长春供热课程设计说明书

室内采暖课程设计

设计题目：长春市时尚新苑小区采暖系统设计

专业年级：建环2008级

学生姓名：

学号：

指导教师：

课程设计任务书

一、设计题目

长春市时尚新苑小区采暖系统设计

二、原始资料

1、建筑物修建地点：长春市。

2、土建资料：建筑物的平、立面图。

3、其他资料：

热源：独立锅炉房；

设计供回水温度：95/70C ；

建筑物周围环境：室内、无遮挡。

三、设计内容和要求

1、设计应包括以下主要内容：

（1）计算供暖设计热负荷

（2）布置管道和散热设备、选择计算散热设备

（3）管道的水力计算及附属设备的选择

2、说明书要阐述设计方案主要依据和基本计算公式。说明书的文字要简练，字迹要工整。说明书中要有以下几张表格和附图：

（1）房间围护结构耗热量计算表

（2）散热器计算表

（3）管路水力计算表、局部阻力系数统计表

（4）管路水力计算简图

3、绘制的图纸图面要全面，图中各项内容符合制图要求，要有文字说明。要有以下图纸：

（1）采暖系统平面图

（2）采暖系统图

目录略。。。

长春市时尚新苑小区采暖系统设计

1 采暖设计热负荷的计算

1.1 气象资料

供暖室外计算温度t w=-23℃，冬季室外平均风速v w=4.2m/s，冬季主导风向及频率:SW，20%,冬季日照率:66%，冬季大气压力:99.40kpa，最大冻土层深度1.69m。1.2 土建资料

1）建筑平面图(已知)

2）屋顶构造图：

它的构造是：

1、预制细石混凝土板25mm，表面喷白色水泥浆；

2、通风层≧200mm；

3、卷材防水层；

4、水泥砂浆找平层20mm；

5、保温层，沥青膨胀珍珠岩125mm；

6、隔气层；

7、现浇钢筋混凝土板70mm；

8、内粉刷。

属于Ⅱ型，传热系数K=0.48W/(㎡·K)。

3）墙体构造

墙的构造是：

1、砖墙

2、泡沫混凝土

3、木丝板

4、白灰粉刷

属于Ι型，传热系数K=0.78 W/(㎡·K)。

4）外门窗规格

参见图纸中给定尺寸。

采用双层钢窗传热系数：3.01 W/(㎡·K)。

采用双层门（金属框）传热系数：3.26 W/(㎡·K)。

1.3 计算采暖设计热负荷

采暖设计热负荷的计算应根据房间热平衡来计算。室内供热系统设计时，是按在冬季室外计算温度下连续计算温度下连续供暖来考虑的。首先分房间计算围护结构的耗热量，然后求整个建筑物的热负荷。

1.3.1围护结构耗热量

《规范》中所规定的“围护结构的耗热量”实质上是围护结构的温差传热量、加热由于外门短时间开启侵入的冷空气的耗热量以及一部分太阳辐射热量的代数和。为了简化计算，《规范》规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。

1.3.1.1围护结构的基本耗热量

围护结构基本耗热量，可按下列公式计算：

a t t K A Q

w o R j j j

)(.-=?

式中 j Q ?

——围护结构的热负荷，W ；

K j ——j 部分围护结构的传热系数，W/（m 2

·℃）；

j A ——j 部分围护结构的面积，㎡；

t R ——冬季室内计算温度，℃； t o ·w ——冬季供暖室外计算温度，℃； a ——围护结构的温差修正系数。

1）室内温度t R 的确定

查有关资料可以知道，住宅类建筑冬季室内温度t R 取值按下表：

表1-1 住宅类建筑冬季室内温度

房间功能 室内温度 卧室、起居室

18~20℃ 厨房 15℃ 走廊 14~16℃ 厕所 16~18℃ 浴室

25℃

2）室外温度t o ·w 的确定

冬季供暖室外计算温度可由手册查得t o ·w 为-23C ?； 1.3.1.2围护结构的附加耗热量 1）朝向修正率

不同朝向的围护结构，受到的太阳辐射热量是不同的；同时，不同的朝向，风速

和频率也不同。因此，《规范》规定对不同的垂直外围护结构进行修正。其修正率为：

北、东北、西北朝向： 0～－10%； 东、西朝向： -5%；

东南、西南朝向： -10%～－15%； 南向： -15%～-30%； 2）风力附加

在《规范》中明确规定：只是在不避风的高地、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，垂直的围护结构热负荷附加5%～10%。本设计中城市处在内陆，所以不考虑风力附加。 3）外门附加

