供热工程课程设计--一幢三层楼的热水供暖系统设计

哈尔滨理工大学
《供热工程》课程设计说明书
姓名
学号 10
专业热能与动力工程
课程名称供热工程
指导教师
热能与动力工程系 2013年12月
2013年10级《供热工程》课程设计任务书
（第3组：指导教师 王芳 ）
一、课程设计目的
课程设计是《供热工程》课程的主要的教学与实践相结合的环节之一。

通过该课程设计可使学生对该门课程的内容和应用有更加深刻的理解和掌握，为毕业设计打下基础。

使学生通过本课程设计掌握以热水作为热媒的散热器供暖系统的工作原理和基本的设计过程。

二、设计题目
一幢三层楼的热水供暖系统设计
三、原始数据
1、 供暖形式：单管顺流机械循环同程系统，供水温度75℃，回水温度50℃。

2、 地点：具体分配见附表；外墙厚度：49墙，K ＝1.272
W/m ℃； 屋顶K ＝0.852
W/m
℃，
标准层层高为3.0米，底层、顶层层高为3.2米。

3、 塑钢窗K ＝2.62
W/m
℃，窗高均为2.0m ，窗宽根据图纸尺寸。

4、 外门按有门斗的两道门考虑，外门K 值根据类型按附录1-4选取，地面为不保温地面，K 值按划分地带计算。

5、 走廊温度取比室内温度低3℃，卫生间取与房间相同温度。

6、 房间换气次数按0.1次/时计算。

四、设计内容和要求
1. 内容：
（1） 供暖系统的热负荷计算；散热器片数计算；供暖系统的水力计算。

（4天） （2） 绘制供暖系统的顶层采暖平面图和系统图。

（3天） （3） 答辩。

（0.5天） 2. 具体要求：
（1） 计算说明书要求计算机打印，推荐用Excel 编程计算。

（2） 按《暖通规范》绘制图纸。

五、完成及指导时间
全部设计内容1.5周内（2013年12月11日至2013年12月20日）完成，其中最后一天为答辩时间。

指导教师每天安排1次指导时间，具体时间与所指导学生共同商定后执行。

六、成绩评定
学生课程设计总成绩由两部分组成：一是指导教师评分，占30%，依据设计过程中的工作态度，完成设计计算及绘图的正确性合理评分。

二是答辩教师评分，占70%，依据其计算书，图纸的质量，回答问题的正确性评分。

七、参考资料
1、《供热工程》（第三版），孙刚主编，中国建筑工业出版社；
2、《学看暖通空调施工图》，乐嘉龙编著，中国电力出版社；
3、《实用供热空调设计手册》，陆耀庆主编，中国建筑工业出版社。

1 采暖热负荷计算
供暖系统设计热负荷是供暖设计中最基本的数据。

它直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。

1.1 采暖热负荷计算原理
1.1.1 围护结构基本热负荷
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化。

实际上，室内散热设备散热不稳定，室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动，这是一个不稳定传热过程。

但不稳定传热计算复杂，所以对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。

但对于室内温度要求严格，温度波动幅度要求很小的建筑物或房间，就需采用不稳定传热原理进行围护结构耗热量计算。

围护结构基本耗热量，可按下式计算：
()
α'
'w n t t KF q -= Ｗ
式中 K ---围护结构的传热系数, Ｗ/ m 2·℃；
F ---围护结构的面积, m 2； n t ---冬季室内计算温度, ℃；
'w
t ---供暖室外计算温度,℃；
α---围护结构的温差修正系数。

1.1.2 围护结构的附加（修正）耗热量
围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下，按公式计算得出的。

实际耗热量会受到气象条件以及建筑情况等各种因素影响而有所增减。

由于这些因素影响，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正。

这些修正耗热量称为围护结构附加耗热量。

通常按基本耗热量的百分率进行修正。

附加耗热量由朝向修正、风力附加和高度附加耗热量等。

1.1.
2.1 朝向修正耗热量
采用的修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。

需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构的基本耗热量乘以相应的朝向修正率。

《暖通规范》规定：宜按下列规定的数值，选用不同朝向的修正率 北、东北、西北 0—10%； 东南、西南 -10%—-15%； 东、西 -5%； 南 -15%—-30%。

