供熱工程課程設(shè)計

1、供熱工程課程設(shè)計設(shè)計題目：天津某辦公樓供熱系統(tǒng)設(shè)計班 級： 建筑節(jié)能姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 日 期： 目錄1.工程概況及設(shè)計依據(jù).3 1.1 工程概況.3 1.2 設(shè)計計算參數(shù).32.供熱熱負荷計算.4 2.1 圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量計算.4 2.2 圍護結(jié)構(gòu)附加耗熱量.4 2.3 門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量.5 2.4 以一層101會議室進行舉例計算.6 2.5 其他房間熱負荷計算.93.采暖系統(tǒng)的選擇及管道布置.16 3.1 熱水供暖系統(tǒng)分類.16 3.2 機械循環(huán)系統(tǒng)與重力循環(huán)系統(tǒng)的主要區(qū)別.16 3.3 選擇及布置.16 3.4 膨脹水箱的計算.174.散熱器的選擇及安裝.17 4

2、.1 散熱器的選擇.17 4.2 散熱器的安裝.17 4.3 散熱器的計算.175.系統(tǒng)水力計算.20 5.1 水力計算方法.20 5.2 水力計算舉例.20 5.3 其他管路水力計算.21 5.4 水力平衡校核.266.個人總結(jié).31參考文獻附錄 施工圖1、 工程概況及設(shè)計依據(jù)1. 1工程概況該項目是位于天津市（屬于寒冷地區(qū)）的一座三層辦公樓，包括會議室、辦公室、值班室、閱覽室、廁所等功能房間。一層建筑層高4.2m，二三層層高3.3m。1.2設(shè)計計算參數(shù) 1.2.1 氣象資料： 冬季采暖室內(nèi)計算溫度辦公室為20，會議室18，走廊、樓梯間、衛(wèi)生間為16 冬季室外計算溫度-9 冬季室外平均風(fēng)速6

3、.0m/s 1.2.2 圍護結(jié)構(gòu)： 1）外墻：保溫外墻（37墻），傳熱系數(shù)為K=0.60W/（m2·K） 2）內(nèi)墻：兩面抹灰一磚墻（37墻），傳熱系數(shù)為K=1.53W/（m2·K）；一樓衛(wèi)生間隔墻：兩面抹灰一磚墻（24墻），傳熱系數(shù)為K=2.03W/（m2·K）； 3）外窗：雙層鋁合金推拉窗，傳熱系數(shù)為K3.0W/（m2·K） 4）門：雙層木門；K2.0W/（m2·K） 5）屋頂：保溫屋頂，傳熱系數(shù)K0.55W/（m2·K）； 6）地面為不保溫地面，K值按地帶決定。其中第一地帶傳熱系數(shù)K1=0.465W/（m2·K）；第二地

4、帶傳熱系數(shù)K2=0.233W/（m2·K）；第三地帶傳熱系數(shù)K3=0.116W/（m2·K）；第四地帶傳熱系數(shù)K4=0.07W/（m2·K）； 1.2.3 熱源： 室外供熱管網(wǎng)，采用機械循環(huán)上供下回的方式供水，供水溫度75，回水溫度50，引入管處供水壓力滿足室內(nèi)供暖要求。2、 供熱熱負荷計算 規(guī)范中所規(guī)定的“圍護結(jié)構(gòu)的耗熱量”實質(zhì)上是圍護結(jié)構(gòu)的溫差傳熱量、加熱由于外門短時間開啟而侵入的冷空氣的耗熱量以及一部分太陽輻射熱量的代數(shù)和。為了簡化計算，規(guī)范規(guī)定，圍護結(jié)構(gòu)的耗熱量包括基本耗熱量和附加耗熱量兩部分。2.1 圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量計算公式如下： Q=KA(tR-t

