哈尔滨工业大学办公综合楼供暖设计说明书3

供热工程课程设计说明书

题 目： 哈尔滨工业大学办公教学综合楼供暖设计 院 系： 专 业：

姓 名： 学 号： 指导老师：

2011年6月20日

目录

1、 前言 2、 设计内容 2.1建筑物概况

2.2 设计参数及要求 2.3围护结构传热系数K 2.4校核最小传热阻

3、 供暖热负荷计算

3.1房间围护结构传热耗热量计算 3.2各房间耗热量计算表

4、 散热器选型及供暖系统确定

4.1散热器的选择

4.2散热器的布置

4.3散热器安装注意事项 4.4散热器片数计算

5、 管路布置及水力计算 设计总结 参考文献

1前言

生产、输配和应用中低品位热能的工程技术，成为供热工程。 供热工程研究的对象和主要内容是以热水和蒸汽作为热媒的建筑物供暖系统和集中供热系统。

生活中常见的是集中供热系统，现已成为现代化城镇的重要基础之一，是城镇公共事业的重要组成部分。

集中供热系统包括热源、热网和热用户三大部分。集中供热系统1提高能源利用率，节约能源；区域锅炉房的大型供的优点主要有：○

2有条件安装高烟囱和空气净化热锅炉的热效率一般可达80%-90%。○

3可以腾出大批分散的小锅炉装置，便于消除烟尘，减少大气污染。○

4减少司炉人员及燃料，降低运行费用，改善环的占地，用于绿化。○

5易于实现科学管理，提高供热质量。 境卫生。○

本次课程设计的目的是为了巩固所学知识，通过对一栋建筑的供暖设计，包括热负荷计算、散热器选型、水力计算、作系统图等等，将自己所学的课本内容应用到实际生活中！经过查询资料、编写说明书、计算校核等过程锻炼自己的应用和分析能力，为以后的工作打下基础！

2设计内容

2.1建筑物概况

本建筑物为哈尔滨工业大学新校区新建的一座五层的综合大楼。该大楼是集办公室、舞蹈房、微机室、教室、阅览室等为一体的综合性大楼，其中还附属有厕所、配电室、更衣室等。各层高度均为4m，总高度为20m。供暖总面积15725m2.

2.2 设计参数及要求 2.2.1室外气象参数

由《采暖通风与空气调节设计规范》可得，哈尔滨地处东经126.37度，北纬45.41度，海拔高度171.7m，冬季大气压力100.15kpa，供暖室外计算干球温度为-26℃，最低日平均温度为tp.min=-33℃，冬季室外平均风速3.2m/s，最多风向为南风和西南风，平均风速为3.5m/s，供暖天数为175天。

2.2.2室内采暖计算温度

室内计算温度由《暖通空调规范实用手册》表2-2查得民用建筑供暖室内计算温度，整理后列于下表：

表2.1不同类型房间供暖室内计算温度 房间类型 计算温度℃ 房间类型 计算温度℃ 房间类型 配电、控制室 走道、楼梯间 舞蹈房 计算温度℃ 房间类型 休息、教研室 更衣室 计算温度℃ 阅览室 18 医务室 18 18 18 办公 18 实验室 18 16 20 卫生间 16 教室 18 16 广播室 18

2.2.3设计步骤

1、建筑物室内热负荷计算；2、确定供暖系统的设计方案以及热媒形式；3、散热器的计算与布置；4、绘制系统轴测图，对管段分段并标注管长，各个散热器的热负荷大小；5、进行系统的水力计算，并平衡各管段的阻力，一般异程式不大于15%，同程式不大于10%。

2.3围护结构传热系数K

围护结构概况：外墙是厚度为370mm的加气混凝土空心砖块，外加85mm厚的EPS板保温，由天正软件查的其传热系数为：K=0.19 W/m2*℃.

内墙是轻制龙骨结构，厚度为240mm，由天正软件查得内墙的传热系数为：K=0.89 W/m2*℃.

