河南机电高等专科学校
毕业设计论文
论文题目：集中供暖系统设计
系 部 机电工程系 专 业 制冷与冷藏技术 班 级 制冷102班 学生姓名 崔俊涛 学 号指导教师 张敏
2012年 1 月 5 日
摘要
本次课程设计首先是选择某地一建筑物，然后根据该地的气象资料特征。计算该建筑物热负荷，合理选择确定该建筑物的供暖系统方案。以及散热设备的选择与计算。并根据该供暖方案对该系统进行水力计算以及系统的阻力平衡。绘制该建筑物的平面图，供暖系统图。
考虑该地区气象特征以及建筑物的特点。根据当地节能；环保要求。选择最合理的热水供暖系统，进行该系统的设计计算。
关键词：热负荷；散热设备；水力计算
the
The curriculum design is first choice place a building, and then, according to the characteristics of the meteorological data. The building heat load calculation, rational choice to determine the building's heating system plan. And cooling equipment selection and calculation. And according to the heating scheme for the system of hydraulic calculation and the resistance of the system balance. Draw the building's plan. Heating system diagram.
Considering the climate characteristics and features of the building. According to the local energy saving; Environmental protection requirement. Select the most reasonable hot water heating system, the design and calculation of the system.
Keywords: heat load; Cooling equipment; Hydraulic calculation
目录
1. 前言 ………………………………………………………………….5 2. 热负荷计算……………………………………………………………7
2.1建筑物的概述……………………………………………………7 2.2计算最小传热阻并校核…………………………………………8 2.3热负荷的计算……………………………………………………8 3 供暖方案的确定以及散热器布置与选择………………………….31 3.1热媒的选择 …………………………………………………..31 3.2供暖形式的确定………………………………………………..31 3.3散热器的布置……………………………………………………31 3.4散热器选择………………………………………………………31 3.5散热器的计算……………………………………………………31 4. 管路的水力计算.........................................36 4.1绘制采暖系统图 ………………………………………………36 4.2计算最不利环路的管径……………………………………….36 5. 总结...................................................45 6. 参考文献...............................................46
1. 前言
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，称为供热工程。
供热工程又分为供暖工程和集中供热，
供暖工程是以保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件为主要任务，集中供热是集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通过热网向城市、镇或其中某些区域热用户供应热能的方式。
生活中常见的是集中供热工程，目前已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。
集中供热系统包括热源、热网和用户三部分。热源主要是热电站和区域锅炉房（工业区域锅炉房一般采用蒸汽锅炉，民用区域锅炉房一般采用热水锅炉），以煤、重油或天然气为燃料；有的国家已广泛利用垃圾作燃料。工业余热和地热也可作热源 。核能供热有节约大量矿物燃料，减轻运输压力等优点。热网分为热水管网和蒸汽管网，由输热干线、配热干线和支线组成，其布局主要根据城市热负荷分布情况、街区状况、发展规划及地形地质等条件确定，一般布置成枝状，敷设在地下。主要用于工业和民用建筑的采暖、通风、空调和热水供应 ，以及生产过程中的加热、烘干、蒸煮、清洗、溶化、致冷 、汽锤和汽泵等操作。
集中供热的优点是：①提高能源利用率、节约能源。供热机组的热电联产综合热效率可达85％，而大型汽轮机组的发电热效率一般不超过 40 ％ ；区域锅炉房的大型供热锅炉的热效率可达80％～90％，而分散的小型锅炉的热效率只有50％～60％。②有条件安装高烟囱和烟气净化装置，便于消除烟尘，减轻大气污染，改善环境卫生，还可以实现低质燃料和垃圾的利用。③可以腾出大批分散的小锅炉房及燃料 、灰渣堆放的占地，用于绿化，改善市容。④减少司炉人员及燃 料 、灰渣的运输量和散落量 ，降低运行费用 ，改善环境卫生。⑤易于实现科学管理，提高供热质量。实现集中供热是城市能源建设的一项基础设施，是城市现代化的一个重要标志，也是国家能源合理分配和利用的一项重要措施。
