郑州某三层办公楼集中供暖系统的设计

摘要随着节能减排在建设和谐社会中的推广和实施，集中供暖相对于局部供暖显示了巨大优势。本课题就对郑州某三层办公楼集中供暖系统的设计，熟悉供暖设计的程序、内容和基本原则，学习设计的方法步骤，进一步提高运算、制图和使用资料的能力，巩固所学的知识，培养这些知识解决设计问题的能力。在设计中，通过对设计情况的了解，确定建筑物的热负荷，供暖系统形式的选择，水力计算和校核计算；以及建筑物的平面图和系统原理图。设计中采用的是采用机械循环、单管制垂直式的上供下回系统。散热器为M-132型，散热片安装形式为同侧的上供下回。供水立管之间为同程式，在底层设一根总的回水同程管。设计供回水温度为95/70℃。关键词：集中供暖散热器机械循环单管顺流abstractWiththeenergyconservationandemissionreductionintheconstructionofharmonioussociety,andpromoteandimplementconcentratedheatingrelativetothelocalheatingshowedgreatadvantage.Thistopicisathreelayersofzhengzhoubuildingdesignofcentralheatingsystemwithheatingdesign,program,contentandbasicprinciples,methodsandstepsofthelearningdesign,improveoperationanduseofdrawinganddata,consolidatetheknowledge,cultivatingtheabilityofsolvingdesignproblems.Inthedesign,throughthedesignofbuildings,determinethethermalload,thechoiceoftheformofheatingsystems,hydrauliccalculationandcheckcalculation,Andthebuildingplanandsystemdiagram.Designisadoptedbythemechanicalcirculation,singlecontrolsystemofverticalpurificationnext.RadiatorforM-132,radiatorforinstallationoftheipsilateraloffernext.Waterismadebetweentubewithaprogram,inthebottomwaterpipewithrootsinprocess.Choosetheoutsidebuildingbodyinaseparateroomfortheequipmentroom,placedbetweenpumpandheatexchanger.Designforthereturnwatertemperatureto95/70degrees.Keywords:centralheatingradiatormachinecyclesinglepipedownstream

目录引言 1第1章设计概况 21.1工程名称 21.2地理位置 21.3建筑概况 21.4建筑条件 21.4.1建筑物层高 21.4.2围护结构热工计算参数 21.4.3热源条件 21.4.4设计内容 2第2章采暖热负荷计算 32.1采暖热负荷计算原理 32.1.1围护结构基本热负荷 32.1.2围护结构的附加（修正）耗热量 42.1.3冷风渗透耗热量 52.1.4冷风侵入耗热量 52.2办公楼采暖热负荷计算 62.2.1办公楼的室外气象参数 62.2.2室内热负荷计算参数 6室内不同类型房间的设计温度 6热负荷计算 6第3章散热设备的计算与选取 113.1散热设备的选取 11散热器选取的规定 11散热器布置的注意事项 113.2散热器选型计算 123.2.1散热器的选型计算原理 12房间的散热器计算结果 13表3-1散热器选型计算表 13第4章水力计算 184.1系统形式确定 184.1.1管路形式的选择 184.1.2管路布置与敷设 18系统水力计算步骤 18画出系统图 18水力计算表 18总结 19致谢 20参考文献 21引言集中供热也称区域供热，就是由一个或多个热源厂（站）通过公用供热管网向整个城市或其中某些区域的众多热用户供热的方式。其热源可以是热电厂、区域锅炉房、工业余热、地热、太阳能等生产的蒸汽和热水。城市集中供热是城市基础设施之一，具有节约能源、减少污染、有利生产、方便生活的综合经济效益、环境效益和社会效益。城市供热推行集中供热的方针和原则是"坚持因地制宜，广开热源，技术先进，经济合理。由于集中供暖优势突出，近年来在一些中小城市尤其是县城和乡镇发展较快，从环保和规模效应的角度看，这是保证北方城市温暖过冬的重要举措，也有利于节约社会资源。供暖系统的散热设备可分为散热器、辐射供暖和暖风机供暖，其中散热器供暖在国内也相当成熟。本课题通过对郑州某三层办公楼供暖系统的设计，熟悉供暖设计的程序、内容和基本原则，学习设计的方法步骤，进一步提高运算、制图和使用资料的能力，巩固所学的知识，培养这些知识解决设计问题的能力。第1章设计概况1.1工程名称郑州某三层办公楼集中供暖工程1.2地理位置该工程位于郑州市郊区，北纬35.35oo1.3建筑概况建筑占地面积424m2,总高度9m（相对地面），三层均为办公室，需要采暖面积968m2详情见附录3：建筑平面图1.4建筑条件1.4.1建筑物层高层高为3米1.4.2围护结构热工计算参数外墙：20mm水泥砂浆+240mm空心砖+20mm水泥砂浆结构型式为Ⅲ型内墙：20mm水泥砂浆+240mm空心砖+20mm水泥砂浆结构型式为Ⅲ型屋面：结构型式为Ⅱ型外窗：推拉铝窗高1500mm外门：金属框双层外门高1800mm宽3000mm1.4.3热源条件热源为市政蒸汽管网，经小区换热站交换，提供95~70℃热水1.4.4设计内容办公楼集中供暖室内系统部分第2章采暖热负荷计算供暖系统设计热负荷是供暖设计中最基本的数据。