外窗是双层塑钢窗，K=2.4 W/m2*℃. 门对应天正暖通内、外门界面,可查得：内门的传热系数为：K=3.5 W/m2*℃。 屋面：屋面防水等级为Ⅱ级，做法从上到下依次为：40厚C20细石混凝土（内配4@200双向）、20厚1：2.5水泥沙浆保护层；80厚挤塑聚苯乙烯板；高分子防水卷材两道；20厚1：3水泥沙浆找平层；钢筋混凝土屋面板。由天正软件查的屋面的传热系数K=0.49 W/m2*℃

屋顶采用坡屋面，EPS板，其传热系数为0.783 W/m2*℃ 整理后得下表：

围护结构传热系数 围护结构 传热系数W/m2*℃ 外墙 0.19 内墙 0.89 外窗 2.4 门 3.5 屋面 0.49 屋顶 0.783 2.4校核围护结构的最小传热热阻

由上部分可知，供暖室外计算干球温度为-26℃，外墙导热系数为0.19 W/m2*℃，

2

屋顶导热系数为0.783 W/m*℃。

2.4.1外墙校验

D=∑Di=∑Risi=∑i=1i=1i=1nnnδiλi2πcipiλi Z计算得外墙的热惰性指标D=5.339<6，所以Ⅱ型围护结构，故 tw.e=0.6×tw’+0.4tp.min=-26×0.6-33×0.4=-28.8℃

R0•min=a(tntw•e)1×(18+28.8)Rn=0.115=0.897m2℃/W Δty6

R0•min2.4.2屋顶校验

D=∑Di=∑Risi=∑i=1i=1i=1nnnδiλi2πcipiλiZ

计算屋顶的热惰性指标D=2.264，属于Ⅲ型结构，故

tw.e=0.3 tw’+0.7 tp.min=0.3×（-26）+0.7×（-33）=-30.9℃

R0•min=a(tntw•e)1×(18+30.9)Rn=0.115=0.937 m2℃/W

Δty6℃/W>R0•min，满足《暖通规范》的要求。

R0=1/0.783=1.277m2

3供暖热负荷计算

由建筑物概况可知，本建筑物为5层建筑，总高度为20m，在这里只考虑围

护结构基本耗热量以及冷风侵入、渗透耗热量，对于照明设备和人员散热等有利因素不予考虑。

3.1房间围护结构传热耗热量计算 3.1.1围护结构基本耗热量

围护结构稳定传热时，基本耗热量可按下式计算：

Q=KF（tn-tw'）α

式中：K—围护结构的传热系数（W/㎡·0C）； F—围护结构的面积（㎡）； tn—冬季室内计算温度（0C）；

tw'—供暖室外计算温度（0C）；

α—围护结构的温差修正系数。详见《供热工程》附录1-2

1朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修○

正。当太阳照射建筑物时，阳光直接透过玻璃窗，使室内得到热量。同时由于阳面的围护结构较干燥，外表面和附近气温升高，围护结构向外传递的热量减少。采用修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。 《暖通规范》规定：宜按下列规定的数值，选用不同朝向的修正率 北、东北、西北 0~10%； 东南、西南 -10%~-15%； 东、西 -5% ； 南 -15%~-30%。

选用上面朝向修正率时。应考虑当地冬季日照率小于35%的地区，东南、西南和

南向修正率，宜采用-10%~0%，东西向可不修正。

2风力附加耗热量是考虑室外风俗变化而对围护结构基本耗热量的修正。 ○

《暖通规范》规定：在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加5%~10%。

3高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。 ○

《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2%，但总的附加率不应大于15%。应注意：高度附加率，应附加于房间各围护结构基本耗热量和其他附加（修正）耗热量的总和上。

3.1.2冷风渗透和冷风侵入耗热量

冷风渗透耗热量按下式计算：

Q2=0.278VρWcp（tn-tw'） Q2——冷风渗透耗热量（W）；

V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；

ρw——供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；ρw=1.4 kg/m3 Cp——冷空气的定压比热，Cp =1KJ/（kg·℃）； 0.278——单位换算系数，1KJ/h=0.278W。

V=Lln m3/h V——冷风渗透空气量

L——每米门窗缝隙渗入室内的空气量

n——渗透空气量的朝向修正系数，见下表：

地点 北 东北 东 东南 南 西南 哈尔滨 0.3 0.15 0.20 0.70 1.00 0.85 西 0.70 西北 0.60

门窗缝隙的计算长度，可按下述方法计算：当房间仅有一面或相邻两面外墙时，全部计入其门窗可开启部分的缝隙长度；当房间有相对两面外墙时，仅计入风量较大的一面的缝隙；当房间有三面外墙时，仅计入风量较大的两面的缝隙。 由前面的数据，在冬季室外平均风速VP,j4.7m/s，双层塑钢窗每米缝隙的冷风渗透量L=2.0 m3/（h·m）

