设备管理_建筑内部热水供应系统课程

第7章建筑内部热水供应系统 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 1热水供应系统的热源 1 当条件许可时 宜首先利用工业余热 废热 地热和太阳能作热源 利用烟气 废气作热源时 烟气 废气的温度不宜低于400 利用地热水作热源时 应按地热水的水温 水质 水量和水压 采取相应的升温 降温 去除有害物质 选用合适的设备及管材 设置贮存调节容器 加压提升等技术措施 以保证地热水的安全合理利用 1 集中热水供应系统的热源 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 1热水供应系统的热源 利用太阳能作热源时 为保证没有太阳的时候不间断供应热水 应附设一套电热或其他热源的辅助加热装置 2 选择能保证全年供热的热力管网为热源 为保证热水不间断供应 宜设热网检修期用的备用热源 在只能有采暖期供热的热力管网时 应考虑其他措施 如设锅炉 以保证热水的供应 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 1热水供应系统的热源 3 选择区域锅炉房或附近能充分供热的锅炉房的蒸汽或高温热水作热源 4 当无 1 2 3 所述热源可利用时 可采用专用的蒸汽或热水锅炉制备热源 也可采用燃油 燃气热水机组或电蓄热设备制备热源或直接供给生活热水 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 1热水供应系统的热源 宜因地制宜 采用太阳能 电能 燃气 蒸汽等 当采用电能为热源时 宜采用贮热式电热水器以降低耗电功率 1 加热设备应防腐 其构造便于清理水垢和杂物 应采取下列措施 2 局部热水供应系统的热源 3 利用废热 废气 烟气 高温无毒废液等 作为热媒 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 1热水供应系统的热源 2 防止热媒管道渗漏而污染水质 3 消除废气压力波动和除油 1 蒸汽中不含油质及有害物质 宜用于开式热水供应系统 并应符合下列要求 4 采用蒸汽直接通入水中或采取汽水混合设备的加热方式 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 1热水供应系统的热源 2 当不回收凝结水经技术经济比较合理时 3 应采用消声混合器 加热时产生的噪声应符合现行的 城市区域环境噪声标准 的要求 4 应采取防止热水倒流至蒸汽管道的措施 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 燃气热水器的热源有天然气 焦炉煤气 液化石油气和混合煤气4种 依照燃气压力有低压 P 5kPa 中压 5kPa P 150kPa 热水器之分 民用和公共建筑生活 洗涤用燃气热水设备一般采用低压 工业企业生产所用燃气热水器可采用中压 7 2 2局部加热设备 1 燃气热水器 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 直流快速式燃气热水器一般安装在用水点就地加热 可随时点燃并可立即取得热水 供一个或几个配水点使用 常用于厨房 浴室 医院手术室等局部热水供应 容积式燃气热水器具有一定的贮水容积 使用前应预先加热 可供几个配水点或整个管网用水 可用于住宅 公共建筑和工业企业的局部和集中热水供应 按加热冷水的方式不同 燃气热水器有直流快速式和容积式之分 图7 9容积式煤气热水器 图7 8快速式煤气热水器 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 电热水器产品分快速式和容积式两种 快速式电热水器无贮水容积或贮水容积很小 不需在使用前预先加热 在接通水路和电源后即可得到被加热的热水 该类热水器具有体积小 重量轻 热损失少 效率高 容易调节水量和水温 使用安装简便等优点 但电耗大 尤其在一些缺电地区使用受到限制 2 电热水器 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 目前市场上该种热水器种类较多 适合家庭和工业 公共建筑单个热水供应点使用 容积式电热水器具有一定的贮水容积 其容积可由10L到10m3 该种热水器在使用前需预先加热 可同时供应几个热水用水点在一段时间内使用 具有耗电量较小 管理集中的优点 但其配水管段比快速式热水器长 热损失也较大 容积式电热水器 一般适用于局部供水和管网供水系统 图7 10 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 太阳能热水器是将太阳能转换成热能并将水加热的装置 其优点是 结构简单 维护方便 节省燃料 运行费用低 不存在环境污染问题 其缺点是 受天气 季节 地理位置等影响不能连续稳定运行 为满足用户要求需配置贮热和辅助加热设施 占地面积较大 布置受到一定的限制 3 太阳能热水器 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 