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时间:2020-07-04 09:49  编辑:聂拉木高考资讯

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第一章.设计原始资料

一.设计目的

运用《室内采暖》课程所学到的理论知识,对图示建筑物进行供热工程设计计算,并进行方案选择以巩固所学理论知识和培养解决实际问题能力。

二.设计题目: 张家口新区中学学生宿舍楼供热工程

三.设计原始资料:

(一)建筑概况:

1. 该建筑物为张家口市新区中学学生宿舍楼,共5层。

2. 层高:该建筑物房间高度见图纸。

3. 建筑结构:全部为剪力墙结构,外墙加聚苯板保温。外窗为塑钢窗,单、双层普通玻璃。外门为铝合金玻璃门,内门均为保温木门。宿舍居室每室4人,按单床布置,总建筑面积:3169.10平方米,其中:1-5层建筑面积均为:633.82平方米,建筑层数及高度:宿舍楼共五层檐口高度为

17.25米。结构形式:砖混结构。

四.实际工作量

(1)编制设计计算书

包括计算书说明和有关表格

(2)绘制施工图

1.每层的供暖平面图。

2.整栋楼的供暖系统图。

3.局部剖面图和大样图。

五.设计要求

1.计算书要清晰工整,数据准确,公式数字要有依据。

2.图纸线形及图标符合现行制图标准及工程习惯用法,文字用工程字体。

3.图纸标注一定要完整准确,包括各种定位尺寸。

4.设计方案及计算过程符合现行有关设计规范和规定。

六.学生宿舍室内采暖工程设计

1、设计热负荷的计算:

室内采暖设计热负荷按照热负荷计算方法进行围护结构的耗热量计算,其设计参数的选取和负荷计算方法;

2、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或者根据指导老师的要求进行确定;

3、根据房间负荷和安装条件,进行散热器的选型计算;

4、确定系统最不利环路,进行水系统的水力计算;

5、最后画出供暖管道系统图,并自建筑施工图上标注出管道与相关设备。

第二章.供暖系统热负荷计算

一..查出设计题目中建筑物所在地区的相关气象资料

1、主要参考资料:《实用供热空调设计手册》(以下简称《供热手册》)及《供热工程》。

2、冬季室外计算温度的确定。

采暖室外计算温度,应采用历年平均不保证5天的日平均温度,主要用于计算采暖设计热负荷。

3、冬季室外平均风速(v。)

冬季室外平均风速应采用累年最冷3个月各月平均风速的平均值,“累年最冷3个月”,系指累年逐月平均气温最低的3个月,主要用来计算风力附加耗热量和冷风渗透耗热量。

4、冬季主导风向

冬季“主导风向”即为“虽多风向”,采用的是累年最冷3个月平均频率最高的风向,风向的频率指在一个观测周期内,某风向出现的次数占总数的百分数,主要用来计算冷风渗透耗热量。用四个字母ESWN分别表示东南西北四个方向,其它方位用这四个字母组合表示风的吹向,即风从外面刮来的方向。当风速小于0. 3米/秒时,用字母c来表示,参见《供热手册》,郑州主导风向为WN,即西北风。整栋建筑物均采用供暖系统。室内设计要求为温度取18℃,热媒参数为60/50℃热水。

二.设计参数

1.室外气象参数

表2.1 冬季室外气象参数表

地理位置大气压力(Kpa)室外平均风速

(m/s)

冬季采暖室外计

算干球温度/℃

冬季室外计算相

对湿度/%

张家口939.5 2.8 -13.6 41

2.室内设计参数

表2.2 室内设计参数

房间名称

冬季

干球温度/℃相对湿度/% 风速m/s

宿舍、盥洗室、管理

室、活动室

18 41 ≤0.2

门厅、走廊、厕所16 41 ≤0.2 楼梯14 41 ≤0.2

3.朝向修正率

北朝向: 0%;

东、西朝向:-5%;