它直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。2.1采暖热负荷计算原理2.1.1围护结构基本热负荷在工程设计中，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、外空气温度和其它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。但对于室内温度要求严格，温度波动幅度要求很小的建筑物或房间，就需采用不稳定传热原理进行围护结构耗热量计算。冬季供暖通风热系统的热负荷，应根据建筑物或房间的得、失热量确定：失热量有：1、围护结构传热耗热量；2、加热由门、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、水分蒸发的耗热量；5、加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；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；得热量有：7、生产车间最小负荷班的工艺设备散热量；8、非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量；9、热物料的散热量；10、太阳辐射进入室内的热量；此外还有通过其它途径散失或获得热量。对于没有由于生产工艺所带来得失热量而需设置通风系统的建筑物或房间（如一般的民用住宅建筑、办公楼等），建筑物或房间的热平衡就简单的多了。失热量Qsh只考虑上述的前三项耗热量。得热量Qd只考虑太阳辐射进入室内的热量。至于住宅中其它途径的得热量，如人体散热量、炊事和照明散热量（通称为自由热），一般散发量不大，且不稳定，通常可不予计入。因此，对于没有装置机械通风系统的建筑物，供热系统的供热设计热负荷可用下式表示：上式带“’”的上标符号均表示在设计工况的各种参数（以下均以此表示之）围护结构基本耗热量，可按下式计算： Ｗ式中围护结构的传热系数,Ｗ/m2·℃；围护结构的面积,m2；冬季室内计算温度,℃；供暖室外计算温度,℃；围护结构的温差修正系数。2.1.2围护结构的附加（修正）耗热量围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下，按公式4—1计算得出的。实际耗热量会受到气象条件以及建筑情况等各种因素影响而有所增减。由于这些因素影响，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正。这些修正耗热量称为围护结构附加耗热量。通常按基本耗热量的百分率进行修正。附加耗热量由朝向修正、风力附加和高度附加耗热量等。朝向修正耗热量采用的修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。《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、东北、西北0—10%；东南、西南-10%—-15%；东、西-15%；南-15%—-30%。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修正。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数αw是对应风速约为4m/s的计算值。《暖通规范》规定：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、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围结构附加5%—10%。高度附加耗热量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。《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑物的高度附加率，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%。2.1.3冷风渗透耗热量在风力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Q'2。按缝隙法计算冷风渗透耗热量：m3/hＷ式中V经门、窗缝隙渗入室内的总空气量,m3/h；ρw供暖室外计算温度下的空气密度,kg/m3；cp冷空气的定压比热，c=1.34KJ/kg·℃；单位换算系数Ｗ；L每米门、窗缝隙渗入室内的空气量m3/h·m；l门、窗缝隙的计算长度，m；n渗透空气量的朝向修正系数。2.1.4冷风侵入耗热量在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。由于流入的冷空气量不易确定，根据经验总结，冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以《供热工程》表1-10的百分数的简便方法进行计算。亦即Q'3=NQ'Ｗ式中Q'外门的基本耗热量，Ｗ；N考虑冷风侵入的外门附加率。2.2办公楼采暖热负荷计算2.2.1办公楼的室外气象参数采暖计算温度-7℃冬季平均风速 m/s相对湿度 60%大气压Pa2.2.2室内热负荷计算参数外墙：结构型式为Ⅲ型传热系数K=Ｗ/m2·℃,

