关 键 词：

多功能 加热炉 毕业设计

资源描述：

多功能加热炉毕业设计,多功能,加热炉,毕业设计

内容简介：

目 录 摘要1 关键词1 1 前言2 1.1 研究目的2 1.2 国内外研究现状2 1.3 本课题研究的主要内容3 2 加热炉的设计3 2.1 炉具设计原则3 2.2 炉具的设计计算3 2.2.1 燃料消耗量的计算3 2.2.2 炉具炉膛的计算4 2.2.3 风道的设计4 2.2.4 炉膛的设计9 2.2.5 加热炉水套的设计10 2.2.6 拦火圈的设计10 2.2.7 封火盖板的设计11 2.2.8 灰门的设计11 2.2.9 烟囱水套的设计11 2.2.10 加热炉结构示意图11 2.2.11 炉具的热损失计算11 3 采暖系统设计计算14 3.1 自然循环热水采暖系统的工作原理14 3.2 热水炉采暖相关计算15 3.2.1 供暖系统的设计热负荷15 3.2.2 建筑物热负荷的估算17 3.2.3 采暖实例相关计算18 4 结论18 参考文献19 致谢19 附录19多功能加热炉设计学 生： 胡克强指导老师：汤楚宙(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：本文综述了加热炉设计技术的背景和应用以及相关理论和方法，概括了加热炉的国内外研究现状，在现有加热炉技术的基础上进行了改良。对多功能加热炉进行了设计，介绍了其加热的的原理，绘制了工作原理图。通过对多功能加热炉各个方面的精密计算，降低了设计成本，提高了加热效率，减少了加热炉对燃料的消耗，实现了经济与环保的双赢，研究成果具有重要的理论指导和实际应用意义。 关键词：多功能；加热炉；设计The Disign of Multifunction Heating FurnaceStudent:Hu KeqiangTutor:Tang Chuzhou(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: This paper reviews the background and heating design technology application and related theory and method, summarized the research situation, heating in the existing heating furnace technology has improved the basis. The design of multi-function furnace, introduces the principle of the heating, mapped the work principle diagram.Through the aspects of multi-function furnace precision calculation, reduced design cost and improve heating efficiency, reduce the heating furnace for fuel consumption, realize the win-win situation of economy and environmental protection, the research results have important theoretical guidance and practical application meaning.Keywords: Multi-function；Furmace；Design1 前言1.1 研究目的随着农村经济的发展，人们生活水平的提高，农民对生活用能有了进一步的要求。传统的生活用能主要是农林废弃物和煤，然而农林废弃物的利用效率常常非常低下，燃烧存在大量的浪费，并且污染室内空气，影响人们的身体健康。一些富裕的农民则转向商业能源，如天然气和煤，这些能源的使用，不但不能提高农民的收入，相反会污染环境，破坏生态，影响农村的可持续发展。