供热工程课程设计(济南住宅楼)

目录设计原始资料…………21.1设计题目：济南市某住宅楼采暖设计……………21.2设计依据……………21.3.设计气象资料………22.最小传热阻校核………32.1济南地区在不同室内设计温度下的最小传热阻…32.2校核维护结构传热阻是否满足最小传热阻的要求………………32.3校核屋面最小传热阻………………43.热负荷计算……………53.1101客厅房间的热负荷计算……54.采暖系统的选择与确定………………54.1循环动力……………54.2系统敷设方式………54.3供、回水管布置方式………………64.4工程方案确定………65.散热器的选型…………65.1散热器的计算………75.2散热器的计算实例…………………95.3散热器的布置………96.管道的布置……………106.1干管的布置…………106.2支管的布置…………106.3管道支架的安装……………………107.水力计算及附件选择…………………117.1水力计算方法及步骤………………117.2水力计算的示例……………………128.辅助设备的选择………138.1热计量表的选型……………………138.2平衡阀的选择………148.3排气阀的选择………159参考文献………………设计原始资料1.1设计题目:济南市某住宅楼采暖设计。本工程为济南市一栋六层的住宅楼，其中有主人房、子女房、书房、客厅、客房、厨房、卫生间等功能用途的房间。层高为3米，本工程以95℃/70℃低温热水作为采暖热媒，为本住宅楼设计供暖。1.2设计依据2.1任务书《供暖工程课程设计任务书》2.2规范及标准[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736—2012[2]《采暖通风与空气调节制图标准》GJ114-88[3]《实用供热空调设计手册》第二版[4]《供热工程》第四版孙刚主编[5]《供热工程》田玉卓主编1.3.设计气象资料1.3.1根据建筑物所在城市——济南市查《实用供热空调设计手册》，查出当地的气象资料如下：设计用室外气象参数单位数值采暖室外计算温度℃-7冬季室外平均风速m/s3.2极端最低温度℃-19.71.3.2室内设计温度见表如下：房间功能卧室厨房、门厅客厅卫生间室内设计温度(℃)181818181.3.3土建资料外墙：350mm钢筋混凝土剪力墙外门：双层实木外门，K=2.33W/（m2.ºC）阳台外门：单层金属框玻璃门，K=3.26W/（m2.ºC） 窗户：双层金属框玻璃窗，K=3.26W/（m2.ºC）屋面：选用厚300mm水泥膨胀珍珠岩，K=1.02W/（m2.ºC）。地面：不保温地面。K值按地带划分计算。二、最小传热阻校核2.1济南地区在不同室内设计温度下的最小传热阻为验证围护结构的热阻满足最小传热阻的要求，本设计先计算出不同围护结构类型下，对应不同室内计温度的最小传热阻，再根据围护的结构来计算需求多少厚度的保温层才能满足需要。计算冬季围护结构室外计算温度时，围护结构类型类不同选择的公式也不同。式中为采暖室外计算温度，为累年最低日平均温度，再根据室内设计温度由式[1]计算最小传热阻。式[1]式中：――冬季围护结构室外计算温度，℃；――采暖室内设计温度，℃；――根据舒适性确定的室内温度与围护结构内表面的温差，这里取6℃。2.2校核维护结构传热阻是否满足最小传热阻的要求。2.2.1墙体实际热阻（m2·℃/W）2.2.2墙的最小传热阻根据公式，根据热惰性指标因为三类建筑。则该外墙的最小传热阻 （m2·℃/W） 经过计算可以看出R0<R0.min,不满足要求，需进行修正。2.2.3修正墙体外抹灰保温层（矿棉）内抹灰厚度（mm）103520导热系数[W/(m·℃)]0.870.060.87密度(kg/m3热容（J/kg·℃）1050121810502.2.4修正后实际热阻和最小传热阻（m2·℃/W）（W/m2·℃），根据热惰性指标因为二类建筑。则最小传热阻为（m2·℃/W）说明围护结构的修正满足要求。2.3校核屋面最小传热阻，根据热惰性指标因为二类围护结构。则则最小传热阻（m2·℃/W）屋面的实际传热阻为=1/K=1/1.02=0.98>,满足要求。三、热负荷计算3.1101客厅房间的热负荷计算已知围护结构条件：外墙：钢筋混凝土（350mm），内面抹灰（20mm），外面抹灰（10mm），外矿棉保温层（35mm）。传热系数K=1.02（W/m2·℃）。阳台外门：双层金属框玻璃外门。传热系数K=3.26W/（m2.ºC）地面：不保温地面，K值按划分地带计算。济南市室外气象资料：供暖室外计算温度-7℃。累年最低日平均温度-19.7℃冬季室外平均风速3.2m/s101客厅供暖设计热负荷计算步骤：围护结构传热耗热量的计算全部计算列于附表中。