天津城市建設學院圖書館中供熱系統(tǒng)設計方案

1 天津城市建設學院圖書館中供熱系統(tǒng)設計方案 第 1章 建筑物概述 程概述 本系統(tǒng)為天津城市建設學院圖書館中供熱系統(tǒng)。建筑物位于天津城市建設學院老校區(qū)。 圖書館 圍繞著學?！?以工為主，工、管、文、理 等多學科協(xié)調發(fā)展”的辦學定位，通過引進、自建數據庫，以及資源的共建共享，充分整合、鏈接，使 紙質文獻和電子文獻互補、館藏文獻和網絡文獻互補、實際擁有文獻和可獲得文獻互補 ，形成了一套學科門類較為齊全，多類型多載體多語種的文獻保障系統(tǒng)。該館具有紙質文獻藏、借、閱功能、數字資源網上服務功能、參考咨詢功能、讀者學術交流功 能等。該館南北走向，總建筑面積共三層，一層為 展覽室、圖書閱覽室， 二層為 圖書閱覽室、休息室 、展覽室、編目室， 三層為 圖書閱覽室、貯藏室、 圖書預定室 。圖書館開放時間為 8:30 16:00。 計參數與氣象數據 筑物參數 （ 1） 外墻 ：一磚半厚（ 370， K= )； （ 2） 內墻 ： 240墻 ； 表 1墻結構說明表 圖 1墻結構圖 （ 3） 外窗 :雙 層 玻璃鋼窗 ， K=w/( )； （ 4） 外門： 雙層金屬框 ， K=w/( )； （ 注： 門窗 供熱工程 附錄 1值表查取。 ） 表 1窗、門參數表 （ 5） 頂棚：通風屋面，保溫材料為水泥膨脹珍珠巖， =200= )， D= 序號 材料層名稱 (m) R (./ W) 1 石灰 水泥沙漿 泡沫混凝土 重砂漿磚砌墻 2 （注： 頂棚 材料參數參考實用供熱空調設計手冊表 （ 6） 地面：貼土非保溫地面， K 值按劃分地帶選取。即把地面劃分成四類地帶，各地帶有確定的計算傳熱系數值。按下式計算房間地面的溫差傳熱量。要注意的是第一地帶靠近墻角的地面面積需要計算兩次。 d d i d i n w( - )Q K A t t= 式中 ： 各計算地帶的面積， m2 各計算地帶的計算用傳熱系數。 （注：參考供熱工程第四版表 1 圖 1象數據 表 1外氣象參數 臺站位置 大氣壓力（ 室外計算溫度（） 供暖期天數 冬季室外平均風速 (m/s) 風向 北緯( ) 東經( ) 海拔 （ m） 102 66 22 1暖室內計算溫度 房間名稱 室內溫度 （） 書報資料庫 16 閱覽室 18 目錄廳、出納廳 16 特藏庫 20 膠卷庫 15 展覽廳、報告廳 16 辦公室 18 休息室 16 走道、門廳 14 樓梯間 14 （ 注：參考 供暖通風設計手冊 68 70,183頁） 第 2章 建筑物供暖熱負荷計算 暖設計熱負荷 供暖系統(tǒng)的設計熱負荷，是指在設計室外溫度 下， 為達到室內溫度 ， 供暖系統(tǒng)在單位 時間內向建筑物供給的熱量 Q。它是供暖系統(tǒng)的最基本依據。 在工程設計中， 房間采暖熱負荷是供暖設計中最基本的數據，這個數據計算的正確是否，將直接影響著供暖設備的大小、供暖方案的選擇及供暖系統(tǒng)的使用效果。 3 護結構基本耗熱量 圍 護結構是指墻、屋頂、地面、門、窗等。圍護結構的傳熱是由室內、外溫差引起的。工程上將二維傳熱問題近似為一維傳熱。 ( W 式中： K 圍護結構傳熱系數， W/； F 圍護結構傳熱面積， 室內溫度，； 室 外計算溫度， ； a 圍護結構溫差修正系數。詳見下表（參考供熱工程 第四版 附錄 1 表 2護結構的附加耗熱量 圍護結構的基本耗熱量是在假定條件下計算的，但由于氣象條件及建筑物情況的變化，實際的傳熱量與基本耗熱量會有出入，故要對其進行修正，這包括朝向、風力及高度 修正三項。圍護結構的總耗熱量為 ： a 朝向修正耗熱量 朝向修正耗 熱量是考慮建筑物受太陽照射影響而對圍護結構基本耗熱量的修正。