供热工程课程设计计算书

暖通空调课程设计设计题目：哈尔滨某办公楼采暖系统设计

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日期： 2013年1月

目录

前言 (2)

设计总说明 (3)

第一章基本资料 (7)

1.1 哈尔滨气象参数 (7)

1.2 采暖设计资料 (8)

1.3 维护结构资料 (8)

第二章建筑热负荷计算 (9)

2.1 围护结构的传热耗热量 (9)

2.1.1 围护结构的基本耗热量 (9)

2.1.2 围护结构的附加（修正）耗热量 (9)

2.2 冷风渗透耗热量 (10)

2.3 冷风侵入耗热量 (10)

2.4 以101会议室为例计算 (10)

2.5其余房间热负荷计算 (12)

第三章采暖系统形式及管路布置 (13)

第四章散热器计算 (15)

41散热器选型 (15)

4.2 散热器计算 (16)

4.2.1 散热面积的计算 (16)

4.2.2 散热器内热媒平均温度 (16)

4.2.3 散热器传热系数及其修正系数值 (16)

4.2.4 散热器片数的确定 (17)

4.2.5 考虑供暖管道散热量时，散热器散热面积的计算 (17)

4.2.6散热器的布置 (17)

4.2.7 散热器计算实例 (18)

第五章机械循环上供下回双管异程热水供暖系统水力计算 (18)

5.1 计算简图 (18)

5.2 流量计算 (19)

5.3 初选管径和流速 (19)

5.4 环路一水力计算 (19)

5.5 环路二水力计算 (20)

第六章感言 (21)

参考文献 (22)

前言

人们在日常生活和社会生产中都需要使用大量的热能。将自然界的能源直接或者间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为供热工程。

供热工程课程设计是本专业学生在学习《暖通空调》课程后的一次综合训练，其目的是让学生根据所学理论和专业知识，结合实际工程，按照工程设计规范、标准、设计图集和有关参考资料，独立完成建筑所要求的工程设计，掌握供暖系统的设计方法，了解设计流程，通过对系统的设计进一步掌握供热工程的专业知识，深入了解负荷计算、水力计算、

散热器计算、系统选择的具体方法，从而达到具有能结合工程实际进行供暖系统设计的能力。

设计总说明

一、工程概况

本工程位于哈尔滨某地区办公楼，地上三层，所有房间均做采暖。建筑面积为711.36,总热负荷为47801.47W，热指标为67.2W/。

二、设计依据

1、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）

2、《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）

3、《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-93）

4、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）

三、设计内容

本子项设计范围为建筑物冬季采暖系统设计

四、室内外设计参数

1、室外设计参数

冬季室外采暖计算（干球）温度：-26℃

冬季室外空调计算（干球）温度：-29℃

冬季室外通风计算（干球）温度：-20℃

冬季室外平均风速：4.7 m/s

2、室内设计参数

办公室 20℃

值班室 18℃

接待室 18℃

阅览室 18℃

会议室 18℃

门厅 16℃

卫生间 16℃

楼梯间 16℃

走廊 16℃

五、建筑热工及采暖系统设计

1、建筑热工

本子项体形系数小于0.3，外墙平均传热系数不大于0.45 W/(，外窗传热系数不大于2.5 W/(，屋面传热系数不大于0.35 W/(。

2、采暖热源

本子项采暖热源来自锅炉房，热水供回水设计温度为75-50℃。由锅炉房及膨胀水箱对采暖系统进行定压。

3、采暖系统

采暖系统为地上一个系统，设一组总供水立管，八组上供下回式采暖立管，均分设于墙角位置。房间采暖系统为垂直双管异程式系统。该系统流过每组散热器的水温基本均衡，采暖管管径小，系统平衡较容易。每组散热器均设闸阀，和手动放气阀各一个。室内采暖管道采用PP-R管沿墙暗敷设于楼板垫层内（垫层厚为50mm）。

4、散热器选择要求

本工程散热器均采用铸铁M-132散热器。卫生间散热器安装在马桶水箱上距地1.5m处，其余房间均安装在窗下，距窗高A=100mm。铸铁散热器要求内腔无砂铸造，工作压力为0.5MPa，表面要求喷塑处理（二次）颜色为白色。