5、o,w) Q圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量，W； K圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）； A圍護結(jié)構(gòu)的面積，m²； tR冬季室內(nèi)計算溫度，； to,w供暖室外計算溫度，； 圍護結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。 整個建筑的基本耗熱量等于它的圍護結(jié)構(gòu)各部分基本耗熱量的總和，算出基本耗熱量后再進行朝向和高度修正（因風(fēng)速較小，風(fēng)力修正忽略不計），2.2 圍護結(jié)構(gòu)附加耗熱量2.2.1 朝向修正率 不同朝向的圍護結(jié)構(gòu)，收到的太陽輻射是不同的；同時，不同的朝向，風(fēng)的速度和頻率也不同。因此，規(guī)范規(guī)定對不同的垂直外圍護結(jié)構(gòu)進行修正，其修正率為： 北、東北、西北朝向： 010% 東、西朝向： -5% 東南、西南朝

6、向： -10% -15% 南向 -15% -30% 選用修正率時應(yīng)考慮當?shù)囟救照章始拜椛鋸姸鹊拇笮?。冬季日照率小?5%的地區(qū)，東南、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 風(fēng)力附加率 在規(guī)范中明確規(guī)定：在不避風(fēng)的高地、河邊、海岸、曠野上的建筑物以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內(nèi)特別高的建筑物，垂直外圍護結(jié)構(gòu)熱負荷附加5%- 10%。該辦公樓不計算風(fēng)力附加。2.2.3 外門附加率為加熱開啟外門時侵入的冷空氣，對于短時間開啟無熱風(fēng)幕的外門，可以用外門的基本耗熱量乘上按下表查出的相應(yīng)的附加率。陽臺門不應(yīng)考慮外門附加率。 外門附加率（%） 建筑物性質(zhì)附加率公共建筑或生產(chǎn)廠房的主要出入

7、口500民用建筑或工廠的輔助建筑物，當其樓層為n時有兩個門斗的三層外門60n有門斗的雙層外門80n無門斗的單層外門65n2.2.4 高度附加率 由于室內(nèi)溫度梯度的影響，往往使房間上部的傳熱量增大。因此規(guī)定：當民用建筑和工業(yè)企業(yè)輔助建筑的房間凈高超過4m時，每增加1m，附加率為2%，但最大附加率不得超過15%，該辦公樓房間凈高均不超過4m，高度附加0%。2.3 門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量 由于縫隙寬度不一，風(fēng)向、風(fēng)速和頻率不一，因此由門窗縫隙滲入的冷空氣量很難準確計算。規(guī)范推薦，對于多層和高層民用建筑，可按下式計算門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量： Qi=0.278Lao Cp(tR-to.h) Qi

8、為加熱門窗縫隙滲入的冷空氣耗熱量，W； L滲透冷空氣量，m³/h，可按規(guī)范附錄D中給出的公式計算，對多層建筑可按換氣次數(shù)（下表）計算； ao采暖室外計算溫度下的空氣密度，kg/m³； Cp空氣定壓比熱，Cp=1.0kJ/（kg.）； to.h采暖室外計算溫度，。 換氣次數(shù)房間類型一面有外窗房間兩面有外窗的房間三面有外窗的房間門廳換氣次數(shù)（h-1）0.50.5- 11.0- 1.52.0 為計算簡便，該辦公樓各房間的冷風(fēng)滲入耗熱量均采用換氣次數(shù)為0.5時進行計算。 2.4 下面以一層101會議室進行舉例計算2.4.1 北外墻耗熱量計算： 公式：Q=KA(tR-to,w) 1）

9、K值的確定，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定，天津市屬于寒冷地區(qū)，外墻設(shè)置保溫，傳熱系數(shù)取0.6W/（m2·K）。 2）北外墻面積A=3.6×4×4.2-2.1×1.75×4=45.78m² 3）溫差修正系數(shù)=1.0 4）冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9 5）故北外墻基本耗熱量為： Q=0.60×45.78×27×1.0=741.64W 6）北向朝向修正取5%，風(fēng)力修正0%，高度附加0%，所以北外墻的耗熱量就是： Q=741.64×（1+5%）=778.72W2.4.2 北外窗耗熱量計算：

