《采暖工程》课程设计任务书与指导书.docx
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《采暖工程》课程设计任务书与指导书
《采暖工程》课程设计任务书
《采暖工程》课程设计指导书
（室内采暖系统的设计）
青岛理工大学
建筑环境与设备工程教研室
周恩泽
2009年6月
《采暖工程》课程设计任务书
设计题目：
某多层住宅室内采暖系统的设计
设计目的：
培养学生运用《供热工程》课程学习时所掌握的理论和技术知识解决实际工程问题，进一步提高设计计算、制图和使用参考资料能力，培养学生创造能力。
通过课程设计，掌握室内采暖系统的设计内容、程序和基本原则，巩固所学理论知识，并运用这些知识解决实际问题。
原始资料：
（一）建筑物修建地区
从下列城市中选取：
北京、长春、沈阳、大连、石家庄、太原、济南、青岛、兰州、西宁
（二）土建资料：
建筑物的平、立、剖面图
（三）其他资料
热源：
换热站
热媒：
热水
热媒参数：
95℃/70℃
建筑物周围环境：
城市内、无遮挡
设计内容和要求：
第一部分：
采暖系统的设计计算
（一）计算采暖设计热负荷
1查取与采暖设计有关的气象资料：
采暖室外计算温度tw’、冬季最多风向及最多风向的平均风速v0、冬季日照率。
2计算各采暖房间的热负荷
（1）将各采暖房间分别加以编号
（2）计算各采暖房间围护结构的基本耗热量和附加耗热量
（3）计算各采暖房间的冷风渗透耗热量
（4）计算各采暖房间的冷风侵入耗热量
（5）计算各采暖房间的采暖热负荷
3计算建筑物的总采暖热负荷及采暖面积热指标
建筑物的总热负荷等于各采暖房间热负荷之和；然后根据建筑物的建筑面积，计算采暖面积热指标。
上述负荷计算结果整理成附表1的形式。
（二）采暖系统布置
1确定采暖系统形式，布置采暖管道和散热器
根据建筑物的用途、建筑结构的特点以及对采暖系统的要求等条件，确定采暖系统的形式。
（垂直水平单管式系统）
2布置采暖管道和散热器
确定建筑物热力入口位置，确定户内采暖系统入户装置位置，布置采暖系统的供回水干管、立管、散热器支管等管道系统，确定管道的敷设方式。
布置散热器。
3确定散热器型式及采暖系统其它设备装置的型式
确定散热器型式，确定建筑物热力入口及户内采暖系统入户装置中的热量表、过滤器等装置的型式，确定散热器恒温阀、排气设备等采暖系统附属设备的型式。
4绘制采暖系统简图（轴测图），并注明各计算管段的编号、热负荷及管长
（三）散热器选择计算
散热器选择计算计算结果填入附表2中。
（四）采暖系统的水力计算
1根据采暖系统简图，确定和计算最不利环路
进行必要的分析与比较，确定出最不利环路，根据经济比摩阻计算最不利环路的管径和阻力损失。
2计算其他并联环路的管径和阻力损失，并校核其不平衡率。
水力计算结果填入表3-1（等温降法用）、表3-2（不等温降法用）和表4（局部阻力系数统计表）。
（五）编制设计计算说明书
设计说明书按上述设计内容依次编写，逐页编号，要求内容完整、层次清晰、阐述清楚、计算正确、字迹工整。
设计说明书的撰写和装订必须符合《环境与市政工程学院课程设计教学工作规范》的要求。
第二部分：
采暖工程施工图纸绘制
（一）采暖平面图
计算机绘图，一张。
图幅大小根据建筑平面图来选择，比例为1：
100或1：
200。
（二）采暖系统轴测图
计算机绘图，一张。
图幅大小参考平面图确定，比例为1：
100或1：
200。
（三）热力入口检查室祥图
计算机绘图，一张。
绘图比例选用1：
10或1：
20。
（四）设计施工说明
计算机绘图，与采暖系统轴测图共用一张图纸。
设计施工说明的书写内容应根据设计需要，可参照例图中的格式书写。
施工图纸绘制要求图面清洁，图中各项内容符合制图规范要求。
附表：
表1围护结构耗热量计算表
房
间
