1、供热工程毕 业 设 计 指 导 书适用专业：建筑环境与设备工程河南科技大学规划与建筑工程学院建筑环境与设备工程教研室2013 年 1 月供热工程毕业设计指导书一、设计题目：某住宅建筑采暖工程设计。二、设计任务和目的学生根据所学基础理论和专业知识，结合实际工程，按照工程设计规范、标准、设计图集和有关参考资料，独立完成建筑所要求的工程设计，并通过设计过程，使学生系统地掌握暖通设计规则、方法、步骤，了解相关专业的配合关系，培养学生分析问题和解决问题的能力，为将来从事建筑环境与设备工程专业设计工作和施工、验收调试、运行管理和有关应用科学的研究及技术开发等工作，奠定可靠的基础。三、原始资料1.设计工程所
2、在地区:市 2.气象资料（从设计手册中查找）：供暖室外设计温度；当地冬季室外平均风速及主导风向；供暖天数（t w+5） ，供暖期日平均温度；最大冻土层深度等。3.建筑资料：建筑平面图、立面图：图中包括建筑尺寸、围护结构及门窗做法、建筑层高、建筑用途等。4.室内设计参数：按照采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003 要求，根据建筑物的性质确定。5.其他要求：应结合当地的节能、环保要求，根据资源情况，优先考虑节能、环保的采暖方式。四、设计内容1.设计热负荷的计算：室内采暖设计时，应按热负荷计算方法详细计算围护结构的耗热量，对于新建住宅建筑要求分户热计量，其设计参数的选取和负荷计算方法详见
3、有关设计资料。2.可以根据国家政策、规范，结合实际情况确定系统形式和采暖形式。3.根据所给设计条件以及热负荷和已经确定的设计方案，进行散热设备的选型计算。4.进行整个建筑采暖系统的水力计算。5.进行换热站设计。包括设备选型、换热站平面布置和系统流程。五、设计要求1.设计说明书设计说明书包括设计说明和设计计算两部分。说明书应有封面、目录、必要的计算过程；计算内容应给出其来源；在确定设计方案时应有一定的技术、经济比较（如设计方案的选择、设备的选型等）说明；内容应分章节，重复计算使用表格方式，参考资料应列出；设计说明书应不少于 8000 字。设计说明书内容应包括：设计的依据及指导思想；设计方案的系统
4、形式及其优缺点；热媒参数的确定，管材和配件的选用、管道的连接方式及换热站设计等。要求设计说明书文理通顺、书写工整、叙述清晰、内容完整、观点明确、论据正确，应将建筑概况和设计方案交待清楚。 计算书应有热负荷的计算表、散热设备的选择计算表、系统的水力计算表等计算数据。2.设计图纸设计图纸应能完整地反映出设计概况。要求绘制 6 张 A1 图纸，图纸应包括采暖系统图、采暖平面图、局部剖面图、大样图、换热站平面图、换热站系统图等。设计图纸要求图面整洁，图纸内容布置合理，图文全部采用工程字体，尽量选用标准图号，标题栏按照统一规定格式绘制，图例及绘图方法执行国家有关制图规范。六、详细设计计算步骤1、设计工况
5、及参数1.1 建筑概况要求某市某住宅建筑进行采暖工程设计，该住宅楼共层，层高 3m,每层户。该建筑室内有客厅、餐厅、卧室、书房、厨房、卫生间等功能间。1.2 气象参数1.2.1 室外参数某市的地理位置为：北纬,东经, 海拔米；冬季室外供暖计算干球温度为；最低日平均温度为；冬季大气压力kPa；冬季平均室外风速为m/s；最大冻土深度cm；采暖期天数为天。1.2.2 室内设计参数考虑到分户热计量系统允许用户根据自己的生活习惯、经济能力、及其对舒适性的要求对室温进行自主调节，因此分户热计量系统用户的室内设计计算温度比常规采暖系统有所提高，目前比较一致的看法是：分户热计量系统的室内设计计算温度宜比国家现
6、行标准的规定值提高 2。一般规定居室、客厅、餐厅为 20-22，厨房为15，卫生间为 25。由此可确定各房间的室内计算温度。1.3 热源资料该建筑设计热源为换热站，热媒由城市热力管网提供 130/80的热水，经换热站换热后提供给供热系统 80/60的热水。1.4 土建资料土建资料包括外墙、屋顶等围护结构的选取，还包括门窗、楼板和内墙的选取。围护结构（窗户、外门和天窗除外）的传热热阻，应根据技术经济比较确定，但不得小于按下式确定的最小传热阻 Ro，min（m C/W） 。Ro，min = （tn-tw）Rn/ty 式中 Ro，min围护结构的最小传热阻，m 2 /W；tn冬季室内计算温度，取 2
