供热工程课程设计采暖课程设计

目录一、采暖设计热负荷的计算1、气象资料2、建筑物的概述3、计算采暖设计热负荷二、布置管道和散热器设备、计算散热器1、布置管道2、布置散热器3、散热器的选择4、散热器的计算三、管道的水力计算四、设计总结五、参考文献一、采暖设计热负荷的计算1.气象资料根据文献[1]查得北京市的气象资料，采暖室外计算温度t0为-9℃，冬季室外平均风速v0为2.8m/s,日照率为67％，冬季的主要风向为北西北。根据所给的建筑设计说明，此办公楼进行节能设计建筑物的体形系数为0.28，建筑物窗墙面积比为0.32。2.建筑物概述本工程是北京市某多层办公楼的室内采暖系统设计，此办公楼共5层。建筑物围护结构：（1）北墙：内抹灰一砖半墙（370mm），使用空心砖，总热阻值R0=0.811m2·℃/W,热惰性指标D=5.05[4]。（2）南、东、西墙：内抹灰一砖墙（240mm），使用空心砖，总热阻值R0=0.587m2·℃/W,热惰性指标D=3.36[4]。（3）外窗：铝合金推拉窗，使用中空玻璃；（4）门：铝合金门；（5）屋顶：250mm混凝土屋顶，导热系数λ=1.74W/m·K；（6）地面为不保温地面，K值按地带决定。建筑物共五层，一层层高4.2m，二、三、四、五层层高均为3.3m.3.计算采暖设计热负荷1）围护结构基本耗热量的计算A.房间编号如图在各层建筑物的平面图上对各楼层的房间进行编号。B.室内供暖计算温度查文献[4]得，办公室的室内供暖计算温度为18℃，盥洗室、厕所的室内供暖计算温度为14℃，楼梯间、走廊室内供暖计算温度为14℃。C.围护结构的传热系数Ka.根据文献[4]北京地区为寒冷地区，查文献[4]表4.2.2-3：表1寒冷地区围护结构的传热系数和遮阳系数的限值围护结构部位体形系数≤0.3传热系数K屋面≤0.55外墙（包括非透明幕墙）≤0.60非采暖空调房间与采暖空调房间的隔墙或楼板≤1.5单一朝向外窗（包括透明幕墙）0.3窗墙面积比≤0.4≤2.7根据文献[3]查得混凝土的导热系数λ=1.74W/m·K，k=6.96≥0.55W/m2·K；根据文献[3]查得370mm的空心砖R0=0.811m2·℃/W,01Rk=1.23≥0.6W/m2·K；根据文献[3]查得240mm的空心砖R0=0.587m2·℃/W,01Rk=1.70≥0.6W/m2·K,此建筑物的墙体、屋面均不满足上述要求，需对屋面墙体进行保温处理,使用聚苯乙烯泡沫塑料，该保温材料的热工参数为导热系数λ=0.042W/m·K，蓄热系数S=0.36，比热容c=1.38kJ/kg·℃。对于办公楼的北墙：北墙的材料为370mm的空心砖，在墙的外侧贴厚度为60mm的保温层，总的传热系数为01Rk=0.50≤0.60W/m2·K满足节能要求。南、东、西墙的材料为240mm的空心砖，在墙的外侧贴厚度为100mm保温层，总的传热系数01Rk=0.45≤0.60W/m2·K,满足节能要求。屋面为厚度为250mm的混凝土屋顶，在屋顶的上侧贴厚度为100mm保温层，总的传热系数01Rk=0.40≤0.55W/m2·K,满足节能要求。地面为直接铺设在土壤上的非保温地面，通过地面的耗热量可以用房间整个地面的ΣKA来简化计算。利用划分地带法。综上：以下数据均为墙体贴上保温层后的传热系数。北墙k=0.50W/m2·K，南、东、西墙k=0.45W/m2·K，屋面k=0.40W/m2·Kb.计算天棚的传热系数并校核其热阻是否满足最小热阻的要求。实际传热热阻校核公式：nmin0)(RtttaROWR（1-1）式中：R0mim————最小总热阻，m2•K/W;tR──冬季室内计算温度，℃；tOW——冬季室外计算温度，℃；α——温差修正系数；Rn——围护结构内表面换热热阻，m2•K/W，n=8.7W/m2·K[⊿t]——室内空气温度与围护结构内表面的允许温差,墙体通常选取6.0℃，屋顶选取4.5℃。