秸杆、薪柴是低品位能源，直接燃用，劳动强度大，不卫生，影响生活质量的提高。随着粮食生产的发展和农民生活质量的提高，富裕起来的农民厌弃了“家家有炊烟”的炊事方式，迫切希望能用上清洁、方便的优质燃料，以摆脱烟熏火燎的生活环境。另外，在一些燃料缺乏地区，农民靠砍伐林木、割搂野草来生火做饭或取暖致使森林及草地被破坏，土壤退化，水土流失，旱涝成灾，给生态环境造成了严重的破坏。而在燃料不缺乏的某些地区，每当收获的季节，大量过剩的秸杆在田间地头被直接焚烧，既浪费了能源，又严重污染了环境。因此，秸杆和林业废弃物资源的有效利用已成为我国农业可持续发展所面临的重要问题。我国9亿农民居住在农村，约2.3亿户，传统的耗能方式仍然是以炊事以及北方农村取暖为主，以作物秸杆、薪柴和草为主要资源，基本上是采取直接燃烧方式。直接燃烧转换效率低，浪费严重。我国农村传统炉灶的热效率很低，仅为10%左右。近20多年来推广的省柴炉灶实际热效率也只有25%左右，能量损失仍然较大。正因为如此设计和改进加热炉使其加热效率高，减少其加热过程中对环境的污染变得尤为重要。1 1.2 国内外研究现状自第一次石油冲击以来，随着能源危机的进一步加深，世界各国加快了对加热炉技术研究的脚步，国内外许多加热炉厂家围绕着提高产品质量、节能、环保、自动化操作进行对加热炉进行一系列改造，并取得一定成效。虽然近年来我国加热炉技术有了较大的发展，但总体来说较之外国还有不小差距。在我国农村炊事旧灶虽然形式较多，各地亦有差异，但总的特点是热效率低，柴草浪费严重，并污染室内环境。主要是：1）通风不合理。旧式灶没有通风道，只靠灶门通风，从灶门进来的空气不能直接通过燃料层与燃料混合均匀，还带走部分热量。2）锅台高，吊火高，旧灶为做饭方便和添柴方便，锅台较高，使火焰不能充分接触锅底，大量的热都散失掉了。3）灶膛大，灶门大，排烟口大。灶膛大，火力分散，散热损失大，燃烧温度低。大灶门使大量的冷空气进入，增加了排烟损失，降低了燃烧室内温度。排烟口大使灶膛内负压过大，使燃料的挥发分析出后往往不经燃烧就逸出，减少了高温烟气的停留时间。由于这些不合理结构，使柴草不能充分燃烧，并且柴草释放出来的热量不能充分利用，造成大量浪费。而且对环境造成严重的污染，特别是导致室内空气质量非常差，CO超标有时达10100倍。21.3 本课题研究的主要内容通过对加热炉的原理进行理论分析和相关计算完成一台以生物质为燃料、兼顾烧煤，基于气泡式热水自然循环供热系统原理，用于温室和建筑物内采暖的多功能加热炉的设计。2 加热炉的设计2.1 炉具设计原则依据常规燃料燃烧的基本特性，结合农村的生活习惯和经济条件，炉具必须满足以下原则：1）结构合理，使用方便，点火容易，上火快；2）安全卫生，热性能稳定；3）适应农民生活习惯和燃料要求，造价低，实用耐用； 4）有效利用燃烧过程碳化物质的热辐射能量；5）合理地组织炉内换热过程，保证燃烧气体能进行有效的对流换热；6）空气能均匀流畅地进入炉内，连续稳定；7）火力足、火势均，燃烧完全，不冒黑烟，能源利用效率高。32.2 炉具的设计计算2.2.1 燃料消耗量的计算要确定燃料的消耗量需先计算出炉具的小时火力，在确定热负荷时，要充分考虑我国不同地区的生活习惯，结合实际，才能达到不同市场的要求。目前我国农村五口之家要维持起码的生活水平，每天平均所需的热量Q1为12000千焦，农村每天做饭时间平均40分钟，每天做饭3次，已知炉具的热效率为65%，把所需数值代入公式可得：nmQQBarnetL.=h.1 （1）式中：BL燃料消耗量，kg/hQ1每日炊事所需的热量，kJ/d;Qnet.ar燃料发热量，kJ /d炉具设计的热效率，%；m每天做饭所需时间，h/次；n每天做饭次数，次/d。2.2.2 炉具炉膛的计算(1) 炉膛的大小。决定炉膛容积大小的主要指标是炉膛容积热负荷，即每立方米炉膛容积中每小时燃料燃烧的发热量大小。对于主要用于炊事的炉具，容积热负荷一般在2500040000J/h.m3,炉膛容积热负荷过大，则燃料在炉内停留的时间短，不易完全燃烧；反之，炉膛容积热负荷过小，炉膛容积过大，燃烧分散，火力不集中。