湖南大學供熱工程課程設計計算說明書 -1- 目目 錄錄 目目 錄錄 .1 第第 1 1 章章 緒緒 論論 .1 1.1 設計目的.1 1.2 工程概述.1 1.3 設計內容.1 1.3.1 學生宿舍室內采暖工程設計.1 1.3.2 室外供熱管網設計.2 1.3.3 鍋爐房工藝設計.3 第第 2 章章 設計依據設計依據 .4 2.1 主要參考資料.4 2.2 設計范圍.4 2.3 設計參數.4 2.3.1 室外設計參數.4 2.3.2 室內設計參數.5 2.4 設計原始資料.5 2.4.1 土建資料.5 2.4.2 建筑結構.5 2.4.3 燃煤資料.5 2.4.4 水質資料.5 2.4.5 其他資料.6 2.4.6 朝向修正率.6 第第 3 3 章章 學生宿舍供暖系統的設計熱負荷學生宿舍供暖系統的設計熱負荷 .7 3.1 熱負荷組成.7 3.2 負荷計算.7 3.2.1 圍護結構計算參數.7 3.2.2 校核圍護結構傳熱熱阻是否滿足最小傳熱阻要求.8 3.2.3 主要計算公式.9 3.3 各層熱負荷計算.10 3.4 各房間負荷計算結果匯總如下表所示.19 第第 4 4 章章 熱水供暖系統設計方案比較與確定熱水供暖系統設計方案比較與確定 .20 4.1 循環動力.20 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 2 4.2 供、回水方式.20 4.3 系統敷設方式.20 4.4 供、回水管布置方式.21 4.5 工程方案確定.21 第第 5 5 章章 散熱器的選型及安裝形式散熱器的選型及安裝形式 .22 5.1 散熱器的選擇 .22 5.2 散熱器的布置.22 5.3 散熱器的安裝.22 5.4 散熱器的計算.23 5.4.1 各立管中間溫度確定.23 5.4.2 散熱器篇數確定.25 第第 6 6 章章 熱水供暖系統水力計算熱水供暖系統水力計算 .32 6.1 系統原理圖.32 6.2 系統水力計算.32 6.2.1 選擇最不利環路.33 6.2.2 確定最不利環路各管段的管徑.33 6.3 繪制系統管路水壓圖.36 6.3.1 確定沿程壓力損失.36 6.3.2 確定局部阻力損失.36 6.3.3 求各管段的壓力損失.37 6.3.4 求環路總壓力損失.38 6.2.5 計算富裕壓力.38 第第 7 7 章章 室外供熱管網設計室外供熱管網設計 .39 7.1 學校各建筑物熱負荷及屋頂標高確定.39 7.2 學校供熱管網布置.40 7.3 供熱管網水利計算.41 7.2.1 第一部分水利計算.41 7.2.2 第二部分水利計算.43 7.4 室外管網各用戶水利計算.45 7.5 系統定壓方式選擇及水壓圖.46 7.5.1 系統的定壓方式.46 7.5.2 系統的連接方式.46 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 3 7.5.3 水壓圖繪制.47 7.5.4 管道的敷設與保溫.48 7.5.5 集中供熱調節.48 第第 8 8 章章 鍋爐房工藝部分鍋爐房工藝部分 .50 8.1 熱負荷計算及鍋爐機組的選擇.50 8.1.1 全學校的熱負荷的計算.50 8.2 給水以及水處理設備的選擇.50 8.2.1 鍋爐循環水量計算.50 8.2.2 循環水泵的揚程的計算.51 8.3 定壓及水處理設備的選擇.51 8.3.1、膨脹容積的計算.51 8.3.2 定壓裝置及補水泵的選擇.52 8.3.3 軟化水設備及軟化水箱的選擇.52 8.3.4 其他.52 8.4 水氣系統主要管道管徑的確定.52 8.4.1 循環水主干管管徑的確定.52 8.5 燃氣及排煙系統.53 8.5.1 燃氣及天然氣泄露報警裝置.53 8.5.2 煙囪.54 8.6 排污系統.54 8.7 熱工控制和測量儀器.54 8.8 鍋爐房的布置.54 8.9 鍋爐房主要設備表.55 參考文獻參考文獻 .56 設計總結設計總結 .57 湖南大學供熱工程課程設計計算說明書 -1- 第 1 章 緒 論 1.1 設計目的設計目的 本課程的目的是培養學生運用所學的暖通空調、流體輸配管網課程的理論和技術 知識解決實際問題，進一步提高運算、制圖和使用資料的能力。 根據所學基礎理論和專業知識，結合實際工程，按照工程設計規范、標準、設計 圖集和有關參考資料，在老師的指導下，獨立完成建筑所要求的工程設計，并通過設 計過程，使自己比較系統的掌握暖通設計原則、方法、步驟，了解相關專業的相互配 合，培養自己分析問題和解決問題的能力，為今后的畢業設計打下良好的基礎。