建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)畢業(yè)采暖設(shè)計(jì)

1、1 前言選題的目的及意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民對(duì)生活水平程度越來越重視，因此不管是城區(qū)供熱還是城 鎮(zhèn)供熱，對(duì)供熱都越來越重視。因此，研究供熱系統(tǒng)就顯得越來越重要。同時(shí)大學(xué)四年也 接觸到了很多關(guān)于供熱，管網(wǎng)設(shè)計(jì)的知識(shí)，因此正可以借這次機(jī)會(huì)檢驗(yàn)一下自己的所學(xué)， 為以后的工作和學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。研究現(xiàn)狀隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，我國(guó)的供暖和集 中供熱事業(yè)得到了迅速的發(fā)展。就目前情況來看，在東北、西北、華北地區(qū)，大部分民用 建筑和工業(yè)企業(yè)都裝設(shè)了供暖設(shè)備和集中供熱系統(tǒng)，許多城鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)了集中供熱。因此能源 的消耗量在不斷增加，能源緊缺的問題也日趨嚴(yán)重。所以我國(guó)已經(jīng)把能源與環(huán)

2、境保護(hù)集中 供熱列入發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)。1.3國(guó)內(nèi)集中供熱發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)集中供熱發(fā)展到今天，經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)、艱苦奮斗、競(jìng)爭(zhēng) 發(fā)展的歷程。我國(guó)傳統(tǒng)的集中供熱主要采取熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域聯(lián)合供熱和小區(qū)鍋爐房供暖等 幾種方式。從20世紀(jì)40年代至今，近60年的歷史大致分為4個(gè)階段：?jiǎn)渭兝秒A段一單純 管理階段一基礎(chǔ)建設(shè)階段一綜合發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代以前，從北方采暖地區(qū)大城市來 看，以分散鍋爐房供暖比重最大。據(jù)對(duì)29個(gè)大中城市集中供熱方式的統(tǒng)計(jì)顯示，分散鍋爐 房供熱占我國(guó)總供暖面積的84%，其中90%以上的鍋爐房的容量一般只維持在7MW以下的水 平。20世紀(jì)80年代以后，進(jìn)入到綜

3、合發(fā)展階段。熱電聯(lián)產(chǎn)、熱交換站以及相配套的尖峰鍋 爐房等集中供熱系統(tǒng)在許多城市相繼建成。建設(shè)部綜合財(cái)務(wù)司2004年6月發(fā)布的“2003年 城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)”顯示，2003年集中供熱取得新成績(jī)，據(jù)統(tǒng)計(jì)集中供熱面積18.9億m2, 比2002年增長(zhǎng)21.2%。許多城市的大型熱源已不止一個(gè)，如北京、沈陽等集中供熱系統(tǒng)較 發(fā)達(dá)的城市，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初級(jí)多熱源并網(wǎng)運(yùn)行。1.4國(guó)外集中供熱發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外的集中供熱發(fā)展大致分為4個(gè)階段：?jiǎn)渭児芾黼A段一基礎(chǔ)建設(shè)階段一綜合發(fā)展階段 文檔一自動(dòng)化控制階段。在綜合發(fā)展階段開始投入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，人工調(diào)整配合，最后 發(fā)展到遠(yuǎn)程控制、無人值守?zé)崃φ荆瑢?shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。美國(guó)、日

4、本、俄羅覲包括前蘇聯(lián)）、 丹麥、瑞典、德國(guó)等國(guó)是集中供熱發(fā)展很快的國(guó)家，從設(shè)備、技術(shù)、管理等諸方面都居世 界領(lǐng)先的水平，其中日本、丹麥、挪威將天然氣、油、垃圾、生物能、熱泵等作為集中供 熱的主要熱源，社會(huì)效益、節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益明顯。美國(guó)是世界第一個(gè)冷熱聯(lián)供系統(tǒng)在 Harford City建成并投入運(yùn)行的國(guó)家。20世紀(jì)70年代紐約世界貿(mào)易中心采用新技術(shù)向建 筑物群集中供冷供熱，成為當(dāng)時(shí)世界上規(guī)模最大的供冷供熱工程。目前美國(guó)有眾多的學(xué)者 從事有關(guān)區(qū)域供冷供熱方面的研究，并在多項(xiàng)技術(shù)上保持優(yōu)勢(shì)。近年來，日本集中供熱（冷） 系統(tǒng)發(fā)展速度也較快，特別是以東京為中心的關(guān)東地區(qū)尤為明顯，已占日本全國(guó)的60

5、%。 日本集中供熱（冷）系統(tǒng)比較注重節(jié)能和環(huán)保，如采用熱電供給系統(tǒng)、蓄熱槽及利用城市 廢熱作為能源等，以提高能源的利用效率?？紤]到保證能源的穩(wěn)定供應(yīng)和應(yīng)對(duì)地球溫暖化 等環(huán)境問題等，日本今后期望朝擴(kuò)大應(yīng)用、開發(fā)新能源等方向發(fā)展。俄羅斯（包括前蘇聯(lián)） 作為世界大國(guó)，由于受地理環(huán)境的影響，發(fā)展供熱系統(tǒng)較早，也比較完善。其集中供熱事 業(yè)無論是從熱負(fù)荷量、熱網(wǎng)的規(guī)模、熱電廠的層次和效益，還是從供熱綜合技術(shù)各方面來 衡量，在國(guó)際上都占有極其重要的地位，是世界上集中供熱最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一，其中莫斯 科有世界上最大的熱網(wǎng)、最大直徑的供熱管道、最大功率的熱電廠。德國(guó)集中供熱總熱量 為1961萬GJ，也是集中供熱發(fā)

