供热课程设计

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供热工程课程设计
主要内容和要求： 1． 2． 3． 4． 热负荷计算 散热设备选择及计算 管网水力计算 绘制图纸若干张

一：参数：
1、设计题目：西安某宿舍楼采暖 2、气象资料： 西安 冬季供暖室外计算温度 冬季主导风向 朝向修正系数 n 值：

tw = -5℃ 东北 北 0.05 东 -0.05 南 -0.02

西-0.05

东北 0.05 东南 -0.13 西南 -0.13 西北 0.05

3、土建资料： 1）外墙：实心粘土砖 370 2）外窗：铝合金中空玻璃 3） 门 ：单层实体木门； 2 4）屋面：平屋面 上人屋面。传热系数 K＝0.467W/（m ·℃） ； 5）地面为不保温地面，K 值按地带决定。 6）层高：3.0m，窗台距室内地坪 1m，窗户高度均为 1.5m。 4、热源：室外供热管网，供水温度 95℃，回水温度 70℃。引入管处供水压力满足室 内供暖要求。 2 5、建筑概况：总层数三层，总高度 9m 总面积 1160m

二：热负荷计算
供暖系统热负荷：是指在设计室外温度 tw 下,为达到室内温度 tn，供暖系统在单位时 间内向建筑物供给的热量 Q。

1） ：Q=Q1+Q2+Q3 Q1:围护结构传热耗热量 Q2：由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，称为冷风渗透耗热量 Q3：加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气耗热量，称为冷风侵入耗热量

2） ：围护结构的基本耗热量

A:

? q? ? KF (t n ? t w )a

q ? ——围护结构的基本耗热量，W；
K——围护结构的传热系数，W/（㎡·℃） ； F——围护结构的面积，㎡； tn——冬季室内计算温度，℃；

? tw

——供暖室外计算温度，℃；

a —围护结构的温差修正系数。
然后进行修正 由于不需要考虑风力附加耗热量和高度附加耗热量，只需要进行朝向修 正耗热量。 围护结构传热系数 K 值 均匀多层材料（平壁）的传热系数 K K = 1 1 1 = = R0 1 δ i 1 Rn+Rj+Rw + Σ + a0 λ i aw
2

W/(m ·℃)

2

R0——维护结构的传热阻，m ·℃/ W an ,aw——维护结构内、外表面的换热系数，W/(m ·℃) Rn,Rw——维护结构内、外表面 δ i——维护结构各层的厚度，m λ i——维护结构各层材料的导热系数，W/(m ·℃) Rj——由单层或多层材料构成的维护结构个材料层的热阻
2 2

的传热阻，m ·℃/ W

2

B: 附加耗热量计算公式 Q Q: = Qj(1 + β
ch

+ β

f

)

考虑各项附加后，某围护的耗热量

Qj—某围护的基本耗热量
β
ch

—朝向修正 风力修正

β

f:

3）地面的传热系数
贴土非保温地面如下表： 地带 第一地带 第二地带 第三地带 第四地带 R0（m ·℃/ W） 2.15 4.30 8.60 14.2
2

K0(m ·℃) 0.47 0.23 0.12 0.07

2

第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次

4）冷风渗透耗热量
按房间换气次数来估算该房间的冷风渗透耗热量。计算公式为

Q ? 0.278nkVn c p ? w (tn ? tw )
' 2

W
3

(2-7)

式中：

Vn nk

——房间内部体积， m ； ——房间的换气次 数
[3]

, 次/h；

? w——采暖室外计算温度下的空气密度(kg/m3)；
Vn——采暖房间的体积 (m )； tn ——采暖室内计算温度(℃)； tw ——采暖室外计算温度(℃)。
3

nk

可以按下表选用：

概算换气次数 房间外墙暴露情况 一面又外墙或外门 两面有外墙或外门 三面有外墙外门 门 厅

nk
1/4—2/3 1/2—1 1—1.5 2

5)冷风侵入耗热量

Q'
3

? 0.278V w c p (t n ? t w' )
_ 流入的冷空气量

w

V

W

Q' ? NQ'? jm 3 1
式中：

Q 1' ? j m

——外门的基本耗热量，W；

Q

' 3

——冷风侵入耗热量，W；

N ——考虑冷风侵入的外门附加率。 外门附加率 N 值 外门布置状况 一道门 两道门（又门斗） 三道门 供暖建筑和生产厂房的主要出口 注：n---建筑物的楼层数。 附加率 65n% 80n% 60n% 500%

6）查询的规范
A：围护结构的温差正系数 ? 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等 0 闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等 0 与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（1 ~ 6 层建筑） 0 与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（7 ~30 层建筑） 0 非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时 5 非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时 0 非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时 0 与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙、防震缝墙 0 与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙 0 伸缩缝墙、沉降缝墙 0 B：根据北京市标准《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》护肩总传热量不宜大于 该房间基本供暖负荷的 80%。 C：根据北京市标准《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》取各向传热量总和的适 当比例作为户间总穿热负荷，是考虑户间出现传热温差的概率。一般可取 50%。 D：实用空调设计手册 0.3 0.4 0.7 0.4 0.6 0.7 0.5 0.6 0.9 1.0 围 护 结 构 特 征

?

