建筑设备复习资料.doc

建筑设备专业课 第一章 供暖工程第一章 供暖工程供暖系统的组成供暖系统由三部分组成：热源、供暖管道和散热设备。第一节 室内热水供暖系统1.1 集中供暖的一般公共建筑的热水系统常用形式1.1.1上供下回单管串联系统 系统形式如图1-1所示。G锅炉 B循环水泵 P膨胀水箱图1-1 上供下回单管串联供暖系统上供下回单管串联系统主要特点如下：1、上下房间散热器由一根立管串联供暖, 管径较粗不变径。2、由供回水温差（容重差）和系统高差引起的重力水头（自然循环压力），与水泵压力的作用方向一致，水泵比较节能。3、 因为立管是串联系统，每根立管的各层散热器在一个支环路上，自然循环压力对每层是一样的，不存在竖向失调问题。4、 热水从上至下通过散热器产生温降，下层散热器平均水温较低，所以需要的散热器较多。5、 最高层供水干管最高点需集中设自动放空气设施（跑风），可自动排除系统空气。6、 由于是串联系统,每层散热器的调节和温度控制比较困难,一般设闭合管和三通调节阀，见图1-2。图1-2 单管串联系统闭合管和三通调节阀上给下回单管串联系统适用于512层的一般建筑。1.1.2下供下回式双管并联系统系统形式如图1-3。 图1-3 下供下回式双管并联供暖系统 下供下回式双管并联供暖系统的主要特点如下：1、 每层为并联支路，立管为2根, 且每层需变径。2、 每层每组散热器可单独调节。3、 各层散热器平均水温相同，房间外围护结构相同时，需要的散热器片数相同。4、 最上层散热器需设手动跑风。每层由于高度不同，自然循环压力上层较大、底层较小。如不考虑重力水头，将造成上层过热、底层供热不足的竖向失调，上下层高差越大，失调越严重，见图1-4。图1-4 双管系统竖向失调的形成重力水头的计算公式：P=（1/2-2/3）H(h-g)式中： H散热器至热源（锅炉）的高差h回水（约70）容重g供水（约95）容重5、 上层水流经的管道路程较长、阻力较大，底层反之，可以抵消一部分重力水头引起的竖向失调；因此，双管系统不常采用上供下回和上供上回式系统，其中上供上回式系统竖向失调最严重。6、 由于没有顶部水平干管，当建筑物各部分层数不同时，便于立管布置。下供下回式双管并联供暖系统适用5层以下的一般建筑，当每组散热器采用阻力较高的温控阀控制房间温度时，也可用于5层以上的建筑。 1.2.3单双管混合式系统单双管混合式系统主要特点如下：1、 避免层数过多时双管严重竖向失调问题。2、 散热器可进行调节。3、 改善了单管系统底层散热器平均水温低，片数过多的问题。 4、 管径变化复杂，施工较困难。单双管混合式系统适用于高层一般建筑。1.1.4常用供暖系统形式与建筑的关系1、 单管串联系统的供水干管、分路阀门、集中跑风等一般设在系统最高层顶板下，或屋顶管沟内；系统下部的干管一般设在地下室顶板下，或首层地面下的管沟内。2、 水平管应有坡度，以利空气的排除，且不能随便上下拐弯，拐弯处应采取放空气和泄水措施，增加了管理维修等工作量，否则会影响系统循环和供暖，因此吊顶高度应考虑留有足够的管道空间，并需设检修口。3、 除每间房间有垂直立管外，还有总立管和膨胀管等，往往需设置管井，一般与设备其他系统（例如空调给排水等）合用。4、 管沟应有检修人孔，人孔位置应考虑检修方便、地面美观、安全，必要时可留在侧墙上或管沟伸出室外的部分。管沟应设外墙通风孔，兼做维修时抽管用，宜设在拐角处，间隔15m。见图1-65、 由于散热器的承压有一定限制，当高层建筑超过工作压力限度时，采暖系统需要分区，中间层也会出现水平干管；给排水消防等也有类似情况；必要时可将干管较多的顶层、中间某层加高，或设置管道层。6、 散热器一般放在外墙、外窗处，以减少冷辐射，人处在温暖的回流区，较舒适。因此应在合适位置为散热器和立管留有足够安装空间，尤其是层数较多的单管串联系统的底层，如窗台过低或墙面宽度过小，经常出现散热器放不下的情况图1-6 室内管沟的设置图1-6 室内管沟的设置1.2住宅建筑常用供暖系统形式住宅供暖系统与其他建筑不同，具有以下特点： (1) 供暖系统应可分户计量； (2) 主要居室温度宜能够调节； (3) 供热管道应可在户外关闭, 各户分支管道尽量在户内敷设。 以下分别介绍几种常用的住宅供暖系统。1.2.1低温热水地板辐射供暖系统形式如图1-8、图1-9。