10、 公式：Q=KA(tR-to,w) 1）K值的確定，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定，天津市屬于寒冷地區(qū)，外窗傳熱系數(shù)取3.0W/（m2·K）。 2）北外窗面積A=2.1×1.75×4=14.7m² 3）溫差修正系數(shù)=1.0 4）冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9 5）故北外窗基本耗熱量為： Q=3.0×14.7×27×1.0=1190.7W 6）北向朝向修正取5%，風(fēng)力修正0%，高度附加0%，所以北外墻的耗熱量就是： Q=1190.7×（1+5%）=1250.24W2.4.3 東外墻耗熱量計算： 公式：Q=K

11、A(tR-to,w) 1）K值的確定，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定，天津市屬于寒冷地區(qū)，外墻設(shè)置保溫，傳熱系數(shù)取0.6W/（m2·K）。 2）東外墻面積A=10.8×4.2=45.36m² 3）溫差修正系數(shù)=1.0 4）冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9 5）故東外墻基本耗熱量為： Q=0.60×45.36×27×1.0=734.8W 6）東向朝向修正取-5%，風(fēng)力修正0%，高度附加0%，所以北外墻的耗熱量就是： Q=734.8×（1-5%）=698.06W2.4.4 南外墻耗熱量計算： 公式：Q=KA(tR-to,

12、w) 1）K值的確定，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定，天津市屬于寒冷地區(qū)，外墻設(shè)置保溫，傳熱系數(shù)取0.6W/（m2·K）。 2）南外墻面積A=（3.6×3+1.2）×4.2-3×1.75×2=39.9m² 3）溫差修正系數(shù)=1.0 4）冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9 5）故南外墻基本耗熱量為： Q=0.60×39.9×27×1.0=646.38W 6）南向朝向修正取-15%，風(fēng)力修正0%，高度附加0%，所以北外墻的耗熱量就是： Q=734.8×（1-15%）=549.42W2.4.5

13、南外門耗熱量計算： 公式：Q=KA(tR-to,w) 1）K值的確定，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定，天津市屬于寒冷地區(qū)，外門傳熱系數(shù)取2.0W/（m2·K）。 2）南外門面積A=1.8×2.1=3.78m² 3）溫差修正系數(shù)=1.0 4）冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9 5）故南外門基本耗熱量為： Q=2.0×3.78×27×1.0=204.12W 6）南向朝向修正取-15%，風(fēng)力修正0%，高度附加0%，外門附加取500%，所以南外門的耗熱量就是： Q=204.12×（1-15%+500%）=1194.1W2.4.

14、6 西外墻耗熱量計算： 公式：Q=KA(tR-to,w) 1）K值的確定，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定，天津市屬于寒冷地區(qū)，外墻設(shè)置保溫，傳熱系數(shù)取0.60W/（m2·K）。 2）西外墻面積A=2.41×4.2=10.122m² 3）溫差修正系數(shù)=1.0 4）冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9 5）故西外墻基本耗熱量為： Q=0.60×10.122×27×1.0=163.98W 6）西向朝向修正取-5%，風(fēng)力修正0%，高度附加0%，所以南外門的耗熱量就是： Q=163.98×（1-5%）=150.86W 2.4.7

15、不保溫地面耗熱量計算： 不保溫地面分為四種類型，各類型寬度為2m，外墻墻角處面積需要計算兩次。各類型地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)如下表所示： 地面類型型地面型地面型地面型地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（W/（m2·K）0.4650.2330.1160.0071） 型地面耗熱量計算： 傳熱系數(shù)為0.465W/（m2·K） 地面面積A=3.6×4×2+10.8×2+3.6×4×2+（10.8-2）×2=96.8m² 溫差修正系數(shù)=1.0 冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9故型地面耗熱量為： Q1=0.465×96.8

