北京市某住宅楼冬季供暖系统设计（毕业设计） .doc

《北京市某住宅楼冬季供暖系统设计（毕业设计） .doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京市某住宅楼冬季供暖系统设计（毕业设计） .doc（53页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、土木建筑学院课程设计（论文）说明书课程名称： 供 热 工 程 设计题目： 北京市某住宅楼冬季供暖系统设计 专 业： 建筑环境与设备工程 班级： 2004 设 计 人： 指导教师： 2007年7月12日课程设计任务书专业（方向）： 建筑环境与设备工程 班级： 学 生 姓 名： 学号： 一、 课程设计题目： 北京市某住宅楼冬季供暖系统设计 二、 原始资料： 北京市某住宅楼建筑施工图 三、 设计应解决下列主要问题： 1、室内外设计参数的确定； 2、供暖设计热负荷的计算； 3、散热设备的选型计算； 4、管道的水力计算； 四、 设计图纸： 共四张 供暖设计施工图 二至七层供暖平面图 二至七层供暖系统图

2、大样图 五、命题发出日期： 2007.7.02 设计应完成日期： 2007.7.12 设计指导人（签章）： 系 主 任（签章）： 日期： 年 月 日指导教师对课程设计评语 指导教师（签章）： 系 主 任（签章）： 日期： 年 月 日摘要本设计主要是对北京市某住宅楼进行低温热水地板辐射采暖的系统设计。首先对各种供暖系统进行了比较，对低温热水地板辐射采暖国内外现状、优缺点、传热特点和铺设方式进行了分析，得出了这是一种舒适节能的采暖方式。再对住宅楼进行采暖热负荷计算，由于地板辐射采暖室内实感温度高于设计温度，所以计算时将所得的结果取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

3、的方式。这种铺设方式地板表面的均匀，满足了舒适性要求。最后，在各户安装温控阀和热计量表，对各户房间进行温度控制和热计量。关键词：供暖工程；低温热水地板辐射供暖；热负荷；分户计量。目录1 供暖方式的比较和选择 11.1 几种采暖方式的简单比较 11.2 地板辐射采暖的综合介绍 31.3建筑内供暖立管的形式选择 42 设计依据和原始资料 52.1设计依据 52.2 设计原始资料 52.3设计原则 63 采暖负荷计算 73.1维护结构的耗热量 73.2冷风渗透耗热量 83.3冷风侵入耗热量 83.4热负荷计算举例 83.5热负荷计算表 94 地板辐射采暖设计 104.1采暖盘管选择与布置 104.2

4、 采暖盘管设计计算 115 水力计算 135.1设计计算公式 135.2户内环路水力计算 135.3 系统水力计算 165.4小结 196 热表及温控阀选型 206.1 温控阀的选择 206.2 热表的选择 207 管道的保温 217.1保温管道的确定原则 217.2保温材料的选择 21小 结 22附录1 24附录2 29附录3 35附录4 39附录5 411 供暖方式的比较和选择1.1 几种采暖方式的简单比较1.1.1 集中式供暖 1、原理以城市热网、区域热网或较大规模的集中供暖为热源的方式，在目前以至今后一段时期内将仍是城市住宅供暖方式的主要方式。 2、优点（1）技术比较成熟，安全、可靠，

5、使用方便，价格便宜； （2）每天24小时供暖。 3、缺点（1）供暖的时间和温度不能自己控制，立式的散热片不美观、占空间，影响装修效果； （2）供暖期前后无热源； （3）散热片取暖，一般出水温度在70摄氏度以上，但温度达到80度时就会产生灰尘团，使暖气上方的墙面布满灰尘。 4、费用 以100平方米居室为例，按北京市规定煤气供暖的运行和支付费用为24元/平方米。一个采暖季需支付2400元。 1.1.2 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至32摄氏度，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

6、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，室温自下而上逐渐递减，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，节能幅度约为10至20； （4）有利于屋内装修，增加2至3的室内使用面积； （5）有利于隔声和降低楼板撞击声。 3、缺点： （1）对层高有8厘米左右的占用； （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。 4、运行费用： 一个采暖季节每平方米大约需要14

7、元（18情况下）。1.1.3 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100平方米居室为例，一个取暖季的基本运行费用在3000元5000元。 1.1.4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，