5、采暖热水管管材选择要求

1）本子项设于楼板垫层内的采暖热水管采用PP-R管，要求工作压力为2.0MPa。塑料管材的连接方式按相关规定规程执行。

2）Y型过滤器要求滤芯材料为不锈钢丝网，局部阻力系数不大于2.0，公称压力1.0MPa。

3）采暖热力入口设差压控制阀，其他详见供热系统入口大样，或者华北地区标准图集91SB1第51页。

6、管道保温

由户外热网引入的总管，及分立管，干管均做保温。保温材料采用超级玻璃棉管壳外包玻璃布，保温厚度40~30mm，具体做法见华北地区标准图集，91SB1 第61页。

7、采暖管道穿墙及穿楼板处均做钢套管

所有管道均应保证高点放气，低点泄水，非采暖季节满管保护，所有采暖管道穿墙处的预埋钢套或预留洞在土建施工时均须密切配合。

8、其他注意事项

图中及设计说明中未详事宜按建筑设备施工安装图集中的规定执行并应符合施工验收规范的规定。

图例

采暖计算书

第一章基本资料

1.1 哈尔滨气象参数

1、站台地理位置：北纬45度41分，东经126度37分，海拔171.7m。

2、大气压力：冬季1001.5hPa，夏季985.1hPa。

3、年平均温度：3.6℃。

4、采暖室外计算温度：-26℃。

5、最低日平均温度：-33.0℃。

6、哈尔滨属于严寒地区A区（《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93）。

1.2 采暖设计资料

1、热源为单位集中供热，供水温度为75℃，回水温度为50℃，供回水温差为25℃。

2、采暖红线在建筑物南侧。

3、采暖系统采用上供下回双管异程式。供水立管分出两条水平供水干管，分别承担南向、北向房间热负荷。

4、水管的水力坡度当满足《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002。（①气、水同向流动的热水采暖管道和汽、水不同向流动的蒸汽管道及凝结水管道，坡度应为3，不得小于2;

②气、水逆向流动的热水采暖管道和汽、水逆向流动的蒸汽管道，坡度不应小于5 ‰；

③散热器支管的坡度应为1％，坡向应利于排气和泄水）

故水平供水干管采用3 ‰，水平回水干管采用 5 ‰，散热器连接支管采用1%。

5、膨胀水箱设置在水平回水干管，引一根立管通至屋顶。集气罐设置在干管最高处。

6、室内计算温度：

办公室：20℃

会议室、接待室、值班室、阅览室：18℃

门厅、走廊、卫生间：16℃

（《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005）

1.3 维护结构资料

1、计算得体形系数=0.265<0.3，由《公共建筑节能设计标准》查得严寒地区A 区外墙传热系数限制为 0.45 W/(，内墙采用两面抹灰一砖内墙 K=1.72 W/(

2、窗高取1.75m，一楼门厅玻璃K取1.7 W/(，其余各房间窗K取2.5 W/(

3、屋顶传热系数取K=0.35 W/(

4、门高取2.1m，宽0.9m，严寒地区户门传热系数限值为1.5 W/(（《建筑节能》）

第二章建筑热负荷计算

供暖系统的设计热负荷，是指在设计室外温度下，为打到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。

采暖热负荷包括围护结构传热耗热量Q1；加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量Q2，又称为冷风侵入耗热量；加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量Q3，称冷风侵入耗热量。

2.1 围护结构的传热耗热量

围护结构传热的传热耗热量分为围护结构传热的基本耗热量和附加（修正）耗热量两部分。基本耗热量指在设计条件下，通过房间各部分围护结构（门、窗、墙、地板、屋顶等）从室内传到室外的稳定传热量的总和。附加（修正）耗热量是指围护结构的传热状况发生变化而对基本耗热量进行修正的耗热量，包括风力附加、高度附加和朝向修正等耗热量。

2.1.1 围护结构的基本耗热量

1、围护结构基本耗热量，可按下式计算：

式中 K—围护结构的传热系数，W/(

F—围护结构的面积，

冬季室内计算温度，℃

—供暖室外计算温度，℃

—围护结构的温差修正系数，取1.0

2、一楼地面的传热系数

在冬季，室内热量通过靠近外墙地面传到室外路程较短，热阻较小；而通过远离外墙地面传到室外的路程较长，热阻增大。因此，室内地面的传热系数随着离外墙的远近而有变化，但在离外墙约8m以上的地面，传热量基本不变。

贴土非保温地面传热系数及热阻如下：

2.1.2 围护结构的附加（修正）耗热量

1、朝向修正耗热量

哈尔滨冬季日照率为59%>，故需对各个朝向进行修正。

取南向修正：-15%

东、西向修正：-5%

北向修正：5%

2、风力附加

该办公楼位于市区，层高不高，故可不考虑风力附加。

3、外门附加：该办公楼由于一楼门厅设置采暖，且二楼、三楼走廊、楼梯间设置采暖，故只考虑一楼103门厅附加，为主要出入口，取附加率500%。

4、高度附加

该办公楼每层净高均在4m以下，故不考虑。

2.2 冷风渗透耗热量

用换气次数法计算：

—房间的内部体积，

—房间的换气次数

2.3 冷风侵入耗热量

由于流入的冷空气量不易确定，根据经验总结，冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以外门附加率的简便方法。

