一. 负荷计算

已知围护结构的初始条件：

外墙：普通砖 （厚度为490mm,双面均不抹灰）K=1.32W/m²℃;

R=0.755 m²℃/ W;D=6.370;外墙类型t_w为Ⅰ型。

外窗：K=4.2W/m²℃

屋顶：保温材料为沥青膨胀珍珠岩，K=0.60W/m²℃，R=1.67 m²℃/ W;D=6.370， t_w为Ⅱ型。查表知此屋面的冬季室外计算温度为-29℃。

哈尔滨室外计算气象资料:

哈尔滨冬季室内采暖设计温度表

401房间热负荷计算步骤如下：

（一.）校核维护结构传热阻是否满足最小传热祖的要求

1. 校核外墙的最小传热阻

由已知条件知该外墙属于Ⅰ型，所以查表知冬季室外计算温度为

-26℃。由公式R_0.min=aR_n(t_n-t_w)/Δt_y，代入已知数据t_n=18℃，t_w=-26℃，Δt_y=6℃得

R_0.min=0.807 m²℃/ W；

外墙的实际传热阻为R =0.775 m²℃/ W，

可见R_0.min > R,所以该外墙不满足保温要求，需要另加保温层。

选保温层材料为聚氨酯硬脂泡沫塑料，其导热系数为λ=0.037 W/ m℃。

保温层热阻最小为ΔR=0.807-0.775=0.052 m²℃/ W，所以保温层厚度为δ=ΔR*λ=0.052*0.037=2mm。

由于是外保温结构所以取保温层厚度为5 mm，所以此厚度的保温层的热阻为R=0.14 m²℃/ W。

综合知：此保温外墙的总热阻为R_总=0.14+0.755=0.895 m²℃/ W，所以总的传热系数为K=1/R_总=1.12 W/m²℃。

2. 校核屋面的最小传热阻

由已知条件知该屋面属于Ⅱ型，所以查表知冬季室外计算温度为

-29℃。由公式R_0.min=aR_n(t_n-t_w)/Δt_y，代入已知数据t_n=18℃，t_w=-29℃，Δt_y =4℃得

R_0.min=0.807 m²℃/ W；

屋面的实际传热阻为R =0.775 m²℃/ W

可见R_0.min 

（二.）401房间冬季供暖热负荷计算

1. 围护结构的传热系数

表二

内墙的传热系数计算

2. 围护结构的耗热量

1.通过围护物的温差传热量作用下的基本耗热量:

Qj = K * F * (t_n - t_w) * α

Qj -- 通过供暖房间某一面围护物的温差传热量(或称为基本耗热量), W;

K -- 该面围护物的传热系数, W/(m^2.℃;

F -- 该面围护物的散热面积, m^2;

tn -- 室内空气计算温度, ℃;

tw -- 室外供暖计算温度, ℃;

α -- 温差修正系数.

2.附加耗热量:

Ql = Qj * (1 + βch + βf + βx) * ( 1 + βf.g)

Ql -- 附加耗热量

βch -- 朝向附加率(或称朝向修正系数)

βf -- 风力附加率(或称风力修正系数)

βf.g-- 高度附加

βx -- 外门附加

《暖通规范》规定：宜按下列规定的数值，选用不同的朝向修正率

北、东北、西北 0～10％ ； 东南、西南 -10～-15％ ；

东、西 -5％ ； 南 -15～-30％ 。

在这次设计中建筑物的外墙朝向分别为东、西、南、北四向。其朝向的修正率分别为：东：-5％ ，西：-5％ ，南：-25％ ，北：10％ 。

风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对维护结构基本耗热量的修正。我国大部分地区冬季平均风速为2～3m/s。西安室外平均风速 2.700 m/s，因此《暖通规范》规定：在一般情况下，不考虑风力附加。只有建在不避风的高地、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维护结构附加5％～10％。

高度附加耗热量是考虑房屋高度对维护结构耗热量的影响而附加的耗热量。《暖通规范》规定：当房间高度大于4m时，高度每高出1m应附加2％，但总的附加率不应大于15％。所以此建筑1～3层高度为4.8m高度附加值为2％，4～20层高度为3.45m，高度附加值为0。

所以该建筑的外维护结构的耗热量Q¸′为

Q¸′＝Qj＋Ql

具体结果见表1－1

3.冷风渗透耗热量Qs的计算

Qs = 0.28 * Cp * V * ρw * (tn - tw)

Cp -- 干空气的定压质量比热容, Cp = 1.0 Kj / (Kg * ℃)

V -- 渗透空气的体积流量, m^3 / h

ρw-- 室外温度下的空气密度 Kg / m^3

tn -- 室内空气计算温度, ℃;

tw -- 室外供暖计算温度, ℃;

(a) V 的确定:

