换热计算.doc

一、设计题目：某游泳池油锅炉房设计
二、设计概况：
    该锅炉房位于杭州市下沙镇高教大学园区某游泳池地下室（见附图，地面相对标高为-4.0m），为新建锅炉房，以满足游泳池冬季空调、地板辐射采暖、平时游泳池循环水和淋浴热水系统用热。
三、原始资料：
    1、水质资料
总硬度H0
永久硬度HFT
暂时硬度HT
总碱度A0
溶解氧
PH
4.5me/L
2.1 me/L
2.4 me/L
2.5 me/L
5mg/L
8.0
    2、气象资料
冬季采暖室外计算温度
-1℃
冬季通风室外计算温度
4℃
冬季地面水计算温度
5℃
主导风向
偏北风
    3、用热项目
空 调
辅助用房空调（见附图，使用地点在E、L轴和1、2轴之间的一层部分，324 M2）和游泳池部分空调（见附图，使用地点在A、L轴和2、8轴之间一层部分，即游泳池大厅，2160M2）。空调热水设计供水温度为60℃/50℃。
地 板 辐 射 采 暖
沿游泳池周边铺设埋地采暖管（一层地面下10CM），采暖面积为650M2。设计供回水温度为50℃/40℃。
淋 浴 热 水 系 统
淋浴室共设50个冷热水混合淋浴器，使用地点在一层的男女淋浴室（即1、2轴和F、K之间的一层部分）。要求热水管出水温度为60℃。
游 泳 池 循 环 水 加 热
游泳池为比赛用池，体积为50×21×1.5M3，使用时水温保持在25℃以上；
四、热负荷计算及锅炉选型
    1、热负荷计算
    （1）空调用热负荷
    民用及工业、企业辅助用建筑的房屋供暖耗热可用建筑平面热指标q来概算：
    Q=A0q
    Q——建筑物供暖设计耗热量，W
    A0——建筑面积，m2 （出自《供暖通风设计手册》P260）
    ① 游泳池大厅：
    q值查《供暖通风设计手册》P261表6-29得q = 150W/ m2
     A0=2160 m2
    ∴ Q = 2160×150 =324000 W = 278640 kcal/h
    ② 辅助用房：
    q值查《供暖通风设计手册》P261表6-29得q=80W/ m2
     A0=324m2
    ∴ Q = 324×80 = 25920 W = 22291 kcal/h
    （2）地板辐射采暖
    属于局部地点辐射，采暖面积为650 m2 。
    查《采暖通风与空气调节规范》P63表3.4.13 人体所需的辐射照度与周围空气温度的关系表，当周围空气温度为16℃时， 所需的辐射照度为81W/m2
    ∴ 地板辐射采暖的热负荷Q=650×81=52650W=45279 kcal/h
    （3）淋浴热水系统
    查《现代建筑设备工程设计手册》P254 可得到如下计算公式：
    工业企业生活间、公共浴室等设计用水量计算：

