体育馆暖气片供热系统初步设计.docx

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体育馆暖气片供热系统初步设计

体育馆暖气片供热系统初步设计

南京XX大学

本科毕业设计（论文）

题目：

1000m2体育馆暖气片供热系统初步设计

学院：

专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

职称：

二O年月日

摘要：

目前，随着我国综合国力的提升和居民生活水平的提高，我国对于体育事业的建设也投入了极大的关注。

一大批体育场馆的兴建和改造促进了我国体育事业的发展和人民身体素质的提高。

怎样规划好体育场馆的供热采暖设计方案，怎样把满足比赛要求，群众需求同节能之间的关系处理好，对于缓解我国能源供应紧张局面，提升我国综合国力有着重要意义。

本课题是为苏州某体育馆设计暖气片供热系统，该体育馆为一个羽毛球场馆，面积1000平方米左右，主要用于居民平时锻炼健身活动。

本课题研究的主要内容有：

收集该体育馆的相关资料，探讨体育馆供热，制冷的一般方法、各自特点及发展过程，体育馆冬季采暖温度的选择，耗热量的计算，拟订体育馆暖气片供热系统方案，热源、管道、阀门的选择，暖气片选择和计算，水力计算，循环水泵的选择及体育馆暖气片供热系统设计可能存在的问题及优化设想。

关键词:

体育馆暖气片供热设计

Abstract:

Present,alongwithourcountrycomprehensivenationalstrength'spromotionandtheresidentlivingstandard'senhancement,ourcountryalsoputintotheenormousattentionregardingsportcause'sconstruction.Alargequantitiesofsportscomplexes'constructionandthetransformationpromotedourcountrysportcause'sdevelopmentandthepeoplephysicalqualityenhancement.Howtoplanthegoodsportscomplexesheatingheatingdesignproposal,howtosatisfythecompetitiontorequest,thepopulacedemandprocesseswiththeenergyconservationbetweenrelations,regardingalleviatesourcountryenergysupplytenseaspect,promotesourcountrycomprehensivenationalstrengthtohavetheimportantmeaning.ThistopicisfortheSuzhousomestadiumdesignradiatorheatingsystem,thisstadiumisabadmintonfacility,aboutthearea1000squaremeters,mainlyusesintheresidentusuallyexercisingthebuildingactivities.

Thetopicresearch'sprimarycoverageincludes:

Collectsthisstadiumthecorrelationdata,discussesthestadiumtoheat,therefrigerationgeneralmethod,therespectivecharacteristicandthedevelopingprocess,thestadiumwinterheatingtemperature'schoice,theheatconsumptioncomputation,draftsthestadiumradiatorheatingsystemplan,theheatsource,thepipeline,valve'schoice,theradiatorchoiceandthecomputation,thewaterpowercomputation,circulatingwaterpump'schoiceandthestadiumradiatorheatsthequestionwhichandtheoptimizedtentativeplanthesystemdesignpossiblyexists.

keyword:

Stadiumradiatorheatingdesigns

1概述

1.1体育馆供热概况...........................................................1

1.1.1国内体育馆供热的基本现状...........................................1

1.1.2国外体育馆供热基本现状.............................................1

1.1.3体育馆暖气片供热的发展前景.........................................1

2体育馆暖气片供热系统初步设计................................................3

2.1体育馆相关资料以及能耗介绍..............................................3

2.1.1苏州气象资料.......................................................3

2.1.2体育馆建筑资料....................................................3

2.2体育馆供热和制冷的一般方法...............................................4

2.2.1体育馆供热的一般方法..............................................4

2.2.2体育馆制冷的一般方法..............................................5

2.3体育馆冬季耗热量计算....................................................8

2.3.1耗热量组成........................................................8

2.3.2围护结构的耗热量..................................................9

2.3.2.1围护结构的基本耗热量.......................................9

2.3.2.2围护结构的附加耗热量......................................11

2.3.3冷风渗透耗热量..................................................12

2.3.4　冷风侵入耗热量..................................................12

2.4体育馆暖气片供热系统拟定...............................................13

2.5暖气片供热系统初步设计.................................................14

2.5.1热源的计算与选择.................................................14

2.5.2暖气片的选择和计算...............................................14

2.5.2.1暖气片的选择.............................................14

2.5.2.2暖气片的计算.............................................15

2.6暖气片供热系统水力计算.................................................17

2.6.1热水供暖系统管路水力计算的基本公式...............................17

2.6.2水力计算步骤.....................................................18

2.7供暖管道的保温.........................................................21

2.7.1保温材料的技术性能要求...........................................21

2.7.2保温层厚度的确定原则.............................................22

2.8本设计可能存在的问题及优化设想.........................................23

2.8.1供热系统的节能问题...............................................23

2.8.2如何兼顾夏季制冷.................................................23

3结论.......................................................................26

4感谢.......................................................................27

5参考文献...................................................................28

1概述

1.1体育馆供热概况

1.1.1国内体育馆供热的基本现状

我国暖气片供热在北方比较普遍，在南方还没得到普及。

由于经济和其他一些因素，暖气片供热在体育场馆中的应用远没有在家庭和其他公共场所中的应用来的普及，只是近几年来随着比赛的要求和居民生活水平的提高而刚刚起步。

因此，暖气片供热在体育馆中的应用存在诸多方面的问题：

1）供热水平低下，与实际需求尚有一定差距。

2）能源消耗过大，供热效率水平远远低于国外发达国家水平。

3）管道配件建设水平低，种类少，五金档次低，管道走向设计不当。

4）供热系统安全性差，安全防护设备和安全报警系统缺乏维护。

5）传统能源仍作为主要供热热源，污染严重。

6）供热系统设计缺乏创新，不够实用美观。

7）暖气片材料质量差，传热效果不佳。

8）系统维护不当，管道和散热器腐蚀问题突出严重[1]。

1.1.2国外体育馆供热基本现状

国外体育场馆暖气片供热技术比我国的要成熟的多，有以下几个国家:

美国,加拿大,挪威,瑞士,丹麦,芬兰,俄罗斯等。

美国,加拿大主要是以电加热为主，辅助暖气片供热采暖,这主要是由于对舒适性的要求和经济上的富足。

挪威，瑞士,芬兰,俄罗斯集中供热水,通过暖气片散热方式采暖，这种方式比较经济实惠，在要求不是很严格时应用广泛。

还有一些国家主要是通过空调系统来采暖和制冷,基本上不用暖气片供热采暖。

随着体育比赛对环境要求的提高,传统的暖气片采暖在国外一些发达国家已经基本上被更加节能舒适的采暖方式取代[2]。

1.1.3体育馆暖气片供热的发展前景

暖气片供热是一种比较常见的采暖方式，也比较经济。

虽然目前世面上还有其他一些比较先进的采暖方式，比如地板采暖，红外线热辐射采暖，热水地面辐射采暖，电热采暖系统，但暖气片供热有着相对优势的经济性和技术成熟性。

所以，暖气片供热在采暖领域将会继续扮演着重要角色。

相对于体育馆这种大型空间的采暖，暖气片供热在其中的应用更能体现其经济性，可操作性，和日常维护方便性的优势。

在解决好暖气片供热不足问题的基础之上，努力提高其自动控制水平，提高日常维护水平，提高安全防护意识，提高设计布局美观程度，使之更加能够满足日常比赛和视觉需求。

这样，暖气片供热方式仍然会在建筑领域发挥举足轻重的作用[3]。

2体育馆暖气片供热系统初步设计

2.1体育馆相关资料以及能耗介绍

2.1.1苏州气象资料

表1苏州参考气候资料[4]