當太陽照射建筑物時，陽光直接透過玻璃而使房間得到熱量。同時受陽光照射的圍護結構比較干燥，外表面溫度升高，故圍護結構的傳熱量減少。采用的修正方法是按圍護結構的不同朝向，采用不同的修正率。需要的朝向修正耗熱量等于垂直外圍護結構基本耗熱量乘以相應的朝向修正系數。暖通規(guī)范規(guī)定：宜按下列規(guī)定的數值 選用不同的朝向修正率： 北、東北、西北 0 10 ； 東南 、 西南 ； 東、西 南 30。 在這次設計中建筑物的外墻朝向分別為東 、西、南、北四向。其朝向的修正率分別為：東： ，西： ，南： ，北： 10。 b 風力附加耗熱量 風力附加耗熱量是考慮室外風速變化而對維護結構基本耗熱量的修正。我國各地區(qū)冬季平均風速一般都 4 不大，大部分地區(qū)冬季平均風速為 2 3m/s。天津室外平均風速 3.1 m/s，故對傳熱系數的影響不顯著，一般情況下不修正。 暖通規(guī)范規(guī)定：在一般情況下，不考慮風力附加。只有建在不避風的高地、河邊、海岸、曠野上的建筑物，以及城鎮(zhèn)廠區(qū)內特別突出 的建筑物才考慮垂直外維護結構附加 5 10。 ， c 高度附加耗熱量 高度附加耗熱量是考慮房屋高度對維護結構耗熱量的影響而附加的耗熱量。暖通規(guī)范規(guī)定： 民用建筑和工業(yè)輔助建筑物（樓梯間除外）的高度修正率， 當房間高度大于 4m 時，高度每高出 1m 應附加 2，但總的附加率不應大于 15。 高度附加率 是附加在房間各圍護結構的基本耗熱量和其他附加（修正）耗熱量的綜合上。 本設計的房間高度為 此高度修正可以不與考慮。 風滲透耗熱量的計算 冬季，在 風壓 、 熱壓 的綜合作用下，室外的冷空氣通過門、窗縫隙滲入室 內，把這部分空氣從 加熱到 要消耗一定的熱量，這部分熱量稱為 冷風滲透耗熱量 (占總負荷的 20 30 )。 )( 式中 ： 冷風滲透耗熱量（ W）； V 經門、窗隙入室內的總空氣量， m3/h； w 供暖室外計算溫度下的空氣密度， kg/ 冷空氣的定壓比熱， 1 ）； 單位換算系數， 1KJ/h= 空氣滲入量與門窗的制作材料 、朝向、室外風速及建筑內部的通氣狀態(tài)有關。 V Lln m3/h 式中： L 單位長度縫隙每小時滲入的空氣量， m3/hm。 L 門、窗的縫隙長度， m； N 透空氣量的朝向修正系數。 表 2地點 東 南 西 北 天津 注：參考 實用供熱空調設計手冊 第 89頁） 取 一層門衛(wèi)值班室 103 的冷風滲透量 的計算為例 。由 實用供熱空調設計手冊 第 89 頁 ， 天津 市的冷風朝向修正系數，北向 為 房間僅有一面外 墻時全部計入其門、窗可開啟部分的縫隙長度。由前面的數據，在冬季室外平均風速 ， 雙 層鋼窗每米縫隙的冷風滲透量 L= h m） ) 2 2=等于 =h 冷風滲透量2)( =1 27= 風侵入耗熱量 冬季在熱壓、風壓的作用下，室外冷空氣通過開啟的外門侵入室內，被加熱后逸出。把這部分冷空氣加熱到室內溫度所消耗的熱量，稱冷風侵入耗熱量 )(2 7 w/3 式中 ： 流入的冷空氣量 m3/h。 由于流入的冷空氣量據經驗總結，冷風侵入耗熱量可采用外門基本耗熱量乘以供熱工程表 1即 5 外門基本耗熱量 ； N 考慮冷風浸入的外門附加率。 取 計算 一層 樓梯間 1 的冷風侵入量 為例 ， 則，代入數值得 14+9）*。 房間耗熱量計算表 第 3章 采暖系統(tǒng)方案設計及說明 統(tǒng)方案的選取 根據建筑物的結構特點和用途在此 提出三種系統(tǒng)設計方案： 方案一：重力循環(huán)雙管式系統(tǒng) ； 方案二：機械循環(huán)單管異程式系統(tǒng)； 方案三：機械循環(huán)單管同程式系統(tǒng) 。 