南向:-20%。

第三章学生宿舍供暖系统的设计热负荷

一.热负荷组成

1、基本耗热量(屋顶、墙、地板和窗耗热量);

2、围护结构修正耗热量(朝向、风力、高度影响的修正);

3、冷风渗透耗热量;

4、冷风侵入耗热量;

二.负荷计算

(1)围护结构计算参数

1.外墙

根据设计资料(05J3-1外墙外保温)得,外墙的主体部分的热阻为

Ra=2.03m 2

·K/W ,保温层厚度为60mm ,导热系数λ=0.042w/m ·K ,内外抹灰厚度为20mm,导热系数λ=0.93w/m ·K 。

式中: R0— 围护结构的传热热阻,m 2

·K/W

n ∂、w ∂—围护结构内表面、外表面的换热系数,w/m 2·K Rn 、Rw —围护结构内表面、外表面的传热热阻,m 2

·℃/W i δ—围护结构各层的厚度,m

i λ—围护结构各层材料的导热系数,w/m ·K

Rj —由单层和多层材料组成的围护结构个材料层的热阻,m 2

·℃/W 经计算可得:K=0.28W/(m 2

·℃)

2.外窗

根据设计资料(05J4-1常用门窗), C-1,C-2,C-4为2.4W/(m 2

·℃),C-3(采用断桥铝合金中空玻璃窗)为3.2W/(m 2

·℃)。 3. 门

根据设计资料,门的类型有M-1平开镶板门,M-2,M-3,M-4均为定制铝合金玻璃门,查找课本,M-2,M-3,M-4传热系数取K=3.72W/(m 2

·℃).M-4走廊东端常年不开 4. 屋顶

根据设计资料,华北(西北):K=0.765W/( m 2

·℃) 5.地面

非保温地面,主要分为四个地带,查教材

w

j n w

i

i n

R R R R K ++=

∂+

+

∂==

∑1

11

1110λδ

表3-1 非保温地面传热系热阻

而材料中所给为保温地面,保温地面的传热热阻计算公式为

=+=n

i i

i

R R 100'λδ 式中:0'R -贴土保温地面的热阻,m 2

·℃/W R 0-非保温地面的热阻,m 2

·℃/W i δ-保温层的厚度,m

i λ-保温材料的导热系数,W/(m ·℃)

经计算可得:

地带 K 【W/( m 2

·℃)】

第一地带 0.276 第二地带 0.173 第三地带 0.099 第四地带

0.064

地带

R ( m

2

·℃/W)

0K [ W/( m 2

·℃)]

第一地带 2.15 0.47 第二地带 4.30 0.23 第三地带 8.60 0.12 第四地带

14.2

0.07

第二地带第一地带

第三地带第四地带

(2)主要计算公式:

由于冬季室外温度的波动幅度远小于室内外的温差,因此在围护结构的基本耗热量计算中采用日平均温差的稳态计算法,

1.

围护结构的基本耗热量

'()N W q FK t t α=-

式中 'q ——围护结构的基本耗热量形成的热负荷(W );

α——围护结构的温差修正系数;

F ——围护结构面积(㎡)

; K ——围护结构的传热系数[W/(㎡·℃)];

N t ——冬季采暖室内计算温度(℃)

; W t ——冬季采暖室外计算温度(℃)。

2.

围护结构的附加耗热量

围护结构的附加耗热量按其占基本耗热量的百分率确定。 1) 朝向修正率见参考课本第一章第三节朝向修正耗热量; 2)

风力附加率 由于张家口冬季室外平均风速为 2.8m/s<4m/s,所

以本设计不必要考虑风力附加;

3)

围护结构的高度附加 由于房间高度五层均小于4m/s 故本设计

中不需考虑高度附加。

3、冷风渗透耗热量

风压和热压的作用下,室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内,被加热后逸出。当未对采暖房间的门、窗缝隙采取密封措施时,冷空气就会通过门、窗缝隙渗入到室内,把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量,称为冷风渗透耗热量。