16、5;27×1.0=1215.32W2） 型地面耗熱量計算： 傳熱系數(shù)為0.233（W/（m2·K） 地面面積A=（14.4-4）×2×2+（10.8-8）×4=52.8m² 溫差修正系數(shù)=1.0 冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9故型地面耗熱量為： Q2=0.233×52.8×27×1.0=332.16W3） 型地面耗熱量計算： 傳熱系數(shù)為0.116W/（m2·K） 地面面積A=（14.4-8）×2.8=19.04m² 溫差修正系數(shù)=1.0 冬季室內(nèi)采暖設(shè)計溫度18，

17、室外設(shè)計溫度-9故型地面耗熱量為： Q3=0.116×19.04×27×1.0=59.63W4）地面耗熱量合計：Q=Q1+Q2+Q3=1607.11W2.4.8 門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量計算： 1）計算公式為 Qi=0.278Lao Cp(tR-to.h) 2）滲入冷空氣量按換氣次數(shù)0.5計算，房間體積為149.04×4.2=625.97m³ 3）空氣密度取 1.2kg/m³ 4）定壓比熱取 1.0kJ/（kg.） 5）室內(nèi)設(shè)計溫度18，室外設(shè)計溫度-9故門窗門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量為： Qi=0.278×1.2

18、5;0.5×625.97×1.0×27=2819.12W2.4.9 一層101會議室耗熱量匯總?cè)缦卤硭荆悍猪椕Q北外墻北外窗東外墻南外墻南外門西外墻地面滲入冷空氣耗熱量（W）778.721250.24698.06549.421194.1150.861607.112819.12總計(W)9047.63 故一層101會議室總熱負荷為9047.63W。2.5 其他房間的熱負荷計算 下面以表格的形式體現(xiàn)其他房間的熱負荷：1)一層值班室2)一層衛(wèi)生間3)一層門廳4)一層樓梯間5）201辦公室6）202-204辦公室7）205辦公室8）206會議室9）207辦公室10）20

19、8接待室11） 二層衛(wèi)生間12） 二層走廊13） 二層樓梯間14）301辦公室15）302辦公室16）303辦公室17）304閱覽室18）305辦公室19）306辦公室20） 三層衛(wèi)生間21） 三層走廊22） 三層樓梯間3、 采暖系統(tǒng)的選擇及管道布置3.1 熱水供暖系統(tǒng)分類1） 按按系統(tǒng)循環(huán)動力的不同，可分為重力(自然)循環(huán)系統(tǒng)和機械循環(huán)系統(tǒng)；2） 按供、回水方式的不同，可分為單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)；3） 按系統(tǒng)管道敷設(shè)方式的不同，可分為垂直式和水平式系統(tǒng)；4） 按熱媒溫度的不同，可分為低溫水供暖系統(tǒng)和高溫水供暖系統(tǒng)。3.2 機械循環(huán)系統(tǒng)與重力循環(huán)系統(tǒng)的主要區(qū)別1） 循環(huán)動力不同。機械循環(huán)系統(tǒng)靠水

20、泵提供動力，強制水在系統(tǒng)中循環(huán)流動。循環(huán)水泵一般設(shè)在鍋爐入口前的回水干管上，該處水溫最低，可避免水泵出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象；2） 膨脹水箱連接點和作用不同。機械循環(huán)系統(tǒng)膨脹水箱設(shè)在系統(tǒng)的最高處，水箱下部接出的膨脹管連接在循環(huán)水泵入口前的回水干管上。其作用除了容納水受熱膨脹而增加的體積外，還能恒定水泵入口壓力，保證水泵入口壓力穩(wěn)定。重力循環(huán)系統(tǒng)的膨脹水箱的膨脹管連接在供水總立管的最高處；3） 排氣方式不同。機械循環(huán)系統(tǒng)中水流速度較大，一般都超過水中分離出的空氣泡的浮升速度，易將空氣泡帶入立管引起氣塞。所以機械循環(huán)上供下回式系統(tǒng)水平敷設(shè)的供水干管應(yīng)沿水流方向設(shè)上升坡度，坡度值不小于0.002，一般為0.00

