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供热毕业设计

北京市某低温热水地板辐射采暖工程设计

BeijingLowtemperaturehotwaterfloorradiantEngineeringDesign

届系

专业

学号

学生姓名

指导教师

完成日期

摘要

本设计主要是对北京市某住在楼进行低温热水地板辐射采暖的系统设计。

该建筑物共二十层，建筑面积为9607m2，建筑总高60m，层高3m，由于建筑高度高于50m，对建筑在垂直方向上分为高低两个区。

设计主要任务对低温热水地板辐射采暖国内外现状，总负荷为472kW，由于地板辐射采暖室内实感温度高于设计温度，所以计算时将所得结果取95%，以满足节能要求。

在管道铺设方面，选择了交聚乙烯管道双回形铺设方式，在各户安装温控阀和热计量表，对各用户进行温度控制热盒分户计量。

对管网进行水力计算确定管径，根据供热管网的水力计算结果选择用户系统与供热管网的连接方式及用户入口装置，确定换热站的热力计算和设备选型等。

本设计所用外网热力热水，外网所提供95/75℃热水。

在住宅楼的东面建一所换热站，换热后供回水温度40/30℃，换热站设备包括换热器、循环水泵、补水泵、除污器等，采暖补水为软化水，定压采用补水泵变频定压形式，采暖水温要求自动控制。

换热站内设备要达到结构紧凑，布局合理，经济耐用的要求。

最后绘制施工图。

关键词：

地板辐射采暖换热站分户计量集中供暖

Abstract

ThisdesignismainlytotheBeijingonelivinginlowtemperaturehotwateronfloorradiantfloorheatingsystemdesign.

Thebuilding20layer,thebuildingareaof9607m2,buildingtotalheight60m,thelayeris3m,becausebuildingheightabove50m,thearchitectureinverticaldirectionintohighandlowtwoarea.Thedesignofthemaintaskoflowtemperaturehotwaterfloorradiantheatingsituationathomeandabroad,andthetotalloadfor472kW,becausefloorradiantheatingindoordesigntemperaturehigherthanthosetemperature,sowilltheresultscalculatedfrom95%,inordertomeettheenergyrequirements.Inthepipeline,choosethePEpipeintothedoubleformlaidmeans,ineachinstallationtemperaturecontrolvalveandheatmeter,theusertotemperaturecontrolhotboxofhouseholdmetering.Thehydrauliccalculationofpipenetworkstodeterminediameter,accordingtotheheatingnetworkhydrauliccalculationresultsselectuserssystemandheatingnetworkconnectionsanduserentrancedevice,determinetheheatexchangerstationthermodynamiccalculationandtheequipmentselection,etc.

Thedesignofthenetworkusedthermalhotwater,thenetsprovided95/75℃hotwater.Ontheeastsideofthebuildingtobuildaheatexchangerstation,heatsupplyandreturnwatertemperatureafter40/30℃,heattransferstationequipmentincludingheatexchanger,thecirculatingwaterpump,watersupplypump,thedecontamination,heatingwaterforwatersoftener,theconstantpressurewatersupplypumpfrequencyconversionbytheconstantpressureform,heatingwatertemperatureautomaticcontrolrequirements.Heatexchangerstationpreparedwithtocompactstructure,rationallayout,economicaldurablerequirements.Finallydrawconstructiondrawings.

Keywords:

RadiantfloorheatingHeatexchangerstationHouseholdmetering

Centralheating

绪　论

0.1　设计的目的和意义

本设计的目的是培养学生运用所学的供热工程、流体输配管网、热质交换等课程的理论和技术知识解决实际问题，进一步提高运算、制图和使用资料的能力。

通过设计，了解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，培养利用这些知识解决实际问题的能力，逐步树立正确的设计观点。

此毕业设计是建筑环境与设备工程专业培养学生解决实际问题能力的一个重要的教学实践环节，在建筑环境与设备专业的教学计划中占有重要的地位和作用。

0.2　工程概述

本工程为北京市某住宅楼，整个建筑物为20层，建筑面积约9607m2，建筑总高57m。

热源由城市热网提供，采暖方式为地板辐射式采暖，供回水温度为：

40℃、30℃。

0.3　国内外研究现状

0.3.1　低温热水地板辐射采暖国内研究现状

在国内，随着人们生活水平的不断提高，以及新材料、新工艺、新技术的日益推广应用，低温热水地板辐射采暖方式已成为许多新建小区和公共建筑的供暖方式，该技术已广泛推广并为人们所接受。