计算房间的采暖热负荷步骤
(1)将房间编号（已编号完毕，见 CAD 图 ） ； (2)根据房间的不同用途，来确定房间的室内计算温度； (3)计算或查出有关围护结构的传热系数，，计算出其面积； (4)确定温差修正系数； (5)计算出各部分围护结构的基本耗热量 (6)计算出房间的热负荷。 根据建筑物所处的地理环境和建筑形式，不考虑风力附加耗热量和高度附加耗热量。

下面以一层的 002 房间为例进行计算
由于外墙 k1=0.59 W/( m ·℃)； 外窗：k2=3.70 W/( m ·℃)；
2 2

室内计算温度为 18℃， 西安冬季室外计算温度为-5℃,冬季最冷月平均室外计算相对湿 2 度 67 冬季平均室外风速 1.8m/s 房间面积 20m 高度 3m

1、维护结构的基本耗热量：
外墙传热面积只有北墙和南墙 传热面积分别为 7.2 m 、7.65 m 外墙的围护结构温差修正系数为 1 则利用公式
2 2

? q? ? KF (t n ? t w )a

并根据朝向纠正 Q = Qj(1 + β ch + β f ) 计算： 则热负荷为：102.6w 和 83w 同理 南外窗和北外窗的热负荷为：153.2w、40.2w 地面的各地带的传热系数：第一地带：0.47 W/( m ·℃)； 第二地带：0.23 W/( m ·℃)；第三地带：0.12 W/( m ·℃)； 所以地面热负荷为 160.8w
2 2 2

2、冷风渗透耗热量：
' Q2 ? 0.278nkVn c p ? w (tn ? tw )

W

换气次数 nk =0.5 次 则计算出的冷风渗透耗热量为 246.6w

3、冷风侵入耗热量

Q'
3

? 0.278V w c p ?w(t n ? t w' )

w

Q' ? NQ'? jm 3 1
N –冷风侵入的外门附加率为 0.65 所以冷风侵入耗热量为 94.2w

Q=Q1+Q2+Q3

所以 Q=872w

其他房间的具体热负荷计算数据见附表 一层房间热负荷

房间号 001 002-008 009

热负荷（w） 1480 1032.8 1451

房间号 010 011-017 018

热负荷（w） 1379.2 1036.4 1378.2

二层房间热负荷：
房间号 001 002-010 011 热负荷（w） 1109.2 872 1109.2 房间号 012 013-019 020 热负荷（w） 1079.5 843.5 1079.5

三层房间热负荷：
房间号 001 002-010 011 热负荷（w） 1301.8 1064.6 1301.8 房间号 012 013-019 020 热负荷（w） 1272.1 1036.2 1272.1

工程合计：60284.9 w

三：散热器的计算
M—132 型散热器的宽度是 132 ㎜，两边为柱状．中间有波浪形的纵向肋片。 柱型散热器传热系数高，散出同样热量时金属耗量少．易消除积灰，外形也比较美观。每片 散热面积少，易组成所需散热面积。

铸铁散热器是目前应用最广泛的散热器，它结构简单，耐腐蚀，使用寿命长，造价低。 1、计算公式

F ? ?1? 2 ?3

Q m2 K (t pj ? tn )

(3-1)

式中: F ——散热器散热面积， m2 ；

Q ——散热器的散热量， W；
t pj ——散热器内热媒平均温度，℃；

t n ——供暖室内计算温度，℃； ，

K ——散热器的传热系数， W / m2 ? oC ；

?1 ——散热器组装片数修正系数；

? 2 ——散热器组连接形式修正系数；
? 3 ——散热器组安装形式修正系数。
由于系统采用的为同侧进出式，故 ? 2 =1.0。 选取 A=80m；

? 3 =1.02。

计算散热器面积时，先取 ?1 =1.00，但算出 F 后，求出总片数，然后再根据 片数修正系统的范围乘以 ?1 对应的值，其范围如下： 表 3.2 片数修正系数 <6 每组片数 6~10 10~20 >20

?1

0.95

1

1.05

1.1

另外，还规定了每组散热器片数的最大值，对此系统的四柱 760 型散热器每组片数不超 过 25 片。 在热水供暖系统中， t pj 散热器进出口水温的算术平均 值
[3]

t pj ?