炉膛容积可按下式计算： （2） 式中：VL炉膛容积，m3;m炉具每小时燃料的消耗量，kg/h ;qnet,ar 燃料的热值；MJ/kg;L炉具的热效率；qmax燃烧室的最大容积热负荷，KJ/h.m3。考虑所用燃料特点，采用侧进料方式设计，一方面侧进料有利于燃烧的连续性，稳定性；同时也给填料带来了方便，使用时更加卫生安全。底部的进风有利于减小空气进入炉膛的阻力，促进空气与燃料以及可燃气体的充分混合，增加空气与燃料接触比表面积，促进燃烧；直径大的空气进口使进入的空气较均匀的分布在燃烧室下方，炉口的大小一般为100mm左右，可以起聚集火焰，增加火力强度的作用。（2）吊火高度。吊火高度是指锅底与炉排之间的垂直距离。根据火焰温度分布规律，当吊火高度为30cm时，可使火焰大部分的最高温度层直接接触锅底。取炉具吊火高度为30cm，使锅能够接触到高温火焰，有利于提高上火速度，提高热能利用率。42.2.3 风道的设计（1）空气过量系数。燃料燃烧时实际供给的空气量与完全燃烧理论所需的空气供给量之比，称为空气过量系数，以表示，根据空气过量系数值的大小，燃烧工况可以分为贫氧燃烧、富氧燃烧和理论燃烧三种，即贫氧燃烧的空气过量系数小于1，富氧燃烧的空气过量系数大于1，理论燃烧的空气过量系数等于1.空气过量系数可按下式进行计算，即 （3）式中，AR为燃烧时实际供给的空气量与燃烧量之比，简称空燃比，其值取决于运行参数;SR为完全燃烧理论所需要的空气量与燃烧量之比，简称化学当量比，其值取决于燃烧特性。燃料完全燃烧理论所需要的空气量可以根据燃料可燃质元素与氧化合时所需的空气量换算成标准状态正反体积而获得。一般而言，包括生物质在内的有机燃料多是多种元素的化合物，其中每一种可燃元素可能分别与其他元素化合，燃烧反应复杂，故对每一种可燃元素的化学反应不可能用单一化学反应描述，但是由于物质平衡，每一种可燃元素可以用一个反应式表示。理论所需空气量就是根据生物质燃料中所含碳、氢、硫元素分别与氧气反应后求得的。1kg应用基的生物质燃料含碳，,其中的氧换算成标准状态下的体积为：31007.0324.22100mOarOar=.以上分别为生物质燃料中碳、氢、硫、氧的成分。故1kg应用基的生物质燃料充分燃烧需要供给氧气的体积为： （4） 由于干空气中氧气体积占21%，则1kg应用基的生物质燃料需要的干空气体积理论空气量为： （5） 因为标准状态下空气的质量密度为已知，故燃料理论空燃比SR可按下式求取： （6）由于生物质燃料中所含的硫元素很少，与碳、氢、氧三个元素相比，它对理论空燃比的作用可以忽略不计。基于这一思想，荷兰Twente大学Van Corven给出了下面一个计算燃料化学当量的计算公式： （7）事实上，化学当量比和高位热值都是燃料的特性参数，在它们之间有一定的对应关系，有了这种关系后，只要测试出燃料的高位热值即可求得其理论空燃比。朱锡峰经过大量研究发现，燃料理论空燃比与燃料高位热值之间近似呈线性关系，即 （8）式中，高位热值的单位为MJ/kg。式（8）表明，燃料化学当量比SR与其高位热值HHV之间的关系不仅形式简单，而且物理意义十分清楚，即燃料的高位热值越高，燃烧所需要的供氧量就越多，化学当量比也越高。（2）分级配风的设计。在燃烧室外加二次配风，是为了增补燃烧时的氧气。在控制一次进风的条件下，配合二次进风可使燃料得到充分燃烧。分级配风技术广泛地应用于生物质燃烧系统，包括小型燃烧设备。然而，由于小型燃烧设备的空气控制精确性受使用条件的限制，导致污染物的排放量不太稳定。分级配风技术将挥发分析出和气相燃烧阶段分开，同时降低了不完全燃烧产生的污染物，同时，还促进了可燃气体和助燃空气的混合程度。初始阶段，初级空气在热解阶段加入，可燃气的主要成分为CO，H2，CxHy，H2O和N2，还包括NH3，HCN及NO等对氮氧化物排放有重要影响的气体。在第二阶段提供充足的二次空气，可以确保完全燃烧并降低因不完全燃烧产生的污染物。改善可燃气体与二次空气的混合均匀度可减少对二级空气的需求，提高燃烧温度，减低整体过量空气系数。因此，随着温度的上升，基本反应速度加快，改进燃气混合，也缩短了可燃气体和二次空气的混合时间，有效的减少了不完全燃烧产生的污染物。