7、0；tw 冬季空调围护结构室外计算温度，；围护结构温差修正系数，取 1.00；ty冬季空调室外计算温度与围护结构内表面温度的允许温差， ，外墙取 6.0 ，平屋顶和闷顶下顶棚取 4.0；Rn围护结构内表面换热阻，m 2 /W，取 0.115。根据上述公式计算出外墙和屋顶的最小传热阻。在该设计中，围护结构不仅要满足最小传热阻，还需要满足当地的节能标准。参考省民用建筑节能设计标准实施细则 （采暖居住建筑） 。1.4.1 外墙的选型根据最小传热阻和节能设计标准选用保温外墙。该墙体总热阻 R=mC/W；传热系数 K=W/（m K） ，满足最小传热阻和节能设计标准。1.4.2 屋顶的选型根据最小传热阻和
8、节能设计标准选用如保温屋面。该屋面总热阻C/W；传热系数 K= W/（mK） ，满足最小传热阻和节能设计标准。1.4.3 内墙的选型内墙的选取要考虑节能设计标准的要求，选用，墙体 K=W/（m K） 。1.4.4 门窗的选型窗户选用玻璃窗， K= W/（mK） 。满足节能标准要求。户门采用 门，K= W/（ mK）,同样满足节能标准要求。1.4.5 楼板的选型楼板选用楼板，厚度为 mm；面层厚度为mm，内粉刷 =的聚苯乙烯泡沫塑料保温层，K= W/（mK） 。1.4.6 地面的划分及传热系数用划分地带法计算地面传热量。各地带的传热系数和热阻为：第一地带：R= m2 /W ，K=W/ （mK）
9、；地二地带：R= m2 /W ，K= W/（mK） ；地三地带：R= m2 /W ，K= W/（mK） ；第四地带：R= m2 /W ，K= W/（mK） 。2、热负荷计算室内采暖设计时，应按热负荷计算方法详细计算围护结构的耗热量，其详细计算方法如下介绍。2.1 供暖热负荷的计算方法及公式2.1.1 围护结构的耗热量采暖通风与空气调节规范规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。2.1.1.1 围护结构基本耗热量在工程设计中，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、室外空气温度和其他传热过程参数都不随时间变化。围护结构基本耗热量，可按下式计算
10、：Q=KF(tn-tw) W 式中 Q围护结构基本耗热量，W；K围护结构的传热系数，W/m 2；F围护结构的面积 , m2；tn冬季室内计算温度, ；tw供暖室外计算温度, ；-围护结构的温差修正系数，见相关设计资料。2.2.1.2 围护结构的附加耗热量按稳定传热计算出的房间围护结构的基本耗热量，并不是该供暖房间的全部耗热量。因为房间的耗热量还与它所处的地理位置及它的形状等因素（如高度、风向、风速等）有关。工程计算中，是根据多年经验按基本耗热量的百分率进行附加予以修正。其中包括：朝向修正、风力修正、高度修正。a、朝向修正率不同朝向的围护结构所得的太阳辐射量是不同的；同时，不同的朝向，风的速度和
11、频率也不同。因此， 采暖通风与空气调节规范规定对不同垂直外围护结构进行修正。其修正率为：南向 -15%-30%东、西朝向 -5%北、东北、西北朝向 0%10%东南、西南朝向 -10%-15%b、风力附加率一般情况下可忽略，但是对于建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物，垂直的外围护结构应附加 5-10%。c.高度附加率当民用建筑和工业企业辅助建筑得房间净高超过 4m 时，每增加 1m，附加率为 2%，当最大附加率不超过 15%。注意，高度附加率应加在基本耗热量和其他附加耗热量（进行风力、朝向修正之后的耗热量）的总和上。d.外门附加率为加热开启外门时侵入