(tsg ? tsh ) 2

℃

(3-2)

式中： t sg ——散热器进水温度，℃；

t sh ——散热器出水温度，℃。
由于系统采用双管系统， 各层散热器平均进出水温度相同。 pj ? t

(tsg ? tsh ) 2

tpj= 82.5

针对西安气象条件和实际选择，采用 M-132 型散热器。散热器片数的计算按下列步骤 进行： 1、利用散热器散热面积公式求出房间内所需总散热面积(由于每组片未定，故先按 1 计算)； 2、确定每片散热器的散热面积。 3、计算散热器片数，求实际所需散热器面器。 4、求实际采用片数。

选取某一房间进行计算。以第一层 001 房间为例。
Q K (t pj ? tn )

F ? ?1? 2 ?3

m2 =1480/(7.99×64.5)×1.0×1.0×1.02=2.93

m2

M-132 型散热器每片散热器的面积为 0.24 m2 计算片数： n′= F′/f =2.93/0.24≈12 片 查附录 2-3，当散热器片数为 11～20 片，β 1 =1.05， 因此，实际所需散热器面积为： F= F′·

β

1

=2.93×1.05 = 3.08 m

2

实际采用片数 n 为： n= F/f =3.08/0.24=12 片 取整数，应采用 M-132 型散热 器 12 片。

宿 舍散热片片数计算表如下： 一层房间散热器片数：
房间号 001 002-008 009 散热器片数 12 9 12 房间号 010 011-017 018 散热器片数 11 9 11

二层房间散热器片数：
房间号 001 002-010 011 散热器片数 9 7 9 房间号 012 013-019 020 散热器片数 9 7 9

三层房间散热器片数：
房间号 001 002-008 009 散热器片数 11 9 11 房间号 010 011-017 018 散热器片数 11 9 11

散热器的布置：
l、散热器宜安装在外墙窗台下，这样，沿散热器上升的对流热气流能阻止和改善从 玻璃窗下降的冷气六和玻璃冷辐射的影响，是流经室内的气流比较暖和。 2、为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。 3、散热器一般应明装，布置简单。 4、在垂直单管或双关供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、 盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同临室串联连接。

四：水力计算：
4.1 水力计算原理
供暖系统管路水力计算的主要任务 1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力(压头)。确定各管段的管径； 2.按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力(压头)； 3.按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。 设计热水供暖系统， 为使系统中各管段的水流量符合设计要求， 以保证流进各散热器 的水流量符合需要，就要进行管路的水力计算。当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其 与管壁间的摩擦就要损失能量；而当流体流过管道的一些附件（如阀门、弯头、三通、散热 器等）时，由于流动方向或速度的改变产生局部旋涡和撞击，也要损失能量。前者成为沿程 损失，后者称为局部损失。因此，热水供暖系统单个计算管段的阻力损失可用下式表示：

本系统利用的水力计算方法： 根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径。利用水力计算图表， 确定该循环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力， 并检查循环水泵扬程是否 满足要求。 其它的水力计算方法： 一：已知备管段的流量和选定的比摩阻 R 值或流速 ? 值 从而确定管径 二：就是根据管段的管径 d 和该管段的允许压降Δ P，来确定通过该管段(例如通过系 统的某一立管)的流量。

Δ P = Δ Py + Δ Pj = Rl + Δ Pj
式中：

Δ P ——计算管段的阻力损失，
Δ Py
——计算管段的沿程损失，

R ——每米管长的沿程损失，
l ——管段长度，m，
Δ Pj
——管段的局部损失，Pa。

在管路的水力计算中， 通常把管路中水流量和管径都没有的一段管子称为一个计算管 段。任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串联或并联的计算管段所组成的。 每米管长的沿程阻力损失（比摩阻）可用公式：

管内流动的摩阻系数λ 取决于管内供热介质流动状态和管壁粗糙度。对于流动状态， 目前专业书中都认为室内供暖系统管内流动状态处于过渡区， 室外热水管网管内流动状态处

于阻力平方区。

管段的局部损失
管段的局部损失，可按下式计算：

Δ Pj = Σ ξ

ρ v2 2

Pa

式中 ? ? ——管段中总的局部阻力系数。 水流过热水供暖系统管路的附件（如三通、弯头、阀门等）的局部阻力系数ξ 值可查 阅文献。 表中所给出的数值都是用实验方法确定的。 利用上述公式可分别确定系统中备管段 的沿程损失Δ Pj 和局部损失Δ Pd，两者之和就是该管段的阻力损失。