二次风风量与生物质的可燃挥发分有关，二次风道的截面积一般为一次风道的面积的1/31/2。在固定床上吸式气化器和气相燃烧还原室的25KW试验反应器中试验，证明采用分级配风燃烧工艺可以还原50%75%的NOx 。最优条件如下：1）气体在燃烧时的滞留时间0.5s(0.3)；2）燃烧室的温度11001200；3）一次空气过量系数0.7。二次进风能做到空气预热，以免降低燃烧室温度而造成燃料燃烧不完全，二次风的温度越高越有利于助燃，并且温度越高，当二次风量过大时也不会过分增大排烟损失。二次风进入炉膛时，要求分布均匀，并最好产生扰动，拦截可燃气体，以便尽快混合。设计时，让二次风的进风管应沿炉瓦外壁由下而上，这样二次风被加热，可以减少炉具的散热损失。二次风进入炉膛的位置不能太低，否则影响生物质燃料的燃烧，并不能和挥发性气体混合，若进入炉膛的位置过高，则可能没有来得及与可燃气体混合就离开了高温区，形成短路，失去燃烧的条件。为了能提供充足的空气和调节进风量，本设计采用三次进风系统，一次和二次进风可以自由调节，三次进风系统始终开启。5（3）燃料化学当量比的计算。木材的热值一般为15.5MJ/kg16.5 MJ/kg，根据公式2-8可知，木材燃料的化学当量比SR=4.85.2(kg/kg)，空气的密度为1.29kg/m3，如果炉具每小时燃烧1.65kg燃料时，需要大约7.1m3的空气。若空气过量系数取1.5，则共需要10.6 m3的空气，而每小时的产生的烟气容积为1.659.5=15.6 m3/h。（4）烟囱截面积的计算。烟囱截面积可通过下式计算：2733600)273(.+.=yyyLWtVBF（9） 式中：F烟囱的截面积，m2；Ty烟气的温度，；Vy每小时单位燃料产生烟气量，m3/hkg；Wy烟气流速，m/s; 由上述计算可得每小时燃料燃烧产生的实际烟气量为15.6 m3，烟气流速为12m/s，取Wy=1.0m/s,将所得数值代入公式（3-9），可得F=0.0075m2。计算所得的截烟囱半径为4.8cm，在设计实验中，根据实际情况，采用半径为5.0cm的烟囱。（5）进风口面积的计算。进风口的作用是供给空气，调节风量，清除灰渣。炉具设计时采用了一次风道，二次风道和三次风道。进风口的总体过大会使较多冷空气进入炉膛而降低炉膛温度，增加各项热损失；过小也可引起热损失的增加。根据经验证明，进风口的通风截面积和进料口的相当。根据炉膛内燃料燃烧时实际所需空气量、炉排的炉篦空隙面积及出烟口的截面积，设定一次进风口的截面积稍大于二次进风道的截面积。根据上述计算来设计进风口的大小，进风口的大小一般设计与排烟口的大小相当，由于在燃烧过程中，燃料将阻止空气的流动，所以在进风口加一系数1.5，则进风口面积约为0.01 m2。设一次进风为总风量的0.70.8，所以一次进风口的面积应为0.070.08 m2，现设计的炉具一次进风口面积为0.150.09/2=0.067 m2（由于炉排的作用，实际为开口的一半）。二次进风口为总风量的0.50.7，试验炉具的二次进风口为圆形，半径为4.0cm，所以面积为0.05 m2，即二次风为总风量的0.5。（6）烟囱高度的计算。烟囱的高度可采用下式计算： （10）式中：h炉具的吸风压，毫米汞柱，m；P平均大气压力，取当地大气实际压力，mmHg；t1大气中的年平均温度，；t2烟囱内烟气平均温度，。炉具吸风压一般在1.02.5 mmHg，取h=1.5 mmHg，换算可得h=0.11 mmHg；根据本地情况取p=760 mmHg，t1=20；烟气平均温度t2= 200.在实际应用，常取烟囱高度为3m左右。（7）炉排的计算。本文中炉排总面积指炉篦炉条总面积及炉条之间缝隙总面积之和。根据以上分析可知炉膛形状为圆台型；圆台炉膛体积Vl、高度H及上炉口半径r的值已知。圆台体积公式如下所示： （11）式中:V圆台体积，m3H圆台高，m；Rr圆台大、小半径，m将v=V=0.033m3,h=H=0.3m,r=0.06m代入公式（2-11），可得（8）二次进风口的设计。