作为一项成熟的技术，为了使工程做到技术先进、经济合理、质量可靠、安全适用，2004年国家建设部出台了《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004），本规程2004年10月01日正式实施。

其对工程设计、材料选择、施工安装和检验验收等各个环节进行了规范化和严格的控制。

近十年来在我国北方地区的住宅和公共建筑中低温热水地板辐射采暖应用的越来越广泛，大量的工程设计、施工中也积累了比较丰富的实践经验，并且得到了业主和用户的一致好评。

地暖技术的应用虽然不久，但由于比传统的地热方式——对流散热器采暖具有先进性、安全性、节约能源，低温热水地板辐射采暖是一种被认为最舒适的采暖方式，在国内正得到大力的推广应用。

目前不仅北京的北辰汇欣公寓、曙光小区、万科城市花园、天秀花园、嘉浩别墅、兴涛小区；呼和浩特东苑大型居住区；天津中乒公寓、哈尔滨花园村宾馆、远东广场；新疆医学院第一附属医院等诸多住宅小区皆采用了新型节能型的低温热水地板辐射采暖装置，还有南方的沿海大城市如上海，广东、福建等地区和城市为了改善居室“夏潮冬冷”的不良居住环境，也纷纷采用了地热地板低温辐射采暖装置。

0.3.2　低温热水地板辐射采暖国内研究现状

在欧美、日本、韩国等发达国家已经广泛使用、普及率达到70%。

该技术不仅大量用于民用住宅和各类医疗机构、游泳馆、健身房、商场、写字楼等公共建筑，还大量用于厂房、飞机库、花坛、足球场及蔬菜大棚等建筑系统保温，甚至用于室外道路、屋顶、楼梯、机场跑道融雪和各类工业管线的保温。

目前欧美发达国家超过50%的新建建筑中都采用了低温热水地板辐射采暖系统。

第1章　设计原始资料和依据

1.1　设计原始资料

1.1.1　设计资料

（1）土建原始资料本设计为本工程为北京市某住宅楼冬季供暖系统设计，砖混结构共20层，层高为3m。

该住宅楼共二十层，层高3m，外窗高1.8m，阳台门高2m。

基本资料如下：

外墙：

370mm页岩烧结多孔承重砖加30mm聚苯粒抹面保温层，K=0.6W/（m2·℃）；

外窗：

单框双玻塑钢复合窗，K=3.5W/（m2·℃）；

阳台门：

单框中空双玻铝合金推拉门，K=6.4W/（m2·℃）；

隔墙、梯梯间墙：

K=1.26W/（m2·℃）；

屋顶：

倒置上人屋面，50mm挤塑聚苯板保温层，K=0.8W/（m2·℃）；

楼板：

加25mm聚苯颗粒保温层，K=0.5W/（m2·℃）；

（2）室内外设计参数见表1-1

表１-1　采暖室内计算温度tn（℃）

卧室

餐厅

厨房

卫生间

客厅

20℃

18℃

16℃

22℃

20℃

北京室外设计温度为-9℃[1]。

建筑耐久年限50年；建筑耐火等级为二级；屋面防水等级为二级；抗震设防烈度为6度。

（3）管网参数

本设计采用热水作为热媒：

供水温度：

95℃，回水温度：

70℃。

1.1.2　设计任务

本设计为北京市某小区进行低温热水辐射采暖设计，首先对集中供热的国内外现状、供热方式、室内采暖方式进行分析比较，然后收集资料、确定供热方案，对小区进行设计计算，确定地暖盘管的管径、敷设方式、埋深等，最后绘制出施工图等。