6、展較好的國(guó)家。1.5研究的內(nèi)容及預(yù)期目標(biāo)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究的內(nèi)容為廠區(qū)供暖系統(tǒng)，主要目的是通過熱負(fù)荷的計(jì)算方案的選 擇計(jì)算出所需的散熱片數(shù)量。通過對(duì)供熱管路的設(shè)計(jì)使冬天室內(nèi)溫度保持20 c。2 供暖系統(tǒng)2.1供暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介眾所周如，供暖就是用人工方法向室內(nèi)供給熱量，保持一定的室內(nèi)溫度，以創(chuàng)造適宜 的生活條件或工作條件的技術(shù)。所有供暖系統(tǒng)都有熱媒制備（熱源）、熱媒的輸送和熱媒 利用（散熱設(shè)備）三個(gè)主要部分構(gòu)成。根據(jù)三個(gè)主要組成部分的相互位置關(guān)系來分，供暖 系統(tǒng)可分為局部供暖系統(tǒng)和集中式供暖系統(tǒng)。熱媒制備、熱媒輸送和熱媒利用三個(gè)主要部 分在構(gòu)造上都在一起的供暖系統(tǒng)，稱為局部供暖系統(tǒng)，如煙氣供暖，電熱

7、供暖和燃?xì)夤┡?等。熱源和散熱設(shè)備分別設(shè)置，用熱媒管道連接，由熱源向各個(gè)房間或各個(gè)建筑物供給熱 量的供暖系統(tǒng)，稱為集中供暖系統(tǒng)叫圖2-1是集中式熱水供暖系統(tǒng)的示意圖。熱水鍋爐1與散熱器2分別設(shè)置，通過熱水1-熱水鍋爐；2-散熱器；3-熱水管道；4-循環(huán)水泵；5-膨脹水箱圖2-1集中式熱水供暖系統(tǒng)的示意圖管道（供水管和回水管）3相連接。循環(huán)水泵4使熱水在鍋爐內(nèi)加熱，在散熱器冷卻后返回 鍋爐重新加熱。圖2-1中的膨脹水箱5用于容納供暖系統(tǒng)升溫時(shí)的膨脹水量，并使系統(tǒng)保 持一定的壓力。圖中的熱水鍋爐，可以向單幢建筑物供暖，也可以向多幢建筑物供暖。集中供暖系統(tǒng)主要由熱源、傳輸管網(wǎng)、散熱設(shè)備等部分組成。因

8、此，在解決供暖系統(tǒng) 存在的問題時(shí)應(yīng)全面考慮，任何單方的努力都將限制供暖行業(yè)的發(fā)展，只有供暖行業(yè)的管 理部門、企業(yè)、設(shè)計(jì)單位、施工單位、運(yùn)行管理單位聯(lián)合起來，我國(guó)的供暖事業(yè)才能不斷 地向前發(fā)展，才能滿足國(guó)家對(duì)熱改的要求。我國(guó)現(xiàn)有的城市集中供熱系統(tǒng)，由于技術(shù)和裝備水平低，加之管理體制的影響，存在 很多問題，集中表現(xiàn)在下列方面：供熱質(zhì)量差，冷熱不均、運(yùn)行方式不合理，能源浪費(fèi)、 規(guī)劃設(shè)計(jì)水平低，制約節(jié)能工作的落實(shí)、墻體保溫措施不好，造成能源流失。通過合理的 設(shè)計(jì)可以減少這些問題。心得體會(huì)畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)階段最后但同時(shí)也是最為重要的一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，是對(duì)四年中所學(xué)知識(shí) 的總結(jié)與綜合運(yùn)用，也是對(duì)本專業(yè)基礎(chǔ)理論課

9、和專業(yè)課內(nèi)容的深化與實(shí)踐。畢業(yè)設(shè)計(jì)還要 求必須深刻理解并靈活運(yùn)用國(guó)家的有關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，結(jié)合設(shè)計(jì)題目這一具體實(shí)際， 提出、分析并解決問題，系統(tǒng)的掌握設(shè)計(jì)步驟、方法等，為今后走上工作崗位，從事有關(guān) 的設(shè)計(jì)、施工等具體實(shí)踐工作或者在學(xué)校繼續(xù)深造奠定良好的基礎(chǔ)。特別是設(shè)計(jì)題目中所 涉及到的高層建筑采暖設(shè)計(jì)、熱網(wǎng)間接連接等具體問題，是以往的課程設(shè)計(jì)所未接觸過的， 更應(yīng)引起高度重視。3原始資料設(shè)計(jì)內(nèi)容及平面圖所設(shè)計(jì)的住宅區(qū)地下樓高兩層，地上樓高二十九層，樓高88.800m。該住宅區(qū)包括地 下一層（362.8m2），首層建筑面積（948.57m2），二層建筑面積（1066.88m2），標(biāo)準(zhǔn)層建筑 面積

10、（371.72m2），出屋面樓梯間及電梯機(jī)房（53.12m2），總建筑面積（12467.81 m2）。住宅 區(qū)平面圖見附錄1。工程概況本設(shè)計(jì)為某住宅區(qū)供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該住宅區(qū)包括地下兩層，地上一到二十九層，為保 證住宅區(qū)的溫度達(dá)到滿足人們生活所需要的溫度，給居民提供一個(gè)舒適的環(huán)境，且保證節(jié) 省資源，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的供暖系統(tǒng)。3.3設(shè)計(jì)參數(shù)供暖室外計(jì)算溫度 匕=-12r；室內(nèi)計(jì)算溫度二20丁(民用衛(wèi)生間室內(nèi)計(jì)算溫度25C);供暖天數(shù) N =180天；供暖期日平均溫度tpj =-5.7；最大凍土深度 77 cm;冬季室外平均風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向v =2.6 m/s 北北西；4住宅區(qū)供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷的計(jì)算供暖系統(tǒng)