冷风侵入耗热量按下式计算：

Q=0.278VwρWcp（tn-tw'） W Vw——流入的空气量，m3/h

由于流入的冷空气量V不易确定，根据经验总结，冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以外门附加率的简便方法进行计算。外门附加率按下表来计：

外门附加率 外门布置状况 一道门 两道门（有斗门） 附加率 65n% 80n% 外门布置状况 三道门 公共建筑和生产厂房主要出入口 附加率 60n% 500% 在工程设计中，六层或六层以下的建筑物计算冷空气的渗入量时主要考虑风压的作用，忽略热压的影响。

由于楼梯和走廊的围护结构比较难以计算，现采用公式进行估算[1]，

QN=aqN.vV(tn.p-tw) (3 式中 qN.v----建筑物供暖体积热指标，查表可得qN.v=0.41 W/（㎡℃）。 a------修正系数，查表可得 a=1.08; tn.pt----室内平均计算空气温度。由前面计算可得n.p=16℃。

V-----房间外体积。

3.2各房间耗热量计算表

由于楼层太多，房间太多，故我们按楼层分组计算，我负责计算三层房间和楼梯耗热量见附录一，现将计算结果整理于下表： 三层楼热负荷示意表 编号 3001 3004 3007 房间 楼梯 基础部办公室 舞蹈系办公室班主任室 基础部主任室 体产办耗热量（W） 1116 1144 1880.7 编号 3002 3005 3008 房间 女卫生间 会议室 舞蹈系库房 耗热量(W) 1494 2893.05 1144 编号 3003 3006 3009 房间 基础部教研室 学生处 男卫生间 耗热量(W) 1174.24 3005 828 3010 1141.1 3011 体产教授办公室 舞蹈系1111.5 3012 基础部班主任室 备用 1111.5 3013 1111.5 3014 599.1 3015 4144.2

公室班主任室 3016 舞蹈系副主任室 教师休息室 楼梯 微机实验室B 语音实验室B 男卫生间 弱电间 普通教室 门厅楼梯 普通教室 更衣室 612.66 3017 资料室 体产系主任室 舞蹈系教研室 小教室A 微机实验室C 普通小教室 女卫生间 语音准备室 普通教室 普通教室 普通教室 楼梯 1111.5 3018 舞蹈系主任室 小教室B 微机实验室A 语音实验室1/2A 小教室间走廊 门厅 普通教室1/2 教室间走廊 舞蹈基功房 教室间走廊 微机准备室 3 1111.5 3019 3022 3025 3028 3031 3034 3037 3040 3043 3057 1966 3495 1917.2 2209.5 990 414 2038 9672 2238 444.2 3020 3023 3026 3029 3032 3035 3038 3041 3045 3058 1100 1266.25 1330.8 1660 990 740.84 2038 1677.9 2038 745 3021 3024 3027 3030 3033 3036 3039 3042 3046 3059 3645 6182 3226.7 3720 5059 2238 3720 5060.6 1840 1940.8 注：表格中包括楼梯走廊一起编号，每一层的走廊对应该表中的相对应位置的走廊的耗热量取相同数值即可。图中弱电竖井不做计算。

4散热器选型及供暖系统确定

目前，国内外生产的散热器种类繁多，样式新颖。按其制造材质，主要有铸铁、钢制散热器两大类。按其构造形式，主要分为柱形、翼型、管型、平板型等。该室内供暖系统与室外系统官网连接，采用接外热网机械循环下供下回式热水供暖系统，楼梯间和走廊同样设置散热器供暖。

4.1散热器的选择

在民用建筑中散热器的选择主要注重外形、易于清扫、耐用性和经济性。考虑到以上因素，本综合楼选用铸铁四柱760型散热器。该散热器结构简单，耐腐蚀，使用寿命长，造价低，换热系数高；易于清扫，外形美观。具体参数见下表：