二次进风设计的目的是增补氧气，在控制一次进风的条件下，配合使用二次风，可使燃料得到充分的燃烧。二次风的利用原则是控制二次风的量，提高二次风的温度，平常的二次风多采用下图方式：这种方式的二次风经常温度不高，易降低燃烧室的温度，而且由于二次风的出口较高，如果烟气温度过高，流速过大，易发生短路，造成可燃性气体直接排出，而没有和二次空气混合，本炉具设计的二次风进口处于挥发性气体的下方，可以保证和可燃气体的充分混合，并且温度较高，有利于燃烧。图1二次进风示意图 图2带有气孔的芯筒Figure 1 second into wind schemes Figure 2 with stomatal core canister （9）三次进风系统的设计。本设计是采用三次进风系统设计，具体见图3。一次风和二次风都是从灰门2进入炉体，一次风通过炉膛底部炉篦1间隙进入炉膛，实现燃料的一次燃烧；二次进风通过芯筒与水套间间隙3进入，经过预热后，通过芯筒7（见图2）的布气孔进入炉膛，实现燃料的充分燃烧；一次和二次进风可以根据燃料燃烧情况调节进风量，使燃料燃烧更充分，更彻底。三次进风管6布置在炉膛外侧，由底部直通炉口，使空气直接通过煤炉炉芯筒布气孔9进入炉膛10上部，一方面可以使可燃性挥发份在上升的过程中有足够的氧气燃烧，提高燃料的利用率；另一方面在炉子封火过程中可以使气化过程中的可燃性气体保持燃烧状态，继续加热水套内的水。2.2.4 炉膛的设计炉膛的设计需适应燃料的燃烧特点，聚集火焰，提高炉膛内温度。炉膛一般有两种形状。一种是长方形的，长方形的炉膛在农村有着广泛的应用基础，其制作方便，但是长方形炉膛的燃烧室，在燃烧时易出现死角，影响火焰的传递，热量利用效率低。 另一种是圆筒形的燃烧室，这种燃烧室的特点是由于它的弧形壁的导向反射，炉膛温度较高，燃烧完全而且火力集中，热能吸收利用较好，热效率和方形炉膛相比，一般要高。本设计采用圆形炉膛，考虑到城乡接合带地区薪柴不多，燃料要用型煤代替，设计时炉膛上部增加一个型煤炉膛。72.2.5 加热炉水套的设计根据以上设计在保证炊事功能的同时，炉膛外设计圆形水套，提供采暖和热水功能。水套采用4mm厚的钢板焊接，结合整个产品自重和外观大小。 2.2.6 拦火圈的设计 在炉口和出烟口设计一个拦火圈，又称聚热反射层，主要是用来调整火焰和烟气的流动方向、流速，增强对流传热。1.炉地 2.灰门 3.芯筒与水套筒间隙 4.加料口 5.烧柴炉膛6. 三次进风管 7.芯筒 8.煤炉炉芯筒 9.煤炉炉芯筒布气孔 10.烧煤炉膛 图3 三次进风系统过程示意图Figure 3 three times into wind system process schematic drawing2.2.7 封火盖板的设计根据常用锅直径大小，分级铸造。2.2.8 灰门的设计灰门也是进风系统的通道，在满足进风要求的情况下，采用抽屉式灰门，有利于清除灰烬。2.2.9 烟囱水套的设计为了减少烟气带走的热量损失和提高热效率，在烟囱设计高0.8 m的水套，如图2-4。通过吸收烟气中带来的大量热量解热水套中的水，可以为用户提供生活用热水，达到余热利用。8 2.2.10 加热炉结构示意图如图4。10 11 13 113 14 15 16 1 2456983 127 1.拦火圈 2.三次进风布气孔 3.盖板 4.封火盖 5.出烟口 6.燃煤炉膛 7.燃柴炉膛 8.炉膛水套 9.一次进风布气孔 10.三次进风管（两根） 11.炉篦 12.一次、二次进风通道 13.灰门 14.加柴口 15.保温材料 16.炉煤芯图4 加热炉安装示意图 Figure 4 Heating furmace installtion schemes2.2.11 炉具的热损失计算在设计炉具时对热损失的了解非常重要，充分了解各种损失，在设计时就可以有针对性地加强各种弥补措施。炉具的热效率一般在20%30%左右，大部分的都损失掉了。这些损失主要包括排烟损失，化学不完全燃烧损失，机械部完全燃烧损失，散热、渗漏损失，灰渣带走的损失，炉具锅具的蓄热损失等。（1）排烟热损失。排烟热损失是指炉具排烟带走的热量，烟温越高，带走的热量越多。