改革开放三十年，我国集中供热事业获得了长足发展，与发达国家相比，在建筑节能与供热系统的能源利用；建筑节能材料；供热设备的选择；供热系统
的选择和控制以及节能环保意识等方面存在很大的差距。展望2010年，集中供热将面临新的竞争和挑时间内，在供热及能源利用技术方面还需要不断改进和提高。实现供热技术进步关键在于抓好建立完善的技术开发体系、推广供热节能新技术……
本次课程设计是运用供热工程的技术知识对某一建筑物进行设计计算，以及散热设备的选择与计算，合理的选择供暖系统以及管路的水里计算。
2热负荷计算
2.1
建筑物的概述
供热系统计算主要包括以下步骤：1. 建筑物室内热负荷的计算2. 确定供暖系统的设计方案以及热媒形式，散热器的选型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%。
图2-1 一 二层的平面图
图2-2 三 四层平面层
本次课程设计的建筑物选择郑州的某四层建筑物，建筑物高4层，层高3米，具体的参数见图表2-1. 根据以上步骤的要求，对该住宅楼进行合理的供暖系统设
计与水力计算。
已知 ：维护结构的条件如下
外墙：传热系数k =1.63W /(m 2⋅︒C ) ，结构型式为Ⅲ型 内墙：传热系数k =1.73W /(m 2⋅︒C ) ，结构型式为Ⅲ型 屋面：结构型式为Ⅱ型，传热系数k =1.06W /(m 2⋅︒C )
外窗：推拉铝窗，900*1500m m （宽*高），传热系数k =3.26W /(m 2⋅︒C ) 内门：双层实木门，传热系数k =2.33W /(m 2⋅︒C ) ，800*2000m m （宽*高） 地面：不保温地面
计算传热的地板：传热系数k =1.63W /(m 2⋅︒C ) 郑州市室外的气象资料： 供暖室外的计算温度t w n =-7︒C
累年（1951年—1980年）最低日平均温度t p min =-17.1︒C 冬季室外平均风速υp =3.4m /s
2.2计算最小传热阻并校核
该外墙属于Ⅲ型维护结构，围护结构冬季室外计算温度
t w =0.3t wn +0.7t p .min =0.3*(-7) +0.7*(-17.1) =-14.07C
α(t n -t w ) 1.00*30.072︒
==0.576m ⋅C /w 最小传热阻计算公式R min =
∆t y αn 52.2
︒
外墙的实际传热阻R 0=1/k =1/1.63=0.613m 2⋅︒c /w >R m in 满足要求 校核顶棚的最小传热阻
该维护结构属于Ⅱ型，维护结构的冬季室外的计算温度T w c 应采用
t w =0.6*t wn +0.4t p .min =0.6*(-5) +0.4*(-17.1) =-9.84C R min =
︒
α(t n -t w ) ∆t y αn
=
1.00*25.846.0*8.7
=0.495m ⋅C /w
2︒
顶棚的实际的传热阻
R 0=1/k =1/1.06=0.943>R m in , 满足要求。
2.3热负荷计算
一. 一层基本耗热量计算
（1）首先，将采暖房间编号，101 110、201 210、盥洗室、楼梯和走廊；
301 308、401 408、盥洗室、楼梯和走廊。
（2）围护结构朝向及名称，修正系数、传热面积房间总耗量等依次记录。 （3）房间的热负荷Q 主要包括以下几部分：
Q =Q 1+Q 2+Q 3
式中:Q 1-- 围护结构传热耗热量； Q 2——冷风渗透耗热量； Q 3——冷风侵入耗热量。
围护结构的基本耗热量的计算
Q 1=αK F (t n -t w n )
式中：K --围护结构的传热系数，W /m 2⋅︒C ； F --围护结构的计算面积，m 2； t n --冬季室内空气的计算温度，︒C ； t w n --冬季室外空气的计算温度，︒C ；
α--围护结构的温差修正系数；是用来考虑供暖房间并不直接接触室外
大气时，围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的 削弱而减少的修正，其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。
表2-1 地面各地段的传热系数
地带名称 第一地带 第三地带
地面传热系数
0.47 0.12
地带名称 第二地带 第四地带
地面传热系数
0.23 0.07
冷风渗透耗热量计算
采用缝隙法计算冷风渗透耗热量Q 2
Q 2=0.28V ρw c p (t n -t w n )
其中： V =nL h L
V
—冷空气的渗入量，m 3/h
n —渗透空气量的朝向修正系数
按当地冬季平均风速，m /(h ⋅m ) L h —每米门窗缝隙渗入室内的空气量，
3
L
—门窗缝隙的计算长度，m
3
Q 2—冷风渗透耗热量，m /h
0.28—单位换算系数，1kJ /h =0.28w
ρw —供暖室外计算温度下的空气密度，kg /m 3
c p
—冷空气的定压比热容，c p =1kJ /(kg ⋅︒C ) —冬季室内空气的计算温度，︒C
︒
t n
t w n —冬季室外空气的计算温度，C
冷风侵入耗热量计算
Q 3=N ⋅Q 1w
'
式中： Q 3—冷风侵入耗热量，m 3/h
Q 1
'
—外门基本传热耗热量
N —外门附加率
底层101房间供热设计的的热负荷计算：
101房间为监控室，查附录1，冬季室内的设计温度t n =16︒C ，查附录3郑州市的供暖室外温度t w n =-7︒C .