—外门的基本耗热量

N—考虑冷风侵入的外门附加率

2.4 以101会议室为例计算

1、围护结构计算

2、冷风渗透耗热量

取=0.5，，1

=4793.85W

则房间采暖热负荷

2.5其余房间热负荷计算外墙K=0.45

外窗K=2.5

屋顶K=0.35

一楼Ⅰ型地面K=0.465

一楼Ⅱ型地面K=0.233

一楼Ⅲ型地面K=0.116

一楼Ⅳ型地面K=0.07

tR

101 会议室 18

102 值班室 18

103 卫生间 16

104 门厅 16

105 楼梯间 16

修正

南向-15%

东、西向-5%

北向5%

其余房间热负荷计算与101会议室计算步骤相同，参见附表。

第三章采暖系统形式及管路布置

供暖系统形式多样。该办公楼采用机械循环双管异程式系统，上供下回。设置两根水平供水干管，分别承担南面房间加楼梯间负荷，北面房间加走廊负荷。

室内热水供暖系统管路布置合理与否，直接影响到系统造价和使用效果。应根据建筑物的具体条件（如建筑的外形、结构尺寸等），与外网连接的形式以及运行情况等因素来选择合理的布置方案，力求系统管道走向布置合理、节省管材、便于调节和排除空气，而且要求并联环路的阻力损失易于平衡。

供暖系统的引入口应该设置在热负荷对称的位置，可以缩短系统的作用半径，且系统总立管的布置不能影响人们的生活和工作。所以供水总立管设置在楼梯间。每个水平供水干管设置四根支立管。

水平供水干管设置在每层吊顶，回水管及与散热器连接水管均暗敷设于楼板垫层内。

管道保温及阀门设置见设计总说明。

膨胀水箱的选型与计算

供给每1kW 热量所需的水容量

膨胀水箱选用

开式高位膨胀水箱

适用于中小型低温水供暖系统，膨胀水箱规格见下表，构造见国标图。

膨胀水箱设计安装要点

1.膨胀水箱安装位置，应考虑防止水箱内水的冻结，若水箱安装在非供暖

房间内时，应考虑保温。

2.膨胀管在重力循环系统时接在供水总立管的顶端；在机械循环系统时接

至系统定压点，一般接至水泵入口前，

3,。循环管接至系统定压点前的水平回水干管上，该点与定压点之间，应

保持不小于1.5-3m的距离。

4膨胀管、溢水管和循环管上严禁安装阀门，而排水管和信号管上应设置

阀门。

5．设在非供暖房间内的膨胀管，循环管理体制、信号管均应保温。

6.一般开式膨胀水箱内的水温不应超过95°C。

由于我选择的散热器是二柱M-132型散热器

则膨胀水箱的体积为：V=0.034×10.7×47=17.1L

进一法

则膨胀水箱的公称面积（m3）为：0.5

则膨胀水箱的有效容积（m3）为：0.61

则膨胀水箱的尺寸为（mm）：900×900×900

第四章散热器计算

41散热器选型

常见的室内供暖系统末端散热装置。对于散热器的选择，应该满足一下几个基本要求：

1、热工性能方面的要求：散热器的传热系数K值越高，说明其散热性能越好。

2、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。

3、安装、使用和生产工艺方面的要求：散热器应具有一定的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，结构尺寸越小，少占用房间面积和体积；散热器的生产工艺应满足大批量生产的要求。

4、卫生和美观方面的要求：散热器表明光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间观感。

5、使用寿命的要求：散热器应不易于被腐蚀和破损，使用年限长，、

综上要求，采用TZ2-5-5（M-132型）铸铁散热器。

其参数如下：

散热面积工作压力传热系数

0.24 0.5

M -132 二柱型散热器，宽132mm，两边为柱状，H1=500mm，H=584mm，L=80mm。

4.2 散热器计算

4.2.1 散热面积的计算

散热面积F按下式计算：

式中 Q—散热器的散热量，W

—散热器的平均热媒温度，℃

—供暖室内计算温度，℃

K—散热器的传热系数

—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

4.2.2 散热器内热媒平均温度

在热水供暖系统中，为散热器进出口水温的算术平均值。

式中—散热器进水温度，℃

—散热器出水温度，℃

对双管热水供暖系统，散热器的进、出口温度分别按系统的设计供、回水温度计算。

4.2.3 散热器传热系数及其修正系数值

当使用条件与测试条件不同不同时，散热器的传热性能发生变化，故需要不同的修正系数进行修正。测试条件是：散热器测试片数为6~10片，同侧上进下出，明装。

查附表知，M-132散热器K值公式为：

式中

4.2.4 散热器片数的确定

确定所需散热器面积后，可按下式确定散热器的总片数：

式中 f—每片散热器集热面积，

计算时，先假设=1，查找，计算出总面积，然后除以M-132散热器每片的面积，得出总片数，然后根据M-132散热器每组散热器最多20片，得出散热器组数，再反算出每组散热器片数，然后再查，对面积修正，得出最后的散热器组数及每组散热器的片数。