在各类建筑物特别是工业建筑的耗热量中,冷风渗透耗热量所占比例

是相当大的,有时高达30%左右,所以门窗缝隙渗透冷空气耗热量的计算显得尤为重要。

根据现有的资料,《暖通规范》中给出了用缝隙法计算民用建筑及生产辅助建筑物的冷风渗透耗热量和用百分率附加法计算工业建筑的冷风渗热 量。

2

Q '=0.28V ρw p

c (wn n t t -)

式中:2Q '——冷风渗透耗热量(W );

V ——经门、窗隙入室内的总空气量,m 3/h ; ρw ——供暖室外计算温度下的空气密度,本设计取1.39kg/m 3;

p

c ——冷空气的定压比热,p c =1KJ/(kg ·℃)。

经门、窗隙入室内的总空气量按下式计算

V=n l L h ⨯⨯

式中:

L h ——每米每小时缝隙入室内的空气量;

l ——门窗缝隙的计算长度,m ;

n ——渗透空气量的朝向修正系数。 门窗类型

朝向

门窗缝隙长(m )

每米门窗渗入空气量[㎥/m ·h ]

朝向和 修正系数

冷风渗透耗热量(w )

C-1 南 7.08 0.54 0.1 4.57 C-1,C-2 北 7.08 0.54 1 45.68 C-3 东 5.86 0.54 0.1 3.78 C-3

西

5.86

0.54

0.35

13.23

C-4 北 7.06 0.54 1 45.55 M-4 东 9.6 0.54 0.1 8.23 M-2

11.7

0.54

1

78.86

4. 冷风侵入耗热量

开启外门时侵入的冷空气需要加热到室内温度,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以相应的附加率:

3

Q '=N m j Q ..1' 式中:

m j Q ..1

'——外门基本耗热量,W; N ——考虑冷风侵入的外门附加率。

本设计中只有首层门厅有外门,外门取附加率N 值取80n%。

三.各层热负荷计算

供暖室外计算温度tw=-3.8℃,已知各朝向修正系数。因为内墙、楼板之间的传热温差低于5℃,不考虑内墙、楼板耗热量。

热负荷计算见耗热量计算表

第四章 热水供暖系统设计方案比较与确定

热水采暖系统形式的选择,应根据建筑物的具体条件,考虑功能可靠、经济,便于管理、维修等因素,采用适当的采暖形式。采用传统的室内热水供暖系统,优点是构造简单,缺点是整栋建筑的供暖系统往往是统一的整体,缺乏独立调节能力,不利于节能与自主用热。但其结构简单,节约管材仍可作为具有独立产权的民用建筑与公共建筑供暖系统使用。其又分为重力循环系统和机械循环系统。

一. 循环动力

本工程中设定的室内热水参数为t g=60℃,t h=50℃,且系统与室外管网连接,故可确定本室内热水系统设计为机械循环系统。机械循环系统与重力循环系统的主要差别是在系统中设置了循环水泵,靠水泵的机械能,使水在系统中强制循环,增加了系统的经常运行的电费和维修工作量。但由于水泵所产生的作用压力很大,从而供热范围可以扩大.

二. 供、回水方式:

供、回水方式可分为单管式和双管式。单管系统:热水经立管或水平供水管顺序流过多组散热器,并顺序地在各散热器中冷却的系统,称为单管系统。单管系统虽构造简单,节省管材,造价低,但流过各层散热器的热媒温度不同,各层散热器传热系数K不同,下层散热器面积大,造成各层作用压力不同,调节不方便。

双管系统:热水经供水立管或水平供水管平行地分配给多组散热器,冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水管流回热源的系统,称为双管系统。因供回水支管均可装调节阀,系统调节管理较为方便,故易被人们接受。本设计采用双管系统。