据统计，排烟温度增加10，损失将增加1%；排烟的容积，渗漏的冷风都会影响排烟热损失。排烟热损失计算如下式所示：q1=GyCyTy-GkCkTk （12）式中：Gy烟气流量，kg/h；Cy烟气的比热容，1.047kJ/（kg.）；Ty烟气温度，；Gk单位重量的燃料燃烧时需要的空气量，kg/h；Ck空气比热，1.048kJ/（kg.）；Tk空气温度，。排烟热损失是炉具热损失中较大的一部分，一般占总损失的30%40%。一般的炉具，火焰只经过锅底，烟囱就把热烟气带走了。本设计在炉口设置拦火圈，火焰不光经过锅底，还会将辐射热反射到锅底，同时热烟气还要绕行经过锅壁，充分换热后，才能进入到烟囱；在烟管外设置水套吸收烟气带走的热量，使排烟损失降到最低。（2）化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧损失和炉具散热损失。化学不完全燃烧损失是指由于不能及时供给空气或炉膛温度不够高，未燃尽的CO、H2、CH4等可燃气体，在没有释放出完全燃烧时产生的热量而随烟气排走而损失的热量。燃料在炉膛中燃烧过程中，有一部分未燃尽的可燃物随灰渣一同排出，或者燃料透过炉篦缝隙落入灰室而造成的热损失、未燃尽的燃料细粉随烟气排出炉外造成的损失，由于上述三种情况损失的热量称为机械不完全燃烧损失。散热、渗漏损失是指工作过程中较高温度的炉体向周围低温环境散热而损失的热量。根据生物质成型燃料的燃烧性质，三种热损失的总和占总损失的40%左右，其中化学不完全损失经常最多。本设计通过调节三次进风系统，合理的配风，使燃料完全燃烧，就可降低化学不完全燃烧热损失，经检测烟气中的CO含量仅为0.06%左右，证明燃料燃烧状况很好。（3）灰渣热损失。燃料燃烧后落入除灰室的灰渣，其温度低于燃料在炉膛燃烧的温度，但高于环境温度。这部分被灰渣带走的热量称为灰渣热损失。生物质的灰分含量一般为7%左右，决定灰渣热损失的大小主要是排渣量的大小及温度的高低。（4）蓄热损失。燃料在炉膛燃烧的过程是非稳态的，燃料燃烧时放出的热量首先传给炉膛壁，通过炉膛壁传给水套中的水，使炉膛、炉体水套中的水温度逐渐升高，最后达到稳定状态。炉具从燃料开始燃烧到稳定状态过程中所吸收的热量称为蓄热损失。这项损失的大小取决炉体的结构、大小、材质等。炊具在使用过程中，从点火到正常燃烧过程中都要消耗这部分热量。（5）炉具散热损失。另外，工作过程中锅具并不像在省柴灶一样含在炉膛内，其受热面为锅具底部和拦火圈高度部分的锅壁，锅圈以上部分要向四周散热。假设锅壁四周空气流动速度不计，炉具向周围环境的散热只有热辐射一种方式，则炉具散热损失量可用以下公式表示：式中：材料发射率；黑体辐射常数，；Tw、Tsur发热体、环境的温度，K；A辐射面面积，m2;t辐射时间，h。铝在50-500时法向发射率为0.040.06，取=0.04；设定环境温度为20,锅体平均温度设定为80，即Tsur=293K，Tw=353K；经测定直径为28cm的锅具总高度为32cm，设定锅具总高度的1/2露在空气中，经计算可得其面积A0.202m2；假设每千克燃料的总燃烧2.5小时，则锅具辐射的总时间为2.5小时，即t=2.5h.将上述数值及已知燃料发热量代入公式2-13可得q5=6.2%。（6） 其他未考虑损失。除了上述各项热损失外，炉具还有封火热损失、添加新燃料需要挪开锅具而损失的热量等。设炉具设计未能精确计算而确实存在的其他热损失之和约为10%。143 采暖系统设计计算3.1 自然循环热水采暖系统的工作原理循环作用压力：P左=g(hh0+gh+gh1)P右=g(hh0+hh+gh1)P =P右-P左=g(hh-gh)=gh (h-g)循环作用压力P取决于水温（密度）变化，加热中心和冷却中心的高度差。起循环作用的只有散热器中心和锅炉中心之间这段高度内的水柱密度差。系统组成：1、放热中心 (散热器) 2、加热中心 (热水炉)3、供水管 4、回水管 5、膨胀水箱 图5 系统组成Figure 5 System composition3.2 热水炉采暖相关计算3.2.1 供暖系统的设计热负荷供暖系统的设计热负荷一般包括：围护结构的基本耗热量，围护结构的附加耗热量，冷风渗透及侵入耗热量，有时还需考虑建筑物内部散热以抵消若干耗热量，如人员较多的公共建筑应适当考虑人体的散热量等。