供热计算说明书

供热工程课程设计计算说明书

第1章设计原始资料

设计目的

运用《供热工程》课程所学到的理论知识，对图示建筑物进行供热工程设计计算，并进行方案选择以巩固所学理论知识和培养解决实际问题能力。

设计题目

张家口市新区中学宿舍楼采暖设计

设计原始资料

1、建筑概况：

（1）该建筑物为张家口市新区中学学生宿舍楼，共5层。

（2）层高：该建筑物房间高度见图纸。

（3）建筑结构：全部为砖混结构，外墙均为37墙，外墙加聚苯板保温。外窗为塑钢窗，单、双层普通玻璃。外门为铝合金玻璃门，内门均为保温木门。门窗结构和尺寸见图纸，其它未提条件见图纸。

（4）设计热媒：60℃/50℃机械循环单管顺流异程式热水系统。

（5）宿舍居室每室4人，按单床布置，总建筑面积为平方米，其中1-5层建筑面积均为平方米，檐口高度为米。

2、设计要求及条件

整栋建筑物均采用供暖系统。室内设计温度要求取18℃。

第2章供暖系统热负荷计算

设计气象资料

查出设计题目中建筑物所在地区的相关气象资料

查《采暖通风与空气调节设计规范》、《实用供热空调设计手册》（以下简称《供热手册》）等其他规范及手册，得出以下设计参数：

1、冬季供暖室外计算温度的确定

采暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度，主要用于计算采暖设计热负荷。查得张家口市冬季供暖室外计算温度为-12℃。

2、冬季室外平均风速

冬季室外平均风速应采用累年最冷3个月各月平均风速的平均值，“累年最冷3个月”，系指累年逐月平均气温最低的3个月，主要用来计算风力附加耗热量和冷风渗透耗热量。查得张家口市冬季室外平均风速为/m s 。

3、冬季主导风向

冬季“主导风向”即为“虽多风向”，采用的是累年最冷3个月平均频率最高的风向，风向的频率指在一个观测周期内，某风向出现的次数占总数的百分数，主要用来计算冷风渗透耗热量。用四个字母ESWN 分别表示东南西北四个方向，其它方位用这四个字母组合表示风的吹向，即风从外面刮来的方向。当风速小于0. 3米／秒时，用字母c 来表示，参见《供热手册》，张家口主导风向为WN ，即西北风。

围护结构热工性能

围护结构的传热系数K 值

传热系数K 值可用下式计算：

20111/()11o i n j w n i w

K W m G R R R R δαλα===?++++∑ 式中 ：

0R ——围护结构的传热阻，2o m G ?/W ；

n α、w α——围护结构的内表面、外表面的换热系数，2/()o W m G ?；

n R 、w R ——围护结构的内表面、外表面的传热阻，2o m G ?/W ；

i δ——围护结构各层的厚度，m ；

i λ——围护结构各层材料的导热系数，/()o W m G ?；

j R ——由单层或多层材料组成的围护结构各材料层的热阻，2o m G ?/W 。 建筑各维护结构K 值计算

1、计算外墙的K 值

外墙采用聚苯板外保温，外墙厚为370mm,λ=，保温材料厚为60mm ，

λ=，n R =，w R =，则：

011111i n j w n i w

K R R R R δαλα===++++∑ 21

0.370.060.1150.040.810.028

0.363/()

o W m G =+++=? 2、计算屋顶的K 值

屋顶材料为钢筋混凝土，厚度为140mm ，λ=，保温材料为聚苯乙烯泡沫塑料板，厚度为60mm ，λ=，则：

011111i n j w n i w

K R R R R δαλα===++++∑ 21

0.140.10.1150.041.740.042

0.382/()

o W m G =+++=? 3、计算地面的K 值

地面为加保温地面，各地带的热阻值，可按下式算：

'001n

i

i i R R δλ==+∑ 2/o

m G W ? 式中：

'0R ——贴土保温地面的热阻，2/o m G W ?；

0R ——非保温地面的热阻，2/o m G W ?；

i δ——保温层的厚度，m

i λ——保温材料的导热系数，/()o W m G ?；

则：第一地带'00R R =+210.062.150.280/0.042n

o i i i m G W δλ==+=?∑ 第二地带'20010.064.300.175/0.042n

o i i i R R m G W δλ==+=+=?∑ 第三地带'

