XXXX大厦集中供热设计
ABSTRACT
This design is the district heating design of a commercial mixed building, its building area is 27573square meters ,which take the 95℃ hot water from the urban heat pipe network as the heat source.
Through examining the structure of the building, the function of the different rooms and the efficient comparison and the technical feasibility comparison, use the vertical division partition, every partition dividing to two parts, single-pipe for reference next time the same program formula system. Through the calculating the surrounding protection structure’s heat transfer coefficient, the building various rooms’ heat load, the preferential indoor radiator, and the hydraulic calculation to the pipe network system, considering the request of security, credibility, economy, rationality, energy conservation aspect at the same time, then I successfully meet the building heating requirements well.
KEY WORDS: District heating, Heat load, Single-valve afloat system, Hydraulic
calculation
摘 要
本设计所做的内容为西安市一栋商用混合建筑的集中供热设计。大厦采暖部分为地上十四层，高56.1米，建筑面积27573平方米。
设计用城市热力管网提供的95℃热水为热源，定压水泵定压。根据大厦的结构、各房间用途及经济性和技术可行性比较，采用了竖向分两区，各区又分两支，单管顺流上供下回同程式热水采暖系统。通过围护结构的传热系数计算、各采暖房间热负荷计算、房间散热器的选择与计算、系统管路的水力计算，同时还考虑了安全可靠、经济合理、节能等方面的要求，使该建筑较好的满足了采暖要求。
关键词 ： 集中供热，热负荷，单管顺流系统，水力计算
目 录
·
前 言 ................................................................... 1 1 概述 .................................................................. 2 1.1工程概述 ........................................................... 2 1.2设计范围 ........................................................... 2 2 设计基础资料 .......................................................... 3 2.1 气象资料 ........................................................... 3 2.2 室内、外设计参数 ................................................... 3 2.3.1 墙体资料 ...................................................... 3 2.3.2 屋面资料 ...................................................... 3 2.3.3 门窗资料 ...................................................... 4 2.3.4 孔洞和构槽 .................................................... 4 3 供暖系统的设计热负荷 .................................................. 5 3.1 围护结构的传热系数 ................................................. 5 3.1.1围护结构传热系数及热惰性 ....................................... 5 3.1.2围护结构传热系数及热惰性指标的计算过程 ......................... 5 3.1.3校核外围护结构最小传热阻 ....................................... 7 3.1.4 传热系数汇总 .................................................. 9 3.2 围护结构的传热耗热量 ............................................... 9 3.3 围护结构的基本耗热量 ............................................... 9 3.4 围护结构的附加（修正）耗热量 ...................................... 11 3.4.1 朝向修正耗热量 ................................................ 11 3.4.2 风力附加耗热量 ................................................ 11 3.4.3 高度附加耗热量 ................................................ 12 3.5风压冷风渗透耗热量 ................................................ 12 3.6 冷风侵入耗热量 .................................................... 13 3.7 热负荷计算 ........................................................ 14 4 供暖系统的选择 ....................................................... 16 4.1 供暖系统的分类 .................................................... 16
4.2 供暖热媒的选择 .................................................... 16 4.3 供暖热源的选择 .................................................... 16 4.4 典型供暖系统型式的比较 ............................................ 16 4.5 供暖方案提出及比较 ................................................ 17 4.5.1技术可行性及经济可行性比较 .................................... 17 4.5.2方案的确定 .................................................... 18 4.6 供暖系统管路的布置 ................................................ 18 5 供暖系统的散热设备 ................................................... 19 5.1 散热器的选择 ..................................................... 19 5.2 散热器的布置 ..................................................... 20 5.3 散热器的计算 ..................................................... 21 5.3.1 散热器的各计算参数的确定 ..................................... 21 5.3.2散热器片数确定原则 ............................................ 22 5.3.3 散热器的计算 ................................................. 23 6 水力计算 ............................................................. 25 6.1 热水供暖系统管路水力计算 ......................................... 25 6.1.1 室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理 ....................... 25 6.1.2 室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务 ....................... 26 6.2 热水供暖系统管路水力计算的方法 ................................... 27 6.3 散热器的进流系数 ................................................. 28 6.4 水力计算的计算步骤 ................................................ 28 6.5 水力计算 ......................................................... 29 6.5.1高区分支1（东/右环路）水力计算 ................................ 29 6.5.2高区分支2（西/左环路）水力计算 ................................ 30 6.5.3低区水力计算 .................................................. 31 7辅助设备的选择 ........................................................ 31 8 供暖系统的安装及其他问题 ............................................. 34 总 结 ................................................................. 37 参考文献 ............................................................... 38 致 谢 ................................................................. 39 附 录 ................................................................. 40
前 言
毕业设计是毕业班学生步入社会工作岗位前的综合能力训练。目的是过设计灵活运用所学基础理论、基本知识及实验技能，理论联系联系实际，做到学以致用。本采暖设计供暖就是要把所学的采暖方面理论知识论用到高层建筑采暖的实习问题之中。
我国城市集中供热是从北京开始的，上世纪八十年代以来，得到了很大的发展。城市集中供热普及率已经达到90%。随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，在我国南方冬季较冷地区也开始实行供暖。本设计为西安银联科技园一栋电子大厦的采暖设计。预采暖建筑地上十四层，地上高度五十七米。拟用城市集中热力网进行集中供热。通过资料收集，设计参数确定，负荷计算，供热系统设计，水力计算几大步骤较好的实现建筑的采暖要求。
通过本次设计梳理并运用了已有专业知识，并掌握了学习分析和解决供热设计这一专业问题的方法，切实解决了遇到的一些实际问题，对供热设计有了较深层次的理解。从而较好的培养了从事设计研究的基本功和解决实际问题的技能。
由于本人知识水平有限，实践经验不足，设计中难免存在一些错误和不妥之处，恳请老师们批评指正，并再次表示衷心的感谢。
1 概述
1.1工程概述
本工程为陕西银联科工贸发展公司一栋地下一层地上十四层的电子大厦，地处西安市经济开发区。其中有办公室、会议室、研发室、商务套间、普通客房、餐厅、等各种用途的房间，建筑基础面积约为2485平米，采暖面积约为27573平米，一层高5.4米，二层4.5米，三、四层为4.2米，五层高4.5米，标准层及顶层高3.7米。
1.2设计范围
本设计内容包括该大厦地上十四层的采暖系统，以热水为热媒，城市热力管网为热源，定压水泵定压，为大楼供暖。 城市管网水温95/70°C，压力30kpa。
2 设计基础资料
2.1 气象资料
地理位置：北纬34°17′,东经117°19′ 海拔高度:957.6m 采暖室外计算温度-3.2℃、 冬季最多风向 ENE 冬季最多风向的平均风速1.7m/s.、 冬季室外大气压力98097pa 极端最低温度-16℃
2.2 室内、外设计参数
室内空气温度的选定，应满足人们生活和生产工艺的要求。中华人民共和国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》规定：民用建筑的主要房间，宜采用16℃～20℃。
据此确定的各房间的室内设计温度见表2-1：
表2-1 主要房间设计温度
2.3 土建资料 2.3.1 墙体资料
外墙采用加气混凝土空心砌块， 200厚，外贴45厚聚苯乙烯泡沫板：内墙填充200厚加气混凝土砌块，外贴15厚聚苯乙烯泡沫板。
2.3.2 屋面资料
屋面为100厚加气混凝土砌块-65厚聚苯乙烯泡沫塑料板（20厚混凝土板、200厚架空层、5厚防水层、15厚水泥砂浆找平层、30厚轻集料混凝土找坡层、100厚加气混凝土砌块、65厚聚苯乙烯板）
2.3.3 门窗资料
外门窗：东、西、北外门窗用间隔层12mm厚LOW-E在线中空玻璃（辐射率
0.25—0.20），铝合金框料；南外门窗用9mm厚LOW-E在线中空玻璃、断桥铝合金框料。
表2-2 门窗明细表
2.3.4 孔洞和构槽
土建已经为暖通预留孔洞和构槽。
3 供暖系统的设计热负荷
3.1 围护结构的传热系数 3.1.1围护结构传热系数及热惰性
均质多层材料组成的平壁结构
K=
1αn
+∑
i+λiαw
W/(m2·℃) （3-1）
----摘自于《供热工程》式2.7
式中：
R,R
ni
w
----围护结构的内、外表面热阻, （㎡·℃）/W；
R----由单层或多层材料组成的维护结构本体的热阻,（㎡·℃）/W；
α,α
n
w
----维护结构的内、外表面换热系数，W/（㎡·℃）；
δ
i
----围护结构各层材料的厚度, m；
。 λ----围护结构各层材料的导热系数, W/（㎡·℃）
i
结构的热惰性指标按下式计算：
D=∑(s.Ri)
i
即 ∑D=S1R1+S2R2+SiRi （3-2） 式中： Ri----各层材料的传热热阻, （㎡·℃）/W； si------各层材料的蓄热系数, W/（㎡·℃）。
----摘自于《供热工程》式2.21
3.1.2围护结构传热系数及热惰性指标的计算过程
（1） 外墙
1）传热系数：
λ=0.093、内
粉刷λ=0.814、 加气混凝土泡沫混凝土λ=0.209、 聚苯乙烯泡沫板λ=0.042
查得：
i
α
n
=8.7W/（㎡·℃）、
α
w
=23 W/（㎡·℃）、 外粉刷
i
i
i
将数据和以上数据带入公式可知钢筋混凝土外墙的传热系数：
K=
1
1
+∑i+αnλiαw
1
=1/[0.115+（
0.020.170.010.043
+++)+0.043] 0.8140.2090.0930.042
=0.49（㎡·℃）/W
2）围护结构的热惰性指标：
①石灰、砂、砂浆内粉：δ1=20mm λ1=0.814w/(m·k)
R1=δ1/λ1 =0.0246（㎡·℃）/W
②加气泡沫混凝土：δ2=170mm λ2=0.209w/(m·k)
R2=δ2/λ2 =0.8314（㎡·℃）/W
③水泥.、砂浆外粉：δ2=20mm λ2=0.093w/(m·k)
R3=δ3/λ3 =0.1075（㎡·
/W
④聚苯乙烯板保温层：δ2=45mm λ2=0.042w/(m·k)
R4=δ4/λ4 =1.0238（㎡·
/W
将所有的相关数据带入公式可得该墙体的热惰性指标：
D=∑D=S1R1+S2R2+S3R3+S4R4
=11.26×0.0246+10.12×0.8314+0.35×0.1075+0.45×1.0238
=9.19
所以该墙体属于Ⅰ类围护结构，满足保温要求。 （2）内墙 同理可得：
加气混凝土砌块混凝土墙的传热系数K=0. 77 W/（㎡·℃）：
热惰性指标D=4.388，
该墙体属于Ⅱ类围护结构,满足保温要求。 （3）屋面 同理可得：
屋面的传热系数K=0.42 W/（㎡·℃）；
热惰性指标：
D = R1S1+R2S2+R3S3+R4S4+R5S5+R6S6 =0.1149×17.2+1.176×3.33+0.0161×11.25
+0.0395×9.86+0.4545×3.56+1.584×0.35 =8.5728，
该屋面属于Ⅰ类围护结构。 （4）地板 同理可得：
地板的传热系数K=0.76 W/（㎡·℃）； 热惰性指标D=4.37，
该屋面属于Ⅱ类围护结构,满足保温要求。
3.1.3校核外围护结构最小传热阻
（1）外墙
该围护结构属于Ⅰ型（见《供热工程》表1-6），围护结构冬季室外计算tw.e 温度，应采用：
tw.e=tw'= -3.2℃
aR(t-t)
又 R0⋅min=nnw （㎡·℃）/W （3-3）
∆ty
式中：
Ro.min ——围护结构最小传热阻，（㎡·℃）/W；
∆ty——供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差，℃：按《供热工程》表2.14选用；
t
w.e
——冬季围护结构的室外计算温度℃。
----摘自于《供热工程》式2.20
根据已知条件及查得数据，以tn=18℃ ，tw⋅e= -3.2℃ ，∆ty=6℃ ，Rn=0.115
Ro.min =
18-(-3.2)
6
⨯1⨯0.115=0.406（㎡·℃）/W 钢筋混凝土外墙的实际传热阻为
Ro.min =1/K=1/0.49=2.03（㎡·℃）/W
可见R>Ro.min，该外墙满足保温要求。 （2）屋面
该围护结构属于Ⅰ型，围护结构冬季室外计算温度tw⋅e，应采用
tw⋅e=tw'=-3.2℃
同理，将所有的相关数据代入可得：
Ro.min =0.61（㎡·℃）/W
屋面的实际传热阻为
Ro =1/K=1/0.42=2.38（㎡·℃）/W
可见R>Ro.min，该屋面满足保温要求。 （3）地板
该围护结构属于Ⅱ型，围护结构冬季室外计算温度tw⋅e，应采用
tw⋅e=0.6tw'+0.4tp⋅min=-11.2℃
同理，将所有的相关数据代入可得：
Ro.min =
