课程设计说明书
设计名称 小区供热课程设计
设计题目 大连市名都小区供热管网及换热站设计
设计时间 8月30日——9月17日
学 院 市政与环境工程学院
专 业 建筑环境与设备工程
班 级 08-2
姓 名 周启航
指导教师 王宏伟
20## 年 9 月 17 日
名都小区供热课程设计说明书
目录
第1节 设计条件及任务 2
第2节 方案初步确定及计算 3
第3节 水压图的绘制 15
第4节 换热站的设计 19
第5节 保温层的选择和计算 20
第6节 管道埋深的确定 20
第7节 设计感想 21
第8节 参考文献 21
1 设计条件及任务
1.1设计条件
1.1．1设计条件图：见沈阳市某居住区建筑总平面图（附图）；建筑层高拟定为2.8米，地面标高自行拟定。
1.1．2各用户阻力损失按5mH2O预留。
1.1．3气象资料按暖通空调设计规范确定。亦可按如下数据考虑：
冬季采暖室外计算温度 -19℃ 采暖天数 152天
冬季采暖室内计算温度 18℃ 夏季通风室外计算温度28℃
最大冻土层厚度 1.48 m 最高地下水位 -8 m
年主导风向：北 海拔 41.6m
平均风速： 冬：3.2m/s ， 夏：3.0 m/s
大气压力： 冬 766 mmHg， 夏 750 mmHg
1.1．4水文地质资料：
冰冻线1.5米，地下水位线 -8.0米，砂质粘土，无腐蚀性。
不考虑地下其它构筑物。
1.1．5热源可考虑由集中供热管网供给130/90℃高温水。
1.2确定供热方案（包括部分建筑热负荷概算、供热热媒选取、热媒参数确定、管网型式选择、管网布置方案；确定管网敷设方式、补偿方式、定压方式、管子和管件、保温结构）
1.2.1绘制管网平面图
1.2.2管网水力计算
1.2.3绘制水压图
1.2.4小区锅炉房或热交换站设计（主要设备的选择布置、绘制热交换站工作原理图等）
2 方案初步确定及计算
2.1热负荷的计算
在小区规划图上，根据各幢楼的用途不同，分为住宅楼和居住区综合楼。在确定供热设计热负荷时，采用常用的面积热指标法，利用以下公式进行计算：
kw
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;
q f —建筑物的供暖面积热指标，w/ m2。
根据《城市热力网设计规范》给出的供暖面积指标推荐值，取住宅楼和居住区综合楼qf=64w/m。在规划图上，按比例算出各幢楼的面积，然后根据相应的公式算出热负荷，列入表2-1中
2.2热源与介质参数的选择
此小区所需热负荷总量不是很大，接入方式采用城市热网接入，在小区中间位置处设置集中换热站对外网的的供水进行压力和温度及其他参数的调节，为节省投资和简化管理，管网的布置形式采用支状管网。
本小区设小区热力站（民用集中热力站），集中供热网路通过小区热力站向该小区几个街区的多幢建筑分配热量，供热系统采用闭式系统，地点设在小区中心位置，以便将热量更加合理的进行分配。由热力站接收上一级热源来的高温水，再通过混合水泵将回水管道里的回水与热网供水混合，从而达到用户所需的供水温度，再向各用户输送。
2.3城市热力网的布置
考虑热负荷分布，热源位置，与各种地上，地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件、近远期热负荷的发展等多种因素，根据上面的原则把管网敷设在道路下面，管道中心线平行与道路边缘。这样主要是考虑了施工的方便，车辆可以直接将管道器材运输到现场；而且将来维修和检修是更换管道时，不会破坏园林绿地。考虑了初投资的经济性。让主干管道尽量穿过热负荷中心地带，这样主要是为了水力计算容易平衡，
管网运行起来比较平稳，运行费用比较节省。
2．4热网布置方案的确定
管网的间距查《实用供热空调设计手册》将管子的间距布置为：
DN300管子的间距为 600mm；DN250管子的间距为 520mm；
DN200管子的间距为 520mm；DN150管子的间距为 400mm；
DN125管子的间距为 400mm；DN100管子的间距为 400mm；
DN80 管子的间距为 300mm； DN70 管子的间距为 300mm；
2.5敷设方式的选择
本设计中供热管网的敷设方式均为直埋敷设。考虑采用该敷设方式，主要是基于目前，直埋敷设已是热水供热管网的主要敷设方式。因为无沟敷设不需砌筑地沟，土方量及土建工程量减少；管道预制，现场安装工作量减少，施工进度快；因此可节省供热管网的投资费用。无沟敷设占地小，易于与其他地下管道和设施相协调。此优点在老城区、街道窄小、地下管线密集的地段敷设供热管网时更为明显。
2.6简图绘制
2.7管道水利计算
2.7.1流量计算
根据每栋用户的热负荷确定入户口的流量。利用以下公式进行计算