20010.068.600.100/0.042n

o i i i R R m G W δλ==+=+=?∑ 第四地带'20010.0614.20.064/0.042n o i i i

R R m G W δλ==+=+=?∑ 4、其他维护结构K 值的计算

由采暖通风规范查得固定铝合金落地窗的K=2/()o W m G ?，定制铝合金玻门的 K=2/()o W m G ?，已知塑钢中空玻璃窗的K=2/()o W m G ?。

综上所述，外墙的k 为 W/(2m ·℃)；屋顶加保温材料,K 为 W/(2m ·℃)；地面加保温材料，第一地带K 为(2m ·℃)，第二地带K 为 W/(2m ·℃)，第三地带K 为(2m ·℃)，第四地带K 为(2m ·℃)；塑钢中空玻璃K 为 W/(2m ·℃)；固定铝合金落地窗K 为 W/(2m ·℃);定制铝合金玻璃门K 为 W/(2m ·℃)。

房间热负荷计算

供暖系统的设计热负荷

1、供暖系统的设计热负荷一般分为以下几部分进行计算：

'''''1123j x Q Q Q Q Q ??=+++

式中 ：

'1j Q ?——围护结构的基本耗热量，W ；

'1x Q ?——围护结构的附加(修正)耗热量，W ；

'2Q ——冷风渗透耗热量，W ；

'3Q ——冷风侵入耗热量，W ；

'Q ——供暖总耗热量，W 。

本建筑物要求室内计算温度为18℃。

2、围护结构的基本耗热量按下式计算：

''()n w Q KF t t a =- W

式中：

K ——围护结构的传热系数，W/(2m ·℃)；

F ——围护结构的面积，2m ；

a ——围护结构的温差修正系数；

n t ——冬季室内计算温度，℃； w t ——供暖室外计算温度，℃。

3、围护结构的修正耗热量

(1)朝向修正耗热量

朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳照射而对外围护结构传热损失的修正。 本建筑设计计算采用的朝向修正耗热量的修正率为：

东： -5％； 西： -5％； 南： -20％； 北： 5%

（2）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维护结构耗热量的影响而附加的耗热量。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数w α是对应风速约为4 /m s 的计算值。由《采暖通风与空气调节设计规范》查得张家口冬季室外平均风速为 /m s ，小于4 /m s ，所以本建筑设计计算风力附加耗热量为0。

(3)高度附加耗热量

《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）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%。本建筑层高为，所以高度附加耗热量为0。楼梯间的高度附加耗热量取15%。

综上所述，建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过维护结构的总耗热量1'Q ， 可用下式计算：

'111'(1)()(1)j x g n w ch f Q Q Q x KF t t x x W α??=+=+-++∑

式中：

ch x ——朝向修正率，%；

f x ——风力附加率，%，f x ≥0；

g x ——高度附加率，%，15%≥g x ≥0。

冷风渗透耗热量'2Q

在风压和热压的作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。当未对采暖房间的门、窗缝隙采取密封措施时，冷空气就会通过门、窗缝隙渗入到室内，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。

