畢業(yè)論文集中供熱熱水網(wǎng)路設(shè)計

1、本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計太原某師范學(xué)院集中供熱熱水網(wǎng)路設(shè)計院系名稱：土木與建筑工程學(xué)院 專業(yè)班級：建筑環(huán)境與設(shè)備工程11-1班學(xué)生姓名：×××指導(dǎo)教師： ×××職 稱：副教授黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二一五年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeThe Design of Central Heating and hot water network in a Normal University in TaiyuanDepartment：School of Civil and Archi

2、tectural EngineeringSpecialty：Architectural Environment andEquipment EngineeringClass：11-1Candidate：××× Advisor：××× Academic title：Associate ProfessorHeilongjiang Institute of Technology2015-06·Harbin摘 要伴隨科技的飛速發(fā)展和人們對生活舒適意識的不斷改變，我們建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也在升高。在綠色環(huán)保節(jié)能的基礎(chǔ)上人性化

3、、智能化的超舒適性生活環(huán)境日益成為建環(huán)的發(fā)展新方向。當(dāng)然下層基礎(chǔ)決定上層建筑，實現(xiàn)更高的水平就應(yīng)該從基礎(chǔ)內(nèi)容開始。集中供熱系統(tǒng)相對于以前的分散式供熱系統(tǒng)具有熱源容量大、熱效率高、節(jié)約勞動力和占地面積小等優(yōu)點，成為目前國內(nèi)迅速發(fā)展的城市供熱方式1，較為公認的集中供熱系統(tǒng)是由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶三部分組成。本設(shè)計為太原某師范學(xué)院集中供熱熱水網(wǎng)路設(shè)計。所以設(shè)計內(nèi)容由這三個部分展開。熱源：一級網(wǎng)為市政供水；二級網(wǎng)為熱力站。熱網(wǎng)：一級網(wǎng)為管溝枝狀形式；二級網(wǎng)為直埋枝狀形式。熱用戶：以學(xué)校教室、宿舍、辦公室、實驗室等，且為中低層建筑。當(dāng)前乃至以后，能源緊缺將是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，并已被公認為是全世界

4、普遍性的問題。供熱工程設(shè)計應(yīng)該從開源節(jié)流的角度出發(fā)，因地制宜地確定綜合利用能源的供熱方案。與此同時結(jié)合我國的特殊國情，應(yīng)充分考慮建設(shè)資金短缺等實際困難，在確定設(shè)計方案時力求降低造價，做到“物美價廉”。關(guān)鍵詞：熱負荷；集中供熱；水力計算；運行調(diào)節(jié)；補償器；保溫；MathcadAbstractWith the rapid development of science and technology and the changing of people's life comfort consciousness, the challenge of building environment and

5、 equipment engineering is also increasing. In the green energy saving and energy saving, the humanity and the intelligent comfort living environment is becoming the new direction of the HVAC development. Of course, the lower base determines the superstructure, the higher level should start from the

6、basic content.Centralized heating system has the advantages of large heat capacity, high heat efficiency, saving labor force and covers an area of small, etc. compared with the previous decentralized heating system, become the current rapid development of domestic urban heating mode, is recognized a

7、s the central heating system is heating heating net, customers, and is composed of three parts. The design of the central heating and hot water network design for a normal university in Taiyuan. So the design content is started by the three parts. Heat source: the first grade net is the municipal wa

8、ter supply; the two grade net is the thermal station. Heat network: first grade network for municipal water supply; the two level network for directly buried installation. Hot user: for school classrooms, dormitories, offices, laboratories, etc., and for the middle and lower buildings.At present, th

9、e energy shortage will be the important factor that restrict the economic development of our country, and has been recognized as the universal problem of the whole world. Heating engineering design should start from the point of view to determine the broaden sources of income and reduce expenditure,

10、 the comprehensive utilization scheme of suit one's measures to local conditions of heating energy. At the same time, combined with the special situation of our country, we should take full consideration of the practical difficulties such as the shortage of construction funds, In determining the

11、 design makes every effort to reduce the cost, to achieve “high quality and inexpensive” .Keywords: heat load, central heating, hydraulic calculation, operation adjustment, compensator, heat preservation, Mathcad目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1概述11.2 設(shè)計目的及意義11.2.1 設(shè)計目的11.2.2 設(shè)計意義11.3 自然地理概況21.4 工程概況2第2章熱負荷3

12、2.1 熱負荷統(tǒng)計原理32.2 熱負荷計算方法32.3 熱負荷延續(xù)時間圖42.3.1 熱負荷延續(xù)時間圖的意義42.3.2 熱負荷延續(xù)時間圖的原理42.3.3 熱負荷延續(xù)時間圖的繪制52.4 本章小結(jié)6第3章供熱方案73.1 熱力管道系統(tǒng)及選擇73.1.1 熱力管道系統(tǒng)的分類73.1.2 熱力管道系統(tǒng)的選擇73.2 熱力管道系統(tǒng)的布置與敷設(shè)83.2.1 熱力管道系統(tǒng)的布置方式83.2.2 熱力管道系統(tǒng)的敷設(shè)原則93.2.3 熱力管道系統(tǒng)的材料及連接93.2.4 熱力管道系統(tǒng)的附件與設(shè)施93.3 熱源103.4 本章小結(jié)10第4章水力計算114.1 水力計算的任務(wù)114.2 水力計算的原理114.