内墙：结构型式为Ⅲ型传热系数K=Ｗ/m2·℃屋面：结构型式为Ⅱ型传热系数K=Ｗ/m2·℃外窗：传热系数K=Ｗ/m2·℃外门：传热系数K=Ｗ/m2·℃地板：传热系数K=Ｗ/m2·℃郑州市每米窗缝基准渗风量：Lh=1.24（m3/m·h）办公室18℃卫生间16℃楼梯间16℃门厅16℃走廊16℃1依据以上公式参数计算房间负荷，现以101房间（办公室）供暖热负荷计算为例1）计算围护结构的传热量（1）北外墙传热系数K=Ｗ/m2·℃，温差修正系数，传热面积所以北外墙基本耗热量为故朝向修正耗热量为2）北外窗传热系数K=Ｗ/m2·℃温差修正系数，传热面积所以北外窗基本耗热量为故朝向修正耗热量为3）西外墙传热系数K=Ｗ/m2·℃，温差修正系数，传热面积所以西外墙基本耗热量为故朝向修正耗热量为4)南内墙传热系数K=Ｗ/m2·℃，温差修正系数，传热面积所以南内墙基本耗热量为5）南内门传热系数K=Ｗ/m2·℃温差修正系数，传热面积所以南内门基本耗热量为6）东内墙传热系数K=Ｗ/m2·℃，温差修正系数，传热面积所以东内墙基本耗热量为7）地面采用平均传热系数计算法Ｗ/m2·℃传热面积所以地面基本耗热量为8）101房间（办公室）的围护结构总耗热量为9）冷风渗透耗热量所以101房间总负荷为=1721+271=1992W2其他房间计算方法相同，各房间负荷如下表表2-1房间负荷汇总表单位W办公室负荷办公室负荷办公室负荷101[办公室]201[办公室]301[办公室]104[办公室]204[办公室]304[办公室]105[办公室]205[办公室]305[办公室]107[办公室]207[办公室]307[办公室]108[办公室]208[办公室]1096308[办公室]109[办公室]209[办公室]1096309[办公室]110[办公室]210[办公室]310[办公室]1010111[办公室]211[办公室]311[办公室]112[办公室]212[办公室]312[办公室]1010113[办公室]213[办公室]313[办公室]114[办公室]1073214[办公室]314[办公室]116[值班室]215[办公室]315[办公室]1010117[办公室]216[办公室]316[办公室]118[办公室]217[办公室]317[办公室]119[办公室]218[办公室]318[办公室]120[办公室]219[办公室]319[办公室]220[办公室]320[办公室]因为门厅、楼梯和卫生间与室外联通，不能保证设计温度，故不再计算负荷。在设计散热热备时象征性布置一组散热设备即可。办公楼热负荷详细计算表见附录1：热负荷计算表办公楼总负荷为：Ｑ=W第3章散热设备的计算与选取3.1散热设备的选取散热器供暖是传统的供暖方式，也是现今使用最广泛的供暖方式。它使用方便，易于调节。特别应用于对于环境美观和温度精度要求不高的场所。从简单经济考虑，本方案采用散热器供暖。选择散热器时，应符合下列规定；1散热器的工作压力，应满足系统的工作压力，并符合国家现行有关产品标准的规定；2民用建筑宜采用外形美观，易于清扫的散热器；3放散粉尘或防尘要求较高的工业建筑，应采用易于清扫的散热器；4具有腐蚀性气体的工业建筑或相对湿度较大的房间，应采用耐腐蚀的散热器；5采用钢制散热器时，应采用闭式系统，并满足产品对水质的要求，在非采暖季节采暖系统应冲水保养；蒸汽采暖系统不应采用钢制柱型，板型和匾管等散热器；6采用铝制散热器时，应采用内防腐型铝制散热器，并满足产品对水质的要求；安装热量表和恒温阀的热水采暖系统不宜采用水流通道内含有粘沙的铸铁等散热器。1散热器一般安装在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热空气流能够阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。2为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在楼梯间或其它有冻结危险的场所，其散热器应有单独的立，支管供热，且不得装设调节阀。3散热器一般应明装，布置简单。内部装修要求较高的民用建筑可采用暗装。托儿所和幼儿园应暗装或加防护罩，以防烫伤儿童。4在垂直单管或双管热水系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、涮洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同临室串联连接。两串联散热器之间的串联管直径应与散热器接口直径相同，以便水流畅通。5在楼梯间布置散热器时，考虑楼梯间热流上升的特点，应尽量布置在底层或按一定比例分布在下部各层。3.2散热器选型计算3.2.1散热器的选型计算原理房间内安装M-132型散热器，散热器明装上部有窗台盖板覆盖，供暖系统为单管上供上回式，设供回水温度为95℃/70℃；室内供暖管道明装，支管与散热器的连接方式为同侧连接，计算散热器面积时，不考虑管道向室内散热的影响。散热器散热面积F按下式计算：㎡式中Q—散热器的散热量，Ｗ；tpj—散热器内热媒平均温度，℃；tn—供暖室内计算温度，℃；K—散热器的传热系数，Ｗ/㎡.℃；β1—散热器组装片数修正系数；β2—散热器连接形式修正系数；β3—散热器安装形式修正系数。散热器内热媒平均温度tpj随供暖热媒（蒸汽火热水）参数和供暖系统形式而定。在热水供暖系统中，tpj为散热器进出口水温的算术平均值。℃式中tsg—散热器进水温度，℃；tsh—散热器出水温度，℃。确定所需散热器面积后，可按下式计算所需散热器的总片数或总长度。n=F/f(m或片)式中f—每片或每米长的散热器散热面积，㎡/片或㎡/m。然后根据每组片数或长度乘以修正系数β1，最后确定散热器面积。暖通规范规定，柱型散热器面积可比计算值小0.1㎡（片数n只能取整数），翼型和其它散热器的散热面积可比计算值小5%。按照规定散热器应安装在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气流能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。1.查《供热工程》，对M-132型散热器修正系数：散热器组装片数修正系数，先假设β1散热器连接形式修正系数，β2散热器安装形式修正系数，β3则3，计算片数n`为根据散热器片数选择合适的β1则实际所需的散热器面积为F=F`*β1实际采用片数n为n=F/f，结果取整数。