6 根據以下原則進行技術和經濟比較： 原則一：熱媒的選擇， 熱水供暖與蒸汽供暖的比較 。 供暖系統(tǒng)的設計和布置都比較復雜且其維護和維修費用較大。對該三層 圖書館 ，只需要設計一個小型的供暖系統(tǒng)，選用熱水供暖系統(tǒng)比較經濟合理。 原則二： 熱媒溫度的選擇。 =95 ； =70 原則三： 供暖管網布置形式 。 根據建筑物平面圖，考慮到管網布置的經濟合理并且易于設計計算，便于維護和管理，該系統(tǒng)的布置如平面圖和軸測圖所示。 原則四： 供暖系統(tǒng)動力的選擇 。 由于樓梯間的熱負荷相對于其它立管很小，選用重力循環(huán)系統(tǒng)很難達到水力平衡，因此采用將管道接到室外機械供暖管道上的形式。 原則五： 考慮到設計計算的方便，將供暖系統(tǒng)布置成單管順流上 供下回 同程式系統(tǒng)。 原則六： 經濟 性 比較 。 通過對各個系統(tǒng)的管長 L、管徑 D 以及厚度 D 進行估算，并進行比較 Y=2 D D L，計算出各個系統(tǒng)的 Y 值，取其最小值。 最后綜合比較三種方案的技術和經濟，考慮到本工程的實際規(guī)模和施工的方便性，本設計采用機械循環(huán)、單管制垂直式的上供下回系統(tǒng)。散熱片安裝形式為同側的 上供下回。供水立管之間為同程式，在底層設一根總的回水同程管。 根據建筑的結構形式，布置干管和立管，為每個房間分配散熱器組。（見圖紙 ） 。 統(tǒng)方案說明 （ 1） 本 設計的供暖系統(tǒng)，其熱媒為熱水，供水溫度為 95，回水溫度是 70。 （ 2） 本 采用機械循環(huán)上供下回垂直單管 同程式 系統(tǒng) ， 介質流過各環(huán)路的路程大體一致，各環(huán)路阻力幾乎相等，易于達到水力平衡，因而流量分配也比較均勻，不致象異程系統(tǒng)那樣產生熱不均勻現(xiàn)象。 同程系統(tǒng)比異程系統(tǒng) 可能多用管材。但調試簡單方便，供熱安全可靠。 （ 3）把 主立管布置在中間，采用了較多的 環(huán)路，使每一環(huán)路負擔的熱負荷盡可能的 少一些，而且基本相等， 這樣既可以使管路的消耗量最少而且易于平衡。 （ 4）大多立管每層可以帶兩 個散熱器，在供回水支管不太長的情況下，這樣對管道較經濟，而且有利于提高水力穩(wěn)定性。 （ 5） 系統(tǒng)的最高點設立集氣罐。供水管上升坡度為 水管下降坡度為 （ 6） 管路穿墻或樓板時埋設鋼套管，套管直徑比穿行管大一號，穿墻套管兩端與墻面齊平，穿樓板套管比樓板高 20 （ 7） 管徑 d 40用焊接連接， d 40用絲接。 第四 章 散熱器的選型 與計算 熱器選 型 熱器的選擇原則 供暖系統(tǒng)的散熱設備是系統(tǒng)的主要組成部分，它向房間散熱以補充房間的熱損失，保持室內要求的溫度，其中散熱器是最為常用的散熱設備，供暖系統(tǒng)的熱媒通過散熱器的壁面，主要以對流的傳熱方式向房間散熱。對散熱器的基本要求，主要有以下幾點： 7 a、熱工性能方面的要求，散熱器的傳熱系數值越高，說明其散熱性能越好。提高散熱器的散熱量，增大散熱器傳熱系數的方法，可以采用增加外壁散熱面積（在外壁上加肋片）、提高散熱器周圍空氣的流動速度和增加散熱器向外輻射強度等途徑。 b、經濟方面的要求，散熱器傳 給房間的單位熱量所需金屬耗量越少，成本越低，其經濟性越好 。 c、安裝使用和工藝方面的要求，散熱器應具有一定機械強度和承壓能力；散熱器的結構形式應便于組合成所需要的散熱面積，結構尺寸要小，少占房間面積和空間；散熱器的生產工藝應滿足大批量生產的要求。 