北京民用住宅区集中供暖设计-论文

课程设计说明书（论文）
目录
一、设计题目 (4)
二、原始资料 (4)
1.建筑物修建地区 (4)
2.土建资料 (4)
3.其它资料 (4)
三、热负荷计算 (4)
1.有关的气象资料 (4)
2.供暖设计热负荷计算 (4)
3.热负荷延续时间图 (4)
3.1供暖热负荷随室外温度变化曲线 (4)
3.2供暖热负荷延续时间图 (5)
四、供热系统方案选择 (6)
1.热源形式 (6)
2.热媒的选择 (6)
3.连接形式 (7)
4.供热规划及管线布置 (7)
五、水力计算及水压图 (8)
课程设计说明书（论文）
1.水力计算的原则 (8)
2.水力计算的方法 (8)
3.水力计算 (9)
3.1热水网路主干线计算 (9)
3.2热水网路支干线计算 (9)
3.3热水网路支线计算 (9)
4.水压图的绘制 (10)
4.1绘制水压图的方法和步骤 (10)
4.2循环水泵的扬程 (11)
六、供热系统的调节 (11)
1.调节方式 (11)
2.调节公式 (11)
3.计算结果及调节曲线 (11)
七、管道的敷设形式及构造 (12)
1.供热管线的敷设形式 (12)
1.1地沟敷设的基本要求 (12)
1.2直埋敷设的基本要求 (13)
2.供热管线的构造及附件 (14)
2.1热伸长量 (14)
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2.2供热管道 (14)
2.3 阀门 (14)
2.4管道的放气、排水装置 (14)
2.5管道支座 (15)
2.6检查室 (15)
八、设备的选择 (15)
1.循环水泵 (15)
2.循环水泵 (15)
九、附图及附表 (16)
十、参考书目及资料 (16)
哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）
室外供暖系统课程设计说明书
一、设计题目
北京民用住宅区集中供暖设计
二、原始资料
1.建筑物修建地区：北京
2.土建资料：建筑物的平、立面图
3.其它资料：
热源：换热站
设计供回水温度：95/70℃
建筑周围环境：市内、无遮挡
三、热负荷计算
1.有关的气象资料
(1)大气压力：102.04kPa
(2)供暖室外计算温度：-9℃
(3)供暖期室外平均温度t pj ：-1.6℃
(3)冬季主导风向及其频率：冬季主导风向为NNW，即北西北风，频率为13％
(4)冬季主导风向的平均风速：4.8m/s
(5)冬季室外平均风速：2.8m/s
(6)最大冻土深度：85cm
(7)冬季日照率：67％
2.供暖设计热负荷计算
本设计住宅区总面积F = 118260 ㎡，面积热指标q F = 60 W/㎡，则其供暖设计热负荷为
Q'n =q F ⋅F ⨯10-3 = 60 ⨯118260 ⨯10-3 = 7095.6 kW
3.热负荷延续时间图
3.1供暖热负荷随室外温度变化曲线
室外供暖计算温度下的供暖设计热负荷为：Q'n =q V V (t n -t'w)
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-7-
⎨
任意室外温度下的供暖热负荷为：Q n = q V V (t n - t w ) 供暖热负荷随室外气温的变化关系：Q = t n - t w Q ' = t n - t 'w
18 - 5 18 - (-9) Q ' = 0.481Q '
式中 t 'w ——供暖室外计算温度，℃；
t w ——任意室外温度，℃；
t n ——室内计算温度，℃；
q V ——建筑物的供暖体积热指标，W/（m³·℃）；
V ——建筑物的外围体积，m³。

室外温度t w = 5℃时供暖热负荷Q = 0.481Q ' = 0.481⨯ 7095.6 = 3413 kW ，所得供暖热负荷随室外温度变化曲线见附图一。

3.2 供暖热负荷延续时间图
供暖热负荷的数学表达式：
Q n = ⎧ Q 'n b N ≤ 5 （1） ⎩(1- β0 R n )Q n 5 ≤ N ≤ N zh
式中
延续小时数的数学表达式： β0 = (5 - t 'w ) /(t n - t 'w )
n = 120 + (n zh -120)[(t w - t 'w ) /(5 - t 'w )]1/ b h
式中 b = (5 - μt pj ) /(μt pj - t 'w )
μ= n zh /(n zh -120)
n zh ——某地区供暖期供暖总小时数，h ；
t pj ——某地区供暖期室外日平均温度，℃。