2.确定排气装置、热补偿器的型号及尺寸排气装置采用B11X-4型立式自动排气阀。房间的散热器计算结果表3-1散热器选型计算表分支1立管1层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1326片楼层218M-1327片楼层116M-13216片分支1立管2层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层3114818M-1329片楼层218M-1328片楼层118M-13211片分支1立管3层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层3114818M-1329片楼层218M-1328片楼层118M-13211片分支1立管4层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层3114818M-1329片楼层218M-1328片楼层118M-13211片分支1立管5层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-13212片楼层218M-13212片楼层118M-13216片分支1立管6层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1324片楼层218M-1325片楼层118M-1325片分支1立管7层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1329片楼层218M-1329片楼层118M-13212片分支1立管8层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1326片楼层266318M-1326片楼层118M-1328片分支1立管9层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1326片楼层266318M-1326片楼层118M-1328片分支1立管10层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1324片楼层218M-1324片楼层118M-1328片分支1立管11层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1326片楼层266318M-1325片楼层118M-13223片分支2立管1层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层3114818M-1329片楼层218M-1328片楼层118M-13211片分支2立管2层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层3114818M-1329片楼层218M-1328片楼层118M-13211片分支2立管3层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层316M-1326片楼层216M-1325片楼层116M-1327片分支2立管4层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层316M-1326片楼层216M-1325片楼层116M-1327片分支2立管5层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-13212片楼层218M-13212片楼层118M-13216片分支2立管6层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1324片楼层218M-1325片楼层118M-1325片分支2立管7层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1329片楼层218M-1329片楼层118M-13212片分支2立管8层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1325片楼层218M-1325片楼层118M-1326片分支2立管9层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1325片楼层218M-1325片楼层118M-1326片分支2立管10层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1325片楼层218M-1324片楼层118M-1328片分支2立管11层内位置负荷(W)室温(℃)散热器型号片(m)楼层318M-1326片楼层266318M-1326片楼层118M-1328片以上负荷空白的为门厅、楼梯或卫生间的负荷，因为其与室外联通，不能保证设计温度，故依据经验象征性布置一组散热器。第4章水力计算4.1系统形式确定4.1.1管路形式的选择该建筑层高不高，由于是办公，出于简单和经济考虑，采用单管系统。4.1.2管路布置与敷设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、单管制垂直式的上供下回系统。散热片安装形式为同侧的上供下回。供水立管之间为同程式，在底层设一根总的回水同程管。选择在楼体的外面单独设一房间房间为设备间，放置水泵和换热器。设计供回水温度为95/70℃。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1首先计算通过最远立管11的环路。确定出供水干管各个管段、立管11和回水干管的管径及其压力损失。计算结果见水利计算表。2同样方法，计算通过最近立管1、回水干管各管段的管径及其