1. 计算围护结构的传热耗热量Q 1
(1)西外墙 传热系数k =1.63w /(m 2⋅︒C ) ，查附录4温差修正系数α=1，传热面积F =4*3=12m 2，西外墙的基本传热耗热量为：
Q 1' =αK F (t n -t w n ) =1⨯1.63⨯12⨯(16+7) w =449.88w
查表1-6，郑州的西向的朝向修正率σ1=-5％ 朝向修正耗热量为Q 1'' =449.88⨯(-0.05) =-22.45w
本建筑物建设在市区内，不需要进行风力修正；层高未超过4m ，不需要进行高度修正。
西外墙的实际耗热量Q 1=Q 1' +Q 1" =449.88-22.45=427.43w
（2）北外墙 传热系数k =1.63w /(m 2⋅︒C ) ，查附录4温差修正系数α=1，传热面积F =[(3.9*3) -1.5*1.8]=9.0m 2，北外墙的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =1⨯1.63⨯9.0⨯(16+7) w =337.41w
'
查表1-6，郑州的西向的朝向修正率σ=7％， 朝向修正耗热量为Q 1'' =337.41⨯0.07=23.61w
北外墙的实际耗热量Q 1=Q 1' +Q 1" =337.41+23.61=361.02w
（3）北外窗 北外窗的传热系数k =3.26w /(m 2⋅︒C ) ，温差修正系数α=1，传热面积F =1.5*1.8=2.7m 2，北外窗的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =1⨯3.26⨯2.7⨯23=202.44
'
朝向修正耗热量为Q 1'' =202.44⨯0.07=14.17w
北外窗的实际耗热量Q 1=Q 1' +Q 1" =202.44+14.17=216.61w
（4）南内墙 传热系数k =1.73w /(m 2⋅︒C ) ，温差修正系数α=0.70，传热面积
F =3.9*3-0.8*2=10.1m
'
2
，南内墙的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =0.70⨯1.73⨯10.1⨯23=281.31w
（5）南内门 传热系数k =2.33w /(m 2⋅︒C ) ，温差修正系数α=0.70，传热面积
F =0.8*2=1.6m
'
2
，南内墙的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =0.70⨯2.33⨯1.6⨯23=60.02w
（6）地面 将101房间的地面划分地带 第一地带：传热系数k =0.47w /(m 2⋅︒C ) 传热面积F =(4+3.9) *2=15.8m 2
第一地带传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t wn ) =1⨯0.47⨯15.8⨯(16+7) w =170.80w
第二地带：传热系数k =0.23w /(m 2⋅︒C ) 传热面积F =1.9*2=3.8m 2 第二地带传热耗热量为：
Q 2=αK F (t n -t wn ) =1⨯0.23⨯3.8⨯(16+7) w =20.10w
因此，101房间地面的传热耗热量为
Q =Q 1+Q 2=(170.80+20.10) w =190.90w
101房间围护结构的总耗热量为：
Q =(427.43+361.02+216.61+281.31+60.02+190.90) =1537.29w
2. 计算101房间的冷风渗透耗热量（按缝隙法计算）
（1⨯4+1.8⨯2）=7.6m 北外窗为推拉铝窗，其缝隙长度L =
查附录7，郑州市的朝向修正系数北向n =0.65
已知：郑州市每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量
L h =1.24(m /m ⋅h )
3
北外窗的冷风渗入量计算为
V =nL h L =(0.65⨯1.24⨯7.6) =6.12m /h
3
根据t w n =-7︒C ，查得ρw =1.2kg /m 3 取空气定压比热容c p =1kJ /(kg ⋅︒C ) 北外窗的冷风渗透耗热量为
Q =0.28V ρw c p (t n -t w n ) =0.28⨯6.12⨯1.2⨯1⨯(16+7) =47.30w
因此，101监控室的总耗热量为Q =(1537.29+47.30) =1584.59w 以此可算出其它房间的热负荷，如下表所示:
13
14
15
16
17
18
19
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
3供暖方案的确定以及散热器布置与选择
3.1 热媒的选择
本题选择热水供暖系统，供水温度t g =95℃，回水温度t h =70℃
3.2 供暖形式的确定
本题采用机械循环等温异程式双管上供下回式供暖系统，每组散热器供水管上有一截止阀。
3.3 散热器的布置
该题散热器安装在窗台下面，这样沿散热器上升的对流热气流能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气流比较暖和舒适。
3.4 散热器的选择
表3-1 散热器的选择及安装
建筑性质
居住建筑 公用建筑
适合选用的散热器
柱形、闭合串片、板式、扁管式、辐射对流式 柱形、闭合串片、板式、扁管式、屏壁型、辐射对流式
工业企业辅助建筑
散发小量粉尘的车间及仓库 散发大量粉尘的车间及仓库
柱形、翼型、辐射对流式 柱形、辐射对流式 柱形、光面排管
3.5散热器的计算
根据上表散热器的选择，同时又根据计算热负荷的大小，室内安装二柱（M-132型）散热器。
（1）散热面积的计算
散热器的散热面积的计算面积为 F =
Q K (t pj -t n )
β1β2β3
式中 F -散热器的散热面积 (m 2) ； Q -散热器的散热量 (w ) ； K -散热器的传热系数[w /(m 2⋅︒C )]； t pj -散热器内热媒的平均温度 (︒C ) ； t n -供暖室内的计算温度 (︒C ) ； β1-散热器组装片数修正系数； β2-散热器连接形式修正系数； β3-散热器安装形式修正系数。
表3-2 散热器组装片数修正系数β1的选择
每组片数
6 10
11 20
>20
β1
0.95 1.00 1.05 1.10
注：上表仅适用于各种柱式散热器，长翼型和圆翼型散热器不修正，其它散热器需要修正时，见产品说明。
表3-3 散热器连接形式β2的选择
连接形式 同侧上进下出 异测上进下出 异测下进下出 异测下进上出 同侧下进上出
M -132
1.0 1.009 1.251 1.386 1.396
长翼型 1.0 1.009 1.225 1.331 1.369
散热器连接形式修正系数β2的选择
注：该表是在标准状态下测定的。其他散热器可近似套用上表数据
二柱M -132型与供水管道的连接选择同侧上进下出的连接方式，则β2=1.0； 散热器明装，敞开布置，取β3=1.0。
（2）一层101图书馆的散热器计算
对于双管热水供暖系统，各组散热器是并联关系，散热器的进出口水温可分别按系统的供、回水温度确定，如低温热水的供暖系统，供水温度95℃，回水温度70℃，热媒平均温度为
t pj =
(t j +t c ) 2
=
(95+70)
2
︒
C =82.5C
︒
式中 t pj -散热器内热媒的平均温度 （℃）； t j -散热器的进水温度 （℃）； t c -散热器的出水温度 （℃）。
t n =16
℃，∆t pj =t pj -t n =66.5︒C
查供热工程附录10，M-132散热器传热系数的计算公式为K =2.426∆t 0.286，所pj
0.2862︒2︒