8、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到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到15小时才能达到18摄氏度左右； （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元到2400元之间。 1.1.5家用中央空调系统 1、原理采用市政电或天然气

9、，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； （1）带新风系统的“风冷式”更为舒适； （1）温度与时间可预调。 （1）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； （1）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。 1.2 地板辐射采暖的综合介绍1.2.1地板采暖的历史地面采暖可追溯到明朝末年，为皇宫王室才能拥有的取暖方式如现存我国的故宫，冬天全部以青砖地面下砌好烟道，通过烟道传烟并合理配置出烟窗以达到把青砖温热而后传到室内，使室内产生温暖的效果。以后我国北方农村出现火墙、火炕的取暖方式。韩国、日本出现地炕，随

10、着新型材料而将热向地面上的空间散发，维持该空间具有较稳定的合适温度的供暖技术，该技术早在本世纪30年代就在发达国家开始应用，我国在50年代初就已将该技术应用于人民大会堂，华侨饭店等工程中。1.2.2 地板采暖的优点（1）节能。根据各种采暖方式室内温度测试结果，地板辐射采暖方式是最理想的采暖方式。在建立同样舒适条件的前提下，地板采暖房间的室内温度比一般散热器采暖温度低2-3，节省了能源，降低了供暖系统的运行费用；（2）舒适。地板低温辐射采暖以地板为散热器，在向人体和周围空气对流换热同时还向四周的家具及外围结构表面进行辐射换热，使壁面温度升高，减少了四周表面对人体的冷辐射。由于有辐射强度和温度的双

11、重作用，使室温比较稳定且温度梯度小，形成了真正的符合人体散热要求的热环境，给人以脚暖头凉的舒适感，可使脑力劳动者的工作效率提高；（3）美观。由于室内取消了暖气片及其管道，相当于增加了2-3%的使用面积。更便于装修和室内布置； （4）地板采暖适合分户计量及节能设计。管道的布置，系统阻力值的确定，均可根据不同情况，不同要求由设计人自己决定；（5）安全可靠，使用寿命长，清洁卫生。管材的使用寿命无论国外还是国内的生产厂家均承诺为50年；（6）热源选择灵活。低温热水地板辐射采暖系统供水温度为40-60 ，可充分利用废热水和地热水资源。1.2.3 地板采暖的缺点(1) 地板采暖要求建筑层高增加6-8厘米，

12、管道安装需与土建施工同步进行。(2) 造价较散热器采暖高。但据生产厂家透漏，近一年来全国有几个生产厂家发展到一百多个，随着生产量的增多，价格必随之降低，因此地板采暖有很大的发展潜力。1.2.4 低温热水地板辐射采暖的结构和布置形式低温热水地板辐射采暖结构层由上到下依次为覆盖层、找平层、埋管层、隔湿层、保温层。其详细结构见图3.1。其中保温层的作用是为了减少热量向下传递，多用聚苯乙烯泡沫板材做成；埋管结构层有木质地板结构和混凝土结构两种，多采用埋管设于混凝土的做法；隔湿层用来防止水进入保湿层。地面上可根据用户装饰的要求，铺设地板或地毯形成覆盖层。当设有覆盖层时，因其热阻较大，会使传热效率降低。埋

13、管常见的布置形式有单蛇型、双蛇型、双回型、单回型几种。1.2.5地板采暖的主要技术参数结构层厚度：公共建筑90mm，住宅70mm；热煤温度： 65（最高80）；供回水温度：8-15；工作压力： 0.8Mpa； 结构层受荷载 2000kg/m3 ,若2000 kg/m3时，应采取相应措施；供水干管上设置过滤网，防止异物进入系统内；供暖散热量与地面材质、供回水温度、管间距、室内设计温度有关。1.2.6 地板采暖的适用范围各式住宅、别墅楼；办公商务楼、会展馆、大型会议展厅；停车场机场跑道，候机楼、飞机库；工业厂房、水产养殖、种植大棚、娱乐场所、体育场馆；商场、购物中心。1.3建筑内供暖立管的形式选择