d、衛(wèi)生和美觀方面的要求，散熱器外表光滑，不積灰和易于清掃，散熱器的裝設不應影響房間觀感。 e、使用壽命的要求，散熱器應不易被腐蝕和破損，使用年限長。 在散熱器的選擇方面優(yōu)先考慮鑄鐵散熱器，它結構簡單，防腐性能好，使用壽命長以及熱穩(wěn)定性好的 優(yōu)點；但其金屬耗量大、金 屬熱強度低于鋼制散熱器。 熱器的選擇 在 此 設計中，考慮多方面原因，選用 散熱器。 這種散熱器金屬熱強度及傳熱系數高，外形美觀，易于清除積灰，容易組成所需的面積，便于落地和靠墻安裝，因此得到廣泛應用，其性能參數如下 : 表 4132型散熱器參數表 型號 散熱面積 ( 水容量 (L/片 ) 重量 ( ) 工作壓力 (傳熱系數 k w/( ) t熱 器 的計算 熱器的散熱面積 散熱器的散熱面積 F= 2 3(m 式中 ： Q 散熱器的散熱量， W: 散熱器熱媒平均溫度， ； 供暖室內計算溫度，； K 散熱器的傳熱系數， W/m.； 1 散熱器組裝片數修正系數； 2 散熱器連接形式修正系數； 3 散熱器安裝形式修正系數。 散熱器內熱媒的平均溫度 : ： 散熱器進水溫度，； 散熱器出水溫度，； 在單管熱水供暖系統(tǒng)中，由于熱水是依次進入散熱器的，供水溫度逐漸降低，所以每組散熱器的進水、出水溫度需要逐一進行計算，后一組散熱器的進水溫度，既為前一租散熱器的出水溫度。 某一組散熱器的進水溫度，可按下式計算： ti= Q 式中 ： 立管供水溫度， ； 立管回水溫度， ； 所在立管的該組散熱器之上各層散熱器的散熱量（不包括該組散熱器）之和， W； Q 所在立管所有散熱器的散熱量總和， W。 8 散熱器傳熱系數 K 值的物理概念，是表示當散熱器內熱媒平均溫度 室內氣溫 差 1時，每m散熱器面積所散出的熱量 W/ m.。它是散熱器散熱能力強弱的主要標志。 散熱器的傳熱系數 值是在一定的條件下，通過實驗測定的。若實際情況與實驗條件不同，則應對所測值進行修正。 散熱器組裝片數修正系數 1（其值選取按照供熱工程 第四版 附錄 2 3） 。 散熱器連接形式修正系數 2 值，可按供熱工程 第四版 附錄 2 4取用。此次設計是采用的簡單的同側上進下出，所以 2 1。 散熱器安裝形式修正系數 3 值，安裝在房間內的散熱 器，可有種種方式，如敞開裝置、在龕盒內、或加裝遮擋罩板等。 供熱工程 第四版 附錄表 2 5，在此次設計為明裝，上部有窗臺板覆蓋 取 3= 熱器片數及長度的確定 在確定所需的散熱器面積后，現(xiàn)假定 1 1，可按下式進行計算 n F/f 式中： f 每片或每 1 此系統(tǒng)的 f 暖通規(guī)范規(guī)定，柱型散熱器面積可比計算面積小 片數 。 熱器的布置 布置散熱器時，應注意下列一些規(guī)定： 散熱器一般應安裝在外墻的窗臺下，這樣，沿散熱器上升的對流熱氣能阻止和改善從玻璃窗下降的冷氣流和玻璃冷輻射的影響，使流經室內的空氣比較暖和舒適。 為防止凍裂散熱器，兩道外門之間，不準設置散熱器。在樓梯間或其他有凍結危險的場所，其散熱器應有單獨的立、支管供熱且不得裝設調節(jié)閥。 散熱器一般明裝，在內部裝修有特殊要求的場合可采用暗裝。 同一房間的散熱器可以串連，貯藏室、盥洗室、廁所和廚房等輔助用室及走廊的散熱器，可同鄰室串連連接。兩串連散熱器之間的串連管徑應與散熱器接口的直徑相同 ，以便水流暢通。 在樓梯間布置時，考慮樓梯間熱流上升的特點，應布置在底層。 鑄鐵散熱器的組裝片數四柱一般不易超過 50片。 熱器計算示例 取 三 層 的 休息室 304為例，已知 Q 1710W ， 95+ 16， t K t m. 