供热工程2015PPT课件.ppt

供热通风与空调工程 2020 3 25 1 2020 3 25 2 热能工程 将自然界的能源直接或间接地转化为热能 以满足人们需要的科学技术 供热工程 本课程研究对象和主要内容 以热水和蒸汽作为热媒的建筑物供暖系统和集中供热系统 生产 输配和应用中 低品位热能的工程技术 绪论 2020 3 25 3 课程内容 供暖工程讲授以热水和蒸汽作为热媒的集中式散热器供暖系统的工作原理和设计 运行的基本知识 集中供热在供暖基础上 以热水或蒸汽作为热媒 由热源集中向一个城镇或较大区域供应热能的方式 2020 3 25 4 供暖 用人工方法向室内供给热量 保持一定的室内温度 以创造适宜的生活条件和工作条件的技术 供暖系统的组成 热媒制备 热源 热媒输送和热媒利用 散热设备 供暖系统 局部供暖系统 集中供暖系统 供暖工程 热媒制备 热媒传输和热媒利用三个主要组成部分在构造上都在一起的供暖系统 热媒和散热设备分别设置 用热媒管道相连接 由热源向各个房间或各个建筑物共给热量的供暖系统 2020 3 25 5 集中式热水供暖系统示意图 散热给室内的方式不同 对流供暖散热器供暖系统热风供暖系统辐射供暖 2020 3 25 6 热源 热网 热用户 集中供热系统 集中供热 供热系统的热源是指供热热媒的来源 区域锅炉房和热电厂 由热源向热用户输送和分配供热介质的管线系统 集中供热系统利用热能的用户 供热 通风 空气调节 热水供应 2020 3 25 7 区域蒸汽锅炉房集中供热系统 1 蒸汽锅炉 2 蒸汽干管 3 疏水器 4 凝水干管 5 凝结水箱 6 锅炉给水泵 a b c 和 d 室内供暖 通风 热水供应和生产工艺用热系统 2020 3 25 8 热电厂集中供热系统 热电联产 1 蒸汽锅炉 2 供热汽轮机 3 发电机 4 加压加温装置 5 基本加热器 6 尖峰加热器 7 冷凝器 8 凝结水泵 9 回热装置 10 热网循环水泵 11 补给水压力调节器 12 补给水泵 13 水处理装置 14 给水泵 15 热用户 16 除污器 2020 3 25 9 供热工程发展概况 能源利用四次突破 火炉火炕火墙 集中供热1877年 热电联产式集中供热20世纪初 原子能用于热电联产1965年 我国供热事业的发展 新中国成立 学习苏联 1980年 443 41万KW 1990年 998 93万KW 2005年 供热面积252056万m2 2020 3 25 10 我国供热技术概况 供热技术发展主要方面高参数 大容量供热机组的热电厂和大型区域锅炉房的迅速发展 热电厂改造 集中供热系统形式多样化 新的敷设方式和新型管道设备 集中供热系统设计优化 新规范 面临主要问题节能减排 采用绿色能源 满足环保要求 科学化管理 2020 3 25 11 1 供暖系统热负荷的构成 2 供暖系统设计热负荷的计算 供暖系统设计热负荷 第一章供暖系统的设计热负荷 2020 3 25 12 1 供暖系统热负荷 2 供暖系统设计热负荷 1供暖系统热负荷的构成 指某一室外温度tw下 为了达到要求的室内温度tn 供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量 它随着建筑物得失热量的变化而变化 指在设计室外温度tw 下 为了达到要求的室内温度tn 供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q 它是设计供暖系统的最基本依据 2020 3 25 13 1 1 1建筑物失热量 1 1建筑物失热量和得热量 2020 3 25 14 围护结构传热耗热量Q1 加热由门 窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量Q2 称冷风渗透耗热量 加热由门 孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量Q3 称冷风侵入耗热量 水分蒸发的耗热量Q4 加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量Q5 通风耗热量 通风系统将空气从室内排到室外所带走的热量Q6 失热量包括 1 1建筑物失热量和得热量 2020 3 25 15 1 1 2建筑物得热量 1 1建筑物失热量和得热量 2020 3 25 16 得热量包括 生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q7 非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量Q8 热物料的散热量Q9 太阳辐射进入室内的热量Q10 此外 还会有通过其它途径散失或获得的热量Q11 1 1建筑物失热量和得热量 2020 3 25 17 1 2建筑物或房间设计热负荷的确定 房间失热量 房间得热量 房间热负荷 围护结构耗热量 冷风渗透耗热量 冷风侵入耗热量 太阳辐射得热量 所需热负荷 2020 3 25 18 房间热负荷 房间失热量 房间得热量 围护结构耗热量 冷风渗透耗热量 实际工程设计中 冷风侵入耗热量 围护结构基本耗热量 围护结构附加耗热量 朝向附加 风力附加 高度附加 外门附加 在工程设计中 计算维护结构附加耗热量时 1 太阳辐射得热量可用减去一部分基本耗热量的方法列入 2 风力和高度影响用增加一部分基本耗热量的方法进行附加 2020 3 25 19 2 1围护结构的基本耗热量 2供暖系统热负荷的计算 在工程设计中 围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的 即假设在计算时间内 