水-水换热站的工程设计。

主要包括换热站的热力计算，设备选型、绘制换热站图纸等。

第2章　采暖方案的确定

2.1　采暖方案的比较

2.1.1　地板辐射式采暖

（1）原理

低温辐射地板采暖是通过埋设于地板下的加热管——铝塑复合管或导电管，把地板加热到表面温度18~32℃，均匀地向室内辐射热量而达到采暖效果。

同时它可以由分户式燃气采暖炉、市政热力管网、小区锅炉房等各种不同方式提供热源。

（2）优点

①地面温度均匀，垂直温度分布均匀，室温自下而上逐渐递减，热舒适度高；

②空气对流减弱，有较好的空气洁净度；

③与其他采暖方式相比，较为节能，可将室内温度降低2~3℃，节能幅度约为10%~20%；

④不占据室内地面有效空间，有利于屋内装修，增加2%~3%的室内使用面积；

⑤有利于隔声和降低楼板撞击声；

⑥房间热稳定性好；

⑦便于实现分户热计量，只需在每户的分水器前安装热量表。

（3）缺点：

①减少了房间的净高，对层高有6cm左右的占用；

②地面二次装修时，易损坏地下管线；

③铺设木地板则有干裂的麻烦，最好选用地砖或复合地板；

④设定温度不能太高，否则会大大降低输送管道的使用寿命；

⑤由于防水需要，卫生间不便铺设，还要借助于电暖气；

⑥增加了楼板荷载。

（4）运行费用：

一个采暖季节每平方米大约需要14元。

2.1.2　家用中央空调系统

（1）原理

采用市政电或天然气，通过出风口提供热源供暖。

（2）优点

①档次高、外形好、舒适度高；

②带新风系统的“风冷式”更为舒适；

③温度与时间可预调；

④舒适性高，适合面积较大的低密度住宅和别墅。

（3）缺点

①前期投入较大，运行费用较高；

②无法享受国家低谷用电优惠政策。

（4）费用

采暖季24元／平方米。

2.1.3　家用电锅炉

（1）原理

采用电能供暖。

（2）优点

①占地面积小，安装简单，操作便利；

②采暖的同时也能提供生活热水；

③舒适性高，适合面积较大的低密度住宅和别墅；

④最先进之处在于具有多种时段、不同温控预设功能。

（3）缺点

前期投入较大，运行费用较高，该产品不太适合利用低谷电蓄热供暖，以达到最为节能之功效。

（4）费用

以100m²居室为例，一个取暖季的基本运行费用在3000元~5000元。

2.1.4　电热膜采暖

（1）原理

以电力为能源，是将特制的导电油墨印刷在两层聚酯薄膜之间制成的纯电阻式发热体，配以独立的温控装置，以低温辐射电热膜为发热体，大多数为天花板式，也有少部分铺设在墙壁中甚至地板下。

具有恒温可调、经济舒适、绿色环保、寿命长、免维护等特点。

（2）优点

①户内无暖气片，房间使用面积可增加2%~3%，便于装修和摆放家具；

②一般不需要维修；

③属清洁能源，无污染；

④可用温控器调节室温；

⑤没有传统采暖的燥热感，温度均匀。

（3）缺点

①电热膜升温较慢，一般需要1~1.5小时才能达到18℃左右；

②系统安装要与装修同步，且不能在顶棚上钉钉子、钻孔等；

③电能供应不畅、不稳或电费标准太高的小区不宜采用。

（4）费用计算，一个供暖季的费用为1920元~2400元之间。

比较以上四种采暖方式，此次设计采用地板辐射式采暖。

2.2　共用立管的布置

采用下供下回双管式系统：

上层循环阻力较大，但同时重力作用压力较大；下层循环阻力较小，但同时重力作用压力较小；故更有利于减小垂直失调[2]。

由于户内系统的阻力远大于立管的阻力损失，故系统的垂直失调现象有所改善。

热水集中采暖分户热计量系统的共用立管，宜设于管道井内。

管道井宜邻楼梯间或户外公共空间。

建筑物内系统的共用立管应遵循下列设置原则：

①应避免采用上分式系统，宜采用下分式系统。

②一对共用立管所负担的户内系统数不宜过多。

除每层设置热媒集配装置连接各户的系统外，一对共用立管每层连接的户数不宜大于三户。

③宜设于具备在分户门外共用空间进行检修条件的管道井内。

④供、回水立管在管道井中的位置应保证与之相连的各分户系统入口装置安装在管道井内，并具备查验及检修条件。

2.3采暖方案的选取

高度超过30m的建筑物，由于静压较大，不宜采用高温水供暖。

对高层建筑，可在垂直方向上分一至两个区，竖向分区。

竖向分区应考虑散热器的承压能力、管材特性、室外管网压力和系统水力计算的平衡情况，决定每区的极限楼层数。

根据经验值[1]：

一般高层建筑高于50米要分区，另外，双管系统最大的问题——垂直失调，楼层越多，重力作用的附加压力就越大，在不额外设阻力平衡元件条件下，应尽量减少在垂直方向上的失调，实现较好的阻力平衡，可以设置阻力较大的阀门来影响户内阻力，以实现系统水力平衡。