编
号
房
间
名
称
围护
结构
传
热
系
数
室内计算温度
室外计算温度
室内外温差
温差修正系数
基本耗热量
基本耗热量的修正
围护结构耗热量
备
注
结构名
称
面积尺寸
面积F
K
tn
t’w
Δt
a
q
朝向βch
风力βf
1+
βch+βf
朝向风力修正后耗热量
高度附加βg
Q’
℃
℃
℃
℃
w
%
%
%
w
%
w
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑾
⑿
⒀
⒁
⒂
⒃
⒄
⒅
表2散热器计算表
每片散热器面积F=m2
所
在
立
管
号
房
间
号
负担的热负荷
进口水温
出口水温
热媒平均温度
传热温差
传热系数
散热器面积
计算片数
修正系数
修正后取整片数
备
注
安装形式修正
连接形式修正
片数修正
Q
tg
th
tpj
Δt
K
F
β3
β2
β1
w
℃
℃
℃
℃
m2
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑾
⑿
⒁
⒂
⒃
表3-1管路水力计算表
管
段
号
热负荷
计算流量
管长
管径
流速
比摩阻
沿程阻力
局部阻力系数
局部阻力
总阻力
备
注
Q
G
L
d
v
R
R·L
Σζ
Z
ΔP
w
Kg/h
m
mm
m/s
Pa/m
Pa
Pa
Pa
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑾
⑿
表3-2管路水力计算表
管
段
号
热负荷
管径
管长
局部阻力系数
折算阻力系数
计算压力损失
计算流量
计算温降
调整流量
调整温降
备
注
Q
d
L
L·λ/d
Σζ
ΔP
G’
Δt’
G
Δt
w
mm
m
Pa
Kg/h
℃
Kg/h
℃
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑾
⑿
⒀
表4局部阻力系数统计表
管段号
管径
局部阻力名称
个数
ζ
ζ×个数
管段上的Σζ
采暖系统课程设计指导书
本指导书根据设计任务书提出的设计内容和要求指出了设计中应考虑的原则和应注意的问题，对其中某些问题作了必要的说明，为一般的设计原理、方法及参考数据指明了参考资料。
第一部分：
采暖系统设计计算
一、采暖设计热负荷的计算
采暖设计热负荷的计算应根据房间热平衡来计算，是按冬季室外计算温度下连续采暖来考虑的。
首先对建筑物中的采暖房间进行编号，然后分别计算各采暖房间的热负荷。
首先计算围护结构的耗热量；然后再计算其他各项围护结构附加耗热量。
对一般的工业与民用建筑物，还要计算冷风渗透热量和外门冷风侵入耗热量。
室内如有其他固定的散热面，计算相关房间热负荷时应适当扣除这些供热量。
采暖期室外平均温度为-0.1～-6.0℃的地区，楼梯间可不采暖；暖期室外平均温度为低于-6.0℃的地区，楼梯间应采暖。
各部分耗热量计算结果取为整数。
（一）气象资料
根据建筑物所在地区查参考资料〈1〉、〈3〉或〈4〉。
主要查取：
（1）采暖室外计算温度t’w,用来计算采暖设计热负荷。
采暖室外计算温度目前采用历年平均每年不保证5天的日平均温度。
（2）冬季室外最多风向的平均风速V0,用来计算风力附加耗热量及冷风渗透耗热量。
（3）冬季日照率，用来确定朝向修正率
日照率是指在一个观测周期（全月）内，实测日照总时数占可照总时数的百分率。
（二）采暖房间编号
①按一定顺序编号，号码应简单明了，并能反应出房间的楼层数及大致位置。
②尽量使楼层方位和面积相同的房间编号后两数字相同。
③楼梯间如果采暖，楼梯间不分层编号。
④有大走廊的建筑物，走廊和楼梯间分开编号，走廊可分层编号。
（三）围护结构基本耗热量的计算
1采暖室外计算温度t’w
由气象资料确定
2采暖室内计算温度tn