=2.426⨯(66.5)w /(m ⋅C ) =8.05w /(m ⋅C ) 以 K =2.426∆t 0.286
pj
先假设片数修正系数β1=1.0，同侧上进下出连接形式修正系数β2=1.0，散热器安装形式修正系数β3=1.0，则
根据公式求得： F =
Q K (t pj -t n )
β1β2β3=
1584.558.05⨯(82.5-16)
m ⨯1⨯1⨯1=2.96m
22
查附录10，M -132型散热器每片面积f =0.24m 2/每片 n ' =
F f =2.960.24
=12.33片
查表，片数修正系数β1=1.05
12.33片⨯1.05=12.94片 0.94片⨯0.24m /片=0.22m >0.1m
2
2
2
因此n =13片
同理：各层房间散热器片数的计算如下表所示
表3-4 散热器计算表
4 管路的水力计算
4.1 绘制管路的系统图
1. 绘制管路的系统图（1-4）层。并标上管段，管长，以及热负荷大小。 2. 确定最不利环路，本系统采用双管异程式热水供暖系统，取最远的立管为最不利环路，图见附录。
4.2 计算最不利环路的管径
本设计采用机械循环系统.
(1) 选择最不利环路，并标管段、计算流量；
(2) 根据热负荷、经济比摩阻确定环路管径，流速，以及平均比摩阻的大小。 (3) 计算各管段的沿程压力损失p y ； (4) 确定局部压力损失p j ；
(5) 求各管段的压力损失∆p =p y +p j ； (6) 求环路的总压力损失∑∆p ； (7) 平衡各管段的阻力；
(8) 将计算结果记入下列的表中。
表4-1 机械循环热水供暖系统管路水利计算表
1=867.64P a
立管N 13第一层散热器环路 作用压力∆P ○
37
1～○31=13911.29P a ∑(p y +p j ) ○
储备压力∆=（13911.29-867.64）/13911.29×100％=93％
38
2=1335P a 资用压力∆P ○32、○33=677.77P a 立管N 13第二层散热器环路 作用压力∆P ○
32、○33=271.88P a
∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(677.77-271.88)/ 677.77] ×100％=59％
3=1803P a 资用压力∆P ○34、○35=686.26P a 立管N 13第三层散热器环路 作用压力∆P ○
34、○35=540.36P a ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(686.26-540.36)/ 686.26]=21％
4= 2220.57P a 资用压力∆P ○36、○37=487.72P a 立管N 13第四层散热器环路 作用压力∆P ○
39
36、○37=423.49P a ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(487.72-423.49)/ 487.72]=13％
38～○42=1586.67P a
立管N 12第一层散热器环路 作用压力∆P 1=867.64P a 资用压力∆P ○
'
38～○42=1119.37P a ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(1586.67-1119.37)/ 1586.67]=29％
43、○44=438.22 立管N 12第二层散热器环路 作用压力∆P 2=1335P a 资用压力∆P ○
'
40
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43、○44
=391.45 ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(438.22-391.45)/ 438.22]=10.67％
45、○46=543.91P a 立管N 12第三层散热器环路 作用压力∆P 3=1803P a 资用压力∆P ○
'
45、○46=459.49P a
∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(543.91-459.49)/ 543.91]=15.52％
47、○48=1050.53P a 立管N 12第四层散热器环路 作用压力∆P 4=2220.57P a 资用压力∆P ○
'
47、○48=111.68 ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(1050.53-111.68)/ 1050.53]=89％
41
表4-2 机械循环热水供暖系统局部阻力系数计算表
5 总结
在生活和生产过程中，会有很多的地方须设计供暖，因供暖的存在，使得在生活上的舒适性得道提高，而且生产会有很大的提高，供热工程在很多方面都有所涉及。所以在以后的生活. 生产中要加以重视。
合理的选择供暖系统是计算的关键，以及根据室内的热负荷大小计算散热器的片数，正确的选择散热器的型号。根据所选择的供暖系统以及供暖方式来合理的进行管路的水力计算，算出管段的各管径的大小，然后进行管道的阻力计算，以及平衡管段的阻力，这一系统让我对供热工程系统的设计以及水力计算有了全面的了解。
通过课程设计达到对供热工程这门课的知识的深化得目的，把课程内容贯穿，是它更加系统化，逻辑化，加强了这门课的认识以及对本专业的深刻的理解。
6 参考文献
[ 1 ] 贺平 孙刚 《供热工程》[M]. 中国建筑工业出版社，2003.6
[ 2 ] 建筑工程常用数据系列手册编写组. 暖通空调常用数据手册. 北京. 中国建筑工业出版社，2002 .2
[ 3 ] 李德英 《供热工程》 中国建筑工业出版社，2003 [ 4 ] 《采暖通风设计手册》 中国建筑工业出版社,1998
[ 5 ] 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003 中国计划出版社
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论文题目：集中供暖系统设计
系 部 机电工程系 专 业 制冷与冷藏技术 班 级 制冷102班 学生姓名 崔俊涛 学 号指导教师 张敏
2012年 1 月 5 日
摘要
本次课程设计首先是选择某地一建筑物，然后根据该地的气象资料特征。计算该建筑物热负荷，合理选择确定该建筑物的供暖系统方案。以及散热设备的选择与计算。并根据该供暖方案对该系统进行水力计算以及系统的阻力平衡。绘制该建筑物的平面图，供暖系统图。
考虑该地区气象特征以及建筑物的特点。根据当地节能；环保要求。选择最合理的热水供暖系统，进行该系统的设计计算。
关键词：热负荷；散热设备；水力计算
the
The curriculum design is first choice place a building, and then, according to the characteristics of the meteorological data. The building heat load calculation, rational choice to determine the building's heating system plan. And cooling equipment selection and calculation. And according to the heating scheme for the system of hydraulic calculation and the resistance of the system balance. Draw the building's plan. Heating system diagram.