13、3 水力計算的實例134.3.1 一級網(wǎng)水力計算實例134.3.2 二級網(wǎng)水力計算實例164.4 水壓圖184.4.1 水壓圖的作用184.4.2 水壓圖繪制滿足的基本技術(shù)要求194.4.3 水壓圖繪制實例194.5 本章小結(jié)21第5章水力工況225.1 水力工況基本原理225.1.1 管網(wǎng)特性曲線225.1.2 循環(huán)水泵流量-揚程特性曲線及其方程235.2 水力工況的分析與計算235.2.1 管網(wǎng)特性曲線的確定235.2.2 循環(huán)水泵的性能曲線的確定。245.2.3 水泵與管網(wǎng)聯(lián)合特性曲線255.3 水力工況的穩(wěn)定性265.4 本章小結(jié)26第6章運行調(diào)節(jié)276.1 運行調(diào)節(jié)形式276.2 運

14、行調(diào)節(jié)原理276.3 運行調(diào)節(jié)實例296.4 本章小結(jié)30第7章管道熱補償及應(yīng)力計算317.1 熱補償317.1.1 熱補償設(shè)計原則317.1.2 熱伸長量的計算317.1.3 補償器選型317.2 管道應(yīng)力計算327.2.1 管道理論壁厚計算327.2.2 熱力管道固定支吊架間距327.2.3 活動支架計算間距337.3 本章小結(jié)33第8章?lián)Q熱站348.1 換熱站簡述348.2 換熱站設(shè)計原則358.3 換熱站布置要求358.4 本章小結(jié)35第9章設(shè)備及附件選型369.1 換熱器369.2 熱網(wǎng)循環(huán)水泵379.3 補給水泵389.4 補給水箱399.5 綜合水處理器409.6 除污器419.

15、7 本章小結(jié)41第10章管道的保溫及防腐4210.1 管道的保溫及防腐的原則4210.2 管道的保溫及防腐的計算4210.2.1 保溫層厚度計算4210.2.2 散熱損失計算4310.2.3 管道防腐4410.3 本章小結(jié)44結(jié)論45參考文獻46致謝48附錄1 小區(qū)采暖熱負荷統(tǒng)計49附錄2 水力計算表格53附錄3 水泵樣本60附錄4 套筒補償器規(guī)格表63附錄5 板式換熱器樣本64第1章 緒 論1.1概述中國社會進入小康水平之后，溫飽問題“不知不覺”的就解決了。這樣人們的注意力順其自然地轉(zhuǎn)移到對居住環(huán)境的改善。對環(huán)境的控制取決于四個主要因素：溫度、濕度、空氣潔凈度和空氣流速。對于北方廣大地區(qū)來說

16、溫度的改變是至關(guān)重要的，依次而展開的供熱工程應(yīng)運而生。供熱工程主要分為內(nèi)網(wǎng)（建筑物供暖工程）、外網(wǎng)（集中供熱工程）兩個層面。雖然有些具體的設(shè)計與計算原則不太一樣，但系統(tǒng)的組成都是一樣的，即：熱源（熱媒制備）、熱網(wǎng)（熱媒輸送）和熱用戶（熱媒利用）。并且大體上的水力計算特色都是以控制比摩阻來實現(xiàn)（也有控制流速的）對管徑的選擇。我國的供暖事業(yè)起步于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時是以蘇聯(lián)供暖技術(shù)為依據(jù)的。經(jīng)過廣大的建環(huán)（暖通空調(diào)）前輩們的辛勤努力，終于在1987年頒布了適合我國國情特色的采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范（GBJ 19-87）。其中對于供暖室外計算溫度和熱負荷確定及計算方法和原則，同先進國家的規(guī)范相比

17、，毫不遜色。不過應(yīng)看到我國的科研理論水平非常高，但與之相匹配的具體實踐工作則很不到位。這也是我們建環(huán)人今后努力發(fā)展的方向1。1.2 設(shè)計目的及意義1.2.1設(shè)計目的本次設(shè)計的主要目的就是讓我們這些在象牙塔中的學(xué)生走進理想狀態(tài)下的實際工作。更為著重的進行思維工程化的培養(yǎng)。使得理論聯(lián)系實際的能力及一步加強?！拔哪軐Ｐ母阊芯?，武能精致做項目”。為了較好的鍛煉自己的設(shè)計能力，較為廣泛的查閱建環(huán)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和圖集手冊等專業(yè)資料。設(shè)計過程中也體現(xiàn)了自己的小想法，采用了一些非傳統(tǒng)的設(shè)計模式，所謂創(chuàng)新，就應(yīng)該從小處開始。1.2.2設(shè)計意義從宏觀方面來分析具有以下三個方面：1、經(jīng)濟效益：集中供熱系統(tǒng)的熱容量大

18、、熱效率高，可以大大降低供熱設(shè)計及運營管理等成本，為國家節(jié)約能源立下汗馬功勞。2、環(huán)境效益：集中供熱系統(tǒng)不僅能提供穩(wěn)定的可靠的高品位能源，還有利于城鎮(zhèn)的美化。能夠使城鎮(zhèn)的整體形象明顯提升，從某種意義上實現(xiàn)人與自然和諧相處。3、社會效益：集中供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對分散式供熱來說，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡潔優(yōu)化非常明顯，能夠有效的利用城市有效空間，同時大大改善了社會管理。1.3 自然地理概況太原為中國的能源和重工業(yè)基地之一。太原臺站的地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°33，北緯37°47。海拔778.3m。地處于寒冷B區(qū)。太原屬北溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均氣溫10.0，最大凍土深度

