第二章 供暖工程设计 东华大学环境工程学院.

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1 第二章 供暖工程设计 东华大学环境工程学院

2 第二章 供暖工程设计 第一节、供暖方法及供暖系统形式 一、散热器供暖 二、辐射供暖 三、热风供暖 第二节、供暖工程设计方法 一、采暖设计步骤
第二章 供暖工程设计 第一节、供暖方法及供暖系统形式 一、散热器供暖 二、辐射供暖 三、热风供暖 第二节、供暖工程设计方法 一、采暖设计步骤 二、采暖设计注意事项 第三节、供暖工程设计计算 一、供暖负荷计算 二、散热器选择计算 三、采暖水力计算 四、设备构件选择计算 第四节、供暖工程设计实例

3 第一节 供暖方法及供暖系统形式 冬季，寒冷地区室外气温比较低，为了满足人们工作和生活条件的要求，室内应设置供暖设施，以保持室内所要求的温度。供暖期间，室内空气温度高于室外气温，室内向室外传热。为了维持室内稳定的温度，需要连续地向室内供暖，补偿其热量损失，以保持其热平衡，这就是供暖设计的基本原理。 供暖方法有散热器供暖、辐射供暖和热风供暖等主要形式。根据所采用的热媒种类可分为蒸汽和热水两种，在有的情况下，也有采用电能等其它形式能源供暖的。

4 热水供暖系统由热水锅炉、循环水泵、散热器、膨胀水箱、管道、阀门及其它附件组成。

5 第二节 供暖方法及供暖系统形式 一、散热器供暖
（1）供暖系统的形式，首先应根据建筑设计的特点，考虑到管道布置方便、美观，如水平干管应尽量避免穿越房间的主要空间，对于住宅建筑，一般房间层高比较小，在上供式系统中，经常将水平供水干管布置在屋面一，此时应考虑到管道的保温，并协同建筑专业作好建筑屋面防水。 （2）根据所选用热媒介质的种类确定系统形式。在热水供暖系统中，为了防止垂直失调一般多选用单管系统，对层数较少的建筑，也可以选用双管系统。多层建筑还可以选用单、双管系统。低压蒸汽供暖系统，一般多采用双管系统。高压蒸汽供暖系统一般采用双管系统，对小型作用范围不大的系统，也可以选用单管串联系统。

6 四柱－ 四柱－ 四柱－ 四柱－ 二柱132 菱形四柱 菱形四柱 菱形四柱 菱形三柱 狭长四柱625 狭长四柱 狭长六柱 对流辐射 栅式菱柱TSL5-5 栅式菱柱TSL3-5

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12 第二节 供暖方法及供暖系统形式 二、辐射供暖 辐射供暖系统是一种卫生和舒适条件都比较好的供暖方式。它的优、缺点可归纳如下：
（1）具有辐射强度和温度的双重作用，符合人体散热要求的热状态。室内围护结构表面温度比较高，减少了冷表面对人体的冷辐射。因此，具有较好的舒适感。 （2）室内不需要布置散热器，不影响室内美观，不占用有效面积。 （3）室内温度梯度小，垂直方向温度分布均匀、节约能量。 （4）同样舒适条件下，辐射供暖与对流供暖系统比较，房间温度可降低2～3℃，因此节省能量。 （5）辐射供暖在有的情况下，与土建专业关系比较密切，且投资比对流供暖高。

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15 地板辐射采暖实例

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18 第二节 供暖方法及供暖系统形式 二、 热风供暖
热风供暖是利用室内空气循环向厂房供暖的一种形式，适用于耗热量大的大空间建筑、间歇供暖的厂房以及有防火、防爆要求的厂房。热风供暖是一种比较经济的供暖方式，具有热情性小、升温快、设备简单、投资省等优点。 热风供暖的分类 热风供暖按空气加热方式，通常可分为：空气加热室和暖风机两种， 空气加热室由空气过滤器、空气加热器和风机组成。构造形式基本与组合空调机组相同，室内回风经过滤和加热后，由风机送入房间，也可以根据需要吸入部分新风量，送风口可以连接风管。 暖风机由加热器和送风机组成，直接将热风送入室内。

