建筑环境和能源应用工程专业毕业采暖设计

1前言1.1选题的目的及意义随着我国经济的发展，居民对生活水平程度越来越重视，因此不管是城区供热还是城镇供热，对供热都越来越重视。因此，研究供热系统就显得越来越重要。同时大学四年也接触到了很多关于供热，管网设计的知识，因此正可以借这次机会检验一下自己的所学，为以后的工作和学习奠定基础。1.2研究现状随着国民经济和工农业生产的迅速发展及人民生活水平的不断提高，我国的供暖和集中供热事业得到了迅速的发展。就目前情况来看，在东北、西北、华北地区，大部分民用建筑和工业企业都装设了供暖设备和集中供热系统，许多城镇实现了集中供热。因此能源的消耗量在不断增加，能源紧缺的问题也日趋严重。所以我国已经把能源与环境保护集中供热列入发展国民经济的战略重点。1.3国内集中供热发展状况我国集中供热发展到今天，经历了从无到有、从小到大、从弱到强、艰苦奋斗、竞争发展的历程。我国传统的集中供热主要采取热电联产、区域联合供热和小区锅炉房供暖等几种方式。从20世纪40年代至今,近60年的历史大致分为4个阶段：单纯利用阶段—单纯管理阶段—基础建设阶段—综合发展阶段。20世纪80年代以前，从北方采暖地区大城市来看，以分散锅炉房供暖比重最大。据对29个大中城市集中供热方式的统计显示,分散锅炉房供热占我国总供暖面积的84%，其中90%以上的锅炉房的容量一般只维持在7MW以下的水平。20世纪80年代以后，进入到综合发展阶段。热电联产、热交换站以及相配套的尖峰锅炉房等集中供热系统在许多城市相继建成。建设部综合财务司2004年6月发布的“20032年城市建设统计公报”显示，2003年集中供热取得新成绩，据统计集中供热面积18.9亿m2，比2002年增长21.2%。许多城市的大型热源已不止一个，如北京、沈阳等集中供热系统较发达的城市，已经实现初级多热源并网运行[i]。1.4国外集中供热发展状况国外的集中供热发展大致分为4个阶段：单纯管理阶段—基础建设阶段—综合发展阶段—自动化控制阶段。在综合发展阶段开始投入实时监测系统的建设，人工调整配合，最后发展到远程控制、无人值守热力站，实现自动化控制。美国、日本、俄罗斯(包括前苏联)、丹麦、瑞典、德国等国是集中供热发展很快的国家，从设备、技术、管理等诸方面都居世界领先的水平，其中日本、丹麦、挪威将天然气、油、垃圾、生物能、热泵等作为集中供热的主要热源，社会效益、节能效益、经济效益明显。美国是世界第一个冷热联供系统在HarfordCity建成并投入运行的国家。20世纪70年代纽约世界贸易中心采用新技术向建筑物群集中供冷供热，成为当时世界上规模最大的供冷供热工程。目前美国有众多的学者从事有关区域供冷供热方面的研究，并在多项技术上保持优势。近年来，日本集中供热(冷)系统发展速度也较快，特别是以东京为中心的关东地区尤为明显，已占日本全国的60%。日本集中供热(冷)系统比较注重节能和环保，如采用热电供给系统、蓄热槽及利用城市废热作为能源等，以提高能源的利用效率。考虑到保证能源的稳定供应和应对地球温暖化等环境问题等，日本今后期望朝扩大应用、开发新能源等方向发展。俄罗斯(包括前苏联)作为世界大国，由于受地理环境的影响,发展供热系统较早，也比较完善。其集中供热事业无论是从热负荷量、热网的规模、热电厂的层次和效益，还是从供热综合技术各方面来衡量，在国际上都占有极其重要的地位，是世界上集中供热最发达的国家之一，其中莫斯科有世界上最大的热网、最大直径的供热管道、最大功率的热电厂。德国集中供热总热量为1961万GJ，也是集中供热发展较好的国家。1.5研究的内容及预期目标本次毕业设计的研究的内容为厂区供暖系统，主要目的是通过热负荷的计算方案的选择计算出所需的散热片数量。通过对供热管路的设计使冬天室内温度保持20℃。42供暖系统2.1供暖系统简介众所周如，供暖就是用人工方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件的技术。所有供暖系统都有热媒制备（热源）、热媒的输送和热媒利用（散热设备）三个主要部分构成。根据三个主要组成部分的相互位置关系来分，供暖系统可分为局部供暖系统和集中式供暖系统。热媒制备、热媒输送和热媒利用三个主要部分在构造上都在一起的供暖系统，称为局部供暖系统，如烟气供暖，电热供暖和燃气供暖等。热源和散热设备分别设置，用热媒管道连接，由热源向各个房间或各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中供暖系统[ii]。图2-1是集中式热水供暖系统的示意图。热水锅炉1与散热器2分别设置，通过热水1-热水锅炉；2-散热器；3-热水管道；4-循环水泵；5-膨胀水箱图2-1集中式热水供暖系统的示意图管道(供水管和回水管)3相连接。循环水泵4使热水在锅炉内加热，在散热器冷却后返回锅炉重新加热。图2-1中的膨胀水箱5用于容纳供暖系统升温时的膨胀水量，并使系统保持一定的压力。图中的热水锅炉，可以向单幢建筑物供暖，也可以向多幢建筑物供暖。集中供暖系统主要由热源、传输管网、散热设备等部分组成。因此，在解决供暖系统存在的问题时应全面考虑，任何单方的努力都将限制供暖行业的发展，只有供暖行业的管理部门、企业、设计单位、施工单位、运行管理单位联合起来，我国的供暖事业才能不断地向前发展，才能满足国家对热改的要求。