为加热开机外门时侵入的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上表中查出的相应附加率。阳台门不应考虑外门附加率。

表1-2 外门附加率（%）

建筑物性质

附加率 民用建筑或工厂的辅助建筑物，当楼层为n 时

有两个门斗的三层外门 60n

有门斗的双层外门 80n 无门斗的单层外门

65n

4）高度附加

由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热量加大。因此规定：当房间净高超过4m 时，每高出1m ，附加率为2%，但最大附加率不超过15%。本设计中房间层高均为3m ，所以根据这个规定，本次设计不需考虑高度附加率。 1.3.1.3 门窗缝隙渗入冷空气的耗热量

由于缝隙宽度不一，风向、风速的频率不一，因此由门窗缝隙渗入的冷空气量很难准确计算。《规范》推荐，对于多层和高层民用建筑，可按下式计算门窗缝隙渗入冷空气的耗热量：

)(287.0..

h o R p ao i t t c L Q -=ρ

式中.

i Q ——为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W ；

L ——渗透冷空气量，m 3/h ，对多层建筑可按换气次数法计算；

ρao ——采暖室外计算温度下的空气密度，kg/m 3，本设计中取1.37 kg/m 3；

c p ——空气定压比热，c p =1kJ/（kg·℃）； t o·h —— 采暖室外计算温度，℃。

当无确切数据时，多层建筑可按下表推荐值计算渗透冷风量，表中换气次数是风量（m 3/h ）与房间体积（m 3）之比，单位为h -1（次/h ）。因此，房间渗入冷风量即等于表中推荐值乘以房间体积。

表1-3 换气次数

房间类型 一面有外窗的

房间 两面有外窗的

房间 三面有外窗的

房间 门厅 换气次数（h -1

）

0.5

0.5~1.0

1.0~1.5

2.0

1.3.1.4 最小传热热阻的计算 利用公式

n w n o R t

t t R ?-=

)

(min ,α

式中，min ,o R ——最小总热阻，W K m /2?； n t ——冬季室内计算温度，C ?； w t ——冬季室外计算温度，C ?； α——温差修正系数；

n R ——围护结构内表面换热热阻，W K m /2?； t ?——室内温度与外围护结构内表面的允许温差。 围护结构热惰性指标可按下式计算： i

i

n

i i i i n

i i n

i i z

c S R D D λδπλρ∑

∑

∑

====

=

=

1

1

1

2

式中，i R ——各层材料的导热热阻，W K m /)(2?； i S ——各层材料的蓄热系数，)/(2K m W ?。

屋顶：

查得W K m R n /)(11.02?=，t ?=4C ?，α=1.0，w t =-26C ?，则

W

K m

R o /)(21.111.04

)

2618(0.12

min ,?=?+?=

该屋顶属于Ⅱ型围护结构，屋面的实际传热阻0R =1.91)/(2W K m ?，可见，该屋顶的实际传热阻0R 大于最小传热阻min ,o R 值，满足规定，故Ⅱ型围护结构合适，可采用Ⅱ型围护结构。 外墙：

查得W K m R n /)(11.02?=，t ?=6C ?，α=1.00，w t =-23C ?，则

W

K m R o /)(75.011.06

)

2318(0.12

min ,?=?+?=

该外墙属于Ⅰ型围护结构，外墙的实际传热阻0R =1.11)/(2W K m ?，可见，该外墙的实际传热阻0R 大于最小传热阻min ,o R 值，满足规定，故Ⅰ型围护结构合适，采用Ⅰ型围护结构。