11、熱負(fù)荷供暖熱負(fù)荷，就是在某一時(shí)間內(nèi)為了維持一個(gè)房間或一個(gè)建筑物的室內(nèi)溫度達(dá)到采暖 設(shè)計(jì)所需要的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，散熱設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)需要補(bǔ)充給它的熱量。冬季，人們?yōu)榱藵M足 生活和生產(chǎn)的需要往往要求室內(nèi)或者工作地區(qū)保持一定的溫度，為了使房間內(nèi)的空氣溫 度，在某一段時(shí)間能達(dá)到要求的數(shù)值，必須有散熱設(shè)備補(bǔ)給熱量，此熱量稱為該房間的供 暖熱負(fù)荷iE。選擇熱負(fù)荷的計(jì)算的大小，主要與建筑物的結(jié)構(gòu)形狀以及層高有關(guān)，建筑物的維護(hù)結(jié) 構(gòu)傳熱系數(shù)越大，采光率越高，則建筑物的熱損失越大，在這樣的情況下，熱負(fù)荷可取大 值；反之熱負(fù)荷取小值。因此熱負(fù)荷的指標(biāo)選擇合適與否直接影響到計(jì)算熱負(fù)荷的計(jì)算值 以及系統(tǒng)的總的耗熱量。各類建筑

12、物的采暖熱負(fù)荷指標(biāo)推薦值q (kw/m2)如下表1-1表1-1建筑物的采暖熱負(fù)荷指標(biāo)Table4-1 Building heating load index建筑物類型住宅居住區(qū)綜合學(xué)校辦公醫(yī)院幼托旅館商店食堂餐廳影劇院展覽館大禮堂體育館采取節(jié)能40-545-5550-7055-7050-655-7100-13080-105100-150措施005本設(shè)計(jì)采用面積熱指標(biāo)來計(jì)算建筑物供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，按下列公式計(jì)算，Qh = q x A x 10-3(1-1)式中Q h采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，(kw)；七一采暖熱指標(biāo)，(w/m2);A 采暖建筑物的建筑面積(m2) o4.2住宅區(qū)熱負(fù)荷計(jì)算以住宅區(qū)供熱系統(tǒng)的地

13、上一層為例，該層的建筑面積A=948.57 m2；據(jù)其使用熱負(fù)荷指標(biāo)取q = 45 w/m2;故有公式(2-1 )得Qh = 45x948.57 x 10-3 = 42.686 kw其他樓層的計(jì)算同上例。4.2.1住宅區(qū)熱負(fù)荷總計(jì)算見附錄2住宅區(qū)采暖熱負(fù)荷計(jì)算表Table 1-2 Residence heating heat load calculation table5供熱方案的選擇熱媒的選擇及參數(shù)確定5.1.1熱媒的分類供暖系統(tǒng)的常用熱媒是水、蒸汽、空氣。供暖系統(tǒng)熱媒的選擇，應(yīng)根據(jù)安全、衛(wèi)生經(jīng) 濟(jì)、建筑形制及地區(qū)供熱條件等因素綜合考慮確定ivo熱媒的選用標(biāo)準(zhǔn)如下表6-1所示表6-1熱媒的選

14、用標(biāo)準(zhǔn)建筑名稱適宜采用允許采用居民樓、醫(yī)院、幼兒園托兒所等不超過95C的熱水低壓蒸汽；不超過110C的熱水辦公樓、學(xué)校、展覽館等不超過110C的熱水；低壓蒸汽高壓蒸汽一般俱樂部影劇院不超過110C的熱水；低壓蒸汽不超過130C的熱水5.1.2 熱媒的優(yōu)缺點(diǎn)比較以蒸汽作為熱媒，與熱水相比有如下優(yōu)點(diǎn):以蒸汽作為熱媒的使用面廣，能滿足多種熱用戶的要求。尤其在生產(chǎn)工藝用熱都要 求采用蒸汽來供給熱量。汽網(wǎng)中輸送蒸汽凝結(jié)水所耗的電能少，輸送靠自身壓力，不用循環(huán)系統(tǒng)不用耗電。因溫度和傳熱系數(shù)都比水高，可以減少散熱設(shè)備面積，降低了設(shè)備的費(fèi)用。由于蒸汽的密度很小，可以適用于地形起伏很大的地區(qū)和高層的建筑中，輸送

15、和使用過程中不用考慮靜壓，連接方式簡(jiǎn)便，運(yùn)行也很方便。但是蒸汽介質(zhì)有如下缺點(diǎn)：熱源效率低。蒸汽使用后凝結(jié)水回收困難僅除鹽水（或軟化水）損失大，而且熱損失也大。蒸汽在使用和輸送過程中損失大。以蒸汽輸送距離短。以熱水作為熱媒時(shí)一般有如下的優(yōu)點(diǎn)：熱水供熱系統(tǒng)的熱能利用的效率高。用熱水可以改變熱水溫度來進(jìn)行供熱調(diào)節(jié)，既可以減少熱網(wǎng)的熱損失又可以很好的 滿足衛(wèi)生要求。熱水供熱系統(tǒng)的蓄熱能力強(qiáng)，系統(tǒng)中的水量大,水的比熱很大。因此，水力工況和熱 力工況短時(shí)間的失調(diào)時(shí)也不會(huì)引起供暖狀況的很大波動(dòng)。熱水供熱系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送，其供熱半徑大v。蒸汽和凝結(jié)水狀態(tài)參數(shù)變化較大的特點(diǎn)是蒸汽供暖系統(tǒng)比熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和