通过上述两个数学表达式可以得到任意室外温t w 下的供暖热负荷Q n 和延续小时数n 。

供暖热负荷延续时间图的绘制方法：
在供暖热负荷延续时间图中，横坐标的左方为室外温度t w ，横坐标的右方表示延续小时数n ，纵坐标为供暖热负荷Q n 。

图左方首先绘出供暖热负荷随室外温度变化曲线图（附图
一）。

然后，通过t 'w 时的热负荷Q 'n 引出一水平线，与相应出现的总小时数n ' 的横坐标上引的垂直线相较于a ' 点。

同理，通过t w 1 时的热负荷Q '1 引来一水平线，与相应出现的总小时数 n 1 的横坐标上引的垂直线相交于a 1 点。

依次类推，在延续时间图右侧连接Q 'n a 'a 1a 2a 3 ⋅⋅⋅ a k
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等点形成的曲线，得出供暖热负荷延续时间图（附图二）。

图中曲线Q'n a'a1a2a3 ⋅⋅⋅a k O 所包围的面积就是供暖期间的供暖年总耗热量。

四、供热系统方案选择
1.热源形式
热源为小区换热站
2.热媒的选择
集中供热系统热媒选择，主要取决于热用户的使用特征和要求,同时也与选择的热源型式有关。

集中供热系统的热媒主要是热水或蒸汽。

在供热系统中，以水作为热媒的优点有：
（1）热水供热系统的热能利用率高。

（2）以水作为热媒用于供暖系统时，可以通过改变供水温度来进行供热调节（质调节），既能减少热网热损失，又能较好地满足卫生要求。

（3）热水供热系统的蓄热能力高，由于系统中水量多，水的比热大，因此，在水力工况和热力工况短时间失调时，也不会引起供暖状况的很大波动。

热水供热系统可以远距离输送，供热半径大。

以蒸汽作为热媒，与热水相比，有如下一些优点：
（1）以蒸汽作为热媒的适用面较广，能满足多种热用户的要求，特别是生产工艺用热，都要求蒸汽供热。

（2）与热水网路输送网路循环水量所耗的电能相比，汽网中输送凝结水所耗的电能少得多。

（3）蒸汽在散热器式热交换器中，因温度和传热系数都比水高，可以减少散热设备面积，降低设备费用。

（4）蒸汽的密度很小，在一些地形起伏很大的地区或高层建筑中，不会产生如热水系统那样大的水静压力，用户的连接方式简单，运行也较方便。

根据上述以水或蒸汽作为热媒的特点，对于以锅炉房作为热源的集中供热系统，在只有供暖、通风和热水供应热负荷的情况下，应采用热水为热媒，同时应考虑采用高温水供热的可能性。

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在本设计中，采用的是锅炉房作为热源的供热方式，考虑到本设计的目的是解决小区内用户采暖用热；方案采用热水作热媒。