室内 外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化 实际上 室内散热设备散热不稳定 室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动 这是一个不稳定传热过程 对室内温度容许有一定波动幅度的一般建筑物来说 采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求 但对于室内温度要求严格 温度波动幅度要求很小的建筑物或房间 就需采用不稳定传热原理进行围护结构耗热量计算 详见 空气调节 工程的书籍 基本说明 2020 3 25 20 围护结构基本耗热量 围护结构的基本耗热量计算 式中K 围护结构的传热系数 W m2 F 围护结构的面积 m2 冬季室内计算温度 供暖室外计算温度 围护结构的温差修正系数 2020 3 25 21 室内计算温度是指距地面2米以内人们活动地区的平均空气温度 许多国家所规定的冬季室内温度标准 大致在16 22 范围内 根据国内有关卫生部门的研究结果认为 当人体衣着适宜 保暖量充分且处于安静状况时 室内温度20 比较舒适 18 无冷感 15 是产生明显冷感的温度界限 室内计算温度tn 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 22 设计集中供暖时 冬季室内计算温度 应根据建筑物的用途 按下列规定采用 1 民用建筑的主要房间 宜采用16 20 2 生产厂房的工作地点轻作业不应低于15 中作业不应低于12 重作业不应低于10 3 辅助建筑物及辅助用室的冬季室内计算温度值 见附录1 1 采暖通风与空气调节设计规范 GBJl9 87 规定 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 23 对于高度较高的生产厂房 由于对流作用 上部空气温度必然高于工作地区温度 通过上部图护结构的传热量增加 因此 当层高超过4m的建筑物或房间 冬季室内计算温度tn 应按下列规定采用 1 计算地面的耗热量时 应采用工作地点的温度 tg 2 计算屋顶和天窗耗热量时 应采用屋顶下的温度 td 3 计算门 窗和墙的耗热量时 应采用室内平均温度tp j tg td 2 采暖通风与空气调节设计规范 GBJl9 87 规定 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 24 供暖室外计算温度的确定 对供暖系统设计有很关键性的影响 如采用过低的值 使供暖系统的造价增加 如采用值过高 则不能保证供暖效果 目前国内外选定供暖室外计算温度的方法 可以归纳为两种 1根据围护结构的热惰性原理 2根据不保证天数的原则来确定 供暖室外计算温度 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 25 不保证天数原则 人为允许有几天时间可以低于规定的供暖室外计算温度值 亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度值 不保证天数根据各国规定而有所不同 有规定l天 3天 5天等 围护结构热惰性原理 规定供暖室外计算温度要按50年中最冷的八个冬季里最冷的连续5天的日平均温度的平均值 围护结构的基本耗热量计算 室外温度确定原则 2020 3 25 26 暖通规范 采用了不保证天数方法确定北方城市的供暖室外计算温度值 规范规定 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 对大多数城市来说 是指1951一1980年共30年的气象统计资料里 不得有多于150天的实际日平均温度低于所选定的室外计算温度值我国北方一些城市的供暖室外计算温度值 详见 暖通规范 附录 我国供暖室外计算温度值的确定原则 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 27 温差修正系数 值 对供暖房间围护结构外侧不是与室外空气直接接触 而中间隔着不供暖房间或空间的场合 如图1 1 通过该围护结构的传热量的计算采用了围护结构的温差修正系数 温差修正系数 值 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 28 围护结构温差修正系数的大小 取决于非供暖房间或空间的保温性能和透气状况 对于保温性能差和易于室外空气流通的情况 不供暖房间或空间的空气温度更接近于室外空气温度 则a值更接近于1 此外 如两个相邻供暖房间的温差大于或等于5 时 应计算通过隔墙或楼板的传热量 注意事项 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 29 均质多层材料的传热系数 传热系数K值的计算 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 30 非均质围护结构的传热系数 这种墙体用于由两种以上材料组成的 非匀质围护结构 属于两维传热过程 计算它的传热系数时 通常来用近似计算方法或实验数据 空气间层传热系数 围护结构的基本耗热量计算 间层中空气的导热系数要比组成围护机构的其他材料的导热系数小 如双层玻璃 墙体等 2020 3 25 31 a 贴土非保温地面 2020 3 25 32 a 贴土非保温地面 地面传热系数 2020 3 25 33 b 贴土保温地面 非保温地面的换热热阻 保温层的厚度和导热系数 c 铺设在垄墙上的保温地面各地带的换热热阻 