16、運(yùn)行管理 上較為復(fù)雜的原因之一。由這一特點(diǎn)引起系統(tǒng)中出現(xiàn)“跑”、“冒”、“滴”、“漏”問題。解 決不當(dāng)時(shí)，會(huì)降低蒸汽供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和適用性。蒸汽供暖系統(tǒng)散熱器表面溫度高，易 烤炙積在散熱器上的灰塵，產(chǎn)生異味，衛(wèi)生條件較差。由于上述“跑、“冒”、“滴”、“漏” 影響能耗以及衛(wèi)生條件等兩個(gè)原因。在民用建筑中，不適宜采用蒸汽供暖系統(tǒng)。在工廠中 蒸汽作為供熱系統(tǒng)的熱媒得到極廣泛的應(yīng)用，生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷與其他熱負(fù)荷共存時(shí)，傳熱 介質(zhì)的選擇盡量只利用一種供熱介質(zhì)，根據(jù)個(gè)體情況，通過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定熱媒。本設(shè)計(jì)對(duì)象是某住宅區(qū)的供暖系統(tǒng)，權(quán)衡熱水和蒸汽兩種熱媒的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì) 的熱媒選用熱水vi。5.2

17、熱媒參數(shù)的確定熱水供暖系統(tǒng)按照水的參數(shù)的不同，可以分為低溫?zé)崴┡到y(tǒng)（水溫低于100c）, 高溫?zé)崴┡到y(tǒng)（水溫高于100c）熱水參數(shù)越高，輸送能力越大，越能節(jié)省輸送電量。 但溫度過高反而不經(jīng)濟(jì)。要提高熱水參數(shù)則能耗大，設(shè)備投資大，所以確定熱水溫度時(shí)， 要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。查城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范：對(duì)于以區(qū)域鍋爐房為熱源的熱力網(wǎng)， 提高供水溫度、加大供回水溫差，可以減少熱力網(wǎng)的流量，降低管網(wǎng)投資和運(yùn)行費(fèi)用，而 對(duì)鍋爐運(yùn)行的煤耗影響不大，從這方面看應(yīng)提高區(qū)域鍋爐房供熱介質(zhì)溫度。但當(dāng)介質(zhì)溫度 高于熱用戶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度時(shí)，用戶入口要增加換熱或降溫裝置，故提高供熱介質(zhì)溫度也 存在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理化的問題v

18、ii。當(dāng)不具備確定最佳供回水溫度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較條件時(shí)，推薦的熱水熱力網(wǎng)供回水 溫度的依據(jù)是：以區(qū)域鍋爐房為熱源時(shí)，供回水溫度的高低對(duì)鍋爐房運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能影響 不大。當(dāng)供熱規(guī)模較小時(shí)，與戶內(nèi)采暖設(shè)計(jì)參數(shù)一致，可減少用戶入口設(shè)備投資。當(dāng)供熱 規(guī)模較大時(shí)，為降低管網(wǎng)投資，宜擴(kuò)大供回水溫差，采用較高的供水溫度viii。當(dāng)供水溫度確定以后，回水溫度應(yīng)根據(jù)室外管網(wǎng)及內(nèi)部系統(tǒng)散熱設(shè)備的基建投資 （室內(nèi)管網(wǎng)的基建投資與用水溫度的變化有關(guān)），系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用及系統(tǒng)折舊、修理和維護(hù) 費(fèi)用總和最小的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較而確定。查集中供熱設(shè)計(jì)手冊(cè)當(dāng)不具備確定最佳供回水溫度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較條件，熱 水供回水溫度按以下原則確定：區(qū)域性

19、鍋爐房供回水溫度，區(qū)域性鍋爐房為熱源，供熱規(guī)模較小時(shí)，供回水溫度可采 用95/70C, 80/60C的水溫，而供熱規(guī)模較大時(shí)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較可采用110/70C, 130/70C, 150/80C等高溫水作為供熱介質(zhì)。二次網(wǎng)供回水溫度可根據(jù)一次供回水溫度和衛(wèi)生要求及供熱區(qū)內(nèi)熱用戶的需要，并 經(jīng)過詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后確定。一般二次網(wǎng)供回水溫度有如下幾種參考：95/70C、85/65C、 80/60C、70/50C等。本設(shè)計(jì)的集中供熱系統(tǒng)的熱源形式是以換熱站為熱源，提高供水溫度和加大供回水溫 差可使熱網(wǎng)采用較小的管徑，降低輸送網(wǎng)絡(luò)循環(huán)水的電能消耗和用戶用熱設(shè)備的散熱面 積，在經(jīng)濟(jì)上是合理的，但是由于供

20、水溫度過高，對(duì)管道及設(shè)備的耐要求高，運(yùn)行管理水 平也相應(yīng)提高，綜合考慮熱源、熱力網(wǎng)、熱用戶系統(tǒng)等方面因素并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確 定本設(shè)計(jì)熱媒參數(shù)為95/70C*。5.3單雙管系統(tǒng)的選擇單管系統(tǒng)與雙管系統(tǒng)相比，作用壓力計(jì)算不同并且各層散熱器的平均進(jìn)出水溫度也是 不相同的。在雙管系統(tǒng)中，各層散熱器的平均進(jìn)出水溫度是相同的；而在單管系統(tǒng)中，各 層散熱器的進(jìn)出口水溫是不相等的。越在下層，進(jìn)水溫度越低，因而各層散熱器的傳熱系 數(shù)K值也不相等。由于這個(gè)影響，單管系統(tǒng)立管的散熱器總面積一般比雙管系統(tǒng)的稍大些。在單管系統(tǒng)運(yùn)行期間，由于立管的供水溫度或流量不符合設(shè)計(jì)要求，也會(huì)出現(xiàn)垂直失 調(diào)現(xiàn)象。但在單管系統(tǒng)中，

