1、北 京 市 某 小 区 热 力 管 网 毕 业 设 计Southwest Petroleum UniversityGraduation Thesisrade: 2005Name: Cheng LiangSpeciality: Architectural Environmentand Equipment EngineeringInstructor: Ma HongyanSchool of Civil Engineering and Architecture2009-6I摘要供热工程是以热水或蒸汽作为热媒为用热系统提供热能的供热系统和集中工人热系统。供暖系统是以人工技术把热源的热量通过热媒输送管道
2、送到热用户的散热设备，以保持室内的适宜环境。集中供热系统是由热源、热力网、热用户三部分组成。本设计为北京市某小区热网和热力站系统设计。要求根据给定的建筑资料和原始资料给这个住宅小区设计一套安全可靠、经济合理的系统。研究的内容有：供暖系统设计热负荷、供暖方案的确定、集中供热系统及其水力计算、水压图的绘制、换热器的选型计算、水泵和水箱的选择计算、管道的保温、附件的选择、热力站平面布置及相关内容、工程经济技术分析等几个章节，并且通过 CAD 制图通过比较分析，指定出最为合适的方案，然后进行相关的设计，务必使本设计达到一定的宽度和深度。在本设计中，大部分体现出来的是对工程技术的基本了解程度，对本专业知
3、识的熟练程度，更加体现了对个人查阅资料、独立解决问题的能力。小区热源为城市集中供热源，设小区集中热力站。热力站使用板式换热器，板式换热器换热效率高，设备占地小，应用非常广泛。本设计住宅采用集中供热分户热计量，小区外网系统采用枝状形式，其布置简单，金属耗量小，基建投资小，运行管理方便。供热管道的直径，随距热源越远而逐渐减小；且力求管线最短，这样既可以减少管材又节省劳动力；且在各分支处设置检查井，便于检修。关键词：室外管网；热负荷；水力计算；热力站mII西南石油大学本科毕业设计1 绪论. 11.1 设计概述. 11.2 工程概况. 22 集中供热系统的热负荷和设计流量. 32.1 热负荷的确定.
4、32.2 确定热用户的设计流量. 43 供热方案的确定. 93.1 小区的管网布置型式. 93.2 供热管网敷设方式的选择. 113.3 用户连接方式的确定. 113.4 热管网系统定压方式的确定. 124 水力计算. 144.1 热力网路水力计算的方法及步骤. 144.2 不平衡率过大的处理. 154.3 热水网路计算结果. 165 供热管道及附件的选择. 365.1 供热管道及阀门. 365.2 补偿器的选择. 365.3 支架选择. 375.4 保温材料的选择. 395.5 温度计、压力表的选择. 396 水压图的绘制. 406.1 供热系统正常进行对水压的基本要求 . 406.2 绘制
5、水压图. 407 换热器选型计算. 427.1 换热器选择. 427.2 板式换热器选型计算. 428 泵和水箱的选择计算. 478.1 循环泵的选择. 478.2 补给水泵选择. 488.3 补水箱的设计和计算. 489 工程效益与经济效益分析. 509.1 经济技术分析. 509.2 建筑安装工程定额. 51总结. 52致谢. 53目参考文献 54IV北京市某小区热力管网设计1 绪论人们在日常生活和社会生产中都需要使用大量的热能。将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称之为热能工程。而供热工程是热能工程的一个组成部分，是生产、输配和应用低品位热能的工程技术。1.1
6、 设计概述随着现代技术和经济的发展，以及节约能源的迫切要求，供热工程已成为热能工程中重要的组成部分，日益受到重视和得到发展。随着经济的发展、人们生活水平的提高和科学技术的不断进步，在 9 世纪末期，在集中供暖技术的基础上，开始出现以热水或蒸汽作为热媒，由热源集中向一个城镇或较大区域供应热能的方式集中供热。目前，集中供热已成为现代化城市的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。毕业设计是教学计划最后一个重要的教学环节，是培养学生综合应用所学的基础理论、基本知识和基本技能，进行管网工程设计科学研究的综合训练，是前面各个教学环节的继续、深化和拓宽，是学生综合素质和工程实践能力的重要阶段。通过
7、本次拟建工程的设计，进一步提高和训练学生的工程制图、理论分析、结构设计、计算机应用、文献检索和外语阅读等方面的能力，使学生全面了解本专业的工程设计过程，基本掌握公路的设计方法，熟悉有关规范、手册和工具书的查阅与使用方法，使学生受到工程师所必须的综合训练，增加实战经验，有利于向工作岗位过渡。在本设计中，即北京市某小区室外管网与热力站工程设计中，我不仅要使它能满足人们生产、生活中的要求，还秉着节约资金、节约材料、节约能源、提高能源利用率的理念，来确定供热方案，其中不乏对前人经典设计思想的借鉴，并在系统压力不平衡处进行了调节，以使整个系统水力平衡。此外还对换热站的设计进行初步的研究和计算，尽管本人努