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 34 围护结构传热面积的丈量 外墙面积的丈量 高度从本层地面算到上层的地面 对平屋顶的建筑物 最顶层的丈量是从最顶层的地面到平屋顶的外表面的高度 而对有闷顶的斜屋面 算到闷顶内的保温层表面 平面尺寸应按建筑物外廓尺寸计算 两相邻房间以内墙中线为分界线 门 窗的面积按外墙外面上的净空尺寸计算 闷顶和地面的面积 应按建筑物外墙以内的内廓尺寸计算 对平屋顶 顶棚面积按建筑物轮廓尺寸计算 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 35 地下室面积的丈量 位于室外地面以下的外墙 其耗热量计算方法与地面的计算相同 但传热地带的划分 应从室外地面相平的墙面算起 以及把地下室外墙在室外地面以下的部分 看作是地下室地面的延伸 围护结构的基本耗热量计算 2020 3 25 36 附加 修正 耗热量有 实际耗热量会受到气象条件以及建筑物情况等各种因素影响而有所增减 由于这些因素影响 需要对围护结构基本能热量进行修正 围护结构的附加 修正 耗热量 2020 3 25 37 朝向修正耗热量 朝向修正耗热量 是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 计算方法 需要修正的耗热量等于垂直的外围护结构 门 窗 外墙及用顶的垂直部分 的基本耗热量乘以相应的朝向修正率 暖通规范 规定 宜按下列规定的数值 选用不同朝向的修正率 北 东北 西北0 10 东南 西南 10 15 东 西 5 南 15 一 30 选用上面朝向修正率时 应考虑当地冬季日照率 建筑物使用和被遮挡等情况 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 10 一0 东 西向可不修正 围护结构的附加 修正 耗热量 2020 3 25 38 风力附加耗热量 风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正 计算方法 在一般情况下 不必考虑风力附加 只对建在不避风的高地 河边 海岸 旷野上的建筑物 以及城镇 厂区内特别突出的建筑物 才考虑垂直外围结构附加5 一10 围护结构的附加 修正 耗热量 2020 3 25 39 高度附加耗热量 高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量 暖通规范 规定 民用建筑筑和工业辅助建筑物 楼梯间除外 的高度附加率 当房间高度大于4m时 高出1m应附加2 但总的附加率不应大于15 应注意 高度附加率 应附加于房间各围护结构基本耗热量和其它附加 修正 耗热量的总和上 围护结构的附加 修正 耗热量 2020 3 25 40 建筑物或房间在室外供暖计算温度下 通过围护结构的总耗热量 可用下式综合表示 式中xch 朝向修正率 xf 风力附加率 xf 0 xg 高度附加率 15 xg 0 其它符号同前 围护结构总耗热量 2020 3 25 41 冷风渗透耗热量计算 计算方法有三种 1 缝隙法 常用 2 换气次数法 3 百分数法 在风力和热压造成的室内外压差作用下 室外的冷空气通过门 窗等缝隙渗透入室内被加热后逸出 把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量 称为冷风渗透耗热量 2020 3 25 42 冷风侵入耗热量计算 VW不易确定 可根据经验式 在冬季受风压和热压作用 冷空气由开启的外门侵入室内 把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量 考虑冷风侵入外门附加率 参见表1 10 2020 3 25 43 例题 2020 3 25 44 2020 3 25 45 围护结构的最小传热阻与经济传热阻 围护结构的最小传热阻与经济传热阻的意义 在供暖期间 围护结构应满足使用要求 卫生要求和经济要求 这就需要利用 围护结构最小传热阻 或 经济传热阻 的概念 确定围护结构传热阻时 围护结构内表面温度是一个最主要的约束条件 除浴室等相对湿度很高的房间外围护结构内表面温度值应满足内表面不结露的要求 内表面结露 可导致耗热量增大和使围护结构易于损坏 室内空气温度与围护结构内表面温度的温度差还要满足卫生要求 当内表面温度过低 人体向外辐射热过多 会产生不舒适感 根据上述要求而确定的外围护结构传热阻 称为最小传热阻 2020 3 25 46 围护结构的最小传热阻的确定 工程设计中 规定了在不同类型建筑物内 冬季室内计算温度与外围护结构内表面的允许温度差值 式中R0 min维护结构的最小传热阻m2 W ty供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差 tw e冬季围护结构室外计算温度 2020 3 25 47 围护结构室外温度的确定 按围护结构热惰性指标D值分成四个等级来确定 其中 s为各层材料的蓄热系数 可由下式计算 2020 3 25 48 在一个规定年限内 时间物的建造费用和经营费用之和最小的围护结构传热阻 称为围护结构的经济传热阻 经营费用包括 围护结构和供暖系统的折旧费 维修费及系统的运行费 水 电费 工资 燃料费等 建造费用包括 围护结构和供暖系统的建造费用 围护结构的经济传热阻 2020 3 25 49 建筑节能及措施 节能建筑的相关节能指标1 建筑的耗热指标与采暖设计热负荷指标建筑物耗热量指标是指在采暖期室外平均温度条件下 为了保持室内计算温度 单位建筑面积在单位时间内消耗的 