18-(-11.2)
6
⨯1⨯0.115=0.60（㎡·℃）/W 屋面的实际传热阻为
Ro =1/K=1/0.76=1.32（㎡·℃）/W
可见R>Ro.min，该地板满足保温要求。
3.1.4 传热系数汇总
表3-1 传热系数汇总表
3.2 围护结构的传热耗热量
围护结构的传热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。在工程设计中，计算两部分的设计热负荷时，通常把它分为围护结构的基本耗热量和附加（修正）耗热量两部分进行计算。基本耗热量是指在设计的室内外温度条件下，通过房间各部分围护结构的（门、窗、墙、地板、屋面等）从室内传到室外的稳定传热量的总和。附加（修正）耗热量是指考虑气象条件和建筑结构特点的影响而对基本耗热量的修正，包括风力附加、高度附加和朝向附加等耗热量。
因此，在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可用下式：
Q=Q1+Q2+Q3 (3-4) 式中：
Q1——围护结构的传热耗热量,W；
Q2——冷风渗透耗热量,W；
Q3——冷风渗入耗热量，W。
3.3 围护结构的基本耗热量
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化。实际上，室内 散热设备不稳定，室外空气温度随季节和昼夜的变化而不断波动，这是一个不稳定的传 热过程。但对于不稳定的传热计算复杂，所以对室内温度允许有一定波动幅度的一般建
筑来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能满足要求。
围护结构的耗热量，可按下式计算：
''q=KF(t-tnw)α W （3-5）
式中 K ——围护结构的传热系数，W/（㎡·℃）；
F ——围护结构的传热面积，m；
2
tn——冬季室内计算温度，℃；
t'w——供暖室外计算温度，℃；
α——围护结构的温差修正系数。
整个建筑物的基本耗热量
Q1.j'
'
q等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和：
Q1.j'=∑q'=∑KF(tn-t'w)α
(3-6)
对一侧不与室外空气直接接触的围护结构，当内外温差大于或等于5℃时，要计算通过该围护结构的传热量。
表3-2 温差修正系数
注：根据《采暖通风设计规范》第3.2.5条 “与相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板等的传热量。”对于浴室、更衣室，虽没外墙，但其与相邻、楼 上下房间温差大于或等于5℃，故得考虑内墙传热及楼板传热，并对其传热系数进行修
正。
3.4 围护结构的附加（修正）耗热量
围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下得出的，实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况等各种因素影响而有所增减。由于这些因素，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正。这些修正耗热量称为围护结构附加（修正）耗热量。通常按基本耗热量的百分率进行修正。附加（修正）耗热量有朝向修正、风力附加和高度附加耗热量等。
3.4.1 朝向修正耗热量
朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳辐射影响而对围护结构基本耗热量的修正。当太阳照射建筑物时，阳光直接透过玻璃，使室内得到热量。同时由于受阳面的围护结构较干燥，外表面和附近气温升高，围护结构向外传递热量减少。采用修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）的耗热量乘以相应的朝向修正率
选用修正率时，应考虑当地冬季日照率、辐射度、建筑物使用和被遮挡等情况；冬季日照率小于35％的地区，东南、西南和南向的修正率，宜采用－10％～0％， 东、西向可不修正。
在本设计中，各朝向修正系数如下表：
表3-3 朝向修正系数xch
3.4.2 风力附加耗热量
风力附加耗热量是考虑室外风速的变化而对建筑物围护结构基本耗热量的修正。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是考虑
w
是对应于风速约为4m/s的计算
值。我国大部分地区冬季平均风速一般为2～3m/s。因此，《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、河流、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 %。
本设计地点在西安市内，所以不考虑风力附加。
3.4.3 高度附加耗热量
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，当房间的高度大于4m时，每高出1m应附加2 %，但总的附加率不超过15 %。注：高度附加率，应附加于房间围护结构基本耗热量和其它附加（修正）耗热量的总和上。
本设计的房间的一到五层高度大于4m，考虑每米高度附加2%；其它层高度小于4m,所以不考虑高度附加。
综合上述，建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过围护结构的总耗热量，可用下式综合表示：
'
'
'
Q1=Q1.j+Q1.x=(1+xg)∑αKF(tn-tw)(1+xch+xf) W （3-7） 式中： xch——朝向修正率， %；
xf——风力修正率， %； xg——高度修正率， %。
3.5冷风渗透耗热量
在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗缝隙渗入室内，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，称为渗透耗热量。
计算冷风渗透耗热量的常见方法有缝隙法、换热次数法和百分数法。 本设计采用的是缝隙法，冷风渗透耗热量按下式计算：
q2=0.278Vρwcp(tn-tw') （3-8）
式中：
V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；
0.278——单位换算系数，1kJ=0.278W
ρw——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，这里为1kJ/kg·℃。
其中 冷风渗透量根据不同的朝向按下式计算：
V=L0*l*m （3-9）
b
式中：
L0——在基准高度单纯风压下，不考虑朝向修正和建筑物尾部隔断情况时，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量,m3/(m*h)； M——冷风渗透压差综合修正系数；
B——门窗缝隙渗风指数，b=0.56~0.78,当无实测数据时，可取b=0.67。 冷风渗透压差综合修正系数m;
查实用通风空调设计手册得到西安14层高层的m值列于下表：
表 3-4 西安地区m值
通过每米门窗缝隙渗入室内的理论空气量，计算如下：
b
ρ L0=α2
（3-10） v02）
式中：
α——外门窗缝隙渗风系数；
v0——基准高度冬季室外最多风向的平均风速，m/s,见《暖通规范》
3.6 冷风侵入耗热量
在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热
到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量 乘以《供热工程》表1-10的百分数的简便方法进行计算。亦即
Q'3=NQ1.j.m W （3-11） 式中：
'
Q1.j.m——外门基本耗热量，W； N——考虑冷风侵入的外门附加率。
本设计一层外门按 一道门计算，故取N=65n%。n为建筑物的层高。因此各个房间的热负荷可用下式表示：
Q=Q1+Q2+Q3
3.7 热负荷计算
先给各层房间字西北角 开始按顺时针方向 图3-1 1301房间位置 依次编号。
1301房间负荷计算： （1）基本耗热量：
北外窗：F = 1.2×2.35=2.82㎡,
k =2.8W/㎡℃
‘
Q=KF∆tα=2.8×2.82×23.2×1
= 183.19 W
北外墙：F= 4.6×3.7－1.2×2.35=14.20㎡, k = 0.49 W/㎡℃
‘Q=KF∆tα=0.49×14.20×23.2×1
= 161.43 W
西外墙：F= 8.65×3.7=32.01㎡,k=0.49W/㎡℃
‘
Q=KF∆tα=0.49×32.01×23.2×1
= 363.83 W
（2）围护结构耗热量：
北外窗：Q‘
1=Q(1+xch+xf)(1+xg)=183.19×（1+0.05+0）×(1+0)
=192.35 W
北外墙：Q‘1=Q(1+xch+xf)(1+xg)=161.43×（1+0.05+0）×(1+0)
=169.50 W
西外墙：Q‘1=Q(1+xch+xf)(1+xg)=363.83×（1-0.05+0）×(1+0)
=345.64 W （3）冷风侵入耗热量：
北外窗：Q2=0.278Vρwcp(tn-tw') （3-12） 其中：
l=11.8 m； m=0； V =0m/s； α=0.3;
b
Lρ0=αw
v2
0）
则
2
=0.3×（(1.27/2⨯1.72
）0.67
=0.45 m3/(m·h) =Lb
V0*l*m
=0.35⨯11.8⨯0
0.67
=0 m3/h
从而 Q2=0.278⨯0⨯28.2⨯1⨯7.67
=0 W
（4）冷风侵入耗热量：
本房间无外门，因此Q'3=NQ'
1.j.m=0 则围护结构的总热负荷：
Q=（Q1+Q2+Q3）北外窗+（Q1+Q2+Q3）北外墙+（Q1+Q2+Q3）西外墙 = 192.35+(169.50+0)+345.64 ≈ 707.5 W
其他房间计算方法与过程同上，全部房间的热负荷计算列表 见附录1。
4 供暖系统的选择
4.1 供暖系统的分类
以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。可按下述方法分类： 1）按系统循环动力不同，可分为重力（自然）循环系统和机械循环系统。 2）供回水方式不同，可分为单管系统和双管系统。 3）按管道敷设方式不同，可分为垂直和水平式系统。
4）按热媒温度不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统
在我国认为：水温低于或等于100℃的热水，称为低温水，水温超过100℃的热水，称为高温水。室内热水供暖系统,大多采用低温水作为热媒。
4.2 供暖热媒的选择
热水采暖系统的热媒设计温度，一般根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。供水温度不超过95℃，可确保热媒在常压条件下不发生汽化；适当降低热媒温度，有利于提高舒适度，但要相应增加散热器数量。所以根据《实用供热空调设计手册》，本工程为综合性建筑，宜采用95/70°C热水为热媒。
4.3 供暖热源的选择
热源是集中采暖的核心，主要有热电厂、区域锅炉房、地热供热等。根据实际情况热源选用城市供热管网。
4.4 典型供暖系统型式的比较
重力循环上供下回单、双管顺流式系统和机械循环上供下回单、双管顺流式系统等 型式的比较如下表所示：
表4-6 系统比较
4.5 供暖方案提出及比较
方案1：机械循环、上供下回、单管水平异程式系统。 方案2：机械循环、上供下回、双管垂直异程式系统。 方案3：机械循环、上供下回、单管垂直同程式系统。
4.5.1技术可行性及经济可行性比较
1）：若采用方案1，水平串联的散热器组数过多，末端几组散热器会出现片数过多不易布置的情况。采用这种系统要考虑好空气的排除问题，需在每组散热器上设放气阀排空气或在同一楼层散热器上部串联水平空气管。该方案施工安装方便，切造价一般别
垂直式系统低。多应用于目前的居住建筑和公共建筑。
2）：若采用方案2，由于机械循环热水供暖系统由锅炉房设备、室外管网和室内供暖系统三部分组成，是靠循环水泵驱动热水循环，所以水在管道内流速大，管径小、升温快，在系统中循环时的冷却温降小，而系统的作用面积可相当大。机械循环系统供回水干管的总长度短，在此系统中，由于连接立管较多，通过各个立管环路的压力损失较难平衡。但可在靠近总立管最近的立管，选用较小管径，消除一些剩余压力，剩下的可以在立管加调节阀来达到水力平衡的目的。但系统很浪费管材，在系统的平衡上也不会有太大的改变，不易平衡。
3）：若采用方案3，通过各个立管的循环环路的总长度相等，压力损失易于平衡，虽然不会出现远近立管处出现流量失调而引起的水平方向上冷热不均现象，但是会比较浪费管材，对于作用半径较小的建筑会造成不必要的浪费，且系统阻力基本相同，但各层之间的自然压差难以克服，易造成系统垂直失调。
最后，通过观察建筑的特点，系统的主供、回水应为异侧上进下出式，从而同程式系统与异程式管路总长基本相当，管材的消耗相同。也可通过对各个系统的管长L、管径D以及厚度△D进行估算，并进行比较。方法如下：
通过公式Y=2∏D×△D×∑L计算出各个系统的Y值，可知系统的Y值基本相同。
4.5.2方案的确定
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《高规》中规定：一般高层建筑高于50米要分区。通过分析建筑的特点，以及以上方案的技术可行性与经济可行性比较，本设计分高低两个区，均采用单管顺流上供下回的同程式系统，这样压力损失易于平衡，不会出现远近立管处出现流量失调而引起的水平方向上冷热不均现象，并且水力计算也易于平衡。
4.6 供暖系统管路的布置
根据建筑物的具体条件，以及运行情况等因素来合理的布置方案，力求系统管道走 向布置合理，节省管材，便于调节和排除空气，而且要求各并联环路的阻力易于平衡。
考虑到本工程的实际 ，本设计采用机械循环、单管垂直式的上供下回系统。分高 低两个区，低区为一到五层，高区六到十四层。散热片安装形式为同侧的上供下回。对于建筑的三号四号楼梯间，散热器集中布置在低区，及各单设一根立管为其供水。一号二号楼梯间由于层数较低散热器又布置在底部，不再单独设置立管。供水立管之间为同程式，在底层设一根总的回水同程管。设计供回水温度为95/70℃。
根据建筑的结构形式，布置干管和立管，为每个房间分配散热器组。（见图纸）
5 供暖系统的散热设备
散热设备是供暖系统的主要组成部分，它向房间散热以补充房间的热损失，保持室内要求的温度。散热设备主要分为三种：散热器，辐射板，暖风机。本次设计选用散热器作为供暖系统的散热设备
5.1 散热器的选择
供热系统的热媒，通过散热设备壁面，主要以对流方式向房间传热。这种散热设备通称为散热器。
散热器总得要求归纳为八字原则“安全可靠、轻、薄、美、新”。即在安全可靠的前提下，要求轻、薄、美、新。
散热器的选择主要有以下五点要求：
1）热工性能方面的要求：散热器的传热系数K值越高，说明其散热性能越好。外 壁散热面积越大散热性能越好。
2）经济方面的要求：散热器传给房间的单位热量所需金属耗量越少，成本越低， 其经济性越好。
3）安装使用和工艺方面的要求：散热器应有一定的机械强度和承压能力， 结构尺寸小，散热面积大，少占房间面积和空间。
4）卫生和美观方面的要求：外表面光滑，不积灰易于清扫。 5）使用寿命要求：散热器应不易于被腐蚀和破坏，使用年限长。
目前, 散热器品种繁多，有从容选择的余地，但也要看到各种散热器在应用实践中都出现过不同性质的问题。关键是要针对系统的特性，较为适当地应用，要用其所长，
避其所短。主要形式散热器有以下几种：
1）铸铁散热器是一种适应性较强的品种，它的主要弊病是：体型不紧凑，如铸铁四柱或铸铁长翼型等陈旧型号, 显然与节能的、装饰要求较高的建筑环境很不协调；承压能力低；落后的铸造工艺和加工粗劣, 组对接口容易漏水。
2） 钢板材质的钢制散热器体型较薄且较美观, 国外较多采用, 引进并广泛应用以后,由于材质、生产工艺、运行水质等因素失控,容易造成腐蚀现象重复发生，因而对水质有较高的要求，需要进行水处理，非采暖季节满水要养护。但因其制造工艺先进，散热能力强，结构紧凑外形美观，占地面积小，适用于要求承压能力大的场合。
3）铝制散热器是一种高效的散热器, 同样也发生过腐蚀穿孔问题, 除材质外,碱性水质和超量的氯化物都会对铝产生腐蚀,虽对此种散热器提出了内防护要求，但工艺上难以实施，也不便于检验。因为热水锅炉水质标准要求锅水的PH值应为10—12，说明此种散热器不能用于以锅炉为直接热源的集中供暖系统，但可在热网集中供热、用户侧为经热交换的二次热媒系统。
考虑到上述一些要求及实际情况，本设计高区选用钢制柱式散热器 600×120，低区选用TZ 2-5-5型散热器。其各参数如表3-6所示：
表5-1 散热器参数
5.2 散热器的布置
散热器布置应注意下列规定：
1）散热器一般应安装在外墙的窗台下。这样，沿散热器上升的对流能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。
2）为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在楼梯间或其它有冻裂 危险的场所，其散热器应由单独的立、支管供热，且不得装设调节阀。
3）散热器一般采用明装，布置简单。内部装修要求较高的民用建筑可采取暗装。在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联；储藏室、厕所和厨房等辅助 用室 及走廊的散热器，可同邻室串联连接。两串联散热器之间的串联管直径应与散热器接口直径相同，以便水流畅通。
4）在楼梯间布置散热器时，考虑楼梯间热流上升的特点，应尽量布置在低层或按一定比例分布在下部各层。
5）散热器离墙的距离对散热量稍有影响，实验证明离墙30mm左右为宜。 本次设计中的散热器的连接方式均采用同侧上进下出的形式，全部半暗装,且低区每组散热器不得超过25片的考虑换用钢制柱式600×120型散热器。立管距落地窗200mm以上。
5.3 散热器的计算
5.3.1 散热器的各计算参数的确定
散热器面积计算按下式计算： F=式中：
Q——散热器的散热量，W；
2Q
β1β2β3 m （5-1）
Ktpj-tntpj
——散热器内热媒平均温度，℃；
tn ——供暖室内计算温度，℃；
K——散热器的传热系数，W/m2℃；
β1——散热器组装片数修正系数； β2——散热器连接形式修正系数；
β3——散热器安装形式修正系数。
散热器组装修正系数β1按表5-2取值：
表5-2 散热器组装修正系数β1
（1）散热器内热媒平均温度
tpj
计算：
散热器内热媒平均温度随供暖热媒参数和供暖系统形式而定。在热水供暖系统中，
tpj
为散热器进出口水温的算术平均值。
tpj=(tsg+tsh)/2 ℃ （5-2）
式中：
tsg——散热器进水温度，℃； tsh——散热器出水温度，℃。 （2）散热器传热系数K及其修正数值
本设计采用钢制柱式600×120，可知其传热系数的计算公式为：
K=2.489△t0.3069 （5-3） 式中：
∆t——散热器热媒与室内空气的平均 温差，℃。 （3）散热器片数的确定
在确定了散热器面积后，可按下式计算所需散热器的总片数：
n=F/f （5-4） 式中；
f——每片散热器的散热面积，m2/片。
5.3.2散热器片数确定原则
单管采暖系统，当立管串联散热器大于6层时，考虑到失调问题，上游1/3散热器位数舍去；中游1/3散热器附加5%散热量：下游1/3散热器附加10%-15%散热量。
5.3.3 散热器的计算
高区右侧立管1中暖气片的计算步骤（如下图所示）：
（1）单管系统各层散热器的出水温：
已知 Q1417=1063.4W； Q1327=424.0W； Q1227=424.0W； Q1127=424.0W；Q1127=424.0W； Q1027=424.0W； Q927=424.0W； Q827=424.0W；Q727=470.6W； Q621=392.3W; ∑Q=4470.3W 立管 进水温度
tg
=95℃; 回水温度 th=70℃.