散热器参数

型号 散热面积 水容量 重量 工作压力 传热系数k

8.49 四柱760型 0.235m 21.16L 6.6kg 0.5mpa w/m·℃ 24.2散热器的布置

散热器布置在外墙窗台下，这样能迅速加热室外渗入的冷空气，阻挡沿外墙

下降的冷气流，改善外窗、外墙对人体冷辐射的影响，使室温均匀。为防止散热器冻裂，两道外门之间，门斗及开启频繁的外门附近不宜设置散热器；散热器一般明装或装在深度不超过130mm的墙槽内。

4.3散热器安装注意事项

底部距地面不小于60mm，通常取150mm；顶部距窗台板不小于50mm；背部与墙面净距不小于25mm。查相关资料可知，对四柱760型，每个位置安装不能超过25片。

4.4散热器片数计算

查《供热工程》课本附录2-1供水温度为tg=95℃，回水温度th=70℃。 散热器散热面积F按下式计算：

F=Q/K(tpj-tn)*β1β2β3

Q---散热器散热量，W

tpj---散热器内热煤平均温度，℃，对于以热水为热媒的供暖系统， tpj=（tsg+tsh）/2℃=82.5℃

K---散热器的传热系数，w/m·℃，K=2.503△t0.298=8.664 W/m·℃，该数据是在试验台测试的数据，在实际情况下，散热器的K值约比该值大10%，所以实际K=8.664×（1+10%）=9.53 W/m·℃

β1---散热器组装片数修正系数，《供热工程》附录2-3；

β2---散热器连接形式修正系数，查《供热工程》附录2-4得：β2=1.0； β3---散热器安装形式修正系数，《供热工程》附录2-5，β3=1.03取A=80mm. 散热器片数计算公式如下：

n=F/f

f---每片或每1m长的散热器散热面积，f=0.235 m2

计算时，先计算传热系数K值，然后计算所需的散热面积，然后先按β1=1计算，然后计算出所需片数n。接下来根据每组片数或长度乘以修正系数β1，最后确定散热器面积。暖通规范规定，柱形散热器面积可比计算值小0.1m2（片数只能取整数）。

根据各个房间的耗热量，将计算得出的每个房间所需散热器片数，列于下表：

222

编号 房间 3001 3004 3007 楼梯 基础部办公室 舞蹈系办公室班主任室 基础部主任室 体产办公室班主任室 舞蹈系副主任室 教师休息室 楼梯 微机实验室B 语音实验室B 男卫生间 弱电间 普通教室 门厅楼梯 普通教室 更衣室 散热器片数 8 8 14 编号 房间 3002 3005 3008 女卫生间 会议室 舞蹈系库房 体产教授办公室 舞蹈系资料室 体产系主任室 舞蹈系教研室 小教室A 微机实验室C 普通小教室 女卫生间 语音准备室 普通教室 普通教室 普通教室 楼梯 散热器片数 10 22 8 编号 房间 散热器片数 8 23 6 3003 3006 3009 基础部教研室 学生处 男卫生间 3010 3013 8 8 3011 3014 8 4 3012 3015 基础部班主任室 备用 8 31 3016 3019 3022 3025 3028 3031 3034 3037 3040 3043 3047 4 14 25 14 16 7 3 15 70 16 4 3017 3020 3023 3026 3029 3032 3035 3038 3041 3045 3048 8 8 9 9 12 7 5 15 12 15 5 3018 3021 3024 3027 3030 3033 3036 3039 3042 3046 3049 舞蹈系主任室 小教室B 微机实验室A 语音实验室1/2A 小教室间走廊 门厅 普通教室1/2 教室间走廊 舞蹈基功房 教室间走廊 微机准备室 8 27 46 24 27 38 16 27 37 13 14

5管路布置及水力计算

5.1方案选择

根据建筑物的用途和特点，供暖系统本身的技术和经济拟定合理的供暖系统的形式。

方案比较

这个系统作用范围比较大，上供下回和下供下回的比较中，后者具有如下特

点：

 美观，房间内的管路数减少，可集中进行隐藏处理。  在下部布置供水干管，管路直接散热给室内，无效热损失小。

 在施工中，每安装好一层散热器即可供暖，给冬天施工带来很大方便。  排除系统的空气比较困难

综合考虑楼层，采用下供下回式热水供暖系统 考虑到本工程的实际规模和施工的方便性，本设计所有供暖楼层均采用机械循环双管制垂直式的下供下回系统。散热片安装形式为异侧的下供下回。供水立管之间为异程式，在各层分别设置回水水平同程管。设计供回水温度为95/70℃。