（1）围护结构基本耗热量指经过墙、窗、门、地面和屋顶等，由于室内外的空气温差而造成的从室内传向室外的热量 （13）式中：围护结构的温差修正系数，主要用于计算与大气不直接接触的外围护结构基本耗热量 。tn室内计算温度：距地面2米以内人们活动区域的空气平均温度。民用建筑的主要房间宜采用1620 。tw供暖室外计算温度：供暖室外计算温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度。 可查全国城市气象参数，长沙tw = 0K围护结构的传热系数 ：一般建筑物的外墙和屋顶都属于匀质多层材料的平壁结构。常用维护结构的传热系数可直接从有关手册中查得。 F围护机构面积。表1：围护结构温差修正系数Table 1: palisade structure temperature difference correction coefficient序号维护结构及其所处情况值1外墙，平屋顶及其直接接触室外空气的楼板等1.002带通风间层的平屋顶，坡屋顶闷顶及与室外空气相通的不供暖地下室上面的楼板等0.903与有外门窗的不供暖楼梯间相邻的隔墙：多层建筑0.70高层建筑0.604不供暖地下室上面的楼板：当外墙上有窗户时0.75当外上无窗户且位于室外地坪以上时0.60外墙上无窗户且位于室外地坪以下时0.405与有外门窗的不供暖房间相邻的隔墙0.70与无外门窗的不供暖房间相邻的隔墙0.40（2）围护结构的修正耗热量。朝向修正耗热量：考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。 北、东北、西北 0 10东、西 5东南、西南 1015南 1525选用朝向修正时，应考虑当地冬季日照率，建筑物使用和被遮挡情况。对于冬季日照率小于35的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用-100，东、西向可不加以修正。 风力修正耗热量：风力修正耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构耗热量的修正。 对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及营区内特别突出的建筑物，应考虑垂直外围护结构附加510。 高度修正耗热量：是考虑房间的高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。当房间高度在4m以下时，可以不考虑高度附加。高度超过4m时，每高出1m附加2，但总的附加率不应大于15。（3）围护结构的附加耗热量。考虑了各项附加以后，维护结构的耗热量为：Q1=Qj(1+ch+f+li+m+fg+j)*(1+fg)(1+j) （13）式中：Q1维护结构的耗热量，WQj维护结构的基本耗热量，Wch维护结构的朝向修正率f维护结构的风力修正率li维护结构的两面外墙修正m维护结构窗墙面积过大修正率fg房屋高度附加修正率j间歇供暖附加修正率（4）加热进入室内冷空气所需热量 。1）多层和高层民用建筑加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量：Q=0.28CpwnL(tn-tw) （14）式中：Q由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，WCp空气的定压比热容，取Cp =1kJ/(kg.)wn采暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3L渗透的冷空气量，m3/htn室内计算温度，tw采暖室外计算温度，2）渗透冷空气量：可根据不同的朝向，按下式计算：L=L0L1mb （15）式中：L0在基准高度单纯风压作用下，不考虑朝向修正和内部割断情况，通过每米门窗缝隙进入室内的理论渗透空气量，m3/(mh)L1外门窗缝隙的长度3.2.2 建筑物热负荷的估算 在进行初步设计或规划设计时，需要估算建筑物的供暖负荷，一般可用热指标法：是在调查了同一类型建筑物的供暖热负荷后，得出的该类建筑物每2建筑面积或在室内外温差为1时每3建筑物体积的平均供暖热负荷， 称为单位面积热指标法和单位体积热指标法。