具体步骤及方法如下： 1）围护结构的耗热量计算 2)冷风渗透耗热量计算

3）房间总采暖热负荷： 数据见附表1。 2 采暖热媒和采暖系统的选择 2.1 采暖热媒的选择

由设计给定，采用95/70C ?的热水热媒采暖。 2.2 采暖系统的确定

采暖系统机械式水平双管同程式供暖系统。 3 散热器的选择与计算 3.1 散热器的选择

选铸铁四柱813型散热器。其尺寸为为单位）均以mm (81357164??。其性能表如下：

表3—1 铸铁四柱813型散热器性能表

散热面积 水容量 重量 工作压力（MPa ） （㎡/片） （L/片） （kg /片）

低压 高压 0.28 1.4

8

0.5

0.8

3.2 散热器的计算

3.2.1 散热器散热面积的计算

散热器的散热面积可按下式计算： 321)

(βββn pj t t K Q F -=

式中：F ——散热器的散热面积，2m ； Q ——散热器的散热量，W ；

K ——散热器的传热系数，7.87)/(2C m W ??； 1β——散热器的片数修正系数，

表3-2 散热器组装片数修正系数β

1

每组片数 <6 6～10 11～20 >20 β1

0.95

1.00

1.05

1.10

2β——散热器连接形式修正系数，选用同侧上进下出2β=1.0； 3β——散热器安装形式修正系数，选用明装形式3β=1.02。 3.2.2 散热器热媒平均温度的计算

对于热水采暖系统可根据下式计算：

2

sc

sj pj t t t +=

式中：pj t ——散热器内热媒的平均温度，C ?； sj t ——散热器进水温度，C ?； sc t ——散热器出水温度，C ?。

对于双管热水采暖系统，散热器的进水、出水温度，即为供暖系统的供水、回水温度。

3.2.3 散热器的传热系数K 值

散热器的传热系数K 值是指当散热器内热媒平均温度pj t 与室内计算温度n t 之差为1C ?时，每平方米散热面积传递给室内空气的热量，它是决定散热器总散热量多少的关键指标。

要对散热器传热系数进行精确的解析计算十分困难。在实际工作中，散热器的传热系数K 值是通过一系列的实验确定的。常见的散热器传热系数可通过查表查得。本设计为方便计算，取散热器的传热系数为7.87)/(2C m W ??。

3.2.4 散热器片数的计算

在散热器面积F 求得后,可按下式计算所需散热器的片数,即

f

F n =

式中：n ——某组散热器的片数；

f ——每片散热器的散热面积，2m ，可在有关产品说明或设计手册中查得，本设计中228.0m f =。

在计算散热器的散热面积F 时，由于每组片数未定，故先不考虑片数修正系数1

β（即取11=β），当散热器片数n 求出后在乘以相应的修正系数1β，得到每组散热器的实际片数。

散热器片数n 只能是整数，如果计算出的n 值不为整数时，可根据下列原则进行取舍：

（1） 对柱型、长翼型、板型、扁管式等散热器，散热面积的减少不宜超过0.12m ； （2） 对串片式、圆翼型散热器，散热面积的减少不宜超过计算面积的10%。 下面以201室为例确定所需的散热器片数。 具体步骤及计算方法如下： 1）计算散热器内热媒平均温度pj t 利用公式

2

sc

sj pj t t t +=

=

5.822

7095=+℃ ；

2）散热器的传热系数K

查得87.7=K )/(2C m W ??。

3）求散热器片数n （11=β, 12=β,13=β.02）

321)(βββf

t t K Q f

F n n pj -=

=

铸铁四柱813型散热器 228.0m f =， 101室散热器片数为：

52.1002.128

.0)185.82(87.71466)(3211=??-?=-=='

ββf t t K Q f F n n pj 片；

05.1105.152.10111=?='=βn n 片 取12片。

其余房间散热器片数为见附表2。

根据要求细柱型（813）每组≤25片，所以根据具体情况将各层的散热器分组。 4 管道的水力计算

4.1 热水供暖系统管路水力计算的基本原理

要保证供暖房间的计算温度，首先必须保证进入各散热器的水流量符合设计要求。管路水力计算的目的就是在保证系统中各管段及散热器中的水流量符合设计要求的前提下，确定系统各管段的管径及系统的压力损失。