5.1.2 管段的沿程损失
管段的局部损失计算如下：

Δ Py = Rl

Pa

5.1.3 当量局部阻力法（动压头法）
当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程阻力损失转变为局部损失来计算。 该管段的沿程阻力损失相当于某一局部损失

Δ Pj

，则

Δ P =ξ ξ d=
式中

ρ v2 λ ρ v2 = l d 2 d 2

λ l d
d

ξ

——当量局部阻力系数

计算的过程和步骤
热水供暖系统水力计算的最终目的是要选择适当的管径， 使作用于每一循环环路上的作 用压力能保证在环路的每一管段流过所需要的热水流量。 根据最不利循环环路管段的流量和给定的管径， 利用水力计算图表， 确定该循环环路各 管段的阻力损失以及整个系统所必需的循环作用压力。 通过选用适当的 R 值(或流速 v 值)来决定管径。如选用较大的 Rpj 值，则管径可缩小， 但系统的阻力损失增大，水泵电能消耗增加。同时为了各循环环路易于平衡，最不利循环环 路的平均比摩阻不宜选得太大。目前在设计实践中 Rpj 值一般选用 60~120Pa/m。剩余的资

用循环压力，由入口处的调压装置节流。 在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着重力循环作用压力。对 机械循环单管系统， 如各建筑物各部分层数相同时， 每根立管所产生的重力循环作用压力近 似相等，可忽略不计。

计算步骤如下：
绘制轴侧图 如图。根据房间的平面图绘制系统的管路计 进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长。 3、确定最不利环路。本系统为异程式双管系统，一般取最远立管的环路作为最不利环 路。从如附图的

SG-BG1-BG2-BG3-BG4-BG5-BG6-BG7-BG8-BG9-BG10-BG11-VG2-R1-VH 2-VH1-BH11-BH10-BH9-BH8-BH7-BH6-BH5-BH4-BH3-BH2-BH1-SH
4、计算最不利环路各管段的管径。 2、计算通过最远立管 11 的环路的总阻力，根据所选值 Roj（60～120 Pa/m） ，和每个 管段的流量 G 的值，查阅《供暖通风设计手册》中初选各管段的 d、R、v 的值，算出通过最 远立管的环路的总阻力。流量 G 的值可用以下公式计算得出：

G?

0.86Q (t g '?t h ' )

㎏/h

式中： Q——管段的热负荷，W；

tg '

——系统的设计供水温度，℃； ——系统的设计回水温度，℃。

th '

（2） 、根据 v 查附录知动压

?pd

，列入表中。

（3） 、根据管长 l 和 R。计算沿程阻力损失

?p y ? l R 。

（4） 、确定局部阻力系数 ? 。根据系统图中管路的实际情况，利用附录 4-2，将其阻 力系数 ? 值。 （5） 、根据

?? 和 ?pd 计算局部阻力损失。 ?p j ? ?? ? ?pd 。
?p ?
Rpj+

（6） 、求各管段的压力损失

?p y

。

（7） 、计算出最不利环路总阻力损失 ??p 。入口处的剩余循环压力，用调节阀进行调 整。 （8） 、计算富裕压力值。 考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要 求系统应有 10%以上的富裕度。

?% ?

?P?1? ? ?(?Py ? ?Pj )1~8 ?P?1?

? 100 %

式中

?% ——系统作用压力的富裕率；
?P?1? ——通过最不利环路的作用压力，Pa；

?(?Py ? ?Pj )1~8

——通过最不利环路的压力损失，Pa 。

下面分支一进行计算不平衡率 Δ PⅣ= Δ PⅣ=

(?Py ? ?Pj )

Pa

(?Py ? ?Pj )

=3987 Pa 立管Ⅳ的平均比摩阻为

x?
不平衡百分率

4245 ? 3987 ? 8.2% ? 15% 4245

其他立管的详细水力计算见附表

其他附加设备的介绍
l、集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，一般应设于系统的末端最高处，在系统运 行时，定期手动打开阀门将热水中分离出来并聚集在集气罐内的空气排除。 2． 、自动排气阀：依靠水的浮力，通过杠杆机构传到，使排气孔自动启闭，实现自动阻 力排气的功能。 3、 补偿器: 为了防止供热管道升温时， 由于热伸长或温度应力热引起管道变形或破坏， 需要在管道上设置补偿器， 以补偿管道的热伸长， 从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架 结构上的作用力。 参 考 文 献 <<供暖通风设计手册>> <<最新供热空调设计实用手册>> <<供热工程>>课本



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