通常采用单位面积热指标法。表2：采暖热指标推荐值Table 2: heating heat index recommended建筑类型住宅居住区综合学校办公医院托幼旅馆商店食堂餐厅影剧院大礼堂体育馆热指标（W/m2）58-6460-6760-8065-8060-7065-80115-14095-115115-165注：热指标中包括约5%的管网损失在内。采暖热负荷：Qn=qA （16）式中 ：Qn采暖热负荷，kw；q采暖热指标，W/m，可按表2取用；A采暖建筑物的建筑面积，m2。3.2.3 采暖实例相关计算在本设计中取农户住宅建筑面积为70m2，要求取暖的面积为50m2，屋高2.7m。住宅地处长沙，室外设计温度为0。室内设计温度取18。房屋保温条件较好。根据已知条件得：根据室内温度，查表1，体积热指标：qv = 0.93W/m3根据公式（3-1）计算房屋采暖热负荷为：每天向房屋供热量为：KJ/dd18385.910002259.9360024 =Q=因为加热炉燃烧供热不可能整天进行，一般为68小时，这里我们取8小时，则加热炉供热量的有效热负荷为：hkCalW/581124406.986.324=QQLe表3 村镇居民住宅的体积热指标Table 3 the volume of villages and residential heat index要 求 温 度体 积 热 指 标W/m316188100.870.930.400.464 结论本设计的创新之处在于充分考虑了加热炉设计的基本原则，在传统加热炉设计的基础上从燃料的充分燃烧和环境保护的角度和出发，加入了分级配风设计、三次进风系统设计等一些创新型设计；充分考虑了加热过程中，热量的损失与排放，并采取了一系列弥补措施，提高了加热效率；对采暖系统进行了精密计算，针对不同建筑，不同地点进行了分析，满足了各种用户的需求，真正达到了加热效率高，环境污染少，经济效益高，适用范围广的设计要求。参考文献1 钟华平,岳燕珍,樊江文,等.中国作物秸秆资源及其利用J.资源科学,2003,25(4):62-672 王丽艳、邱立春、郭树国.我国温室发展现状与对策J.农机化研究.2008年(10):207-2093 崔国强.能源危机时代身在福中要知“祸”.红网.2010年8月6日4 农业部标准:农用省节煤灶、炉、炕技术条件(NY/T1001 2006)5 汽泡式土暖气热水自然循环供热系统 http/6 林宗虎,徐通模.应用锅炉手册M.北京:化学工业出版社.19967 宋贵良.锅炉设计手册M.沈阳:辽宁科学技术出版社.19958 宋 秋.生物质气化炉设计要点J.可再生能源.2002年(2)9 罗圣国 ,吴宗泽.机械设计课程设计手册手册第三版M.北京：高等教育出版社.2006.0510 成大先.机械设计手册第五卷M.北京：化学工业出版社.2008.0311 成大先.机械设计图册M.北京:化学工业出版社.2001.0112 张淑娟,全腊珍.画法几何与机械制图M.北京:中国农业出版社.2007.0813 蔡乔方.加热炉M.北京：冶金工业出版社.2007.0414 于庆波.加热炉计算机辅助设计基础M.北京：冶金工业出版社.200315 袁宝岐.加热炉原理与设计M.北京：航空工业出版社.2003.0616 王跃军，董京帅，李洪哲.加热炉汽化冷却系统J.自动化应用，2011年 (10:36-3717 汪鹏飞.如何改善加热炉的操作以实现节能增效J.2011年39(4):109-11018 朱冬梅，胥北澜.画法几何及机械制图M.北京：高等教育出版社，2003:167-189.19 Fusao K,Toshio I,Kunio K,et al.Multiturn absolute enc