修正系數： 散熱器組裝片修正系數，先假定 1 散熱器連接形式修正系數，查附錄 2 2 散熱器安裝形式修正系數，查附錄 2 3 根據 式 F = 2 3 /K t=1710* =m 則計算片數 n為： n F /f 查 供熱工程 附錄 2 3，當散熱器片數為 11 20 片時， 1 此實際所需散熱面積為： F F * 1 實際采用的片數 n F/f 9 因為 0.1 m 取整數，應采 散熱器 12 片 。 所以 實際每臺散熱器為 12 片。 其余房間 散熱器計算 同理 ， 計算結果列于 下 表內 ： 表 4樓層 立管編號 散熱器 編號 Q t K F n 三層 5 8 5 8 5 8 5 8 1214 95 86 18 1009 95 86 16 1009 95 6 1699 95 8 5 0 3 0 5 88 20 0 1 5 88 20 0 2 5 88 20 0 3 5 8 4 5 8 5 5 8 6 5 8 7 5 8 8 5 8 9 5 8 0 5 8 1 5 8 2 5 86 18 3 1857 95 86 14 3 4 1710 95 6 2 5 5 8 18 17 26 5 8 18 17 27 5 8 18 18 28 5 8 18 18 29 5 8 18 10 二層 8 8 8 8 6 8 705 86 6 705 0 16 0 16 0 16 0 8 6 1 8 6 2 8 6 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 8 0 8 1 8 2 6 8 3 1857 86 4 5 4 1407 6 2 5 8 6 8 7 8 8 8 9 8 一層 0 18 0 18 0 18 0 18 0 18 1689 0 18 7 0 16 5 0 16 5 0 16 5 11 0 5 70 14 4 1 5 70 14 4 2 0 18 3 0 18 4 0 18 5 0 18 6 0 18 7 0 18 8 0 18 9 0 18 0 0 18 1 1857 0 14 7 2 0 18 3 0 18 4 0 18 5 0 18 6 0 18 7 0 18 8 0 18 第五章 系統(tǒng)的水力計算 熱系統(tǒng)水力計算原理 設計熱水供暖系統(tǒng)，為使系統(tǒng)中各管段的水流量符合設計要求，以保證流進各散熱器的水流量符合需要，就要進行管路的水力計算。 當流體沿管道流動時，由于流體分子間及其與管壁間的摩擦就要損失能量；而當流體流過管道的一些附件（如閥門、彎頭、三通、散熱器等）時，由于流動方向或速度的改變產生局部旋渦和撞擊，也要損失能量。前者成為沿程損失，后者稱為局部損失。因此，熱水供暖系統(tǒng)單個計算管段的阻力損失可用下式表示： +=+=式中： 計算管段的阻力損失 ； 計算管段的沿程損失； R 每米管長的沿程損失； l 管段長度， m； 管段的局部損失， 在管路的水力計算中，通常把管路中水流量和管徑都沒有的一段管子稱為一個計算管段。任何一個熱水供暖系統(tǒng)的管路都是由許多串聯(lián)或并聯(lián)的計算管段所組成的 。 每米管長的沿程阻力損失（比摩阻）可用流體力學達西維期巴赫公式來計算： 12 供熱介質在管內流動的摩阻系數取決于管內供熱介質流動狀態(tài)和管壁粗糙度。對于流動狀態(tài)，目前專業(yè)書中都認為室內供暖系統(tǒng)管內流動狀態(tài)處于過渡區(qū)，室外熱水管網管內流動狀態(tài)處于阻力平方區(qū)。 段的局部損失 管段的局部損失，可按下式計算： 式中 ： 管段中總的局部阻力系數。 水流過熱水供暖系統(tǒng)管路的附件（如三通、彎頭、閥門等）的局部阻力系數值可查閱文獻 1中所給出的數值都是用實驗方法確定的。