根据建筑的结构形式，布置干管和立管，为每个房间分配散热器组。（见图纸）供暖系统采用水平干管同程式，立管共用的下供下回异程式双管系统，

系统排气方式：在顶层散热器上部设置排气阀排气。

图5.1 西侧供暖系统立面图（详见系统图）

5.2水力计算

画出系统图，该系统就一个支路。首先计算最远的西侧的立管环路，图上小圆圈内的数字表示管段号，热负荷对应前面计算所得的值，管段长度与图示长度一一对应。

《实用供热空调设计手册》中5.5.1与5.5.2规定：

1、管网干管管径，不应小于50mm，通往各单体建筑物的管径对热水管道来讲不宜小于32mm。

2、基础数据的确定：

（1）、热力网管道内壁当量粗糙度，热水管道可采用0.0002m；

（2）、热水热力网支干线、支线应按允许压力降确定管径，但供热介质流速不应大于3.5m/s。

（3）、热水管道水力计算表见表5.2～5.3。

最长环路是经过五楼西区右边A51经过楼梯间、舞蹈基功房等房间的散热器（15890W）的环路。 5.2.1 选择最不利环路

最不利环路是经过五楼西区右边A51经过楼梯间、舞蹈基功房等房间的散热器（15890W）的环路。这个环路从散热器经过管段A1、A2、A3、A4、A5G、A51、A52、A53、A54、A55、A56、A57、A58G、A58、A57、A56、A55、A54、A53、A52、A51、A5、A4、A3、A2、A1H。 5.2.2 最不利环路的作用压力

根据已给条件：ΔP Pa

5.2.3 确定最不利环路各管段的管径d。 （1）求单位长度平均比摩尔阻

根据右式[1] Rpj=αΔP/∑ι. （5.1）

式中∑ι——最不利循环环路或分支环路的总长度，m； 根据对应图计量得∑ι=222.2m。

α——沿程损失占总压力损失的估计百分数；查[1]中附录4-6，得α=50%。 Rpj=αΔP/∑ι=0.5×2844/222.2=6.4Pa

（2）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如

G=3600Q/4.187×103（tg＇－th＇）=0.86Q/（tg＇－th＇）kg/h

（5.2） 式中Q—管段的热负荷，W；

tg＇—系统的设计供水温度，℃； th＇—系统的设计回水温度，℃。

（3）根据G、Rpj,查[2]中附录表4-1,选择最接近Rpj的管径。将查出的d、R、v和G值列入表7中。

5.2.4 确定长度压力损失ΔPy=Rl

将每一管段R与l相乘，列入水力计算表中。 5.2.5确定局部阻力损失Z

（1）确定局部阻力系数ξ 根据系统图中管路的实际情况，列出各管段阻力名称。利用[2]中附录4-2，将其阻力系数记于表中，最后将各管段的总局部阻力系数列入表7中第9栏中。

注意：在统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局部阻力系数，应列在流量较小的管段上。

（2）利用[1]中附录表4-3，根据管段流速v，可查出动压头ΔPd，列入表7中的第10栏。又根据ΔPj=ΔPd·∑ξ，将求出的ΔPj值列入表7中的第11栏中。

5.2.6求各管段的压力损失

ΔP=ΔPj＋ΔPy。将表7中的第8栏与第11栏相加列入表7第12栏中。 5.2.7 求环路总压力损失

即∑(ΔPj＋ΔPy)

5.2.8计算富裕压力

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，要求考虑系统应有10%以上的富裕度。

（5.3）

式中 Δ% ——系统作用压力的富裕率；

ΔPI1＇——通过最不利环路的作用压力，Pa；

∑(ΔPj＋ΔPy)a～b——通过最不利环路的压力损失，Pa。

不平衡百分比

Δ%=[ΔPI1＇－∑(ΔPj＋ΔPy)a～b]/ΔPI1＇×100%

设计总结

通过两个星期的课程设计，我初步掌握了做供暖系统设计的步骤和流程，以及对于设计中的计算、选型、安装等问题有了一定的了解，也知道了要做好一个供暖设计需要查询哪些相关手册，提高了自己将所学知识应用到实际中的能力！同时，经过此次课程设计，我也看到了自己在画图方面的欠缺，找到了需要改进的方向！这次的设计也让我在团队合作方面有了自己的认识，加强了大家的互助！