需由室内采暖设备供给的热量 其单位为W m2采暖设计热负荷指标指在采暖室外计算温度条件下 为了保持室内计算温度 单位建筑面积在单位时间内需由锅炉或其他供热设施供给的热量 单位为W m22 采暖的耗煤量指标采暖的耗煤量指标是指在采暖期室外平均温度条件下 为了保持室内计算温度 单位建筑面积在一个采暖期消耗的标准煤量 其单位是kg m2 2020 3 25 50 节能方法 墙体降耗门窗降耗 1 采用适当的窗墙面积比 2 改善窗户的保温性能 3 提高门窗的气密性 减少冷风渗透 4 户门 阳台门的保温性能屋顶和地面降耗 2020 3 25 51 作业 试校核所在寝室外围结构的最小传热阻 并计算其供暖设计热负荷 供暖室外计算温度为 20 C 室内计算温度为18 C 2020 3 25 52 2020 3 25 53 第二章供暖系统的散热设备 散热设备的作用 供暖系统的散热设备是系统的主要组成部分 它向房间散热以补充房间的热损失 保持室内要求的温度 散热设备向房间传热的方式 1 供暖系统的热媒 蒸汽或热水 通过散热设备的壁面 主要以对流传热方式 对流传热量大于辐射传热量 向房间传热 这种散热设备通称为散热器 2020 3 25 54 2 供暖系统的热媒 蒸汽 热水 热空气 燃气或电热 通过散热设备的壁面 主要以辐射方式向房间传热 以辐射传热为主的供暖系统 称为辐射供暖系统 3 通过散热设备向房间输送比室内温度高的空气 直接向房间供热 利用热空气向房间供热的系统 称为热风供暖系统 4 低温热水地面辐射采暖 地暖 2020 3 25 55 第一节散热器 一 对散热器的要求 三 散热器片数的计算 散热器 二 对散热器的种类 2020 3 25 56 一 对散热器的要求 对散热器的要求 卫生和美观方面 经济方面 热工方面 使用寿命方面 安装 使用和工艺方面 2020 3 25 57 对散热器的基本要求 1 热工性能方面的要求散热器的传热系数K值越高 说明其散热性能越好 提高散热器的散热量 增大散热器传热系数的方法 可以采用增加外壁散热面积 在外壁上加肋片 提高散热器周围空气流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径 散热器的功能 将供暖系统的热媒 蒸汽或热水 所携带的热量 通过散热器壁面传给房间 2020 3 25 58 2 经济方面的要求散热器传给房间的单位热量所需金属耗量越少 成本越低 其经济性越好 散热器的金属热强度是衡量散热器经济性的一个标志 金属热强度是指散热器内热媒平均温度与室内温度差为1 时 每公斤质量散热器单位时间所散发的热量 即G 散热器每1m2散热面积的质量 q值越大 说明散出同样的热量所消耗的金属量越小 对散热器的基本要求 2020 3 25 59 3 安装使用和工艺方面的要求散热器应具有一定机械强度和承压能力 散热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面积 结构尺寸要小 少占房间面积和空间 散热器的生产上艺应满足大批量生产的要求 4 卫生和美观方面的要求散热器外表光滑 不积灰和易于清扫 散热器的装设不应影响房间观感 5 使用寿命的要求散热器应不易于被腐蚀和破损 使用年限长 目前 国内生产的散热器种类繁多 按其制造材质 主要有铸铁 钢制散热器两大类 按共构造形式 主要分为柱型 翼型 管型 平板型等 对散热器的基本要求 2020 3 25 60 1 铸铁散热器 2 钢制散热器 3 铜铝复合散热器 4 装饰散热器 散热器 二 散热器的分类 2020 3 25 61 铸铁散热器的特点优点 结构简单 防腐性好 使用寿命长以及热稳定性好 缺点 其金属耗量大 金属热强度低于钢制散热器 分类 一 翼型散热器圆翼型散热器 长翼型散热器 二 柱型散热器常见二柱 四柱 铸铁散热器 2020 3 25 62 1 铸铁散热器 翼型 圆翼型铸铁散热器 散热器分类 2020 3 25 63 1 铸铁散热器 柱型 散热器分类 2020 3 25 64 2 钢制散热器一 闭式钢串片 散热器分类 2020 3 25 65 2 钢制散热器二 柱型 钢制柱形散热器 散热器分类 2020 3 25 66 2 钢制散热器三 板式 钢制板式散热器 散热器分类 2020 3 25 67 与铸铁散热器相比 钢制散热器的特点 金属耗量少 耐压强度高 外观美观整洁 占地小 便于布置 钢制散热器的水容量较少 热稳定性差 钢制散热器主要缺点是容易被腐蚀 使用寿命比铸铁散热器短 散热器分类 2020 3 25 68 3 其他材质散热器 散热器分类 2020 3 25 69 铜铝复合散热器三个技术关键铜管都是紫铜 本身主动防腐 铝材只不过是个导热体 他们的功能是 水在铜管循环时 由铝翅片将热量导散出来 技术的关键之一是怎样把铜和铝紧密配合在一起 必须液胀 达到最佳散热器效果 该方式的原理是采用高压水胀原理 在铜管内部通以高压水 约12Mpa 可根据材料的壁厚设定 通过不压使得铜管产生均匀的径向塑性变形 进而与铝翼产生过盈配合 由于没有机械摩擦动作 这种工艺不会对铜管内部产生任何损害 胀接质量不受铝翼内孔圆度的制约 而且由于采用半硬或软态铜管 回弹现象得以消除 铜铝复合散热器 散热器分类 2020 3 25 70 4 装饰散热器 散热器分类 2020 3 25 71 从散热器散热快慢来讲 铜的 铝的最好 其次是钢的 再次是铸铁的 但从经久耐用性来讲 铸铁的 铜的最好 钢制的怕氧化腐蚀 停暖时一定要充水密封 防止空气进入 铝的怕碱水腐蚀 目前钢制的 铝的暖气都可以进行内防腐处理可提高使用寿命 性能方面铜铝复合较好 既耐腐蚀 散热又好 但价格昂贵 地热及散热器的比较 