V = l1 * L0 * pow(m, b)

l1 -- 外门窗缝隙长度, m

L0 -- 每米门窗缝隙的基准渗风量, m^3 / h.m

m -- 门窗缝隙的渗风量综合修正系数,

b -- 门窗缝隙渗风指数, b = 0.56 ~ 0.78 当无实测数据的时候可以取 b = 0.67

在本次设计中查《供热工程》表1－7 L0＝ 0.3 m^3 / h.m

① 西外墙

② 北外墙

③ 北外窗

④ 屋面

⑤ 冷风渗透耗热量计算

⑥ 冷风侵入量可忽略不计算

二 供暖系统的散热设备

1、散热器的选择原则

供暖系统的散热设备是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，其中散热器是最为常用的散热设备，供暖系统的热媒通过散热器的壁面，主要以对流的传热方式向房间散热。对散热器的基本要求，主要有以下几点：

a、 热工性能方面的要求，散热器的传热系数值越高，说明其散热性能越好。提高散热器的散热量，增大散热器传热系数的方法，可以采用增加外壁散热面积（在外壁上加肋片）、提高散热器周围空气的流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径。

b、 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

c、 安装使用和工艺方面的要求，散热器应具有一定机械强度和承压能力；散热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面积，结构尺寸要小，少占房间面积和空间；散热器的生产工艺应满足大批量生产的要求。

d、 卫生和美观方面的要求，散热器外表光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间观感。

e、 使用寿命的要求，散热器应不易被腐蚀和破损，使用年限长。

在散热器的选择方面优先考虑铸铁散热器，它结构简单，防腐性能好，使用寿命长以及热稳定性好的优点；但其金属耗量大、金属热强度低于钢制散热器。

在这设计中，考虑多方面原因，选用四柱813（带腿）散热器。这种散热器金属热强度及传热系数高，外形美观，易于清除积灰，容易组成所需的面积，便于落地和靠墙安装，因此得到广泛应用，其性能参数如下

2、散热器的计算

（1）、散热面积的计算：

散热器的散热面积F按下式计算：

F=Qβ1β2β3 /k(tpj-tn) m2

式中 Q——散热器的散热量，W:

tpj——散热器热媒平均温度，℃ ；

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。

该建筑供暖的供回水温度分别为95℃/70℃，散热器内热媒的平均温度 tpj＝（tsg＋tsh）/2＝（95＋70）/2＝64.5℃

tsg——散热器进水温度，℃；

tsh——散热器出水温度，℃；

散热器传热系数K值的物理概念，是表示当散热器内热媒平均温度tpj与室内气温tn相差1℃时，每m2散热器面积所散出的热量W/ m2.℃。它是散热器散热能力强弱的主要标志。它只能通过实验方法确定，有上面的表格可知K＝6.25W/m2.℃

散热器的传热系数K和散热量Q值是在一定的条件下，通过实验测定的。若实际情况与实验条件不同，则应对所测值进行修正。

散热器组装片数修正系数β1（其值选取按照《供热工程》附录2－3）

散热器连接形式修正系数β2值，可按《供热工程》附录2－4取用。此次设计是采用的简单的同侧下进下出，所以β2＝1.239。

散热器安装形式修正系数β3值，安装在房间内的散热器，可有种种方式，如敞开装置、在?盒内、或加装遮挡罩板等。附录表2－5，在此次设计 为敞开装置β3=1

（2）、散热器片数及长度的确定

在确定所需的散热器面积后，现假定β1＝1，可按下式进行计算 n＝F/f

f——每片或每1m长的散热器散热面积，

此系统的f＝0.28，暖通规范规定，柱型散热器面积可比计算面积小0.1m2（片数n取整数）

（3）、散热器的布置

布置散热器时，应注意下列一些规定：

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热气能阻止和改善从玻璃窗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。

为防止冻裂散热器，两道外门之间，不准设置散热器。在楼梯间或其他有冻结危险的场所，其散热器应有单独的立、支管供热且不得装设调节阀。

散热器一般明装，在内部装修有特殊要求的场合可采用暗装。

同一房间的散热器可以串连，贮藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，可同邻室串连连接。两串连散热器之间的串连管径应与散热器接口的直径相同，以便水流畅通。

在楼梯间布置时，考虑楼梯间热流上升的特点，应布置在底层。

铸铁散热器的组装片数四柱一般不易超过50片。

（4）、散热器计算示例；

取四楼的一个卧室401为例，由于房间的面积较大，房间的热负荷也较大，又因为散热器的片数不能超过一定的数值，况且如果散热器太长又会影响美观，所以采用两组散热器串连的方式布置。需要布置散热器的楼梯间，应采用单独的立管系统。