19、為72cm。供暖日期為11.0603.26共141天。1.4 工程概況本設(shè)計為太原某師范學(xué)院集中供熱熱水網(wǎng)路設(shè)計，校園構(gòu)成多樣化，主體為教學(xué)樓和居住樓，還有少量的商業(yè)建筑及醫(yī)院。建筑面積：1321119m²供暖熱負荷：76730kw第2章 熱負荷供暖系統(tǒng)熱負荷是供暖系統(tǒng)設(shè)計中最基本的數(shù)據(jù)。它直接影響供暖系統(tǒng)方案的選擇。系統(tǒng)熱負荷的大小及其性質(zhì)是供熱規(guī)劃和設(shè)計的最重要的依據(jù)。熱負荷的科學(xué)準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到節(jié)能的根本成敗。2.1熱負荷統(tǒng)計原理因為是對集中供熱系統(tǒng)進行初步設(shè)計，所以不具備較準(zhǔn)確的建筑物熱負荷資料。根據(jù)城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范：當(dāng)沒有建筑物設(shè)計熱負荷資料時，各種熱負荷可采用概略計

20、算方法。具體分為體積熱指標(biāo)法或面積熱指標(biāo)法。對于體積熱指標(biāo)法，雖然物理概念明確清晰，但采用建筑面積熱指標(biāo)法計算很簡便，是國內(nèi)外普遍采用的方法，所以本次設(shè)計采用該種方法。并且在總結(jié)我國許多單位進行建筑物供暖熱負荷的理論計算和實測數(shù)據(jù)工作的基礎(chǔ)上，我國城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范（CJJ34-2010）給出了供暖面積熱指標(biāo)的推薦值。2.2熱負荷計算方法集中供熱熱負荷主要由供暖設(shè)計熱負荷、通風(fēng)設(shè)計熱負荷、生活用熱的設(shè)計熱負荷和生產(chǎn)工藝熱負荷組成。它同室內(nèi)供暖為了突出主要問題，本次設(shè)計熱負荷僅采用采暖熱負荷。采暖熱負荷是城市集中供熱系統(tǒng)中最重要的負荷，它的設(shè)計熱負荷占全部設(shè)計熱負荷的80%-90%以上（不包生

21、產(chǎn)工藝用熱），采暖設(shè)計熱負荷的概算采用面積熱指標(biāo)進行計算4，如式（2.1）：（2.1）式中 采暖設(shè)計熱負荷，；采暖建筑物的建筑面積，；采暖熱指標(biāo)，；即每平方米建筑的供暖設(shè)計熱負荷。其推薦值見表2.1；表2.1 采暖熱指標(biāo)推薦值 （）建筑類型住宅居住區(qū)綜合醫(yī)院托幼旅館商店未采取節(jié)能措施58646067658065706580采取節(jié)能措施40454555557050605570注1表中數(shù)據(jù)適合于我國東北、華北、西北地區(qū)。2熱指標(biāo)已包括5%的管網(wǎng)熱損失。由于該小區(qū)為新建小區(qū)，采用了較好的節(jié)能措施，故計算時采用上表中的采取節(jié)能措施的采暖推薦熱指標(biāo)5。以1號用戶（學(xué)生公寓）為例。建筑面積36000m2，

22、按住宅算取熱指標(biāo)為45W/m2，所以供暖熱負荷=1620000W=1620kW。供暖設(shè)計熱負荷計算結(jié)果見附錄1。2.3熱負荷延續(xù)時間圖在供熱工程規(guī)劃設(shè)計過程中，需要繪制熱負荷延續(xù)時間圖。其特點為熱負荷不是按出現(xiàn)時間的先后來排列，而是按其數(shù)值的大小來排列。2.3.1 熱負荷延續(xù)時間圖的意義通過繪制熱負荷延續(xù)時間圖，能夠清楚的顯示出不同大小的供暖負荷在整個采暖季節(jié)累計耗熱量，以及它在整個采暖季節(jié)總耗熱量中所占的比重，這對于城市集中供熱規(guī)劃方案進行技術(shù)經(jīng)濟分析時，具有十分重要的意義。2.3.2 熱負荷延續(xù)時間圖的原理熱負荷延續(xù)時間圖需要有熱負荷隨室外溫度變化曲線和室外氣溫變化規(guī)律的資料才能繪制。供暖

23、熱負荷隨室外溫度變化曲線：先求出某一室外溫度下的供暖熱負荷，如式（2.2） （2.2）式中 在室外溫度下的供暖熱負荷，W;供暖設(shè)計熱負荷，W;某一室外溫度，；供暖室外計算溫度，；室內(nèi)計算溫度，取18。供暖熱負荷延續(xù)時間圖公式，如公式（2.3）： N5 = （2.3） 5<N式中供暖期總天數(shù)，太原取141天；N延續(xù)天數(shù)。2.3.3 熱負荷延續(xù)時間圖的繪制熱負荷隨室外溫度變化曲線圖如圖2.1，熱負荷延續(xù)時間圖如圖2.2。圖2.1 熱負荷隨室外溫度變化曲線圖圖2.2 供暖熱負荷延續(xù)時間圖2.4本章小結(jié)本章是對供熱工程最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)熱負荷，進行計算。集中供熱的熱負荷計算方法由于其固有的結(jié)構(gòu)特性，很

24、難真正精確的計量，從而采用工程實踐估算的方法。本章的另一特色體現(xiàn)在供暖熱負荷延續(xù)時間圖的繪制上，一改之前的手動繪圖方法，轉(zhuǎn)化為依靠Mathcad Prime軟件的智能繪圖，這也為熱負荷的進一步定量精確化打下基礎(chǔ)。第3章 供熱方案供熱方案的優(yōu)劣直接影響到節(jié)能環(huán)保的實際效果。這部分是最具技術(shù)性的內(nèi)容。3.1熱力管道系統(tǒng)及選擇本次設(shè)計主要內(nèi)容為熱水管道。相應(yīng)的分析也以此展開。3.1.1熱力管道系統(tǒng)的分類按照介質(zhì)分類：1、低溫水管道，供水溫度95，回水溫度70。2、高溫水管道，供水溫度與回水溫度有三種組合：15090、13070、11070。本次設(shè)計一級網(wǎng)供回水溫度定為130/70；二級網(wǎng)供回水溫度定