Considering the climate characteristics and features of the building. According to the local energy saving; Environmental protection requirement. Select the most reasonable hot water heating system, the design and calculation of the system.
Keywords: heat load; Cooling equipment; Hydraulic calculation
目录
1. 前言 ………………………………………………………………….5 2. 热负荷计算……………………………………………………………7
2.1建筑物的概述……………………………………………………7 2.2计算最小传热阻并校核…………………………………………8 2.3热负荷的计算……………………………………………………8 3 供暖方案的确定以及散热器布置与选择………………………….31 3.1热媒的选择 …………………………………………………..31 3.2供暖形式的确定………………………………………………..31 3.3散热器的布置……………………………………………………31 3.4散热器选择………………………………………………………31 3.5散热器的计算……………………………………………………31 4. 管路的水力计算.........................................36 4.1绘制采暖系统图 ………………………………………………36 4.2计算最不利环路的管径……………………………………….36 5. 总结...................................................45 6. 参考文献...............................................46
1. 前言
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，称为供热工程。
供热工程又分为供暖工程和集中供热，
供暖工程是以保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件为主要任务，集中供热是集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通过热网向城市、镇或其中某些区域热用户供应热能的方式。
生活中常见的是集中供热工程，目前已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。
集中供热系统包括热源、热网和用户三部分。热源主要是热电站和区域锅炉房（工业区域锅炉房一般采用蒸汽锅炉，民用区域锅炉房一般采用热水锅炉），以煤、重油或天然气为燃料；有的国家已广泛利用垃圾作燃料。工业余热和地热也可作热源 。核能供热有节约大量矿物燃料，减轻运输压力等优点。热网分为热水管网和蒸汽管网，由输热干线、配热干线和支线组成，其布局主要根据城市热负荷分布情况、街区状况、发展规划及地形地质等条件确定，一般布置成枝状，敷设在地下。主要用于工业和民用建筑的采暖、通风、空调和热水供应 ，以及生产过程中的加热、烘干、蒸煮、清洗、溶化、致冷 、汽锤和汽泵等操作。
集中供热的优点是：①提高能源利用率、节约能源。供热机组的热电联产综合热效率可达85％，而大型汽轮机组的发电热效率一般不超过 40 ％ ；区域锅炉房的大型供热锅炉的热效率可达80％～90％，而分散的小型锅炉的热效率只有50％～60％。②有条件安装高烟囱和烟气净化装置，便于消除烟尘，减轻大气污染，改善环境卫生，还可以实现低质燃料和垃圾的利用。③可以腾出大批分散的小锅炉房及燃料 、灰渣堆放的占地，用于绿化，改善市容。④减少司炉人员及燃 料 、灰渣的运输量和散落量 ，降低运行费用 ，改善环境卫生。⑤易于实现科学管理，提高供热质量。实现集中供热是城市能源建设的一项基础设施，是城市现代化的一个重要标志，也是国家能源合理分配和利用的一项重要措施。
改革开放三十年，我国集中供热事业获得了长足发展，与发达国家相比，在建筑节能与供热系统的能源利用；建筑节能材料；供热设备的选择；供热系统
的选择和控制以及节能环保意识等方面存在很大的差距。展望2010年，集中供热将面临新的竞争和挑时间内，在供热及能源利用技术方面还需要不断改进和提高。实现供热技术进步关键在于抓好建立完善的技术开发体系、推广供热节能新技术……
本次课程设计是运用供热工程的技术知识对某一建筑物进行设计计算，以及散热设备的选择与计算，合理的选择供暖系统以及管路的水里计算。
2热负荷计算
2.1
建筑物的概述