同時 液位將來從事建筑環境與設備工程專業設計工作、驗收調試、運行管理和有關應用科 學的研究及技術開發等工作，奠定可靠的基礎。 1.2 工程概述工程概述 本工程為北京市 XXX 學校室外供熱管網設計、學生宿舍采暖設計和鍋爐房工藝 設計三部分組成。 學校分為教學區和生活區兩個區域。生活區包括教師宿舍、學生宿舍、食堂和浴 室，在采暖期間全天供熱。教學區包括教學樓、圖書館、體育館、大禮堂和行政辦公 等建筑。教學區晚上十點以后停止供熱、維持值班溫度。根據全校總平面圖，按圖中 各建筑物的使用功能、建筑面積、高度等，完成能滿足全校各建筑物熱負荷的供熱管 網設計。根據學生宿舍建筑圖，完成學生宿舍采暖設計。根據全校各建筑總熱負荷， 完成鍋爐房工藝設計。全校地勢平坦，地下水位較低。 1.3 設計設計內容內容 本工程設計由學校室外供熱管網設計、學生宿舍采暖設計和鍋爐房工藝設計三部 分組成。 1.3.1 學生宿舍室內采暖工程設計 1、設計熱負荷的計算： 室內采暖設計熱負荷按照熱負荷計算方法進行圍護結構的耗熱量計算，其設計參 數的選取和負荷計算方法； 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 2 2、根據國家政策、規范，結合實際情況確定系統形式和采暖形式或者根據指導 老師的要求進行確定； 3、根據房間負荷和安裝條件，進行散熱器的選型計算； 4、確定系統最不利環路，進行水系統的水力計算； 5、根據熱負荷、水力計算結果和已經確定的設計方案，選擇循環水泵以及滿足 系統要求的附屬設備等等； 6、設計方案按照施工圖的標準進行繪制，要求繪制 2 張折合成 1 號圖的工作量 （計算機繪圖） ，設計圖紙要求內容布置合理，尺寸線應完整、閉合，圖文全 部采用工程字體，圖例及繪圖方法執行國家有關繪圖規范； 7、設計按照設計規范要求，結合工程實際的需要，考慮消防等問題，在選擇系 統和設備時，還應綜合考慮當地環保、節能的具體要求； 8、進行有關方案對比，得出對比結論。 1.3.2 室外供熱管網設計 1、熱負荷計算，根據建筑物的圍護結構及外形設計，選擇合理的體積熱指標法 或面積熱指標法進行設計概算（本例中已給出各建筑物的熱負荷） ； 2、管網布置根據總平面圖合理布置管網走向，選擇合理路線； 3、水力計算，在管網的水力計算中計算最不利環路，以及最不利環路和其他環 路的平衡計算，同時考慮管網的水力穩定性； 4、根據實際情況選擇合適管網的定壓方式，確定用戶與外網的連接方式； 5、水壓圖繪制； 6、水泵選擇計算（如果采用水泵定壓，應進行定壓水泵選擇計算） ，根據室外供 熱管網調節方式選擇合理的水泵組合。滿足不同工況的需求。 7、根據設計方案和運行情況，制定集中供熱調節方式。選擇質調節、量調節或 者綜合調節。 8、圖紙要求 （1） 管網平面布置總圖一張（2 號圖）途中應附有圖例，并標出選定的管徑、 坡度和管道進的位置； （2） 水壓圖一張（2 號圖）圖中應有最不利環路管道的水壓圖和最不利環路管 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 3 道的展開圖。包括管道皮杜和管道標高等等。 9、其他 （1） 在管網中直管段的補償器按每 40 米管長一個確定，盡量利用自然補償； （2） 管道的敷設建議采用地溝管敷設或者地下直埋方式，管道的敷設和管道的 機械強度計算可略； （3） 管道保溫和管道保溫計算略。 1.3.3 鍋爐房工藝設計 1、鍋爐房型號及臺數選擇（可選擇燃油、燃氣、燃煤鍋爐中的一種） ； 2、水處理設備選擇； 3、給水設備和磚窯管道的選擇和計算； 4、送、引風機校核計算； 5、鍋爐房工藝布置，確定鍋爐在鍋爐房內的位置布置和輔助設備的位置布置， 以及蒸汽管道、供水管、風管等的布置； 6、圖紙要求： （1） 系統圖紙一張（1 號圖紙） ，圖中應有圖例，并標出設備編號及選定管徑， 管子斷開處和流向不易判斷處標明介質流向； （2） 平面布置圖一張（1 號圖紙） ，圖中應包括設備及附件之間的相對位置、 設備及附件的編號，并附有明細表。 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 4 第第 2 章章 設計依據設計依據 2.1 主要參考資料主要參考資料 1、王宇清，劉春澤. 供熱工程，機械工業出版社，2005 2、 采暖通風與空氣調節設計規范（GB 500192003），北京：中國建筑工業出 版社，2003 3、劉建龍主編. 建筑設備工程制圖與CAD 技術，北京：中國化學工業出版社 2009 4、劉建龍. 