    式中 Qr——设计用水量，
    qh——卫生器热水小时用水定额（L/h）(查《现代建筑设备工程设计手册》表6.2-2)
    n0——同类型卫生器数，
    b——卫生器同时使用百分数，公共浴室取100%
    耗热量计算公式：
    Q = Qr c ( tr - tl )
    式中 Q——设计小时耗热量，W或kcal/h
    c——水的比热容，
    tr——热水温度，℃
    tl——冷水温度，℃
    Qr——设计用水量，
    本系统计算中：qh=300 L/h n0=50 b=100% tr=60℃ tl=5℃
    ∴Q=（300×50×100%）×4.19×（60—5）/3600 =960×103 W=826×103 kcal/h
    （4）游泳池循环水加热
    查《给排水设计手册》第二册 室内给水排水P293
    ①水面蒸发热损失：
    W1= r（0.0178+0.0152V）（Pb-PZ）F (kcal/h)
    式中 r=581.9 kcal／kg
    V=0.5m/s
    Pb =26.7mmHg
    PZ =15.2mmH2O
    F=50×21=1050m2
    ∴W1=581.9×(0.0178+0.0152×0.5)(26.7-15.2) ×1050=178471.64 kcal/h
    1000w=860 kcal/h
    ②水面传导热损失:
    W2=α F(ts-tq) kcal/h
    =8×50×21×(27-26)=8400 kcal/h
    ③池壁和池底传导热损失
    W3= （kcal/h）
    =1.0×(21×1.5×2+50×1.5×2+50×21)(27-26)= 1263 kcal/h
    ④管道设备传导热损失
    管道和设备的传导热损失W4可参照《现代建筑设备工程设计手册》第4章中热水循环管网计算方法进行计算。
    为了简化计算可采用以下估算方法:
    W1+ W2+ W3+ W4=1.15 W1
    ⑤补给水加热耗热量
    查《建筑给水排水工程》P209表12-5
    游泳池每天补充水量是池水容积的5%
    ∴ W5=1000×50×21×1.5×0.05×（27-16）/24=36094 kcal/h
    ⑥设计耗热量
    W= W1+ W2+ W3+ W4+ W5
     = 1.15 W1+ W5
     =241336 kcal/h
    ∴ 总的热负荷为：
    278640+22291+45279+826000+241336=1413546千卡/小时=141.4×104 kcal/h
    2、锅炉型号及台数选择
    根据最大计算热负荷141.4×104 kcal/h，本设计选用2台锅炉，型号为CWNS 0.92/0.81-95/70 。
    该型号锅炉基本参数如下表
锅炉型号
CWNS 0.92/0.81-95/70
炉体
发热量10kcal/h
80/70
供暖
散热片 ℃
95/70
风机盘管 ℃
65/50
卫生热水 ℃
65
工作压力MPa
0
传热面积 m2
40/35
水容量 L
1500/1400
机体重量 t
2.6/2.4
燃烧系统
控制系统
自动控制
燃烧系统
压力雾化、微正压燃烧
点火系统
高压点火
燃烧检查系统
感光电眼
电功率 Kw
1.4
电源 V
220/380
燃料消耗
重油 kg/h
88.7/77.6
柴油kg/h
84.3/73.8
天然气Nm3/h
100.6/88
城市煤气Nm3/h
215/188.2
辅助系统
油管口径 DN
15
冷热水出入口径 DN
100
烟气出口 φ
350
排污口 DN
80
减压水箱 mm
长x宽x高
1000×720×850
日用油箱 mm
φ860×1200
    CWNS 0.92/0.81-95/70型锅炉外形尺寸表(外型图如下)
A
B
C
D
E
H
I
J
K
M
N
O
V
2020
1268
1435
510
950
480
180
750
200
100
170
1080
600

五、水处理设备计算选型
    根据原水水质指标，其硬度不符合锅炉给水要求，需进行软化处理。本设计拟采用钠离子交换软化给水。采用低速逆流再生钠离子交换器进行软化。
    1、锅炉给水量的计算及给水泵的选择
    （1）给水量的计算
    查《锅炉习题实验及课程设计》，计算公式为G=KDmax（1+Ppw）t/h ；
    式中 K——给水管网漏损系数，取1.03；
    Dmax ——锅炉房蒸发量，t/h；
    Ppw——锅炉排污率，本设计根据水质计算，取10%。
    ∴给水量为G =1.03×11.67（1+0.10）= 13.22 t/h
    （2）给水泵的选择
    本锅炉房拟选用四台给水泵，其中一台备用。采暖季三台启用，其总流量应大于1.1×13.22 t/h，现选用上海东方泵业制造有限公司的普通卧式离心泵，参数如下：
    型号 DFW40-200/2/4
    流量 6.3 m3/h
    扬程 50 m
    效率 33%
    电机功率 4 KW
    转速 2900 r/min
    进水管DN40，出水管DN40
    (泵外型尺寸见：上海东方泵业制造有限公司出版的《清水单级离心泵系统》P55)
    2、软化水量的计算
    锅炉房采暖季的最大给水量即为本锅炉房所需补充的软化水量：
    Grs==1.03×11.67（1+0.10）=13.22 t/h
    3、钠离子交换器的选择计算（下表）
序号
名 称
符号
单位
计算公式或数据来源
数 值
1
软化水量
Grs
t/h
先前计算
13.22
2
软化速度

m/h
根据原水H0=4.5me/L
18
3
所需交换器截面积
F’
㎡
Grs/=13.22/18
0.73
4
实际交换器截面积
F
㎡
选用ø1000交换器2台
0.785
5
交换剂层高度
h
m
交换器产品规格
2
6
运行时实际软化速度
v
m/h
Grs/F=13.22/0.785
16.84
7
交换剂体积
V
m3
hF=2×0.785
1.57
8
交换剂工作能力
E0
ge/ m3
732#树脂1100~1500
1100
9
交换器工作容量
E
ge
V E0=1.57×1100
1727
10
运行延续工作时间
T
h