确定墙体类型，根据墙体类型选择冬季室外计算温度：北墙为内抹灰一砖半墙，总热阻值R0=0.811m2·℃/W,热惰性指标D=5.05。南、东、西墙为内抹灰一砖墙（240mm），使用空心砖，总热阻值R0=0.587m2·℃/W,热惰性指标D=3.36。所使用的保温层材料为聚苯乙烯泡沫塑料，该保温材料的热工参数为导热系数λ=0.042W/m·K，蓄热系数S=0.36，比热容c=1.38kJ/kg·℃。校核天棚的最小热阻是否满足要求：R0min=0.67m2·℃/W，屋面的热阻值大于最小热阻满足要求。校核墙体的最小热阻是否满足要求：R0min=0.517m2·℃/W，墙体的热阻值均大于最小热阻满足要求。D.传热面积的确定根据所给的建筑平面图确定各采暖房间的传热面积。E.基本耗热量的计算1)围护结构的基本耗热量attKFqwn)(W(1-2)式中K——围护结构的传热系数，W/㎡·K；F——围护结构的计算面积，㎡；tn——冬季室内空气的计算温度，℃；tw——冬季室外空气的计算温度，℃；α——围护结构的温差修正系数。2）附加耗热量的计算A.朝向修正率朝向修正率[4]：北、东北、西北0~10％东、西-5％东南、西南-10％~-15％南-15％~-30％B.风力修正率风力修正耗热量是考虑室外风速变化而对外围护结构传热基本耗热量的修正。我国大冬季各地平均风速不大，一般为2-3m/s，为简化计算可不考虑修正[1]。C.高度修正率根据文献[1]对于民用和工厂的辅助建筑，房间高度在4m以下时，不进行高度附加。房间高度大于4m时，每增加1m，应附加的耗热量为房间围护结构总耗热量（包括围护结构基本耗热量和其他修正耗热量）的2％。但总的附加值不超过15％.楼梯间不考虑高度修正。3）冷风渗透耗热量的计算工程中常用近似计算法，常用的有缝隙法、换气次数法和百分数法。这里使用缝隙法计算冷风渗透耗热量Q2，计算公式如下：wnwttCVQ278.02W(1-3)式中ρw--冬季供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；cp--冷空气的定压比热，C=1kJ/kg·℃,(1kJ/kg·℃=0.278W)tn、tw--室内、外供暖计算温度，℃。经门窗缝隙进入室内的空气量：nLlVm3/h(1-4)式中l--门窗缝隙的长度，m；L--门窗缝隙单位长度每小时渗入的空气量，m3/h·m；由表2查取；N--冷风渗透朝向修正系数，由表3查取。表2门窗缝隙渗入的空气量L（m3/h·m）门窗类型冬季室外平均风速（m/s）123456推拉铝窗0.20.51.01.62.32.9表3渗透空气量的朝向修正系数n值地区名称朝向北东北东东南南西南西西北北京1.000.510.150.090.170.170.411.004）冷风侵入耗热量的计算冷风侵入量可按下述经验确定[1]：对于短时间开启的外门（不包括阳台门、太平门和设置空气幕的门），采用外门基本耗热量乘以以下百分数来计算。当楼层的总层数为n时，一道门65n％二道门（有门斗）80n％三道门（有两个门斗）60n％公共建筑的主要出入口500％当房间没有外门时，该房间的冷风侵入耗热量为零。