14、由于该建筑物共七层，高度较高，故在设计时选择机械循环系统。考虑到热用户用热均匀的要求，设计中决定采用双管系统。由于该建筑物没有顶棚，供水干管无法布置在顶层，故在设计时采用下供下回式双管系统。2 设计依据和原始资料2.1设计依据2.1.1设计任务书由指导教师王明红编写的供热工程课程设计任务书。2.1.2设计规范及标准（1）采暖通风与空气调节设计规范(GBJ500192003版)；（2）房屋建筑制图统一标准（GB/T500012001）；（3）采暖通风与空气调节制图标准（GBJ114-88）；（4）公共建筑节能设计标准（GB5018-2005）；（5）供暖交聚乙烯管道工程技术规程.北京.2000；

15、 （6）低温热水地板辐射供暖应用技术规程（北京市标准，DBT/T 01-49-2000）。2.1.3空调设计室内外空气计算参数1.地理位置： 东经 116.47 ； 北纬 39.802.冬季大气压 1020.40hPa3.冬季采暖室外计算温度 -94. 冬季采暖室内计算温度 185.冬季室外平均风速 2.8 m/s2.2 设计原始资料本工程为北京市某住宅楼冬季供暖系统设计，砖混结构共五层，底层是杂物间、小车库，层高为2m。其他各层均为单元式住宅，层高均为2.8 m。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。(1）地面做法：该建筑物所有地面均铺设有地板砖。(

16、2）墙壁：外墙：240mm厚砖墙。外表面15mm厚水泥砂浆粉刷，15mm厚面砖贴面；内表面20mm厚普通水泥混合砂浆抹灰，乳胶漆内墙涂料墙面。内墙：240mm厚砖墙，双面抹灰20mm。(3）楼板100m厚钢筋混凝土楼板，上铺20mm厚水磨石预制板。(4）门窗：窗为白色塑钢框推拉窗，外门为高级防盗门，内门为白色塑钢框推拉门。(5)屋面高分子卷材防水保温屋面。2.3设计原则满足2.1.2所列出的国家及行业有关规范规定的要求，根据建筑物的性质和使用要求，充分考虑节能、健康和舒适性的要求以及节省投资、降低后期运行费用等问题，利用先进的低温地板辐射采暖技术，从而为整个住宅楼提供一个舒适的生活环境。3 采

17、暖负荷计算房间的热负荷Q主要包括以下几部分：Q = Q1 + Q2 + Q3 （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。在该住宅楼的设计中，只对上层的住宅进行供暖，底层的杂货间不进行供暖。根据北京市标准地面辐射采暖交聚乙烯管道工程技术规程采暖热负荷计算不应计算设有加热管道地面的耗热量。27层的房间按照由北向南、由西向东依次增大的顺序进行编号，图3.1住宅楼西侧二楼住户的房间编号，其它各房间编号与此类似，在此不一一详列。图3-1 西侧二楼住户房间编号3.1维护结构的耗热量（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/K； F围

18、护结构的计算面积，； 冬季室内空气的计算温度，； 冬季室外空气的计算温度，；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)维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。暖通规范规定，朝向修正率宜按下列规定的数值选用： 北、东北、西北 010； 东南、西南 1015； 东、西 5； 南 1530；风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护

19、结构基本耗热量的修正。暖通规范规定：在一般情况下，不必考虑风力附加。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510。北京市冬季室外平均风速为2.8 m/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。暖通规范规定：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。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 0； 东、西 - 5； 南 15；3.2冷风渗透耗热量公式如下：Q=

20、0.278VwCp(tn-tw) （3-3） 式中：V= Lln L每米门窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季平均风速，m3 /hm l 门窗缝隙的计算长度，m n渗透空气量的朝向修正系数，北京的为北向：1.0；南向：0.15；东向：0.15；西向：0.4；w冬季供暖室外计算温度下的空气密度，Kg/ m3；Cp冷空气的定压比热，C=1KJ/Kg；tn冬季室内空气的计算温度，； tw冬季室外空气的计算温度，。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热负荷计算举例以下是201卧室的热负荷计算过程（1）北外墙的面积为F=3.722.8-2.42.1=5.3

21、76；北外门的面积为F=2.42.1=5.04；西外墙的面积为F=3.722.8=10.416；根据暖通规范温差修正系数a均取为1，按照围护结构基本耗热量公式，计算出各房间的维护结构基本耗热量列于附录1中。对于该建筑物，东西朝向修正率取-5%，北向取0，南向取-15%，风力附加和高度修正均不予考虑。得出维护结构耗热量列于附录1中。（2）根据暖通规范，北京市的冷风朝向修正系数：东向n=0.15，西向n=0.4，南向n=0.15，北向n=1.0。在冬季室外平均风速=2.8m下，白色塑钢推拉门的每米缝隙的冷风渗透量L=2.38，TLM2124门的缝隙长度为11.1m。总的冷风渗透量V等于V=Lln=