25、為80/60。3.1.2 熱力管道系統(tǒng)的選擇1、熱水制備方式（1）利用鍋爐制備熱水 例如用各種型號的熱水鍋爐、蒸汽熱水兩用鍋爐，以及由已有的蒸汽鍋爐改裝的熱水鍋爐制備熱水。本設(shè)計并未進行鍋爐設(shè)計一次網(wǎng)直接連接市政熱網(wǎng)。（2）利用熱交換器（換熱器）制備熱水 以高溫水為熱媒，通過熱交換器將低溫水加熱供應(yīng)各用戶用。本設(shè)計二級網(wǎng)的熱水制備方式便采用此方法。2、熱水的定壓方式定壓方式非常多，比如補水泵定壓、膨脹水箱定壓、氮氣定壓、蒸汽定壓等。無論哪種方式都得滿足以下原則：（1）循環(huán)水泵運行時，應(yīng)該保證系統(tǒng)不會有汽化發(fā)生。（2）循環(huán)水泵關(guān)閉時，系統(tǒng)的靜水壓線高于同系統(tǒng)直接相連熱用戶的最大水壓。（3）無論循

26、環(huán)水泵運行或是關(guān)閉，系統(tǒng)壓力不得超過散熱器的允許壓力。（4）定壓裝置必須操作簡單。（5）定壓裝置的投資最節(jié)約。（6）采用惰性氣體定壓時，應(yīng)使消耗其體量最少。本次設(shè)計采用補水泵定壓方式，圖3.1為定壓方式示意圖。圖3.1 補給水泵定壓方式示意圖3.2熱力管道系統(tǒng)的布置與敷設(shè)確定管道的布置方式時應(yīng)充分的考慮到管道線路所在地區(qū)的氣象、水文、地形地貌、建筑物及構(gòu)筑物、交通運行情況，并考慮到技術(shù)經(jīng)濟合理、施工維修管理方便等因素。最后還應(yīng)取得城市規(guī)劃等相關(guān)的行政部門的同意。3.2.1 熱力管道系統(tǒng)的布置方式1、熱力管道的布置按供熱管網(wǎng)的形狀分為枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)。其對比如表3.1。2、地處山區(qū)的熱力管道，

27、布置時應(yīng)特別注意地形特點，因地制宜的布置管線，并應(yīng)注意地質(zhì)滑坡和洪峰口對管線的不利影響。3、熱水供熱管網(wǎng)宜采用閉式雙管制6。表3-1 枝狀管網(wǎng)與環(huán)狀管網(wǎng)優(yōu)缺點對比管網(wǎng)形式優(yōu)缺點枝狀網(wǎng)路環(huán)狀網(wǎng)路優(yōu)點系統(tǒng)簡單、造價低、運行管理方便，是最常見的形式。它的管徑隨著到熱源的距離增加而減小具有供熱的后備性能，運行可靠安全缺點沒有供熱的后備性能，即一旦網(wǎng)路某處發(fā)生事故，在損壞地點以后的所有用戶均將中斷供熱，甚至造成整個系統(tǒng)停止供熱投資和金屬消耗量都很大，實際工程中極少采用3.2.2 熱力管道系統(tǒng)的敷設(shè)原則供熱管線平面位置的確定，即定線，其布置原則是應(yīng)在城市建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)下，綜合考慮熱負荷分布、熱源位置，與各

28、種地上、地下管道及構(gòu)造物、園林綠地的關(guān)系和水文、地質(zhì)條件等多種因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。供熱管道平面位置的確定，應(yīng)遵守如下的基本原則1：1、經(jīng)濟上合理 主干線力求短直，主干線盡量走熱負荷集中區(qū)。要注意管線上的閥門、補償器和某些管道固件（如放氣、放水、疏水等裝置）的合理布置，因為這將涉及到檢查室（或操作平臺）的位置和敷設(shè)，應(yīng)盡可能使其數(shù)量減少。2、技術(shù)上可靠 供熱管線應(yīng)盡量避開土質(zhì)松軟、地震斷裂帶、滑坡危險地帶以及地下水位高等不利地段。3、對周圍環(huán)境影響少而協(xié)調(diào) 供熱管線應(yīng)少穿越主要交通線。一般平行于道路中心線并應(yīng)盡量敷設(shè)在車行道以外的地方。通常情況下管線應(yīng)只沿街道的一側(cè)敷設(shè)。地上敷設(shè)的管道，不

29、應(yīng)影響城市環(huán)境美觀，不妨礙交通。供熱管道與各種管道、構(gòu)筑物應(yīng)協(xié)調(diào)安排，相互之間的距離，應(yīng)能保證運行安全、施工及檢修方便。熱力網(wǎng)管道的位置還應(yīng)符合下列規(guī)定：熱水熱力管道地下敷設(shè)時，應(yīng)優(yōu)先采用直埋敷設(shè)；熱水或蒸汽管道采用地溝敷設(shè)時，應(yīng)首選不通行地溝敷設(shè)；穿越不允許開挖檢修的地段時，應(yīng)采用通行地溝敷設(shè)。供熱管道與建筑物、構(gòu)筑物或其他管線的最小水平凈距和最小垂直凈距應(yīng)該嚴(yán)格的參閱城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定。3.2.3 熱力管道系統(tǒng)的材料及連接1、城市熱力管道應(yīng)采用無縫鋼管、螺旋縫埋弧焊鋼管或螺旋縫高頻焊接鋼管。材質(zhì)應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)定7。2、熱力管道的連接應(yīng)采用焊接；有條件時管道與設(shè)備、閥門等連接