G=0.86Q/(tg’-th’) t/h
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，℃。
表2-1
2.7.2确定最不利环路
由设计简图可看到a1—i4为最长支线，定为最不利环路，再根据《供热工程》书附录9-1由各管段的流量确定平均比摩阻（平均比摩阻R的取值在30-80之间）及每一管段的流速及管径。
最不利环路各段比摩阻，流速及管径列表2-2
表2-2
2.7．3管道阻力的计算
管道的阻力分为管道的沿程阻力ΔPm和局部阻力ΔPj，管道的沿程阻力可按计算公式：
ΔPm= R*L ；
ΔPm——管道沿程阻力,Pa
R——管道平均比摩阻，Pa/m
L——管段长度，m
以a1管段来说明管段的阻力的计算：
ΔPm= 20.81*81=1685.61Pa
同理，其他管段的沿程阻力见表2-3。
将管段的阻力相加即得到a管道的沿程阻力，管道的局部阻力异径接头，炜弯，三通，阀门处的损失，在《供热工程》附录9-2中查得各处的当量长度，与比摩阻相乘即得相应管段处的局部阻力ΔPj。
a1管段的局部阻力计算：
ΔPj=（0.13+0.4+1.3）*81=148.23pa
a1管道的总阻力为：
ΔP=ΔPm+ΔPj =1685.61+148.23=1833.84pa
同理，其他管段的沿程阻力见表2-3
2.7.4其它管段管径的确定
根据最不利环路与分支处压力损失平衡的原理，管段a1-i1与管段i1-b5平衡。
求出i1-b5的平均比摩阻=ΔPa/Lb=9247.7/125.49=73.69pa/m，根据平均比摩阻查出b管段各处的流速及管径列入表2-3中。
再计算出i1-b5的实际压力损失为8082.69pa。
则不平衡率E=(ΔPa-ΔPb)/ΔPa=(9247.7-8082.69)/ 9247.7=12.5﹪
同理，查得各段支线的比摩阻，流速及管径，算出压力损失及不平衡率，列入表2-4。
在计算换热站下半支的时，将a1-i4到i4-h5的压力损失进行比较，不平衡率等于-4.13﹪。因此可将i4-h5作为最不利环路，与下半支分支进行比较计算。
表2-3
表2-4
根据《城市热力网设计规范》中的规定，经济平衡率为15%以上需要调节。如果不平衡率大于±15％，则要重新选择比摩阻，直至平衡为止。
在计算过程中g管段比较短，导致不平衡，因此在分支处加上闸阀。
2.8管材的选择
本工程的，最高工作温度为95℃，可以采用无缝或焊接钢管，采用直埋敷设方式的汽水管道应采用无
缝钢管，钢材号为A3。
直埋供热管道的坡度不宜小于0.002，高处设放气阀，低点设放水阀；管道应优先考虑利用自然补偿。
本设计中直接对三通进行加固；直埋供热管道上的阀门采用钢制阀门和阀兰连接；直埋供热管道变径处采用焊接连接。
本设计中管道弯头部分回填土要求：凡有弯头转弯处，在回填土前沿管道补偿段300mm四周填充玻璃棉或其他相应松软材料；弯头要求：当管径大于或等于100mm时，弯头均采用热煨弯头，弯曲半径R等于3.5D；当管径小于或等于80mm时，弯头采用冲压弯头，弯曲半径R等于1.5D；弯头应符合国家现行规范。
直埋敷设预制保温管受力计算与应力验算的任务是计算管道由内压、外部荷载和热胀冷缩引起的力、力矩和应力，从而确定管道的结构尺寸，采取适当的措施，保证计算的管道安全可靠，经济合理。
进行直埋敷设预制保温管道受力计算与应力验算时，供热介质参数和安装温度应按下列规定取用：热水管网的供、回水管道的计算压力均取循环水泵最高出口压力加上循环水泵与管道最低点地形高差产生的静压力；管道工作循环最高温度取用室外供暖计算温度下的热网计算供水温度；管道工作循环最低温度，对于全年运行的管网取30℃，对于只在供暖期运行的管网取10℃；计
算安装温度取安装时当地可能出现的最低温度。
3水压图的绘制
3.1热水网路压力状况的基本技术要求
3.1.1热水供热系统在运行或停止运行时，系统内热媒的压力必须满足下列基本技术要求。
3.1.2在与热水网路直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及其管道构件的承压能力。
3.1.3在高温水网路和用户系统内，水温超过 100 ℃ 的地点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。
3.1.3与热水网路直接连接的用户系统，无论在网路循环水泵运转或停止工作时，其用户系统回水管出口处的压力，必须高于用户系统的充水高度，以防止系统倒空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。
3.1.4网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出 5mH 2 O ，以免吸入空气。