21、影響垂直失調(diào)的原因，不是如雙管系統(tǒng)那樣，由于各層作用壓 力不同造成的，而是由于各層散熱器的傳熱系數(shù)K隨各層散熱器平均計(jì)算溫度差的變化程 度不同而引起的。對(duì)于三層以上的建筑物，如采用上供下回式的雙管系統(tǒng)，若無良好的調(diào) 節(jié)裝置，豎向失調(diào)狀況難以避免x。綜上考慮選擇雙管系統(tǒng)。機(jī)械循環(huán)和重力循環(huán)供暖系統(tǒng)的選擇在機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置了循環(huán)水泵，靠水泵的機(jī)械能，使水在系統(tǒng)中強(qiáng)制循環(huán)。增加 了系統(tǒng)的運(yùn)行電費(fèi)和維修工作量，但由于水泵所產(chǎn)生的作用壓力很大，因而供暖范圍可以 擴(kuò)大。機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)不僅可用于單幢建筑物中，也可以用于多幢建筑，甚至發(fā)展 為區(qū)域熱水供暖系統(tǒng)。機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)成為應(yīng)用最廣泛的一種供

22、暖系統(tǒng)。重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)維護(hù)管理簡(jiǎn)單，不需消耗電能。但由于其作用壓力小、管中水 流速度不大，所以管徑就相對(duì)大一些，作用范圍也受到限制。自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)通常 只能在單幢建筑物中使用，作用半徑不宜超過150m。此供暖住宅區(qū)面積較大，樓層較高，需使用機(jī)械循環(huán)中泵加壓提供動(dòng)力，因此選擇機(jī) 械循環(huán)供暖系統(tǒng)同。同程式供熱系統(tǒng)和異程式供熱系統(tǒng)的選擇通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度不相等，這種布置形式稱為異程式系統(tǒng)。異程式系 統(tǒng)供、回水干管的總長(zhǎng)度短，但在重力循環(huán)中，由于作用半徑較大，連接立管較多，因而 通過各個(gè)立管環(huán)路的壓力損失較難平衡。有時(shí)靠近總立管最近的立管，即使選用了最小的 管徑15mm，仍有很

23、多的剩余壓力。初調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)近處立管流量超過要求，而遠(yuǎn) 處立管流量不足。在遠(yuǎn)近立管處出現(xiàn)流量失調(diào)而引起在水平方向冷熱不均的現(xiàn)象，稱為系 統(tǒng)的水平失調(diào)。為了消除或減輕系統(tǒng)的水平失調(diào)，供、回水干管走向布置用同程式系統(tǒng)。同程式系統(tǒng)的特點(diǎn)是：通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度都相等。環(huán)路與通過最遠(yuǎn)處立管 的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度都相等，因而壓力損失易于平衡。由于同程式系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，在廠 區(qū)式的建筑物中，常采用同程式系統(tǒng)。但同程式系統(tǒng)管道的金屬消耗量，通常要多于異程 式系統(tǒng)xii?？紤]選擇同程式供暖系統(tǒng)。（選異程式，簡(jiǎn)述原因，）5.6最終供熱方案的選擇對(duì)要求熱水供應(yīng)的信大小區(qū)需單獨(dú)確定熱水供應(yīng)方案。為

24、實(shí)現(xiàn)環(huán)保的要求，冬季可使 用一級(jí)網(wǎng)供應(yīng)熱量，結(jié)合換熱器提供生活熱水，供水溫度應(yīng)保持在95 r左右，以減少小型 鍋爐的污染，節(jié)省能源。而夏季時(shí)，則采用專門的熱水鍋爐房提供生活熱水，白天同時(shí)可 使用太陽能積蓄部分熱量，不足的熱量可由鍋爐房提供，夜間利用白天積蓄的熱量與鍋爐 房配合滿足需要xiii。由于熱水供應(yīng)量的不確定性，故本設(shè)計(jì)采用M813型換熱器，可兼作 儲(chǔ)水箱的作用。系統(tǒng)圖附錄3所示。冬季運(yùn)行時(shí)，打開3號(hào)閥門，關(guān)閉1、2、4、5號(hào)閥門，只運(yùn)行 換熱器。夏季運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉3號(hào)閥門，打開1、2、4、5號(hào)閥門，停止運(yùn)行換熱器，水通 過鍋爐房和太陽能集熱器進(jìn)行加熱。在太陽能集熱器的出口管和鍋爐房出口管

25、上上裝有溫 度傳感器和比較器，當(dāng)太陽能集熱器出口水的溫度低于鍋爐房出水溫度而高于進(jìn)口溫度 時(shí)，則關(guān)閉6號(hào)閥門，打開7號(hào)閥門使水流至鍋爐房入口，當(dāng)太陽能集熱器的出口溫度高 于鍋爐房出口溫度時(shí)則打開6號(hào)閥門，關(guān)閉7號(hào)閥門使水流至分水器。由于此題目只設(shè)計(jì)二級(jí)網(wǎng)供暖，因此采用重力循環(huán)，同程，雙管供暖系統(tǒng)。供暖系統(tǒng) 熱媒選擇為熱水，熱媒的供回水溫度選擇為95r和70r6散熱器的選型與計(jì)算6.1散熱器的要求散熱器的功能是將供暖系統(tǒng)的熱媒（本設(shè)計(jì)采用熱水熱媒）所攜帶的熱量，通過散熱器 壁面?zhèn)鹘o房間。對(duì)散熱器的基本要求，主要有以下幾點(diǎn)：熱工性能方面的要求，散熱器的傳熱系數(shù)K值越高，說明其散熱性能越好。提高散

26、熱器的散熱量，增大散熱器傳熱系數(shù)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流動(dòng)速度和增加散熱器向外輻射強(qiáng)度等途徑。經(jīng)濟(jì)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(jīng) 濟(jì)性越好。安裝使用和工藝方面的要求，散熱器應(yīng)具有一定機(jī)械強(qiáng)度和承壓能力，散熱器的結(jié) 構(gòu)形式應(yīng)便于組合成所需要的散熱面積，結(jié)構(gòu)尺寸要小，少占房間面積和空間；散熱 器的生產(chǎn)工藝應(yīng)滿足大批量生產(chǎn)的要求。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(shè)不應(yīng) 影響房間觀感。使用壽命的要求，散熱器應(yīng)不易于被腐蝕和破損，使用年限長(zhǎng)xiv。6.2鋼制散熱器與鑄鐵散熱器的優(yōu)缺點(diǎn)鋼