供热系统计算主要包括以下步骤：1. 建筑物室内热负荷的计算2. 确定供暖系统的设计方案以及热媒形式，散热器的选型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%。
图2-1 一 二层的平面图
图2-2 三 四层平面层
本次课程设计的建筑物选择郑州的某四层建筑物，建筑物高4层，层高3米，具体的参数见图表2-1. 根据以上步骤的要求，对该住宅楼进行合理的供暖系统设
计与水力计算。
已知 ：维护结构的条件如下
外墙：传热系数k =1.63W /(m 2⋅︒C ) ，结构型式为Ⅲ型 内墙：传热系数k =1.73W /(m 2⋅︒C ) ，结构型式为Ⅲ型 屋面：结构型式为Ⅱ型，传热系数k =1.06W /(m 2⋅︒C )
外窗：推拉铝窗，900*1500m m （宽*高），传热系数k =3.26W /(m 2⋅︒C ) 内门：双层实木门，传热系数k =2.33W /(m 2⋅︒C ) ，800*2000m m （宽*高） 地面：不保温地面
计算传热的地板：传热系数k =1.63W /(m 2⋅︒C ) 郑州市室外的气象资料： 供暖室外的计算温度t w n =-7︒C
累年（1951年—1980年）最低日平均温度t p min =-17.1︒C 冬季室外平均风速υp =3.4m /s
2.2计算最小传热阻并校核
该外墙属于Ⅲ型维护结构，围护结构冬季室外计算温度
t w =0.3t wn +0.7t p .min =0.3*(-7) +0.7*(-17.1) =-14.07C
α(t n -t w ) 1.00*30.072︒
==0.576m ⋅C /w 最小传热阻计算公式R min =
∆t y αn 52.2
︒
外墙的实际传热阻R 0=1/k =1/1.63=0.613m 2⋅︒c /w >R m in 满足要求 校核顶棚的最小传热阻
该维护结构属于Ⅱ型，维护结构的冬季室外的计算温度T w c 应采用
t w =0.6*t wn +0.4t p .min =0.6*(-5) +0.4*(-17.1) =-9.84C R min =
︒
α(t n -t w ) ∆t y αn
=
1.00*25.846.0*8.7
=0.495m ⋅C /w
2︒
顶棚的实际的传热阻
R 0=1/k =1/1.06=0.943>R m in , 满足要求。
2.3热负荷计算
一. 一层基本耗热量计算
（1）首先，将采暖房间编号，101 110、201 210、盥洗室、楼梯和走廊；
301 308、401 408、盥洗室、楼梯和走廊。
（2）围护结构朝向及名称，修正系数、传热面积房间总耗量等依次记录。 （3）房间的热负荷Q 主要包括以下几部分：
Q =Q 1+Q 2+Q 3
式中:Q 1-- 围护结构传热耗热量； Q 2——冷风渗透耗热量； Q 3——冷风侵入耗热量。
围护结构的基本耗热量的计算
Q 1=αK F (t n -t w n )
式中：K --围护结构的传热系数，W /m 2⋅︒C ； F --围护结构的计算面积，m 2； t n --冬季室内空气的计算温度，︒C ； t w n --冬季室外空气的计算温度，︒C ；
α--围护结构的温差修正系数；是用来考虑供暖房间并不直接接触室外
大气时，围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的 削弱而减少的修正，其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。
表2-1 地面各地段的传热系数
地带名称 第一地带 第三地带
地面传热系数
0.47 0.12
地带名称 第二地带 第四地带
地面传热系数
0.23 0.07
冷风渗透耗热量计算
采用缝隙法计算冷风渗透耗热量Q 2
Q 2=0.28V ρw c p (t n -t w n )
其中： V =nL h L
V
—冷空气的渗入量，m 3/h
n —渗透空气量的朝向修正系数
按当地冬季平均风速，m /(h ⋅m ) L h —每米门窗缝隙渗入室内的空气量，
3
L
—门窗缝隙的计算长度，m
3
Q 2—冷风渗透耗热量，m /h
0.28—单位换算系数，1kJ /h =0.28w
ρw —供暖室外计算温度下的空气密度，kg /m 3
c p
—冷空气的定压比热容，c p =1kJ /(kg ⋅︒C ) —冬季室内空气的计算温度，︒C
︒
t n
t w n —冬季室外空气的计算温度，C
冷风侵入耗热量计算
Q 3=N ⋅Q 1w
'
式中： Q 3—冷风侵入耗热量，m 3/h
Q 1
'
—外门基本传热耗热量
N —外门附加率
底层101房间供热设计的的热负荷计算：
101房间为监控室，查附录1，冬季室内的设计温度t n =16︒C ，查附录3郑州市的供暖室外温度t w n =-7︒C .