31.9
11
小反洗时间

min
取用
10
12
小反洗水流速度

m/h
取用
9
13
小反洗耗水量
V1
m3
F=0.785×10×9/60
1.18
14
静置时间

min
交换剂回落、压脂平整，取用
4
15
再生剂纯度

%
工业用盐，取用
95
16
再生剂单耗
q
g/ge
逆流再生
90
17
再生一次所需再生剂量

Kg
Eq/1000=1727×90/(1000×0.95)
163.6
18
再生液浓度

%
取用
5
19
再生一次稀盐液体积

m3
/1000=163.6/(1000×0.05)
3.27
20
再生一次耗水量

m3
近似等于
3.27
21
再生速度

m/h
低速逆流再生，取用
1.8
22
再生时间

min
60/F=60×3027/0.785×1.8
139
23
逆流冲洗时间

min
低速将再生液全部顶出交换器
75
24
逆流冲洗耗水量

m3
F/60=1.8×0.785×75/60
1.77
25
小正洗时间

min
取用
8
26
小正洗速度

m/h
取用
8
27
小正洗耗水量

m3
F/60=0.785×8×8/60
0.84
28
正洗时间

min
取用
10
29
正洗速度

m/h
取用
10
30
正洗耗水量

m3
F/60=0.785×10×10/60
1.3
31
再生过程所需总时间

min
+++++=10+4+139+75+8+10
246
32
再生需用自来水耗量

m3
++=1.18+0.84+1.3
3.32
33
再生需用软水耗量

+=3.27+1.77
5.04
34
再生一次总耗水量

m3
+=3.32+5.04
8.36
    4、再生液（盐液）的配制和贮存设备
    1）、浓盐液池体积计算
    本锅炉房钠离子交换器运行周期为29+246/60=33小时，每再生一次需耗盐163.6KG，如按照储存10天的食盐用量计算，则浓盐液（浓度26%）池体积为：
    4.75 m3
    2）、稀盐液池体积计算
    再生一次所需的稀盐液（浓度5%）的体积为3.27 m3，若按有效容积系数0.8计算，稀盐液池体积为4 m3。本设计拟用混凝土砌筑一个尺寸为3000×2000×1500盐池，浓、稀盐池各为一半。
    5、盐液泵的选择
    盐液泵的作用：其一是将浓盐液提升至稀盐液池；其二是输送稀盐液至离子交换器，过量的部分稀盐液流回稀盐液池进行扰动，使之浓度均匀。
    盐液泵运转时间短，不需设置备用泵。为防盐液腐蚀，选用102型塑料离心泵一台：
    流量6t/h，扬程196KPa；电动功率1.7KW，转速2900r/min，进口管径Dg40，出口管径Dg40
    6、原水加压泵的选择
    有时自来水水压偏低，为了确保再生时所需的反洗水压和软化过程所需克服交换器阻力的水压，特设原水加压泵1台：型号IS65-40-250，流量12 m3/h，扬程196KPa，电机Y100L1-4，功率2.2KW，转速1450r/min，进口管径Dg40，出口管径Dg40。
六、换热设备计算选型
    本系统应采用板式换热器将锅炉出水温度交换到空调供暖、地板辐射采暖和游泳池循环水热所要求的出水温度；应采用容积式换热器将锅炉出水温度交换到淋浴热水系统所要求出水温度。
    1、淋浴热水容积式换热器计算选型
    本系统选用特富容积式换热器RV-03，设计选型：
    Qh=960KW tc=5℃ tr=60℃
    贮水容积Ve
    Ve=
    =0.5×960×1000/1.163（60-5）=7504(L)
    式中S=0.5h为贮热时间，查自《建筑给水排水设计规范》GB15-88选取
    （2）总容积
    V=1.15Ve
    =1.15×7504=8630 L
    （3）初选2个单罐容积为Vi=5000（L）的罐，实际贮水容积
    Ve’=4930×2=9860>V
    式中：4930为总容积V=5000L罐的贮水容积
    （4）计算传热面积
    ① 总传热面积F