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28 一、采暖设计步骤 第一步、设计准备 〈一〉调查新设计建筑物距原有或新设热源建筑物的相对位置，和给排水专业共同调查原有地下各种管线情况，确定出供暖引入口位置和管线出户时的标高。如果在偏僻的山区里，室外气象资料参数要按照规范规定的计算方法，到附近气象台站调查后确定，如果是中、小城市室外气象参数可查表 （二）调查热媒温度。各个大城市都在向区域集中供热方向发展，集中供热管网多采用110℃供水，70℃回水的热媒，如果单体建筑需用95℃/70℃的热媒时，就要考虑设置水一水热交换器的问题，并设置循环水泵和补水定压系统。 （三）调查当地材料情况。如散热器型式的确定，门、窗型式、材质的确定，以便节省运输费。

29 一、采暖设计步骤 （四）根据设计任务书，查找与供暖专业有关的内容。并作出记录，以便在写设计施工说明时作为依据。
（五）请建筑、结构专业提供各层平面图和立面图、局部剖面图，为计算供暖设计热负荷作必要准备。当图纸齐全后要问清各房间使用功能或生产工艺对供暖通风的要求，还要问清门、窗尺寸、材质及顶棚、地板、外墙选用的材料情况，以便正确选用或计算出传热系数值。 采暖施工图设计，应在初步设计经使用单位主管部门审批之后再开始进行。审批时提出的变更或调整意见，应在施工图设计阶段予以修改和解决。

30 一、采暖设计步骤 第二步、制定设计工作计划
设计工作是由各专业相互配合共同完成的，为了保证质量，加快进度，各专业必须协调一致，按照统一的进度计划，及时准确地相互提供设计条件，才能顺利地开展工作。因此，进度计划要各专业协商确定，共同遵守。工作开始，一般应由建筑专业提供比较详细的平、立、剖面图纸。采暖专业根据设计内容、工作量和完成日期，安排自己的进度计划。再根据计划调整人力，进行分工。

31 一、采暖设计步骤 第三步、确定采暖热媒种类及热媒设计参数
供暖系统常用的热媒有蒸汽和热水两大类。蒸汽有高压蒸汽和低压蒸汽之分。对于供暖系统而言，蒸汽压力低于70KPa者，称为低压蒸汽，高压蒸汽供暖系统的蒸汽压力通常选用0.2～0.4MPa。热水供暖又分为两类：一种是95／70℃，另一类是高温水，一般供水温度为110～130℃。 热媒的选择，应考虑到供暖安全、卫生条件、投资和运行经济及当地和工程的供暖条件等因素。95／70℃的热水供暖系统中，散热器表面温度比较低，不易烫伤人，对人比较安全。热水的热容量大，房间空气温度比较稳定，舒适感好，供、回水为闭式机械循环，回水热量损失小，一般广泛的用于民用建筑和公共性建筑。 高温水供暖热媒温度比较高，可以节省散热器的数量，房间热稳定性比较好。 蒸汽热媒温度比较高。散热器的数量可减少。蒸汽供暖系统的回水一般热损失比较大，热效率比较低。

32 一、采暖设计步骤 第四步、计算建筑的热负荷
供暖期间，当室外空气温度为供暖设计计算温度时，为了保持室内所规定的温度所需要的供热量，称为供暖热负荷。

33 第五步、根据建筑特点，选择供暖系统的方案确定采暖方法及采暖系统形式
确定散热器供暖系统的方案时，应该考虑到使用要求、外部热源情况及技术经济等因素，经过全面分析比较后确定。