3.1.5在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资用压差，应满足热力站或用户所需的作用压力。
3.2绘制热水网路水压图的步骤
取循环水泵的中心线的高度为基准面。横坐标为OX，按照网路上的各点和各用户从热源出口起沿管路计算的距离，在O-X轴上相应点标出网路相对于基准面的表格和房屋高度。纵坐标为OY，按照一定比例做出标高的刻度。
根据静水压曲线高度必须满足的原则，即不超压、不汽化、不倒空来确定静水压曲线的高度。供水温度为95℃，不考虑汽化问题。各用户的充水高度详见水压图。综合考虑，要使所有用户都不倒空、不汽化，静水压曲线高度分别是：主干线的静水压曲线高度为20m(16.8+3.2m)。
然后看这些静水压高度是否能满足不超压的要求。由于本设计中的建筑物处于同一水平面，最高的建筑物高度为16.8m，即每个用户底层散热器承受的压力均不大于允许值40mH2O。所以，各主干线静水压曲线选择合适。在坐标图上画出静水压曲线的位置，如图中的J-J线。
首先从定压点即静水压线和纵坐标的交点A开始画出换热站内软水器等设备的压力损失（2mH2O）至B点,再从B点画主干线回水管的动水压曲线，，一直到主干线末端用户a1。整个回水管主干线的压力损失为1.25mH2O，定压点即回水干管末端的压力为25mH2O，则回水干管始端C也就是末端用户的出口压力为22+1.25=23.25m，把此两点B-C连成直线，绘制在水压图上即为主干线回水管的动水压线。
由已知条件知末端用户的资用压力为5mH2O，则末端用户入户处的压力即为供水管主干线末端点的压力应为23.5+5=28.5mH2O。供水主干线的总压力损失与回水管相等也为1.25mH2O,那么在热源出口处即供水管始端E点动水压曲线的水位高度，应为28.5+1.25=29.75mH2O。把D点和E点连接起来，即为主干线供水管的动水压线。由设计资料确定热源内部的压力损失为10 mH2O，热源出口压力为29.75+10=39.75 mH2O，那么热源入口F点的压力为39.75 mH2O。这样主干线的动水压曲线就画完成了。
绘制完主干线的水压线后，接着画各支线的水压线。支线水压线也包括回水管水压线和供水管水压线。首先根据平面图和地形图定出支线水压线起点和重点在OX轴上的坐标。对于支线供水管水压线，起点在供水主干线上，支线末端水压线的标高应为地点的标高减去支线的压力损失。对于支线回水管水压线，支线末端在回水主干线上，起点的标高应为末端压力加上支线的压力损失。
以支线i2-d6为例来说明支线水压图的绘制过程。首先画回水管的水压线：用户的回水管起点为d6点，终点为i2点。终点在主干线上，所以根据坐标图上的i2点的水平位置（横坐标），竖直向上画，与主干线回水干管动水压线相交即为终点。根据坐标图上的d6点横坐标，竖直向上画，d6点的压力为i2点的压力加上回水管i2-d6的压力损失0.95m（由水力计算结果知），所以从i2点再加上0.96m的高度，可得出回水管起点d6的水压位置。连接d6,i2即为回水支线的水压线，同理画出供水管的水压线。
4 换热站的设计
4.1换热站设备选择及流程
4.1.1设备选择
在小区的中心，设置一个90平米左右的换热站，设为单独的建筑。热力站设置必要的检测，计量，控制仪表。在热水供应系统上设置给水流量表；热水供应的温度，用温度调节器调控，即用热水供水温度控制进入水—水换热器的热网循环水量。
换热器选择板式换热器，因为其结构上采用特殊的波纹金属板为换热板片，使换热流体在板间流动时，能够不断改变流动方向和速度，形成激烈的湍流，以达到强化传热的效果。板式换热器单位容积所容纳的换热面积很大，占地面积比同样换热面积的壳管式小的多。同时金属耗量少，总量轻。
换热供热系统设置循环水泵，使热水不断循环流动，泵的台数设为两天，每台承担百分之70的流量；补水泵也设为两台，按循环水量的百分之3计算。
4.1.2换热站流程
供暖热用户与热水网路直接连接，当热网供水温度高于供暖用户设计的供水温度时，热力站内设计混合水泵抽引供暖系统回水，与热网的供水混合，再送向各用户。
热水供应是城市给水经过水—水换热器被加热以后，沿着热水供应网路的供水输送到各个用户。
4.2泵型号的选择
循环水泵的数量设为两台，并联连接其中每台负责百分之70的流量。
根据公式 G=1.1Q/△t*C*ｐ m3/s
式中 G—承担该换热站供暖设计热负荷的网路流量；
Q—小区内所有用户的总热负荷；
△t—供回水温差；
C—水的比热容；
P—水的密度。
算出总流量，再乘以百分之70得到每台水泵的流量。计算结果为120.5m3/h
由水压图可查得扬程为13.75m.