供熱工程課程設計指導書，2008 5、 陸耀慶. 供熱通風設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1987 6、李貸森. 簡明供熱設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1998 7、城市熱力網設計規范CJJ34-2002，北京：中國建筑工業出版社，2003 8、 城市供熱管網工程施工及驗收規范CJJ-28-89，北京：中國建筑工業出版社 1989 9、 采暖通風與空氣調節制圖標準（GBJ 114-1988），北京：中國建筑工業出版 社，1989 10、宋孝春.建筑工程設計標志深度實例規范暖通空調，北京：中國建筑工業 出版社，2003 11、鍋爐房設計規范GB50041-92，北京：中國計劃出版社，1993 12、建筑設備施工安裝通用圖集91B5-鍋爐房工程，北京：華北標辦，1993 2.2 設計范圍設計范圍 本次設計任務為北京市某學校學生宿舍室內采暖工程設計、室外供熱管網設計和 鍋爐房工藝設計三部分組成。根據設計要求設計采暖期為 126 天。 2.3 設計參數設計參數 2.3.1 室外設計參數 根據建筑物所在的地區是北京市，查實用供熱設計手冊表 3.1-3，將北京市 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 5 冬季室外氣象參數列在表 2.1 中： 表2.1 冬季室外氣象參數表 地理位置 大氣壓力 （Kpa） 室外平均風速 （m/s） 冬季采暖室外計 算干球溫度/ 冬季室外計算相 對濕度/% 北京市100.152.8-950 2.3.2 室內設計參數 根據設計建筑類型，查采暖通風與空氣調節設計規范GB50019-2003 相關要 求，確定室內設計參數如下表: 表 2.2 室內設計參數 冬季房間 名稱干球溫度/相對濕度/%風速 m/s 宿舍、樓梯間、門廳18500.2 衛生間、盥洗室、走 廊 16500.2 2.4 設計原始資料設計原始資料 2.4.1 土建資料 本工程為北京市某學校綜合采暖工程，土建資料包括：總平面圖、學生公寓建筑 平面圖和立面圖。圖中包括建筑尺寸、維護結構及門窗做法、建筑層高、建筑用途等。 2.4.2 建筑結構 學生宿舍為 250mm 厚的加氣混凝土，內外各有 20mm 厚的水泥砂漿； 內墻為輕質龍骨結構； 外窗為雙層透明中空玻璃。高度為 1800mm，大門高度為 2200mm； 屋頂為 20mm 厚水泥砂漿，150mm 厚混凝土，兩層瀝青油氈； 地面為不保溫地面； 2.4.3 燃煤資料 Cy=58.38% Hy=4.05% Sy=0.77% Oy=5.81% 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 6 Ny=0.85% Ay=24.61% Wy=5.53% Vy=38.45% Qdwy =21845kJ/kg 2.4.4 水質資料 表 2.3 水質資料 總硬度 0 H永久硬度 FT H暫時硬度 T H總堿度 0 A溶解固形物pH 4.5 me/L2.1 me/L2.4 me/L2.5 me/L460 me/L8.0 2.4.5 其他資料 根據當地的資源情況，優先考慮新能源的應用。 2.4.6 朝向修正率 北朝向： 10%； 東、西朝向： 5%； 南向： 20%。 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 7 第 3 章 學生宿舍供暖系統的設計熱負荷 供暖熱負荷是設計中最基本的數據。它直接影響供暖系統方案的選擇、供暖管道 管徑和散熱器等設備的確定、關系到供暖系統的使用和經濟效果。 3.1 熱負荷組成熱負荷組成 1、基本耗熱量（屋頂、墻、地板和窗耗熱量）； 2、圍護結構修正耗熱量（朝向、風力、高度影響的修正）； 3、冷風滲透耗熱量； 4、冷風侵入耗熱量； 3.2 負荷計算負荷計算 3.2.1 圍護結構計算參數 1、 外墻 根據設計資料，250mm 厚加氣混凝土(=700 kg/m3、=0.22 w/mK、c=1.05kJ/（kg. )，內外各 20mm 厚水泥砂漿(=1800 kg/m3、=0.93 w/mK、c=1.05kJ/kg)。 根據公式： （3.1） wi i n wjnO RRRR K 11 111 將數據帶入上式中得：K=0.75W/( m ) 2 （3.2） 1 n i i i DRs （3.3） 2 c s Z 見上述數據代入式（3.2）中可得 D=4.4. 