34 第六步、根据工程实际条件及情况，确定散热设备种类与安装方式
散热设备主要分为散热器、暖风机及低温辐射盘管。 散热器为供暖系统房间供热用。按照材质又可分为：铸铁散热器、钢制散热器和铝制散热器等，种类繁多。 铸铁散热器耐腐蚀性强，价格便宜，但承压力差，传热系数比较低，外观欠美观，只能用于热水供暖系统。钢制散热器，承压能力大、制作外形也比较美、传热系数略高于铸铁，但钢制散热器耐腐蚀性比差。铝制散热器，比较美观，传热系数较高，耐腐蚀性好，只是价格比较贵，宜用于高级建筑。 选择散热器时应考虑到下列原则： （1）热工性能。散热器的传热系数应高，可节约金属材料，减小体积。 （2）外形美观。对于民用建筑，散热器作为室内陈设的一部分，应尽可能满足室内的：观要求。 （3）耐腐性。散热器应耐腐蚀，尤其是蒸汽供暖系统，因内表面干、湿交替，很容易腐蚀，故应尽量延长其使用年限。 （4）价格应便宜，尽量降低工程造价。此外，还要求散热器表面光滑，不易积灰尘等。

35 第七步、确定布置散热设备的位置及数量 在建筑平面图上，根据房间用途及设计要求，确定散热设备的布置位置及系统供水立管位置，对于散热器供暖，散热器一般布置在房间窗口旁边。

36 第七步、确定布置散热设备的位置及数量

37 第八步、系统水力计算 （1）绘制系统图；

38 第八步、系统水力计算 （2）绘制简图，进行水力计算，确定管径。

39 （2）绘制简图，进行水力计算，确定管径。

40 一、采暖设计步骤 第九步、进行系统设备附件选择计算 第十步、绘制施工图
供暖系统的主要设备有：水泵、散热器、膨胀水箱、排气阀、疏水器、安全阀等，其中水泵为通用设备。 第十步、绘制施工图 施工图设计，主要是根据初步设计确定的方案系统形式，按照审批意见调整后的建筑详图，进行认真而仔细的设计计算，并依据计算结果，完成采暖专业施工安装图纸的绘制。 施工图纸是表达设计思想和设计意图的形象语言。设计者要善于利用施工图纸清晰而准确地表达设计意图和计算结果，使施工人员能准确无误地按照设计图纸进行施工安装，从而达到设计所予想的效果，满足使用要求。如果施工图纸交待不清，不但给施工安装带来困难，而且工程质量也是难以得到保障的。

41 一、采暖设计步骤 第十一步、整理设计计算书、及相关设计文档，提交校对、审核、出图及存档
采暖工程的计算，是整个设计工作中不可缺少的一部分，占有较大的工作量。它是确定散热器规格、管径尺寸及其它采暖设备规格型号的重要依据。 采暖工程计算书，可以根据工程规模大小与繁简程度有所不同。一般应按统一格式抄写清楚，经审核签字后与施工图纸一并存档，不外发。其主要内容如下： （1）围护结构的热工计算书； （2）采暖热负荷计算书； （3）工艺设备发热量计算书； （4）散热器及其它用热设备的选择计算书； （5）管道系统水力平衡计算书； （6）采暖附件或装置的选择计算书； （7）暖风机、换热器、辐射板或其它采暖设备的计算书等。

42 一、采暖设计步骤 第十二步、编制施工图预算
采暖工程概算书，根据初步设计所需设备与材料的规格和数量，按当地《建筑安装工程概算定额》编制而成。它是建筑工程总造价的一部分 工程概算书是确定基建项目投资额，编制基建计划，实行工程招标，控制工程拨款，考核设计经济合理性的重要依据之一。

43 二、施工图设计时，应注意事项 （1）为了使图纸做到少而精，每张图纸都应安排紧凑、条理清晰，尽量表达较多的内容而避免前后翻找。 当一套图纸需要表达几个专业的内容时，应按设计单位的专业配备，结合施工单位的工种设置，合理地安排图纸的专业项目和内容，以有利于设计，且方便施工。 以采暖为主的施工图纸，可附以卫生、消防或煤气等内容，而采暖内容较少的工程项目，也可并入其它专业的图纸上，只要施工便利，尽量减少空而无物的图纸。 （2）一套图纸，要有条理有章法地编排起来，才能给看图者带来方便。复杂的工程，往往图纸较多，如果编排混乱，前后翻找，必然使看图者费时费力，甚至茫然不知所措。因此， 一般在图纸绘制之前，就应事先按顺序安排好图纸内容和张数。设计者做到心中有数，杂而不乱；看图者必然会感到条理清晰而章法井然。

