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某办公楼供暖及给排水工程设计

张家口市某办公楼供暖及给排水工程设计

摘要

本设计主要是对张家口市某办公楼进行采暖及给排水工程的设计。

建筑总体为六层，采暖系统形式采用单管垂直跨越式热水供暖系统，二到六层为上供下回式，一层为上供上回式，供回水温度为95℃/70℃。

采暖系统采用散热器采暖，其中在散热器与立管连接的支管上安装跨越管和三通阀，这样既可以节能又可以满足用户自行调节室内温度的需求，以达到房间内的舒适性。

此外该采暖系统还具有经济、稳定性好、排气方便、构造简单等优点。

由于该建筑层数少层高较低，且六层无用水器具，市政给水管网水压和配水量足以满足建筑的用水要求，因此在给排水设计方面采用直接给水的方式。

排水方面采用屋顶设通气阀的普通单立管排水系统。

消防设计方面采用的是消火栓灭火系统，室内消火栓管路呈环状，屋顶及地下分别设置消防水箱及水池，并连接加压水泵以满足消火栓供水压力。

关键词：

单管垂直跨越式；散热器采暖；给排水设计；消防设计

Zhangjiakouoneofficebuildingheatingandwatersupplyanddrainageengineeringdesign

Abstract

ThisdesignmainlyisanofficebuildinginZhangjiakouforheatingandwatersupplyanddrainageengineeringdesign.Chosenisradiatorheating,heating,systemformsofchoiceisfornexttimetodifferentprogramsofmechanicalcirculatinghotwaterheatingsystem,forthereturnwatertemperatureof95℃/70℃.Singlepipeverticalleapforindoorheatingform,isintheverticaltubeconnectedtotheradiatorpipeisinstalledonacrosstubeandathree-wayvalve,itcanbeachievedaccordingtouserneedsfortrafficregulation,thustoachievethepurposeofadjustingindoortemperatureandmeettherequirementsofcomfort.Inaword,theheatingsystemwithhydraulicstabilityisgood,easytoexhaust,theadvantagesofsimplestructure,etc.

Watersupplyanddrainagedesign,duetothelessnumberoflow-risebuildingfloors,outdoorwatersupplypipenetworkpressureandwaterinadayareenoughtosatisfytherequirementofthebuildingwithwho,fixedwiththemethodofdirectwatersupply.Drainagewaystochoosethelandishavecommonventilationpipedrainagesystem.

Fireprotectiondesign,sincetherearenospecialrequirements,theselectionoffirehydrantwatersupplysystemisthemostbasic.

Keywords:

theradiatorheating;Verticalsinglepipebyleapsandbounds;Watersupplyanddrainagedesign;Fireprotectiondesign