21、3。在供水干管末端最高點處設(shè)置集氣罐，以便空氣能順利地和水流同方向流動，集中到集氣罐處排除。回水干管也應(yīng)采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0.002，一般為0.003，以便于集中泄水。3.3 選擇及布置結(jié)合該辦公樓的實際情況和多方面因素的考慮，采用機械循環(huán)上供下回雙管異程系統(tǒng)。系統(tǒng)中設(shè)置了循環(huán)水泵，增加了系統(tǒng)的經(jīng)常運行電費和維修工作量；但由于水泵所產(chǎn)生的作用壓力很大，因而供暖范圍可以擴大。機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)不僅可用于單幢建筑物中，也可以用于多幢建筑，甚于發(fā)展為區(qū)域熱水供暖系統(tǒng)。機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的一種供暖系統(tǒng)。該辦公樓整個分為南北兩個環(huán)路，由一根向上的住干管供水，在三樓分為

22、南北向分別供水。北向四個立管，南向四個立管，各個立管上一到兩個散熱器不等，但是一根立管上的散熱器數(shù)目不大于6個。系統(tǒng)采用異程式，南北向分別回水致鍋爐時匯合。3.4 膨脹水箱的計算1） 水箱有效容積 V=0.034×Vc Vc每1KW所需的系統(tǒng)水容量2） 查表可知M-132型散熱器對應(yīng)的Vc=10.7L，總熱負荷為40.86KW；3） 故 V=0.034×10.7×40.86=14.86L；4） 查表選擇膨脹水箱規(guī)格為：900×900×900mm。4、 散熱器的選擇及安裝4.1散熱器的選擇 室內(nèi)供暖系統(tǒng)的末端散熱裝置是供暖系統(tǒng)完成供暖任務(wù)的重要組

23、成部分。它向室內(nèi)散熱以補充房間的熱損失，從而保持室內(nèi)要求的溫度。綜合各個方面因素考慮，本辦公樓采暖散熱器采用TZ2-5-5(M-132型)鑄鐵散熱器。該散熱器的各項參數(shù)如下表所示：型號散熱面積（m²/片）水容量（1/片）重量（kg/片）工作壓力（Mpa）傳熱系數(shù)計算公式（W/（m2·K）TZ2-5-5(M-132型)0.241.3270.5K=2.426M-132型散熱器為柱型二柱散熱器，其寬度為132mm，兩邊為柱狀H1=500mm，H=584mm，L=80mm，中間為波浪形的縱向肋片。4.2 散熱器的安裝 散熱器布置在外墻窗臺下，這樣能迅速加熱室外滲入的冷空氣，阻擋沿外

24、墻下降的冷氣流，改善外窗、外墻對人體冷輻射的影響，使室溫均勻。為防止散熱器凍裂，兩道外門之間，門斗及開啟頻繁的外門附近不宜設(shè)置散熱器。該辦公樓散熱器均采用明裝的形式，上部加蓋板且蓋板距離散熱器上部100mm。單個散熱器的連接形式采用同側(cè)上進下出。4.3 散熱器的計算 4.3.1散熱器面積計算公式為： （m²）Q散熱器的散熱量，W；tpj散熱器內(nèi)熱媒平均溫度，；tn供暖室內(nèi)計算溫度，；K散熱器的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；1散熱器組裝片數(shù)修正系數(shù)；2散熱器連接形式修正系數(shù)；3散熱器安裝形式修正系數(shù)。 其中tpj=（tsg+tsh）/2 tsg散熱器進水溫度，；tsh散熱器出水