装配式太阳能热水器一般为小型热水器 即将集热器 贮热水箱和管路由工厂装配出售 适于家庭和分散使用场所 组合式太阳能热水器 即是将集热器 贮热水箱 循环水泵 辅助加热设备按系统要求分别设置而组成 适用于大面积供应热水系统和集中供应热水系统 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 自然循环太阳能热水器是靠水温差产生的热虹吸作用进行水的循环加热 该种热水器运行安全可靠 不需用电和专人管理 但贮热水箱必须装在集热器上面 同时使用的热水会受到时间和天气的影响 给水管 通气管 自然循环太阳能热水器 集热器 上循环管 热水管 给水管 通气管 下循环管 泄水管 贮热水箱 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 2局部加热设备 为克服天气对热水加热的影响 可增加辅助加热设备 如煤气加热 电加热和蒸气加热等措施 适用于大面积和集中供应热水场所 机械循环太阳能热水器是利用水泵强制水进行循环的系统 该种热水器贮热水箱和水泵可放置在任何部位 系统制备热水效率高 产水量大 图7 13直接加热机械循环太阳能水加热器 图7 14间接加热机械循环太阳能热水器 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 集中热水供应系统采用的热水锅炉主要有燃煤 燃油和燃气3种 燃煤锅炉使用燃料价格低 运行成本低 但存在因燃煤产生的烟尘和二氧化硫对环境的污染问题 目前许多城市为解决日益严重的城市空气污染问题 已开始限制甚至禁止市区内燃煤锅炉的使用 7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 1 热水锅炉 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 燃油 燃气 锅炉通过燃烧器向正在燃烧的炉膛内喷射雾状油 或通入煤气 燃烧迅速 且比较完全 具有构造简单 体积小 热效率高 排污总量少的优点 随着生活水平的提高 人们对环保要求也越来越严格 燃油 燃气 锅炉的市场正急剧扩大 使用日益广泛 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 容积式水加热器 快速式水加热器 半容积式水加热器 半即热式水加热器 集中热水供应系统中常用的水加热器有 1 容积式水加热器 容积式水加热器是内部设有热媒导管的热水贮存容器 具有加热冷水和贮备热水两种功能 热媒为蒸汽或热水 有卧式和立式之分 2 水加热器 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 常用的容积式水加热器有传统的U型管型容积式水加热器和导流型容积式水加热器 U型管型容积式水加热器的优点是具有较大的贮存和调节能力 可提前加热 热媒负荷均匀 被加热水通过时压力损失较小 用水点处压力变化平稳 出水温度较稳定 对温度自动控制的要求较低 管理比较方便 但该加热器中 被加热水流速缓慢 传热系数小 热交换效率低 且体积庞大占用过多的建筑空间 在热媒导管中心线以下约有20 25 的贮水容积是低于规定水温的常温水或冷水 所以贮罐的容积利用率较低 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 此外 由于局部区域水温合适 供氧充分 营养丰富 因此容易滋生军团菌 造成水质生物污染 U型管型容积式水加热器这种层叠式的加热方式可称为 层流加热 容积式水加热器演示动画 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 2 快速式水加热器 针对容积式水加热器中 层流加热 的弊端 出现了 紊流加热 理论 即通过提高热媒和被加热水的流动速度 来提高热媒对管壁 管壁对被加热水的传热系数 以改善传热效果 快速式水加热器就是热媒与被加热水通过较大速度的流动进行快速换热的一种间接加热设备 根据热媒的不同 快速式水加热器有汽一水和水一水两种类型 前者热媒为蒸汽 后者热媒为过热水 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 根据加热导管的构造不同 又有单管式 多管式 板式 管壳式 波纹板式 螺旋板式等多种型式 图7 19所示为多管式汽一水快速式水加热器 图7 20所示为单管式汽一水快速式水加热器 它可以多组并联或串联 图7 19多管式汽 水快速式水加热器 这种水加热器是将被加热水通入导管内 热媒 即蒸汽 在壳体内散热 7 2热水供应系统的热源 加热设备和贮热设备7 2 3集中热水供应系统的加热和贮热设备 快速式水加热器具有效率高 体积小 安装搬运方便的优点 缺点是不能贮存热水 水头损失大 在热媒或被加热水压力不稳定时出水温度波动较大 仅适用于用水量大 而且比较均匀的热水供应系统或建筑物热水采暖系统 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 3 半容积式水加热器 