1、供热工程课程设计说明书11doc学号天津城建大学供热工程课程设计设计说明书天津市某高层住宅供暖系统设计起止日期:2014年6月29日至2014年7月10日学生姓名班级成绩指导教师(签字能源与安全工程学院2014年7月10日天津城建大学课程设计任务书2013-2014学年第2学期能源与安全工程学院建筑环境与设备工程专业12级卓越暖班班级课程设计名称:供热工程课程设计设计题目:西安市某高层住宅供暖系统设计完成期限:自2014年6月29日至2014年7月10日共2周指导教师(签字:教研室主任(签字:批准日期:年月日设计依据、要求及主要内容:一、设计原始资料1,土建资料:建筑、结构图纸及说明。2,气象
2、资料:采用市气象资料;室内设计参数根据建筑用途按设计规范及手册选取。3,热源及参数:热媒由集中锅炉房或换热站供给,供、回水温度为85/60,热力入口资用压力为:30kPa。二、设计基本依据民用建筑采暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003三、设计计算基本内容供暖系统设计热负荷及建筑物供暖热指标计算;供暖系统方案选择与确定;散热器选择和计算;供暖系统进行水力计算;课程设计说明书编制;设计图纸绘制。四、课程设计说明书的编制要求必须符合我院有关课程设计说明书规范化要求。正文部分一般应包括:设计概况(建筑概况和设计方案综述、设计热负荷计算、
3、系统方案选择与确定、散热器选择和计算、水力计算等主要内容。各项内容必须反映各项数据的来源、计算过程、计算结果,并附有必要的计算图和表格,设备选择应有必要的选择说明。五、设计图纸的绘制要求至少完成两张图纸,符合本专业的制图要求。供暖系统平面图(首层、顶层及标准层,1:100或1:50和供暖系统图(1:100或1:50,可根据具体情况绘制热力入口详图等(1:20。六、设计手册及资料详见指导书。1.设计概况 (31.1课程设计的性质与任务 (31.2设计要求、依据、原始资料等 (31.3建筑物位置、层数及功能 (31.4室内供暖要求和特殊要求 (31.5采暖设备和管路在室内布置的一般要求 (31.6
4、初步方案比较 (32.设计参数的计算和确定 (42.1设计温度的确定 (42.2建筑围护结构传热系数的确定 (43.供暖系统设计热负荷及建筑物供暖热指标计算 (43.1房间围护结构传热耗热量计算 (43.1.3通过围护结构的风力附加耗热量 (53.1.4通过围护结构的高度附加耗热量 (53.2冷风渗透耗热量 (53.3冷风侵入耗热量 (63.4供暖房间热负荷计算示例 (64.供暖系统方案选择与确定 (74.1供热系统形式的选择 (74.1.1按系统循环动力 (74.1.2按管道连接及热媒流经路程 (74.1.3按系统每组立管数不同 (74.1.4按供水方式 (74.2管道的布置 (85.散热器
5、选择和计算 (85.1散热器材质的选择 (85.2散热器散热面积和片数的计算 (85.3散热器的计算示例 (85.4散热器的布置 (96.供暖系统的水力计算 (106.1室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理 (106.2室内热水供暖系统管路不平衡率校核计算 (106.2.1室内热水供暖系统各管段压力计算 (106.2.2室内热水供暖系统水力不平衡率计算 (117.系统定压方式选择 (137.1用户支管定压 (137.2热水供热系统定压方式 (137.2.1膨胀水箱定压 (137.2.2普通补水泵定压 (137.2.3气体定压罐定压 (137.2.4蒸汽定压 (137.2.5补水泵变频调速定压
6、 (147.2.6自来水定压 (147.2.7溢水定压形式 (147.3本设计的定压方式 (148.系统附属设备选型 (148.1循环水泵的布置与选择 (148.2补给水泵的选择计算 (178.2.1补给水泵的选择要求 (178.2.2补给水泵的选择计算 (178.3除污器的选择 (198.4集气罐的选择 (198.5补偿器的选择 (19参考文献 (191.设计概况1.1课程设计的性质与任务课程设计是在完成供热工程专业课程理论教学的基础上,选择具有典型意义的小型室内供暖工程为设计题目。通过本课程设计进一步巩固本课程所学内容;掌握供暖工程设计的基本内容、方法及步骤;学会收集与设计有关的原始资料(