小区采用95℃/70℃的热水作热媒。

3.连接方式
本设计采用枝状管网，这是一种目前我国城市管网中较普遍采用的形式，具有布置简单管线最短，管理方便等优点。

枝状管网主干线随用户的减少而减少，分枝管线和管径取决于各分枝用户的热负荷，每个分枝可以供一个或数个用户，同样也是随用户的减少，管径相应减少。

因此枝状管网的金属耗量小，投资费用也相应降低。

缺点是没有供热的后备性能，即一旦网路发生事故，在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。

但由于建筑物具有一定的蓄热能力，通常可以采用迅速消除热网故障的办法，以使建筑物室温不致大幅度地降低。

环状管网与枝状管网相比，其主要优点是具有供热后备性能，但是它往往较枝状热网投资大的多，运行管理更为复杂，热网要有较高的动控措施。

综合考虑两者优缺点和小区的现实状况，选择采用枝状管网。

4.供热规划及管线布置
根据每5～15MW 的供暖热负荷可设一个热力站的原则，本设计将在小区内设置1 个换热站。

在热力站里，均设三台换热器，每台按热力站负荷的40%选取，互为备用。

补给水泵选择两台，按循环流量的2%选取，一用一备，事故发生时两台全开可以满足事故补水量。

循环水泵选择两台，一用一备。

间接连接的造价要比直接连接高得多，因为循环水泵需要经常维护，并消耗电能，运行费用增加。

但是，虽然造价增高，但热源的补水率大大减小，同时热网的压力工况和流量工况不受用户的影响，便于热网运行管理。

综合考虑以上因素，在热力站内设置表面式水-水换热器，热用户与热水网路采用直接连接方式。

在布置管线的走向时，依据《城市热力网设计规范》，原则主要是：
（1）经济上应该合理，管线尽量铺在人行道下，少穿越马路。

同时，考虑到节省钢材及安全问题，在布置管线时，管线尽量减少迂回的情况，而且要远离建筑物一定的距离。

在设计中，尽量减少检查井的数量。

经济上合理，主干线力求短直，使金属消耗量少，施工简便。

主干线尽量走热负荷集中区。

（2）技术上应该可靠，线路应尽可能走地势平坦，土质好，水位低的地区。

尽量避开
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土质松软地区，地震断裂带，滑坡危险地带以及高地下水位区等不利地段。

（3）对周围环境影响少而协调，少穿越主要交通线，一般沿人行道或绿化区敷设，平行或垂直于道路和建筑物，与各种管道构筑物，建筑我应协调安排，避免冲突：相互之间的距离，应能保证运行安全，施工及维修方便。

（4）布置管道时应尽量利用管道的自然弯角作为自然补偿。

当采用波纹管补偿器时，应尽量设置在固定支架两侧。

（5）管线装有阀门时应设检查井。

（6）热水管道应在最低点放水，最高点放气。

供热管道与建筑物、构筑物或其它管线的最小水平净距和最小垂直净距，可见《城市热力网设计规范》规定。

管线具体布置见管线布置平面图。

五、水力计算及水压图
1.水力计算的原则
本设计中水力计算遵循以下原则：
（1）为了减少初步投资及运营费用，按设计水温95/70℃计算。

（2）确定热水热力网主干线时，采用经济比摩阻。

本设计中主干线比摩阻采用
30~70Pa/m。

（3）热水热力网支干线，支线应按允许压力降确定管径，但供热介质流速不应大于3.5m/s。

支干线比摩阻不应大于300Pa/m。

（4）在进行水力平衡时，应以主干线为基准。

（5）本次计算采用的是当量长度的方法计算局部阻力。

2.水力计算的方法
1.确定热水网路中各个管段的计算流量
2.确定热水网路的主干线及其比摩阻
3.根据网路主干线各管段的计算流量和初选的平均比摩阻R 的值，利用相关的水力计算表，确定主干线的标准管径和相应的实际比摩阻.
4.根据选用的标准管径和管段中的局部阻力形式，查相关手册，确定各管段的局部阻力当量长度L d 的总和，以及管段的折算长度L zh 。

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5.根据管段的折算长度以及实际的比摩阻，计算主干线各管段的总压降。

6.主干线水力计算完成后，便可进行热水网路支干线，支线等水力计算。

3.水力计算
3.1 热水网路主干线计算
因各用户的资用压头相等，所以从热源到最远用户的管线是主干线。

首先区主干线的平均比摩阻在30-70Pa/m 范围内，确定主干线各管段的管径，计算简图见附图四。

管段A 1 :计算流量G = 0.86
Q n t g - t h = 0.86 ⨯ 7095.6 = 244.03t/h ，根据管段A 1 的计算流95 - 70
量和R 的范围，从热水网路水力计算表中查取，管段A 1 的管径和相应的比摩阻R 的值。

Φ=273×6； d =250mm ；R =73.94Pa/m
管段A 1 中局部阻力的当量长度L d ,可由可由参[1]的附录9-2 查出，得：闸阀：3.73m ；套筒补偿器：3.33；
管段的折算长度L zh =87.5+3.73+3.33=94.56m ；
管段A 1 的压力损失Σ（△ Py +△ Pj ）A 1 =94.56×73.94=6992.2Pa
同样方法，计算主干线的其余管段，确定其管径和压力损失。