围护结构总传热耗热量为1002w。冷风渗透耗热量的计算济南市冷风朝向修正系数：北向n=1,冬季室外平均风速为3.2m/s，北向阳台玻璃门的缝隙长度为7.8m,总的冷风渗透量V=Lln=144w.全部计算列于附表中，冷风渗透耗热量为144w。3.101房间供暖设计热负荷总计为1146w。四．采暖系统的选择与确定热水采暖系统形式的选择，应根据建筑物的具体条件，考虑功能可靠、经济，便于管理、维修等因素，采用适当的采暖形式。4.1循环动力根据设计资料中给出动力与能源资料为城市热网提供热媒（热水参数tg=95℃，th=70℃）且系统与室外管网连接，其引入口处供回水压差P=20000Pa。故可确定本设计为机械循环系统。4.2系统敷设方式系统敷设方式可分为垂直式和水平式系统[1]。水平式热水供暖系统：水平式采暖系统结构管路简单，节省管材，无穿过各层楼板的立管，施工方便，造价低，可按层调节供热量，当设置较多立管有困难的多层建筑式高层建筑时，可采用单管水平串联系统。但该系统的排气方式较为复杂，水平串联的散热器不宜过多，过多时除后面的水温过低而使散热器片数过多外，管道的膨胀问题处理不好易漏水。垂直式热水供暖系统：结构管路简 单，节省管材，施工管理方便，造价低，但易造成垂直平失调。在无需考虑分区问题，目前被广泛采用。根据上述比较与分析，结合本工程是多层建筑，房间结构复杂，且如果有较多立管穿过楼层时较困难，本建筑已设置管道井，所以，本工程比较适合设置水平式系统。4.3供、回水管布置方式供、回水管布置方式可分为同程式和异程式[1]异程式系统布置简单、节省管材，但各立管的压力损失难以平衡，会出现严重的水力失调现象。而同程式系统可消除式减轻水力失调现象，故有条件时宜采用同程式系统。本设计采用同程式系统。根据建筑特点，本工程采用水平双管同程式系统。4.4工程方案确定综合上述分析，本工程热水供暖系统采用机械循环、水平双管同程式系统。五.散热器的选型供暖系统的散热设备是系统的主要组成部分，它向房间散热以补充房间的热损失，保持室内要求的温度，其中散热器是最为常用的散热设备，供暖系统的热媒通过散热器的壁面，主要以对流的传热方式向房间散热。对散热器的基本要求，主要有以下几点：a、热工性能方面的要求，散热器的传热系数值越高，说明其散热性能越好。提高散热器的散热量，增大散热器传热系数的方法，可以采用增加外壁散热面积（在外壁上加肋片）、提高散热器周围空气的流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径。b、经济方面的要求，散热器传给房间的单位热量所需金属耗量越少，成本越低，其经济性越好。c、安装使用和工艺方面的要求，散热器应具有一定机械强度和承压能力；散热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面积，结构尺寸要小，少占房间面积和空间；散热器的生产工艺应满足大批量生产的要求。d、卫生和美观方面的要求，散热器外表光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间观感。e、使用寿命的要求，散热器应不易被腐蚀和破损，使用年限长。在散热器的选择方面优先考虑铸铁散热器，它结构简单，防腐性能好，使用寿命长以及热稳定性好的优点；但其金属耗量大、金属热强度低于钢制散热器。从散热器的热工性能方面的要求、经济方面的要求、安装和使用和生产工艺方面的要求、卫生和美观方面的要求以及使用寿命的要求来考虑，本工程选用铸铁型散热器。选择铸铁M132散热器。结合室内负荷，散热片主要参数如下，散热面积0.24m2，水容量1.32L/片，重量7Kg/片，工作压力0.5MPa。多数散热器安装在窗台下，上加盖板，距盖板底100mm，表面喷银粉。表8四柱813型散热器性能参数型号散热面积水容量重量工作压力热水热媒当Δt＝64.5时的K值M1320.24（m²/片)1.32L7kg0.5mpa7.99w/m·℃散热器的计算本设计采用M--132型散热器。(1)、散热器散热面积的计算散热面积的计算可按《供热手册》的计算公式进行计算。散热器内热媒平均温度t的确定。本设计在计算时，不考虑管道散热引起的温降。对于双管热水供暖系统，为系统计算供、回水温度之和的一半，而且对所有散热器都相同。(2)、散热器片数的计算散热器片数的计算可按下列步骤进行：1)利用散热器散热面积公式求出房间内所需总散热面积(由于每组片未定，故先按1计算)；2)得出所需散热器总片数或总长度H；3)确定房间内散热器的组数m；4)将总片数n分成m组，得出每组片数n`，若均分则n`=n／m(片／组)；5)对每组片数n`进行片数修正，乘以b，即得到修正后的每组散热器片数，可根据下述原则进行取舍；6)对柱型及长翼型散热器，散热面积的减少不得超过0.1；7)对圆翼型散热器散热面积的减少不得超过计算面积的10﹪。