7、包括室外气象条件、工艺过程、建筑结构以及室内空气设计参数等相关资料;熟悉设计规范、标准、手册和必要的参考书以及它们的使用方法;培养正确运用所学理论知识进行方案确定、设计计算、绘制图纸、编写设计说明书等工程设计的初步能力。1.2设计要求、依据、原始资料等(1设计原始资料1、土建资料:建筑、结构图纸及说明。2、气象资料:采用天津市气象资料;室内设计参数根据建筑用途按设计规范及手册选取。3、热源及参数:热媒由集中锅炉房或换热站供给,供、回水温度为85/60,热力入口资用压力为:30kPa。(2设计基本依据民用建筑采暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012采暖通风与空气调节设计规范(GB50
8、019-20031.3建筑物位置、层数及功能本工程为位于天津的二十一层住宅楼,每层两个单元。一单元和二单元完全对称,每单元有两个热用户。系统与室外管网连接,该工程采用接外热网机械循环、垂直分层、下供下回式水平双管热水供暖系统。1.4室内供暖要求和特殊要求本工程为居民楼室内供暖系统,要求供暖热舒适性高,可调节性强,并且安全可靠,使用年限长,尽量美观、便于装修,无其他特殊要求。1.5采暖设备和管路在室内布置的一般要求散热器要求:散热性能良好,金属热强度大,能够满足热用户要求,且价格便宜,经久耐用,使用寿命长。安装要求:采暖设备要求明装,便于设备工作和设备检修。管路在室内布置时,应尽可能暗装,阀门等
9、处设置检修口即可,但不可过多改变管路方向。1.6初步方案比较1、技术方案采用下供下回式系统,这个系统作用范围比较大,下供下回有以下优点:(1美观,房间内的管路数减少,可集中进行隐藏处理。(2在下部布置供水干管,管路直接散热给室内供暖,热损失减少。(3在施工中,每装好一层散热器,即可供暖,给冬天施工带来很大方便。(4比较容易排除系统内的空气。综合考虑,采用下供下回式热水供暖系统。2、不足之处不能进行局部调节。2.设计参数的计算和确定2.1设计温度的确定查询刘梦真、王宇清著高层建筑采暖设计技术得以下室内设计参数。卧室:20厨房:16卫生间:25客厅:20阳台:20冬季供暖室外计算温度:-72.2建
10、筑围护结构传热系数的确定外承重墙:钢筋混凝土(炉渣混凝土聚苯板墙体,K=0.530W/(2m ,热惰性指标D=2.904;亮窗:铝合金辐射率0.15Low-E 中空玻璃(空气12mmK=2.5W/(2m ;3.供暖系统设计热负荷及建筑物供暖热指标计算供暖系统设计热负荷+=3211Q Q Q Q Q X j(3-1其中:Q -供暖系统设计热负荷;J Q 1围护结构基本耗热量;X Q ,1围护结构附加耗热量;2Q 冷风渗透耗热量;3Q 冷风侵入耗热量。3.1房间围护结构传热耗热量计算通过围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量,其中附加耗热量包括:a.朝向修正耗热量b.风力附加耗热量c.高度附加
11、耗热量3.1.1通过围护结构的基本耗热量a t t KF Q wn (-=(3-23.1.2通过围护结构的朝向修正耗热量通过围护维护结构的朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳辐射的影响而对围护结构基本耗热量的修正,由基本耗热量乘以朝向修正率而得出。表2-5相应的朝向修正率N NE E SE S SW W NW 0.050.05-0.05-0.15-0.15-0.15-0.050.053.1.3通过围护结构的风力附加耗热量风力附加耗热量是考虑建筑物室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。一般情况下不考虑风力附加,只对建筑物在不避风的高地或者特别突出的建筑物才附加,因此天津市高层建筑的建筑风力附加取
12、为0%,本设计中此项不用计算。3.1.4通过围护结构的高度附加耗热量暖通规范规定:民用建筑(楼梯间除外工业辅助建筑物的高度附加率,当房间高度超过4m 时,每高出1m,附加围护结构基本耗热量和其他围护耗热量的2%,但总的附加小于等于15%。综上所述,围护结构的总耗热量等于三者之和。即:1(1(111f ch wn g x j x x t t aKF x Q Q Q +-+=+=g x 高度附加率,%,%150x ;ch x 朝向修正率,%;f x 风力附加率,%;3.2冷风渗透耗热量冷风渗透量:(278.02wn p t t c Q -=(3-3=(0n lL v (3-4278.0:单位换算系