1. 计算围护结构的传热耗热量Q 1
(1)西外墙 传热系数k =1.63w /(m 2⋅︒C ) ，查附录4温差修正系数α=1，传热面积F =4*3=12m 2，西外墙的基本传热耗热量为：
Q 1' =αK F (t n -t w n ) =1⨯1.63⨯12⨯(16+7) w =449.88w
查表1-6，郑州的西向的朝向修正率σ1=-5％ 朝向修正耗热量为Q 1'' =449.88⨯(-0.05) =-22.45w
本建筑物建设在市区内，不需要进行风力修正；层高未超过4m ，不需要进行高度修正。
西外墙的实际耗热量Q 1=Q 1' +Q 1" =449.88-22.45=427.43w
（2）北外墙 传热系数k =1.63w /(m 2⋅︒C ) ，查附录4温差修正系数α=1，传热面积F =[(3.9*3) -1.5*1.8]=9.0m 2，北外墙的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =1⨯1.63⨯9.0⨯(16+7) w =337.41w
'
查表1-6，郑州的西向的朝向修正率σ=7％， 朝向修正耗热量为Q 1'' =337.41⨯0.07=23.61w
北外墙的实际耗热量Q 1=Q 1' +Q 1" =337.41+23.61=361.02w
（3）北外窗 北外窗的传热系数k =3.26w /(m 2⋅︒C ) ，温差修正系数α=1，传热面积F =1.5*1.8=2.7m 2，北外窗的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =1⨯3.26⨯2.7⨯23=202.44
'
朝向修正耗热量为Q 1'' =202.44⨯0.07=14.17w
北外窗的实际耗热量Q 1=Q 1' +Q 1" =202.44+14.17=216.61w
（4）南内墙 传热系数k =1.73w /(m 2⋅︒C ) ，温差修正系数α=0.70，传热面积
F =3.9*3-0.8*2=10.1m
'
2
，南内墙的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =0.70⨯1.73⨯10.1⨯23=281.31w
（5）南内门 传热系数k =2.33w /(m 2⋅︒C ) ，温差修正系数α=0.70，传热面积
F =0.8*2=1.6m
'
2
，南内墙的基本传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t w n ) =0.70⨯2.33⨯1.6⨯23=60.02w
（6）地面 将101房间的地面划分地带 第一地带：传热系数k =0.47w /(m 2⋅︒C ) 传热面积F =(4+3.9) *2=15.8m 2
第一地带传热耗热量为：
Q 1=αK F (t n -t wn ) =1⨯0.47⨯15.8⨯(16+7) w =170.80w
第二地带：传热系数k =0.23w /(m 2⋅︒C ) 传热面积F =1.9*2=3.8m 2 第二地带传热耗热量为：
Q 2=αK F (t n -t wn ) =1⨯0.23⨯3.8⨯(16+7) w =20.10w
因此，101房间地面的传热耗热量为
Q =Q 1+Q 2=(170.80+20.10) w =190.90w
101房间围护结构的总耗热量为：
Q =(427.43+361.02+216.61+281.31+60.02+190.90) =1537.29w
2. 计算101房间的冷风渗透耗热量（按缝隙法计算）
（1⨯4+1.8⨯2）=7.6m 北外窗为推拉铝窗，其缝隙长度L =
查附录7，郑州市的朝向修正系数北向n =0.65
已知：郑州市每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量
L h =1.24(m /m ⋅h )
3
北外窗的冷风渗入量计算为
V =nL h L =(0.65⨯1.24⨯7.6) =6.12m /h
3
根据t w n =-7︒C ，查得ρw =1.2kg /m 3 取空气定压比热容c p =1kJ /(kg ⋅︒C ) 北外窗的冷风渗透耗热量为
Q =0.28V ρw c p (t n -t w n ) =0.28⨯6.12⨯1.2⨯1⨯(16+7) =47.30w
因此，101监控室的总耗热量为Q =(1537.29+47.30) =1584.59w 以此可算出其它房间的热负荷，如下表所示:
13
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3供暖方案的确定以及散热器布置与选择
3.1 热媒的选择
本题选择热水供暖系统，供水温度t g =95℃，回水温度t h =70℃
3.2 供暖形式的确定
本题采用机械循环等温异程式双管上供下回式供暖系统，每组散热器供水管上有一截止阀。
3.3 散热器的布置
该题散热器安装在窗台下面，这样沿散热器上升的对流热气流能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气流比较暖和舒适。
3.4 散热器的选择
表3-1 散热器的选择及安装
建筑性质
居住建筑 公用建筑
适合选用的散热器
柱形、闭合串片、板式、扁管式、辐射对流式 柱形、闭合串片、板式、扁管式、屏壁型、辐射对流式
工业企业辅助建筑
散发小量粉尘的车间及仓库 散发大量粉尘的车间及仓库
柱形、翼型、辐射对流式 柱形、辐射对流式 柱形、光面排管
3.5散热器的计算
根据上表散热器的选择，同时又根据计算热负荷的大小，室内安装二柱（M-132型）散热器。
（1）散热面积的计算
散热器的散热面积的计算面积为 F =
Q K (t pj -t n )
β1β2β3
式中 F -散热器的散热面积 (m 2) ； Q -散热器的散热量 (w ) ； K -散热器的传热系数[w /(m 2⋅︒C )]； t pj -散热器内热媒的平均温度 (︒C ) ； t n -供暖室内的计算温度 (︒C ) ； β1-散热器组装片数修正系数； β2-散热器连接形式修正系数； β3-散热器安装形式修正系数。
表3-2 散热器组装片数修正系数β1的选择
每组片数
6 10
11 20
>20
β1
0.95 1.00 1.05 1.10
注：上表仅适用于各种柱式散热器，长翼型和圆翼型散热器不修正，其它散热器需要修正时，见产品说明。
表3-3 散热器连接形式β2的选择
连接形式 同侧上进下出 异测上进下出 异测下进下出 异测下进上出 同侧下进上出
M -132
1.0 1.009 1.251 1.386 1.396
长翼型 1.0 1.009 1.225 1.331 1.369
散热器连接形式修正系数β2的选择
注：该表是在标准状态下测定的。其他散热器可近似套用上表数据
二柱M -132型与供水管道的连接选择同侧上进下出的连接方式，则β2=1.0； 散热器明装，敞开布置，取β3=1.0。
（2）一层101图书馆的散热器计算
对于双管热水供暖系统，各组散热器是并联关系，散热器的进出口水温可分别按系统的供、回水温度确定，如低温热水的供暖系统，供水温度95℃，回水温度70℃，热媒平均温度为
t pj =
(t j +t c ) 2
=
(95+70)
2
︒
C =82.5C
︒
式中 t pj -散热器内热媒的平均温度 （℃）； t j -散热器的进水温度 （℃）； t c -散热器的出水温度 （℃）。
t n =16
℃，∆t pj =t pj -t n =66.5︒C
查供热工程附录10，M-132散热器传热系数的计算公式为K =2.426∆t 0.286，所pj
0.2862︒2︒
=2.426⨯(66.5)w /(m ⋅C ) =8.05w /(m ⋅C ) 以 K =2.426∆t 0.286
pj
先假设片数修正系数β1=1.0，同侧上进下出连接形式修正系数β2=1.0，散热器安装形式修正系数β3=1.0，则
根据公式求得： F =
Q K (t pj -t n )
β1β2β3=
1584.558.05⨯(82.5-16)
m ⨯1⨯1⨯1=2.96m
22
查附录10，M -132型散热器每片面积f =0.24m 2/每片 n ' =
F f =2.960.24
=12.33片
查表，片数修正系数β1=1.05
12.33片⨯1.05=12.94片 0.94片⨯0.24m /片=0.22m >0.1m
2
2
2
因此n =13片
同理：各层房间散热器片数的计算如下表所示
表3-4 散热器计算表
4 管路的水力计算
4.1 绘制管路的系统图
1. 绘制管路的系统图（1-4）层。并标上管段，管长，以及热负荷大小。 2. 确定最不利环路，本系统采用双管异程式热水供暖系统，取最远的立管为最不利环路，图见附录。
4.2 计算最不利环路的管径
本设计采用机械循环系统.