已知 Q＝2120W tpj＝（95+70）/2＝82.5℃，tn＝18℃，Δt＝tpj－tn＝64.5℃，K＝＝7.87W/m2.℃

修正系数：

散热器组装片修正系数，先假定β1＝1.0；

散热器连接形式修正系数，查附录2-4，β2＝1.239；

散热器安装形式修正系数，查附录2-5，β3＝1.0；

根据式 F′=Qβ1β2β3 /KΔt=2120*1.0*1.239*1.0/（7.87*64.5）

=5.17 m/p>

四柱813型散热器的每片散热面积为0.28m2，则计算片数n′为：

n′＝F′/f＝5.17/0.28＝19.48片

查附录2－3，当散热器片数为11～20片时，β1＝1.05

因此实际所需散热面积为：

F＝F′*β1＝5.17*1.05＝5.43m2实际

实际采用的片数n为：

n＝F/f＝5.43/0.28＝19.40片

因为0.40*0.28=0.112 m2>0.1 m2

取整数，应采四柱813型散热器20片

其余房间同理;计算结果列于表内

(5)、管路布置

考虑到本工程的实际规模和施工的方便性，本设计采用机械循环、单管制垂直式的上供下回系统。散热片安装形式为同侧的上供下回。对于建筑平面中只有单层高度的房间，如一层的多功能厅，采用水平串联式系统，单设一根立管为其供水。供水立管之间为同程式，在底层设一根总的回水同程管。选择底层104房间为设备间，放置水泵和换热器。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。（

三.水力计算

1、在轴侧图上进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和管长。

2、确定最不利环路。本系统为异程单管系统，一般取最远立管的环路作为最不利环路。

3、计算最不利环路各管段的管径：

(1)、虽然引入口处外网的供回水压差较大，但考虑到系统中各环路的压力损失易于平衡，设计采用推荐的平均的比摩阻Rpj大致为60～120Pa/m来确定最不利环路各管段的管径。

(2)、根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：

G＝3600Q/4187*（tg′－th′）＝0.86Q/（tg′－th′） Kg/h

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）、根据平均比摩阻和各管段的流量查《供热工程》附录表4－1，选定合适的管径、流速和压降。

4、确定各管段的长度。

5、确定局部阻力损失。

6、求各管段的压力损失ΔP＝Δpy＋ΔPj;

7、求环路的总压力损失。

8、计算富裕压力值。考虑到施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应有10％以上的富裕度。

9、通过调节调节系统上的阀门和管径进行调节，把系统的不平衡率控制在15％的范围之内。入口处的剩余循环压力，用调解阀节流消耗掉。

四.管道的保温

为了减少热媒在输送过程中的热损失，节约燃料；保证操作人员的安全，改造劳动条件；保证热媒的使用温度等，需要对供热管道及其附件采取保温措施。

1、保温管道的确定

a、 敷设在地下管沟、屋顶管沟，设备层内、闷顶及竖井内的采暖管道。

b、 设在室内的供回水干管、主立管及暗装的采暖支管；

c、 管道敷设在容易被冻结的地方；

d、 管道通过的房间或地点，需要采暖管道采取保温措施时；

2、保温材料的选择

水泥膨胀珍珠岩管壳，具有较好的保温性能，产量大，价格比较便宜，是目前管道保温常用的材料。岩棉、矿棉及玻璃棉管壳，保温性能好，无毒、耐久且施工方便。《民用建筑节能设计标准》推荐采用以上两种材料。当采暖供热热媒与周围空气的温度差小于60度时，安装在室外、室内管沟中的采暖供热管道的最小保温厚度水泥珍珠岩管壳工称直径为25～70mm时最小保温厚度为40mm《民用建筑采暖设计与施工安装手册》表8－18。

管道保温并非越厚越好。保温层越厚，表面积也越大，超过一定的限度时，由于表面积的增大反而使管道若损失增加，因此，管道保温层不能超过下表的极限厚度，以达到经济合理的目的。

3、 管道保温施工

a、 管道保温应在做完防腐并经水压试验合格之后进行。如需先作保温或已预作保温时，应将管道接口环形焊缝留出，待水压试验合格后再补作防腐与保温。

b、 一般情况下，管道上的法兰、阀门、套筒式伸缩器等附件不作保温。其两侧留70～80mm间隙，并在保温层端部抹成60度到70度的斜坡。

c、 保温管壳的接缝应错开绑扎，缝隙或残缺处用水泥石棉灰填实，然后作保护层。保护层可采用水泥石棉灰或白灰麻刀，其厚度不能小于10mm，表面应光滑平整。

d、 用保温壳作保温层的直管段，每5～7m应留一条膨胀缝，缝宽5mm。也可将膨胀缝作在管道支架处，然后用石棉绳或玻璃棉填塞。

常用水泥膨胀岩管壳规格

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