串联N组散热器的系统，流出 第I 组散热器的水温ti按下式计算，即 t'i=tg-
QI
Q
(tg-th)
由此可得：
tQ9
1417=tg-
Q
(tg-th)
=95-1063.4/4470.3×（95-70）=89.1℃
tQ9
1327=t‘
g-
Q
(tg-th)
=89.1-424.0/4470.3×（95-70）=86.7℃
t‘
Q9
1227=tg-
Q
(tg-th)
=86.7-424.0/4470.3×（95-70）=84.3℃
t‘
Q9
1127=tg-
Q
(tg-th)
=84.3-424.0/4470.3×（95-70）=81.9℃
t‘
Q9
1027=tg-
Q
(tg-th)
=81.9-424.0/4470.3×（95-70）=79.6℃
t927=tg-
‘
Q9
Q
Q9
(tg-th)
=79.6-424.0/4470.3×（95-70）=77.2℃
t827=tg-
‘
Q
Q9
(tg-th)
=77.2-424.0/4470.3×（95-70）=74.8℃
t727=tg-
‘
Q
(tg-th)
=74.8-470.6/4470.3×（95-70）=72.2℃
t627也是立管出水温度
t627=72.2-392.3/4470.3×（95-70）=70℃。
（2）散热器计算：
高区右侧第1根立管1417房间支管散热器
已知 Q=1063.4W, tpj = (95+89.1)/2 =92.0℃,
tn=20℃, △t = tpj-tn =92-20 =72℃
对钢制柱式散热器600×120有：
K=2.426△t0.286= 2.426×720.286=9.26W/m℃
修正系数：
散热器组装片数修正系数，先假定β1= 1.0； 散热器连接形式修正系数， 查得β2=1.0；
散热器安装形式修正系数， 查得β3=1.0； 根据公式5-1可得：
F'=
Q
β1β2β3 K∆t1063.42=×1.0×1.0×1.0 = 1.63 m 9.25⨯72
2
2
查供暖通风设计手册知钢制柱式600×120散热器每片散热面积为0.15 m，计算
片数n'为：
n'=F'/f=1.71/0.15片=10.58≈11片
查表5-2知，当散热器片数为11~20片时，β1=1.05，
实际采用片数n为：
n=10.58×1.05=11.40 片
取整数，应采用钢制柱式600×120散热器11片（散热器减少面积不大于0.1 m）。 散热器算法与步骤同上，其余散热器计算列于附录2。
2
6 水力计算
6.1 热水供暖系统管路水力计算
6.1.1 室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理
设计热水供暖系统，为使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。
热水供暖系统中的计算管段的压力损失，可用下式表示：
式中：
△P ——计算管段的压力损失，Pa；
△Py ——计算管段的压力损失，Pa； △Py ——计算管段的压力损失，Pa； R ——每米管长的沿程损失，Pa/m； L ——每段长度，m。
在管路的水力计算中，把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是有许多串联或并联的计算成的。
∆P=∆Py+∆Pj=Rl+∆Pj
Pa (6-1)
6.1.2 室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务
（1）按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力(压头)。确定各管段的管径； （2）按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力(压头)；
（3）按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。
室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成的管路系统。管路的水力计算从系统的最不利环路开始，也即从允许的比摩阻最小的一个环路开始计算。由n个串联管段组成的最不利环路，它的总压力损失为n个串联管段压力损失的总和。
热水供暖系统的循环作用压力的大小，取决于：机械循环提供的作用压力，水在散热器内冷却所产生的作用压力和水在循环环路中困管路散热产生的附加作用压力。各种供暖系统型式的总循环作用压力的计算原则和方法。
进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻
Rpj
， 根据式中算出的及环路中各管段的流量．利用水力计算图表，可选出最接近
的管径．并求出最不利循环环路或分支环路中各管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。
第一种情况的水力计算．有时也用在已知备管段的流量和选定的比摩阻R值或流速
υ值的场合，此时选定的R和υ值，常采用经济值，称经济比摩阻或经济流速。
选用多大的R值(或流速υ值)来选定管径，是一个技术经济问题。如选用较大的R值(υ值)，则管径可缩小，但系统的压力损失增大，水泵的电能消耗增加。同时，为了各循环环路易于平衡．最不利循环环路的平均比摩阻践中，
Rpj
不宜选得过大。目前在设计实
Rpj
值一般取60～120Pa/m为宜。
第二种情况的水力计算，常用于校核计算。根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径。利用水力计算图表，确定该循环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，并检查循环水泵扬程是否满足要求。
进行第三种情况的水力计算，就是根据管段的管径d和该管段的允许压降ΔP，来确定通过该管段(例如通过系统的某一立管)的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已
知作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力，以及热水供暖系统采用所谓“不等温
降’水力汁算方法，就是按此方法进行计算的。
6.2 热水供暖系统管路水力计算的方法
本设计选用等温降的水力计算方法。即采用了立管或散热器的水温降相等的预先假
定，由此也就预先确定了立管的流量。这样，通过各立管并联环路的计算压力损失就不
可能相等而存在压降不平衡率。如果采用等温降方法进行同程式系统水力计算，立管间
的压降不平衡率往往难以满足要求，必然会出现系统的水力失调。
（1）最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻Rpj：
Rpj=a△P/Σl Pa/m （6-2）
式中：
△P ——最不利循环环路或分支环路的循环作用压力，Pa；
Σl ——最不利循环环路或分支环路的管路总长度，m；
a—— 沿程损失约占总压力损失的估计百分数，见《供热工程》附表4.8。
（2）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量： G = 3600Q0.86Q （6-3） =⎫t-t3⎛4.187⨯10 tg-th⎪gh⎝⎭
式中：
Q —— 管段的热负荷，W；
' tg—— 系统的设计供水温度，℃；
'th—— 系统的设计回水温度，℃。
（3）根据公式计算出的Rpj及环路中各管段的流量，可选出最接近的管径，并求出最
不利循环环路或分支环路中管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。
（4）当系统的最不利循环环路的水力计算完成后，即可进行其它分支循环环路的水力
计算。《采暖通风与空气调节设计规范》第3.8.6条规定“热水采暖同程式系统的各并
联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于10％。在实际设计过程中，为了平衡各
并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路管段的比摩阻和流速。但流速过高会产
生噪音。《暖通规范》规定：最大允许的水流速，民用建筑不应大于1.2m/s。
总之，一个良好的同程式系统的水力计算，应使各立管的资用压力值不要变化太大，
以便与选择各立管的合理管径。为此，在水利计算中，管路系统前半部供水干管的比摩
阻R值，宜选用稍小于回水干管的R值；而管路系统后半部供水干管的R值，宜选用稍
大于回水干管的。
6.3 散热器的进流系数
在单管热水供暖系统中，立管的水流量全部或部分的流进散热器。流进散热器的水
流量Gs与通过该立管的水流量Gl的比值称作散热器的进流系数α。可用下式表示：
α=Gs/Gl （6-4）
影响散热器间水流分配的因素主要有两个：一是由于散热器符合不同导致散热器平
均水温不同而产生的重力附加作用压力差值；二是并联环路在节点压力平衡状况下的水
流分配规律。
已知α及Gl值，则流进散热器的水流量分别为
G1=α1/Gl (6-5)
G2=(1-α1)/ Gl (6-6)
通常情况下顺流式系统两侧散热器连接散热器只管管径、长度及局部阻力都相等
时，两侧的进流系数α相等。在工程计算中，粗略按α=0.5计算，当两侧相差较大但
进流系数0.46
6.4 水力计算的计算步骤
1）进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长，（高区计算简图见附录
4、低区见附录6；
2）确定最不利环路。本系统为同程式单管系统，一般取最远的环路最不利环路；
3）计算最不利环路各管段的管径；
4）确定最远立管的管径；
5）依次确定各个立管的管径。
6.5 水力计算
6.5.1高区分支1（东/右环路）水力计算
（1）在附录4的水力计算图上标明各管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管
长，如附图所示；
（2）确定最不利环路。本系统采用同程式单管系统，一般取最远立管的环路作为最不
利环路，最不利环路是从入口处到立管9，这个环路包括管段1到23。
（3）计算最不利环路各管段的管径。考虑系统中各环路的压力损失易于平衡，采用推
荐的平均比摩阻RPJ大致为60~120Pa/m来确定最不利环路各管段的管径。水力计算方
法如下： 根据公式6-3确定各管段的流量，根据G和选用的RPJ值，查《供热工程》
附表4.1，将查出的各管段d、R、V值列入附录5的水力计算表中。然后根据△Py=Rl,
求出各管段的沿程压力损失。
（4）确定局部阻力损失。根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力总数，
然后将阻力数记于附录5中。
（5）热水供暖系统局部阻力系数ζ=1的局部损失值表，根据管段流速V，可查出动压
头△Pd值，根据∆pj=∆pd⋅∑ξ，求出各管段的局部阻力损失，最后算出最不利环路的
总压力损失∑ΔPy=21408Pa。入口处的剩余循环压力，用调节阀节流消耗掉。
（6）确定立管1及环路回水管的管径，根据并联环路节点压力平衡原理，对通过立管
[1]的环路有：
∑△Py = 15892 (Pa)
则该管段的平均比摩阻为，
Rpj= a△P/Σl= 0.5×15892/139.6
= 56.92（Pa/m）
根据Rpj和G值，选该管段管径，计算出环路的总压力损失为14757Pa,与最不利
环路相应管段相比，其不平衡率为7%。在允许值10%范围之内。
（7）确定立管[2]的管径。根据节点平衡原理确定立管[2]的资用压力△P= 5964（Pa）。
立管管径选用DN25，连接散热器的支管管径选用DN15。计算得立管[2]的总压力损失为
5838（Pa）。不平衡百分率（5964-5838）/5964*100%=2%，在允许范围之内。
（8） 确定立管[3]的管径。同理确定立管[3]的资用压力△P= 5243（Pa）。立管管径选
用DN25，连接散热器的支管管径选用DN15。计算得立管[3]的总压力损失为4464（Pa）。
不平衡百分率（5243-4464）/5243*100%=15%，稍超出允许值。
（9） 确定立管[4]的管径。根据节点平衡原理确定立管[4]的资用压力△P= 5103（Pa）。
立管管径选用DN20，连接散热器的支管管径也选用DN20。计算得立管[4]的总压力损失
为4812（Pa）。不平衡百分率（5103-4812）/5103*100%=6%，在允许范围之内。
（10）确定立管[5]的管径。同理确定立管[5]的资用压力△P= 5957（Pa）。立管管径选