8、力使此次设计尽善尽美，但是个人能力有限，在设计中如果出现疏漏和不足之处，还望老师和同学们加以指正。.mV西南石油大学本科毕业设计1.2 工程概况本设计为北京市某小区的热力管网设计，并且要设计一个二次换热的热力站。本小区是新建住宅小区，位于四环路外。当前设计采暖方式，要具备热效率高节能无污染的特点，设计时应考虑分户调节，按户计量问题。目前收集到的资料情况：土建资料、气象资料、城市干线供回水温度。（1）土建资料：小区平面图（电子档），总面积约为 24 万 m2，本小区可分为 4 个部分。要为这个小区的 189 幢建筑进行供暖，其中包括一所幼儿园和一个办公大楼，为此我先对这些建筑进行了统一编号，详见
9、电子档图。（2）气象资料：由于我国的现行供暖通风设计规范规定“供暖室外计算温度，应采用历年平均每年不保证 5 天的日平均温度”，北京地区供暖室外计算温度 tw为-9。因此，日平均温度为-9的气象资料对北京地区供暖研究具典型性，故选定该日为室外供暖计算日。在北京市气象资料中，冬季室外温度日平均值没有恰好为9的纪录，所以供暖室外计算温度取9，供暖室外平均温度取1.6，供暖室内计算温度取 18，供暖天数为 129 天。（3）热力温度资料：根据资料和实际，城市热电站的供回水温度为 130/90 ，室内供暖系统大多采用低温水作为热媒，计中所涉及建筑为居民建筑，选用供、回水温度为 9070。要优化计算，在
10、采暖方式中，选择一种技术上先进，经济上合理，便于管理，适用于住宅的采暖方式。能源的选择目标：（1）经济性，包括投资、成本、热价和总费用年值法。（2）环境保护。（3）节能性，比较一次能源的消耗量，确定节能效益。通过经济性分析，节能性分析、环境效益分析后，给出方案的各项指标。由于角度不同，结论是不同的。因此，最后必须进行综合性分析，根据综合评价指标，提出报荐方案。VI北京市某小区热力管网设计2 集中供热系统的热负荷和设计流量集中供热的任务是按照用户的需要和要求，把热能从热源，经供热管道输送给各个热用户。为此，首先要了解热用户对热能的要求，确定热用户的计算热负荷、掌握热用户的情况。集中供热系统的计算
11、热负荷和设计流量是研究集中供热方案、确定集中供热规划、确定集中供热系统形式、计算供热管道直径等的基本依据。所以本设计之初变对这两个问题单独成章，加以重视，使其成为本项目的第一计算。2.1 热负荷的确定供暖热负荷是城市集中供热系统最重要的热负荷。对集中供热系统进行规划或初步设计时，供暖设计热负荷的概算，可采用体积热指标法或面积热指标法。用供暖体积热指标表征建筑物的供暖热负荷的大小，物理概念清楚，但是采用面积热指标法，比体积热指标更易于概算，所以近年来在城市集中供热系统规划设计中，国内外也采用供暖面积热指标法进行算。在总结我国许多单位进行建筑物供暖热负荷的理论计算和实测数据工作的基础上，我国城市热
12、力网设计规范给出的供暖面积热指标的推荐值，查供热工程(中国建筑工业出版社)表 11，其中每个热指标都有下限值和上限值，为了分别适用于我国采暖区，一般在室外计算温度较高的地区用下限值，温度较低的地区用上限值。表 2.1 采暖供热指标 qf（W/m2）居住区综 学校办 医院托建筑物类型未采取节能措施采取节能措施住宅58-6440-45合60-6745-55公60-8050-70幼65-8055-70旅馆60-7050-60商店65-8055-70食堂餐厅115-140100-130根据本小区的实际情况，未采取节能措施，所以住宅和居民区综合选用 60W/m2,学校选用 70W/m 2。由面积热指标法
13、，建筑物的供暖设计热负荷，可按下式计算：Qn q F 10 kW （2.1）式中 Q 一建筑物的供暖设计热负荷，kWF 建筑物的建筑面积，m2 3fn7西南石油大学本科毕业设计q 建筑物的供暖面积热指标，W/m2为了便于和建筑物的设计流量对照，所以供暖设计热负荷的具体计算结果见表2.1。2.2 确定热用户的设计流量对只有供暖热负荷的热水供暖系统，用户的计算流量可由下式进行计算G A Q t1 t2t / h （2.2）式中 G 热用户的的设计流量，t/h；Q 供暖用户系统的设计热负荷，kW;t1 热用户的热网供水温度， ，取 90t2 热用户的热网回水温度， ，取 70A 计算单位的系数，取
14、0.86根据建筑的编号，具体计算结果见下表。表 2.2 热负荷表建筑编号1234567891011121314151617181920212223供暖热指标6060606060606060606060606060606060606060606060建筑面积(m2)1338133813381338133813381338133889289213381338892892892892892892892892892892699热负荷(W)80280802808028080280802808028080280802805352053520802808028053520535205352053520535
15、20535205352053520535205352041940Gn (t/h)3.453.453.453.453.453.453.453.452.302.303.453.452.302.302.302.302.302.302.302.302.302.301.80网 www.zhf 8北京市某小区热力管网设计续表 2.2 热负荷表建筑编号2425262728293031323334353637383940414243444546474849505125354555657585960616263646566供暖热指标6060606060606060606060606060606060606060