tn根据房间用途查取参考资料〈1〉或<3>来确定。
室内设计温度有一定的取值范围，可根据对采暖要求的高低等因素来定，建议一般采用中间值，但相邻房间室内计算温差不宜大于5℃。
分户热计量的采暖系统，用户可以根据需要对室温进行自主调节，这就需要对不同需求的热用户提供一定范围内热舒适度的选择余地，因此分户热计量的采暖系统的室内设计温度宜比常规采暖系统有所提高。
目前，普遍认可的做法是：
计量采暖系统的室内计算温度宜比国家现行标准提高2oC。
3围护结构的面积及传热系数K
根据建筑物的平、立、剖面图，确定各有关围护结构的面积。
注意建筑平面图上的尺寸一般是以轴线尺寸标注的。
围护结构面积取小数点后1位。
设置全面采暖的建筑物，其维护结构的传热系数，应根据技术经济的比较而定。
不同地区采暖居住建筑的各部分围护结构（屋顶、外墙、窗户、外门、地面等）的传热系数K应符合《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）JGJ26－95的规定，不能超过其规定的限值。
本次设计中，各部分围护结构的传热系数按照《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）JGJ26－95表4.2.1中规定限值的80％～90％来确定。
（85%）在使用表4.2.1时，注意建筑物体形系数在0.30以下；采暖室外计算温度低于－15oC的地区，宜采用双层玻璃窗。
课程学习时，地面传热耗热量的计算采用地带法。
本次课程设计中，地面传热量的计算按照下述方法进行：
将地面分为周边地面与非周边地面，地面传热耗热量的计算可以采用周边地面和非周边地面的平均传热系数KP来简化计算，KP的值取《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）JGJ26－95表4.2.1中规定限值的80％～90％。
周边地面对应地面传热的第一地带面积，其数值已考虑了第一地带面积的计算特点，因此第一地带靠近墙角的地面面积不需要计算两次。
4对与室外空气不直接接触的围护结构，确定其温差修正系数。
温差修正系数的数值可查取参考资料〈1〉、〈3〉或〈4〉等。
5计算各部分围护结构的基本耗热量。
6户间传热量的计算
《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2003）第4.9.3条规定，分户热计量采暖系统，在确定户内采暖设备容量时、计算户内管道时，应计入向邻室传热引起的附加，但所附加的热量不应该统计在采暖系统的总热负荷内。
本次课程设计，为简化设计计算，当相邻采暖房间室内设计温差不大于5oC时，不考虑户间传热量的计算；但是，当相邻采暖房间室内设计温差大于5oC时，必须计算通过楼板或隔墙的户间传热量。
7民用建筑走廊、卫生间等不布置散热器时，其耗热量按正常采暖计算，然后分配到有门互相连通的房间内（按房间热负荷比分配）。
楼梯间如不采暖，与楼梯间相邻的内墙，内门变成外墙、外门，其耗热量的计算方法不一，建议按外墙、外门计算相邻围护结构的耗热量，但要考虑温差修正系数。
（四）围护结构附加耗热量的计算
1朝向修正率βch
①不同朝向修正率不同，同一朝向βch有一定的取值范围。
对日照率较大的地区取偏大的数值（如东北地区纬度高，日照率大）。
②只对垂直的外围护结构进行修正，修正其基本热量。
根据附表1中垂直外围护结构名称前的朝向直接查βch值。
③建筑物被遮挡时不进行朝向修正，因此要了解所设计建筑物的周围环境。
④进行朝向修正时要搞清实行建筑物的方位，课程设计时如建筑图上无指北针则按上北下南来考虑。
2风力附加修正率βf
只对垂直的外围护结构进行修正，修正其基本耗热量。
与朝向修正不同之处在于风力修正是使基本耗热量增加。