计算结果见表一。

3.2 热水网路支干线计算
管段C 1 ~ C 3 的资用压头为：
∑PC = ∆PA 3 - ∆PA 2' = 107086.9Pa
根据参[1]热网水力计算章节有关公式列出比摩阻R 的计算公式（附表一第13 项），再根据支干线所承担的热负荷计算出对应流量（附表一第3 项），从而选取各段管径，计算出比摩阻R 算出压降，通过改变管径来满足不平衡率小于15%。

但要注意热水热力网支干线，供热介质流速不应大于3.5m/s ，支干线比摩阻不应大于300Pa/m 。

同理计算其它分枝干线。

计算结果列于附表一中。

3.3 热水网路支干线计算
管段C 4 的资用压头为：
ΣΔPC 4 = Σ（△ Py +△ Pj ）C 2、C 2'、C 3、C 3'+40000 = 85400.5Pa
同理根据支线所承担的热负荷计算出对应流量，从而选取各段管径，计算出比摩阻R 算出压降，通过改变管径来满足不平衡率小于15%。

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同理计算其余分支线的管径和比摩阻。

4.水压图的绘制
4.1绘制水压图的方法和步骤
（1）以网路循环水泵的中心线的高度（或其它方便的高度）为基准面，在纵坐标上按
一定的比例尺作出标高的刻度；沿基准面在横坐标上按一定的比例尺作出距离的刻度。

（2）选定静水压曲线的位置
静水压线确定的原则:热水热力网供水管道任何一点的压力不应低于供热介质的汽化压力，并留有30—50kPa 的富裕压力。

热水热力网的循环水泵停止时，应保持一定的静水压力，与热
力网直接连接的用户充满水，任何一点不应超过允许的压力，不出现超压、汽化、倒空、吸气
以及保证循环所需的压力。

小区供回水温度为95/70℃。

表5-1 水温在100～150℃时的汽化压力
本设计小区建筑最高建筑充水高度为25.94m，加压头3～5mH2O。

供暖用户系统一般常用的柱型铸铁散热器，其承压能力为04MPa。

故以热源为基准，则静水压线H j1 =H j +H d +H q +H f
H j —建筑物（换热站）的高度，m；
H d —地形高差，m；
H q —高温水的汽化压力，m；
H f —富裕压力，m。

所
以H j1 =25.94+3=28.94mH2O，静水压线取29m。

（3）确定回水管的动水压曲线的位置
在网路循环水泵运转时，网路回水管各点的测压管水头的连接线，称为回水管动压曲线。

可
按前面热水网路水力计算结果，根据各管段的实际压力损失，确定回水管动水压线。

（4）确定供水管动水压线的位置
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在网路循环水泵运转时，网路供水管内各点的测压管水头连接线，称为供水管动水压曲线。

本设计供、回水管线沿程损失压降相等。

由前面水力计算得供、回水管线沿程损失压降分别为4.56、4.63m H2O；换热站压力损失10m H2O；最远用户预留压头4m H2O。

各分支线动水压曲线，可根据各分支线在分支点处的供回水管的测压管水头高度和分支线的水力计算成果绘制。

这样就可绘出动水压曲线以及静水压曲线，组成了小区的水压图（附图八）。

4.2循环水泵的扬程
H x =H r +H w +H y
式中H r ——热源内部损失，取10 m H2O；
H w ——网路的损失，由计算可知H w = 9.19 m H2O；
H y ——用户的资用压力，取4mH2O。