我国现有的城市集中供热系统，由于技术和装备水平低，加之管理体制的影响，存在很多问题，集中表现在下列方面：供热质量差，冷热不均、运行方式不合理，能源浪费、规划设计水平低，制约节能工作的落实、墙体保温措施不好，造成能源流失。通过合理的设计可以减少这些问题。2.2心得体会毕业设计是大学阶段最后但同时也是最为重要的一项教学内容，是对四年中所学知识的总结与综合运用，也是对本专业基础理论课和专业课内容的深化与实践。毕业设计还要求必须深刻理解并灵活运用国家的有关政策、标准、规范，结合设计题目这一具体实际，提出、分析并解决问题，系统的掌握设计步骤、方法等，为今后走上工作岗位，从事有关的设计、施工等具体实践工作或者在学校继续深造奠定良好的基础。特别是设计题目中所涉及到的高层建筑采暖设计、热网间接连接等具体问题，是以往的课程设计所未接触过的，更应引起高度重视。3原始资料63.1设计内容及平面图所设计的住宅区地下楼高两层，地上楼高二十九层，楼高88.800m。该住宅区包括地下一层（362.8m2），首层建筑面积（948.57m2），二层建筑面积（1066.88m2），标准层建筑面积（371.72m2），出屋面楼梯间及电梯机房（53.12m2），总建筑面积(12467.81m2)。住宅区平面图见附录1。3.2工程概况本设计为某住宅区供暖系统设计，该住宅区包括地下两层，地上一到二十九层，为保证住宅区的温度达到满足人们生活所需要的温度，给居民提供一个舒适的环境，且保证节省资源，应设计合理的供暖系统。3.3设计参数1．供暖室外计算温度wt=–12℃；2．室内计算温度nt=20℃（民用卫生间室内计算温度25℃）；3．供暖天数N=180天；4．供暖期日平均温度pjt=–5.7℃；5．最大冻土深度77cm；6．冬季室外平均风速及主导风向v=2.6m/s北北西；4住宅区供暖系统热负荷的计算4.1供暖系统热负荷供暖热负荷，就是在某一时间内为了维持一个房间或一个建筑物的室内温度达到采暖设计所需要的标准时，散热设备在单位时间内需要补充给它的热量。冬季，人们为了满足生活和生产的需要往往要求室内或者工作地区保持一定的温度，为了使房间内的空气温度，在某一段时间能达到要求的数值，必须有散热设备补给热量，此热量称为该房间的供暖热负荷[iii]。选择热负荷的计算的大小，主要与建筑物的结构形状以及层高有关，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，在这样的情况下，热负荷可取大值；反之热负荷取小值。因此热负荷的指标选择合适与否直接影响到计算热负荷的计算值以及系统的总的耗热量。各类建筑物的采暖热负荷指标推荐值q(kw/m2)如下表1-1表1-1建筑物的采暖热负荷指标Table4-1Buildingheatingloadindex建筑物类型住宅居住区综合学校办公医院幼托旅馆商店食堂餐厅影剧院展览馆大礼堂体育馆采取节能措施40-5045-5550-7055-7050-6055-75100-13080-105100-150本设计采用面积热指标来计算建筑物供暖设计热负荷，按下列公式计算，-3h10AqQh(1-1)式中hQ—采暖设计热负荷，(kw)；hq—采暖热指标，(w/m2)；A—采暖建筑物的建筑面积(m2)。84.2住宅区热负荷计算以住宅区供热系统的地上一层为例，该层的建筑面积A=57.948m2；据其使用热负荷指标取45hqw/m2；故有公式（2-1）得686.421057.948453hQkw其他楼层的计算同上例。4.2.1住宅区热负荷总计算见附录2住宅区采暖热负荷计算表Table1-2Residenceheatingheatloadcalculationtable5供热方案的选择5.1热媒的选择及参数确定5.1.1热媒的分类供暖系统的常用热媒是水、蒸汽、空气。供暖系统热媒的选择，应根据安全、卫生经济、建筑形制及地区供热条件等因素综合考虑确定[iv]。热媒的选用标准如下表6-1所示表6-1热媒的选用标准建筑名称适宜采用允许采用居民楼、医院、幼儿园托儿所等不超过95℃的热水低压蒸汽；不超过110℃的热水办公楼、学校、展览馆等不超过110℃的热水；低压蒸汽高压蒸汽一般俱乐部影剧院不超过110℃的热水；低压蒸汽不超过130℃的热水5.1.2热媒的优缺点比较以蒸汽作为热媒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:1.热源效率低。2.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。3.蒸汽在使用和输送过程中损失大`。4.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[v]。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，10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。本设计对象是某住宅区的供暖系统，权衡热水和蒸汽两种热媒的优缺点，本设计的热媒选用热水[vi]。5.2热媒参数的确定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℃），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