目录

1引言1

1.1供暖概述1

1.2散热器采暖的优缺点1

2设计原始资料及采暖热负荷的计算2

2.1设计原始资料2

2.1.1工程概况2

2.1.2张家口室外气象参数2

2.2采暖热负荷计算2

3供暖负荷计算3

3.1热负荷计算3

3.2热负荷计算举例6

4采暖设计及水力计算7

4.1散热器采暖设计7

4.1.1散热器性能及选用规则7

4.1.2散热器的布置与安装8

4.2采暖系统形式的确定9

4.2.1供暖系统分类9

4.2.2机械循环供暖系统分类9

4.3水力计算10

4.3.1基本原理10

4.3.2水力计算10

5供暖系统设备及附件的选型12

5.1散热器温控阀的选择12

5.2自动排气阀的选择12

5.3其它阀门的选用及说明12

5.4热补偿的选择12

6管道保温及防腐13

6.1保温管道的确定13

6.2保温材料的选择13

7给排水工程的设计、计算13

7.1设计概况13

7.2给排水管道的布置及敷设14

7.2.1给水管道布置的要求14

7.2.2排水管道布置的要求14

7.3建筑内部给水系统的水力计算14

7.3.1生活给水设计秒流量计算14

7.3.2给水管网的水力计算14

7.4建筑内部排水系统的水力计算15

7.4.1生活排水设计秒流量计算15

7.4.2排水管网的水力计算15

8消火栓给水系统设计、计算16

8.1消火栓给水系统设计16

8.2消火栓给水系统计算16

8.2.1消火栓布置16

8.2.2水枪喷嘴处所需的水压16

8.2.3水枪喷嘴的出流量17

8.2.4水带阻力17

8.2.5消火栓口所需的水压17

8.2.6校核17

9结论19

谢辞19

参考文献20

附录21

1引言

人们的生产生活从古到今受许许多多方面的制约，寒冷就是其中之一。

由于我国的北方地区冬季室外气温较低，在没有任何措施的情况下人们很难进行日常的生产生活，这样就需要对房间补充热量。

补充房间热量的形式有许许多多，我们要根据实际情况来确定不同的供暖方式，不仅要满足人体的舒适性，也要做到经济实用。

随着人类社会的进步，各式各样的建筑如雨后春笋般层出不穷。

给排水作为其中不可或缺的部分，在维持建筑正常运行方面起着非常大的作用。

由于建筑物功能的多样性、结构的复杂性以及受外界方面的制约性，无论是在技术深度上还是广度上都是一定的挑战。

例如供水的水量、水压和对供水的安全程度，同时排水的可靠性方面也是需要注意的方面。

由于许多高层建筑的功能相对复杂，失火可能性很大，而且失火后迅速蔓延，人员的疏散及扑救将非常困难。

为此，就必须给建筑设置安全可靠的室内消防给水系统，从而保障建筑的安全可靠，这也是建筑质量审核中的重中之重。

1.1供暖概述

为了维持人类的正常生产生活，供暖占据着很高的地位，尤其是在冬季更是不可动摇。

由于人们的生产生活需要大量的热能，而作为主要热能输出的煤、燃气等又是不可再生能源，所以能源的节约、新型能源的开发已经成为当前社会的主题。

1.2散热器采暖的优缺点

其优点是：

（1）运行管理简单，维修费用低；

（2）热水的跑、冒、滴、漏现象轻，因而节能；

（3）可以采用多种方法进行调节；

（4）供暖效果比较好，连续供暖时，室内的温度波动小，可以创造良好的室内环境，从而增加舒适度；

（5）管道、设备腐蚀轻，使用寿命长。

其缺点是：

（1）散热器靠水在其内温度的降低放出显热，散热器内的散热传热系数较低，因此在相同的供热量下，所需要的供暖设备比较多，管道系统的管径比较大，造价较高；

（2）在相同设计热负荷情况下，热水为热媒时流量较大，输送热媒消耗的电能多。

综合来看，从有利节能、环保、提高舒适性、维修简便和使用寿命长诸方面而言，散热器采暖系统的优点是主要的，应使其成为民用和公共建筑的主要采暖系统形式，也用于工业建筑及辅助建筑中。

2设计原始资料及采暖热负荷的计算

2.1设计原始资料

2.1.1工程概况

工程名称：

张家口市某办公楼供暖及给排水工程设计

建筑地点：

张家口市

项目概况：

本工程建筑层数为地上六层，总建筑面积7816.8m2，建筑占地面积1744.4m2，建筑一到四层层高为3.5米，五层六层层高为3.9米，建筑总高度为21.8米。

墙体材料：

采用的是加气混凝土砌块，外墙250mm厚，内墙200mm厚。

所有外墙均有100mm厚聚苯乙烯板保温层。

门窗的设计：

外窗均采用塑钢节能窗，单框双玻中空玻璃、间隔层气体及厚度为5+9A（空气）+3。

外门为铝合金隔热节能门。

屋面工程：

屋面选用的是100mm厚钢筋混凝土板，150mm厚聚苯乙烯保温层。

建筑节能设计:

