室外供热管网设计.docx
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室外供热管网设计
第一章工程概述
第一节供热系统的区域简介………………………………………………1
第二节原始资料……………………………………………………………2
第三节热源状况介绍………………………………………………………2
第二章热负荷计算
第一节热指标的选择………………………………………………………2
第二节热负荷的计算………………………………………………………2
第三节绘制热负荷延续时间图……………………………………………3第四节供暖年耗热量以及耗煤量的计算………………………………7
第三章供暖方案的确定
第一节热媒的选择………………………………………………………8
第二节热媒参数的确定…………………………………………………11
第三节供热管网的平面布置……………………………………………13
第四节管网附件设计原则………………………………………………17
第四章管道水力计算
第一节管道水力计算图绘制……………………………………………21
第二节确定计算管路……………………………………………………22
第三节比摩阻的选择……………………………………………………22
第四节阻力平衡的原则及措施…………………………………………23
第五节水力计算…………………………………………………………24
第五章系统水压图、调节方式和系统工艺设备、设施的选择
第一节系统定压方式的确定……………………………………………52
第二节供热系统原理图………………………………………………56
第三节水压图的绘制……………………………………………………57
第四节供热系统的调节方式及调节曲线的绘制………………………58
第五节供热系统工艺设备的选择………………………………………59
第六章管道保温结构和管网土建措施
第一节管道的保温选择和计算…………………………………………64
第二节管沟形式和检查井的确定………………………………………68
第三节固定蹲位置的确定及推力计算……………………………69
参考文献………………………………………………………………70
第一章概述
第一节供热系统的区域简介
1地理位置
河北省张家口市，又称“张垣”“武城”。
位于中国河北省西北部，地处京、冀、晋、蒙四省市区交界处，是北京的北大门，也是历史上兵家必争之地，重要的地理文化名城。
全市辖4区、13县、2个管理区，1个高新区，总面积3.7万平方公里，分为坝上、坝下两个不同的自然区域，总人口450万人，其中农业人口310万人。
张家口的发源地是现位于桥西区的堡子里一带，这里的发展是整个张家口逐步繁荣的历史见证。
大境门、清远楼、堡子里建筑群、鸡鸣驿、五郭台长城、张家口市区段长城、冰山梁长城（长城最高点2211米）、蔚县古城、怀来古城、黄帝祠（中华三祖堂）、中华合符坛、小五台山、蔚县空中草原、镇朔楼、崇礼长城岭滑雪场、翠云山滑雪场、云泉寺、赐儿山、安家沟生态旅游、水母宫、赤城朝阳观、野狐岭古战场、元中都遗址、素葬楼、坝上草原、爱吾庐-冯玉祥将军故居（桥东区德胜街45号）、赤城温泉、黑龙山国家森林公园、蔚州暖泉书院、桥西抡才书院、蔚县南安寺塔、金阁山（丘处机修炼地）、蔚县代王城遗址、天漠、官厅湖（新中国第一座水库）、蔚州灵岩寺、水母宫地下长城。
而容辰庄园处于张家口市桥东区胜利南路市迎宾大路一侧，是未来新旧城区的交汇点，地理位置得天独厚。
规划投资5亿多元人民币，占地面积15公倾。
规设计划建设面积24.5万平方米，其中住宅建筑面积16万平方米，由多层和高层组成；商业建筑面积4万平方米；星级酒店及高级写字楼4.5万平方米；沿街为425米长，25米宽的欧式风情商业走廊；社区绿化率达30%，使用新欧式古典主义为主体的建筑设计风格。
它将成为张家口市中心的主要景观之一。
附近又有超市发，国美电器，苏宁电器，中美电器商场。
还有一些餐饮店、休闲店、品牌店、美发店，麦当劳就在容辰小区门口。
这些店铺属于容辰小区一部分，一出门就是超市，麦当劳，上岛，阿迪，耐克，所以最方便就是容辰小区了。
2气候条件
张家口属于温带大陆性气候，四季分明，雨热同季，昼夜温差大，冬季寒冷，夏季凉爽，适合人类居住。
3资源与产业
张家口市产业集聚区始建于2007年9月，2008年被省政府批准为全省首批32家省级产业集聚区之一。