44 二、施工图设计时，应注意事项 （3）设计过程中，遇有交叉、碰撞等专业矛盾或要求局部调整和修改时，应及时联系，研究解决，并将变更情况通知相关专业。遇有本专业作法意见分歧时，专业负责人应及时协调解决，使工作得以顺利进行。 （4）全部图纸完成后，设计人员应先进行自审，再交予审核、审定。审出的差误改正后签字。各专业还应联合校对、会审会签。将差误和专业矛盾消灭在出图之前，以保证设计图纸质量。 （5）单项工程的施工图纸应一次出齐。规模较大，分段施工的工程，方可分期出图。一般不应采用边设计边施工的办法。 （6）施工图纸原则上不应超过初步设计批准的项目内容和规模。总造价不应超出批准的初步设计概算书。特殊情况应申报原审批部门。

45 二、施工图设计时，应注意事项 （7）机械循环系统作用半径大，适应面广，配管方式多，系统选择应根据卫生要求和建筑物形式等具体情况进行综合技术经济比较后确定。 （8）在系统较大时，宜采用同程式，以便于压力平衡。 （9）由于机械循环系统水流速度大，易将空气泡带人立管造成局部散热器不热，平敷设的供水干管必须保持与水流方向相反的坡度，以便空气能顺利地和水流同方向集中排除。 （10）在单管水平串联系统中，设计时应考虑水平管道热胀补偿的措施。此外，串联环路的大小一般以串联管管径不大于32mm为原则。

46 （二）、采暖工程图纸 1、首页 2、平面图 采暖工程图纸应包括下列内容：
包括施工说明、图例、采暖设计概况、设备材料表等内容，简单的工程首页内容可与首层平面放在一张图上。 2、平面图 （1）应绘出墙、柱、门窗、楼梯、轴线号，注明开间尺寸，总尺寸，室内外地面标高（首层应注明与±0。000所对应的绝对高程），房间名称，首层右上角绘指北针； （2）应绘出散热器位置并注明片数或长度，立管位置及编号，管道及阀门，放风及泄水，固定卡、伸缩器、入口装置、疏水器，管沟与人孔，管道应注明管径、安装尺寸及起终点标高； （3）采暖入口有两处以上时，应在平面图上分别注明各入口的热量与系统阻力。

47 （二）、采暖工程图纸 3、透视图或立管图 4、详图大样
（1）透视图应按45°或60°轴侧投影绘制，比例应与平面图一致。透视图应自入口起，将干、立、支管及散热器、阀门等系统配件全部绘出。透视图应标注散热器规格、各段管径、起终点标高、伸缩器及固定卡位置等。 （2）一般采暖工程可只绘制立管图。完全相同的立管，可不重复绘制，只须以立管号标注于相同的立管即可。立管图主要表示散热器规格、管径尺寸、连接作法、安装高度及阀门设置等，相同的内容可用标准立管作法图统一表示，不必每根都绘全。 （3）单层建筑一般不必绘透视图，但应绘制散热器连接示意图或注明所选用的标准图索引图号。 4、详图大样 凡施工安装图册及国家标准图中未有且需详细交待的内容，均需另绘详图大样。

48 第三节 供暖工程设计计算 一、供暖负荷计算 二、散热设备选择计算 三、管路水力平衡计算 四、供暖系统构件选择计算
第三节 供暖工程设计计算 一、供暖负荷计算 二、散热设备选择计算 三、管路水力平衡计算 四、供暖系统构件选择计算 （1）膨胀水箱容积计算；（2）集气罐或自动排气阀选择计算 （3）补偿器选择计算； （4）除污器选择计算 （5）调压装置选择计算；（6）换热器选择计算 （7）平衡阀选择计算； （8）分水器、集水器或分气缸选择计算