27、制散熱器與鑄鐵散熱器相比，具有如下一些特點(diǎn)：金屬耗量少。鋼制散熱器大多數(shù)是由薄鋼板壓制焊接而成。耐壓強(qiáng)度高。鑄鐵散熱器的承壓能力一般為0.40.5MPa。鋼制板型及柱型散熱器 的最高工作壓力可達(dá)0.8MPa ；鋼片的承壓能力更高，可達(dá)1.0MPa。因此，從承壓 角度來看，鋼制散熱器適用于高層建筑供暖和高溫水供暖系統(tǒng)。外形美觀整潔，占地小，便于布置。如板型和扁管型散熱器還可在外表面噴刷各種 顏色和圖案，與建筑和室內(nèi)裝飾相協(xié)調(diào)。鋼制散熱器高度較低，扁管和板型散熱器 厚度薄，占地小，便于布置。除鋼制柱型散熱器外，鋼制散熱器的水容量較少，熱穩(wěn)定性差些。在供水溫度偏低 而又采用間歇供暖時(shí)，散熱效果明顯降

28、低。鋼制散熱器的最主要缺點(diǎn)是容易被腐蝕，使用生命比鑄鐵散熱器短。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明： 熱水供暖系統(tǒng)的補(bǔ)水含氧量多或系統(tǒng)水中的氯根含量多的情況下，鋼制散熱器很易 產(chǎn)生內(nèi)部腐蝕。此外，在蒸汽供暖系統(tǒng)中不應(yīng)采用鋼制散熱器。對(duì)具有腐蝕性氣體 的生產(chǎn)廠房或相對(duì)濕度較大的房間，不宜設(shè)置鋼制散熱器。由于鋼制散熱器存在上述缺點(diǎn)，它的應(yīng)用范圍受到一些限制。因此，鑄鐵柱型散熱器 仍是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的散熱器xv。本設(shè)計(jì)也采用鑄鐵柱型散熱器。6.3散熱器的布置布置散熱器時(shí)，應(yīng)注意下列一些規(guī)定：散熱器一般應(yīng)安裝在外墻的窗臺(tái)下，這樣沿散熱器上升的對(duì)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(jīng)室內(nèi)的空氣比

29、較暖和舒適。為防止凍裂散熱器，兩道外門之間，不準(zhǔn)設(shè)置散熱器。在樓梯間或其他有凍結(jié)危險(xiǎn) 的場(chǎng)所，其散熱器應(yīng)有單獨(dú)的立、支管供熱且不得裝設(shè)調(diào)節(jié)閥。散熱器一般明裝，在內(nèi)部裝修有特殊要求的場(chǎng)合可采用暗裝。在垂直單管或雙管熱水供暖系統(tǒng)中，同一房間的散熱器可以串連。兩串連散熱器之 間的串連管徑應(yīng)與散熱器接口的直徑相同，以便水流暢通。在樓梯間布置時(shí)，考慮樓梯間熱流上升的特點(diǎn)，應(yīng)布置在底層或按一定比例分布在 下部各層。鑄鐵散熱器的組裝片數(shù)，不宜超過下列數(shù)值：二柱（M132型）一20片；柱型（四柱）一25片；長(zhǎng)翼型一7片6.4散熱器的選擇在該設(shè)計(jì)中，選用四柱813 （帶腿）散熱器。這種散熱器金屬熱強(qiáng)度及傳熱系數(shù)

30、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(yīng)用。具體的參數(shù)如下表7-1所示（其中傳熱系數(shù)計(jì)算公式（7-1）：K = 2.503 x At0.293 ；（7-1）At = t t為散熱器熱水熱媒進(jìn)出口溫度的平均值與室內(nèi)空氣溫度的差值（C）（核對(duì)下參數(shù)）表7-1散熱器具體參數(shù)型號(hào)TZ4-6-5（四柱 813 型）傳熱系數(shù)散熱面積0.28 m 2/片At =68.58.64w/(m2C)水容量1.41L/ 片At =66.58.56w/(m2C)重量8.0kg/ 片At =64.58.49w/(m2C)工作壓力0.5MPaAt =62.58.41w/(m2C)

31、6.5供回水溫度的計(jì)算設(shè)供、回水溫度分別為t、住宅區(qū)所有散熱器的散熱量分別為222,即立管的熱負(fù)荷為:Q = 21 + 22 +Qi(7-2)通過立管的流量，按其所擔(dān)負(fù)的全部熱負(fù)荷計(jì)算， aL 23.6 2Gl C(t -1h) 4.187(t -1h)式中 E 2 一立管的總熱負(fù)荷，kj;可用下式確定:= 0.Z(7-3)t、t h一立管的供、回水溫度;C 一水的熱容量，j/(kg. C);A 單位換算系數(shù)。串聯(lián)N組散熱器的系統(tǒng)流出第i組散熱器的水溫(令沿水流動(dòng)方向最后一組散熱器為i=1)，可按下式計(jì)算:(7-4)式中 t一流出第i組散熱器的水溫，C；丈2 沿水流動(dòng)方向，在第i組(包括第i組