3高度修正率βg
高度修正加在风力和朝向修正后的耗热量上。
楼梯间不考虑高度修正。
因为楼梯间采暖时，楼梯间散热器集中布置在下部几层，已经考虑到了空气垂直梯度的影响。
（五）冷风渗透耗热量的计算
采用缝隙法计算采暖房间冷风渗透耗热量。
《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2003）对于冷风渗透耗热量计算方法进行了修改和完善，详见《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2003）附录D（P165）。
在本指导书的附录中，也有此计算方法和相应计算公式的详细说明，可参阅。
在新的计算方法中，理论空气渗透量（每米缝隙长度的渗透空气量）L0的计算，应根据门窗气密性水平，采用通用公式计算。
门窗气密性等级，在1～6层建筑中，不应低于现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》（GB7107）规定的Ⅲ级水平。
门窗缝隙的长度为门窗可开启缝隙长度，应根据建筑图中提供的门窗规格表确定。
当无门窗规格表时，亦可根据建筑物的平、立、剖面图中各门窗的洞口尺寸确定。
在本设计中，采用后一种方法，并规定所采用的外窗均为塑料推拉式窗。
多层建筑，热压对空气渗透量的影响相对较小。
本次设计中，为简化设计计算，空气渗透量的计算不考虑热压作用的影响，空气渗透量L的计算式可以简化。
（六）冷风侵入耗热量的计算
外门的冷风侵入耗热量，采用外门附加率方法加以确定即外门冷风侵入耗热量是以外门基本耗热量为基准再乘以附加百分数。
计算外门冷风侵入耗热量时，可直接将附加值填入表1中外门耗热量的备注栏中，并注明是外门开启附加。
当楼梯间采暖，计算楼梯间外门的冷风侵入耗热量时，外门附加法计算公式中的楼层数n应为建筑物的总楼层数。
有门斗的楼梯间外门冷风侵入耗热量的计算：
两屋门离得较近时可按无门斗的双层门考虑；两屋门离得较远时可按有门斗的单层门考虑，内层门及所在墙体是外围护结构。
民用建筑阳台外门不经常开启，不考虑冷风侵入耗热量。
（七）建筑物采暖面积热指标的计算
采暖面积热指标按下式计算：
X=Q/F
Q—建筑物总采暖设计热负荷，W
X--采暖热指标，W/M2
F—建筑物总建筑面积，M2
计算出面积热指标后，请与有关设计手册中的采暖面积热指标数据进行对照，目的是对这一热指标有一个数量上的概念。
二、采暖系统布置
（一）确定采暖系统形式
采暖系统应能实现分户热计量功能。
通常采用共用立管的垂直水平单管式系统、垂直水平单管跨越式系统和垂直水平双管式系统，每户自成环路。
考虑到单管跨越式和双管式系统水力计算复杂、计算工作量大，本次课程设计，采暖系统可采用垂直水平单管式系统；在第一组散热器入口管段，设置散热器恒温控制阀。
（二）布置采暖管道和散热器
根据建筑物热力入口位置和户内采暖系统的热量表等入户装置位置，布置采暖系统的供回水干管、立管、散热器支管等管道系统：
①热力入口位置：
a.无地下室的建筑，宜在室外管沟入口或楼梯间下部设置小室，室外管沟小室宜有防水和排水措施。
小室净高应不低于1.4米，操作面净宽应不小于0.7米。
b.有地下室的建筑，宜设在地下室可锁闭的专用空间内，空间净高度应不低于2.0米，操作面净宽应不小于0.7米。
热力入口位置应考虑公共空间采暖管道及户内采暖系统布置的方便、环路的大小，尽量使各环路负荷及管长均衡。
②分户热计量采暖系统采用共用立管的分户独立系统形式。
共用立管及户内系统的热量表等入户装置宜设置在户外（管道井或楼梯间等），可满足对公共管道的设置要求，也利于防止人为破坏，避免入户读表。
③共用空间采暖系统管道（如共用立管），采用热镀锌钢管螺纹连接。
户内采暖系统管道宜暗装，采用塑料管材。