下面以房间101为例计算房间的耗热量，如下表：表4101房间耗热量计算表房间编号房间名称围护结构传热系数K室内计算温度tn供暖室外设计温度tw室内外计算温差tn-tw温差修正系数a基本耗热量Q11耗热量修正围护结构的耗热量Q1冷风渗透耗热量Q2冷风侵入耗热量Q3房间总耗热量Q名称及方向面积计算面积m2W/m2·℃℃℃℃W朝向Xch风向Xf修正后热量Q高度％％W％101办公室北外墙33.6×4.2141.10.518-92711905001190501905001905北外窗4×3.6×1.8+4×1.8×1.838.9212101001210102101874.802975南外墙37.8×4.2158.80.4511929-2000.8154401544001544南外窗3.6×1.8×4+2.4×1.8×234.62.0511915-2000.8153201532102.0601634南外门3.6×2.592.051498-2000.8399039971.4424902960东外墙9.05×4.2380.451462-500.95439043900439东外窗1.5×1.8×12.72.051149-500.95142014210.20152地面137.6×2+8.85×2+33.4×2159.70.46512005001200502005002005地面233.6×2+6.85×2+33.6×2148.10.2331932001932093200932地面333.6×2+5.6×2+31.5×2141.10.1161442001442044200442地面43.6×31.6113.80.0581178001178017800178其他各房间的耗热量见附录表1。5）建筑采暖热指标的计算体积热指标用上式计算：（1-5）式中Q--建筑物耗热量，W；qv--采暖体积热指标，W/(m3.℃)；V--建筑物外围体积，m３；tn--供暖室内计算温度℃；tw--供暖室外计算温度℃；此办公楼的体积为128722.23m3总热负荷为68800W所以体积热指标为0.54W/m3面积热指标按下式计算：（）式中Q--建筑物耗热量，W；qf--采暖面积热指标，W/m2；A--建筑物建筑面积，m２；此办公楼的建筑面积为3425.1m2总热负荷为68800W所以面积热指标为22W/m2二、布置管道和散热设备、计算散热器1、布置管道根据文献[4]中规定布置管道：①采暖管道当利用管段的自然补偿不能满足要求时，应该设置补偿器。②采暖管道的敷设应有一定的坡度，对于热水管坡度宜采用0.003，不得小于0.002，立管与散热器连接的支管，坡度不得小于0.01。此办公楼选用单管机械循环下供上回式热水采暖系统，见系统图。2、布置散热器根据文献[4]有如下几点要求：①散热器宜安装在外墙的窗台下，当安装或布置管道有困难时，也可靠内墙安装；②楼梯间的散热器，宜分配在底层或按一定比例分配在下部各层；)(wnVttVQqAQqf③散热器宜明装。④铸铁散热器的组装片数，不宜超过下列数值：细柱型25片⑤有冻结危险的楼梯间或其他有冻结危险的场所，应由单独的立、支管供暖。散热器前不得设置调节阀。根据以上几点要求合理布置散热器，见平面图。3、散热器的选择盥洗室、卫生间、走廊使用四柱460型散热器选择四柱760型铸铁散热器，散热面积为0.235m2/片，传热系数计算公式298.0503.2tKW/(m2·℃)。4、散热器的计算散热器散热面积按下式计算（2-1）式中Q—散热器的散热量，W；tpj—散热器内热媒平均温度，℃；tn—供暖室内平均温度，℃；—散热器的传热系数，W/m2•℃；β—散热器组装片数修正系数；β—散热器连接形式修正系数；β—散热器安装形式修正系数。A.确定热媒平均温度tpj在热水单管供暖系统中，热水是依次进入散热器的，供水温度逐渐降低。所以每组散热器的进、出水温度，必须逐一进行计算。后一组散热器的进水温度，即为前一组散热器的出水温度[1]。对于顺流式单管系统散热器进出口水温，可利用下式进行计算[6]：hgNiiNjiigjttQQtt1（2-2）321)(npjttKQF式中tj--流出第j层散热器的水温，℃；表5各立管进出水温度tg/℃t1/℃t2/℃t3/℃t4/℃th/℃19582.57070707029587.282.678.176.27039