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

平均最高气温

（℃）

7.7

8.6

12.7

18.6

23.5

27.2

31.6

31.5

27.2

22.3

16.7

10.6

平均气温

（℃）

3.7

4.6

8.5

14.2

19.2

23.4

27.8

27.7

23.6

18.3

12.4

6.1

平均最低气温

（℃）

0.5

1.5

5.1

10.6

15.7

20.3

24.8

24.7

20.5

14.7

8.6

2.4

降雨量（mm）

39.0

58.8

81.2

102.3

114.5

152.0

128.2

133.0

155.6

60.5

51.2

34.7

降雨日数（天）

6.0

7.4

9.4

10.0

9.6

10.3

8.7

7.6

9.0

5.9

5.1

4.7

日平

均日照（h）

4.4

4.2

4.5

5.1

5.6

5.4

7.5

7.8

5.4

5.2

5.0

4.8

2.1.2体育馆建筑资料

该体育馆长度50m，宽度22m，高度8m，四面墙体厚度49cm。

墙体材料为红砖块，有外粉刷和内粉刷，馆顶为保温屋面，并装饰了天花板。

体育馆为西南朝向，前墙和后墙分别有7面窗，为单层钢框玻璃窗，无遮阳设施，窗长3m，宽2m。

三扇门，长度2m，高度3m，厚度6cm，木质材料。

体育馆内有9面标准羽毛球场地。

示意图如图2.1。

图2.1馆内场地示意图

2.2体育馆供热和制冷的一般方法

2.2.1体育馆供热的一般方法

1）电采暖

电采暖优点：

能够方便快捷地通过开停电源来控制电暖气的温度，无室内管道，产品无需装修包装，使用方便，无噪声。

缺点：

供热质量难以保证，发热元件如果长期高温工作，会降低使用寿命，有烫伤室内活动人员的危险[5]。

使用电暖器必须使用各项技术指标符合标准带地线的三孔插座，绝不可自行换用没有地线的两孔插座，因为这样易产生静电，有时会有电手的感觉，较危险。

另外，插座不要位于电暖器正上方，防止热量上升烧烫电源。

充油式电暖气一定要直立摆放，不能倒放。

如果倒放、平放或斜放就会造成空烧把发热管烧坏。

电采暖在小型的体育场馆比较适用,在大型的体育场馆由于要结合夏季制冷的需求，采用的就比较少。

2）中央空调采暖

中央空调的致热原理是通过动力风的热风取暖形式而达到采暖的目的。

其最大的优点在于其既可以实现热风取暖，又可以实现冷风降温，也就是所谓的冷暖一体。

但同时空调采暖也存在一定的缺点，主要是空调采暖是通过机械动力直接吹出热风，相对于其它两种采暖方式而言，不仅会使室内空气比较干燥，对人体健康不利，而且其热量的流通方式是由上而下，使室内温度上部空间较高而下部空间较低，不符合“头要凉，脚要热”的舒适要求，而这种热流通方式也会严重影响节能。

此外中央空调占的空间比较大，有噪音，造价方面也相对较高，而正常的使用费用也很高。

3）地板采暖

地板采暖是通过地板上的热体辐射散热的一种采暖方式，因此也可以称为地板辐射热。

其优点主要有以下几点：

1.地板采暖是一种由下而上的梯度散热，有利于人体健康，符合“头要凉，脚要热”的舒适要求；

2.通过地板辐射热量，不占平面空间，也符合美观要求；

3.这种由下而上的梯度散热，不同于中央空调及暖气片的致热原理，符合节能要求。

在以上几种取暖的末端形式中，对于同样的热源，在同等建筑条件和同等热源条件下，电暖型地板辐射热与用电的暖气片相比，可以节省20－30％的成本；

4.由于其没有直接的裸露的发热器件，使安全性更高，没噪音。

地板采暖缺点是对装修的要求比较高，不能破坏地面，如在地板上打钉子受到一定的限制。

维修存在很大问题，需要把地板撬开，不仅工程量大，而且会破坏室内装修，造成不必要的二次破坏，增加维修成本[6]。

4）暖气片采暖

其致热原理是通过室内空气循环实现对流散热的一种取暖方式。

这种采暖方式的优点在于它利用空气的冷热循环，冷热空气在室内空间实现一种自然的对流，因此相对于空调采用的机械动力风流通方式采暖要较为舒适，并且没有噪音，而造价方面也相对较低。

其缺点主要是其采用的是一种由上而下的热对流方式采暖，热气梯度不合理，不符合“头要凉，脚要热”的舒适要求，也浪费资源，不节能，这一点与空调采暖一样；另一方面，暖气片采暖需要占用平面位置，也影响美观。

但是，随着技术的改进和设计工艺的提高，出现了一些新型散热器，他们不但散热效果好，节能，而且外观紧凑时尚，一改旧散热器在人们心目中笨重，灰暗，散热效果差的形象，成为了人们冬季采暖的主要选择之一。

尤其在一些大场馆中，散热器作为辅助的采暖设备越来越受到欢迎。

2.2.2体育馆制冷的一般方法

中央空调制冷是体育馆制冷的最普遍的方法，它有3种循环方式：

1）蒸汽压缩式循环

没有设置换向阀的蒸汽压缩式空调系统只能在夏天用于制冷，大多数蒸汽压缩式空调系统能全年运行，既能制冷也能制热。

在制冷循环系统中，压缩机从蒸发器吸入低温低压的制冷剂R134a蒸汽,经压缩机绝热压缩成为高温高压的过热蒸汽,再压入冷凝器中定压冷却,并向冷却介质放出热量,然后冷却为过冷液态制冷剂,液态制冷剂经膨胀阀（或毛细管）绝热节流成为低压液态制冷剂，在蒸发器内蒸发吸收空调循环水（空气）中的热量,从而冷却空调循环水（空气）达到制冷的目的,流出低压的制冷剂被吸入压缩机,如此循环工作[7]。

空调系统正常运行时，蒸发器中空气出口温度比进口温度低，一般至少低8℃，即ΔTevar大于等于8℃。

对于冷凝器，为使制冷系统能有效的运行，周围环境温度一般要求低于43℃。

在制热状态下，通过换向阀将室内的蒸发器由冷凝器取代，室外的冷凝器由蒸发器取代，整套装置就是热泵，不停地将热量从室外空气中输送到室内。

为使热泵能有效地运行，周围环境温度一般要求高于－5℃。

2）吸收式制冷循环

蒸汽压缩式循环是被称为做功式循环，因为气体制冷剂的加压过程是由压缩机做功完成的，而吸收式循环是以热能为动力的循环，因为该系统运行时发生器中高压液体转变成高压气体时吸收了大量的热，这些热是由油、煤气和天然气的燃烧及地热能、太阳能、工厂废热提供的。