目前可用于户内采暖系统的塑料管材如下：
交联铝塑复合管（XPAP）、交联聚乙烯管（PE-X）、聚丁烯管（PB）和无规共聚聚丙烯管（PP-R）。
④户内管道暗埋敷设时应注意下述问题：
a.对于PP-R管和PB管除分支管连接件外，垫层内不宜设其它管件，且埋入垫层的管件应与管道同材质，热熔连接，对于不能热熔连接的PE-X管、铝塑复合管,垫层内不应设有任何管件和接头；
b.暗埋敷设在垫层内的管道宜采用适当的绝热措施，以防止地面开裂,可采用在管道沟槽填充水泥珍珠等绝热材料或外加塑料套管等办法；
c.暗埋敷设管道应避免随意性，宜敷设在垫层预留沟槽内，用卡子妥善固定在地面上，并处理好管道胀缩。
⑤楼梯间等公用空间如采暖，应自成环路。
⑥采暖管道不要与给排水管道等位置冲突，采暖管道不得穿烟囱、大便器，采暖管道穿基础、墙体、楼板等应有套管。
⑦采暖系统都应解决好排气问题：
a.采暖管道敷设，应有一定坡度：
供回水干管，坡度应采用0.003，不宜小于0.002；散热器连接支管，坡度不得小于0.01；如因条件限制，热水管道可无坡度限制，但管中水流速不得小于0.25m/s。
b.共用立管顶端设置自动排气阀。
有可能积存空气的高点（高于前后管段）应设置手动或自动排气阀。
c.机械循环供水干管尽量“抬头”走，使空气与水同向流动。
d.如户内为水平系统，每组散热器上应装设排气阀，利用散热器聚气、排气。
⑧管路布置应尽量利用自然补偿。
如环路过长必须设方形补偿器时，民用、公用建筑宜将方形补偿器设在楼梯间、走廊；工业建筑方形补偿器围绕柱子设置。
分支阀门的位置应避开弯头。
⑨在下列情况下管道应予保温，并在设计说明中指出：
a.管道在可能冻结处敷设时
b.管道敷设在地沟内时
c.管道敷设在楼梯间等公用空间时
d.管道穿越不采暖房间时
e.管道表面温度过高，易使人烫伤处
⑩供水干管末端、回水干管始端的管径，不宜小于DN20
选择散热器型式，布置散热器：
①尽量明装，布置在窗台下。
平面位置不能与室内卫生设备、工艺设备、电气设备冲突。
装在壁龛时，壁龛应比散热器的实际宽度多350～400毫米。
②窗台下的高度应能满足散热器的安装要求。
非置地式散热器顶部离窗台板下面高度>50毫米，离地可为180～200毫米，并应考虑管道敷设时坡度的要求。
③同一房间的两组散热器可串联连接，串联管的直径，在机械循环热水系统中应为DN25；储藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助房间及走廊的散热器，亦可同邻室串联连接。
④每组散热器的片数
细柱型（813）<25片；粗柱型（M132）<20片；长翼型<6片。
一个房间热负荷较大时应将散热器分成几组，分组时尽量考虑让同一立管两侧散热器负荷均衡。
⑤楼梯间采暖时，散热器尽量布置在底层。
底层布置不下时，尽量布置在下半部分。
楼梯间散热器标高往往与房间内的散热器标高不同，通向楼梯间底层散热器的管道最好能躲开外门，离得较近时要进行保温。
⑥散热器明装时其位置要考虑门户开启方便和少占有效建筑面积。
⑦在设计说明中，应对散热器表面处理及压力试验提出要求。
（三）确定建筑物热力入口装置
热力入口供、回水管均应设过滤器。
供水管应设两级过滤器，顺水流方向第一级为粗滤，滤网孔径不宜大于φ3.0㎜，第二级为精过滤，滤网规格宜为60目。
设置计量装置的热力入口，其流量计宜设在回水管上，进入流量计前的回水管上应设过滤器，滤网规格不宜小于60目。
建筑物热力入口的供回水总管上应设置温度计、压力表。
分户热计量的系统，采用散热器恒温阀进行分室控制温度后，采暖系统运行时将是变流量系统，因此在建筑物热力入口需要安装差压或流量调节装置，保证系统间水力平衡。
（四）确定户内采暖系统入户装置