22、2.3811.11.0=26.418，冷风渗透耗热量等于=0.278V=0.27826.4181.34127= 265.71W3.5热负荷计算表在计算热负荷时，由于采用了低温地板辐射采暖的方式，所以二楼不需计算地板的传热量。该住宅楼每层的房间布置均相同，故26层上下房间的传热量相同，7层由于考虑屋顶向室外空气的传热，其传热量与其他各层不相同，需要单独列出。附录1和附录2列出了2楼和7楼的房间热负荷。其中的参数查找和确定方法与201卧室相同，在此不一一列出。注：计算全面地板辐射采暖系统的热负荷时，室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2，或取对流采暖系统计算总热负荷的90%-95%，

23、附录1和附录2所列出的房间热负荷为对流采暖系统计算总热负荷，其修正将在附录3中完成。4 地板辐射采暖设计本设计采用热水作为热煤，根据各房间的单位面积耗热量，采用瓷砖类地面。技术参数如下： 结构层厚度 ：70mm 结构如图3.1所示。 地面材料：瓷砖 供回水温度：供，60；回，50。 管材：交聚乙烯塑料管 图4-1 地板辐射采暖构造层结构1、聚苯乙烯保温板 2、交聚乙烯管 3、地面层 4、水泥沙将找平层 5、细石混凝土 6、聚苯乙烯保温板 8、楼板 4.1采暖盘管选择与布置4.1.1地热盘管选择和施工要求目前,建筑给水塑料管主要有UPVC 管、CPVC 管、PE 管、PAP 管、PE - X 管

24、、PP - R 管、ABS 管、不锈钢塑料复合管等。我国常用的主要有PAP 管、PE - X管和PP - R 管。它们除具有塑料管质量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等优点外,还具有以下特点:良好的卫生性能,可用于饮用水系统且可避免金属管材常出现的“锈水”现象;较好的耐热性能,上述3 种管材的最高工作温度均可达95 ;安装方便,连接可靠。综合考虑选择PE-X管，PE-X管的热膨胀系数虽然较大，但承压能力较大，介于PAP管和PP - R 管之间，价格最便宜，能耐低温，适用于冬季寒冷的地区。经查管径有DN15DN50和DN63110两种系列，参考以往的系统，本系统选择管径为：DN20和DN16两种。

25、 盘管的敷设形式有：单蛇形、双蛇形、交错双蛇形、单回形、双回形有文献8，塑料埋管铺设广泛采用双回形布置方式，其热工性能比较好，供热温度场温度梯度小，舒适性好。本设计管道布置采用双回蛇形，卫生间采用直列形。为了保证地热盘管的安全有效运行，施工要注意以下问题：地热管施工前必须对地面进行硬化和找平, 当房间面积超过30m2 或长度超过6m 时, 现浇填充层应设置伸缩缝, 伸缩缝间距应小于10m。由于每个环路的阻力不宜超过30kPa , 这样就决定了每个环路的盘管长度不能过长, 不宜超过120m。低温地板辐射采暖系统将40 60 热水通过埋于楼板的豆石混凝土或水泥砂浆层内加热盘管经辐射把地板加热,使地

26、表温度达到24 26。根据散热量要求本系统的供回水温度为：60/50。4.1.2采暖盘管的布置本设计总立管设在各单元的管道井内，再分设支管进入各户，各户连在同一个分水器上，加热盘管的布置按房间分组。 影响塑料埋管铺设方式的主要因素是塑料埋管的最小弯曲半径。而满足弯曲半径的同时也要使地板辐射供暖的热效率达到最大。因此，为了不使地板表面温度过高而造成人脚部太热而表现的不舒适，最理想的状况是板表面温度均匀一致。同时也要考虑施工问题。对于双回形布置，经过版面中心点的任何一个剖面，埋管是高温低温管相间隔布置，存在“零热面”和“均化”效应，从而使这种布置方式的板面温度场比较均匀，是铺设弯曲度数大部分为90