（2）
所以可以得到循环水泵的扬程为H x =10+9.19+4=23.19m H2O。

六、供热系统的调节
1.调节方式
按水温或流量的不同，采暖中常用的调节方式一般分以下几种方式：质调节、量调节、分阶段改变流量质调节，间歇调节。

质调节有较好的水力工况，水力稳定性较好，分阶段改变流量的质调节在节能方面优势较大。

本设计中综合考虑各种因素后，选择的调节方式为质调节。

2.调节公式
采用质调节，对95℃/ 70℃热水供暖系统，则供、回水温度的计算公式为
τ1 =t g =t n +∆t's Q 1/(1+b) + 0.5∆t'j Q
τ2 =t h =t n +∆t's Q 1/(1+b) - 0.5∆t'j Q
其中，用户散热器的设计平均计算温差∆t's=0.5(t'g+t'h-2t n)=64.5℃，用户的设计供、回水温差∆t'j =t'g +t'h = 95 - 70 = 25℃，1/(1+b) = 0.77 ，t n =18℃，则供、回水温度为
τ1 =t g = 18 + 64.5Q 0.77 +12.5Q
3.计算结果及调节曲线τ2 =t h = 18 + 6
4.5Q 0.77 -12.5Q
（3）
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式（3）为质调节的供、回水温度表达式，相对供暖热负荷Q 在0~1 内取值，可得到不同室外温度t w 下的供、回水温度τ1、τ2，连接所有的点，得到供暖质调节的水温调节曲线（附图三）。

七、管道的敷设形式及构造
1.供热管线的敷设形式
管道敷设是指将供热管道及其附件按设计条件组成整体并使之就位的工作。

供热管道的敷设型式，可分为地上敷设和地下敷设两大类。

地上敷设根据有无地沟分为两种形式：地沟敷设、直埋敷设。

地沟敷设按通行是否分为三种形式：通行地沟、半通行地沟、不通行地沟。

本设计主干线采用半通行地沟敷设，支干线和支线采用直埋敷设。

1.1.地沟敷设的基本要求
地沟敷设的供热管道与建筑物、构筑物或其它管线的最小垂直间距可以由《城市热力管网设计规范》27 页表8.2.5 中查取。

具体数据见表7-1。

表7-1 管沟敷设有关尺寸
注：1.考虑在沟内更换钢管时，人行通道宽度还应不小于管子外0.1m；
2.管沟盖板或检查室盖板覆土深度不宜小于0.2m；
3.管道和管沟宜设坡度，其坡度≥0.002。

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1.2直埋敷设的基本要求
无沟地下直埋敷设方式的适合的场合一般是：在情况允许的情况下，对公称直径小于或等于500mm 的热力管道宜采用直埋敷设。

预制保温管直埋敷设的管道保温层采用聚氨酯泡沫塑料作为保温材料。

预制保温管在工厂或现场制造。

预制保温管的两端，留有约200mm 长的裸露钢管，以便在现场管线的沟槽内焊接，最后将接口处作保温处理。

表7-2 直埋敷设管道最小覆土深度
整体式预制保温管直埋敷设与地沟敷设相比较，具有下述优点：
（1）无沟敷设不需要砌筑地沟，土方量及土建工程量减少，管道预制、现场安装工作量减少，施工进度快，因此可以节省供热管网的投资费用。

（2）无沟敷设占地面积小，易于与其他地下管道和设施相协调，此优点在某区域、街道窄小、地下管线密集的地段敷设供热管网时尤为明显。

（3）整体式预制保温管严密性好，水难以从保温材料与钢管之间渗入，管道不易腐蚀，据国外资料，认为其使用寿命可保证达到50 年以上，远到于地沟敷设。

（4）根据整体式预制保温管受土址摩擦力约束的特点，实现了无补偿直埋方式，在管网直管段上，可以不设置补偿器和固定支座，简化了管网系统和节省了基建投资费用。

（5）以聚氨酯作为直埋敷设的保温材料，聚氨酯作为保温材料导热系数小，供热管道的损失小于地沟敷设。

（6）预制保温管结构简单，采用工厂预制，易于保证工程质量。

除整体式预制保温管直埋敷设方式外，还有填充式或浇灌式的直埋敷设方式。

它是在供热管道的沟槽内填充散状保温材料或浇灌保温材料的敷设方式。

本设计没有涉及到这种敷设方式，不再赘述。

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2.供热管线的构造及附件
2.1 热伸长量
由参【3】查得
表7-3
供热管道常用钢管的物理特性系数数据表
选用A3 钢，α＝0.000012
供热管道投入运行后，管道被热媒加热引起管道的热伸长。