包括供水管上的锁闭调节阀（或手动调节阀）、户用热量表、滤网规格不低于60目的水过滤器及回水管上的锁闭阀（或其它关断阀）等部件，设于安装在管道井内或楼梯间中的热量表箱内。
（五）确定散热器恒温阀、自动排气阀等其它附属设备的型式。
（六）绘制采暖系统简图（轴测图）
在系统简图简图中，注明各计算管段的编号、热负荷及管长，以便进行后面的水力计算。
三、散热器选择计算
散热器面积计算应该在布置完散热器和立管后进行。
如果水力计算采用等温降法，散热器选择计算应在系统水力计算之前完成；如果水力计算采用不等温降法，散热器选择计算应在系统水力计算之后进行。
本次课程设计，系统水力计算采用等温降法，所以先进行散热器选择计算。
散热器进出口水温的确定。
如果采暖系统是双管系统，各组散热器进出口水温相同，为设计供回水温度。
本次课程设计，采暖系统可采用单管系统，各组散热器进出口水温并不相同，应根据设计供回水温度，按各自负荷比例而定。
常用铸铁散热器综合性能及散热量计算式列于附录中。
散热器片数零数的处理：
柱型、长翼型、板型、扁管式等散热器，散热面的积减少，不宜超过0.1m2；串片式、圆翼型散热器，散热面的积减少，不宜超过计算面积的5%
本次课程设计，计算散热器热媒平均温度时，不考虑管道散热引起的温降；为简化计算，确定散热器散热量时不考虑管道散热量。
四、采暖系统的水力计算
计算方法。
水力计算可以采用等温降法和不等温降法：
①不等温降法能够严格保证系统各并联环路的水力平衡，是工程设计中经常采用的方法，但是计算工作量较大，也较为繁复。
②相对于不等温降法，等温降方法较为简单和基础。
本次课程设计，采暖系统水力计算可以采用等温降方法。
水力计算进行前，应选择确定热量表、过滤器、散热器恒温阀等设备，确定各设备的阻力或阻力系数。
分户热计量的采暖系统，公用空间的采暖管道（如共用立管），采用热镀锌钢管螺纹连接，其水力计算要依据镀锌钢管的水力计算表及其连接管件的局部阻力系数表进行；室内系统管道暗装并采用塑料管材，其水力计算应依据塑料管的水力计算表及其连接管件的局部阻力系数表进行。
附录中给出了塑料管的水力计算表和各种管件的局部阻力系数，可供参考。
立管与供回水干管连接处以及散热器的供回水支管上都有乙字弯，水力计算时不要遗漏。
尽量在管径选择时使各环路、各并联支路阻力平衡。
各并联环路间计算压力损失相对差额，不应大于15%。
重力作用压头的影响相对较小，本次课程设计中可不予考虑。
最后确定的系统总计算压力损失，宜采用10%的附加值。
五、计算说明书的编制
（一）说明书的结构和内容
设计说明书按照以下顺序来编制：
（
设计题目：
目录：
1热负荷计算
各采暖房间编号的说明
1.1计算方法
1.1.1围护结构基本耗热量和附加耗热量的计算
1.1.2冷风渗透耗热量的计算
1.1.3冷风侵入耗热量的计算
1.2各采暖房间热负荷计算汇总表
1.3建筑物总热负荷与采暖负荷面积热指标
1.3.1建筑物总热负荷
1.3.2暖负荷面积热指标计算
2采暖系统布置
2.1采暖系统布置
2.1.1系统形式
2.1.2散热器形式
2.1.3采暖管道的敷设方式
2.1.4户内采暖系统入户装置
2.1.5建筑物热力入口装置
2.1.6散热器恒温阀等附属设备
2.1.7其它应予说明的问题
2.2绘制采暖系统简图
在系统简图简图中，对各计算管段分别加以编号，以便进行后面的水力计算。
3散热器选择计算
3.1散热器的计算方法
3.2散热器计算结果汇总表
4采暖系统水力计算
4.1水力计算方法
4.2水力计算结果汇总
最不利环路以及各并联分支环路的水力计算表以及环路中相关计算管段的局部阻力系数统计表。
各并联分支环路的水力计算完成后，应计算此环路与最不利环路的水力不平衡百分率。
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