地热 暖 贵一些 从人的脚散热 好象舒服一点 地热 暖 的劣势还有 地面大面积的龟裂 在墙角也要处理好 地暖如果漏水 就会大面积的漏 地热 暖 使室内显得干燥 达不到舒适性要求 室内地面温度比较高 尽管存在着辐射供暖的同时 照样有对流换热 使得不可见的灰尘悬浮在人们活动区域内 总结 2020 3 25 72 三 散热器片数计算 1 散热器的选择 散热器的选择 建筑用途 承压能力 安装位置及空间 其它要求 2020 3 25 73 2 散热器片数计算原则 2020 3 25 74 3 散热器片数计算公式 其中 F为散热器散热面积 Q为散热器的散热量 W Tpj为散热器内热媒平均温度 K为散热器的传热系数 W m2 为散热器组装片数修正系数 为散热器连接形式修正系数 为散热器安装形式修正系数 2020 3 25 75 散热器传热系数及其修正系数 影响传热系数的因素很多 因而难以用理论的数学模型表征出各个因素对传热系数的影响 只有通过实验方法确定 2020 3 25 76 低温热水辐射采暖 低温热水地板辐射采暖的地面构造 2020 3 25 77 低温热水辐射采暖计算 单位地面面积的散热量 W m2 单位地面面积的辐射散热量 W m2 单位地面面积的对流散热量 W m2 地表面平均温度 室内非加热表面的面积加权平均温度 室内计算温度 2020 3 25 78 低温热水地板辐射采暖敷设方式 回折型敷设 平行型敷设 2020 3 25 79 采暖系统的附属设备 1 集气罐 2 自动排气阀 2 热量表 3 散热器温控阀 4 调压板 1 除污器 2020 3 25 80 1 集气罐的外观及安装位置示意图 采暖系统的附属设备 2020 3 25 81 2 自动排气阀 采暖系统的附属设备 2020 3 25 82 2 自动排气阀二 采暖系统的附属设备 2020 3 25 83 1 除污器 清除热网系统中的杂质和污垢 保证系统内水质清洁 减小阻力 防止堵塞好保护热网设备 采暖系统的附属设备 2020 3 25 84 2 热量表 采暖系统的附属设备 2020 3 25 85 3 散热器温控阀 4 调压板 一种能够自动控制进入散热器热媒流量的设备 具有恒定室温 节约热能的优点 当外网压力超过用户的允许压力时 调压板可减少入口处供水干管上的压力 热水系统可采用铝合金或不锈钢材质 采暖系统的附属设备 2020 3 25 86 2020 3 25 87 第三章热水供暖系统 循环动力不同 重力 自然 循环系统和机械循环系统 供回水方式不同 单管系统和双管系统 照管道敷设方式不同 垂直式和水平式 热媒温度不同 低温水供暖系统和高温水供暖系统 2020 3 25 88 一 自然循环热水供暖系统的工作原理 二 自然循环热水供暖系统的形式 第一节自然循环热水供暖系统 2020 3 25 89 自然循环热水采暖系统的工作原理 1 系统的组成 膨胀水箱的作用 1 容纳膨胀水的体积 2 排除系统空气 膨胀水箱的位置 系统最高点 供水干管设置坡度 便于排气 2020 3 25 90 工作原理 靠供 回水的密度差工作 2 系统的工作原理 2020 3 25 91 双管系统 单管系统 自然循环热水采暖系统的形式 2020 3 25 92 垂直失调 供暖建筑物内 同一竖向的各层房间的室温不符合设计要求 而出现上 下层温度不均的现象 称作系统垂直失调 双管系统的垂直失调是由于通过各层的循环作用压力不同而出现的 楼层越多 垂直失调越严重 重力循环热水供暖双管系统循环作用压力的计算 2020 3 25 93 重力循环热水供暖单管系统循环作用压力计算原理 单管系统特点 热水顺序流过多组散热器 并逐个冷却 冷却后回水返回热源 2020 3 25 94 双管系统压力温度计算 2020 3 25 95 单双管系统比较 压力计算不同 各层散热器的平均进出口水温也不同 双管系统中各层散热器平均进出水温度相同 而在单管系统中 各层散热器的进出口水温不同 越在下层 进水温度越低 因而各层散热器的传热系数K值也不相同 单管系统由于立管供水温度或者流量不符合设计要求也会出现垂直失调 但影响垂直失调的原因 不是如双管系统那样 由于各层压力不同造成的 而是由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同引起的 单管系统立管的散热总面积一般比双管系统的稍大些 2020 3 25 96 例题3 1 2020 3 25 97 一 机械循环与自然供暖系统的区别 二 机械循环热水供暖系统的形式 第二节机械循环供暖系统 2020 3 25 98 一 机械循环与自然采暖系统的区别 1 循环动力不同 2 膨胀水箱与系统的连接点不同 3 排气方式不同 系统中设置了循环水泵 靠水泵的机械能使水在系统中强制循环 1 机械循环原理图 2 机械循环与自然循环系统的区别 2020 3 25 99 1 机械循环原理图 膨胀水箱的作用 容纳膨胀水的体积 定压作用 2020 3 25 100 机械循环热水采暖系统的形式 1 机械循环上供下回式热水供暖系统 2 机械循环下供下回式系统 3 机械循环中供热水供暖系统 6 同程式系统 7 水平式系统 4 机械循环下供上回 倒流式 热水供暖系统 5 机械循环混合式热水供暖系统 2020 3 25 101 2020 3 25 102 机械循环下供下回式热水供暖系统 2020 3 25 103 机械循环中供式热水供暖系统 2020 3 25 104 机械循环下供上回 倒流式 热水供暖系统 2020 3 25 105 倒流式热水供暖系统特点 通过膨胀水箱排气 无需设置集气罐等排气装置 对于热损失大的底层房间 底层散热器面积小 便于布置 高温水供暖时 