13、数,W h KJ 278.0/1=;V :通过门窗缝隙渗入的总空气量,h m /3;w :供暖室外计算温度下的空气密度,3/m kg ;p c :冷空气的定压比热,/(1C kg KJ c p =。查实用供暖空调设计手册相关数据可以得到,天津市的冷风朝向修正系数:2.0=n 3.3冷风侵入耗热量冷风侵入耗热量=外门基本耗热量外门附加耗热量对于民用建筑和工厂辅助建筑物短时间开启的外门(不包括阳台门、太平门和空气幕的外门:一道门为65n%;二道门(有门斗为80%;三道门(有两个门斗为60%;其中,n 为门所在楼层数。本例中外门常闭,冷风侵入耗热量不予考虑。3.4供暖房间热负荷计算示例以二层A 户型
14、主卧为例进行热负荷计算过程如下:已知:取定Ct n =15根据:1(1(111f ch wng x j x x t taKF x Q Q Q +-+=+=南外窗:27.28.15.1m F =/(5.22C m W K =WQ8.1458.02715.27.21=东外墙:286.99.24m F =,/(53.02C m W K =WQ 0.13405.12753.086.911=西外墙:WQ 6.16505.01(2753.09.26.31=-=南外墙:WQ 3.75%201(27153.039.21=-=地面:WQ4.370274.030.43=冷风渗透:W Q 1.352=+=321Q
15、Q Q Q W2.9261.358.1454.3703.756.1650.134=+=将上述各计算数据列入下表中。其他各层各房间的计算方法同上,数据依次列入附表中。4.供暖系统方案选择与确定4.1供热系统形式的选择4.1.1按系统循环动力分重力循环和机械循环供暖系统,重力循环系统靠不同水温的密度差为动力而进行循环,无循环水泵。机械循环系统靠水泵的动力强制循环,系统循环作用压力大,系统作用半径较重力循环高。4.1.2按管道连接及热媒流经路程分同程式和异程式,供暖管网采用同程式布置(通过各个立管的循环环路的总长度相等,各并联环路压力损失易于平衡,减轻了在远近立管处出现的流量失调而引起在水平方向冷热
16、不均的现象(即水平失调,但缺点是金属耗量过大。异程式系统会使通过各个立管环路压力损失较难平衡,但金属耗量小,易于布置,造价低廉。4.1.3按系统每组立管数不同分单管系统和双管系统,若采用单管式系统各层散热器的进出口水温不相等,越在下层进水温度越低,因而在下层的散热器片数或组数要相对比上层的多。若采用双管系统,由于各层散热器与锅炉的高差不同,虽然进入和流出各层散热器的供回水温度相同,也将形成上层作用力大,下层作用力小的现象,从而导致流量不均而上下层冷热不匀的现象(即垂直失调。4.1.4按供水方式分上供下回式、下供下回式、中供式、下供上回式和混合式热水供暖系统。综上所述,在本设计中,均采用机械循环
17、上供下回,双管同程式系统,一至十层为第一采暖分区,十一到二十一层为第二采暖分区。4.2管道的布置本设计中建筑有专用管道竖井,因此,本设计中的供水回水干管管道均布置于管道竖井中,室内水平干管敷设在地板下面。5.散热器选择和计算根据计算出的各供暖房间的耗热量,我们可计算出每个房间所需要布置的散热器面积,从而确定散热器的片数和个数。5.1散热器材质的选择铸铁散热器长期以来得到广泛应用。它具有结构简单,防腐性好,使用寿命长以及热稳定性好的优点;但其金属耗量大、金属热强度低于钢制散热器。查询中国建筑工业出版社贺平等著供热工程,选择铸铁散热器,根据建筑结构和特点,住宅楼选择铸铁散热器型号为TZ2-5-5(
18、M132型,散热面积片/24.02m ,水容量1.32L/片,重量7Kg/片,工作压力0.5MPa ,传热系数286.0426.2t K =。5.2散热器散热面积和片数的计算按照各个散热器上提供的热负荷,计算流过各根立管各层散热器的供回水温度,根据散热器的一些性能参数、散热器的进回水温度和散热器需要提供的负荷,我们可算出每个散热器的片数。根据公式:shsg pj t t t +=(5-1(h g N i i g i t t Q Qt t -=(5-25.3散热器的计算示例下面以一至十层立管上的客厅为例,计算所需要布置的散热器片数和个数。举客厅为例,来计算说明:已知:C t n =20W Q 5