30、也應(yīng)采用焊接。當(dāng)設(shè)備、閥門等需要拆卸時，應(yīng)采用法蘭連接。3、彎頭的壁厚不應(yīng)小于管道壁厚。焊接彎頭應(yīng)雙面焊接。3.2.4 熱力管道系統(tǒng)的附件與設(shè)施1、熱力管道干線、支干線、支線的起點應(yīng)安裝關(guān)斷閥門。2、熱水熱力網(wǎng)干線應(yīng)裝設(shè)分段閥門。其間距宜為：輸送干線，200300m；輸配管線10001500m。3、地下敷設(shè)管道安裝套筒（管）補償器、閥門、放水和除污裝置等設(shè)備附件時應(yīng)設(shè)檢查室（井）。應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）人行通道寬度不小于0.6m。（2）干管保溫結(jié)構(gòu)表面與檢查室（井）地面距離不小于0.6m。（3）檢查室（井）地面應(yīng)低于管溝內(nèi)底不小于0.3m。（4）檢查室（井）其他要求見城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范，不在

31、贅述。3.3熱源熱源是供熱工程的動力來源，所有的管網(wǎng)設(shè)計都是用來對熱源能量的分配。目前我國應(yīng)用最廣泛的是：區(qū)域鍋爐房和熱電廠。此外也可以利用諸如核能、地?zé)?、工業(yè)余熱等作為供熱系統(tǒng)的熱源。圖3.2為鍋爐房效果圖。本次設(shè)計一次網(wǎng)熱源采用市政供熱，二級管網(wǎng)采用換熱站。圖3.2 熱源鍋爐房效果3.4 本章小結(jié)供熱方案的確定最是能體現(xiàn)一個設(shè)計者的能力的。好的方案自然你好我好大家好，不好的方案肯定損害大家的利益。然而難點在于好的方案和不好的方案并沒有嚴(yán)格的界限之分，它受實際的工程條件的影響很深刻。這就要求我們必須接地氣，必須進行實際工作經(jīng)驗的積累。第4章 水力計算設(shè)計熱水供暖系統(tǒng)，為使系統(tǒng)中各管段的水流量

32、負荷設(shè)計要求，以保證熱用戶的水流量符合要求，就要進行水力計算。4.1水力計算的任務(wù)管道水力計算的任務(wù)：根據(jù)介質(zhì)流量和允許的壓力損失，確定管徑或根據(jù)管徑和介質(zhì)流量來驗算壓力損失。根據(jù)熱水網(wǎng)路水力計算結(jié)果，不僅能確定網(wǎng)路各管段的管徑，而且還可以確定網(wǎng)路循環(huán)水泵的流量和揚程。在熱水網(wǎng)路水力計算的基礎(chǔ)上繪制出水壓圖，可以確定管網(wǎng)與用戶的連接方式，選擇網(wǎng)路和用戶的自控措施，還可進一步對網(wǎng)路工況，亦即對網(wǎng)路熱媒的流量和壓力狀況進行分析，從而掌握網(wǎng)路中熱媒流動的變化規(guī)律。4.2 水力計算的原理1、確定網(wǎng)路中熱媒的計算流量供熱系統(tǒng)中網(wǎng)路各管的計算流量就是該管段所負擔(dān)的各個用戶的計算流量之和，見公式（4.1）1

33、。（4.1）式中：計算流量，；供暖用戶系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷，；網(wǎng)路的設(shè)計供回水溫度，；水的質(zhì)量比熱，c=4.1868 ；采用不同計算單位的系數(shù)。2、確定網(wǎng)路的主干線及沿程比摩阻熱水網(wǎng)路水力計算從主干線（網(wǎng)路中平均比摩阻最小的管線）開始計算，一般情況下，熱水網(wǎng)路各用戶要求預(yù)留的作用壓差是基本相等的，所以通常熱負荷最大熱源距用戶最遠的管線是主干線。主干線的平均比摩阻R的值，對確定整個管網(wǎng)的管徑起著決定性作用。如選用的比摩阻R值越大，需要的管徑越小，因而降低了管網(wǎng)的基建投資和熱損失，但網(wǎng)路循環(huán)水泵的基建投資及運行電耗隨之增大。本設(shè)計一級網(wǎng)主干線設(shè)計經(jīng)濟比摩阻按3070Pa/m6進行計算；二級網(wǎng)屬于街區(qū)其

34、主干線設(shè)計經(jīng)濟比摩阻按60100Pa/m6。3、根據(jù)網(wǎng)路主干線管路各管段的流量和平均比摩阻，利用軟件（鴻業(yè)水力計算器）計算值，確定主干線標(biāo)準(zhǔn)管徑和相應(yīng)的比摩阻即實際比摩阻。4、采用當(dāng)量長度法， 由供熱工程1附錄9-2，由公式（4.2）3確定管段局部阻力當(dāng)量長度的總和以及管段的折算長度。（4.2）式中折算長度，m。L管道長度，m。5、根據(jù)管徑的折算長度Lzh，以及所對應(yīng)管段的實際比摩阻，計算主干線各管段的壓降，并求出主干線的總壓降。（4.3）6、確定管段的主干線管徑后，就可以用同樣的方法確定分支管線的管徑。為了滿足網(wǎng)路中各用戶的作用壓差平衡，必須使各并聯(lián)管路的壓降大致相等，故并聯(lián)支線的控制比摩阻