根据建筑物的特点和分户采暖热计量的要求，进行竖向分区；每区在管道井中设置共用立管，共用立管采用下供下回异程式双管系统；采用这种形式下供下回同程式相比较有很多优点：

对于异程式来说上层循环环路长度长阻力大，下层循环环路长度短阻力小，刚好抵消重力作用产生的上层大于下层的附加压力，减小垂直失调的问题。

在户内采用地暖供暖系统。

每户形成一个相对独立的循环环路，这种方式的优点可实现分户调节，热性舒适比较好，且户内系统的阻力较大，易于实现供暖系统的平衡和稳定。

考虑到本设计建筑物的特点和业主对采暖形式的要求，本设计立管采用双管下供下回独立系统，室内采用地板辐射式采暖。

每个环路形成一个独立的系统以便于进行分户计量。

由于楼层和建筑物高度等因素，本设计进行竖向分区。

2.4地板辐射供暖的分类：

随着地面供暖技术的发展，其类型逐渐增多。

根据热媒和发热元件分类，分为热水地面供暖和加热电缆地面供暖2类。

（1）热水地面供暖

以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。

系统主要材料包括加热管、分水器、集水器及连接件和绝热材料。

安装方式一般分为埋管式和组合式两大类。

（2）加热电缆地面供暖

发热电缆通电后，导体工作温度控制在40℃~70℃，通过地面（10℃~35℃）作为散热面，以辐射的方式向地面以上传递，使其表面温度升高，达到提高及保持室温的目的。

室内温度均匀，各处温度可按需调节，各个房间可自由、单独控制，节约能源；无噪音，无污染；智能运行，耗能低，热辐射供暖，效率高；不占用室内、室外任何空间。

由于该建筑是小区住宅，一般情况下需要持续供热，而发热电揽易烧断，经济性也比较差，所以选用低温热水辐射采暖方式。

第3章　采暖负荷计算

在冬季，随着室外温度的降低，为了满足人们正常生活、生产的需求，保证室内一定的温度，就必须向室内供给热量以补充房间的散热损失，保持供暖房间在要求室温下的热平衡。

供暖系统通常利用散热设备向房间供给热量，从而达到供暖的目的。

供暖系统的设计热负荷是供暖系统设计的最基本依据，直接关系到供暖系统的方案选择、供暖管道管径和散热设备的确定，关系到供暖系统的使用效果和经济效益。

同时它也是集中集中供热系统设计的基本数据之一。

因此关系到供热热源设备和供热管网管径的选择及供热系统能耗与社会环境效益。

建筑热工设计直接影响供暖热负荷的大小，是建筑节能设计的重要内容。

集中供热系统的热用户主要包括供暖、通风、空气调节、生活热水供应和生产工艺用热等用热系统，这些用热系统的热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的重要依据。

冬季供暖系统的设计热负荷，应根据建筑物或房间得、失热量确定[3]。

（1）供暖房间失热量

①围护结构的耗热量。

②加热经门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，称冷风渗透耗热量。

③加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量，称冷风侵入耗热量。

④户间楼板或隔墙发成传热，称户间耗热量。

⑤通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量，称通风耗热量。

（2）供暖房间得热量

①最小负荷的工艺设备散热量。

②热管道及其他热表面的散热量。

③热物料的散热量。

（3）通过其他途径散失或获得的热量

不经常的散热量，可不计入；经常而不稳定的散热量，应采用小时平均值。

对于民用建筑以及产热量很少的工业建筑，热负荷主要考虑围护结构传热耗热量、冷风渗透耗热量、冷风侵入耗热量、太阳辐射得热量。

为简化计算，太阳辐射得热和冷风侵入耗热量，分别在围护结构传热耗热量中按一定比例进行附减和附加。

3.1供暖设计热负荷的计算

房间的热负荷Q主要包括以下几部分：

（3-1）

式中,Q1——围护结构耗热量；

Q2——冷风渗透耗热量；

Q3——冷风侵入耗热量;

