬浮的固体颗粒、杂物和水草等时,由于板间隙很窄,所以要尽可能地保证将所有2mm以上颗粒在进入换热器以前都要过滤掉,假如滤网不能有效地发挥作用,就容易发生堵塞。由于小区供热所用水大多采用较纯净的水,对上面所存在的问题影响较小。与管壳式换热器比较,板式换热器的特点显而易见:板式换热器传热系数高,占地面积小,结构紧凑,易维护。在传热量相等的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3。并且不像管壳式换热器那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆,即可在原空间范围内100%地接触到换热板的表面,拆装方便,便于清洗。体积小重量轻,在狭小的空间易安装。通过以上的分析比较,可以看出板式换热器较之管壳式换热器具有很多优点。在本设计中,换热站热水采暖系统采用逆流式水-水换热器。其中一级管网热媒参数为95/70℃。换热站的主体设备有换热器、循环水泵、补水泵和除污器以及水处理仪、水箱、分集水器。6.5换热量的确定低区热负荷QQ∑=1.1~05.1(jz(6-1式中,Q∑——累计热负荷,kW;1.05~1.1——考虑损失系数。根据(7-1总负荷QQ∑=1.1jz=1.1×236963=268359W可知:热侧:T1’=95℃,T2=70℃冷侧:t1=40℃,t2=30℃热侧的平均温度:Tpj=83℃,冷侧的平均温度:tpj=35℃密的水度:ρr=969.94kg/m3水的密度:ρl=993.96kg/m3换热器的选型(1低区流量:当加热介质为热水时,其总流量按式(7-2计算:(6.321pzttcQGj-=(6-2式中,G——加热水总流量,kg/h;jzQ——热交换系统计算总热负荷,W;pc——加热水平均定压比热,kJ/(kg·℃。7095(2.42683596.3-⨯⨯=G=9200kg/h(2初选产品型号,传热面积和流程形式:①热负荷:(122p11ttCVQ-⨯⨯⨯=ρ=268359W得一次水流量:V1=268359/(95-70/1000/1.005=10.68m3/h热负荷:(12222ttCpVQ-⨯⨯⨯=ρ=268359W得二次水流量V2=268359/(90-65/1000/1.005=10.68m3/h②传热平均温差:5.4723070(4095(2((1221=-+-=-+-=∆tTtTtm℃③型号:本换热器的热负荷较小,所以选用BR0.2产品为宜。一般假设通道流速为sm/3.0=ω,BR0.2产品的K-w曲线得:K=3400W/㎡·℃.④传热面积66.15.473400268359=⨯=∆=mtKQF㎡根据BR0.2产品参数初选7㎡,28片.⑤流程形式:一次水通道数:3600⨯⨯=ωfvn=10.68/980×10-6/3600/0.3=3.6个二次水通道数:3600⨯⨯=ωfvn=10.68/980×10-6/3600/0.3=3.6个则n=7,较接近计算值。(3校核传热量:①查BR0.23的产品和技术参数和热力公式如下:单板片有效传热面积:s=0.25㎡单通道截面积:f=980×10-6㎡当量直径:de=7×10-3㎡传热公式:Nu=0.577Re0.589Prn(热介质n=0.3,冷介质n=0.4阻力系数:Eu=146146Re-0.789②水的物性参数:一次水的定性温度:5.8227095221m=+=+=TTT℃二次水的定性温度:5.3523040221=+=+=tttm℃一次水:运动粘度:sm/10315.0261-⨯=ν导热系数:684.03600/4200586.01=⨯=λW/m.℃普朗特数:Pr1=1.80密度:ρ1=961㎏/m3二次水:运动粘度:sm/10326.0262-⨯=ν导热系数:683.03600/42005850.02=⨯=λW/m.℃普朗特数:Pr2=1.95密度:ρ2=965.3㎏/m3③传热量:一次水:流速36001⨯⨯=fnVω=10.68/980×10-6/3600/7=0.43m/s11Revde⨯=ω=0.43×7×10-3/0.315×10-6=9556nNuPrRe577.0589.011⨯⨯==152.1给热系数:=⨯=deNu111λα152.1×0.684/7×10-3=14862二次水:流速36001⨯⨯=fnVω=10.68/980×10-6/3600/7=0.43m/s=⨯=222Revdeω0.43×7×10-3/0.326×10-6=9233nNuPrRe577.0589.022⨯⨯==152.7给热系数:=⨯=deNu222λα152.7×0.683/7×10-3=10440板片材料热组:=δR0.49×10-4㎡.℃/W传热系数:5.3675106.01049.010440114862112111144=⨯+⨯++=+++=--RRKδαα查产品参数表查得产品板片数N=28片,有效板片为26片,产品的有效传热面积F=26×S=26×0.24=6.24㎡传热量:2.10894185.4724.65.3675=⨯⨯=∆⨯⨯=mtFKkQW裕度:%75%10010894182683591089418%100=⨯-=⨯-=QQQyk3、校核压降:一次水:7.1059556146146146146ReEu789.0-0.7891=⨯==-压降:MPaEumP037.0100000096143.07.10521000000212111=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∆ρω二次水:7.1089233146146146146ReEu789.0-0.7892=⨯==-压降:MPaEumP039.010000003.96543.07.10821000000222222=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=∆ρω4、结论:综合上述计算,传热量(1089418大于热负荷(263859传热量裕度大于75%(3选取结果根据以上的计算结果,拟选取BR0.23型板式换热器.。高区作法同上,选取BR0.23型板式换热器。所选的换热器为济南张夏换热设备有限公司生产的智能板式水-水换热机组,高区和低区的换热器均为两台,一用一备。机组工作原理:机组工作流程(以采暖系