19、.480=Ct pj =5.7212,Ct t t n pj =-=-=5.52205.7212,钢制扁管散热器600*400286.0462.2t K =修正系数:散热器组装片数修正系数:先假设0.11=;散热器连接形式同侧上进下出,修正系数:0.12=;散热器安装形式A=200mm,修正系数:02.13=;22.15.5264.702.1115.480321=t K Q F (5-3钢制扁管散热器400600,每片散热器面积为片/24.02m 。计算片数:片09.524.022.1=f F n 得:95.01=;实际片数:2183.424.016.195.0m f F n =;取整数,n=
20、5片。其余散热器片数计算方法与此相同,如若片数较多,则应该根据片数限制布置多个散热器,以使其满足供热要求。详细情况列于附表中。5.4散热器的布置散热器的布置原则是应以最好的散热方式将热量自散热器传给室内的空气,保证工作区温度均匀事宜,同时尽量减少占室内空间。应满足以下条件:(1房间有外窗时,散热器应安装在每个外窗的窗台下。(2为了防止冻裂,双层外门的外室以及门斗内不宜布置散热器。(3散热器宜明装。(4楼梯间的散热器宜布置在底层。由以上布置条件,在图中布置散热器和立管的位置如图中所示,由此可以进一步确定各供暖管线的长度和位置。6.供暖系统的水力计算6.1室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理各管
21、段压力计算(1根据各管段的热负荷,求出各管段的流量,计算公式如下:h kg t t Q t t Q G h g h g /86.0(10187.436003-=-=(6-1(2在干管的水力计算中采用推荐经济比摩阻Rpj=60-120pa/m 确定其管径,由经济比摩阻和热流量从表中查出最接近经济比摩阻的管径,从而确定出供水干管各个管段、立管和回水总干管的管径,再根据所得管径确定其压降和流速。(3确定长度压力损失Py=Rl 。将每一管段R 与l 相乘,列于水力计算表中。(4确定各管段局部阻力损失Z 。先确定局部阻力系数,根据室内系统管路的实际情况,列出各管段的局部阻力,管件名称,并查出各个局部阻力
22、管件的阻力系数,计算各管段的局部阻力=d P P (6-2将求出的P j 列于水力计算附表中。(5计算各管段的压力损失jy P P P +=(6-3列于附表中。(6用同样方法,计算通过其它立管的环路,从而确定出各立管与供回水干管的管径及其压力损失,并将所得数据列于管路水力计算表中。6.2室内热水供暖系统管路不平衡率校核计算6.2.1室内热水供暖系统各管段压力计算因为各个立管之间是相互并联的关系,因而只要算出热水供暖系统最不利循环环路与各并联环路之间(不包括共同管段的计算压力损失相对差额,保证其不大于15%。如以第一个系统中的1号管段为例:根据其流量s m G /000524.03=,pj R
23、和查出其管径mm DN 40=,然后再查供热工程表4.1,利用内插法可以确定出其比摩阻m Pa R /74.61=,流速s m v /397.0=,RlP y =Pa592.51621.44066.117=局部阻力管件:40、C 90弯头四个284=乙字弯两个35.12=闸阀一个2=13=PaP d 84.149=PaP P d j 93.19471384.149PaP P P j y 52.711093.194759.5162=+=+=将所得数据列于管路水力计算表(详见附表3-1。6.2.2室内热水供暖系统水力不平衡率计算6.2.2.1同程式系统水力计算示例(水力计算图详见附图(1最远立管环
24、路L 18的计算最远立管L 18管段包括1-19管,采用推荐的比摩阻m Pa R pj /12060-=确定管径,具体结果见附录3-1最远立管L 18环路的总压力损失为:PaP P P j f L 43.20135(18118=+=-(2最近立管L 1的计算1L 包括1、20-36、19,管段20-36的压力损失为:PaP Pj f 34.19328(3620=+-最近立管L 1的总压力损失为:Pa P P P j f L 56.25723(1936-2011=+=、管段20-36的压力损失为:Pa P Pj f 34.19328(3620=+-(3计算最近立管L 1与最远立管L 18的压力损