25、溫度，。對于雙管熱水供暖系統(tǒng)，散熱器的進、出口溫度分別按系統(tǒng)的設(shè)計供、回水溫度計。 4.3.2 當計算出散熱器的面積之后，即可計算每個散熱器的散熱片數(shù)，計算公式為： n=F/ff每片或每1m長的散熱器散熱面積，m²/片或m²/m。而該辦公樓選取的M-132型散熱器每個散熱器的片數(shù)不能超過20片，在初步選定散熱片數(shù)之后，要對散熱器組裝片數(shù)修正系數(shù)1進行修正，1的選取如下表所示：每組片數(shù)661011202010.951.001.051.10 4.3.3 以202辦公室為例進行散熱器計算，該辦公室的熱負荷為741.66W。1） 首先已知條件： Q=741.66W ，tsg=75，

26、tsh=50，1首先取1.0，由于該散熱器采用同側(cè)上進下出，查表知2=1.0，同時蓋板距散熱器100mm，3=1.02；2） 由公式K=2.426=7.089W/（m2·K）；3） tpj=（tsg+tsh）/2=（75+50）/2=62.5；4） 由=2.5m²；5） 得到散熱器片數(shù)n=F/f=2.5/0.24=10.4 ，取整n=11片；6） 1修正，當n=11時，1=1.05，帶回4）再次進行計算F=2.6m²，推出 n=10.83，實際片數(shù)仍取11片。4.3.4 其他房間的散熱器計算如下表所示：1） 一樓2） 二樓3） 三樓5、 系統(tǒng)水力計算5.1 水力計

27、算方法 1）首先對供暖系統(tǒng)各個管段進行分段編號，并選擇最不利環(huán)路，方便計算； 2）其次明確各個管段所承擔的熱負荷； 3）確定了熱負荷之后根據(jù)公式 G= G水流量，Kg/h； Q熱負荷，W； Cp比熱，4.2 kJ/（kg.）； tg設(shè)計供水溫度，； th設(shè)計回水溫度，。 4）求出各個管段的流量之后，采用平均比摩阻法確定相應(yīng)參數(shù)，一般選取60120Pa/m。本次設(shè)計供回水溫度分別為75和50，相應(yīng)數(shù)據(jù)無法查取，現(xiàn)采用供回水溫度為95和70的數(shù)據(jù)（供暖通風(fēng)設(shè)計手冊）查?。?5）在供熱通風(fēng)設(shè)計手冊上可以查到公稱管徑、比摩阻、水流速等數(shù)據(jù)； 6）確定相應(yīng)的管長和該管的動壓，即可根據(jù)以下公式計算管道壓力

28、損失： PPy+PjRl+Pj P計算管段的壓力損失，Pa； Py計算管段的沿程損失，Pa； Pj計算管段的局部損失，Pa； R每米管長的沿程損失，Pa m； l管段長度，m。 7）水力平衡校核。該辦公樓采用雙管異程系統(tǒng)，一般選擇最遠端和最近端的兩個立管進行水力平衡的計算，相差較大的可選擇相鄰的立管計算。5.2 水力計算舉例 5.2.1 該辦公樓分為南北兩個環(huán)路，故需要對兩個環(huán)路分別進行水力平衡的校核，首先需要計算出每個管段的管徑，包括回水管和供水管。5.2.2 現(xiàn)選擇北向環(huán)路立管1-2管段進行舉例計算，計算簡圖如下圖所示：5.2.3 北向立管1-2管段水力計算過程：1） 由簡圖可知，其熱負荷包括三層樓梯、二層樓梯、一層樓梯和一層門廳的熱負荷，Q= 4398.34W；2） 根據(jù)公式 G= ， G=4398.34×3.6/4.2/25=151.30kg/h；3） 得出流量G之后，查供暖通風(fēng)設(shè)計手冊可得公稱管徑為15mm，比摩阻為69.82pa/m，流速為0.22m/s；4） 計算沿程阻力。由圖可知北向立管1