可降低防止高温水汽化所需水箱标高 减少布置高架水箱的困难 倒流式系统散热器传热系数远低于上供下回式系统 2020 3 25 106 机械循环混合式热水供暖系统 2020 3 25 107 异程式系统与同程式系统 水平失调 在远近立管处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象 成为系统的水平失调 2020 3 25 108 同程式系统 2020 3 25 109 单管水平串联式单管水平跨越式1 冷风阀 2 空气管1 冷风阀 2 空气管 2020 3 25 110 水平式系统特点 系统的总造价 一般比垂直式系统低 管路简单 无穿过各层楼板的立管 施工方便 有可能利用最高层的辅助空间 架设膨胀水箱 不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间 便于分层管理和调节 易出现水平失调 注意其形成原因 2020 3 25 111 一 分户热计量供暖系统的特点 二 分户热计量供暖系统的形式 第三节分户热计量供暖系统 2020 3 25 112 一 分户热计量供暖系统 分户热计量的目的 用户可以根据需要对室温进行自主调节 提高热舒适 2020 3 25 113 二 分户热计量供暖系统的形式 分户热计量供暖系统的形式 1 热计量水平单管系统 2 热计量水平双管系统 3 热计量水平单 双管系统 4 热计量水平放射式系统 2020 3 25 114 1 分户热计量水平单管系统 顺流式 同侧接管跨越式 异侧接管跨越式 1 水平支路长度限于一个住户内 2 能够分户计量和调节供热量 3 可分室改变供热量 满足不同的室温要求 2020 3 25 115 2 分户热计量水平双管系统 1 该系统一个住户内各散热器并联 2 可在每组散热器上装调节阀或温控阀 3 可分室控制和调节室内空气温度 2020 3 25 116 3 分户热计量水平单 双管系统 该系统具有单管系统和双管系统的特点 可用于面积较大的户型以及跃层式建筑 2020 3 25 117 4 分户水平放射式系统 1 每户的供热管道入口设小型分水器和集水器 2 各散热器并联 3 从分水器中引出的散热器支管呈辐射状埋地辐射 4 散热量可单体调节 2020 3 25 118 分户采暖管线系统示意图 2020 3 25 119 四 特高区供暖系统 第四节高层建筑热水供暖系统 2020 3 25 120 一 分层式供暖系统之一 2020 3 25 121 分层式采暖系统之高区双水箱采暖系统 进水箱 回水箱 2020 3 25 122 二 双线式采暖系统 各层散热器平均温度近似相同 减轻了垂直失调 各房间散热器平均温度近似相同 减轻了水平失调 2020 3 25 123 垂直双线式单管热水供暖系统 2020 3 25 124 水平双线式热水供暖系统 2020 3 25 125 三 单双管混合式采暖系统 特点 综合了单管系统和双管系统的优点 减轻了垂直失调 2020 3 25 126 四 特高建筑热水采暖系统 特高层建筑一般指全高大于160m的建筑 采暖系统 可将建筑物沿垂直方向分成若干个区 高区利用蒸汽做热媒向位于最高区的汽水换热器供给蒸汽 低区采用热水作为热媒 特点 即解决了下部散热器超压问题 又可减轻垂直失调 2020 3 25 127 2020 3 25 128 二 热水供暖系统水力计算的任务 一 热水供暖系统水力计算的基本原理 第一节热水供暖系统的水力计算 第四章室内热水供暖系统的水力计算 三 热水供暖系统水力计算的步骤 2020 3 25 129 压力损失 摩擦压力损失 局部压力损失 热水供暖系统水力计算的基本原理 计算公式 层流流动 湍流流动 水力光滑管区 过渡期 粗糙区 阻力平方区 2020 3 25 130 当量局部阻力法 将管段的沿程损失转变为局部损失来计算 不等温降水力计算 分户采暖 S 管段的阻力特性数 简称阻力数 Pa kg h 2当量长度法 将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算 常规水力计算方法 当量局部阻力法和当量长度法 2020 3 25 131 室内热水供暖系统管路的阻力数 串联管路Sch 串联总阻力数并联管路Sb 并联总阻力数 阻力数 管段的阻力特征数 表示当管段通过1kg h水流量时的压力损失值 2020 3 25 132 室内热水供暖系统水力计算定律 基尔霍夫流量定律流入节点与流出节点的代数和为0 基尔霍夫压降定律并联环路压力损失相等 2020 3 25 133 按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力 确定各管段的管径 按已知系统各管段的流量和各管段的管径 确定系统所需要的循环作用压力 按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降 确定通过该管段的水流量 热水供暖系统水力计算的主要任务 2020 3 25 134 重力循环双管系统管路水力计算步骤 步骤 1 选择最不利环路 2 计算通过最不利环路散热器的作用压力 3 确定最不利环路各管段直径 a 求单位长度平均比摩阻 b 根据各管段的热负荷求出各管段的流量 c 查表选择最接近平均比摩阻的管径 2020 3 25 135 4 确定长度压力损失 5 确定局部压力损失 6 求各管段压力损失 7 求环路总压力损失 8 计算富裕压力 9 确定通过最不利环路所在立管其它各层散热器环路各管段直径 10 确定通过其它立管各层环路的各管段管径 2020 3 25 136 2020 3 25 137 2020 3 25 