2、 外窗 根據設計資料，外窗均為雙層中空木窗，尺寸（寬高）均為為 1.51.8m ，查 附錄 1-4，傳熱系數 K=2.7 W/(m ) 2 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 8 3、 門 根據設計資料，外門均為單層門，查附錄表 1-4 得，K=2.91 W/(m ) 2 4、 屋頂 根據設計原始資料，屋頂為 20mm 厚水泥砂漿(=1800 kg/m3、=0.93 w/mK、c=1.05kJ/kg)+150mm 厚混凝土(=2500 kg/m3、=1.74 w/mK、c=0.92kJ/kg)+兩層瀝青油氈(=600 kg/m3、=0.17 w/mK、c=1.47kJ/kg)。 將上述數據代入式(3-1)中可得：K=1.67 W/( m ) 2 5、 地面 非保溫地面，主要分為三個地帶，查教材表 1-5 表 3-1 非保溫地面傳熱系數和熱阻 圖 3-1 地面傳熱地帶的劃分 3.2.2 校核圍護結構傳熱熱阻是否滿足最小傳熱阻要求 1、 校核外墻最小熱阻 由外墻維護結構計算參數中內容可知 D=4.4，查教材表 1-13 可知該圍護結構屬 于 II 型圍護結構。 圍護結構冬季室外計算溫度 w=0.6w+0.4 =0.6(-9)+0.4(-12)=-10.2 ew t , t min,p t 按公式(1-15)1計算最小傳熱阻 Ro,min=aRn （3.3） nw e y tt t 式中： Ro,min圍護結構的最小傳熱阻，/W； 2 m 冬季圍護結構室外計算溫度，； ew t , 地帶( 0 R m /W) 2 W/( m ) 0 K 2 第一地帶2.150.47 第二地帶4.300.23 第三地帶8.600.12 第四地帶14.20.07 第二地帶 第一地帶 第三地帶 第四地帶 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 9 采暖室內設計溫度，； n t 根據舒適性確定的室內溫度與圍護結構內表面的溫差，這里取 6； y t Rn圍護結構內表面換熱系數，W/（） ； 圍護結構的溫差修正系數。 將上述參數代入得，/W54 . 0 7 . 86 ) 2 . 1018(0 . 1 t )t-(t R y wn MINO, n 2 m 外墻實際傳熱熱阻為 /W0.54/W，滿足要求。33 . 1 75 . 0 /1 O R 2 m 2 m 3.2.3 主要計算公式 由于冬季室外溫度的波動幅度遠小于室內外的溫差，因此在圍護結構的基本耗熱 量計算中采用日平均溫差的穩態計算法， 1. 圍護結構的基本耗熱量 （3.4）() NW qFK tt 式中 圍護結構的基本耗熱量形成的熱負荷（W） ；q 圍護結構的溫差修正系數； 圍護結構面積（） ；F 圍護結構的傳熱系數W/()；K 冬季采暖室內計算溫度（） ； N t 冬季采暖室外計算溫度（） 。 W t 2. 圍護結構的附加耗熱量 圍護結構的附加耗熱量按其占基本耗熱量的百分率確定。 1) 朝向修正率參考本設計 2.4.6 節； 2) 風力附加率 本設計不必要考慮風力附加； 3) 圍護結構的高度附加 本設計中建筑雖然有三層，一層高為 3.3m，總高度只 有 13.2，因此在本設計中高度附加可以忽略。 3. 冷風滲透耗熱量 =0.28Vw (3.5) 2 Q p c( wnn tt ) 式中：冷風滲透耗熱量（W） ； 2 Q 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，本設計取 1.415kg/m3； 冷空氣的定壓比熱， =1KJ/（kg） 。 p c p c 湖南大學供熱工程課程設計設計說明書 10 經門、窗隙入室內的總空氣量按下式計算 V= (3.6)nlLh 式中： L h每米每小時縫隙入室內的空氣量； 門窗縫隙的計算長度，m；l n滲透空氣量的朝向修正系數。 Lh=(0.3h0.4)b(0.5w02)b (3.7) 式中： h 計算門窗中心標高，m； 0冬季室外最大風向的平均風速，m/s； 外門窗縫隙滲風系數，由表 1-8 查得 0.5； b 門窗縫隙滲風指數，取 0.67； 4. 冷風侵入耗熱量 開啟外門時侵入的冷空氣需要加熱到室內溫度，對于短時間開啟無熱風幕的外門， 可以用外門的基本耗熱量乘以相應的附加率： =N (3.8) 3 Q mj Q . . 1 式中： 外門基本耗熱量，W; mj Q . . 1 N考慮冷風侵入的外門附加