35、需用式（4.3）2進行計算（4.4）式中控制比摩阻，Pa/m；P資用壓降，即與直線并聯(lián)的主干線的壓降，Pa；考慮局部阻力的管段折算長度；一級網(wǎng)采用局部阻力折算長度統(tǒng)計計算；二級網(wǎng)的局部阻力折算長度按沿程阻力管線長度的30%計。根據(jù)式（4.4）可得到支線的推薦比摩阻，結(jié)合管段的流量可確定支線的公稱直徑、實際比摩阻及實際壓降。但為了滿足熱水網(wǎng)路中各熱用戶的資用壓差，必須提高近環(huán)路用戶支管的比摩阻，以消耗其剩余壓差。但管內(nèi)流速不能超過限定流速，同時比摩阻不大于300 Pa/m6，最大流速不應(yīng)大于3.5m/s。4.3水力計算的實例4.3.1一級網(wǎng)水力計算實例一級網(wǎng)水力計算草圖如圖4.1所示。圖4.1

36、一級網(wǎng)水力計算草圖1、最不利（主干、支干）線的計算對于4號換熱站（支干2）：=291.2t/h其他管段的設(shè)計流量的計算方法同上。各管段的設(shè)計流量列入表4-2第3欄。并將已知的各管段的長度列入表4-2的第4欄。從主干1開始到1號換熱站（熱力站）的距離同主干1到4號換熱站（熱力站）的距離差不多。所以上圖所示主干、分干的計算比摩阻都以3070Pa/m作為標(biāo)準(zhǔn)。主干1：由表4-2得到計算流量=1099.8t/h通過鴻業(yè)水力計算器得到一級網(wǎng)主干1對應(yīng)的管徑、比摩阻及流速。DN=500mm；R=42.63Pa/m；v=1.528m/s。主干1的局部阻力的當(dāng)量長度，可由參考文獻8的表6-1查取，得DN500

37、的套筒補償2個 2×15.8mDN500的閥門1個 1×5.3m局部當(dāng)量長度為 Ld=36.9m管段AB的折算長度 Lzh=36.9+500.6=537.5m管段AB的壓力損失 =22911Pa同樣的算法可以確定一級網(wǎng)各個主干、支干的管徑與壓力損失。各管段的局部阻力如表4.1所示，各主干、支干的管徑和壓力損失計算結(jié)果列于表4.2。表4.1 一級網(wǎng)主干、支干局部阻力當(dāng)量計算表管段編號彎頭（單縫焊接）三通閥門異徑接頭套筒（管）補償器主干11×5.32×15.8主干21×21.8分支1×25.21×4.31×52

38、5;10.1主干31×14.4分支1×16.72×3.733×6.66支干1分支1×25.21×52×10.1支干22×18.1直通1×13.91×4.171×1.43×8.34表4.2 一級網(wǎng)主干、支干水力計算表管段編號計算負荷 Q（kW）計算流量 G（t/h）管段長度 L（m）公稱直徑 DN（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）當(dāng)量長度Ld（m）折算長度Lzh（m）壓力損失 P（Pa）累計損失 P（Pa）一級網(wǎng)主干管計算表（經(jīng)濟比摩阻為3070Pa/m）主干176

39、730.01099.8500.65001.52842.6336.9537.522911105608主干240592.8581.8359.53501.58369.5876.5436.03033782697主干316101.2230.8664.62501.28872.4158.54723級網(wǎng)支干管計算表（控制比摩阻為3070Pa/m）支干136137.2518.0379.53501.40955.1850.4429.92372259561支干220319.2291.2737.93001.12443.7880.69818.635839358392、支線計算對于支2（4號熱力站

40、）為例進行各個支線的水力計算。支2的資用壓力為：Pa設(shè)局部阻力損失與沿程損失估算比值=0.2，則比摩阻大致應(yīng)控制為：Pa/m由于853.3>300，所以控制比摩阻最大也應(yīng)小于300Pa/m。根據(jù)和=226.7t/h，通過鴻業(yè)水力計算器得支2對應(yīng)的管徑、比摩阻及流速DN=500mm；R=42.63Pa/m；v=1.528m/s。支2的局部阻力的當(dāng)量長度，可由參考文獻8的表6-1查取，得：DN300分支三通1個 2×12.6mDN300的閥門2個 2×3.36m局部當(dāng)量長度為 Ld=19.32m管段支2的折算長度 Lzh=19.32+35.0=54.3m管段支2的壓力損失

41、 =9236Pa由于9236Pa<35839Pa，為保證管線正常壓力，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥分壓。用同樣的方法，可計算支線線的其余管段。確定其管徑和壓力損失。管段的局部阻力如表4.3所示，管徑和壓力損失計算結(jié)果列于表4.4。表4.3 一級網(wǎng)支線局部阻力當(dāng)量長度計算表管段編號彎頭（單縫焊接）三通閥門異徑接頭套筒（管）補償器支11×18.1直通1×13.91×4.171×1.43×8.34支2分支1×12.62×3.36表4-4 一級網(wǎng)支線管段水力計算表管段編號計算負荷 Q（kW）計算流量 G（t/h）管段長度 L（m）公稱直徑 D

42、N（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）當(dāng)量長度Ld（m）折算長度Lzh（m）壓力損失 P（Pa）一級網(wǎng)支管計算表支124491.6351.0728.53001.35563.5262.59791.150247支215818.0226.735.02001.774170.0319.3254.392364.3.2二級網(wǎng)水力計算實例二級網(wǎng)的水力計算與一級網(wǎng)基本相同，主要區(qū)別為：二級網(wǎng)隸屬于街區(qū)，其經(jīng)濟比摩阻為60100Pa/m；局部阻力折算長度用局延比（局部阻力損失與沿程阻力損失的估算比值）進行計算，本次設(shè)計局延比設(shè)定為0.3。圖4.2 二級網(wǎng)3號熱力站水力計算草圖1、最不利線的計算主干1：計