25、失不平衡率,最近立管的20-36与最远立管的2-18并联PaP P j f 9.16376(182=+-不平衡率%1892.16376/06.219659.16376(-=-=绝对值在%15以外,不满足平衡,调整18管段的阻力系数,使5.29=,aP d p 75.548=PaP P j f 33.19328(182=+-不平衡率%00003.092.16376/33.1932892.16376(-=-=在%15以内,满足要求。(4立管L 2环路的计算资用压力=PaP P P P j f j f 52.111001.114249.31(220=-=+-+立管2L L 2计算压力:PaP L 1
26、26.6872=不平衡率%15%3852.1110/126.68752.1110(=-=调整37管路上阻力管件的压力使得:PaP L 186.12762=不平衡率%15%3.1452.1110/18.127952.1110(=-=(5对其他立管,同上进行计算进行校核,如果不能满足要求,则适当的改变局阻,直到各个管段都达到平衡要求为止。6.2.2.2异程式系统水力计算示例(水力计算图详见附图(1各个管段的管径与流速确定方法同上,水力计算详述如下(2确定最不利环路为管段1-25,总压力损失为PPaP P P j f 74.37484(251=+=-(3立管L 1环路的水力计算,根据并联节点压力平衡
27、的原则,最近立管L 1的1-25与最远立管L 12的1-25并联,不考虑公用段,3-23管段的压力就是管段26的资用压力,即:PaP P P j f 89.26148(23-326=+=资Pa P Pj f 436.21530(=+不平衡率%15%1089.26148/426.1781089.26148(=-=,满足平衡的要求。(4立管L11环路计算资用压力PaP P j f 64.8055(13=+Pa P P j f82.7703(36=+不平衡率%15%4638.8055/815.7703638.8055(=-=,满足平衡要求。(5对其他立管,同上进行计算进行校核,如果不能满足要求,则适
28、当的改变局阻,直到各个管段都达到平衡要求为止7.系统定压方式选择7.1用户支管定压在设计的过程,要满足压力平衡,在通往各用户的支管上都安装了截止阀来消耗多余的资用压力,另外当部分管段出现故障而需要维修时,为了尽量不影响其它管段的继续供热,许多支干管上需要安装闸阀。7.2热水供热系统定压方式热水供热系统常见定压方式有:膨胀水箱定压、普通补水泵定压、气体定压罐定压、蒸汽定压、补水泵变频调速定压、稳定的自来水定压等多种补水定压方式。7.2.1膨胀水箱定压在高出采暖系统最高点处,设一水箱维持恒压点定压的方式称为膨胀水箱定压。其优点是压力稳定不怕停电;缺点是水箱高度受限,当最高建筑物层数较高而且远离热源
29、,或为高温水供热时,膨胀水箱的架设高度难以满足要求。7.2.2普通补水泵定压用供热系统补水泵连续充水保持恒压点压力固定不变的方法称为补水泵定压。这种方法的优点是设备简单、投资少,便于操作。缺点是怕停电和浪费电。7.2.3气体定压罐定压气体定压分氮气定压和空气定压两种,其特点都是利用低位定压罐与补水泵联合动作,保持供热系统恒压。氮气定压是在定压罐中灌充氮气。空气定压则是灌充空气,为防止空气溶于水腐蚀管道,常在空气定压罐中装设皮囊,把空气与水隔离。气体定压供热系统优点是:运行安全可靠,能较好地防止系统出现汽化及水击现象;其缺点是:设备复杂,体积较大,也比较贵,多用于高温水系统中。7.2.4蒸汽定压
30、蒸汽定压是靠锅炉上锅筒蒸汽空间的压力来保证的。对于两台以上锅炉,也可采用外置膨胀罐的蒸汽定压系统。另外,采用淋水式加热器和本公司生产的汽动加热器也可以认为是蒸汽定压的一种。蒸汽定压的优点是:系统简单,投资少,运行经济。其缺点是:用来定压的蒸汽压力高低取决于锅炉的燃烧状况,压力波动较大。7.2.5补水泵变频调速定压其基本原理是根据供热系统的压力变化改变电源频率,平滑无级地调整补水泵转速而及时调节补水量,实现系统恒压点的压力恒定。这种方法的优点是:省电,便于调节控制压力。缺点是:投资大,怕停电。7.2.6自来水定压自来水在供热期间其压力满足供热系统定压值而且压力稳定。可把自来水直接接在供热系统回水管上,补水定压。这种方法的优点是显而易见的,简单、投资和运行费最少;其缺点是:适用范围窄,且水质不处理直接供热会使供热系统结垢。7.2.7溢水定压