图1-8 地板供暖结构剖面 低温热水地板辐射供暖主要特点如下：1、 辐射和对流热量集中在人体活动区域，室内设计温度可减小约2，节省能量。2、 脚暖头凉，感觉舒适。3、 室内不设或减少散热器，增加了使用面积，便于布置家具。 4、 可利用地面垫层敷设其他给水管道，顶板下无管道，利于装修。5、 每户对于总立管为并联，设独立的分集水器，便于分户计量和控制。6、 各主要房间通过分集水器并联，便于分室调节控制。7、 管道在地面垫层内暗装，维修困难，增加施工难度，并限制了地面做法。8、 每层地面做法增厚，增加建筑层高、荷载和造价。9、 水温要求低（60），从而必需与其它采暖系统分设。图1-9 地板供暖分集水器1.2.2下行式散热器供暖系统户内系统形式如下：1、 双管并联式（见图1-10）2、 单管水平串联式（图1-11）下行式散热器供暖系统主要特点如下：1、 每户对于总立管为并联，能做到分户计量和控制。2、 管道、散热器、热计量仪表均在房间下部，节省管道；可利用地面垫层敷设其他给水管道，顶板下无管道，利于装修。3、 每层地面做法增厚，增加建筑层高、荷载；管道在地面垫层内暗装，维修困难，增加施工难度。4、 双管系统比单管系统更便于分室调节控制。5、 房间较多时单管系统末端散热器片数过多。6、 双管系统如不设分集水器，供回水管易形成交叉，增加垫层厚度图1-10 住宅下行式双管并联供暖系统图1-11 住宅下行式单管水平串联式供暖系统1.2.3上行式散热器供暖上行式户内系统形式多采用双管系统，见图1-12。由于单管串联式系统管道最高处需多处设跑风，一般不采用。其主要特点如下：1、 每户对于总立管为并联，能做到分户计量和控制。2、 施工、维修较灵活方便。3、 管道、跑风等在顶板下，明装时不美观；距离房间下部的散热器、热计量仪表等较远，立管较长。图1-12 住宅上行式双管并联供暖系统第二节 供暖系统的散热设备2.1 常用散热器图1-13 常用散热器常用散热器外形见图1-13，其主要优缺点和散热器罩的设置介绍如下。2.1.1 铸铁柱型散热器耐腐蚀；水容量(即热容量)较大；承压较低（一般为4kg/cm2，高压型的可达8 kg/cm2）；重量大。2.1.2钢管串片散热器承压较高（1012 kg/cm2）；单位体积散热面积大、结构紧凑、重量轻热容量小；几年热胀冷缩后，易出现串片脱离现象，影响散热。2.1.3高频焊钢管散热器一般不出现串片脱离现象；一般生产厂带罩；其余同钢管串片散热器。2.1.4钢制散热器（森德散热器等）外观光洁、美观、便于清扫；承压较高；重量较轻；不宜用于设有高位开式膨胀水箱的系统，不宜经常大量补水，以免系统内进入氧气发生电化学腐蚀，对水系统管理要求严格；价格较高。2.1.5其它型式散热器铜管铝翅片散热器：美观易清扫、防腐性能好，具备钢管串片散热器的优点,但价格较高且有可能出现串片脱离现象。铝合金散热器：美观、易清扫并具备钢制散热器的优点；与钢制散热器相同须采取防腐蚀措施, 价格较高。在新建的高档写字楼及公寓中也有采用辐射吊顶或地板采暖的。2.2散热器罩的设置国外散热器大多为明装；国内装修单位流行的上下遮挡，中间开百叶或网格的做法，大大减少了空气的对流，影响散热，不应采用。推荐的散热器罩形式及所需散热面积的修正系数见图表1-14。图表1-14 不同安装形式所需散热器面积的修正系数第三节 热 源3.1集中热源集中热源的形式一般为两种，一种是集中热水锅炉生产的热水直接循环供热，如图1-1；另一种是间接供热，由市政一次高温热水或小区集中锅炉房，向各分区或建筑物的热力站供应蒸汽或一次高温热水，进行热交换，产生采暖用二次热水循环供热。其主要优缺点如下：1、 集中供热设备燃烧效率高，热电厂还可利用热电联产的余热，烟气集中高空排放，对环境影响小；燃烧设备越集中，上述因素越有利。2、 需建锅炉房或热力站，占用面积、需专人管理；需要室外管网；设计、施工、调试、管理较复杂。3、 锅炉房或热力站的设置：一般应设在负荷中心处，锅炉房还应在主要建筑的下风向处，且烟囱要高于周围建筑最上层窗户。在环保方面有噪声及烟气对环境影响要求。北京市城区已基本完成热网建设，建筑可采用热力站供热，三环外近郊区集中热水锅炉已完成“煤改气”采用天然气或燃油锅炉，以保证空气质量。