49 一、供暖负荷计算 在计算供暖热负荷时，要考虑到房间的得热量和失热量的平衡，供暖房间主要热损失有以下内容： （1）通过建筑围护结构的传热量；
供暖期间，当室外空气温度为供暖设计计算温度时，为了保持室内所规定的温度所需要的供热量，称为供暖热负荷。 在计算供暖热负荷时，要考虑到房间的得热量和失热量的平衡，供暖房间主要热损失有以下内容： （1）通过建筑围护结构的传热量； （2）通过建筑围护结构的门、窗缝隙渗透进人房间的冷风的吸热量； （3）门开启时，侵入房间的冷风的吸热量。 （4）电动设备的散热量，照明散热量等。

50 二、散热器选择计算 散热器散热面积按下式进行计算： 式中 ——散热器的表面积，m2； ——散热器的散热量，一般即为房间的热负荷，W；
——散热器内热媒的平均温度，℃； ——室内供暖计算温度，℃； ——散热器的传热系数，W／（m2·℃）； α1——散热器安装时，组装片数的修正系数，见表5.1－5 α2——散热器进、出水管连接形式修正系数，见表5.2； α3——散热器安装形式修正系数，见表5.3

51 四柱－ 四柱－ 四柱－ 四柱－ 二柱132 菱形四柱 菱形四柱 菱形四柱 菱形三柱 狭长四柱625 狭长四柱 狭长六柱 对流辐射 栅式菱柱TSL5-5 栅式菱柱TSL3-5

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53 三、采暖水力计算 （一）、等温降法 计算原理
等温降计算法的特点是预先规定每根立管（对双管系统是每个散热器）的水温降，系统中各立管的供、回水温度都取相同的数值，在这个前提下计算流量。这种计算法的任务：一种是已知各管段的流量，给定最不利各管段的管径，确定系统所必须的循环压力；另一种是根据给定的压力损失，选择流过给定流量所需要的管径。

54 （二）、变温降法 计算原理 在各立管温降不相等的前提下进行计算。首先选定管径，根据平衡要求的压力损失去计算立管的流量，根据流量来计算立管的实际温降，最后确定散热器的数量，本计算方法最适用于异程式垂直单管系统。

55 （三）、等压降法 计算原理 按各立管压降相等作为假设前提进行水力计算。假设压降相等，但并不知压降的具体数值，在选定管径后，压降及流量仍为未知数，为此应先给立管一假定压降值，并确定在该压降值下各种类型立管的对应流量（称计算流量）。将计算流量和对应压降值乘以相应的调整系数，即可求出实际的流量和压降。本计算方法适用于同程式垂直单管系统。

56 四、设备构件选择计算 （一）、膨胀水箱 在采暖系统中，一般应设置膨胀水箱来收贮受热后膨胀的水置，同时解决系统定压和补水问题。在多个采暖建筑物的同一供热系统中仅能设置一个膨胀水箱。当建筑物内有空调设施时，空调水系统应单独设置膨胀水箱。但当为独立热源仅供一栋建筑物时，可不另设与采暖膨胀水箱合用。

57 （一）、膨胀水箱 膨胀水箱水容积应按下式计算： 当95～70℃采暖系统； 当110～70℃采暖系统，； 当130～70℃采暖系统，；
空调冷冻水系统，。 式中 ——膨胀水箱的有效容积，L； ——系统内的水容积，L，见表1.6—6。

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59 (二)、除污器 1、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； 采暖系统入口，装在调压装置之前；锅炉房循环水泵吸入口；各种换热设备之前；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，按国标图制作，根据现场工程实际情况选用，除污器的型号应按接管管径确定。 3、当安装地点有困难时，宜采用体积小、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宜取0.05m／s。