该建筑物的体形系数是0.21，单一朝向外窗墙面积比分别为南向0.36；北向0.20；东向0.04；西向0.04。

屋面加150mm厚聚苯乙烯保温板，传热系数K=0.29。

外窗采用塑钢节能窗，传热系数K=1.8。

外墙采用250mm厚加气混凝土砌块，外贴100mm厚聚苯乙烯保温板，墙体的传热系数为K=0.36。

2.1.2张家口室外气象参数

由参考文献《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》查得：

张家口室外计算温度：

-13.6℃；

室外平均风速：

3.6m/s。

最大冻土深度：

1.36m。

2.2采暖热负荷计算

对于一般民用建筑和产热量很小的工业建筑，采暖热负荷的计算只考虑围护结构的传热耗热量、冷风渗透耗热量和外门冷风侵入耗热量三项失热量。

2.2.1各计算参数的确定

（1）室内设计温度

根据《公共建筑节能设计标准》确定室内计算温度，室内计算温度tn如表2-1所示：

表2-1室内计算温度

房间功能

办公室

会议室、

走道

门厅

卫生间

室内设计温度（℃）

20

18

16

16

（2）围护结构传热系数

各围护结构的传热系数见表2-2。

表2-2围护结构的传热系数

名称

传热系数W/m2·℃

屋面

0.29

地面

一区

0.47

二区

0.23

三区

0.12

四区

0.07

外墙

0.36

外窗

1.8

外门

3.26

采暖与非采暖隔墙

1.58

（3）温差修正系数α值

参阅文献《实用供热空调设计手册》查得结果如表2-3。

表2-3围护结构的温差正系数α

序号

围护结构特征

α

1

外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等

1.00

2

闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等

0.90

3

与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（1~6层建筑）

0.60

4

与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（7~30层建筑）

0.50

5

非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时

0.75

6

非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时

0.60

7

非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时

0.40

8

与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙、防震缝墙

0.70

9

与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙

0.40

10

伸缩缝墙、沉降缝墙

0.30

（4）门、窗缝隙渗入的空气量L见表2-4

表2-4每米门、窗缝隙渗入的空气量L[m3/（m·h）]

门窗类型

冬季室外平均风速（m/s）

1

2

3

4

5

6

单层木窗

1.0

2.0

3.1

4.3

5.5

6.7

双层木窗

0.7

1.4

2.2

3.0

3.9

4.7

单层钢窗

0.6

1.5

2.6

3.9

5.2

6.7

双层钢窗

0.4

1.1

1.8

2.7

3.6

4.7

推拉铝窗

0.2

0.5

1.0

1.6

2.3

2.9

平开铝窗

0.0

0.1

0.3

0.4

0.6

0.8

注：

1.每米外门缝隙渗入的空气量，为表中同类型外窗的两倍。

2.当有密封条时，表中数据可乘以0.5-0.6的系数。

（5）冷风渗透朝向修正系数n值（张家口地区）

北向：

1.0南向：

0.1东向：

0.1西向：

0.35

（6）围护结构附加耗热量

1）朝向修正

围护结构的附加耗热量朝向修正见下表2-5。

表2-5围护结构温差修正系数

方向

北向

东、西向

南向

修正率

0%

-5%

-15%

2）风力附加

由于在《供暖通风与空气调节设计规范》中规定：

一般情况下不考虑风力附加。

只在河边、不避风的高地、海岸旷野上的建筑以及厂区、城镇内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷需要附加5%~10%，本设计为位于张家口市区的一座六层办公楼，位于较平坦的地区，所以不考虑风力附加。

。

3）高度附加

根据规范，当房间净高超过四米时，每增加一米，附加2%，但最大的附加率不能超过15%。

本设计最高层高为3.9米，故不考虑高度附加。

（7）冷风侵入的外门附加率N见下表2-6。

表2-6外门附加率的N值

外门布置情况

附加率

一道门

65n%

两道门（有门斗）

80n%

三道门（有两个门斗）

60n%

公共建筑和生产厂房主要出口

500n%

注：

n为建筑物的楼层数。

3供暖负荷计算

3.1热负荷计算

建筑内房间的热负荷Q主要由以下几部分组成：

Q=Q1+Q2+Q3（3-1）

式中：

Q1——围护结构耗热量，W；

Q2——冷风渗透耗热量，W；

Q3——冷风侵入耗热量，W。

1.围护结构的基本耗热量

Q1=aKF（tn-tw）（3-2）

式中：

K——围护结构的传热系数，W/m2•℃；

F——围护结构的面积，m2；

tn——冬季室内的计算温度，℃；

tw——供暖室外的计算温度，℃；

a——围护结构温差修正系数。

2.冷风渗透耗热量

Q2=0.278VρwCp（tn-tw）（3-3a）

式中：

V——经过门、窗缝隙渗入室内的总空气量，m3/h；

ρw——供暖室外计算温度下的空气密度，本设计取的是1.34㎏/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。