在各类建筑物特别是工业建筑的耗热量中，冷风渗透耗热量所占比例是相当大的，有时高达30％左右，所以门窗缝隙渗透冷空气耗热量的计算显得尤为重要。

根据现有的资料，《暖通规范》中给出了用缝隙法计算民用建筑及生产辅助建筑物的冷风渗透耗热量和用百分率附加法计算工业建筑的冷风渗透耗热量。

1、多层建筑的渗透冷空气量，当无相关数据时，可按以下公式计算：

3n(/)V Ll m h =

式中：

L ——每米门窗缝隙渗入室内的空气量；

l ——门窗缝隙的计算长度；

n ——渗透空气量的朝向修正系数。

确定门、窗缝隙渗入空气量V 后，冷风渗透耗热量'2Q ，可按下式计算：

''20.278()w p n w Q V c t t W ρ=-

式中：

V ——经门窗缝隙渗入室内的总空气量，3/m h ；

w ρ——供暖室外计算温度下的空气密度，3/kg m ；

p c ——冷空气的定压比热，1/()o p c kJ kg G =?；

——单位换算系数，1/0.278kJ h W =。

2、计算出的房间冷风渗透量是否全部计入，应考虑下列因素：

(2)当房间有相对两面外围护物时，仅计入较大的一面缝隙；

(3)当房间有三面外围护物时，仅计入风量较大的两面缝隙；

(4)当房问有四面外围护物时，则计入较多风向的1/2外围护物范围内的外门、窗缝隙。

3、计算建筑物耗热量时，为了简化计算，可作下列近似处理：

(1)与相邻房间温差小于5℃时，不计算耗热量；

(2)伸缩缝或沉降缝墙按外墙基本耗热量的30％计算；

(3)内门的传热系数按隔墙的传热系数考虑。

冷风侵入耗热量'3Q

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侵入耗热量。

冷风侵入耗热量按照下列公式计算：

''31j m Q NQ ??=

式中：

'1jm

Q ?——外门的基本耗热量，W ； '3Q ——冷风侵入耗热量，W ；

N ——考虑冷风侵入的外门附加率。

外门附加率N 值：

注：n---建筑物外门所在楼层以上的楼层数（包括本层）。

本建筑物一楼北侧的门只在有危险发生的时候打开，处于常关状态，所以其冷风侵入耗热量为0。冬季，大厅挂门帘，冷风侵入量为计算值的一半。

热负荷计算详见表格（附表一）

第3章 散热器的选择及计算

管道布置

本建筑物为五层学生宿舍楼，供暖系统形式采用上供下回式，由于学生宿舍楼为公共建筑，所以采用垂直式单管顺流形式，综合考虑经济技术等因素，本建筑采用机械循环单管顺流异程式系统供暖。

散热器的选择及计算

散热器的选用

本建筑物中选用四柱813型散热器，散热器连接形式为同侧上进下出。查表可知四柱813型散热器每片的散热面积为 2m /片，其传热系数的计算公式为：

0.30222.237/()o K t W m G =??

式中 t ?——散热器的热媒平均温度与室内计算温度的差值。

散热器散热面积的计算

1、散热器的散热面积按下式公式计算：

1234()pj n Q F K t t ββββ=

- 2m

式中:

F ——散热器散热面积，2m ；

Q ——散热器的散热量， W ；

pj t ——散热器内热媒平均温度，℃； n t ——供暖室内计算温度，℃；，

K ——散热器的传热系数，2/o W m C ?；

1β——散热器组装片数修正系数；

2β——散热器组连接形式修正系数； 3β——散热器组安装形式修正系数；

4β——散热器所在楼层数的修正。

计算散热器面积时，先取1β=，算出F 后，求出总片数，然后再根据每组的片数选取1β，根据1β对散热面积进行修正，求出实际散热面积，最后求出实际所需散热器片数，再根据实际情况进行分组。

1β的取值如下：

散热器组装片数修正系数

2、散热器内热媒平均温度的确定

在热水供暖系统中，散热器进出口水温的算术平均值按下式计算：

()2sg sh pj t t t +=

℃

式中：

sg t ——散热器进水温度，℃； sh t ——散热器出水温度，℃。

说明：

（1）本课程设计在计算时，不考虑管道散热引起的温降。

（2）设计中，为简化计算，散热器的热负荷中不扣除管道的散热量。

（3）对于单管热水供暖系统，由于每组散热器的进、出口水温沿流动方向下降，所以每组散热器的进、出口水温必须按公式逐一计算。

3、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；

（2）得出所需散热器总片数；

（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，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：对于柱型散热器，散热面积的减少不得超过㎡。

对于本建筑，由于散热器采用同侧上进下出式，故2β=1。 选取A=80mm ， 则3β=。本建筑共五层，查得4β为：一层

二层

三层 、四层、五层

散热器片数计算详见表格（附表二）。

3．3辅助设备的选择

1、伸缩器

在热媒输送管道中，如蒸汽管、凝水管、热水管及过热水管等。

2、集气罐和自动排气阀

（1）集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，一般应设于系统的末端最高处，并使干管逆流，水流与空气泡浮升方向一致。