用DN20。计算得立管[5]的总压力损失为2521（Pa）。不平衡百分率（5957-2521）
/5957*100%=58%，超出允许值。若立管管径选用DN15。计算得立管[5]的总压力损失为
10185（Pa）。不平衡百分率（5957-10185）/5957*100%=-71.0%，也超出允许值。最终
管径选定为DN20，资用压力富于值用立管上的阀门节流消耗掉。
（11）确定立管[6]的管径。根据节点平衡原理确定立管[6]的资用压力△P=5786（Pa）。
立管管径选用DN15。计算得立管[6]的总压力损失为5751（Pa）。不平衡百分率
（5786-5751）/5786*100%=1%，在允许范围之内。
（12）确定立管[7]的管径。同理确定立管[7]的资用压力△P= 6119（Pa）。立管管径选
用DN25，连接散热器的支管管径选用DN20。计算得立管[7]的总压力损失为4421（Pa）。
不平衡百分率（6119-4421）/6119*100%=28%，超出允许值。
（11）确定立管[8]的管径。根据节点平衡原理确定立管[8]的资用压力△P= 6984（Pa）。
立管管径选用DN25，连接散热器的支管管径选用DN15。计算得立管[8]的总压力损失为
7528（Pa）。不平衡百分率（6984-7528）/6894*100%=-8%，在允许范围之内。
确定其它立管管径。 同理确定其它立管的各管段管径。当计算出的损失小于资用
压力10%时使用阀门进行调节，当计算出的损失大于资用压力10%时放大管径。
水力计算表详见附录5
6.5.2高区分支2（西/左环路）水力计算
高区分支2的水力计算过程同上，水力计算表详见附录5。
高区分支1的总阻力损失∑ΔP=21408Pa，高区分支2的总阻力损失∑ΔP=21685Pa，
分支1与分支2共用总供回水干管，根据《实用供热空调设计手册》规定，两环路
算其不平衡率时应扣除其共用总供回水干管的阻力损失。
总供水干管阻力损失2252 (Pa) ；总回水干管阻力损失2414(Pa)
16742-17019⨯100%=-1.7%16742因此，分支1、分支2的不平衡率=，在允许值范围
之内。
6.5.3低区水力计算
低区水力计算过程与方法同上，低区水力计算表见附录7。
低区分支1的总阻力损失∑ΔP=20801Pa，低区分支2的总阻力损失∑ΔP=17677Pa
总供水干管阻力损失2338 (Pa) ；总回水干管阻力损失3715(Pa)。
西南环路与北环路共用回水干管，根据《实用供热空调设计手册》规定，两环路算
其不平衡率时应扣除其共用供回水干管的阻力损失。
14748-11624⨯100%=21.2%14748故两环路的不平衡率=，超出允许值10%的范围。
分支2的富于压力用干管上的阀门节流消耗掉。
7辅助设备的选择
7.1定压装置
目前供热系统定压方式主要有：膨胀水箱定压、补水泵定压、稳压管定压、补水泵
变频调速定压。这里选用补水泵定压。
补水泵流量宜为正常补水量的4~5倍，正常补水量宜采用系统水流量的1%。
补水泵的扬程不应小于补水定压点的压力加30~50kpa。为保证系统在停止和运行时充满水，
补给定压点的压力为采暖系统用水最高点的静水压力，并不超过直接连接用户系统底层
散热设备的允许压力。
高区系统水流量5512kg/h,用水最高点高度57.5m,所需泵的流量2.30 m3/h，扬程
0.6Mpa或H=ΔP/ρ g＝600/10=60m；低区系统水流量4387 kg/h，高度24m,补水泵流
量1.83 m3/h，扬程0.27Mpa或H=ΔP/ρ g＝270/9.8=27.5m。
补给水泵选上海东方泵业（集团）有限公司生产的东方WL型立式补给水泵80WL50-60-15
和50WL15-30-2.2各两台，其中一台备用。
7.2除污器
（1）除污器的作用是用来清除和过滤管道中的杂质和污垢，以保证系统内水质的洁净，
减少阻力和防止堵塞设备和管路，下列部位应设除污器：
1)采暖系统入口，装在调压装置之前；
2)锅炉房循环水泵吸入口；
3)各种小口径调压装置。
（2）除污器分立式直通、卧式直通、角通除污器，按国标制作，根据现场实际情况选
用，除污器的型号应按接管管径确定。
当安装地点有困难时，以采用体积小、不占用使用面积的管道式过滤器。除污器或
过滤器横断面中水的流速亦取0.05m/s。
其型号是根据管径选择的，所以选用R406型直通除污器，DN=70 L=500mm.除污器
的作用是用来清除和过滤管路中的杂质和污垢，以保证系统内的水质的洁净，减少阻力
和防止堵塞设备和管路。
热网供水总管以及采暖系统回水总管上，应设置除污器，除污器分立式直通、卧式
直通和角通 除污器，除污器的型号可按接管管径确定。除污器横断面中水的流速易取
0.05m/s。本设计采用Y型过滤器。
7.3集气罐和自动排气阀
1）集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，一般应设于系统的末端最高处，并使干
管逆流，水流与空气泡浮升方向一致。
2）集气罐分立式和卧式两种，按国标图制作，当安装高度不受限制时，亦选用立式。
3）集气管的直径应大于或等于干管直径的1.5～2倍，使集气罐中水的流速不超过
0.05m／s。
4）集气罐接出的排气管管径，一般采用DNl5mm。在排气管上应设阀门，阀门应设
在便于操作的地方，排气管排气口可引向附近水池。
5）在较大采暖系统中，为方便管理，亦采用自动排气阀。
6）自动排气阀的排气口，一般接DNl5mm排气管，防止排气直接吹向平顶或侧墙，
损坏建筑外装修，排气管上不应设阀门，排气管引向附近水池。
7）由于采暖系统(如水平串联系统)的原故，散热器中的空气不能顺利排除叫，可在
散热器上装设手动放风阀。
集气罐有效容积应为膨胀水箱容积的l％。它的直径D应大于或等于干管直径的
1.5～2倍，使水在其中的流速不超过0.05m/s．集气罐按安装形式分为立式和横式两
种。
本系统选择卧式集气罐。
设计注意要点：
①集气罐应设于系统末端的最高处，并使干管逆坡有利于排气。
②集气罐上引出的排气管一般取DN：15mm，并应安装阀门。
7.4补偿器
为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力热引起管道变形或破坏，需要在
管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结
构上的作用力。
1）供热管道上采用补偿器的种类很多，主要有管道的自然补偿、方形补偿器、波纹
管补偿器、套筒补偿器和球型补偿器等。前三种是利用补偿器的材料的变形来吸收热伸
长；后两种是利用管道的位移来吸收热伸长。
2）在考虑热补偿时，应充分利用管道的自然弯曲来吸收热力管道的温度变形，自然
补偿每段臂长一般不宜大于20~30m。
3）当地方狭小，方形补偿器无法安装时，可采用套管补偿器和波纹管补偿器。但套
管补偿器易漏水漏汽，亦安装在地沟内，不宜安装在建筑物上部。波纹管补偿器材质为
不锈钢制作，补偿能力大又耐腐蚀，但造价较高，可视具体工程情况选用。
7.5 其它附件的选择
为了时刻清楚系统的温度和压力，掌握系统运行状态，本设计选用一个型号为
WNG-11的温度计及一个型号为Y-100的压力表。
8 供暖系统的安装及其他问题
8.1设备管道保温
地沟、吊顶和非采暖房间的管道刷防锈漆后保温处理。
本设计采用防水岩棉保温结构，此保温结构，保温效果好且施工方便价格低廉。刷
防锈漆后用防水岩棉保温，外包油毡和玻璃布二道。具体保温层厚度见下表：
表8-1 保温层厚度表
8.2管道的防腐处理
热力管道及其设备的防腐处理，主要是直金属表面的外防腐和其涂料层的保护，金
属的腐蚀是金属在其工作环境中，因化学或是电化学反应，引起金属的表面均匀或者是
局部的耗损现象的总乘。为了减少管道的腐蚀，我们需要对管道进行相应的防腐处理，
主要是刷漆防锈等。
本设计中对管道进行防腐处理，地沟、吊顶刷防锈漆后进行保温处理；地沟内管道
保护层外刷沥青漆二道，其他均刷调和漆二道，其作法参见“陕O2-N1”。
8.3管道支架的安装
管道支架的安装，应符合下列的规定：
1）位置应准确，埋设应平整牢固；
2）与管道接触应紧密，固定应牢靠，对活动支架应采用U形卡环。
支架的数量和位置可根据设计要求确定，若设计上无具体要求时，可按下表的规定
执行：
表8-2 支架间距的选择
8.4 施工说明
（1）本设计选用焊接钢管中的热镀锌管。镀锌管抗腐蚀性好，常用于生活饮水和热水系统中。系统中管径最大为70，全采用丝接。
（2）供水干管安装在楼板下，由吊架承托，管子中心轴线距屋顶板面300mm，每4～6m
安装一个吊架或支架。
本供暖系统干管布置中所有干管有分支的均作自然补偿。
干管离墙远、立管离墙近，两者连接点常用弯管或煨弯连接。
立管安装时要注意垂直，每米高度允许偏差2mm，5m以上高度全高允许偏差8mm。
立管上的立管卡子根据供暖系统的形式为单立管卡子，用于单管系统。建筑物层高
h≤5m时，每层设一个立管卡子，管卡距地面1.5～1.8m。
（3）采暖系统供回水干管坡度为0.003，连接散热器的水平支管坡度和立、支管安装
详见“陕O2N1”.
（4）管道穿过楼板。墙身时应埋设钢制套管，套管规格应大于管道两号，内套管其 应
高出地面20mm,地步应与楼板底相平，安装在墙壁内的套管其端部应与墙面相平。
（5）水管路最低处应设置DN25排水阀，最高处设自动排气阀。水管坡度i=0.003
（6）系统安装完毕后，在做保温前进行水压试验，热水系统试验压力为1.0MPa,要求
10分钟内压力降不大于20KPa为合格。
（7）供暖系统安装完毕后，应进行供暖系统清洗，以去除杂物。清洗前应将管路上的滤网、温度计等部件拆下，清洗后再装上。热水供暖系统用清水冲洗，如系统较大，管路较长，可分段冲洗。清洗到排水出水色透明为止。
（8）系统安装试压后，应对所安装的平衡阀进行调试，满足后方可进行使用。
（9）非采暖季节应对高区采暖系统进行冲水保护。
（10）采暖入口装置按高区、低区分段安装在地沟内，参见“陕N2”P24~25。
(11)施工、安装及验收应符合国家现行规范、规程的要求。现行规范和规程主要有：
《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB50231-98）
总 结
毕业设计是学生步入社会工作岗前的能力训练位。毕业设计无论从工作量、涉及知识的面，以及分析解决问题的能力都是以往的学习不可比拟的，是对所学大学本科所学知识的一次全面深入的检验。它需要我们本着认真负责的态度，既要对每一数据的计算与选择负责，又要勇于思考。
通过本次设计，一方面，对大学期间所学专业基础课得以巩固和加深，另一方面，通过查阅了各种相关资料，不仅扩大了自己的专业知识面，而且掌握了查阅资料及实际问题思考分析的能力。为将来走上工作岗位、更好的适应工作打下了坚实的基础。
通过独立完成设计，对所遇问题的分析及采暖设计的理解，后发现本次设计所采用的供暖系统并非是最佳的，低区分布不规律导致所设置管道过乱且难以计算，低区设计水平式系统这些问题则能轻易解决。
作为一名即将投入建筑设备安装行业的大学生，做采暖设计意义重大，为将来工作中解决问题积淀了理论基础。希望能在以后的实际工作中将实践与这些与理论知识相结合，做出更多精品工程，为祖国的建工事业添砖加瓦。
参考文献
[1]严秋会，赵建会，张联英 编著.供热工程].北京：科学出版社，2008.9 [2]陆耀庆 主编.实用供热空调手册.中国建筑工业出版社，2001.8
[3] 陆耀庆.供暖通风设计手册.中国建筑工业出版社
[4]贺平，孙刚，王飞，吴新华 编著.供热工程.北京：中国建筑工业出版社，2009.8 [5]李东向，于晓明 主编.分户热计量采暖系统设计与安装.北京：中国建筑工业出版社，2004.8
[6] 中华人民共和国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19—90.北京：煤炭 工业出版社，1999.7 [7]供热暖通空调手册
[8]何斌，陈锦昌，陈炽坤 主编.建筑制图.北京：高等教育出版社，2005.6 [9]邵宗义 主编.建筑供热采暖工程设计图集.北京：机械工业出版社，2005.1
致 谢
附 录
XXXX大厦集中供热设计
ABSTRACT
This design is the district heating design of a commercial mixed building, its building area is 27573square meters ,which take the 95℃ hot water from the urban heat pipe network as the heat source.