该计算冷风渗透耗热量的方法为缝隙法，对于不同类型的门窗，在不同风速下每米长缝隙渗入的空气量L。

其中，渗透空气量：

V=Lln（3-3b）

式中：

L——每米门、窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季室外平均风速，m3/（h·m）；

l——门、窗缝隙的计算长度，m；

n——渗透空气量的朝向修正系数。

3.冷风侵入耗热量

Q3=NQ1.j.m（3-4）

式中：

Q1.j.m——外门基本耗热量，W。

N——考虑冷风侵入的外门附加率。

本建筑为节能建筑，屋面、墙体、外窗均采取了保温措施，外门为有门斗的两道门。

根据以上方法分别计算出每个房间的围护结构基本耗热量、冷风渗透耗热量及冷风侵入耗热量，从而计算出各房间的总热负荷。

3.2热负荷计算举例

以101房间为例说明热负荷的计算过程：

1.基本耗热量

围护结构传热系数K查表2-2，查得南外墙传热系数K=0.36W/m2·℃，南外窗传热系数K=1.8W/m2·℃，西外墙传热系数K=0.36W/m2·℃，西外窗传热系数K=1.8W/m2·℃，围护结构的附加耗热量朝向修正查表2-5，查得西向修正-5%，南向修正-15%，温差修正系数α=1；室内设计温度为tn=20℃，室外计算温度为tw′=－13.6℃。

由公式（3-2），计算出该房间的围护结构基本耗热量

南外墙：

F=4.25×3.5－1.8×1.8=11.6m2

Q1=αKF（tn－tw′）=1×0.36×11.6×（20+13.6）=140.3W

朝向修正后负荷Q1′=119.3W

西外墙：

F=6.35×3.5－0.6×0.9=17.2m2

Q2=αKF（tn－tw′）=1×0.36×17.2×（20+13.6）=208.1W

朝向修正后负荷Q2′=197.6W

南外窗：

F=1.8×1.8=3.2m2

Q3=αKF（tn－tw′）=1×1.8×3.2×（20+13.6）=193.5W

朝向修正后负荷Q3′=164.5W

西外窗：

F=0.6×0.9=0.54m2

Q4=αKF（tn－tw′）=1×1.8×0.54×（20+13.6）=30.2W

朝向修正后负荷Q4′=28.7W

地面

：

F=2×6＋2×3.9=19.8m2

Q5=αKF（tn－tw′）=1×0.47×19.8×（20+13.6）=312.7W

地面

：

F=1.9×4=7.6m2,

Q6=αKF（tn－tw′）=1×0.23×7.6×（20+13.6）=58.7W

2.冷风渗透耗热量Q2

缝隙法计算冷风渗透耗热量，依据公式（3-3），计算步骤如下：

（1）渗透空气量的计算

根据建筑图所给出的窗户类型，可以计算窗的可开启部分缝隙长度为9m和4.9m；查表3-4可得在冬季室外平均风速为3.6m/s下，则每米窗缝隙渗入室内的空气量L=1.7m3/（h·m）；南向朝向渗透空气量的朝向修正系数n=0.1，西向为0.35。