32、)散熱器前的全部散熱器的散熱量。 i i散熱器散熱面積F按下式計(jì)算：(7-5)F=% PPPKAt 1 2 3式中2 一散熱器的散熱量(也就是房間內(nèi)所需的熱量)，kj ;t 前面提及，C；K 散熱器的傳熱系數(shù);P 一散熱器組裝片數(shù)修正系數(shù);p 2一散熱器連接形式修正系數(shù)；P 3一散熱器安裝形式散熱器組裝片數(shù)修正系數(shù)。表7-2散熱器組裝片數(shù)修正系數(shù) TOC o 1-5 h z 每組片數(shù)p11-50.956-101.0011-201.0520以上1.10備注：上表僅適用于各種柱式散熱器，方翼型和圓翼型散熱器不修正，其它散熱器需 要修正時(shí)，見產(chǎn)品說明。6.5.1計(jì)算實(shí)例取廠區(qū)住宅A區(qū)房間601號(hào)為例

33、，由于房間的面積適中，房間的熱負(fù)荷適中，又因?yàn)?散熱器的片數(shù)不能超過一定的數(shù)值（本系統(tǒng)采用四柱813型散熱器），況且如果散熱器太 長(zhǎng)又會(huì)影響美觀，所以采用兩組散熱器串連的方式布置。根據(jù)下式（7-4）計(jì)算Z Q1 , 、廣賓（7-4）得到流入第一層的溫度：212 = t -。Th）= 95-3796.875/473.875 = 87.0C；流出第一層的溫度：1/ = t -(t -1 ) = 95 -5062.5/473.825 = 84.3 C。1 g 乙 Q g h7已知 Q = 2.8125kw, t = (87.0 + 84.3)/2 = 85.6,七=20 C,At = t -1 =

34、85.6 - 20 = 65.6 C, K = 8.53w/(m2c)修正系數(shù)選擇:散熱器組裝片修正系數(shù)，先假定61 = 1.0；散熱器連接形式修正系數(shù)，查表，七=1.0；散熱器安裝形式修正系數(shù)，查表，63 = 1.03xvi。(7-5)F = Q PPPKM 1 2 3根據(jù)式(7-5)得到:F = 2812.5 x 1.0 x 1.03 x 1.0/(65.6 x 8.53) = 5.18 m2四柱813型散熱器的每片散熱面積為0.28m2，則計(jì)算片數(shù)n為:n = F f = 5.18/0.28 = 18 片(取整)。因此住宅A區(qū)601房間則可以布置2個(gè)小的散熱器，應(yīng)采用四柱813型散熱器9

35、片。其余房間同理，供回水溫度計(jì)算結(jié)果列于表7-3、表7-4、表7-5。6.5.2住宅區(qū)供回水溫度設(shè)計(jì)供回水溫度為95/70C6.6散熱器片數(shù)計(jì)算6.6.1住宅區(qū)房間散熱器片數(shù)計(jì)算表7-6住宅區(qū)房間散熱器片計(jì)算房間名片數(shù)房間名片數(shù)房間名片數(shù)房間名片數(shù)臥室18B60118C60118D60118衛(wèi)生間18B50118C50118D50118A40118B40118C40118D40120A30120B30118C30118D30120A20120B20120C20120D20120A10122B10122C10120D10122A60218B60218C60218D60218A50218B5021

36、8C50218D50218A40220B40218C40218D40218A30220B30220C30220D30220A20220B20220C20220D20222A10222B10222C10220D10222A60318B60318C60318D60318A50318B50318C50318D50318A40318B40318C40318D40318A30320B30320C30318D30320A20320B20320C20320D20322A10322B10322C10322D103227供熱管路的水力計(jì)算確定系統(tǒng)原理圖繪制管路的系統(tǒng)圖（1-6層）以住宅區(qū)為例。確定最不利環(huán)路，設(shè)

37、計(jì)以右邊立管環(huán)路計(jì)算為例，因該環(huán)路為最不利環(huán)路。7.2系統(tǒng)水力計(jì)算分析設(shè)計(jì)供回水溫度為95/70C。對(duì)室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路，管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度K值 取0.2mm，當(dāng)K = 0.2mm時(shí)，過渡區(qū)的臨界速度為v = 0.023m/s, v = 1.066m/s。本設(shè)計(jì)熱 水供暖系統(tǒng)中，管段中的流速通常都在vi和v 2之間。選擇最不利環(huán)路最不利環(huán)路是通過立管的環(huán)路。這個(gè)環(huán)路經(jīng)過管段1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、 11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27。7.2.2 最不利SMS總壓力損失P = Y (R l + AP )ii=

38、1(8-1)AP = gH (ph-pg) +、(8-2)根據(jù)已知條件立管距鍋爐的水平距離至少30-50m之內(nèi)，下層散熱器中心距鍋爐中心垂直高度小于15m。查設(shè)計(jì)手冊(cè)得RPf=350pa。根據(jù)供回水溫度，查得p = 977.18kg/m3，pgh=961.92kg/m3將以上數(shù)據(jù)代入公式(8-2)得：RP1 = gH (p h-p ) + AP = 9.81 x 5 x (977.18 - 961.92) + 350 = 1098.5 pa7.2.3 確定選擇環(huán)路的管徑求單位長(zhǎng)度平均比摩爾阻RppRppaAP1 l(8-3)式中AP 最不利循環(huán)環(huán)路作用壓力；ia 沿程損失占總壓力損失的百分?jǐn)?shù)，

39、重力循環(huán)取a = 50% ； l 一是最不利管路環(huán)路的總長(zhǎng)度，m。 l = 2 + 9.5 + 9 + 9 + 9 + 9 + 9 + 9 +19.5 + 9 + 9 + 9 + 9 + 5 + 5 + 5 + 5 + 5 + 5 +10 + 4 + 4 + 4 + 3 + 3 + 2 = 155 m根據(jù)公式(8-3)求得R . = 0.5x818/155 = 2.64pa/m根據(jù)各管段的熱負(fù)荷，求出各管段的流量，計(jì)算公式(8-5)G = 36002/4187 x 103(, - th ) (8-4)式中Q 管段的熱負(fù)荷，w；, 一 t 一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供水溫度，c； 、t 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)回水溫度，c