所谓压力损失是指单位重量流体从一个位置流动到另一位置时，由于克服流动阻力所消耗的能量。根据阻力产生的部位不同,通常把阻力分为沿程阻力和局部阻力。与此相应，流体在管道中克服沿程阻力所消耗的能量称之为沿程压力损失，而克服局部阻力所消耗的能量称之为局部阻力损失。系统的压力损失是确定系统的工作压力及水泵扬程的依据。

热水供暖系统中，各计算管段的阻力可用下式表示，即

j y P P P ?+?=?

式中，P ?——计算管段的总阻力，Pa ； y P ?——计算管段的沿程阻力，Pa ； j P ?——计算管段的局部阻力，Pa ；

4.1.1 沿程阻力

各计算管段的沿程阻力计算如下：

RL P y =? 式中，R ——每米管长的沿程阻力，或称比摩阻，m Pa /； L ——计算管段的长度，m 。 4.1.2 沿程阻力

ξ

??=?Pd P j

式中，Pd ?——动压，Pa

ξ——局部阻力系数

因此，可分别确定系统中各计算管段的沿程阻力y P ?和局部阻力j P ?，两者之和即为该管段的总阻力值，也就是该管段总的压力损失。 4.2 水力计算的方法

热水供暖系统的水力计算，可分为等温降法和变温降法。等温降法的计算特点是预先规定每根立管的水温降，系统中各立管的供、回水温度都取相同的数值，在这个前提下来计算流量。这种方法的任务的两种方法通常是：一种是已知各管段的流量，给定最不利环路各管段的管径；另一种是根据给定的压力损失，选择流过给定流量所需要的管径。因为所给的系统是供回水的温差是25C ?，所以选用的水力计算的方法是等温降法。 4.3 水力计算的步骤 4.3.1 计算最不利环路

一个采暖系统中，有多个环路。一般设计计算时，从最不利环路开始。 根据m R 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和实际比摩阻R 的数值。如果作用压头P ?未知，也可用设计实践中通常采用的推荐

摩阻值60～120m Pa /来确定出最不利环路各管段的管径和对应的实际比摩阻。最不利环路的压力损失为它所有的串联管段阻力损失之和。

i e n

i i

i e i n

i i

i i

n i i L R

l l R

Z l

R H ,1

,1

1

)()(∑∑∑====

+=

+=

?

式中，H ?——最不利环路阻力损失，Pa ；

i R ——环路中任一串联管段的比摩阻，m Pa /； i l ——环路中任一串联管段的长度，m ；

i Z ——环路中任一串联管段的局部阻力损失，Pa ；

i e l ,——环路中任一串联管段的局部阻力损失的当量长度，m ； i e L ,——环路中任一串联管段的折算长度，m 。 4.3.2 计算富裕压头值和富裕度

比较系统可资利用的作用压头P ?和计算出的总阻力损失H ?，求出富裕压头值。系统的作用压头应留有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≥???-?=

?P

H P

式中， ?——系统作用压头的富裕度，%； P ?——最不利环路的作用压头，Pa ； H ?——最不利环路的总阻力损失，Pa 。

如不满足上式，则需要调整环路中某些管段的管径。如%10

在等温降方法中，流量已事先计算出来。为了防止实际运行时通过的流量过分偏离计算流量，设计时力求使并联管路的资用压力与阻力损失相等。然而由于管径规格的限制，这一等式常常是不易实现的。因此在确定阻力损失时允许并联环路的阻力损失不平衡，只要不平衡率不大于%15±，都认为符合要求。可用下式计算。

%15%100)(11≤??+∑-?=

'