43、算流量為各個熱用戶流量的總和t/h使用鴻業(yè)水力計算器求得二級網(wǎng)主干1對應(yīng)的管徑、比摩阻及流速。DN=350mm；R=93.41Pa/m；v=1.816m/s。管段主干1的折算長度=102.1×（1+0.3）=132.8m管段主干1的壓力損失=12401Pa同樣的算法可以確定二級網(wǎng)各個主干線的管徑與壓力損失。主干線的管徑和壓力損失計算結(jié)果列于表4.5。表4.5 3號熱力站二級網(wǎng)水力計算表管段編號計算負荷 Q（kW）計算流量 G（t/h）管段長度 L（m）公稱直徑 DN（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）當(dāng)量長度Ld（m）折算長度Lzh（m）壓力損失 P（Pa）累計損失 P（P

44、a）二級網(wǎng)三號熱力站計算表（經(jīng)濟比摩阻為60100Pa/m）主干115818.0680.2102.13501.81693.4130.6132.81240175039主干29840.0423.1139.43001.60290.6441.8181.21642062638主干38220.0353.5141.93001.33863.3642.6184.41168646218主干46840.0294.152.82501.610115.4715.868.6792034532主干55820.0250.395.52501.37083.7228.7124.21039626612主干63720.0160.0102

45、.12001.22883.4830.6132.81108416216主干73180.0136.764.62001.05061.1119.484.0513251322、支線的水力計算對支1（62號）線為例進行二級網(wǎng)支線計算。支1的資用壓力為：Pa設(shè)局部阻力損失與沿程損失估算比值=0.2，則比摩阻大致應(yīng)控制為：Pa/m由于38.7<400，所以控制比摩阻只需在38.7Pa/m左右即可。根據(jù)和=23.2t/h，通過鴻業(yè)水力計算器得支2對應(yīng)的管徑、比摩阻及流速DN=100mm；R=34.0Pa/m；v=0.747m/s。依次計算二級網(wǎng)各支線管段；水力計算見表 4.6。表4.6 二級網(wǎng)3號換熱站支

46、線水力計算表管段編號計算負荷 Q（kW）計算流量 G（t/h）管段長度 L（m）公稱直徑 DN（mm）流速 v（m/s）比摩阻R（Pa/m）當(dāng)量長度Ld（m）折算長度Lzh（m）壓力損失 P（Pa）支1540.023.234.01000.74778.1010.244.13447支22100.090.36.01251.902380.811.87.82970支31020.043.984.51001.411276.3725.3109.830356支41380.059.341.91251.250165.0412.654.48984支51620.069.767.61251.467227.0920.387

47、.819948支65978.0257.184.72001.973214.7125.4110.1236393、其他換熱站下的二級網(wǎng)水力計算表參見附錄1。4.4水壓圖熱水網(wǎng)路設(shè)計和運行中，常常以水壓圖的形式表示出系統(tǒng)各點壓力大小和分布情況。如供暖區(qū)域的地形，室外熱力管網(wǎng)連接的各用戶室內(nèi)系統(tǒng)的高度、循環(huán)輸泵的揚程以及全部管網(wǎng)、用戶系統(tǒng)的壓力損失等，都直接影響水壓圖的變化。4.4.1水壓圖的作用繪制水壓圖可以較為全面地反映熱網(wǎng)和各熱用戶的壓力狀況，并確定使其實現(xiàn)的技術(shù)措施。在運行中，通過熱水管路的實際水壓圖，可以全面地了解整個系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中或出現(xiàn)故障時的壓力狀況，從而發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵性的矛盾和采取必要的技術(shù)

48、措施，保證管網(wǎng)的安全運行。4.4.2水壓圖繪制滿足的基本技術(shù)要求熱水全年供熱系統(tǒng)在運行或停止運行時，系統(tǒng)內(nèi)熱媒的壓力必須滿足下列基本技術(shù)要求：1、管網(wǎng)最高點的水不會被汽化，并應(yīng)有3050kPa的富裕壓力6。當(dāng)水溫超過100時，壓力不應(yīng)低于該水溫下的汽化壓力和富裕壓力之和。水溫在100150時的汽化壓力見表4.7。表4.7 不同水溫下的汽化壓力水溫/100110120130140150汽化壓力/kPa045.08100.94172.48263.62378.282、不應(yīng)使低點的用熱設(shè)備破裂。目前國內(nèi)散熱器允許壓力如下：鑄鐵散熱器 0.4MPa；鋼排管散熱器 1.0MPa；鋼制板式換熱器 0.50.

49、8Mpa。3、當(dāng)循環(huán)水泵工作時，供水管網(wǎng)任何一點的壓力都應(yīng)滿足上述要求。4、當(dāng)循環(huán)水泵工作時，回水管網(wǎng)任何一點的壓力，不應(yīng)低于50kPa，且不應(yīng)超過直接連接用戶的系統(tǒng)的允許壓力值。5、供、回水管網(wǎng)的壓差，應(yīng)滿足用戶系統(tǒng)所需要的壓頭或設(shè)備阻力損失。常用設(shè)備所需的壓頭推薦值為2：水-水加熱器系統(tǒng) 100kPa；供暖系統(tǒng) 20kPa；除污器阻力 10150kPa。4.4.3 水壓圖繪制實例本例以二級網(wǎng)3號熱力站為例。有兩種繪制方法：根據(jù)給定的比摩阻值和局部阻力所占的比例，確定一個平均比壓降，亦即確定回水管動水壓的坡度，初步繪制回水管動水壓線；已知熱水網(wǎng)路水力計算結(jié)果，可按各管段的實際壓力損失，確定回