12、的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上按相关设计手册中查出的相应的附加率。2.2.2 地面的耗热量地面耗热量的计算方法与围护结构的基本耗热量计算方法相同，地面的传热系数由其地带的划分确定。2.2.3 门窗缝隙渗入冷空气的耗热量由于缝隙宽度不一，风向、风速和频率不一，因此由门窗缝隙渗入的冷空气量很难准确计算。 采暖通风与空气调节规范推荐，对于多层和高层建筑，冷风渗透耗热量 ，可以按下式计算：QwCp（tp- tw） V278.0式中 Q为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量， KJ/h；V经门、窗缝隙渗入室内的总空气量， m3/h；w供暖室外计算温度下的空气密度， kg/m
13、3；Cp冷空气的定压比热，c=1kJ/kg ；0.278单位换算系数，1KJ/h=0.278W；tp冬季室内计算温度，；tw采暖室外计算温度，。2.2.4 户间热负荷对于分户热计量系统，除了上面的热负荷外，其用户自主调节在运行过程中，可能由于人为节能造成邻户、邻室温差过大，由于热量传递，引起某些用户室内设计温度得不到保证。计算房间热负荷时，必须考虑由于邻户调温而引起的邻户间传递的热量，即户间热负荷。因此，分户热计量系统房间的热负荷应为常规方法计算的采暖房间设计热负荷与户间（或邻室传热附加值）之和。对于户间热负荷的计算，目前主要有两种计算方法：按邻户间实际可能出现的温差计算传热量，在乘以可能同时
14、出现的概率。按常规方法计算围护结构的传热耗热量，再乘以一个附加系数。第二种方法附加系数确定比较困难，目前使用第一种计算方法的较多。本设计采用第一种方法，其户间热负荷按面积传热计算方法的基本传热公式为Q=N ni1iFKt式中 Q户间总热负荷，W；户间楼板及隔墙传热系数，W/m2 ；iK户间楼板及隔墙面积，m2；iF户间热负荷计算温差，按面积传热计算时易取 5；tN户间楼板及隔墙同时发生传热的概率系数。当有一面可能发生传热系数的楼板和隔墙时，N 取 0.8；当有两面可能发生传热系数的楼板和隔墙时，或一面楼板一面隔墙时，N 取 0.7；当有两面可能发生传热的楼板及一面隔墙时，或两面隔墙与一面楼板时
15、，N 取 0.6；当有两面可能发生传热的楼板及两面隔墙时，N 取 0.5。按照上述步骤算出各个房间负荷，并将其汇总成表格形式，并由此和建筑面积计算出该建筑的面积热指标。3、分户热计量采暖方案确定新建集中采暖住宅应根据采用的热计量的方式选用不同的采暖系统形式。适于热量计量的垂直式室内采暖采暖应满足温控、计量的要求，必要时增加锁闭措施。分户热计量采用共用立管分户独立式采暖系统，即集中设置各户共用的供回水立管，从共用立管上引出各户独立成环的采暖支管，支管上设置热计量装置、锁闭阀等，便于按户计热的采暖系统形式，是一种即可以解决供热分户计量问题，同时也有利于解决传统的垂直双管式和垂直单管式系统的热力失调
16、问题，并有利于实施变流量调节的节能运行方案。该建筑为小区民用住宅楼，需要按户计热，采用户用热量表计量方式，选用共用立管分户独立采暖系统，这样可以便于按户计热。为了满足调节的需要，共用立管应为双管制式，每户形成一个相对独立的循环环路。在每户入口处设置热计量表以计量用热量，并在每栋或几栋住宅的热力入口处设一个总热量表。这种系统方式即可以解决供热分户计量问题，同时也有利于解决传统的垂直双管式和垂直单管式系统的热力失调问题，并有利于实施变流量调节的节能运行方案。3.1 户外立管形式户外共用立管的形式可以有：上供下回同程式、上供上回异程式、下供下回异程式、下供下回同程式。双管系统最大的问题是垂直失调问题
17、，楼层越多，重力作用的附加压力就越大，在不额外设置阻力平衡元件的情况下，应尽量减少垂直失调问题，实现较好的阻力平衡。上供下回同程式系统和下供下回同程式系统中，各层循环环路在设计工况下阻力近似相同，上层作用压力大于下层而产生的垂直失调问题无法解决；上供上回异程式系统，上层循环环路短阻力小，下层循环环路长阻力大，这会加剧垂直失调问题；只有下供下回异程式系统，上层循环环路长阻力大，刚好可以抵消上层较大的重力作用压力，而下层循环环路短阻力小，下层的重力作用压力也较小，这能减小垂直失调问题。因此，住宅建筑的分户热计量系统，宜选用下供下回异程式双管系统。3.2 户内采暖系统户内采暖系统可采用地板采暖系统和