4.2.5 考虑供暖管道散热量时，散热器散热面积的计算

供暖系统的管道敷设，有明装和暗装两种方式。暗装的供暖管道，应用于没关要求高的房间。暗装供暖管道的散热量，没有进入房间内，同时进入散热器的水温降低。因此，对于暗装未保温的管道系统，在设计中要考虑热水在管道中的冷却，计算散热器面积时，要用修正系数值予以修正。

本系统中，由于采用明装，且对管道保温，故不需要进行修正。管道保温具体做法见设计总说明。

4.2.6散热器的布置

布置散热器时应该注意一些问题：

1、散热器一般布置在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。

2、为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在楼梯间或其他有冻结危险的场所，其散热器应由单独的立、支管供热，且不得装设调节阀。

3、散热器一般明装，布置简单。内部装修要求较高的民用建筑可采用暗装。

4、在垂直单管或双管热水供暖系统中，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，可同邻室串联连接。两串联散热器之间的串联管径应与散热器接口直径相同，以便水流畅通。

5、在楼梯间布置散热器时，考虑楼梯间热流上升的特点，应尽量布置在底层或按一定比例分布在下部各层。

6、铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：

粗柱型（M-132型）—20片

细柱型—25片

长翼型—7片

该办公楼设计中：

楼梯间：一楼散热器布置在楼梯底下；二层、三层布置在窗下。

其余房间、走廊：散热器布置在东面窗下。

4.2.7 散热器计算实例

以一楼会议室为例

则=7.183 W/(

散热器组装片数修正系数=1，连接形式为异侧上进下出，=1.02

=12557.28/（7.183）1

=40.4316

片数

取10组散热器，每组17片，则

实际所需面积F=

平均每组散热器18片。

故采用10组M-132散热器，每组18片。

其余各个房间散热器计算见计算表格。

第五章机械循环上供下回双管异程热水供暖系统水力计算

先初选管径，进行水力计算后最后确定管径。选定最近立管及最远立管进行水力计算。当立管负荷过小时，可选择较大负荷立管进行水力计算。

5.1 计算简图

环路一：

环路二：

5.2 流量计算

根据各管段负荷计算流量，公式如下：

kg/h

式中 Q—管段的热负荷，W

—系统的设计回水温度，℃

5.3 初选管径和流速

由于缺乏75℃-50℃热水供暖系统管道水力计算表，近似采用95℃-70℃热水管道水力计算表（K=0.2mm）。

传统的采暖系统进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统多根据入口处的资用循环压力，按最不利循环环路的平均比摩阻来选用该环路各管段的管径。当入口资用压力较高时，管道流速和系统实际总压力损失可相应提高。但在实际工程中，最不利循环环路的各管段水流速过高，各并联环路的压力损失难以平衡，所以常用控制值的方法，按。剩余的资用循环压力，由入口的调压装置节流。

计算流量后，查95℃-70℃热水管道水力计算表（K=0.2mm）。，限定，选取管径及流速。

5.4 环路一水力计算

1、选择Ⅲ供水立管为最不利环路（热负荷最大）

简图如下：

供水管：闸阀1个，ζ=0.5

分流三通、四通三个，ζ=3/个

散热器6个，ζ=2/个

回水管：闸阀1个，ζ=0.5

合流三通3个，ζ=3/个

90°弯头12个，公称直径<20，ζ=2/个

沿程总阻力=比摩阻管长

=161.4+72.9+325.3+54.7+104.1+614.3+48.916.6=1655.56Pa

局部阻力=24.2=357.4Pa

总阻力=1655.56+357.4=2012.96Pa。

2、计算立管Ⅰ

局部阻力器件与Ⅲ相同。

沿程总阻力=325.3+29.1+244.9+151.6+30.5+45.8+77.3+33.2+29+98.596.6 =1617.44Pa

局部阻力 =33.8（0.5+3）+14.45

=364.1Pa

总阻力=1617.44+364.1=1981.54Pa

不平衡率=<15%

5.5 环路二水力计算

1、选取Ⅳ立管为最不利环路

供水管：闸阀1个，ζ=0.5

分流三通、四通三个，ζ=3/个

散热器7个，ζ=2/个

回水管：闸阀1个，ζ=0.5

合流三通4个，ζ=3/个

90°弯头13个，公称直径<20，ζ=2/个

沿程总阻力=182.4

=Pa

局部阻力=48.91（0.5+3）+31.25

=752.885Pa

总阻力=2153.5854+752.885=2906.47Pa