50、水管動水壓線。本例采用第二種。1、先畫出OX、OY坐標(biāo)軸，OX橫坐標(biāo)表示距離m，OY縱坐標(biāo)表示高度m、O點為循環(huán)水泵的入口高度。隨后將建筑物同換熱站的直線段、分值段的距離，地面標(biāo)高和建筑物高度標(biāo)示在圖上，水壓示意見圖4.3，詳細圖見圖紙RS-07。2、靜水壓線（地面標(biāo)高+最高建筑物標(biāo)高+汽化壓力+富裕壓力）max。地面設(shè)為平坦，標(biāo)高為0；最高建筑物為用戶56號（圖書館）標(biāo)高30m；二級網(wǎng)供水溫度為80，汽化壓力為0；富裕壓力為35m。所以靜水壓線為35m。3、回水管動水壓線，為n段管線的壓力損失；為第n段管線的壓力損失；取靜水壓線的高度。例如主干1管段的壓力損失為1.24m，所以主干1和支6的

51、交點高度為35+1.24=36.24m；主干2管段的壓力損失為1.64m，所以主干2和支5的交點高度為36.24+1.64=37.88m。其余以此類推。4、最不利用戶的資用壓差（用戶的內(nèi)部阻力）為510 m，本設(shè)計最不利用戶為59號（醫(yī)學(xué)教學(xué)樓）的資用壓差取6m。5、供水管動水壓線計算方法同回水管的一樣（設(shè)定供回水壓降相等）。起算基點定位最不利用戶水壓上限48.5m。最后累加。6、站內(nèi)損失在本次設(shè)計只包括水一水加熱器（10m）和供暖系統(tǒng)（2m）共計12m。圖4.3 3號熱力站水壓圖示意4.5 本章小結(jié)水力計算是完美體現(xiàn)自然科學(xué)通過數(shù)學(xué)規(guī)律對現(xiàn)實生活進行規(guī)劃的工具。水力計算是一切供熱工程后續(xù)工作

52、的科學(xué)依據(jù)。所以合理科學(xué)的水力計算是值得每一位建環(huán)人不懈追求。具體的枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)的計算程序是不太一樣的。本次設(shè)計僅體現(xiàn)了枝狀管網(wǎng)的設(shè)計方法。這在實際工程中是遠遠不夠的，為此還要加大對環(huán)狀管網(wǎng)的學(xué)習(xí)。第5章 水力工況5.1水力工況基本原理5.1.1管網(wǎng)特性曲線在供熱管網(wǎng)中，水流狀態(tài)大多處于阻力平方區(qū)。于是，流體的壓力損失與相關(guān)流量遵從二次冪的關(guān)系。如公式5.1。（5.1）式中網(wǎng)路計算管道的壓降，Pa；網(wǎng)路計算管道水流量，m³/h；網(wǎng)路計算管道的阻抗，Pa/(m³/h)2；網(wǎng)路計算管道的比摩阻，Pa/m；、網(wǎng)路計算管道的長度和局部阻力當(dāng)量長度，m。熱水網(wǎng)路可以想象成電路一

53、樣，有許多的串聯(lián)管段和并聯(lián)管段組成的。串聯(lián)管線，總阻抗為串聯(lián)管線阻抗之和，如公式（5.2）。（5.2）式中 串聯(lián)管線的總阻抗；各串聯(lián)管線的阻抗。并聯(lián)管線，總阻抗的平方根倒數(shù)為并聯(lián)管線阻抗平方根倒數(shù)之和，如公式（5.3）。（5.3）式中 并聯(lián)管線的總阻抗；各并聯(lián)管線的阻抗。根據(jù)上述計算方法，可以逐次的計算整個熱水網(wǎng)路最不利環(huán)路的總阻抗值。所以供熱管網(wǎng)最不利環(huán)路的總阻力為。5.1.2 循環(huán)水泵流量-揚程特性曲線及其方程熱網(wǎng)循環(huán)水泵的流量與揚程遵從的函數(shù)關(guān)系可表示為，一般水泵的實際特性曲線有水泵廠家來提供。出于定量分析供熱系統(tǒng)水力工況的變化，可以用代數(shù)方法來描述，本次采用插入法建立特性曲線方程。從廠

54、家樣本中讀取若干組流量與揚程的數(shù)據(jù)。流量數(shù)據(jù)為：對應(yīng)流量的揚程為：根據(jù)上述數(shù)組，采取差值方法得出流量和揚程的代數(shù)方程如公式（5.4）：（5.4）式中 循環(huán)水泵的流量；循環(huán)水泵的揚程；性能曲線的相關(guān)系數(shù)。當(dāng)樣本數(shù)據(jù)數(shù)n=3，由拉格朗日二次插值公式得出式（5.4）的系數(shù)：5.2 水力工況的分析與計算5.2.1 管網(wǎng)特性曲線的確定本次以3號換熱站（熱力站）的二級網(wǎng)為例進行計算。根據(jù)運轉(zhuǎn)工況下的流量與壓降求得網(wǎng)路干管（包括供回水管）和個熱用戶（支線）的阻抗S。流量圖如圖5.1。對59用戶（主干7）。已知流量136.7m³/h（熱水密度設(shè)定為1000kg/m³），壓力損失為5132Pa，根據(jù)式（5.1）=0.27 Pa/(m³/h)²圖5.1 3號熱力站用戶流量圖同理能夠求出管路干管和各熱用戶的阻抗S，結(jié)果見表5.1