总的冷风渗透量V=Lln

则V=1.7×9×0.1+1.7×4.9×0.35=4.45m3/h

（2）冷风渗透耗热量Q2

Q2=0.278VρwCp（tn-tw）

=0.278×4.45×1.34×1×（20+13.6）=48.2W

3.冷风侵入耗热量Q3

101房间没有外门，因此冷风侵入耗热量为0。

.最后，按公式3-1Q=Q1+Q2+Q3，得到房间总耗热量Q=929.7W。

以同样的方法计算其它各房间的热负荷，结果见附录1。

4采暖设计及水力计算

供暖系统的散热设备是系统的主要组成部分，他向房间散热以补充房间的热损失，保持室内温度。

散热设备向房间传热的方式主要有下列三种情况：

1.供暖系统的热媒（蒸汽或热水），通过但热设备的壁面，主要以对流传热方式（对流传热量大于辐射传热量）向房间传热。

这种散热设备通称为散热器。

2.供暖系统的热媒（蒸汽、热水、热空气、燃气或电热），通过散热设备的壁面，主要以辐射方式向房间传热。

散热设备可采用在建筑物的顶棚、墙面或地板内埋设管道或风道的方式，此时，建筑物部分围护结构与散热设备合二为一；也可以采用在建筑物内悬挂金属辐射板的方式。

以辐射传热为主的供暖系统，称为辐射供暖系统。

3.通过散热设备向房间输送比室内空气高的空气，直接向房间供热。

利用热空气向房间供热的系统，称为热风供暖系统。

热风供暖系统既可以采用集中送风的方式，也可以利用暖风机加热室内再循环空气的方式向房间供热。

本次设计采用热水作为热媒，考虑负荷对设计的影响，本设计采用单管垂直跨越式散热器采暖形式，其供水温度为95℃，回水温度为70℃。

4.1散热器采暖设计

散热器采暖是通过热媒将热源产生的热量传递给室内空气的一种散热设备。

其主要传热方式是对流传热，由于传热系数受材料结构等方面的影响，所以需要根据规格选取不同的散热器。

4.1.1散热器性能及选用规则

关于散热器，主要有以下几点要求：

1.热工方面的要求

要想使散热器的散热性能更好的途径有很多，可以增大散热器的散热量或是提高散热器的传热系数，增加散热器外壁的散热面积（使外壁上的肋片变多），使散热器周围的空气流速加快和增加散热器向外辐射的强度等途径。

2.经济方面的要求

散热器还受到了经济方面的制约，通过散热器传给房间内的单位热量所需要的金属消耗量越少，则安装成本就越低，经济性相对就越好。

3.安装使用和工艺方面的要求

散热器由于是由金属构成，则它应具有一定的机械强度和承压能力；散热器的结构形式还必须要便于组合成所需要的散热面积，结构尺寸还不能太大，占用的房间面积和空间也要少；由于散热器需要大批量生产，则生产工艺还必须满足要求。

4.卫生和美观方面的要求

散热器外表不能太粗糙，这样不易积灰便于清扫，散热器的装设还应使房间更加美观。

5.使用寿命的要求

由于建筑物需要长期使用，则散热器也应不易破损被腐蚀。

综上所述，选用散热器类型时，应在诸如热工、经济、卫生和美观等方面的基本要求多加注意。

此外根据环境地点不同等情况，需对某方面有所侧重。

同时，在设计选择散热器时，应注意相关规定。

4.1.2散热器的选型计算

参阅文献《新型散热器的选用与安装》选定散热器类型并计算散热器散热片数n（片）。

本设计散热器选钢制D型管与圆管焊接散热器。

散热器技术参数见表4-1。

选取型号为RT2-300的散热器。

表4-1散热器技术性能表

散热器技术性能表（单片）

单片型号

高度H（mm）

接口中心距H1（mm）

片宽B（mm）

标准散热量q0（W）

重量（kg）

水容量（L）

一体连接片数

接管尺寸

指数n

RT2-300

350

300

84

74

0.6

0.71

3-40

DN15，DN20

1.24

RT2-600

650

600

84

117

0.95

1.20

3-40

DN15，DN20

1.24

RT2-900

950

900

84

158

1.31

1.69

3-40

DN15，DN20

1.24

RT2-1200

1250

1200

84

111200

1.64

2.18

3-30

DN15，DN20

1.25

RT2-1500

1550

1500

84

135240

1.97

2.67

3-30

DN15，DN20

1.26

RT2-1800

1850

1800

84

160280

2.32

3.16

3-30

DN15，DN20

1.27

表中所示散热量q0为标准工况下（△t=64.5℃）的散热量。

每片非标准工况下的散热量Q=q0（△ts/64.5）n，式中△ts=（T进+T出）/2-T室温

以104房间为例计算：

房间总热负荷为：

606.8W。

按上式计算散热器单位散热量为：

Q=66.35W

散热器片数为：

n=606.8／66.35×1.0×1.0×1.02×1.0≈9片

计算修正散热器片数为：

9片

4.1.2散热器的布置与安装

选择经济性能和热工性能较好的散热器之后，接下来应该进行散热器的布置。

布置散热器的时候，应该符合相关规定。

在散热器组装好之后，或是整组出厂的散热器在安装之前还应该作水压试验，以确保散热器的正常使用。

散热器最好明装，暗装时装饰罩应该有较为合理的气流通道、足够的通道面积并便于维修。

这些都是从建筑物的用途，有利于散热器的安全、适应室内装修的要求、放热以及围护管理等方面进行