    =
    =32.5m2
     ② 单罐传热面积Fi
    Fi=F/2=32.5/2=16.2 m2
    ③ 查换热器参数表，-5H中的传热面积B Fi’=16.4 m2
    ④ 实际总换热面积F’为
    F’=2 Fi’=2*16.4=32.8 m2>32.5 m2
    （5）确定选型：RV-03-5H型罐2个 单罐传热面积为16.4 m2
    2、板式换热器计算选型
    板式换热器利用清华3E暖通论坛的在线计算工具进行计算：
    （1）地板辐射采暖用的换热器为：
产品名称
板式换热器
生产厂商
北京市华都换热设备厂
产品型号
BR0.35Ⅰ
换热器的一次水流量(t／h)：
1.8094
换热器的二次水流量(t／h)：
1.0052
一次水流程数：
1
二次水流程数：
1
换热器的一次水流速(m／s)：
0.3866
换热器的二次水流速(m／s)：
0.2148
换热器的计算传热系数(w／m2℃)：
2926.3184
实际传热面积(m2):
0.3500
换热片总片数(片)：
3
实际换热量(kw) ：
0.0000
一次水实际出口水温:
70
二次水实际出口水温：
50
一次水阻力损失(MPa)：
0.0000
二次水阻力损失(MPa)：
0.0000
传热系数迭代次数：
2
传热量迭代次数：
0
    （2）空调供暖用的换热器为：
产品名称
板式换热器
生产厂商
北京市华都换热设备厂
产品型号`
BR0.5Ⅰ
换热器的一次水流量(t／h)：
14.1012
换热器的二次水流量(t／h)：
6.4097
一次水流程数：
1
二次水流程数：
1
换热器的一次水流速(m／s)：
0.8704
换热器的二次水流速(m／s)：
0.3957
换热器的计算传热系数(w／m2℃)：
3307.0387
实际传热面积(m2):
2.5000
换热片总片数(片)：
7
实际换热量(kw) ：
0.0000
一次水实际出口水温:
70
二次水实际出口水温：
60
一次水阻力损失(MPa)：
0.0000
二次水阻力损失(MPa)：
0.0000
传热系数迭代次数：
2
传热量迭代次数：
0
    （4）游泳池循环水用热的换热器：
产品名称
板式换热器
生产厂商
北京市京海换热设备厂
产品型号
FBR03
换热器的一次水流量(t／h)：
9.6526
换热器的二次水流量(t／h)：
10.9689
一次水流程数：
1
二次水流程数：
1
换热器的一次水流速(m／s)：
0.8674
换热器的二次水流速(m／s)：
0.4928
换热器的计算传热系数(w／m2℃)：
3854.6688
实际传热面积(m2):
0.9540
换热片总片数(片)：
5
实际换热量(kw) ：
0.0000
一次水实际出口水温:
70
二次水实际出口水温：
27
一次水阻力损失(MPa)：
0.0000
二次水阻力损失(MPa)：
0.0000
传热系数迭代次数：
2
传热量迭代次数：
0
七、水系统计算
    1、空调热水循环泵
    由上选的板式换热器得流量G = 6.4097 t／h
    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：
    管径：DN70 流速：0.48m/s 比摩阻：r=54.6 Pa/m
    空调热水循环的最不利环路长：l = 200M
    ∴泵的扬程为：H = rl = 54.6×200×1.2 = 13104 Pa =13.1 m
    泵型号：DFW50-100/2/1.1
    （其规格参数查：上海东方泵业制造有限公司出版的《清水单级离心泵系统》P56）
    其一次侧流量G = 14.1012 t / h
    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：
    管径为DN80
    2、 暖热水循环泵
    由上选的板式换热器得流量G=1.0052 t／h
    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：
    管径：DN32 流速：0.34m/s 比摩阻：r=73.1 Pa/m
    空调热水循环的最不利环路长：l=350M
    ∴泵的扬程为：rl=73.1×350×1.2=30702 Pa=30.7m
    泵型号：DFW40-160-2/2.2
    （其规格参数查：上海东方泵业制造有限公司出版的《清水单级离心泵系统》P55）
    其一次侧流量G=1.8094 t / h
    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：
    管径为DN40
    3、 泳池热水循环
    由上选的板式换热器得流量G=10.9689 t／h
    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：
    管径：DN80 流速：0.6m/s 比摩阻：r=68.6 Pa/m
    其一次侧流量G=9.6526 t / h
    查《供热工程》第三版P333附录9-1得：
    管径为DN80
八、排烟系统计算
    根据宗大锅炉排气系统设计施工中：锅炉排气量为每燃烧1万大卡的燃料，排出18Nm3气体。
    本系统锅炉使用燃料为：柴油 其燃值为：10200kcal/kg
    ∴每小时排出的气体量为：
    Vyz=84.3kg/h×10200 kcal/kg=859860 kcal/h=859860×18/10000=1548 Nm3/h
    根据《锅炉及锅炉房设备》P212
    烟囱出口内径
     m
    w2=10m/s
    ∴d2=0.0188=0.234m
    烟囱底部（进口直径）d1为：
    d1= d2+2iHyz
    =0.234+2×0.03×6.68=0.635 m
    锅炉排风管道的路线为：从锅炉延伸到日用油箱间，经过烟道向上伸出屋顶（相对标高4.0M）排放。
九、锅炉房布置
    本锅炉房是位于一新建游泳池的地下室，朝南偏西，由锅炉间和日用油箱间组成。详见设计施工图纸。
    锅炉间东西向长9米，南北向长18.78米，日用油箱间在南侧。
    本锅炉房布置有两台CWNS 0.92/0.81-95/70燃油锅炉，锅炉、锅炉热水循环泵、钠离子交换器、空调供暖板换、地暖板换、空调供暖循环泵、地暖板换循环泵等设备均布置在锅炉房内。淋浴热水容积式换热器和，游泳池循环水板式换热器就近放在一层设备房，不在锅炉房。