散热器数量的计算确定了供暖设计热负荷、供暖系统的形式和散热器的类型后，就可进行散热器的计算，确定供暖房间所需散热器的面积和片数。散热器的散热供暖房间的散热器向房间供应热量以补偿房间的热损失，根据热平衡原理，散热器的散热量应等于房间的供暖设计热负荷。散热器散热面积的计算公式为：式中：——散热器的散热面积（m²）；——散热器的散热量（W）；——散热器的传热系数[W/(m²·℃)]；——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；——散热器连接形式修正系数；——散热器安装形式修正系数；片数修正系统的范围乘以对应的值，其范围如下：片数修正系数每组片数<66~1010~20>200.9511.051.1另外，还规定了每组散热器片数的最大值，对此系统的M-132型散热器每组片数不超过20片。散热器的传热系数K散热器的传热系数表示当散热器内热媒平均温度tpj与室内空气温度tn的差为1℃时，每平方米散热面积单位时间放出的热量，单位为W/（m²·℃）。选用散热器时希望散热器的传热系数越大越好。通过实验方法可得到散热器传热系数公式为式中：——在实验条件下，散热器的传热系数，；——由实验确定的系数，取决于散热器的类型和安装方式；从上式可以看出散热器内热媒平均温度与室内空气温差越大，散热器的传热系数K值就越大，传热量就越多。2、散热器内热媒平均温度散热器内热媒平均温度应根据热媒种类（热水或蒸汽）和系统形式确定。1）热水供暖系统式中：——散热器内热媒平均温度（℃）；——散热器的进水温度（℃）；——散热器的出水温度（℃）；；5.2散热器的计算实例以101客房计算为实例：查《供热工程》附录2-1，对M-132型散热器=2.426（82.5-18）0.286=8.0W/(m².℃)先假设片数修正系数=1.0，查《供热工程》附录2-4得=1.009，散热器安装在墙面，上加盖板。查《供热工程》附录2-5=1.02散热器的散热面积：=1137×1×1.009×1.02/(8.0×(82.5-18))=2.27m2M-132型散热器每片散热面积为0.24m2则散热器的片数为n=2.27/0.24=9.5取10片当散热器片数在6—10时，为1.00，实际采用散热器片数为10片，应采用M-132型散热器片数为10片。同理计算出其他各房间的散热器片数。其余的列于附表中；5.3散热器的布置布置散热器应注意以下规定l、散热器宜安装在外墙窗台下，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，改善外窗对人体冷辐射的影响，使室温均匀。当安装或布置管道有困难时，也可靠内墙安装。如设在窗台下时，医院、托幼、学校、老弱病残者住宅中，散热器的长度不应小于窗宽度的75％；商店橱窗下的散热器应按窗的全长布置，内部装修要求较高的民用建筑可暗装。2、为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在陋习建或其它有冻结危险的场合，应由单独的立，支管供热，且不得装设调解阀。3、散热器在布置时，不能与室内卫生设备、工艺设备、电气设备冲突。暖气壁龛应比散热器的实际宽度多350～400毫米。台下的高度应能满足散热器的安装要求，非置地式散热器顶部离窗台板下面高度应≥50毫米，底部距地面不小于60mm，通常为150mm毫米，背部与墙面净距不小于25mm。4、在垂直单管或双管供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、盥洗室、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。5、公共建筑楼梯间的散热器，宜分配在底层或按一定比例分配在下部各层，住宅楼梯间一般可不设置散热器。把散热器布置在楼梯间的底层，可以利用热压作用，使加热了的空气自行上到楼梯间的上部补偿其耗热量。6、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。住宅建筑分户计量的散热器选用与布置还应注意：（1）安装热量表和恒温阀的热水采暖系统宜选用铜铝或钢铝复合型、铝制或钢制内防腐型、钢管型等非铸铁类散热器，必须采用铸铁散热器时，应选用内腔无黏砂型铸铁散热器；（2）采用热分配表计量时，所选用的散热器应具备安装热表的条件；（3）采用分户热源或供暖热媒水水质有保证时，可选用铝制或钢制管形、板式等各种散热器；（4）散热器的布置应确保室内温度分布均匀，并应可能缩短户内管道的产度；（5）散热器罩会影响散热器的散热量和恒温阀及配表的工作，安装在装饰罩内的恒温阀必须采用外置传感器，传感器应设在能正确反映房间温度的位置。