2010年3月，正式组建成立张家口市产业集聚区党工委、管委会。
按照调整后的行政区划，产业集聚区总面积72.69平方公里，辖1乡13个行政村，人口2.28万人。
第二节原始资料
1气象资料
查《供暖通风设计手册》附录可得张家口市气象资料：
室外计算温度：
－15℃
室外平均计算温度：
－4.6℃
通风室外计算温度：
－10℃
冬季室外平均风速：
3.6m/s
主导风向：
NNW
最大冻土深度：
136cm
供暖期：
155天
不同室外温度的延续时间（小时数）
第三节热源状况的介绍
本设计为张家口市容辰小区，目前张家口市已改为城市集中供热，市政供热外网高温水（130/70℃）进入小区换热站（也就是原先锅炉房）换热。
第二章热负荷计算
第一节热指标的选择
选择热指标的大小，主要与建筑物的结构外形以及层高有关，建筑物的维护结构传热系数越大，采光率越高，则建筑物的热损失越大，在这种情况下，热指标可取较大值；反之，则取较小值。
正确合理地计算热负荷是确定热源规模和供暖热网管径大小、锅炉运行方案是否合理、能否取得经济效益、社会效益的重要因素。
因此在管网设计前，必须对各类建筑物的数量、性质、规模、层数、环境等进行详细调查和准确计算。
热指标分为体积和面积热指标两种，它是表示各类建筑物，在室内外温差1℃时，单位体积或面积的供暖热负荷。
建筑物的供暖热负荷，主要取决于通过垂直维护结构（墙，门，窗等）向外传递的热量，它与建筑物的平面尺寸和层高有关，因而不直接取决于建筑物平面面积，用供暖体积热指标表征建筑物供暖热负荷的大小，物理概念清楚；但采用供暖面积热指标法，比体积热指标更容易概算。
目前一般来讲民用建筑我们多采用面积热指标，而对于工业建筑，多用体积热指标法，故本设计对于机械厂的工作车间及车间配楼等采用体积热指标，而对于一些民用建筑等均采用面积热指标。
根据《城市热力网设计规范》CJJ34-2002中的热指标图表
表2-1采暖热指标推荐值qh（W/m2）
建筑物类型
住宅
居住区综合
学校办公
医院托幼
商店
食堂餐厅
大礼堂体育馆
采取节能措施
40～50
45～55
50～70
55～70
55～70
100～130
100～150
第二节热负荷计算
（一）供暖热负荷的计算
供暖设计热负荷的概算，可采用体积或面积热指标法等进行计算。
1、体积热指标法，建筑物的供暖设计热负荷，可按下式进行概算
Qn=qvVw（Tn-T’w）×10-3KW
式中Qn－建筑物的供暖设计热负荷，KW;
Vw－建筑物外围体积，m3
Tn－供暖室内计算温度，℃
T’w－供暖室外计算温度，℃
Qv－建筑物体积热指标，W/m3℃
2、面积热指标法，建筑物的供暖设计热负荷，可按下式进行概算
Qn=qfF×10-3KW
式中Qn－建筑物的供暖设计热负荷，KW;
F－建筑物的建筑面积，m2;
qf－建筑物供暖面积热指标,W/m3
本设计为小区集中供热，采用面积指标法，各建筑物的热负荷估算详见下表所示：
楼编号
建筑面积
层数
总面积
热指标
热负荷
1-3
204
12×3
7344
45
330480
4
213
6
1278
45
57510
5
60
6
360
45
16200
6
470
6
2820
45
126900
7-10
630
6×4
15120
45
680400
11-14
470
6×4
11280
45
507600
15-17
515
12×3
18540
45
834300
18-22
480
6×5
14400
45
648000
23-24
310
6×2
3720
45
167400
25-27
279
6×3
5022
45
225990
28
432
6
2592
45
116640
29
410
6
2460
45
110700
30-32
279
6×3
5022
45
225990
33
132
6
792
45
35640
34-37
515
12×4
24720
45
1112400
38-41
567
6×4
13608
45
612360
42-44
279
6×3
5022
45
225990
45
648
6
3888
45
174960
46-48
279
6×3
5022
45
225990
49
765
6
4536
45
204120
50-57
168
6×8
8064
45
362880
58-61
198
6×4
4752
45
213840
62-66
168