3.2 分散热源目前住宅采暖分散热源主要为:分户燃气炉、电热采暖、与夏季空调结合的热泵机组（冷暖空调）三种形式，其主要优缺点如下：1、 不需集中机房和专人管理；2、 便于分户计量和控制；4、 设计施工简单；5、 无户外管网，热损失小；6、 比集中式热源运行费用高，(其中电采暖运行费用最高)；7、 分户燃气炉低空排放烟气，对环境有污染；8、 不易解决住宅建筑中公用部分（商店、车库等）的供暖要求；9、 燃气炉和电热膜采暖等，安全问题尚未有效解决，设计时应慎用；10、 热泵式空调机组供热能效比高于电加热采暖，但由于北京地区冬季室外温度太低，制热能效比低于制冷，按夏季工况选择设备满足不了冬季制热量要求，按冬季工况选择设备则不经济，因此限制了冬季北方地区的推广使用。复习思考题（一）1、 公共建筑与住宅采暖系统的主要区别是什么？2、 暖气沟通常设在何处，有哪些附属设施？3、 地板采暖对地面做法有何基本要求？4、 暖气罩的设置对散热效果有何影响？第一节 房间冷热负荷1.1 冬季房间主要热负荷的组成1、围护结构的传热耗热量（基本耗热量）2、门窗缝隙渗入室内的冷风耗热量3、朝向修正附加耗热量4、高度修正附加耗热量5、外门开启冷风侵入耗热量1.2 夏季房间主要冷负荷和湿负荷的组成1、围护结构冷负荷2、人体散热量和散湿量3、工艺设备散热量和散湿量4、照明散热量5、新风冷负荷6、其他第二节 建筑热工概念2.1传热计算的基本概念2.1.1传热的基本方式冬季通过围护结构的传热过程如图1-11所示，由室内向室外是通过3种方式传热的。1、 导热固体内部传热。图1-11 围护结构的传热过程2、 对流换热流体和固体表面之间的换热。 3、 辐射换热物体表面之间发射可见和不可见射线传递热量。2.1.2稳定传热计算方法稳定传热计算方法是假设室外气象条件和太阳辐射强度24小时不变的围护结构传热计算, 包括导热和对流传热，适用于冬季房间采暖和空调耗热量计算。考虑冬季太阳对建筑物的辐射热量，按朝向乘以不同的小于1的修正系数。下式为建筑物的围护结构基本传热公式：Q = K F (tntw)式中：Q传热量（W）F围护结构的面积（m2）tn室内温度（）tw室外温度（）K窗、墙、屋顶等围护结构的传热系数（W/ m2）围护结构的传热系数K通过下式计算K=1/R=1/（Rn+Ri +Rw）=1/(1/n+/+1/w)式中：R 围护结构包括导热和对流在内的综合热阻（m2 / W），为传热系数K的倒数Rn内表面放热热阻（m2/ W）Rw外表面放热热阻（m2/ W）Ri 围护结构各层材料的热阻（m2 / W）n 围护结构内表面放热系数（m2 / W），Rn = 1/nw 围护结构外表面放热系数（m2 / W），Rw1/w 围护结构各层材料厚度（m）围护结构各层材料的导热系数（W/ m），举例： 钢筋混凝土 =1.63加气混凝土 =0.21聚苯泡沫塑料 =0.04同种材料，容重越小，值越小，保温性能越好，但强度越差。从传热公式可以看出，从冬季节能角度，建筑围护结构的面积F和导热系数越小越好，厚度越大越好。2.1.3不稳定传热计算方法不稳定传热计算方法是考虑室外气温和太阳辐射强度，在一天内呈周期性变化的房间围护结构传热计算方法，适用于夏季空调冷负荷计算，要点如下：1、 除计算室内外温差传热外，还应计算太阳辐射热。2、 由于各类型围护结构的蓄热能力显著不同，太阳辐射对玻璃窗、屋顶、外墙等的影响不同，需采用不同的计算方法。3、 由于一天内室外气温和太阳辐射强度的变化，需按围护结构类型、朝向、逐时计算传热，并取综合最大值作为房间围护结构的空调冷负荷。2.2保温与隔热1、夏季空调房间从室外的得热量中，很大部分是太阳辐射热，太阳辐射热被围护结构所 吸收并蓄热，使围护结构升温，而后传给室内空气。传热过程中，由于围护结构的蓄热使热量的峰值有所衰减，时间有所延迟，如图2-1。当室外进入室内的热流呈周期波动时，围护结构对其的衰减和延迟作用（削弱能力）称为热稳定性，用热惰性指标D表示。衰减和延迟作用是由于材料对热流的阻尼作用和蓄热作用所致，阻尼作用即为热阻R，蓄热作用用蓄热系数S表示，围护结构的热惰性指标D=RS，用于夏季围护结构冷负荷计算。图2-1 经围护结构进入的太阳辐射热对冷负荷的影响图2-2 不同重量的围护结构蓄热能力与房间实际得热之间的关系2、轻型材料的热阻虽大，但蓄热能力小，即所谓保温好、隔热不好，热稳定性差，热得快凉得快，且削弱高峰热流的作用小；重型材料反之；见图2-2。因此，采用重型围护结构加轻型保温材料的做法，保温和隔热性才比较理想，加上玻璃窗的遮阳等减少夏季辐射热的措施，有可能在大部分时间使热流