'-I

I P Z Rl P δ

式中， δ——并联管路的阻力损失不平衡率，%； I P ?——资用压力，Pa ； )(Z Rl +∑——计算阻力损失，Pa 。

为了减少和避免水平失调，一种方法是安装阀门（最好采用调节阀）或孔板将剩余资用压力消耗掉。有时还将恒温阀与调节阀配合使用。

下面以环路1为例，进行水力计算。见水力计算简图。 1）选择环路1

2）计算各管段的流量G

根据公式h

g h g t t Q t t Q G -=-?=

86

.0)

(10187.436003

计算各管段的流量。

式中， G —管段的水流量，kg/h ；

Q

—管段的热负荷，W ；

g t —系统的设计供水温度，C ?；

h t —系统的设计回水温度，C

?。

管段1的流量h kg t t Q G h

g /69470

952017886.086

.0=-?

=-=

其余管段流量计算方法同管段1。 3）确定各管段的长度L

以管段1为例L=2m 。

4）确定各管段的管径、流速、比摩阻

查水力计算表可求得各管段的管径、流速、比摩阻。查得管段1的管径

mm

D N 40=，管内流速s m v /15.0=，比摩阻为m Pa R /32.9=。

5）计算各管段的沿程阻力y P ?

利用公式计算各管段的沿程阻力。管段1的沿程阻力为 Pa RL P y 64.1832.92=?==? 6）确定各管段的局部阻力j P ? 管段1局部阻力为

Pa Pd P j 30.55506.11ξ=?=??=? 7）确定各管段的总阻力P ?

根据公式计算各管段的总阻力。管段1总阻力为 Pa P P P j y 94.73=?+?=?

利用同样的方法计算其他管段的阻力。进而求得立管1的总阻力为Pa 762。 用同样的方法计算。现将各立管的水力计算见附表3。 5 辅助设备的选择及计算 5.1 排气阀的选择

排气阀，俗称放气门或跑风门，是安装在散热器上的一种排气装置。热水采暖系统中一般使用手动排气阀，安装在散热器的上部，定期拧开排气阀上的旋塞，排除散热器中的空气。选用ZP-Ⅰ型自动排气阀，外形尺寸为158×90×125。 5.2 截止阀的选择

截止阀是指后阀件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门，在管道上主要作切断用。

阀体形式一般分为直通式、角式和直流式。

优点：密封性较好；密封面检修较方便；开启高度小。

缺点：介质流动阻力大；结构长度较大。

常用于管径小于200mm，要求有较好的密封性能的管道上。

5.4 闸阀的选择

闸阀适用于切断和流通管道介质，适用全启全闭的场合，也可作调节用。

优点：流动阻力小；介质流动方向不受限制；阀件安装长度较小。

缺点：闸板易被流动介质擦伤；密封面检修困难；安装高度大。

5.5 止回阀的选择

止回阀是防止管道中介质倒流的一种阀门。它是靠介质压力自动启闭的。止回阀根据结构不同，有升降式和旋启式两大类。升降式止回阀多用于小通径管道（小于200mm）；旋启式止回阀一般用于管径为50～500mm。

致谢

略。。。

参考文献

[1]采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003；

[2]陆耀庆等，《采暖通风设计手册》，1987年，中国建筑工业出版社；

[3]贺平、孙刚，《供热工程》，1993年，中国建筑工业出版社；

[4]陆亚俊、马最良、邹平华编著，《暖通空调》，2002年，中国建筑工业出版社；

[5]付祥钊、王岳人、王元、梁栋编.《流体输配管网》，2001年，中国建筑工业出版社；

[6]陆耀庆等，《实用供热、空调设计手册》，1993年，中国建筑工业出版社；

[7]李先洲李景田，《暖通空调规范实施手册》，1999年，中国建筑工业出版社；

[8]郭骏、邹平华，《建筑采暖设计》，1988年，中国建筑工业出版社；

[9]陆耀庆主编，《暖通空调设计指南》，1996年，中国建筑工业出版社；

[10]采暖与卫生工程施工及验收规范GBJ242-82；

[11]暖通空调制图标准GB/T50114-2001；

[12]房屋建筑制图统一标准GB/T50001-2001；

[13]供热工程制图标准GJJ/T78-97.1998年，中国建筑工业出版社。