Q4——户间传热耗热量。

在该住宅楼的设计中，只对上层的住宅进行供暖，底层的地下室不进行供暖。

根据北京市标准采暖热负荷计算不应计算设有加热管道地面的耗热量。

1~18层的住户按照由北向南、由西向东依英文字母顺序进行编号，各户内房间依据不同用途进行了说明即标记。

3.1.1　围护结构的耗热量

（1）围护结构的基本耗热量：

（3-2）

式中，K——围护结构的传热系数，W/m2·K；

F——围护结构的计算面积，m2；

——冬季室内空气的计算温度，℃；

——冬季室外空气的计算温度，℃；

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。

（2）围护结构耗热量的修正

按照暖通规范的规定,维护结构的耗热量修正应考虑朝向修正、风力附加和高度附加三个方面。

朝向附加耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。

朝向修正率宜按下列规定的数值[1]选用：

北、东北、西北0~10%；东南、西南-10%~-15%；

东、西-5%；南-15%~-30%；

风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。

在一般情况下，不必考虑风力附加[2]。

只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加5%~10%。

北京市冬季室外平均风速为2.8m/s，所以不考虑风力附加。

高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。

民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2%，但总的附加率不应大于15%[2]。

该住宅楼所有房间高度均小于4m，故不考虑高度附加。

在此只考虑朝向修正，修正率如下：

北10%；东-5%；西-5%；南-20%；

3.2　冷风渗透耗热量

冷风渗透耗热量是指，在风压和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。

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。

冷风渗透散热量常用方法有缝隙法、换气次数法和百分数法。

本设计用缝隙法。

冷风渗透耗热量

=0.28Vρw

（

）（3-3）

式中，

——冷风渗透耗热量（W）；

V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；

ρw——供暖室外计算温度下的空气密度，ρw=1.303kg/m3；

cp——冷空气的定压比热，cp=1.0056KJ/（kg·℃）。

经门、窗隙入室内的总空气量按式3-4计算

V=

（3-4）

式中，Lh——每米每小时缝隙入室内的空气量；Lh的值可根据冬季室外平均风速确定[3]；

——门窗缝隙的计算长度，m；

n——渗透空气量的朝向修正系数。

《暖通规范》规定：

宜按下列规定的数值，选用不同朝向的修正率

北1；东0.15；西0.4；南0.15。

3.3　冷风侵入耗热量

由于该住宅楼各房间都没有外门，所以不用考虑冷风侵入耗热量。

3.4　户间传热耗热量

Q4=XhKFΔt（3-5）

式中，Q4——户间总热负荷，W；

Xh——户间传热量附加率；

K——户间楼板或隔墙的传热系数；

F——户间楼板或隔墙的传热面积；

Δt——户间传热计算温差。

进行户间传热负荷计算时：

（1）户间传热负荷的计算温差一般取5-8℃

（2）户间传热量附加率是考虑楼板或隔墙同时发生传热的概率，一般取50%。

对于顶层或者底层房间，由于垂直方向只有向下或向上传热，应考虑较大概率，一般可取70-80%。

3.4　热负荷计算举例

图3-1建筑平面图

以下是111户卧室1的热负荷计算过程，温差修正系数a均取为1，

（1）围护结构基本耗热量Q1

北外墙的面积为F=6.36m2，传热系数K=0.6W/（m2·℃），室内计算温度tn=20℃，室外设计温度tw=-9℃，温差修正系数a=1：

=110.66W

北外窗的面积为F=3.24m2，热系数K=3.5（m2·℃），内计算温度tn=20℃,室外设计温度tw=-9℃，温差修正系数a=1：

=328.86W

西外墙的面积为F=9.15m2，热系数K=0.6W/（m2·℃），内计算温度tn=20℃，室外设计温度tw=-9℃，温差修正系数a=1：

=151.25W

西外窗的面积为F=1.35m2，热系数K=3.5（m2·℃）：

内计算温度tn=20℃,室外设计温度tw=-9℃，温差修正系数a=1：

=130.17W

地面各地段的传热系数见表3-1

表3-1　地面各地段传热系数

地带名称