按其供水干管的位置不同,可分为上供下回、中供下回、下供下回、上供上回等系统。本设计采用上供下回式系统。

三. 系统管道敷设方式

系统管道敷设方式可分为垂直式和水平式系统。

水平式热水供暖系统:水平式采暖系统结构管路简单,节省管材,无穿过各层楼板的立管,施工方便,造价低,可按层调节供热量,当设置较多立管有困难的多层建筑式高层建筑时,可采用单管水平串联系统。但该系统的排气方式较为复杂,水平串联的散热器不宜过多,过多时除后面

的水温过低而使散热器片数过多外,管道的膨胀问题处理不好易漏水。

垂直式热水供暖系统:结构管路简单,节省管材,施工管理方便,造价低,但易造成垂直平失调。在无需考虑分区问题,目前被广泛采用。

根据上述比较与分析,结合本工程单层散热器较多,房间结构简单,无需考虑分区等问题,所以,本工程采用垂直式系统。

四.供、回水管布置方式

供、回水管布置方式可分为同程式和异程式异程式系统布置简单、节省管材,但各立管的压力损失难以平衡,会出现严重的水力失调现象。而同程式系统可消除式减轻水力失调现象,在较大的建筑中常采用同程式系统,但其金属消耗量通常要多于异程式系统故宜采用同程式系统。

五.工程方案确定

综合上述分析,本工程热水供暖系统采用机械循环、双管同程上供下回顺流式系统。

第五章散热器的选型及安装形式

一.散热器的选择

1.选择散热器的基本要求:

热工性能方面的要求,经济方面的要求,安装、使用和生产工艺方面的要求,卫生和美观方面的要求,使用寿命的要求。

铸铁散热器有结构简单,防腐性好,使用寿命长以及热稳定性好的优点。本工程选用TZ4-6-5(四柱760型)铸铁散热器,宽度为M142mm,两边

为柱状600mm ,682mm ,142mm ,中间为波浪形的纵向肋片。

表5.1 散热器规格及传热系数

型号 散热面积 水容量 重量

工作压力 传热系数K

TZ4-6-5 (四柱760型)

0.235 m /片

1.16L/片 6.6kg/片 0.5MPa

K=2.5030.298t ∆

其中K=2.5030.298t ∆,t ∆为散热器热水热媒进出口温度的平均值与室内空气温度的差值:t ∆=(60+50)/2 - t n =(55-t n )℃

二. 散热器的布置

1.

散热器布置一般安装在外墙窗台下,这样沿散热器上升的对流热

气能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响,使流经室内的空气比较暖和舒适;

2.

为防止散热器冻裂,两道外门之间,门不准设置散热器。在楼梯

间或其它有冻结危险的场所,其散热器应由单独的立、支供热,且不得装设调节阀;

3.

散热器一般明装或装在深度不超过130mm 的墙槽内,布置简单,

本设计采用明装;

4.

在垂直单管或双管热水供暖系统中,同一房间的两组散热器可以

串联连接;贮藏室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器,可同邻居串联连接;

5.

铸铁散热器的组装片数,不宜超过下列数值:

二柱(M132型)—20片;柱型(四柱)—25片;长翼型—7片。 考虑到传热效果,本设计散热片安装形式为同侧的上进下出。

三. 散热器的安装

底部距地面不小于60mm ,通常取150mm ;背部与墙面净距不小于25mm 。

四. 散热器的计算

1、散热器散热面积的计算

散热面积的计算可按《供热手册》或《教材》中的计算公式进行计算。 ()

321βββt n pj t K Q

F -=

2m

Q ———散热器的散热量,W ;

K ———散热器的传热系数,W/(m .℃); pj t ———散热器内热媒平均温度,℃; t n ———供暖室内计算温度,℃; 1β———散热器组装片数修正系数; 2β———散热器连接形式修正; 3β———散热器安装形式修正。 1、散热器内热媒平均温度t 的确定