6×5
5040
45
226800
67
480
6
2880
45
129600
68
570
6
3420
45
153900
69-72
210
6×4
5040
45
226800
73-75
162
6×3
2916
45
131220
76-77
385
6×2
4620
45
207900
78-80
432
6×3
7776
45
349920
81-85
320
6×5
9600
45
432000
86-90
470
6×5
14100
45
634500
91
512
4
2048
45
92160
92
410
4
1640
45
73800
小学
1047.4715
3
3142.2525
60
188535.15
托儿所
441
2
882
65
57330
商店1
396
2
792
60
47520
商店2
611.9
2
3067.8
60
184068
商店3
996
2
1992
60
119520
剧场
680
3
2040
130
265200
托幼
759.6649
2
1519.3298
65
98756.437
职工子弟小学
1083.4068
3
3250.2204
60
195013.224
饭店
720
2
1440
130
187200
保健站
192
2
384
60
23040
总和
237951.6
11241072.81
（二）热负荷延续图
在供热工程规划过程中需要绘制热负荷延续时间图。
利用热负荷延续时间图，可以计算出供暖期间的供暖年总耗热量，而且还能从图上直观的了解在不同室外温度状况下的热负荷及相应的小时数。
能够清晰的反映出整个供暖期间系统热负荷的情况，从而为系统调节，技术分析及运行管理提供必要的资料。
各城市的地理位置和气象条件等因素是有很大差别的，但也有一些共同的特点：
（1）根据《暖通规范》，各城市的开始和停止供暖温度都定为＋5℃；
（2）根据《暖通规范》，以不保证天数为5天的原则，确定各城市的供暖室外计算温度tw’值；
（3）各城市供暖期长短（n小时数）与其室外温度变化幅度，大致也有一定规律。
用下列无因次群形式的数学模型，来表达供暖期内的气温分布规律。
Rt=0（N≤5）或Rt=
（5或用下式表示：
tw＝tw’（N≤5）
或tw=tw’+（5－tp.j）
（5式中tw――某一室外温度，℃；
Tw′、tp.j、和5――供暖室外计算温度、供暖期室外日平均温度和供暖期开始及终止供暖的室外日平均温度，℃；
Rt、Rn――两个无因次群，分别代表无因次室外气温和无因次延续天数和小时数
Nzh、nzh、5、120――供暖期总天数或总小时数；不保证天数（5天）或不保证小时数（120h）;
N、n――延续天数或延续小时数；
b――Rn的指数值；
μ――修正系数。
根据供暖热负荷与室内、外温度差成正比关系，即1
式中Qn’、Qk’――供暖设计热负荷和在室外温度tw下的供暖热负荷；
――供暖相对热负荷；
tn――供暖室内计算温度，取18℃。
由上可以得出供暖热负荷延续时间图的数学表达式：
Qk’=Qn’（N≤5时）或Qk’=（1－β0Rnb）Qn’（5式中β0＝（5－tw’）/（tn－tw’）
可得
可得下表：
（k=1,2,3…10）
表2-4热负荷延续图计算表
tw
－13
－11
－9
－7
－5
－3
－1
1
3
5
Qn
10.555
9.869
9.184
8.498
7.813
7.127
6.441
5.755
5.069
4.384
Rn
0.089
0.184
0.282
0.381
0.482
0.584
0.687
0.791
0.895
1.000
n
437
779
1128
1488
1848
2222
2593
2964
3342
3720
由上表数据画供暖热负荷延续时间图
供暖热负荷及热水负荷延续时间图，如下图1所示
第四节供暖年耗热量以及耗煤量的计算
一、供暖耗热量的计算
1、供暖年耗热量Qn.a
Qn.a=24Qn’（Tn-Tp.j/Tn-Tw’）NKWh/a
式中Qn’－供暖设计热负荷，KW;
N－供暖期天数，d，
Tw’－供暖室外计算温度，℃
Tn－供暖室内计算温度，℃
Tp.j－供暖期室外平均温度，℃
=24×155×11241.073×18-（-5）/18-（-15）
=2.9×107KW.h/a
=1.05×105GJ/a
总的供暖年耗热量为Qna=1.05×108MJ/a