138 机械循环单管热水供暖系统水力计算例题 2020 3 25 139 2020 3 25 140 2020 3 25 141 附加内容 不等温降水力计算原理和方法 阻力数 管段的阻力特征数 表示当管段通过1kg h水流量时的压力损失值 2020 3 25 142 不等温降水力计算步骤 首先任意给定 假定 最远立管的温降 计算流量 确定最远立管管径 确定环路最末端的第二根立管的管径 由远至近 依次确定出该环路上供 回水干管各管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径 计算流量和计算温降 系统中有多个分支循环环路时 按上述方法计算各个分支循环环路 最后根据并联环路流量分配和压降变化规律计算流量和压力分配系数 对初步计算出的各循环环路的流量 温降和压降进行调整 2020 3 25 143 2020 3 25 144 2020 3 25 145 分户采暖热水供暖系统水力计算原则与方法 分户采暖系统水力工况特点1 室内有人时 散热器处于正常工作状态 室内采暖设计温度为18 散热器处于值班采暖状态 2 热消费水平与舒适度需求不同 不同的环路会对室温有不同的要求 即便是同一环路 不同房间对室温的要求不同 对同一环路的散热器的散热量还有不同的与可调的要求 3 用户环路还有被调节和关闭的可能 确定平均比摩阻和流量 进流系数 2020 3 25 146 散热器的进流系数 流进散热器的水流量与通过该立管水流量的比值 称为散热器的进流系数 影响两侧散热器之间水流量分配的主要因素 1 散热器热负荷不同致散热器平均水温不同而产生重力循环附加作用压力差值 2 并联环路在节点平衡状况下的水流量分配规律 2020 3 25 147 户内水平采暖系统的水里计算原则与方法 确定进流系数 Gk A B之间流经跨越管支路的流量 kg h Gs A B之间流经散热器支路的流量 kg h Sk A B之间流经跨越管支路的阻力数 Pa kg h 2 Ss A B之间流经跨越管支路的阻力数 Pa kg h 2 知道管段长度和局部阻力损失系数即可确定管段的阻力数 2020 3 25 148 例题4 5 2020 3 25 149 2020 3 25 150 2020 3 25 151 第一篇测验 什么是房间设计热负荷 其主要由哪几部分组成 试推导重力热水供暖系统循环作用压力 自然循环热水供暖系统和机械循环热水供暖系统区别是什么 在自然循环和机械循环热水供暖系统中膨胀水箱的作用有何不同 计算 某双管热水供暖系统 供回水为95 70 C 散热器采用四柱760型 每片散热面积为0 24m2 室内计算温度为18 C 散热器传热系数 各组散热器的热负荷为A 500W B 1000W C 1500W 试求各组散热器的片数 n 6片时 1 0 95 n 6 10片时 1 1 n 11 20片时 1 1 05 2020 3 25 152 第二篇集中供热 二 集中供暖系统 三 热水供热系统的供热调节 集中供热 一 集中供热系统的热负荷 2020 3 25 153 集中供热系统热负荷 集中供热系统的热用户有供暖 通风 热水供应 空气调节 生产工艺等用热系统 这些用热系统热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的最重要依据 第六章集中供热系统的热负荷 集中供热系统热负荷分类 季节性热负荷 与室外温度 湿度 风向 风速和太阳辐射等气候条件密切相关 常年性热负荷 与气候关系不大 供暖设计热负荷 1 体积热指标法 Vw 建筑物外围体积 qv 建筑物的供暖体积热指标体积 W m3 C 表示各类建筑物 在室内外温差为1摄氏度时 每立方米建筑物外围体积的供暖热负荷 降低建筑物采暖热负荷指标方法 1 减小建筑物的体形系数及外表面积 加强维护结构保温 以减少传热耗热量 2 提高门窗的气密性 减少空气渗透耗热量 提高门窗保温性 减少其传热耗热量 3 通过有效地规划 单体设计 从朝向 间距 体形上保证建筑物受太阳辐射面积最大 2020 3 25 154 2 面积热指标法 3 城市规划指标法 根据城市规划指标 首先确定该区的居住人口 然后根据街区规划的人均建筑面积 街区住宅与公共建筑的建筑比例指标 来估算该街区的综合供暖热指标 F 建筑物的建筑面积 qf 建筑物的供暖面积热指标体积 W m2 表示每平方米建筑面积的供暖热负荷 供暖设计热负荷 2020 3 25 155 通风设计热负荷 1 通风体积热指标法 Vw 建筑物外围体积 qt 通风体积热指标体积 W m3 C 表示各类建筑物 在室内外温差为1摄氏度时 每立方米建筑物外围体积的通风热负荷 2 百分数法 Kt 计算建筑物通风 空调新风加热热负荷的系数 一般取0 3 0 5 2020 3 25 156 2020 3 25 157 生活用热的设计热负荷 最大热水热负荷与平均热水热负荷的比值称为变化系数 支线热负荷计算与用户热水供应系统和热网连接方式有关 干线由于连接用水单位数目很多 按平均热负荷计算 2020 3 25 158 集中供热系统热负荷的计算 2020 3 25 159 2 常年性热负荷 集中供热系统热负荷的计算 2020 3 25 160 无统一公式确定热负荷工艺用热设备铭牌单位时间用热量途径工艺过程中散热量由工艺设计人员提供生产产品单位能耗要求中的热耗部分指标如仍不可行 须对用热情况进行现场测定 掌握其用热规律生产班次不同每个车间用热规律不同同时使用系数同一车间不同设备有间歇性 周期性ksh一般0 7 0 9 3 生产工艺热负荷 集中供热系统热负荷的计算 2020 3 25 161 热负荷图 热负荷时间图 