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61 （三）、调压装置 1、当外线热源参数比较稳定时，宜用调压板调整各建筑物入口处供水干管上的压力，调压板的孔径应按下式计算：
式中 ——调压板孔径，m； ——管道内径，mm； －一消耗压头，Pa； ——热水流量，kg／h； 一－热水密度，kg／m3。 2、当供热系统不大时，也可采用截止阀来调节，其特点是节约投资，不易堵塞，

62 （四）、集气罐和自动排气阀 （l）集气罐用于热水采暖系统中的空气排除，集气罐一般应设于系统的末端最高处。
（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，宜选用立式。 （3）集气罐的直径口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DN15mm。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，宜采用自动排气阀。 （6）自动排气阀的排气口，一般宜接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。

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64 （五）、补偿器 （1）各种热媒在管道中流动时，管道受热膨胀使其管道增长，其增长量应按下式计算： 式中 ——管道的热伸长量，mm；
0.012——钢管的线膨胀系数，－mm/（m·℃）。 （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。

65 （六）、平衡阀 平衡阀可以有效地保证管网静态水力及热力平衡，它安装于小区室外管网系统中，消除了小区内个别住宅楼室温过低（如远离热源环路）或过高（如靠近热源环路）的弊病 并同时达到节煤、节电各15％的目标。

66 1、平衡阀调节原理 平衡阀属于调节阀范畴，它的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙（即开度），改变流体流经阀门的流通阻力，达到调节流量的目的。平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件，对不可压缩流体，由流量方程式可得： 式中 ——流经平衡阀的流量； ——平衡阀的阻力系数； ——阀前压力； ——阀后压力； — —平衡阀接管截面积； ――流体的密度。 由上式可以看出，当一定（即对某一型号的平衡阀），阀门前后压降－不变时，流量仅受平衡阀阻力影响而变化。增大（阀门关小时），减小；反之，减小（阀门开大时），增大。平衡阀就是以改变阀芯的行程来改变阻力系数，达到调节流量的目的。

67 2、平衡阀适用场合 管网系统中所有需要保证设计流量的环路中都应安装平衡阀，每一环路中只需安装一个阀（安装于供水管路或回水管路）。由于平衡阀关闭性能十分可靠，不必再安装其他起关闭作用的阀门。 （1）、锅炉（或冷水机组）水流量的平衡； （2）、热力站的一、二次环路水流量的平衡； （3）、小区供热管网中各幢楼之间水流量的平衡； （4）、建筑物内的采暖（空调）水力系统中水流量的平衡。

68 3、平衡阀安装使用要点 （1）、建议安装在回水管路上； （2）、尽可能安装在直管段上； （3）、注意新系统与原有系统水流量的平衡；
（4）、不应随意变动平衡阀开度； （5）、不必再安装截止阀； （6）、系统增设（或取消）环路时应重新调试整定。

69 (七)、分水器、集水器、分汽缸 （l）当需从总管接出2个以上分支环路时，考虑各环路之间的压力平衡和使用功能要求，宜用分汽缸、分水器和集水器。分汽缸用于供汽管路上，分水器用于热水或空调冷水管路上，集水器用于回水管路上。 （2）分汽缸的筒体直径宜按下式计算： 式中 ——通过分汽缸的蒸汽总流置，t／h； ——筒体蒸汽流速，，一般取10～15m／s； 蒸汽密度，kg／m3。 （3）分水器、集水器的简身直径可按断面流速确定，或按经验估算 （此式也近似适合分汽缸），为支管中的最大管径。

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71 （八）、换热器 换热器传热面积一般可根据厂家样本给出，当设计参数与样本不符时，宜按通式进行校核计算：

72 第四节、供暖工程设计实例

73 办公楼二层采暖平面图

74 办公楼三层采暖平面图

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81 思考题 1. 计算散热器时，应考虑哪些修正系数？ 2. 膨胀水箱水容积如何计算？水箱上的各管道如何连接？
3. 管道补偿器有几种形式？如何计算热膨胀长度？ 4. 平衡阀的工作原理是什么？那些场合适用安装平衡阀？ 5. 换热器有哪些类型及其适用地点？换热面积如何计算？