（2）自动排气阀的排气口，一般亦接DNl5mm 排气管，防止排气直接吹向平顶或侧墙，损坏建筑外装修，排气管上不应设阀门，排气管引向附近水池。

（3）由于采暖系统(如水平串联系统)的原故，散热器中的空气不能顺利排除，可在散热器上装设手动放风阀。

3、疏水器

疏水器的选型应根据系统的压力、温度、流量等情况确定。

4、补偿器

为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力热引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。本系统采用自然补偿器。

第4章 管道的水力计算

绘制系统图

根据暖气片组装片数的最大值将其分为几组后，确定总的立管数，绘制系统图，标明各段干管的负荷数，以及每组暖气片的片数和负荷数，并对各个管段进行标注。

系统图及标注见CAD 图

水力计算

1、本系统分两个支路，先计算支路1。

2、计算步骤如下：

（1）在轴测图上进行管段编号、立管编号，并注明各管段的热负荷和管长。（各管段编号详见附表6、附表7）

（2）选择最不利环路。

（3）确定最不利环路各管段管径

a 、根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：

''0.86/()g h G Q t t =-

式中：

Q ——管段的热负荷，W ；

'g t ——系统的设计供水温度，o G ；

'h t ——系统的设计回水温度，o G 。

b 、平均比摩阻大致选取60～120Pa/m 。

c 、根据各管段的流量和平均比摩阻查表得出各管段的管径、流速、平均比摩阻。

（4）确定最不利环路沿程阻力损失y P Rl ?=。

（5）确定局部阻力损失

a 、确定局部阻力系数ζ

根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力管件名称（见附表5），在查得其阻力系数记于表中，最后算出各管段总的局部阻力系数ζ∑。

b 、根据各管段的流速计算出动压头d P ?值。

c 、根据公式j

d P P ζ?=??∑求出局部阻力损失

j P ?。

（6）求各管段的压力损失y j P P P ?=?+?

（7）求环路总压力损失，即()y j P P ?+?∑

（8）确定立管Ⅷ各管段的管径

a 、立管Ⅷ与最不利环路的管段10、11并联，根据并联环路节点压力平衡的原理，立管Ⅷ的资用压力'P ?Ⅷ，可由下式确定：

'=()y j P P P ??+?∑Ⅷ10～11

式中 y P ?——最不利环路管段10、11的沿程阻力损失；

j P ?——最不利环路管段10、11的局部阻力损失。

b 、立管Ⅷ的平均比摩阻Pj P ?可按下式计算：

'0.5Pj P P l ??=∑

Ⅷ 式中：

'P ?Ⅷ——立管Ⅷ的资用压力

l ∑——通过立管Ⅷ的环路总长度。

c 、根据立管Ⅷ的平均比摩阻和流量，选立管Ⅷ的立、支管管径、流速、平均比摩阻。

d 、计算不平衡率，不平衡率应在15%以内。

（9）其他立管的管径的确定同立管Ⅷ；支路2的各管段管径的计算同支路1。

第5章 总结

通过供热工程的课程设计，对专业知识进一步巩固和加深，对实际工程有了更深的了解。

本设计为张家口新区中学宿舍楼供暖系统，其内容包括、热负荷计算、散热器计算及水力计算、系统的选择、CAD 绘图等几部分。

本设计主要是根据建筑物的特点和设计任务指导书来完成的，又以经济、可靠、美观为原则来实现和突出本设计的特点。

供暖系统的设计与方案选择是本设计的重点，在设计中主要参阅了《供热工程》

及相关设计手册中有关例题来完成的，计算得出的有关数据为绘图提供了基本条件参数。在计算机绘图过程中，使用的是中国建筑科学研究院工程部开发研制的AUTOCAD2008绘图软件以和天正暖通绘图软件及鸿业水力计算系统。在绘图过程中，通过从中不断地发现问题和解决问题，既巩固了理论的学习，又使理论联系实际，在实践中很好地运用和发展，真正的做到学以致用；对CAD的运用更加熟练，对本专业有了更深一步的认识。

同时感谢马老师对我们的耐心指导，为我们答疑解难，给我们讲解了许多实际工程中应注意的问题，使我们的设计顺利进行，让我们掌握了更多的专业知识。

参考文献

【1】陆耀庆.供暖通风设计手册.中国建筑工业出版社，1987

【2】贺平等.供热工程.第四版.中国建筑工业出版社，2009

【3】《采暖通风与空气调节设计规范》.2003

2020年5月25日