27、弯，故铺设简单也没有埋管相交问题。首层地面、卫生间及厨房必须设防水层。采暖地面构造层与外墙接触部分用聚苯乙烯保温板作保温处理。4.2 采暖盘管设计计算4.2.1设计计算公式传热量4：=S(t1-t2) （4-1） 式中：导热系数， W/m；S形状因子； t1 盘管温度， ； t2地板表面温度， ；查表2-1 （4-2） 式中： l管长， m； H埋深，mm； D管径，mm； 管间距，mm；导热系数 ： W/m （4-3） 构造层：瓷砖地板层 =10mm =1.1 W/m水泥沙将找平层 =20mm =0.93 W/m 细石混凝土层 =40mm =1.51 W/m W/m4.2.2 201房间设计

28、计算对于201房间，考虑全面辐射采暖与对流采暖系统的区别，以及根据房间使用性质确定的房间遮挡系数，算出最终的修正系数为1.2。修正后的单位面积耗热量为135.66 W 根据房间的使用性质，确定卧室，客厅的地板表面温度为26，厨房、卫生间的地板表面温度为30。所以地板表面温度t2=26 ，t1 =55 查供暖交聚乙烯管道工程技术规程附录C，管间距为=250mm ，管径为d=20mm 埋深： H=50mm 形状因子： =2.58 单位长度耗热量： = 80.06 W管长： = 22.96m计算结果如附录3示。三至六层计算结果同二层。5 水力计算5.1设计计算公式总阻力： Pa（参阅文献2） （5-

29、1） 比摩阻： Pa/m （5-2） 雷诺数： （5-3） 摩擦阻力系数： （5-4） 水流量： Kg/h （5-5）式中：R每米管长的沿程损失， Pa/s L管段长度， m 摩擦阻力系数 d管子内径， mm v热煤在管中的流速， m/s 热煤密度， kg/m (查传热学425页附录10) 热煤的运动粘滞系数，m/s (查传热学425页附录10)5.2户内环路水力计算本系统采用下供下回垂直双管并联系统，户内为水平单管闭合式，各组盘管并联。根据地面辐射采暖交聚乙烯管道工程技术规程附录B，由水量查得管段比摩阻，算得沿程阻力。系统管道的总阻力取沿程阻力的120%6。户内盘管水力计算结果如表5-1和5

30、-2所示。表5-1 二楼户内盘管水力计算结果房间热负荷流量计算内径管长密度VRPy动压Py+PjWkg/hmmmKg/mm/sPa/mPaPaPa201卧室1837.9158.06 1632.89985.60.22 51.36 1689.33 24.19 2027.19 202卫生间573.2949.30 1617.25985.60.07 6.50 112.18 2.35 134.61 203厨房1523.85131.05 1625.08985.60.18 36.84 923.87 16.63 1108.65 204卫生间481.0941.37 1618.25985.60.06 4.76 86

31、.94 1.66 104.33 206卧室1420.44122.16 1628.46985.60.17 32.52 925.49 14.45 1110.59 207卧室533.1645.85 1616.18985.60.06 5.72 92.50 2.04 111.00 208客厅1522.68130.95 1619.79985.60.18 36.79 728.01 16.60 873.62 209卫生间1098.9794.51 1614.41985.60.13 20.63 297.25 8.65 356.70 210厨房936.3280.52 1620.11985.60.11 15.53 3

32、12.23 6.28 374.67 211卧室1931.63166.12 1634.13985.60.23 56.10 1914.73 26.72 2297.67 214客厅1522.68130.95 1619.79985.60.18 36.79 728.01 16.60 873.62 215卧室533.1645.85 1616.18985.60.06 5.72 92.50 2.04 111.00 216卧室1335.74114.87 1627.36985.60.16 29.16 797.79 12.78 957.35 217卧室1931.63166.12 1635.1985.60.23 56.10 1969.15 26.72 2362.97 218厨房936.3280.52 1620.11985.60.11 15.53 312.23 6.28 374.67 219卫生间1191.74102.49 1315.01985.60.22 64.18 963.33 23.34 1155.99 222卧室1640.52141.09 1631.32985.60.20 41.99 1315.03 19.27 1578.04 223卧室533.1645.85 1616.18985.60.06 5.72 92.50 2.04 111.00