(1) 选择最不利环路，并标管段、计算流量；
(2) 根据热负荷、经济比摩阻确定环路管径，流速，以及平均比摩阻的大小。 (3) 计算各管段的沿程压力损失p y ； (4) 确定局部压力损失p j ；
(5) 求各管段的压力损失∆p =p y +p j ； (6) 求环路的总压力损失∑∆p ； (7) 平衡各管段的阻力；
(8) 将计算结果记入下列的表中。
表4-1 机械循环热水供暖系统管路水利计算表
1=867.64P a
立管N 13第一层散热器环路 作用压力∆P ○
37
1～○31=13911.29P a ∑(p y +p j ) ○
储备压力∆=（13911.29-867.64）/13911.29×100％=93％
38
2=1335P a 资用压力∆P ○32、○33=677.77P a 立管N 13第二层散热器环路 作用压力∆P ○
32、○33=271.88P a
∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(677.77-271.88)/ 677.77] ×100％=59％
3=1803P a 资用压力∆P ○34、○35=686.26P a 立管N 13第三层散热器环路 作用压力∆P ○
34、○35=540.36P a ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(686.26-540.36)/ 686.26]=21％
4= 2220.57P a 资用压力∆P ○36、○37=487.72P a 立管N 13第四层散热器环路 作用压力∆P ○
39
36、○37=423.49P a ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(487.72-423.49)/ 487.72]=13％
38～○42=1586.67P a
立管N 12第一层散热器环路 作用压力∆P 1=867.64P a 资用压力∆P ○
'
38～○42=1119.37P a ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(1586.67-1119.37)/ 1586.67]=29％
43、○44=438.22 立管N 12第二层散热器环路 作用压力∆P 2=1335P a 资用压力∆P ○
'
40
河南机电高等专科学校毕业论文
43、○44
=391.45 ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(438.22-391.45)/ 438.22]=10.67％
45、○46=543.91P a 立管N 12第三层散热器环路 作用压力∆P 3=1803P a 资用压力∆P ○
'
45、○46=459.49P a
∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(543.91-459.49)/ 543.91]=15.52％
47、○48=1050.53P a 立管N 12第四层散热器环路 作用压力∆P 4=2220.57P a 资用压力∆P ○
'
47、○48=111.68 ∑(p y +p j ) ○
不平衡率=[(1050.53-111.68)/ 1050.53]=89％
41
表4-2 机械循环热水供暖系统局部阻力系数计算表
5 总结
在生活和生产过程中，会有很多的地方须设计供暖，因供暖的存在，使得在生活上的舒适性得道提高，而且生产会有很大的提高，供热工程在很多方面都有所涉及。所以在以后的生活. 生产中要加以重视。
合理的选择供暖系统是计算的关键，以及根据室内的热负荷大小计算散热器的片数，正确的选择散热器的型号。根据所选择的供暖系统以及供暖方式来合理的进行管路的水力计算，算出管段的各管径的大小，然后进行管道的阻力计算，以及平衡管段的阻力，这一系统让我对供热工程系统的设计以及水力计算有了全面的了解。
通过课程设计达到对供热工程这门课的知识的深化得目的，把课程内容贯穿，是它更加系统化，逻辑化，加强了这门课的认识以及对本专业的深刻的理解。
6 参考文献
[ 1 ] 贺平 孙刚 《供热工程》[M]. 中国建筑工业出版社，2003.6
[ 2 ] 建筑工程常用数据系列手册编写组. 暖通空调常用数据手册. 北京. 中国建筑工业出版社，2002 .2
[ 3 ] 李德英 《供热工程》 中国建筑工业出版社，2003 [ 4 ] 《采暖通风设计手册》 中国建筑工业出版社,1998
[ 5 ] 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003 中国计划出版社