半容积式水加热器是带有适量贮存与调节容积的内藏式容积式水加热器 是由英国引进的设备 由贮热水罐 内藏式快速换热器和内循环泵3个主要部分组成 半容积式水加热器演示动画 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 其中贮热水罐与快速换热器隔离 被加热水在快速换热器内迅速加热后 通过热水配水管进入贮热水罐 当管网中热水用量低于设计用水量时 热水的一部分落到贮罐底部 与补充水 冷水 一道经内循环泵升压后再次进入快速换热器加热 其一 提高被加热水的流速 以增大传热系数和换热能力 内循环泵的作用有3个 其二 克服被加热水流经换热器时的阻力损失 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 其三 形成被加热水的连续内循环 消除了冷水区或温水区 使贮罐容积的利用率达到100 内循环泵的流量根据不同型号的加热器而定 其扬程在20 60kPa之间 半容积式水加热器具有体型小 贮热容积比同样加热能力的容积式水加热器减少2 3 加热快 换热充分 供水温度稳定 节水节能的优点 但由于内循环泵不间断地运行 需要有极高的质量保证 快速加热器 图7 22高峰用水时工作状态 图7 21半容积式水加热器构造示意图 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 图7 23为国内专业人员开发研制的HRV型高效半容积式水加热器装置的工作系统图 其特点是取消了内循环泵 被加热水 包括冷水和热水系统的循环回水 进入快速换热器被迅速加热 然后先由下降管强制送至贮热水罐的底部 再向上升 以保持整个贮罐内的热水同温 当管网配水系统处于高峰用水时 热水循环系统的循环泵不启动 被加热水仅为冷水 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 图7 23半容积式水加热器工作系统图 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 当管网配水系统不用水或少量用水时 热水管网由于散热损失而产生温降 利用系统循环泵前的温包可以自动启动系统循环泵 将循环回水打入快速换热器内 生成的热水又送至贮热水罐的底部 依然能够保持罐内热水的连续循环 罐体容积利用率亦为100 HRV型半容积式水加热器具有与带有内循环泵的半容积式水加热器同样的功能和特点 更加符合我国的实际情况 适用于机械循环的热水供应系统 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 4 半即热式水加热器 半即热式水加热器是带有超前控制 具有少量贮存容积的快速式水加热器 半即热式水加热器演示动画 热媒蒸汽经控制阀和底部入口通过立管进入各并联盘管 冷凝水入立管后由底部流出 冷水从底部经孔板入罐 同时有少量冷水进入分流管 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 入罐冷水经转向器均匀进入罐底并向上流过盘管得到加热 热水由上部出口流出 部分热水在顶部进入感温管开口端 冷水以与热水用水量成比例的流量由分流管同时入感温管 感温元件读出瞬间感温管内的冷 热水平均温度 即向控制阀发出信号 按需要调节控制阀 以保持所需的热水输出温度 只要一有热水需求 热水出口处的水温尚未下降 感温元件就能发出信号开启控制阀 具有预测性 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 3集中热水供应系统的加热设备 加热盘管内的热媒由于不断改向 加热时盘管颤动 形成局部紊流区 属于 紊流加热 故传热系数大 换热速度快 又具有预测温控装置 所以其热水贮存容量小 仅为半容积式水加热器的1 5 同时 由于盘管内外温差的作用 盘管不断收缩 膨胀 可使传热面上的水垢自动脱落 半即热式水加热器具有快速加热被加热水 浮动盘管自动除垢的优点 其热水出水温度一般能控制在 2 2 内 且体积小 节省占地面积 适用于各种不同负荷需求的机械循环热水供应系统 图7 24半即热式水加热器构造示意图 加热水箱是一种简单的热交换设备 在水箱中安装蒸汽多孔管或蒸汽喷射器 可构成直接加热水箱 在水箱内安装排管或盘管即构成间接加热水箱 加热水箱适用于公共浴室等用水量大而均匀的定时热水供应系统 热水贮水箱 罐 是一种专门调节热水量的容器 可在用水不均匀的热水供应系统中设置 以调节水量 稳定出水温度 3 加热水箱和热水贮水箱 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 4加热设备的选择 加热设备是热水供应系统的核心组成部分 加热设备的选择是关系到热水供应系统能否满足用户使用要求和保证系统长期正常运转的关键 应根据热源条件 建筑物功能及热水用水规律 耗热量和维护管理等因素综合比较后确定 1 需同时供给多个卫生器具或设备热水时 宜选用带贮热容积的加热设备 7 2 4加热设备的选择 1 选用局部热水供应设备时 应符合下列要求 7 2热水供应系统的加热设备和器材7 2 4加热设备的选择 2 当地太阳能资源充足