Through examining the structure of the building, the function of the different rooms and the efficient comparison and the technical feasibility comparison, use the vertical division partition, every partition dividing to two parts, single-pipe for reference next time the same program formula system. Through the calculating the surrounding protection structure’s heat transfer coefficient, the building various rooms’ heat load, the preferential indoor radiator, and the hydraulic calculation to the pipe network system, considering the request of security, credibility, economy, rationality, energy conservation aspect at the same time, then I successfully meet the building heating requirements well.
KEY WORDS: District heating, Heat load, Single-valve afloat system, Hydraulic
calculation
摘 要
本设计所做的内容为西安市一栋商用混合建筑的集中供热设计。大厦采暖部分为地上十四层，高56.1米，建筑面积27573平方米。
设计用城市热力管网提供的95℃热水为热源，定压水泵定压。根据大厦的结构、各房间用途及经济性和技术可行性比较，采用了竖向分两区，各区又分两支，单管顺流上供下回同程式热水采暖系统。通过围护结构的传热系数计算、各采暖房间热负荷计算、房间散热器的选择与计算、系统管路的水力计算，同时还考虑了安全可靠、经济合理、节能等方面的要求，使该建筑较好的满足了采暖要求。
关键词 ： 集中供热，热负荷，单管顺流系统，水力计算
目 录
·
前 言 ................................................................... 1 1 概述 .................................................................. 2 1.1工程概述 ........................................................... 2 1.2设计范围 ........................................................... 2 2 设计基础资料 .......................................................... 3 2.1 气象资料 ........................................................... 3 2.2 室内、外设计参数 ................................................... 3 2.3.1 墙体资料 ...................................................... 3 2.3.2 屋面资料 ...................................................... 3 2.3.3 门窗资料 ...................................................... 4 2.3.4 孔洞和构槽 .................................................... 4 3 供暖系统的设计热负荷 .................................................. 5 3.1 围护结构的传热系数 ................................................. 5 3.1.1围护结构传热系数及热惰性 ....................................... 5 3.1.2围护结构传热系数及热惰性指标的计算过程 ......................... 5 3.1.3校核外围护结构最小传热阻 ....................................... 7 3.1.4 传热系数汇总 .................................................. 9 3.2 围护结构的传热耗热量 ............................................... 9 3.3 围护结构的基本耗热量 ............................................... 9 3.4 围护结构的附加（修正）耗热量 ...................................... 11 3.4.1 朝向修正耗热量 ................................................ 11 3.4.2 风力附加耗热量 ................................................ 11 3.4.3 高度附加耗热量 ................................................ 12 3.5风压冷风渗透耗热量 ................................................ 12 3.6 冷风侵入耗热量 .................................................... 13 3.7 热负荷计算 ........................................................ 14 4 供暖系统的选择 ....................................................... 16 4.1 供暖系统的分类 .................................................... 16
4.2 供暖热媒的选择 .................................................... 16 4.3 供暖热源的选择 .................................................... 16 4.4 典型供暖系统型式的比较 ............................................ 16 4.5 供暖方案提出及比较 ................................................ 17 4.5.1技术可行性及经济可行性比较 .................................... 17 4.5.2方案的确定 .................................................... 18 4.6 供暖系统管路的布置 ................................................ 18 5 供暖系统的散热设备 ................................................... 19 5.1 散热器的选择 ..................................................... 19 5.2 散热器的布置 ..................................................... 20 5.3 散热器的计算 ..................................................... 21 5.3.1 散热器的各计算参数的确定 ..................................... 21 5.3.2散热器片数确定原则 ............................................ 22 5.3.3 散热器的计算 ................................................. 23 6 水力计算 ............................................................. 25 6.1 热水供暖系统管路水力计算 ......................................... 25 6.1.1 室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理 ....................... 25 6.1.2 室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务 ....................... 26 6.2 热水供暖系统管路水力计算的方法 ................................... 27 6.3 散热器的进流系数 ................................................. 28 6.4 水力计算的计算步骤 ................................................ 28 6.5 水力计算 ......................................................... 29 6.5.1高区分支1（东/右环路）水力计算 ................................ 29 6.5.2高区分支2（西/左环路）水力计算 ................................ 30 6.5.3低区水力计算 .................................................. 31 7辅助设备的选择 ........................................................ 31 8 供暖系统的安装及其他问题 ............................................. 34 总 结 ................................................................. 37 参考文献 ............................................................... 38 致 谢 ................................................................. 39 附 录 ................................................................. 40
前 言
毕业设计是毕业班学生步入社会工作岗位前的综合能力训练。目的是过设计灵活运用所学基础理论、基本知识及实验技能，理论联系联系实际，做到学以致用。本采暖设计供暖就是要把所学的采暖方面理论知识论用到高层建筑采暖的实习问题之中。
我国城市集中供热是从北京开始的，上世纪八十年代以来，得到了很大的发展。城市集中供热普及率已经达到90%。随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，在我国南方冬季较冷地区也开始实行供暖。本设计为西安银联科技园一栋电子大厦的采暖设计。预采暖建筑地上十四层，地上高度五十七米。拟用城市集中热力网进行集中供热。通过资料收集，设计参数确定，负荷计算，供热系统设计，水力计算几大步骤较好的实现建筑的采暖要求。
通过本次设计梳理并运用了已有专业知识，并掌握了学习分析和解决供热设计这一专业问题的方法，切实解决了遇到的一些实际问题，对供热设计有了较深层次的理解。从而较好的培养了从事设计研究的基本功和解决实际问题的技能。
由于本人知识水平有限，实践经验不足，设计中难免存在一些错误和不妥之处，恳请老师们批评指正，并再次表示衷心的感谢。
1 概述
1.1工程概述
本工程为陕西银联科工贸发展公司一栋地下一层地上十四层的电子大厦，地处西安市经济开发区。其中有办公室、会议室、研发室、商务套间、普通客房、餐厅、等各种用途的房间，建筑基础面积约为2485平米，采暖面积约为27573平米，一层高5.4米，二层4.5米，三、四层为4.2米，五层高4.5米，标准层及顶层高3.7米。
1.2设计范围
本设计内容包括该大厦地上十四层的采暖系统，以热水为热媒，城市热力管网为热源，定压水泵定压，为大楼供暖。 城市管网水温95/70°C，压力30kpa。
2 设计基础资料
2.1 气象资料
地理位置：北纬34°17′,东经117°19′ 海拔高度:957.6m 采暖室外计算温度-3.2℃、 冬季最多风向 ENE 冬季最多风向的平均风速1.7m/s.、 冬季室外大气压力98097pa 极端最低温度-16℃
2.2 室内、外设计参数
室内空气温度的选定，应满足人们生活和生产工艺的要求。中华人民共和国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》规定：民用建筑的主要房间，宜采用16℃～20℃。
据此确定的各房间的室内设计温度见表2-1：
表2-1 主要房间设计温度
2.3 土建资料 2.3.1 墙体资料
外墙采用加气混凝土空心砌块， 200厚，外贴45厚聚苯乙烯泡沫板：内墙填充200厚加气混凝土砌块，外贴15厚聚苯乙烯泡沫板。
2.3.2 屋面资料
屋面为100厚加气混凝土砌块-65厚聚苯乙烯泡沫塑料板（20厚混凝土板、200厚架空层、5厚防水层、15厚水泥砂浆找平层、30厚轻集料混凝土找坡层、100厚加气混凝土砌块、65厚聚苯乙烯板）
2.3.3 门窗资料
外门窗：东、西、北外门窗用间隔层12mm厚LOW-E在线中空玻璃（辐射率
0.25—0.20），铝合金框料；南外门窗用9mm厚LOW-E在线中空玻璃、断桥铝合金框料。
表2-2 门窗明细表
2.3.4 孔洞和构槽
土建已经为暖通预留孔洞和构槽。
3 供暖系统的设计热负荷
3.1 围护结构的传热系数 3.1.1围护结构传热系数及热惰性
均质多层材料组成的平壁结构
K=
1αn
+∑
i+λiαw
W/(m2·℃) （3-1）
----摘自于《供热工程》式2.7
式中：
R,R
ni
w
----围护结构的内、外表面热阻, （㎡·℃）/W；
R----由单层或多层材料组成的维护结构本体的热阻,（㎡·℃）/W；
α,α
n
w
----维护结构的内、外表面换热系数，W/（㎡·℃）；
δ
i
----围护结构各层材料的厚度, m；
。 λ----围护结构各层材料的导热系数, W/（㎡·℃）
i
结构的热惰性指标按下式计算：
D=∑(s.Ri)
i
即 ∑D=S1R1+S2R2+SiRi （3-2） 式中： Ri----各层材料的传热热阻, （㎡·℃）/W； si------各层材料的蓄热系数, W/（㎡·℃）。
----摘自于《供热工程》式2.21
3.1.2围护结构传热系数及热惰性指标的计算过程
（1） 外墙
1）传热系数：
λ=0.093、内
粉刷λ=0.814、 加气混凝土泡沫混凝土λ=0.209、 聚苯乙烯泡沫板λ=0.042