16、606060606060605606060606060606060606060606060建筑面积(m2)699930687687687699699699699699699687687687687927930618930702194894894894894894894894894811581158115811581158115811581158133213321275127512601260热负荷(W)4194055800412204122041220419404194041940419404194041940412204122041220412205562055800370805580056
17、88056880568805688056880568805688056880568806948069480694806948069480694806948069480799207992076500765007560075600Gn (t/h)9西南石油大学本科毕业设计续表 2.2 热负荷表建筑编号 供暖热指标 建筑面积(m2) 热负荷(W) Gn (t/h)10北京市某小区热力管网设计续表 2.2 热负荷表建筑编号 供暖热指标 建筑面积(m2) 热负荷(W) Gn (t/h)111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130
18、131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155606060606060606060606060606060606060606060606060606060606060606060606060606060606060606060128412841284128412841464146414641302130213201320153015301530130213021302130213027507507501092109210921092109210921092924924924924109210
19、9210929241548154892492415487704077040770407704077040878408784087840781207812079200792009180091800918007812078120781207812078120781207812045000450004500065520655206552065520655206552065520554405544055440554406552065520655205544092880928805544055440928803.313.313.313.313.313.783.783.783.363.363.403.40
20、3.953.953.953.363.363.363.363.363.363.361.931.931.932.822.822.822.822.822.822.822.382.382.382.382.822.822.822.383.993.992.382.383.99m11西南石油大学本科毕业设计续表 2.2 热负荷表建筑编号 供暖热指标 建筑面积(m2) 热负荷(W) Gn (t/h)15615715815916016116216316416516616716816917017117217317417517617717817918018118218318418518618718818960606
21、06060606060606060606060607060606060606060606060606060606060606015481092109215481092154815481375128412841284109215481038154836512420181218121812181218121812181218121812181218121812181218121812181218129288065520655209288065520928809288082500770407704077040655209288062280928803.992.822.823.992.823.993.
22、993.553.313.313.312.823.992.683.99231.5610.996.244.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.674.6795.05co12北京市某小区热力管网设计3 供热方案的确定依据国家及北京市有关规定，热源型式选择为热力站，进过二次换热供给用户。集中供热系统热媒的选择主要取决于热用户的使用特征和要求，同时也与选择的热源型式有关，集中供热系统的热媒主要是热水或蒸汽，在集中供热系统中，以水作为热媒与蒸汽相比，有下述优点：（1）热水供热系统的热能利用效率高。由于在热水供热系统中，没有