管道受热的自由伸长量可按下式计算：
Δ x = α(t 1 - t 2 )L
式中 Δ x ——管道的热伸长量，m ；
α——管道的线膨胀系数，按表7-3 取；
t 1 ——管壁最高温度，可取热媒的最高温度，℃； t 2 ——管道安装时的温度； L ——计算管道的长度，m 。

下面以A 1 管段为例进行计算。

参数：α＝0.000012m/m ℃；t 1 ＝95℃；t 2 ＝5℃；L =87.5m ；DN 250 结果：Δ x ＝0.000012×（95-5）×87.5＝0.0945m 2.2 供热管道
（4）
供热管道采用钢管，室内供热管道采用水煤气管或无缝钢管；室外供热管道采用焊接钢管。

2.3 阀门
阀门是用来开闭管路和调节输送介质流量的设备。

本设计中采用闸阀来开闭管路；用截止阀来调节介质流量。

2.4 管道的放气、排水装置
为便于热水管道顺利放气和在运行或检修时排净管道中的存水，地下敷设供热管道宜设坡度，其坡度一般不小于0.002，同时配置相应的放气、排水装置。

放气装置设置在热水管道的高点处；放水装置设置在管道的低点处。

2.5管道支座
管道支座是直接支撑管道并承受管道作用力的管路附件。

它的作用是支撑管道和限制管道位移。

根据支座对管道位移的限制情况，分为活动支座和固定支座。

活动支座允许管道和支撑结构有相对位移其主要作用是支撑管道。

固定支座不允许管道和支撑结构有相对位移，其主要作用是用于将管道划分成若干补偿管段，分别进行补偿，从而保证补偿器的正常工作。

本设计活动支座选用曲面槽式，检查室内如有固定支座采用挡板式，其它固定支座采用曲面槽式。

2.6检查室
检查室的净空尺寸要尽可能紧凑，但必须考虑便于维修。

检查室的竟净空高度不得小于1.8m，人行通道宽度不小于0.6m，干管保温结构表面与检查室地面距离不小于0.6m。

检查室顶部应设人孔和扶梯，人孔直径不得小于0.7m。

为了检修安全和通风换气，人孔数量不得小于两个，当热水管网检查室只有放气门或其净空面积小于4 m2 时，可只设一个人孔。

检查室内至少设一个集水坑，置于人孔下方，以便将集水抽出。

八、设备的选择
1.循环水泵
循环水泵根据循环流量和扬程选取。

（1）确定流量
热水网路总流量G =244.03t/h，整个供暖期均采用质调节，循环水泵流量不变。

（2）确定扬程
热源损失10m H2O，沿程阻力损失9.19m H2O，用户预留4m H2O，因此水泵扬程为
H x =H r +H w +H y = 10 + 9.19 + 4 = 23.19 m H2O
取H=24 mH2O。

查参【3】选用上海水泵厂的R 型循环水泵。

2.补给水泵
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补水泵的选择与循环泵类似，也是根据流量和扬程来确定。

正常补水量：G b =1%×G x =0.01×244.03=2.44t/h
事故补水量：G s =4%×G x =9.76t/h
补给水泵的扬程：根据静水压线确定为H b =29mH2O。

根据以上计算结果，查水泵样本选择水泵的型号及参数如表6-2 所示。

表6-2
正常时使用ISW20-160，事故时两台同时使用。

九、附图及附表
1.供暖延续小时数计算（附表一）
2.质调节供、回水温度计算表(附表二)
3.水力计算表（附表三）
4.供暖热负荷随室外温度变换曲线附图一）
5.供暖热负荷延续时间图（附图二）
6.供暖质调节的水温调节曲线（附图三）
7.水力计算简图（附图四）
8.热网管线平面图（附图五）
9.热网管道系统图（附图六）
10.热网管段纵断面图（附图七）
11.热网主干线水压图（附图八）
12.设计说明图（附图九）
八、参考书目及资料
【1】《供热工程》贺平,孙刚编著中国建筑出版社第四版
【2】《城市热力网设计规范》CJJ 34-2002 J216-2002 中国计划出版社【3】《实用供热空调设计手册》陆耀庆主编中国建筑工业出版1993 年6 月第一版【4】《供热工程制图标准》CJJ/T 78-97 中国建筑工业出版社1997 年
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