18、散热器采暖系统。散热器采暖系统主要有如下两种形式：（1）章鱼式双管异程式系统。户内设小型分、集水器，散热器之间相互并联，室内管路布置成放射状。章鱼式系统全部支管均为埋地敷设，管材一般采用 PB 管或交联聚乙烯塑料管，一般均外加套管，造价相对较高，套管外径一般采用 DN25mm，埋设在垫层内，其作用即可以保温，有可以保护管道，还可以解决管道的热膨胀问题。（2）户内所有散热器串联或并联成环型布置，常用的系统形式包括下分式双管系统、下分式单管跨越式系统、上分式双管系统、上分式单管跨越式系统。这几种方式均可在每组散热器上设置温控阀，可灵活调节室温，热舒适性较好，但住户室内水平管路数目较多。并且双管系统
19、具有优于单管跨越式的变流量特性和较好的调节特性。根据建筑物特点选择合适的室内采暖系统。 4、分户热计量采暖设备选择4.1 散热器4.1.1 选用原则住宅散热器总的要求可归纳为八个字“安全可靠、轻、薄、美、新” 。即在安全可靠的前提下，要求轻、薄、美、新。安全可靠包括热工性能稳定及使用安全可靠两大方面。采暖系统下部各层散热器承受的压力比上部各层大，散热器所能允许承受的压力（承压能力）应大于采暖系统底层散热器的实际工作压力，其供热能力应满足采暖系统的要求。散热器的接口要严密，漏水可能性小，外观无划伤或碰伤人体的尖锐棱角等。住宅在进行室内装修时，因散热器影响美观而设置暖气罩，影响了散热效果，现在散热
20、器形式趋于多样化，应优先选用造型紧凑、美观、便于清扫的形式。另外，住宅商品化使得住宅投资都转嫁到住户头上，因此应尽可能减少投资才能为广大住户接受。4.1.2 适宜于热计量的新型散热器（1）灰铸铁散热器发展最早、产品最多，有柱形、柱翼型（辐射对流型） 、长翼型、板翼型、管翼型等各种形式，工作压力普通型为 0.5MPa。使用寿命长，价格低廉。（2）钢制散热器钢制散热器属轻型、高效、节能产品，有钢制柱形、板型、柱翼型、闭式串片型、翅片管对流型、扁管型、钢管型以及组合型钢制散热器等各种形式。 （3）铝制及钢（铜）铝复合散热器一般铝制散热器采用铝制型材挤压成形，有柱翼型、管翼型、板翼型等形式，管柱与上下
21、水道连接采用焊接或钢拉杆连接。铝制散热器结构紧凑、造型美观，装饰性强、热工性能好、承压高。铝氧化后形成一层氧化铝薄膜，能避免进一步氧化，故铝制散热器不怕氧腐蚀，可用于开式系统以及卫生间、浴室等潮湿场所。铝制散热器怕碱腐蚀，并且其热媒应为热水，不能采用蒸汽。以钢管、不锈钢管、铜管为内芯，以铝合金翼片为散热元件的钢铝、铜铝复合散热器，结合了钢管、铜管高承压、耐腐蚀和铝合金外表美观、散热效果好的优点，是住宅建筑理想的散热器替代品。（3）全铜水道散热器指过水部件全为金属铜的散热器，乃腐蚀、适用于任何水质热媒，导热性好、高效节能，强度好，承压高，不污染水质，加工容易，易做成各种美观的形式。（4）塑料散热
22、器采用家用采暖炉或家用换热机组的单户独立采暖系统，具有低温、低压的特点，为塑料散热器的采用提供了良好的条件。塑料散热器的基本构造有竖式和横式两大类。其单位散热面积的散热量约比同类型钢制散热器低 20%左右。目前我国处于研制开发阶段。（5）卫生间专用散热器目前市场上的卫生间散热器，种类繁多，除散热外，兼顾装饰及烘干毛巾等功能。材质有钢管、不锈钢管、铝合金管等多种。根据实际情况选择合适的散热器。4.1.3 散热设备的选用及相关计算散热器的计算是确定供暖房间所需要的散热器面积和片数。散热器散热面积的计算一般按下式计算； 123()pjnQFKt式中 Q散热器的散热量，W；散热器内热媒平均温度，；pj
23、t供暖室内计算温度，；nK散热器的传热系数，W/；散热器组装片数修正系数；1散热器连接形式修正系数；2散热器安装形式修正系数；3在热水供暖系统中， 为散热器进出口温度的平均值。用下式计算； rjt=（ + ）/2 ； pjtsght式中 散热器的进水温度，散热器的出水温度，。sht散热器的组装片数修正系数 ，可从设计手册中查得，每组片数少于 6 片， 值取1 10.95。大于 6 小于 10， 取 1.0，大于 10 小于 20， 取 1.05。大于 20， 取 1.10。1散热器的连接形式修正系数 ，所有散热器传热系数 K=f（ ）和 Q=f（ ）关系2 tt式，都是在散热器支管与散热器同侧连接，上进下出的实验状况下整理出来的。当散热器支管与散热器的连接方式不同时，由于散热器外表面温度场变化的影响，使散热器的传热系数发生变化。