热负荷图是用来表示整个热源或热用户系统热负荷随室外温度或时间变化的图 形象地反映热负荷变化规律 2020 3 25 162 热负荷随室外温度变化图 曲线1 供暖热负荷随室外温度变化曲线图曲线2 冬季通风热负荷随室外温度变化曲线图曲线3 热水供应热负荷变化曲线曲线4 总热负荷随室外温度变化曲线 2020 3 25 163 Qn Qk 供暖热负荷随室外温度变化曲线n 供暖期中tw tw 出现的总小时数N1 供暖期中tw tw1 出现的总小时数 S阴影 供暖期间的供暖年总耗热量 供暖热负荷延续时间图 2020 3 25 164 热负荷延续时间图 热负荷延续时间图中 热负荷不是按出现时间先后来排列的 而是按其数值的大小来排列 热负荷时间图需要有热负荷随室外温度变化曲线和室外气温变化规律的资料才能绘出 表示出各个不同大小供暖热负荷与其延续时间的乘积能够很清楚的显示出不同大小的供暖热负荷在整个供暖中累计耗热量 以及它在整个采暖季总耗热量中所在比重 2020 3 25 165 2020 3 25 166 集中供热系统是由热源 热网和热用户三部分组成的 必须选择与热用户要求相适宜的供热系统形式及其管网与热用户的连接方式 第七章集中供热系统 1 根据热媒不同 分为热水供热系统和蒸汽供热系统 2 根据热源不同 主要可分为热电厂供热系统和区域锅炉房供热系统 此外 也有以核供热站 地热 工业余热作为热源的供热系统 3 根据供热管道的不同 可分为单管制 双管制和多管制的供热系统 2020 3 25 167 第一节热水供热系统 热水供热系统主要采用两种型式 闭式系统和开式系统 在闭式系统中 热网的循环水仅作为热媒 供给热用户热量而不从热网中取出使用 在开式系统中 热网的循环水部分地或全部地从热网中取出 直接用于生产或热水供应热用户中 2020 3 25 168 双管闭式热水供热系统示意图 2020 3 25 169 一 闭式热水供热系统 一 供暖系统热用户与热水网路的连接方式常见的有以下几种方式 1 无混合装置的直接连接2 装水喷射器的直接连接3 装混合水泵的直接连接4 间接连接 间接连接方式需要在建筑物用户入口处或热力站内设置表面式水 水换热器和供暖系统热用户的循环水泵等设备 造价比上述直接连接高得多 循环水泵需经常维护 并消耗电能 运行费用增加 2020 3 25 170 由于通风系统中加热空气的设备能承受较高压力 并对热媒参数无严格限制 因此通风用热设备 如空气加热器等 与热网的连接 通常都采用最简单的连接形式 二 通风系统热用户与热水网路的连接 三 热水供应热用户与热网的连接方式 1 无储水箱的连接方式2 装设上部储水箱的连接方式3 装设容积式换热器的连接方式4 装设下部储水箱的连接方式 一 闭式热水供热系统 2020 3 25 171 2020 3 25 172 二 开式热水供热系统 开式热水供热系统的热水供应热用户与网路的连接 有下列几种形式 1 无储水箱的连接方式2 装设上水箱的连接方式3 与上水混合的连接方式 2020 3 25 173 2020 3 25 174 三 闭式与开式热水供热系统的优缺点 闭式热水供热系统的网路补水量少 在运行中 闭式热水供热系统容易监测网路系统的严密程度 在闭式热水供热系统中 网路循环水通过表面式热交换器将城市上水加热 热水供应用水的水质与城市上水水质相同且稳定 在闭式热水供热系统中 在热力站或用户入口处 需安装表面式热交换器 热力站或用户引入口处设备增多 投资增加 运行管理也较复杂 在利用低位热能方面 开式系统比闭式系统要好些 2020 3 25 175 热网是集中供热系统的主要组成部分 担负热能输送任务 热网系统形式取决于热媒 热源与热用户的相互位置和供热地区热用户种类 热负荷大小和性质 供热管网的形状可分为枝状管网和环状管网 按照热源的个数可分为单一热源和多热源管网 第二节热网系统型式 2020 3 25 176 2020 3 25 177 枝状管网布置简单 供热管道的直径 随距热源越远而逐渐减小 且金属耗量小 基建投资小 运行管理简单 但枝状管网不具后备供热的性能 当供热管网某处发生故障时 在故障点以后的热用户都将停止供热 由于建筑物具有一定的蓄热能力 通常可采用迅速消除热网故障的办法 以使建筑物室温不致大幅度地降低 因此 枝状管网是热水管网最普遍采用的方式 热水供热系统 2020 3 25 178 1 热电厂与区域锅炉房联合供热 2 几个热电厂联合供热 3 几个区域锅炉房联合供热方式 多热源联合供热系统主要的组合方式 2020 3 25 179 热电厂与几个外置热源联合供热的运行方式 多热源并网运行 采暖期基本热源首先投入运行 随气温变化基本热源满负荷后 把调峰热源投入热网中 让它与基本热源共同在热力网中供热的运行方式 多热源解列运行 采暖期基本热源首先投入运行 随气温变化基本热源满负荷后 分割出部分管网划归调峰热源供热 并随气温变化逐步扩大或缩小分割出的管网范围 使基本热源在运行期间接近满负荷的运行方式 多热源分别运行 在采暖期热力网用阀门分隔成多个部分 由各个热源分别供热的运行方式 2020 3 25 180 2020 3 25 181 2020 3 25 182 多热源联合供热的热水供热系统优点 由于热源数目增多 整个系统的供热安全率得到保证 个别热源锅炉出现事故 不致影响整个系统的供热能力 合理地安排热效率高的锅炉先投入运行 还可以提高整个供热系统的热能利用率 配置相应的热网系统图式 可以提高整个系统的供热后备能力 通过优化区域锅炉房的位置 各热源的供热能力及其比例 管网布置等来整体提高供热的经济性 2020 3 25 183 2020 3 25 184 一 换热器 二 喷射器及除除污器 单元二集中供热系统的主要设备 三 调