计算取值：北0； 东、西 -5%； 南 -20%。

1.1.2.2 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围护结构基本耗热量的修正。

《暖通规范》规定：在一般情况下，不必考虑风力附加，只对建在不避风的高地、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，才考虑垂直外围结构附加5%—10%。

1.1.2.3 高度附加耗热量
高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。

《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑物的高度附加率，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%。

1.1.3 冷风渗透耗热量
在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。

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Q'2。

按换气次数法计算冷风渗透耗热量：
(
)
'278.0'2
w
t n
t p c w V n
N k Q -=ρ
式中Vn---房间的内部体积,m 3；
ρw ---供暖室外计算温度下的空气密度,kg/ m 3； c p ---冷空气的定压比热，c=1KJ/kg ·℃； 0.278---单位换算系数, 1KJ/h=0.278Ｗ； nk---房间的换气次数，0.1次/h 。

1.1.4 冷风侵入耗热量
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《供热工程》表1-10的百分数的简便方法进行计算。

亦即
Q'3= N Q'1.j.m Ｗ
式中Q'1.j.m ---外门的基本耗热量，Ｗ；
N---考虑冷风侵入的外门附加率。

由表1-10 取80n%
1.2 三层楼采暖热负荷计算 1.
2.1 楼的参数
室内计算温度：22℃
供暖室外计算温度：-9℃
朝向：上北下南。

2.2.2 室内热负荷计算参数
1.外墙厚度：49墙，K＝1.27 ℃；屋顶K＝0.85 ℃，标准层层高为3.0米，底层、顶层层高为3.2米。

2.塑钢窗K＝2.6 ℃，窗高均为2.0m。

3．外门按有门斗的两道门考虑，地面为不保温地面，K值按划分地带计算。

4. 走廊温度取与室内温度相差3℃，卫生间取与房间相同温度。

5. 房间换气次数按0.1次/时计算。

一至三层各房间热负荷计算结果如表1所示：
表1 一至三层各房间热负荷
精选文档
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精选文档
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一至三层各房间热负荷汇总如表2所示
表2 热力计算汇总
2 散热设备的计算与选取
2.1 散热设备的选取
散热器供暖是传统的供暖方式，也是现今使用最广泛的供暖方式。

它使用方便，易于调节。

特别应用于对于环境美观和温度精度要求不高的场所。

从简单经济考虑，本方案采用散热器供暖。

2.1.1散热器选取的规定
选择散热器时，应符合下列规定；
1 散热器的工作压力，应满足系统的工作压力，并符合国家现行有关产
品标准的规定；
2 民用建筑宜采用外形美观，易于清扫的散热器；
3 放散粉尘或防尘要求较高的工业建筑，应采用易于清扫的散热器；
4 具有腐蚀性气体的工业建筑或相对湿度较大的房间，应采用耐腐蚀的
散热器；
5 采用钢制散热器时，应采用闭式系统，并满足产品对水质的要求，在
非采暖季节采暖系统应冲水保养；蒸汽采暖系统不应采用钢制柱型，板型和匾管等散热器；
6 采用铝制散热器时，应采用内防腐型铝制散热器，并满足产品对水质
的要求；安装热量表和恒温阀的热水采暖系统不宜采用水流通道内含有粘沙
的铸铁等散热器。

2.1.2散热器布置的注意事项
1 散热器一般安装在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热空气流能够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。

在楼梯间或其它有冻结危险的场所，其散热器应有单独的立，支管供热，且不得装设调节阀。

3 散热器一般应明装，布置简单。

内部装修要求较高的民用建筑可采用暗装。

托儿所和幼儿园应暗装或加防护罩，以防烫伤儿童。

4 在垂直单管或双管热水系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、涮洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同临室串联连接。

两串联散热器之间的串联管直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。

2.2 散热器选型计算
2.2.1 散热器的选型计算原理
房间内安装四柱813型散热器，散热器明装上部有窗台盖板覆盖，供暖系统为单管顺流式，设供回水温度为75℃/50℃；室内供暖管道明装，支管与散热器的连接方式为同侧连接，计算散热器面积时，不考虑管道向室内散热的影响。