查得：
i
α
n
=8.7W/（㎡·℃）、
α
w
=23 W/（㎡·℃）、 外粉刷
i
i
i
将数据和以上数据带入公式可知钢筋混凝土外墙的传热系数：
K=
1
1
+∑i+αnλiαw
1
=1/[0.115+（
0.020.170.010.043
+++)+0.043] 0.8140.2090.0930.042
=0.49（㎡·℃）/W
2）围护结构的热惰性指标：
①石灰、砂、砂浆内粉：δ1=20mm λ1=0.814w/(m·k)
R1=δ1/λ1 =0.0246（㎡·℃）/W
②加气泡沫混凝土：δ2=170mm λ2=0.209w/(m·k)
R2=δ2/λ2 =0.8314（㎡·℃）/W
③水泥.、砂浆外粉：δ2=20mm λ2=0.093w/(m·k)
R3=δ3/λ3 =0.1075（㎡·
/W
④聚苯乙烯板保温层：δ2=45mm λ2=0.042w/(m·k)
R4=δ4/λ4 =1.0238（㎡·
/W
将所有的相关数据带入公式可得该墙体的热惰性指标：
D=∑D=S1R1+S2R2+S3R3+S4R4
=11.26×0.0246+10.12×0.8314+0.35×0.1075+0.45×1.0238
=9.19
所以该墙体属于Ⅰ类围护结构，满足保温要求。 （2）内墙 同理可得：
加气混凝土砌块混凝土墙的传热系数K=0. 77 W/（㎡·℃）：
热惰性指标D=4.388，
该墙体属于Ⅱ类围护结构,满足保温要求。 （3）屋面 同理可得：
屋面的传热系数K=0.42 W/（㎡·℃）；
热惰性指标：
D = R1S1+R2S2+R3S3+R4S4+R5S5+R6S6 =0.1149×17.2+1.176×3.33+0.0161×11.25
+0.0395×9.86+0.4545×3.56+1.584×0.35 =8.5728，
该屋面属于Ⅰ类围护结构。 （4）地板 同理可得：
地板的传热系数K=0.76 W/（㎡·℃）； 热惰性指标D=4.37，
该屋面属于Ⅱ类围护结构,满足保温要求。
3.1.3校核外围护结构最小传热阻
（1）外墙
该围护结构属于Ⅰ型（见《供热工程》表1-6），围护结构冬季室外计算tw.e 温度，应采用：
tw.e=tw'= -3.2℃
aR(t-t)
又 R0⋅min=nnw （㎡·℃）/W （3-3）
∆ty
式中：
Ro.min ——围护结构最小传热阻，（㎡·℃）/W；
∆ty——供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差，℃：按《供热工程》表2.14选用；
t
w.e
——冬季围护结构的室外计算温度℃。
----摘自于《供热工程》式2.20
根据已知条件及查得数据，以tn=18℃ ，tw⋅e= -3.2℃ ，∆ty=6℃ ，Rn=0.115
Ro.min =
18-(-3.2)
6
⨯1⨯0.115=0.406（㎡·℃）/W 钢筋混凝土外墙的实际传热阻为
Ro.min =1/K=1/0.49=2.03（㎡·℃）/W
可见R>Ro.min，该外墙满足保温要求。 （2）屋面
该围护结构属于Ⅰ型，围护结构冬季室外计算温度tw⋅e，应采用
tw⋅e=tw'=-3.2℃
同理，将所有的相关数据代入可得：
Ro.min =0.61（㎡·℃）/W
屋面的实际传热阻为
Ro =1/K=1/0.42=2.38（㎡·℃）/W
可见R>Ro.min，该屋面满足保温要求。 （3）地板
该围护结构属于Ⅱ型，围护结构冬季室外计算温度tw⋅e，应采用
tw⋅e=0.6tw'+0.4tp⋅min=-11.2℃
同理，将所有的相关数据代入可得：
Ro.min =
18-(-11.2)
6
⨯1⨯0.115=0.60（㎡·℃）/W 屋面的实际传热阻为
Ro =1/K=1/0.76=1.32（㎡·℃）/W
可见R>Ro.min，该地板满足保温要求。
3.1.4 传热系数汇总
表3-1 传热系数汇总表
3.2 围护结构的传热耗热量
围护结构的传热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。在工程设计中，计算两部分的设计热负荷时，通常把它分为围护结构的基本耗热量和附加（修正）耗热量两部分进行计算。基本耗热量是指在设计的室内外温度条件下，通过房间各部分围护结构的（门、窗、墙、地板、屋面等）从室内传到室外的稳定传热量的总和。附加（修正）耗热量是指考虑气象条件和建筑结构特点的影响而对基本耗热量的修正，包括风力附加、高度附加和朝向附加等耗热量。
因此，在工程设计中，供暖系统的设计热负荷，一般可用下式：
Q=Q1+Q2+Q3 (3-4) 式中：
Q1——围护结构的传热耗热量,W；
Q2——冷风渗透耗热量,W；
Q3——冷风渗入耗热量，W。
3.3 围护结构的基本耗热量
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化。实际上，室内 散热设备不稳定，室外空气温度随季节和昼夜的变化而不断波动，这是一个不稳定的传 热过程。但对于不稳定的传热计算复杂，所以对室内温度允许有一定波动幅度的一般建
筑来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能满足要求。
围护结构的耗热量，可按下式计算：
''q=KF(t-tnw)α W （3-5）
式中 K ——围护结构的传热系数，W/（㎡·℃）；
F ——围护结构的传热面积，m；
2
tn——冬季室内计算温度，℃；
t'w——供暖室外计算温度，℃；
α——围护结构的温差修正系数。
整个建筑物的基本耗热量
Q1.j'
'
q等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和：
Q1.j'=∑q'=∑KF(tn-t'w)α
(3-6)
对一侧不与室外空气直接接触的围护结构，当内外温差大于或等于5℃时，要计算通过该围护结构的传热量。
表3-2 温差修正系数
注：根据《采暖通风设计规范》第3.2.5条 “与相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板等的传热量。”对于浴室、更衣室，虽没外墙，但其与相邻、楼 上下房间温差大于或等于5℃，故得考虑内墙传热及楼板传热，并对其传热系数进行修
正。
3.4 围护结构的附加（修正）耗热量
围护结构的基本耗热量，是在稳定条件下得出的，实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况等各种因素影响而有所增减。由于这些因素，需要对房间围护结构基本耗热量进行修正。这些修正耗热量称为围护结构附加（修正）耗热量。通常按基本耗热量的百分率进行修正。附加（修正）耗热量有朝向修正、风力附加和高度附加耗热量等。
3.4.1 朝向修正耗热量
朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳辐射影响而对围护结构基本耗热量的修正。当太阳照射建筑物时，阳光直接透过玻璃，使室内得到热量。同时由于受阳面的围护结构较干燥，外表面和附近气温升高，围护结构向外传递热量减少。采用修正方法是按围护结构的不同朝向，采用不同的修正率。需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）的耗热量乘以相应的朝向修正率
选用修正率时，应考虑当地冬季日照率、辐射度、建筑物使用和被遮挡等情况；冬季日照率小于35％的地区，东南、西南和南向的修正率，宜采用－10％～0％， 东、西向可不修正。
在本设计中，各朝向修正系数如下表：
表3-3 朝向修正系数xch
3.4.2 风力附加耗热量
风力附加耗热量是考虑室外风速的变化而对建筑物围护结构基本耗热量的修正。在计算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是考虑
w
是对应于风速约为4m/s的计算
值。我国大部分地区冬季平均风速一般为2～3m/s。因此，《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、河流、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 %。
本设计地点在西安市内，所以不考虑风力附加。
3.4.3 高度附加耗热量
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，当房间的高度大于4m时，每高出1m应附加2 %，但总的附加率不超过15 %。注：高度附加率，应附加于房间围护结构基本耗热量和其它附加（修正）耗热量的总和上。
本设计的房间的一到五层高度大于4m，考虑每米高度附加2%；其它层高度小于4m,所以不考虑高度附加。
综合上述，建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过围护结构的总耗热量，可用下式综合表示：
'
'
'
Q1=Q1.j+Q1.x=(1+xg)∑αKF(tn-tw)(1+xch+xf) W （3-7） 式中： xch——朝向修正率， %；
xf——风力修正率， %； xg——高度修正率， %。
3.5冷风渗透耗热量
在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗缝隙渗入室内，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，称为渗透耗热量。
计算冷风渗透耗热量的常见方法有缝隙法、换热次数法和百分数法。 本设计采用的是缝隙法，冷风渗透耗热量按下式计算：
q2=0.278Vρwcp(tn-tw') （3-8）
式中：
V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；
0.278——单位换算系数，1kJ=0.278W
ρw——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，这里为1kJ/kg·℃。
其中 冷风渗透量根据不同的朝向按下式计算：
V=L0*l*m （3-9）
b
式中：
L0——在基准高度单纯风压下，不考虑朝向修正和建筑物尾部隔断情况时，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量,m3/(m*h)； M——冷风渗透压差综合修正系数；
B——门窗缝隙渗风指数，b=0.56~0.78,当无实测数据时，可取b=0.67。 冷风渗透压差综合修正系数m;
查实用通风空调设计手册得到西安14层高层的m值列于下表：
表 3-4 西安地区m值
通过每米门窗缝隙渗入室内的理论空气量，计算如下：
b
ρ L0=α2
（3-10） v02）
式中：
α——外门窗缝隙渗风系数；
v0——基准高度冬季室外最多风向的平均风速，m/s,见《暖通规范》
3.6 冷风侵入耗热量
在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热
到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量 乘以《供热工程》表1-10的百分数的简便方法进行计算。亦即
Q'3=NQ1.j.m W （3-11） 式中：
'
Q1.j.m——外门基本耗热量，W； N——考虑冷风侵入的外门附加率。
本设计一层外门按 一道门计算，故取N=65n%。n为建筑物的层高。因此各个房间的热负荷可用下式表示：
Q=Q1+Q2+Q3
3.7 热负荷计算
先给各层房间字西北角 开始按顺时针方向 图3-1 1301房间位置 依次编号。
1301房间负荷计算： （1）基本耗热量：
北外窗：F = 1.2×2.35=2.82㎡,
k =2.8W/㎡℃
‘
Q=KF∆tα=2.8×2.82×23.2×1
= 183.19 W
北外墙：F= 4.6×3.7－1.2×2.35=14.20㎡, k = 0.49 W/㎡℃
‘Q=KF∆tα=0.49×14.20×23.2×1
= 161.43 W
西外墙：F= 8.65×3.7=32.01㎡,k=0.49W/㎡℃
‘
Q=KF∆tα=0.49×32.01×23.2×1
= 363.83 W
（2）围护结构耗热量：
北外窗：Q‘
1=Q(1+xch+xf)(1+xg)=183.19×（1+0.05+0）×(1+0)
=192.35 W
北外墙：Q‘1=Q(1+xch+xf)(1+xg)=161.43×（1+0.05+0）×(1+0)
=169.50 W
西外墙：Q‘1=Q(1+xch+xf)(1+xg)=363.83×（1-0.05+0）×(1+0)
=345.64 W （3）冷风侵入耗热量：
北外窗：Q2=0.278Vρwcp(tn-tw') （3-12） 其中：
l=11.8 m； m=0； V =0m/s； α=0.3;
b
Lρ0=αw
v2
0）
则
2
=0.3×（(1.27/2⨯1.72
）0.67
=0.45 m3/(m·h) =Lb
V0*l*m
=0.35⨯11.8⨯0
0.67
=0 m3/h
从而 Q2=0.278⨯0⨯28.2⨯1⨯7.67
=0 W
（4）冷风侵入耗热量：
本房间无外门，因此Q'3=NQ'
1.j.m=0 则围护结构的总热负荷：
Q=（Q1+Q2+Q3）北外窗+（Q1+Q2+Q3）北外墙+（Q1+Q2+Q3）西外墙 = 192.35+(169.50+0)+345.64 ≈ 707.5 W
其他房间计算方法与过程同上，全部房间的热负荷计算列表 见附录1。
4 供暖系统的选择
4.1 供暖系统的分类
以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。可按下述方法分类： 1）按系统循环动力不同，可分为重力（自然）循环系统和机械循环系统。 2）供回水方式不同，可分为单管系统和双管系统。 3）按管道敷设方式不同，可分为垂直和水平式系统。
4）按热媒温度不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统
在我国认为：水温低于或等于100℃的热水，称为低温水，水温超过100℃的热水，称为高温水。室内热水供暖系统,大多采用低温水作为热媒。
4.2 供暖热媒的选择
热水采暖系统的热媒设计温度，一般根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。供水温度不超过95℃，可确保热媒在常压条件下不发生汽化；适当降低热媒温度，有利于提高舒适度，但要相应增加散热器数量。所以根据《实用供热空调设计手册》，本工程为综合性建筑，宜采用95/70°C热水为热媒。
4.3 供暖热源的选择
热源是集中采暖的核心，主要有热电厂、区域锅炉房、地热供热等。根据实际情况热源选用城市供热管网。
4.4 典型供暖系统型式的比较
重力循环上供下回单、双管顺流式系统和机械循环上供下回单、双管顺流式系统等 型式的比较如下表所示：
表4-6 系统比较
4.5 供暖方案提出及比较
方案1：机械循环、上供下回、单管水平异程式系统。 方案2：机械循环、上供下回、双管垂直异程式系统。 方案3：机械循环、上供下回、单管垂直同程式系统。
4.5.1技术可行性及经济可行性比较
1）：若采用方案1，水平串联的散热器组数过多，末端几组散热器会出现片数过多不易布置的情况。采用这种系统要考虑好空气的排除问题，需在每组散热器上设放气阀排空气或在同一楼层散热器上部串联水平空气管。该方案施工安装方便，切造价一般别
垂直式系统低。多应用于目前的居住建筑和公共建筑。
2）：若采用方案2，由于机械循环热水供暖系统由锅炉房设备、室外管网和室内供暖系统三部分组成，是靠循环水泵驱动热水循环，所以水在管道内流速大，管径小、升温快，在系统中循环时的冷却温降小，而系统的作用面积可相当大。机械循环系统供回水干管的总长度短，在此系统中，由于连接立管较多，通过各个立管环路的压力损失较难平衡。但可在靠近总立管最近的立管，选用较小管径，消除一些剩余压力，剩下的可以在立管加调节阀来达到水力平衡的目的。但系统很浪费管材，在系统的平衡上也不会有太大的改变，不易平衡。