六.管道的布置干管的布置供回水干管设置在管道井中，每个用户都从干管上接出一个支管，而形成各自的独立环路以便于分户计量。支管的布置本设计入户的支管均设置在户内垫层内，垫层的厚度不应小于50mm,本系统散热器支管的布置形式有供、回水支管同侧连接和供、回水支管异侧连接两种形式，且支管均保证为0.01的坡度，以便于排出散热器内积存的空气，便于散热。6.3管道支架的安装管道支架的安装，应符合下列的规定：①位置应准确，埋设应平整牢固；②与管道接触应紧密，固定应牢靠，对活动支架应采用U形卡环。支架的数量和位置可根据设计要求确定，若设计上无具体要求时，可按下表的规定执行：表3-5支架间距的选择公称直径mm1520253240507080100125150200250300支架的最大间距保温管1.5222.533444.556788.5不保温管2.533.544.55666.5789.51112水力计算及附件选择7.1水力计算方法及步骤一、基本原理（1）当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其管壁间的摩擦，就要能量损失，称为沿程损失；当流体流过管道的一些附件时，由于流动方向或速度的改变，产生局部旋涡和撞击，也要产生能量损失，称为局部损失。因此热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：△P=△Py+△Pj=Rl+△PjPa式中△P——计算管段的压力损失，Pa；△Py——计算管段的沿程损失，Pa；△Pj——计算管段的局部损失，Pa；R——每米管段的沿程损失，Pa/m；L——管段长度，m。（2）室内热水供暖系统的水流量G与热媒流速v的关系式为：v=4×G/（3600×3.14×ρ×d2）=G/（2826×ρ×d2）二、计算方法（1）、可按照基本原理进行计算；（2）、在实际工程中，为了简化计算，采用当量“当量局部阻力计算法”和“当量长度计算法”进行管路的水力计算。为了熟悉基本原理，本次设计采用基本原理进行计算。三、计算步骤：1、在系统平面系统图上进行管段编号，并标注各管段的热负荷和管长。2、首先计算通过最远立管L1的的环路，确定出供水干管各管段、立管L1和回水总干管的管径及其压力损失。本设计采用推荐的平均比摩阻Rp.j大致为60～120Pa/m来确定环路各管段的管径。首先根据公式G=0.86Q/（tg-th）确定各各管段的流量。根据G和选用的Rp.j值，查设计手册，将查出的各管段d、R、v值列入水力计算表格中。最后算出环路的总压力损失∑（△Py+△Pj）1，2，15～24，14=13215KPa。由于这只计算了系统的一半，对另一半的系统也应计算最不利环路的阻力，并将不平衡率控制在15%内，入口的剩余循环压力，用调节阀节流消耗掉。3、用同样的方法，计算通过最近立管L17的环路，从而确定出立管L17、回水管各管段的管径及压力损失。4、求并联环路立管L1和其他立管的压力损失不平衡率，使其不平衡率在15%以内。5、根据水力计算结果，利用节点压力平衡原理，表示出系统的总压力损失及各立管的资用压力值。注意：如果个别立管供、回水节点间的资用压力过小或过大，则会使下一步选用该立管的管径过粗或过细，设计很不合理。此时，应调整第一、二步骤的水力计算，适当改变个别供、回水干管的管段直径，使易于选择各立管的管径并满足并联环路不平衡率的要求。6、确定其它立管管径。根据各立管的资用压力和立管各管段的流量选用合适的立管管径。7、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，则应调整管径使之平衡。7.2水力计算的示例本设计以最不利环路为例进行水力计算：在系统图上对个管段进行编号，并注明各管段的热负荷和管长。根据各管段的热负荷计算各管段的流量，以管段1为例进行计算：=0.86×73231/（95-70）=2519查《供热工程》附录4-5取公称直径DN40用补差法计算可求出v=0.558，。R=111.70确定长度压力损失：。△Py=Rl=111.70×1.3=145.2Pa确定局部阻力损失Z：根据图中各管段的实际情况列出各管段的局部阻力管件名称（见表4-2），查《供热工程》附录4-2得到局部阻力系数列于表4-2中。管段1的局部阻力系数为=2.5据流速查《供热工程》附录4-3查出动压头=146.56；则：△Pj=2.5×146.56=366.4Pa则管段1的压力损失为：△Py+△Pj=511.6Pa八，辅助设备的选择8.1热计量表的选型1.