文獻 1 中 4出熱水供暖系統(tǒng)局部阻力系數 l 時的局部損失值。 利用上述公式可分別確定系統(tǒng)中備管段的沿程阻力損失 局部損失 者之和就是該管段的阻力損失。在實際設計中，為了簡化計算，也有采用所謂“當量阻力法”或“當量長度法”來進行管路的水力計算。 段的局部損失 管段的局部損失計算如下： y 量局部阻力法（動壓頭法） 當量局部阻力法的基本原理是將管段的沿程阻力損失轉變?yōu)榫植繐p失來計算。該管 段的沿程阻力損失相當于某一局部損失 式中 ： 當量局部阻力系數 熱系統(tǒng)水力計算的任務與方法 室內熱水供暖系統(tǒng)是由許多串聯(lián)或者并聯(lián)管段所組成的管路系統(tǒng)。熱水供暖系統(tǒng)水力計算的最終目的是要選擇適當的管徑，使作用于每一循環(huán)環(huán)路上的作用壓力能保證在環(huán)路的每一管段流過所需要的熱水流量。 根據最不利循環(huán)環(huán)路管段的流量和給定的管徑，利用水力計算圖表，確定該循環(huán)環(huán)路各管段的阻力損失以及整個系統(tǒng)所必需的循環(huán)作用壓力。 通過選用適當的 R 值（或流速 v 值）來決定管徑，是一個技術經濟問題。 如選用較大的管徑可縮小，但系統(tǒng)的阻力損失增大，水泵電能消耗增加。同時為了各循環(huán)環(huán)路易于平衡，最不利循環(huán)環(huán)路的平均比摩阻不宜選得太大。目前在設計實踐中0120Pa/m。剩余的資用循環(huán)壓力，由入口處的調壓裝置節(jié)流。 在機械循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)壓力主要是由水泵提供，同時也存在著重力循環(huán)作用壓力。管道內水冷卻產生的重力循環(huán)作用壓力，占機械 循環(huán)總循環(huán)壓力的比例很少，可忽略不計。對機械循環(huán)單管系統(tǒng)，如各建筑物各部分層數相同時，每根立管所產生的重力循環(huán)作用壓力近似相等，可忽略不計。 利計算步驟 （ 1）在軸側圖上進行管段編號，立管編號并注明各管段的熱負荷和管長。 （ 2） 確定最不利環(huán)路。本系統(tǒng)為異程單管系統(tǒng)，一般取最遠立管的環(huán)路作為最不利環(huán)路。 （ 3） 計算最不利環(huán)路各管段的管徑： a) 雖然引入口處外網的供回水壓差較大，但考慮到系統(tǒng)中各環(huán)路的壓力損失易于平衡，設計采用推薦的平均的比摩阻 0 120Pa/管徑。 22 2222 13 b) 根據各管段的熱負荷，求出各管段的流量，計算公式如下： G 3600Q/4187*（ Kg/h 式中： Q 管段的熱負荷， W； 系統(tǒng)的設計供水溫度，； 系統(tǒng)的設計回水溫度，。 c) 根據平均比摩阻和各管段的流量查供熱工程 第四版 附錄表 4 1，選定合適的管徑、流速和壓降。 （ 4） 確定各管段的長度。 （ 5） 確定局部阻力損失。 （ 6） 求各管段的壓力損失 P （ 7） 求環(huán)路的總壓力損失。 （ 8） 計算富裕壓力值?？?慮到施工的具體情況，可能增加一些在設計計算中未計入的壓力損失。因此，要求系統(tǒng)應有 10以上的富裕度。 （ 9） 通過調節(jié)調節(jié)系統(tǒng)上的閥門和管徑進行調節(jié)，把系統(tǒng)的不平衡率控制在 15的范圍之內。入口處的剩余循環(huán)壓力，用調解閥節(jié)流消耗掉。 力 計算 過程及 結果