3）：若采用方案3，通过各个立管的循环环路的总长度相等，压力损失易于平衡，虽然不会出现远近立管处出现流量失调而引起的水平方向上冷热不均现象，但是会比较浪费管材，对于作用半径较小的建筑会造成不必要的浪费，且系统阻力基本相同，但各层之间的自然压差难以克服，易造成系统垂直失调。
最后，通过观察建筑的特点，系统的主供、回水应为异侧上进下出式，从而同程式系统与异程式管路总长基本相当，管材的消耗相同。也可通过对各个系统的管长L、管径D以及厚度△D进行估算，并进行比较。方法如下：
通过公式Y=2∏D×△D×∑L计算出各个系统的Y值，可知系统的Y值基本相同。
4.5.2方案的确定
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《高规》中规定：一般高层建筑高于50米要分区。通过分析建筑的特点，以及以上方案的技术可行性与经济可行性比较，本设计分高低两个区，均采用单管顺流上供下回的同程式系统，这样压力损失易于平衡，不会出现远近立管处出现流量失调而引起的水平方向上冷热不均现象，并且水力计算也易于平衡。
4.6 供暖系统管路的布置
根据建筑物的具体条件，以及运行情况等因素来合理的布置方案，力求系统管道走 向布置合理，节省管材，便于调节和排除空气，而且要求各并联环路的阻力易于平衡。
考虑到本工程的实际 ，本设计采用机械循环、单管垂直式的上供下回系统。分高 低两个区，低区为一到五层，高区六到十四层。散热片安装形式为同侧的上供下回。对于建筑的三号四号楼梯间，散热器集中布置在低区，及各单设一根立管为其供水。一号二号楼梯间由于层数较低散热器又布置在底部，不再单独设置立管。供水立管之间为同程式，在底层设一根总的回水同程管。设计供回水温度为95/70℃。
根据建筑的结构形式，布置干管和立管，为每个房间分配散热器组。（见图纸）
5 供暖系统的散热设备
散热设备是供暖系统的主要组成部分，它向房间散热以补充房间的热损失，保持室内要求的温度。散热设备主要分为三种：散热器，辐射板，暖风机。本次设计选用散热器作为供暖系统的散热设备
5.1 散热器的选择
供热系统的热媒，通过散热设备壁面，主要以对流方式向房间传热。这种散热设备通称为散热器。
散热器总得要求归纳为八字原则“安全可靠、轻、薄、美、新”。即在安全可靠的前提下，要求轻、薄、美、新。
散热器的选择主要有以下五点要求：
1）热工性能方面的要求：散热器的传热系数K值越高，说明其散热性能越好。外 壁散热面积越大散热性能越好。
2）经济方面的要求：散热器传给房间的单位热量所需金属耗量越少，成本越低， 其经济性越好。
3）安装使用和工艺方面的要求：散热器应有一定的机械强度和承压能力， 结构尺寸小，散热面积大，少占房间面积和空间。
4）卫生和美观方面的要求：外表面光滑，不积灰易于清扫。 5）使用寿命要求：散热器应不易于被腐蚀和破坏，使用年限长。
目前, 散热器品种繁多，有从容选择的余地，但也要看到各种散热器在应用实践中都出现过不同性质的问题。关键是要针对系统的特性，较为适当地应用，要用其所长，
避其所短。主要形式散热器有以下几种：
1）铸铁散热器是一种适应性较强的品种，它的主要弊病是：体型不紧凑，如铸铁四柱或铸铁长翼型等陈旧型号, 显然与节能的、装饰要求较高的建筑环境很不协调；承压能力低；落后的铸造工艺和加工粗劣, 组对接口容易漏水。
2） 钢板材质的钢制散热器体型较薄且较美观, 国外较多采用, 引进并广泛应用以后,由于材质、生产工艺、运行水质等因素失控,容易造成腐蚀现象重复发生，因而对水质有较高的要求，需要进行水处理，非采暖季节满水要养护。但因其制造工艺先进，散热能力强，结构紧凑外形美观，占地面积小，适用于要求承压能力大的场合。
3）铝制散热器是一种高效的散热器, 同样也发生过腐蚀穿孔问题, 除材质外,碱性水质和超量的氯化物都会对铝产生腐蚀,虽对此种散热器提出了内防护要求，但工艺上难以实施，也不便于检验。因为热水锅炉水质标准要求锅水的PH值应为10—12，说明此种散热器不能用于以锅炉为直接热源的集中供暖系统，但可在热网集中供热、用户侧为经热交换的二次热媒系统。
考虑到上述一些要求及实际情况，本设计高区选用钢制柱式散热器 600×120，低区选用TZ 2-5-5型散热器。其各参数如表3-6所示：
表5-1 散热器参数
5.2 散热器的布置
散热器布置应注意下列规定：
1）散热器一般应安装在外墙的窗台下。这样，沿散热器上升的对流能阻止和改善从玻璃下降的冷气流和玻璃冷辐射的影响，使流经室内的空气比较暖和舒适。
2）为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在楼梯间或其它有冻裂 危险的场所，其散热器应由单独的立、支管供热，且不得装设调节阀。
3）散热器一般采用明装，布置简单。内部装修要求较高的民用建筑可采取暗装。在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联；储藏室、厕所和厨房等辅助 用室 及走廊的散热器，可同邻室串联连接。两串联散热器之间的串联管直径应与散热器接口直径相同，以便水流畅通。
4）在楼梯间布置散热器时，考虑楼梯间热流上升的特点，应尽量布置在低层或按一定比例分布在下部各层。
5）散热器离墙的距离对散热量稍有影响，实验证明离墙30mm左右为宜。 本次设计中的散热器的连接方式均采用同侧上进下出的形式，全部半暗装,且低区每组散热器不得超过25片的考虑换用钢制柱式600×120型散热器。立管距落地窗200mm以上。
5.3 散热器的计算
5.3.1 散热器的各计算参数的确定
散热器面积计算按下式计算： F=式中：
Q——散热器的散热量，W；
2Q
β1β2β3 m （5-1）
Ktpj-tntpj
——散热器内热媒平均温度，℃；
tn ——供暖室内计算温度，℃；
K——散热器的传热系数，W/m2℃；
β1——散热器组装片数修正系数； β2——散热器连接形式修正系数；
β3——散热器安装形式修正系数。
散热器组装修正系数β1按表5-2取值：
表5-2 散热器组装修正系数β1
（1）散热器内热媒平均温度
tpj
计算：
散热器内热媒平均温度随供暖热媒参数和供暖系统形式而定。在热水供暖系统中，
tpj
为散热器进出口水温的算术平均值。
tpj=(tsg+tsh)/2 ℃ （5-2）
式中：
tsg——散热器进水温度，℃； tsh——散热器出水温度，℃。 （2）散热器传热系数K及其修正数值
本设计采用钢制柱式600×120，可知其传热系数的计算公式为：
K=2.489△t0.3069 （5-3） 式中：
∆t——散热器热媒与室内空气的平均 温差，℃。 （3）散热器片数的确定
在确定了散热器面积后，可按下式计算所需散热器的总片数：
n=F/f （5-4） 式中；
f——每片散热器的散热面积，m2/片。
5.3.2散热器片数确定原则
单管采暖系统，当立管串联散热器大于6层时，考虑到失调问题，上游1/3散热器位数舍去；中游1/3散热器附加5%散热量：下游1/3散热器附加10%-15%散热量。
5.3.3 散热器的计算
高区右侧立管1中暖气片的计算步骤（如下图所示）：
（1）单管系统各层散热器的出水温：
已知 Q1417=1063.4W； Q1327=424.0W； Q1227=424.0W； Q1127=424.0W；Q1127=424.0W； Q1027=424.0W； Q927=424.0W； Q827=424.0W；Q727=470.6W； Q621=392.3W; ∑Q=4470.3W 立管 进水温度
tg
=95℃; 回水温度 th=70℃.
串联N组散热器的系统，流出 第I 组散热器的水温ti按下式计算，即 t'i=tg-
QI
Q
(tg-th)
由此可得：
tQ9
1417=tg-
Q
(tg-th)
=95-1063.4/4470.3×（95-70）=89.1℃
tQ9
1327=t‘
g-
Q
(tg-th)
=89.1-424.0/4470.3×（95-70）=86.7℃
t‘
Q9
1227=tg-
Q
(tg-th)
=86.7-424.0/4470.3×（95-70）=84.3℃
t‘
Q9
1127=tg-
Q
(tg-th)
=84.3-424.0/4470.3×（95-70）=81.9℃
t‘
Q9
1027=tg-
Q
(tg-th)
=81.9-424.0/4470.3×（95-70）=79.6℃
t927=tg-
‘
Q9
Q
Q9
(tg-th)
=79.6-424.0/4470.3×（95-70）=77.2℃
t827=tg-
‘
Q
Q9
(tg-th)
=77.2-424.0/4470.3×（95-70）=74.8℃
t727=tg-
‘
Q
(tg-th)
=74.8-470.6/4470.3×（95-70）=72.2℃
t627也是立管出水温度
t627=72.2-392.3/4470.3×（95-70）=70℃。
（2）散热器计算：
高区右侧第1根立管1417房间支管散热器
已知 Q=1063.4W, tpj = (95+89.1)/2 =92.0℃,
tn=20℃, △t = tpj-tn =92-20 =72℃
对钢制柱式散热器600×120有：
K=2.426△t0.286= 2.426×720.286=9.26W/m℃
修正系数：
散热器组装片数修正系数，先假定β1= 1.0； 散热器连接形式修正系数， 查得β2=1.0；
散热器安装形式修正系数， 查得β3=1.0； 根据公式5-1可得：
F'=
Q
β1β2β3 K∆t1063.42=×1.0×1.0×1.0 = 1.63 m 9.25⨯72
2
2
查供暖通风设计手册知钢制柱式600×120散热器每片散热面积为0.15 m，计算
片数n'为：
n'=F'/f=1.71/0.15片=10.58≈11片
查表5-2知，当散热器片数为11~20片时，β1=1.05，
实际采用片数n为：
n=10.58×1.05=11.40 片
取整数，应采用钢制柱式600×120散热器11片（散热器减少面积不大于0.1 m）。 散热器算法与步骤同上，其余散热器计算列于附录2。
2
6 水力计算
6.1 热水供暖系统管路水力计算
6.1.1 室内热水供暖系统管路水力计算的基本原理
设计热水供暖系统，为使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。
热水供暖系统中的计算管段的压力损失，可用下式表示：
式中：
△P ——计算管段的压力损失，Pa；
△Py ——计算管段的压力损失，Pa； △Py ——计算管段的压力损失，Pa； R ——每米管长的沿程损失，Pa/m； L ——每段长度，m。
在管路的水力计算中，把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。任何一个热水供暖系统的管路都是有许多串联或并联的计算成的。
∆P=∆Py+∆Pj=Rl+∆Pj
Pa (6-1)
6.1.2 室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务
（1）按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力(压头)。确定各管段的管径； （2）按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力(压头)；
（3）按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降，确定通过该管段的水流量。
室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成的管路系统。管路的水力计算从系统的最不利环路开始，也即从允许的比摩阻最小的一个环路开始计算。由n个串联管段组成的最不利环路，它的总压力损失为n个串联管段压力损失的总和。
热水供暖系统的循环作用压力的大小，取决于：机械循环提供的作用压力，水在散热器内冷却所产生的作用压力和水在循环环路中困管路散热产生的附加作用压力。各种供暖系统型式的总循环作用压力的计算原则和方法。
进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻
Rpj
， 根据式中算出的及环路中各管段的流量．利用水力计算图表，可选出最接近
的管径．并求出最不利循环环路或分支环路中各管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。
第一种情况的水力计算．有时也用在已知备管段的流量和选定的比摩阻R值或流速
υ值的场合，此时选定的R和υ值，常采用经济值，称经济比摩阻或经济流速。
选用多大的R值(或流速υ值)来选定管径，是一个技术经济问题。如选用较大的R值(υ值)，则管径可缩小，但系统的压力损失增大，水泵的电能消耗增加。同时，为了各循环环路易于平衡．最不利循环环路的平均比摩阻践中，
Rpj
不宜选得过大。目前在设计实
Rpj
值一般取60～120Pa/m为宜。
第二种情况的水力计算，常用于校核计算。根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径。利用水力计算图表，确定该循环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，并检查循环水泵扬程是否满足要求。
进行第三种情况的水力计算，就是根据管段的管径d和该管段的允许压降ΔP，来确定通过该管段(例如通过系统的某一立管)的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已
知作用压头下，校核各管段通过的水流量的能力，以及热水供暖系统采用所谓“不等温
降’水力汁算方法，就是按此方法进行计算的。
6.2 热水供暖系统管路水力计算的方法
本设计选用等温降的水力计算方法。即采用了立管或散热器的水温降相等的预先假
定，由此也就预先确定了立管的流量。这样，通过各立管并联环路的计算压力损失就不
可能相等而存在压降不平衡率。如果采用等温降方法进行同程式系统水力计算，立管间
的压降不平衡率往往难以满足要求，必然会出现系统的水力失调。
（1）最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻Rpj：
Rpj=a△P/Σl Pa/m （6-2）
式中：
△P ——最不利循环环路或分支环路的循环作用压力，Pa；
Σl ——最不利循环环路或分支环路的管路总长度，m；
a—— 沿程损失约占总压力损失的估计百分数，见《供热工程》附表4.8。
（2）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量： G = 3600Q0.86Q （6-3） =⎫t-t3⎛4.187⨯10 tg-th⎪gh⎝⎭
式中：
Q —— 管段的热负荷，W；
' tg—— 系统的设计供水温度，℃；
'th—— 系统的设计回水温度，℃。
（3）根据公式计算出的Rpj及环路中各管段的流量，可选出最接近的管径，并求出最
不利循环环路或分支环路中管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。
（4）当系统的最不利循环环路的水力计算完成后，即可进行其它分支循环环路的水力
计算。《采暖通风与空气调节设计规范》第3.8.6条规定“热水采暖同程式系统的各并
联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于10％。在实际设计过程中，为了平衡各
并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路管段的比摩阻和流速。但流速过高会产
生噪音。《暖通规范》规定：最大允许的水流速，民用建筑不应大于1.2m/s。
总之，一个良好的同程式系统的水力计算，应使各立管的资用压力值不要变化太大，
以便与选择各立管的合理管径。为此，在水利计算中，管路系统前半部供水干管的比摩
阻R值，宜选用稍小于回水干管的R值；而管路系统后半部供水干管的R值，宜选用稍