查得循环水泵所需的型号为XA100/20。
由上式公式再算出补水泵的流量查得补水泵所需的型号为IS50-32-25。
4.3换热器型号的选择
4.3．1换热器面积的计算
根据公式 F=Q/(K*B*△tpj) m2
式中 F—换热器的传热面积；
Q—小区内所有用户的热负荷；
K—散热器传热系数；
B—考虑水垢系数，板式换热器水垢系数为1（）
△tpj—对数平均温差，为20℃。
假定冷水侧水流速Vc=0.6m/s,热水侧Vh=0.5m/s
查得K=4570W/m2*℃
F=0.7*4564.56/(4570*20)=34.95 m2
4.3.2换热器片数的确定
选用BR35型，单片传热面积为0.35 m2，需n=F/0.35=34.95/0.35=100(片)
验算传热系数K：
通道截面积为0.001314 m2，通过流量为3450000/25=139600kg/h;
串联片数 n=100/2=50（片）
则实际流速 Vc=139600/(0.001314*3600*50*1000)=0.59m/s。
5 保温层的选择和计算
预制保温管供热管道的保温层，多采用硬质聚氨脂泡沫塑料作为保温材料。它是由多元醇和异氢酸盐两种液体混合发泡固化形成的。硬质聚氨脂泡沫塑料的密度小、吸水性小、并具有足够
的机械强度；但耐热温度不高。根据国内标准要求：其密度为60～80kg/m3,导热系数λ≤0.027W/m·℃，抗压强度P≥200KPa,吸水性g≤0.3 kg/m2,耐热温度不超过120℃。
预制保温管保护外壳多采用高密度聚、乙烯硬质塑料管。高密度聚乙烯具有较高的机械性能、耐磨损、抗冲击性能较好；化学稳定性好，具有良好的耐腐蚀性和抗老化性能；它可以焊接，便于施工。根据国家标准：高密度聚乙烯外壳的密度≥940 kg/m3，拉伸强度≥20MPa,断裂伸长率≥350%。
预制保温管在工厂或现场制造。预制保温管的两端，留有约200mm长的裸露钢管，以便在现场管线的沟槽内焊接，最后这再将接口处作保温处理。
施工安装时在管道槽沟底部要预先铺约100～150mm厚的1～8mm中砂砾夯实。管道四周填充砂砾，填砂高度约100～200mm后，再回填原土并夯实。目前，为节约材料费用，国内也有采用四周回填无杂物的净土的施工方式。
根据有关资料统计，一般工程可以节约投资10%-20%左右，这种方法很适合城市建设的需要，近十年多来在我国已得到广泛应用。
6管道埋深的确定
为避免地上荷载或其他因素催直埋供热管道构成危害，应进行稳定验算以保证管道不失稳，如果验算不合格，应采取保护措施以防止管道受机械损伤或出现竖向失稳。当不进行稳定性验算时，其最小敷土深度不应小于下列规定：
在车行道下时：当管径为DN50～125mm时，其最小敷土深度不小于0.8m；当管径为DN150～200mm时，其最小敷土深度不小于1.0m；当管径为DN250～300mm时，最小敷土深度不小于1.0m。
在非车行道下时：当管径为DN50～125mm时，其最小敷土深度不小于0.6m；当管径为DN150～200mm时，其最小敷土深度不小于0.6m；当管径为DN250～300mm时，最小敷土深度不小于0.7m。
7设计感想
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，供热设计已成为当今空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握好有关方面的技术是十分重要的。
回顾起此小区供热的设计，至今我仍感慨颇多，因为这是大学以来的第一次课程设计，刚开始的时候没有什么思路，甚至连打出来的所要设计的小区的图纸都看的不是很明白，后来经过第一次的指导，渐渐的有了一些思路，首先设计管道的走向，然后进行长达几天的水力计算，很令人头痛的计算，因为总是可能会漏掉什么损失。的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
6参考文献：
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