规格

热量表具体选用规格大小不应简单地仅从管道口径的大小来进行，而应根据表的工作能力的大小来选取。这样一方面可使表工作在一个准确的范围内，另外也可降低因采购不准而引起的购表费用。具体可从二个步骤进行:

1）功率

我国民用住宅或办公楼的供暖功率通常按80~100设计，所以可按实际面积的大小首先计算出所需多大功率的热量表。

2）公称流量

根据上步计算出的功率值，求出应选用表的公称流量值:根据计算公称流量值选取对应规格热量表。

2.

压力损失

热量表引起的管网压力损失量与流量的大小成反比，表质量的好坏具体现出压损值的大小。按标准要求，在公称流量下压损值不得大于0.025MPa，好的进口表此值通常不大于0.01

MPa，所以因采用口径较小的表不会给管网压力带来影响。热量表由热水流量计、一对温度传感器和积算仪三个部分组成。热水流量计用来测量流经散热设备的热水流量；一对温度传感器分别测量供水温度和回水温度，进而确定供回水温差；积算仪，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量及温差数据，计算出户从热交换设备中获得的热量。选型方法：①根据负荷计算结果确定热量表安装的供暖回路的设计流量；②根据供暖系统的运行方式确定该供暖回路的最小可能流量，最大可能流量及最常用流量；③查热量表性能参数表格中的流量数据，根据设计最大流量小于热量表允许最大流量，设计最小流量大于热量表允许最小流量（最好是大于分界流量），常用流量接近热量表额定流量的原则进行选型。表5.4热量表选型参考表建筑面积（m2）热负荷（W）流量建议选用额定流量续表30～2491047～868836～2990.036～0.2990.2250～4998723～17410300～5990.3～0.5990.4500～79917445～27877600～9590.6～0.9590.6表5.5热量表性能参数表热量表型号连接口径流量下限额定流量流量上限长度Lm3/hm3/hm3/hmmSR-0.2DN150.0120.20.4110SYR-0.2DN150.0120.20.4270SR-0.4DN150.0120.40.8110SR-0.6DN150.0120.20.4110SYR-0.6DN150.0120.0