大于回水干管的。
6.3 散热器的进流系数
在单管热水供暖系统中，立管的水流量全部或部分的流进散热器。流进散热器的水
流量Gs与通过该立管的水流量Gl的比值称作散热器的进流系数α。可用下式表示：
α=Gs/Gl （6-4）
影响散热器间水流分配的因素主要有两个：一是由于散热器符合不同导致散热器平
均水温不同而产生的重力附加作用压力差值；二是并联环路在节点压力平衡状况下的水
流分配规律。
已知α及Gl值，则流进散热器的水流量分别为
G1=α1/Gl (6-5)
G2=(1-α1)/ Gl (6-6)
通常情况下顺流式系统两侧散热器连接散热器只管管径、长度及局部阻力都相等
时，两侧的进流系数α相等。在工程计算中，粗略按α=0.5计算，当两侧相差较大但
进流系数0.46
6.4 水力计算的计算步骤
1）进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长，（高区计算简图见附录
4、低区见附录6；
2）确定最不利环路。本系统为同程式单管系统，一般取最远的环路最不利环路；
3）计算最不利环路各管段的管径；
4）确定最远立管的管径；
5）依次确定各个立管的管径。
6.5 水力计算
6.5.1高区分支1（东/右环路）水力计算
（1）在附录4的水力计算图上标明各管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管
长，如附图所示；
（2）确定最不利环路。本系统采用同程式单管系统，一般取最远立管的环路作为最不
利环路，最不利环路是从入口处到立管9，这个环路包括管段1到23。
（3）计算最不利环路各管段的管径。考虑系统中各环路的压力损失易于平衡，采用推
荐的平均比摩阻RPJ大致为60~120Pa/m来确定最不利环路各管段的管径。水力计算方
法如下： 根据公式6-3确定各管段的流量，根据G和选用的RPJ值，查《供热工程》
附表4.1，将查出的各管段d、R、V值列入附录5的水力计算表中。然后根据△Py=Rl,
求出各管段的沿程压力损失。
（4）确定局部阻力损失。根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力总数，
然后将阻力数记于附录5中。
（5）热水供暖系统局部阻力系数ζ=1的局部损失值表，根据管段流速V，可查出动压
头△Pd值，根据∆pj=∆pd⋅∑ξ，求出各管段的局部阻力损失，最后算出最不利环路的
总压力损失∑ΔPy=21408Pa。入口处的剩余循环压力，用调节阀节流消耗掉。
（6）确定立管1及环路回水管的管径，根据并联环路节点压力平衡原理，对通过立管
[1]的环路有：
∑△Py = 15892 (Pa)
则该管段的平均比摩阻为，
Rpj= a△P/Σl= 0.5×15892/139.6
= 56.92（Pa/m）
根据Rpj和G值，选该管段管径，计算出环路的总压力损失为14757Pa,与最不利
环路相应管段相比，其不平衡率为7%。在允许值10%范围之内。
（7）确定立管[2]的管径。根据节点平衡原理确定立管[2]的资用压力△P= 5964（Pa）。
立管管径选用DN25，连接散热器的支管管径选用DN15。计算得立管[2]的总压力损失为
5838（Pa）。不平衡百分率（5964-5838）/5964*100%=2%，在允许范围之内。
（8） 确定立管[3]的管径。同理确定立管[3]的资用压力△P= 5243（Pa）。立管管径选
用DN25，连接散热器的支管管径选用DN15。计算得立管[3]的总压力损失为4464（Pa）。
不平衡百分率（5243-4464）/5243*100%=15%，稍超出允许值。
（9） 确定立管[4]的管径。根据节点平衡原理确定立管[4]的资用压力△P= 5103（Pa）。
立管管径选用DN20，连接散热器的支管管径也选用DN20。计算得立管[4]的总压力损失
为4812（Pa）。不平衡百分率（5103-4812）/5103*100%=6%，在允许范围之内。
（10）确定立管[5]的管径。同理确定立管[5]的资用压力△P= 5957（Pa）。立管管径选
用DN20。计算得立管[5]的总压力损失为2521（Pa）。不平衡百分率（5957-2521）
/5957*100%=58%，超出允许值。若立管管径选用DN15。计算得立管[5]的总压力损失为
10185（Pa）。不平衡百分率（5957-10185）/5957*100%=-71.0%，也超出允许值。最终
管径选定为DN20，资用压力富于值用立管上的阀门节流消耗掉。
（11）确定立管[6]的管径。根据节点平衡原理确定立管[6]的资用压力△P=5786（Pa）。
立管管径选用DN15。计算得立管[6]的总压力损失为5751（Pa）。不平衡百分率
（5786-5751）/5786*100%=1%，在允许范围之内。
（12）确定立管[7]的管径。同理确定立管[7]的资用压力△P= 6119（Pa）。立管管径选
用DN25，连接散热器的支管管径选用DN20。计算得立管[7]的总压力损失为4421（Pa）。
不平衡百分率（6119-4421）/6119*100%=28%，超出允许值。
（11）确定立管[8]的管径。根据节点平衡原理确定立管[8]的资用压力△P= 6984（Pa）。
立管管径选用DN25，连接散热器的支管管径选用DN15。计算得立管[8]的总压力损失为
7528（Pa）。不平衡百分率（6984-7528）/6894*100%=-8%，在允许范围之内。
确定其它立管管径。 同理确定其它立管的各管段管径。当计算出的损失小于资用
压力10%时使用阀门进行调节，当计算出的损失大于资用压力10%时放大管径。
水力计算表详见附录5
6.5.2高区分支2（西/左环路）水力计算
高区分支2的水力计算过程同上，水力计算表详见附录5。
高区分支1的总阻力损失∑ΔP=21408Pa，高区分支2的总阻力损失∑ΔP=21685Pa，
分支1与分支2共用总供回水干管，根据《实用供热空调设计手册》规定，两环路
算其不平衡率时应扣除其共用总供回水干管的阻力损失。
总供水干管阻力损失2252 (Pa) ；总回水干管阻力损失2414(Pa)
16742-17019⨯100%=-1.7%16742因此，分支1、分支2的不平衡率=，在允许值范围
之内。
6.5.3低区水力计算
低区水力计算过程与方法同上，低区水力计算表见附录7。
低区分支1的总阻力损失∑ΔP=20801Pa，低区分支2的总阻力损失∑ΔP=17677Pa
总供水干管阻力损失2338 (Pa) ；总回水干管阻力损失3715(Pa)。
西南环路与北环路共用回水干管，根据《实用供热空调设计手册》规定，两环路算
其不平衡率时应扣除其共用供回水干管的阻力损失。
14748-11624⨯100%=21.2%14748故两环路的不平衡率=，超出允许值10%的范围。
分支2的富于压力用干管上的阀门节流消耗掉。
7辅助设备的选择
7.1定压装置
目前供热系统定压方式主要有：膨胀水箱定压、补水泵定压、稳压管定压、补水泵
变频调速定压。这里选用补水泵定压。
补水泵流量宜为正常补水量的4~5倍，正常补水量宜采用系统水流量的1%。
补水泵的扬程不应小于补水定压点的压力加30~50kpa。为保证系统在停止和运行时充满水，
补给定压点的压力为采暖系统用水最高点的静水压力，并不超过直接连接用户系统底层
散热设备的允许压力。
高区系统水流量5512kg/h,用水最高点高度57.5m,所需泵的流量2.30 m3/h，扬程
0.6Mpa或H=ΔP/ρ g＝600/10=60m；低区系统水流量4387 kg/h，高度24m,补水泵流
量1.83 m3/h，扬程0.27Mpa或H=ΔP/ρ g＝270/9.8=27.5m。
补给水泵选上海东方泵业（集团）有限公司生产的东方WL型立式补给水泵80WL50-60-15
和50WL15-30-2.2各两台，其中一台备用。
7.2除污器
（1）除污器的作用是用来清除和过滤管道中的杂质和污垢，以保证系统内水质的洁净，
减少阻力和防止堵塞设备和管路，下列部位应设除污器：
1)采暖系统入口，装在调压装置之前；
2)锅炉房循环水泵吸入口；
3)各种小口径调压装置。
（2）除污器分立式直通、卧式直通、角通除污器，按国标制作，根据现场实际情况选
用，除污器的型号应按接管管径确定。
当安装地点有困难时，以采用体积小、不占用使用面积的管道式过滤器。除污器或
过滤器横断面中水的流速亦取0.05m/s。
其型号是根据管径选择的，所以选用R406型直通除污器，DN=70 L=500mm.除污器
的作用是用来清除和过滤管路中的杂质和污垢，以保证系统内的水质的洁净，减少阻力
和防止堵塞设备和管路。
热网供水总管以及采暖系统回水总管上，应设置除污器，除污器分立式直通、卧式
直通和角通 除污器，除污器的型号可按接管管径确定。除污器横断面中水的流速易取
0.05m/s。本设计采用Y型过滤器。
7.3集气罐和自动排气阀
1）集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，一般应设于系统的末端最高处，并使干
管逆流，水流与空气泡浮升方向一致。
2）集气罐分立式和卧式两种，按国标图制作，当安装高度不受限制时，亦选用立式。
3）集气管的直径应大于或等于干管直径的1.5～2倍，使集气罐中水的流速不超过
0.05m／s。
4）集气罐接出的排气管管径，一般采用DNl5mm。在排气管上应设阀门，阀门应设
在便于操作的地方，排气管排气口可引向附近水池。
5）在较大采暖系统中，为方便管理，亦采用自动排气阀。
6）自动排气阀的排气口，一般接DNl5mm排气管，防止排气直接吹向平顶或侧墙，
损坏建筑外装修，排气管上不应设阀门，排气管引向附近水池。
7）由于采暖系统(如水平串联系统)的原故，散热器中的空气不能顺利排除叫，可在
散热器上装设手动放风阀。
集气罐有效容积应为膨胀水箱容积的l％。它的直径D应大于或等于干管直径的
1.5～2倍，使水在其中的流速不超过0.05m/s．集气罐按安装形式分为立式和横式两
种。
本系统选择卧式集气罐。
设计注意要点：
①集气罐应设于系统末端的最高处，并使干管逆坡有利于排气。
②集气罐上引出的排气管一般取DN：15mm，并应安装阀门。
7.4补偿器
为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力热引起管道变形或破坏，需要在
管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结
构上的作用力。
1）供热管道上采用补偿器的种类很多，主要有管道的自然补偿、方形补偿器、波纹
管补偿器、套筒补偿器和球型补偿器等。前三种是利用补偿器的材料的变形来吸收热伸
长；后两种是利用管道的位移来吸收热伸长。
2）在考虑热补偿时，应充分利用管道的自然弯曲来吸收热力管道的温度变形，自然
补偿每段臂长一般不宜大于20~30m。
3）当地方狭小，方形补偿器无法安装时，可采用套管补偿器和波纹管补偿器。但套
管补偿器易漏水漏汽，亦安装在地沟内，不宜安装在建筑物上部。波纹管补偿器材质为
不锈钢制作，补偿能力大又耐腐蚀，但造价较高，可视具体工程情况选用。
7.5 其它附件的选择
为了时刻清楚系统的温度和压力，掌握系统运行状态，本设计选用一个型号为
WNG-11的温度计及一个型号为Y-100的压力表。
8 供暖系统的安装及其他问题
8.1设备管道保温
地沟、吊顶和非采暖房间的管道刷防锈漆后保温处理。
本设计采用防水岩棉保温结构，此保温结构，保温效果好且施工方便价格低廉。刷
防锈漆后用防水岩棉保温，外包油毡和玻璃布二道。具体保温层厚度见下表：
表8-1 保温层厚度表
8.2管道的防腐处理
热力管道及其设备的防腐处理，主要是直金属表面的外防腐和其涂料层的保护，金
属的腐蚀是金属在其工作环境中，因化学或是电化学反应，引起金属的表面均匀或者是
局部的耗损现象的总乘。为了减少管道的腐蚀，我们需要对管道进行相应的防腐处理，
主要是刷漆防锈等。
本设计中对管道进行防腐处理，地沟、吊顶刷防锈漆后进行保温处理；地沟内管道
保护层外刷沥青漆二道，其他均刷调和漆二道，其作法参见“陕O2-N1”。
8.3管道支架的安装
管道支架的安装，应符合下列的规定：
1）位置应准确，埋设应平整牢固；
2）与管道接触应紧密，固定应牢靠，对活动支架应采用U形卡环。
支架的数量和位置可根据设计要求确定，若设计上无具体要求时，可按下表的规定
执行：
表8-2 支架间距的选择
8.4 施工说明
（1）本设计选用焊接钢管中的热镀锌管。镀锌管抗腐蚀性好，常用于生活饮水和热水系统中。系统中管径最大为70，全采用丝接。
（2）供水干管安装在楼板下，由吊架承托，管子中心轴线距屋顶板面300mm，每4～6m
安装一个吊架或支架。
本供暖系统干管布置中所有干管有分支的均作自然补偿。
干管离墙远、立管离墙近，两者连接点常用弯管或煨弯连接。
立管安装时要注意垂直，每米高度允许偏差2mm，5m以上高度全高允许偏差8mm。
立管上的立管卡子根据供暖系统的形式为单立管卡子，用于单管系统。建筑物层高
h≤5m时，每层设一个立管卡子，管卡距地面1.5～1.8m。
（3）采暖系统供回水干管坡度为0.003，连接散热器的水平支管坡度和立、支管安装
详见“陕O2N1”.
（4）管道穿过楼板。墙身时应埋设钢制套管，套管规格应大于管道两号，内套管其 应
高出地面20mm,地步应与楼板底相平，安装在墙壁内的套管其端部应与墙面相平。
（5）水管路最低处应设置DN25排水阀，最高处设自动排气阀。水管坡度i=0.003
（6）系统安装完毕后，在做保温前进行水压试验，热水系统试验压力为1.0MPa,要求
10分钟内压力降不大于20KPa为合格。
（7）供暖系统安装完毕后，应进行供暖系统清洗，以去除杂物。清洗前应将管路上的滤网、温度计等部件拆下，清洗后再装上。热水供暖系统用清水冲洗，如系统较大，管路较长，可分段冲洗。清洗到排水出水色透明为止。
（8）系统安装试压后，应对所安装的平衡阀进行调试，满足后方可进行使用。
（9）非采暖季节应对高区采暖系统进行冲水保护。
（10）采暖入口装置按高区、低区分段安装在地沟内，参见“陕N2”P24~25。
(11)施工、安装及验收应符合国家现行规范、规程的要求。现行规范和规程主要有：
《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB50231-98）
总 结
毕业设计是学生步入社会工作岗前的能力训练位。毕业设计无论从工作量、涉及知识的面，以及分析解决问题的能力都是以往的学习不可比拟的，是对所学大学本科所学知识的一次全面深入的检验。它需要我们本着认真负责的态度，既要对每一数据的计算与选择负责，又要勇于思考。
通过本次设计，一方面，对大学期间所学专业基础课得以巩固和加深，另一方面，通过查阅了各种相关资料，不仅扩大了自己的专业知识面，而且掌握了查阅资料及实际问题思考分析的能力。为将来走上工作岗位、更好的适应工作打下了坚实的基础。
通过独立完成设计，对所遇问题的分析及采暖设计的理解，后发现本次设计所采用的供暖系统并非是最佳的，低区分布不规律导致所设置管道过乱且难以计算，低区设计水平式系统这些问题则能轻易解决。
作为一名即将投入建筑设备安装行业的大学生，做采暖设计意义重大，为将来工作中解决问题积淀了理论基础。希望能在以后的实际工作中将实践与这些与理论知识相结合，做出更多精品工程，为祖国的建工事业添砖加瓦。
参考文献
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[4]贺平，孙刚，王飞，吴新华 编著.供热工程.北京：中国建筑工业出版社，2009.8 [5]李东向，于晓明 主编.分户热计量采暖系统设计与安装.北京：中国建筑工业出版社，2004.8
[6] 中华人民共和国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19—90.北京：煤炭 工业出版社，1999.7 [7]供热暖通空调手册
[8]何斌，陈锦昌，陈炽坤 主编.建筑制图.北京：高等教育出版社，2005.6 [9]邵宗义 主编.建筑供热采暖工程设计图集.北京：机械工业出版社，2005.1
致 谢
附 录