由于是双管系统,热媒内平均温度为(60+50)/2=55℃ 2、散热面积的计算应该在布置完散热器和立管后进行。

3、设计中,为简化计算,散热器的热负荷中不扣除管道的散热量。 2、散热器片数的计算

散热器片数的计算可按下列步骤进行: 计算公式

123

()

pj n Q F K t t βββ=- 2

m

式中:F ——散热器散热面积,2

m ;

Q ——散热器的散热量, W ; pj t ——散热器内热媒平均温度,℃; n t ——供暖室内计算温度,℃;,

K ——散热器的传热系数,2/o

W m C ⋅;

1β——散热器组装片数修正系数; 2β——散热器组连接形式修正系数; 3β——散热器组安装形式修正系数。 由于系统采用的为同侧上进下出式,故2β=1。

由于散热器安装在墙面,上面有窗台,故 3β=1.02。计算散热器面积时,先取1β=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1β对应的值,其范围如下:

表5.2片数修正系数

每组片数 <6 6~10 10~20 >20

0.95

1

1.05

1.1

在热水供暖系统中,散热器进出口水温的算术平均值 ()2

sg sh pj t t t +=

式中:sg t ——散热器进水温度pj t ,℃;

sh t ——散热器出水温度,℃。

散热器选用四柱760型散热器,传热系数K 值计算式:

982.0503.2t K ∆= n pj t t t -=∆

1

β

第六章热水供暖系统水力计算

根据设计资料热力接口位置及设计方案,本设计热水供暖系统为机械式双管同程上供下回式系统。

一.绘制系统图

根据暖气片组装片数的最大值将其分为几组后,确定总的立管数,绘制系统图,标明各段干管的负荷数,以及每组暖气片的片数和负荷数,并对各个管段进行标注。

由于宿舍进行南北分区,北区九根立管(包括走廊、楼梯),南区7根立管系统图及标注见CAD图

二.水力计算

1、选择最不利环路

2、计算步骤如下:

(1)在轴测图上进行管段编号、立管编号,并注明各管段的热负荷和管长。

(2)计算最不利环路的阻力损失,并确定各管段管径

注:平均比摩阻大致为60—120pa/m

(3)以最不利环路的总阻力损失为基准,在允许的不平衡率范围内确定最不利立管前面的供回水干管和其他立管的管径。

三.水压图

1. 确定沿程压力损失

沿程程压力损失:ΔPy=RL。

2. 确定局部阻力损失

(1)确定局部阻力系数ξ

(2)利用教材附录表4-3,根据管段流速v ,可查出动压头ΔPd ,又根据ΔPj=ΔPd ·∑ξ,将求出的ΔPj 值。 3. 求各管段的压力损失

当流体沿管道流动时,由于流体分子间及其管道间的摩擦,就要损失能量;而当流体流过管道的一些附件时,由于流动方向或速度的改变,产生局部斡旋和撞击,也要损失能量。前者称为沿程损失,后者称为局部损失。因此,热水供暖系统中计算管段的压力损失,可用下式表示:

y j j P P P Rl P ∆=∆+∆=+∆ 式中:P ∆——计算管段的压力损失,Pa ; y P ∆——计算管段的沿程损失,Pa ;

j P ∆ ——计算管段的局部损失,Pa ;

L ——管段长度,m 。

4. 求环路总压力损失

即将该环路各管段的压力损失全部累加。 局部阻力损失见附表; 水力计算见

参考文献

[1] 陆耀庆.供暖通风设计手册.中国建筑工业出版社,1987

[2] 贺平、孙刚等.供热工程.第四版.中国建筑工业出版社,2009

[3] 采暖通风与空气调节设计规范.中国建筑工业出版社,2001

[4] 北京建筑设计研究院编,建筑设备专业技术措施.中国建筑工业出版社,2006

[5] 邵宗义.建筑供热采暖工程设计.机械工业出版社,2005

[6] 05系列建筑标准设计图集.中国建筑工业出版社,2005

。

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