二、年耗标煤量的计算
1、由热负荷延续图得年耗标煤煤量=年耗热量/单位标煤的耗热量*锅炉效率
煤的发热值为29310KJ/Kg，锅炉的效率是75%。
总的年耗煤量为：
4776.5吨。
第三章供热方案确定
第一节热媒的选择
一.热媒分类
供暖系统的常用热媒是水、蒸汽、空气。
供暖系统的热媒，应根据安全、卫生、经济、建筑性质和地区供热条件等因素考虑决定。
查《供暖通风设计手册》，列表如下：
表4
民用及公共建筑
建筑种类
适宜采用
允许采用
居民建筑、医院、幼儿园托儿所等
不超过95℃的热水
1低压蒸汽
2不超过110℃的热水
办公楼、学校、展览馆等
1不超过110℃的热水
2低压蒸汽
高压蒸汽
一般俱乐部影剧院
1不超过110℃的热水
2低压蒸汽
不超过130℃的热水
注：
1低压蒸汽系压力为≤70Kpa的蒸汽。
2采用蒸汽为热媒时，必须技术论证为管理，并在经济上经分析为合理时才允许。
查《供热工程》：
在集中供热系统中，以水作为热媒和蒸汽相比，有下述优点：
a热水供热系统的利用率高。
由于在热水供热系统中，没有凝结水和蒸汽泄漏，以及二次蒸汽的热损失，因而热能利用率比蒸汽供热系统高，实践证明，一般可节约燃料20%～40%。
b以水作为热媒用于供暖系统时，可以改变供水温度来进行供热调节（质调节），既能减少热网损失，又能较好的满足卫生要求。
c由于水的热容量大，在短时间水力工况失调时，不会引起显著的供热状况的改变。
d在热电厂供热的情况下，可以充分利用汽轮机的低压抽汽，得到较高经济效益水介质的缺点是输送耗电量大。
以蒸汽作为热媒，与热水相比有如下优点：
1）以蒸汽作为热媒的使用面广，能满足多种热用户的要求。
尤其在生产工艺用热都要求采用蒸汽来供给热量。
2）汽网中输送蒸汽凝结水所耗的电能少，输送靠自身压力，不用循环系统，不用耗电。
3）因温度和传热系数都比水高，可以减少散热设备面积，降低了设备的费用。
4）由于蒸汽的密度很小，可以适用于地形起伏很大的地区和高层的建筑中，输送和使用过程中不用考虑静压，连接方式简便，运行也很方便。
但是蒸汽介质有如下缺点：
⑴能源效率低
⑵蒸汽使用后凝结水回收困难，仅除盐水（或软化水）损失大，而且热损失也大。
⑶蒸汽在使用和输送过程中损失大。
⑷以蒸汽输送距离短。
以热水作为热媒时一般有如下的优点：
1）热水供热系统的热能利用的效率高。
2）用热水可以改变热水温度来进行供热调节，既可以减少热网的热损失又可以很好的满足卫生要求。
3）热水供热系统的蓄热能力强，系统中的水量大，水的比热很大。
因此，水力工况和热力工况短时间的失调时也不会引起供暖状况的很大波动。
4）热水供热系统可以实现远距离输送，其供热半径大。
对于一个系统的热媒选择蒸汽的时候应该遵循下面的原则：
（1）凡是用户用汽参数相同的中小型工厂，均可采用单管蒸汽系统。
（2）凡是用户用汽参数较大，可采用双管蒸汽系统。
（3）采暖期短、采暖通风用汽量占全厂用汽量50%以下时，为节约初投资费用可采用单管蒸汽系统。
采暖期长、采暖通风用汽量超过全厂用汽量的50%时，则可选用双管蒸汽系统，其中一根蒸汽管供采暖通风用汽，另一根蒸汽管专供生产用汽，全年运行。
（4）凡全厂绝大多数用户以蒸汽为热介质，只有个别用户采暖通风以热水为热介质，则全厂统一采用单管蒸汽系统，而在某一用户建一换热站利用蒸汽加热低温水（95℃以下）供个别一个或几个用户热水作为采暖用。
根据上述以水或蒸汽作为热媒的特点，对热电厂供热系统来说，可以利用低位热能的热用户（如供暖、通风、热水供应等），应首先考虑以热水作为热媒。
因为以水作为热媒，可按质调节方式进行供热调节，并能利用供热汽轮机的低压抽气来加热网路循环水，对热电联产的经济效益更为有利；对于生产工艺的热用户，通常以蒸汽作为热媒。
对于工业区的集中供热系统，通常既有生产工艺热负荷，也有供暖、通风等热负荷，此时多以蒸汽作为热媒来满足生产工艺用热要求。
但对于供暖系统的形式，热媒的选择，则应根据具体情况，通过全面技术经济比较来确定。
一般来说，对于以生产用热量为主，供热量不大，而且供暖时间又不长的工厂区，宜采用蒸汽供热系统向全厂供热；对其室内供暖系统，可考虑采用蒸汽加热的热水供暖系统或直接利用蒸汽供暖；对于厂区供暖用热量较大，而且供暖时间又较长的情况，宜采用单独的热水供暖系统，向各建筑物供暖。
总之，根据用户性质、介质的种类、热负荷的大小、用户分散程度等综合因素考虑。