23、凝结水和蒸汽泄漏，以及二次蒸汽的热损失，因而热能利用率比蒸汽供热系统好，实践证明，一般可节约燃料（2）以水作为热媒用于供暖系统时，可以改变供水温度来进行供热调节 (质调节)，既能减少热网热损失，又能较好地满足卫生要求。（3）热水供热系统的蓄热能力高，由于系统中水量多，水的比热大，因此在水力工况和热力工况短时间失调时，也不会引起供暖状的很大波动。（4）热水供热系统可以远距离输送，供热半径大。本设计以热力站为热源，供热系统中只有供暖热负荷，因此，媒。对于热力站为热源的热水供暖系统，提高供水温度和加大供回水温差，可以使热网采用较小的管径，在经济上是合理的；但供水温度过高，对管道及设备的耐压要求高，运
24、行管理水平也相应提高3.1 小区的管网布置型式热网是集中供热系统的主要组成部分，担负热能输送任务，热网系统取决于热媒(蒸汽 )、热源 (热电厂或区域锅炉房等) 与热用户的位置和供热地区热用户种类，热负荷大小和性质等，选择热网系统型式应遵循的基本原则是安全供热和经济性。（1）枝状管网：它布置简单，管道距热源越远直径越小，且金属耗量小，基建投资小，运行管理简便。但枝状管网不具有后备供热的性能。当供热管网某处发生故障时在故障点以后的热用户都将停止供热。由于建筑物具有一定的蓄热能力，通常可采用迅速消除热网故障的办法，以使建筑物室温不致大幅度地降低。因此，枝状管网是热水管网最普遍的采用的方式。.13西南
25、石油大学本科毕业设计图 3.1 枝状管网示意图（2）环状管网：它具有一定的后备供热性能，但热网投资增大，运行管理更为复杂，热网要有较高的自动控制措施。图 3.2 环状管网示意图另外，按照用户是否直接取用热网循环水，热网系统可分为闭式系统和开式系统。闭式系统：热用户不从热网中取用热水，热网循环水仅作为热媒，起转移热能的作用，供给用户热量。开式系统：热用户全部或部分地取用热网循环水，热网循环水直接消耗在生产和热水供应用户上，只有部分热媒返回热源。闭式系统从理论上讲流量不变，但实际上热媒在系统中循环流动时，总会有少量循环水向外泄漏，使系统流量减少。在正常情况下，一般系统的泄漏水量不应超过系统总水量的
26、 1，泄漏的水靠热源处的补水装置补充。闭式系统容易监测网路系统的严密程度，补水量大，就说明网路的漏水量大。开式系统由于热用户直接耗用外网循环水，即使系统无泄漏，补给水量仍很大水量应为热水用户的消耗水量和系统泄漏水量之和。开式系统的补给水由热源处的补水装置补充。热水供应系统用水量波动较大热源补水量的变化情况判别热水网路的漏水情况。.14北京市某小区热力管网设计闭式双管热水供热系统是应用最广泛的一种供热系统形式。综之，根据工程实际，本设计中选造价低廉的枝状管网闭式平面布置。3.2 供热管网敷设方式的选择合理的选择供热管道的敷设方式，应对节约投资、保证热网安全可靠地运行及交通情况等综合考虑，力求与总
27、体布局协调一致。供热管道的敷设方式可分为架空敷设和地下敷设。考虑到北京地区的气候条件，小区所在地的地质条件，地下水位及供暖管网与小区整体环境和协调性等条件，本设计均采用地下敷设方式。地下敷设可分为两种方式：（1）地沟敷设通行地沟敷设：工作人员可能直立通行的地沟，但造价高。半通行地沟敷设：当管道根数较多，采用单排水平布置沟宽度受到限制时，可采用半通行地沟。作量不大时，可采用不通行地沟 ，其造价较低、占地小，但检修时必须掘开地面。（2）无沟(直埋) 敷设供热管道直接埋设于土壤中，最多采用的型式是供热管道、保温层和保护外壳三者紧密粘合在一起，形成整体式的预制保温管结构型式。一次性补偿器是一种预应力方
28、法，补偿器仅在管道首次加热时起作用，在管道的直线部分，按固定的间距安装一次性补偿器，并仅在补偿器附近的沟槽处敞口，其余沟槽回填，当管道首次加热时，管道膨胀，当达到大约一半的运行温度时，补偿器刚好压缩到限位装置。在城市中心街道中，管线存在许多的方向变化，采用一次性补偿器的安装通常是合适的。综之，在本设计主干线采用直埋敷设，支干线和支线采用半通行地沟敷设，均采用一次性补偿方式。具体布置见电子档。3.3 用户连接方式的确定供热系统热用户与热水网路的连接方式可分为直接和间接连接两种，直接是用户系统直接连接于热水网路上，热水网路的水力工况和供热工况与供暖用户有着密切的联系。间接连接方式是在供暖系统热用户
29、设置表面独立的系统，用户与网路之间.15西南石油大学本科毕业设计的水力工况互不影响。在本设计中多数为多层建筑，其它均为 6 层及 6 层以下的建筑，用户系统可以采用比较简单而造价低的直接连接方案，并且要求分户计量，这样就便于分户管理及分户分式、调节供热量。为实现分户计量供热，多采用共用立管的分户水平独立系统，但是本设计不涉及进户管内的布置，所以省略。1 2 34971818652421图 3.3 分户计量供暖系统典型建筑物热力入口装置示意图3.4 热管网系统定压方式的确定补给水泵定压方式是目前国内集中供热系统最常用的一种定压方式。 补给水泵定压方式主要有三种形式：（1）补给水泵连续补水定压方式（2）补给水泵间歇补水定压方式（3）补给水泵补水定压点设在旁通管处的定压方式补给水泵连续补水定压方式的示意图如图 2.4 所示。m16