40、。根據(jù)G, R ,查中,選擇最接近R ,的管徑。將查出的D、R、和口值列入下表8-1。7.3重力循環(huán)采暖管路水力計(jì)算表8-1重力循環(huán)采暖管路水力計(jì)算表管QG d LvRmAP =AP、JydAP xeAP 總段(w)(kg / h) (mm) (m) (m / s) (pa / m) RmL(pa) (pa)(四)號(hào)(pa)1179057.32020.041.513.02250.8020.0023.022286091.5259.50.041.918.6540.803.2011.8535760184.02590.096.7760.9315.005.0065.9346290201.33290.06

41、1.9517.6511.801.8018.6558560274.03290.073.3630.2412.452.4532.69612560401.94090.093.4631.1415.005.003684090.093.9235.282.55.0012.5047.78815670501.44090.115.2246.983.56.0521.1868.16918440590.15090.071.9717.7312.452.4520.181019710630.75090.082.1719.5313.203.2022.731121860699.55090.092.6924

42、.2115.005.0029.211224890796.55090.103.4731.2345.0020.0051.231329420941.45050.124.8824.4017.207.2031.60143195010227050.081.587.9043.2012.8020.70153683011797050.092.0810.4045.0020.0030.40163942012617050.102.2311.1515.005.0016.15174634014837050.123.1015.502.57.2018.0033.50189268029667019.50.232.0539.98

43、626.5158.7198.71946340148270100.123.1031.003.57.225.256.2203942012617050.102.2311.1515.05.0016.152121860699.55030.092.698.0745.020.0028.072218440590.15040.071.977.8812.452.4515.762313620435.84040.093.9215.6815.005.0020.682412560401.94040.093.4613.8315.005.0018.84256290201.33240.061.957.8041.807.2015

44、.00264800153.62530.085.4316.2943.2012.8029.0927230073.62020.064.258.5041.807.2015.70 L = 155m （Apy + 型）-974.09pay AP iA % = A (APy +1-27 x 100%(8-6)式中A% 系統(tǒng)作用壓力的富裕率;AP；一最不利環(huán)路的作用壓力，paZ(AP +Ap ) 為最不利環(huán)路壓力損失，pa y j 1-271098 5 974 09 利用公式(8-6)求得：A% = -0一9- x 100% = 11.3% 10%，符合條件。作用壓力AP = 1589.98pa不平衡率X=A

45、P土AP2(8-7)1098.5284600147.22530.1843.6130.8516.281211.829270086.42030.0915.245.6324.05129.6175.2立管二層散熱器表8-2Z (Apy + Ap.) = 387payAP，i ,i+1利用公式(8-7)求不平衡率：X =-387 = 10.8% 15%作用壓力 Ap - 2045.168pa434.1305400172.82530.1951.3153.9516.783.5237.431240076.82030.0915.245.6324.05129.6175.2立管三層散熱器表8-3Z (Apy + A

46、p.) = 412.6pa利用公式(8-7)不平衡率：X =(412.6 45188)x 100% = -10.3% -15%412.6立管四層散熱器作用壓力Ap = 2500.352pa表8-4325600179.2530.19 53.6160.8 516.9 84.5245.32332600 83.22030.1117.351.9325.28 168.95220.86 (Apy + Ap.) = 466.16pa利用公式(8-7)不平衡率：X =(4666 一455.184) x 100% =466.162.35% 15%立管五層散熱器作用壓力 Ap = 2955.536pa表8-5346

47、400 204.2530.19 54.2162.6516.5 82.8245.486352800 89.62030.1117.351.9325.28 168.9220.856 (Apy + Ap) - 465.96pa利用公式(8-7)求不平衡率：X_ (465.96 - 455.536)465.536x 100%=2.2% 15%立管六層散熱器作用壓力Ap = 3410.72pa表8-6367200 230.3230.18 50.2150.6515.8 79229.64373200102.2030.1118.254.6325.28 168.9223.5466 (Apy + Ap.) = 45

48、3.16pa利用公式(8-7)求：不平衡率X = I6 45584)453.16備注：因?yàn)樽≌瑓^(qū)六層樓總阻力損失是最大的，x 100% = -0.45% 15%只要住宅區(qū)滿足要求，重力循環(huán)可以自流，其他矮層建筑皆可滿足題意，故不再求算。7.4局部阻力系數(shù)統(tǒng)計(jì)局部阻力損失統(tǒng)計(jì)表如下表8-7所示表8-7局部阻力損失系數(shù)統(tǒng)計(jì)管段號(hào)局部阻力個(gè)數(shù) 8散熱器2乙字彎2截止閥1125分流三通1合流四通120、90彎頭2彎頭1直流四通124閘閥1乙字彎13閘閥214直流三通115直流三通116直流三通1170、90煨彎57直流三通12.5閘閥170、90煨彎38閘閥13.5旁流三通19直流三通1110直流三通

49、1111直流三通1132彎頭112直流三通14閘閥1乙字彎113直流三通11直流四通114432彎頭132彎頭1直流三通1154閘閥1乙字彎116直流三通1170、90煨彎117直流三通12.5閘閥170、90煨彎5閘閥2186乙字彎1散熱器170、90煨彎319閘閥13.5旁流三通120直流三通11直流四通121425括彎122直流三通1123直流三通1124直流三通11直流四通125425括彎1直流四通126425括彎132彎頭1直流三通1274閘閥1乙字彎1直流四通1285括彎1彎頭2乙字彎229分合流四通132截止閥1散熱器1直流四通1305括彎1彎頭2乙字彎231分合流四通132截止閥1散熱器1直流四通1325括彎1彎頭2乙字彎233分合流四通132截止閥1散熱器1直流四通1345括彎1彎頭2乙字彎235分合流四通132截止閥1散熱器1直流四通1365括彎1彎頭2乙字彎237分合流四