蒸汽和凝结水状态参数变化较大的特点是蒸汽供暖系统比热水系统在设计和运行管理上较为复杂的原因之一。
由这一特点引起系统中出现“跑”、“冒”、“滴”、“漏”问题解决不当时，会降低蒸汽供热系统的经济性和适用性。
蒸汽供暖系统散热器表面温度高，易烤炙积在散热器上的灰尘，产生异味，卫生条件较差。
由于上述“跑”、“冒”、“滴”、“漏”影响能耗以及卫生条件等两个原因，在民用建筑中，不适宜采用蒸汽供暖系统。
在工厂中，蒸汽作为供热系统的热媒得到极广泛的应用，生产工艺热负荷与其他热负荷共存时，传热介质的选择尽量只利用一种供热介质，根据个体情况，通过全面的技术经济比较确定热媒。
2、热媒的选择
张家口容辰小区室外供热管网的设计属于民用建筑供暖的设计，总的供热面积为23.79万平方米，通过比较热水、蒸汽供热的各自的优缺点，采用热水作为供热热媒比较合适。
二.热媒参数的确定
1.热媒参数的分类
热水供暖系统按照水的参数的不同，可以分为低温热水供暖系统（水温低于100℃）和高温热水供暖系统（水温高于100℃），热水参数越高，输送能力越大，越能节省输送电量。
但温度过高反而不经济。
要提高热水参数则能耗大，设备投资大，所以确定热水温度时，要经过技术经济比较。
查《城市热力网设计规范》：
对于以区域锅炉房为热源的热力网，提高供水温度、加大供回水温差，可以减少热力网的流量，降低管网投资和运行费用，而对锅炉运行的煤耗影响不大，从这方面看，应提高区域锅炉房供热介质温度。
但当介质温度高于热用户系统的设计温度时，用户入口要增加换热或降温装置，故提高供热介质温度也存在技术经济合理化的问题。
当不具备确定最佳供回水温度的技术经济比较条件时，推荐的热水热力网供回水温度的依据是：
以区域锅炉房为热源时，供回水温度的高低对锅炉房运行的经济性能影响不大。
当供热规模较小时，与户内采暖设计参数一致，可减少用户入口设备投资。
当供热规模较大时，为降低管网投资，宜扩大供回水温差，采用较高的供水温度。
当供水温度确定以后，回水温度应根据室外管网及内部系统散热设备的基建投资（室内管网的基建投资与用水温度的变化有关），系统运行费用及系统折旧、修理和维护费用总和最小的技术经济比较而确定。
根据《集中供热设计手册》，当不具备确定最佳供回水温度的技术经济比较条件时，热水供回水温度按以下原则确定：
A区域性锅炉房供回水温度
区域性锅炉房为热源，供热规模较小时，供回水温度可采用95/70℃,80/60℃的水温,而供热规模较大时,经济技术比较可采用110/70℃130/70℃,150/80℃等高温水作为供热介质。
B二次网供回水温度可根据一次网供回水温度和卫生要求及供热区内热用户的要求,并经过详细技术经济分析后确定，一般二次网供回水温度有如下几种参数:
95/70℃、85/65℃、80/60℃、70/50℃等。
2热媒参数的选择
热媒参数，对于生产工艺热负荷，要满足整个用户生产工艺用汽压力、温度、和蒸汽干度的要求；对于供暖负荷，要尽可能提高热媒参数，可以降低热网投资和减少输送电能消耗。
在本设计中，只有供暖热负荷，采用95/70℃的低温水作为供热介质。
第二节管网的平面布置
1．管网的布置形式
供热管网布置形式有枝状管网和环状管网两大类型。
枝状管网系统简单，管道的直径沿途随热负荷的减少而减小，管道金属耗量少，管网造价低、运行管理方便。
但是供热的后备性差，即当管道某处发生故障，在损坏地点以后的所有用户供热负荷中断，甚至造成整个系统停止供热。
考虑到建筑物具有一定的蓄热能力，对于较小的管径，排除热网故障所用的时间短，短时停热建筑物室温不致大幅度降低。
因此，枝状管网是中小型供热系统最普遍采用的管网形式。
环状管网实际上指输配管网成环状。
从热源到输配管网，从输配管网到热用户或二级换热站的管网仍布置成枝状。
环状管网的优点是具备很高的供热后备能力。
当输配干线某处出现事故时，可以切除故障段后，通过环状管网由另一方向供热。
加之多热源及其多条输配干线通向环状管网，因而极大提高了供热的可靠性。
在大型集中供热系统中常用环状管网。
环状管网和枝状管网相比，热网投资增大，运行管网更为复杂。
热网要有较好的自动控制措施，目前国内刚开始使用。
本次设计热源为一个区域锅炉房，所设计的小区面积不是太大，考虑到枝状管网应用较成熟，运行调节较简便，故本次设计热网布置宜采用枝状管网。
2.
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