基本的吸收式循环如下，吸收器和发生器组成的这部分相当于一台“热力压缩机”，所以吸收式循环过程的原理和蒸汽压缩式相似。

在空调系统中，吸收式循环常用LiBr－H2O作工质对，其中水为制冷剂，LiBr为吸收剂。

发生器内装有一定量的溴化锂浓溶液,吸收器内装有一定量的溴化锂稀浓液,吸收器内的溴化锂稀浓液经溶液泵,热交换器进入发生器,在外热源（蒸汽或水）加热下,溴化锂稀溶液的水分蒸发而变成溴化锂浓溶液,所蒸发的水蒸气进入冷凝器（吸收式循环比蒸汽压缩式循环的最大的优点在于吸收式循环中加压液体比蒸汽压缩式循环中加压气体耗功少）,在冷凝器中被冷却水冷却放热后,经节流减压进入蒸发器,在高负压的蒸发器中汽化吸热冷却空调循环水,汽化后的水蒸汽进入吸收器,在吸收器内被来自发生器的溴化锂浓溶液吸收,使溴化锂浓溶液变成了溴化锂稀溶液,再经过溶液泵,热交换器送至发生器浓缩成溴化锂浓溶液.在水蒸气吸收过程中,产生的汽化潜热由冷却水带走.溴化锂溶液为高温液体,在进入吸收器之前经过热交换器冷却,加热进发生器前的稀溶液从而回收了部分热量,提高能源的利用率.吸收式循环中热量传递的过程可概括为：

当空气中的低温热源冷却蒸发器中的水时，高温热源对发生器中的溶液加热，冷凝器和吸收器通过水和空气将热量排到周围大气中[8]。

吸收式循环系统一般不用于制热，因为向发生器中供热的热源可直接用于制热。

3）热电式循环

当两根金属棒或半导体相连接且接点两侧保持不同温度时，将会有五种现象同时发生:

焦耳效应、傅立叶效应、贝塞克效应、珀耳帖效应和汤姆森效应。

所有这些都是不可逆现象。

珀耳帖效应对空调系统的影响最大。

在电路中，不同的导体和半导体之间包含了两个接点，热量通过一直流电源从一接点传递到另一接点。

半导体（如Bi2Te3）比金属更易产生珀耳帖效应。

热电制冷（珀耳帖装置）利用了半导体的珀耳帖效应。

原理如下，从冷空间吸收的热量通过N-型和P-型半导体热电偶元件传递到热侧热源接受器,然后排放到周围环境中。

如果电流方向改变，通过半导体材料的热流方向也随之改变。

冷空间就变成了热空间，也就是说，空调系统就变成制热状态[9]。

4）三种循环的性能比较

从性能和成本的角度分析，蒸汽压缩式空调系统是最好的。

然而，目前这种系统中使用较多的制冷剂对环境存在着或多或少的影响,不是对环境友好的制冷剂。

从长远来看终将在未来的法律中将被禁止使用。

吸收式制冷利用低品位热能,电能耗费少，但体积较大,设备价格昂贵。

热电式系统设备简易，但制冷量小且价格昂贵。

2.3体育馆冬季耗热量计算

2.3.1耗热量组成

供热系统的设计热负荷是供暖设计中最基本的数据，其数值的大小直接关系着供热方案的确定、热源的选型和输热管道管径的大小、输热设备的多少等，也影响着供热系统的工程造价额供暖效果。

房间的耗热量一般包括一下几部分：

1）围护结构的耗热量；

2）加热由门、窗户缝隙渗入室内的冷空气耗热量；

3）加热由门、孔洞及相邻房间侵入室内的冷空气耗热量；

4）加热由室外运入的冷物料、运输工具等耗热量；

5）水分蒸发的耗热量；

6）通过其他途径的耗热量。

房间的得热量一般包括以下几个方面：

1）散热设备的散热量；

2）最小负荷班的工艺设备散热；

3）热物料的散热量；

4）非供暖热管道及其他热表面的散热量；

5）通过其他途径的得热量。

供热系统的热负荷就是为了在要求的室内温度下保持房间的热平衡，供暖设备向房间供给的热量，即散热设备的散热量。

对于一般的民用建筑和产生热量很少的工业建筑，供热系统设计热负荷的计算通常只考虑围护结构的传热耗热量，加热由门、窗户缝隙渗入室内的冷空气耗热量，以及加热由门等开启的孔洞和其他生产跨间等流入室内的冷空气耗热量[10]。

2.3.2围护结构的耗热量

围护结构的耗热量是指当室内温度高于室外温度时，通过围护结构向外传递的热量损失，在计算中通常分为两部分：

围护结构的基本耗热量和附加耗热量。

基本