散热器散热面积 F 按下式计算：
321βββt
K Q
F ∆=
㎡
式中：Q —散热器的散热量， Ｗ；
t pj —散热器内热媒平均温度， ℃； t n —供暖室内计算温度， ℃；
K —散热器的传热系数， Ｗ/㎡.℃； β1—散热器组装片数修正系数； β2—散热器连接形式修正系数； β3—散热器安装形式修正系数。

散热器内热媒平均温度t pj 随供暖热媒（蒸汽火热水）参数和供暖系统形式而定。

在热水供暖系统中，t pj 为散热器进出口水温的算术平均值。

()2
sh sg
pj t t
t +=
℃ t t n pj t -=∆
式中t sg —散热器进水温度，℃；
t sh —散热器出水温度，℃； t pj —室内设计温度，℃。

确定所需散热器面积后，可按下式计算所需散热器的总片数或总长度。

n=F/f ( m 或片)
式中f —每片或每米长的散热器散热面积，㎡/片或㎡/m 。

然后根据每组片数或长度乘以修正系数β1，最后确定散热器面积。

暖通规范规定，柱型散热器面积可比计算值小0.1㎡（片数n 只能取整数），翼型和其它散热器的散热面积可比计算值小5%。

按照规定散热器应安装在外墙的窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气流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。

查《供热工程》，四柱-813型散热器的传热系数可有下式获得：
t K ∆=302.0237.2
修正系数：
散热器组装片数修正系数，先假设β1=1.0 散热器连接形式修正系数，β2=1.0 散热器安装形式修正系数，β3=1.02 则 321`βββt
K Q F ∆=
四柱813型散热器每片散热面积为0.28m 3，计算片数n`为f F n `/`= 根据散热器片数选择合适的β1
则实际所需的散热器面积为F=F`*β1 实际采用片数n 为n=F/f ，结果取整数。

一至三层各房间的散热器计算如表3所示：
表3 房间的散热器计算结果
表4 房间的散热器计算结果汇总
3 水力计算
3.1 管路布置与敷设
本设计采用机械循环、单管顺流式的系统。

散热片安装形式为同侧的上供下回。

供水立管之间为同程式，在底层设一根总的回水同程管。

设计供回水温度为75/50℃。

根据建筑的结构形式，布置干管和立管，为每个房间分配散热器
1、在轴侧图上进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长。

2、确定最不利环路。

3、计算最不利环路各管段的管径：
(1)、虽然引入口处外网的供回水压差较大，但考虑到系统中各环路的压力损失易于平衡，设计采用推荐的平均的比摩阻Rpj 大致为60～120Pa/m 来确定最不利环路各管段的管径。

(2)、根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下： G ＝3600Q/4187*（tg ′－th ′）＝0.86Q/（tg ′－th ′） Kg/h Q ——管段的热负荷，W ；
tg ′——系统的设计供水温度，℃； th ′——系统的设计回水温度，℃。

（3）、根据平均比摩阻和各管段的流量查《供热工程》附录表4－1，选定合适的管径、流速和压降。

确定出供水干管各个管段、立管和回水干管的管径及其压力损失。

计算结果见水利计算表。

4、确定各管段的长度压力损失Δpy 。

5、确定局部阻力损失。

（1）、确定局部阻力系数ζ；
（2）、利用管段流速，查出动压头p d ∆的值，根据ΔPj=ΔPd*ζ∑算出局部损失；
6、求各管段的压力损失ΔP ＝Δpy ＋ΔPj;
7、 同样方法，计算通过最近立管1、回水干管各管段的管径及其压力损失。

8、求并联环路立管11和立管1的压力损失不平衡率，使其不平衡率在±5℅以内。

9、 确定其他立管的管径。

根据各立管的资用压力和立管各管段的流量，选用合适的立管管径。

10、 求各立管的不平衡率。

根据立管的资用压力和立管的计算压力损失，求各立管的不平衡率。

不平衡率应在±10℅以内。

系统的水力计算如表5所示：
表5系统水力计算表
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