暖通-第三章 PPT课件

1 第三章全水系统 3 1全水系统概述 3 2全水系统的末端装置 3 3热水采暖系统的分类与特点 3 4高层建筑热水采暖系统 3 5分户热计量采暖系统 3 6热水采暖系统的作用压头 3 7热水采暖系统的水力计算 3 8热水采暖系统的失调与调节 3 9全水风机盘管系统 2 3 1全水系统概述一 全水系统组成1 热媒 或 冷媒 在采暖与空调系统用来传递热能的媒介物 介质 中间物质 称为热媒或冷媒 载冷剂 2 全水系统 全部用水作为介质传递室内热负荷 冷负荷的系统 3 分类 供热 供冷 即供冷又供热 双效 4 组成 热源 冷源 管道系统末端设备 供热或供冷 5 末端装置散热方式 自然对流 散热器 强迫对流 风机盘管 3 二 热水采暖系统1 采暖系统分类 按热媒 热水 蒸汽2 与蒸汽系统比较 优点 1 运行管理简单 维修费用低 2 热效率高 跑 冒 滴 漏现象轻 可比蒸汽节能20 40 3 可采用多种调节方法 质调量调 4 供暖效果好 连续供暖 室温波动小 房间温度均涨 无噪音 5 散热设备温度低 安全 卫生条件好规定1 民用建筑应采用热水2 工业建筑 厂区只有采暖或采暖用热为主时 宜用高温水 当以工艺用蒸汽为主时 可采用蒸汽 6 管道设备锈蚀较轻 4 缺点 1 散热设备传热系数低 流量大 2 消耗电能多三 全水空调气系统冷热负荷全由水承担 又称为全水风机盘管系统优点 见教材 4点 缺点 见教材 3点 选用全水风机盘管系统注意 1 噪音问题 无新风问题 静音要求高 空气品质要求高 场所不宜采用 2 加湿问题 3 制冷量子 机外静压子不宜用在大面积大空间高度高房间 5 全水空调系统与热水采暖系统和的特点 1 夏季供冷 冬季供热 2 未端装置空气强迫循环 室内温 湿度均匀 3 末端装置风机耗功有噪声 4 管理 维修量比热水采暖系统大 5 造价高 因此仅用于冬季供暖 采暖系统优于空调 3 2全水系统的末端装置 末端装置 位于室内 用于向室内散热或散冷的系统终端设备 末端装置分类 散热器 暖风机 风机盘管 6 一 散热器性能评价指标四个方面 1 热工性能 传热系数 提高K值手段 增加外壁面积 空气流速 强化外表面辐射强度 减少各部件向热阻 2 经济指标 单位散热量成本 元 及金属耗量越低安装费用低 使用寿命长 经济性越好 3 安装使用和工艺方面 机械强度和承压 安装组对方便 便于安装和组成需要的散热面积 尺寸小 适于批量生产 4 卫生和美观方面 表面光滑 易清扫 外形美观 7 二 散热器的种类按传热方式 辐射对流 对流占几乎100 介处两者之间 按材质 铸铁 钢制 铝合金 塑料 铜合金 钢铝复合 铜铝复和 不锈钢铝复合 铝塑复合 灰口铸铁 结构简单 耐腐蚀 寿命长 水需量大 但金属热强度低 q K G 金属耗量大 笨重 强度低常用有标型 翼型 8 常用有标型 翼型1 铸铁柱型 四柱 图3 1 a 二柱 图3 1 b 足片与无足片外形美观 K值较大 易组对成需要面积 易清除 2 翼型 长翼 图3 1 c 翼型图3 1 d 工艺简单 价格低 易积灰 不易组对所需面积 承压能力低 用量在减少 圆翼多用车间 高度低 3 钢制散热器新型钢制散热器与光排管晚于铸铁图3 2 3 3 9 三 散热器的选择布置1 散热器的选择 传热系数 承压 外形 清灰 耐腐2 散热器的布置 一般沿外墙 外窗下图3 4 a 提高外墙与窗下部温度 减少对人体冷辐射 阻止渗入冷空气形成下降冷气流 图3 5 a b 可沿内墙图3 4 b 有时可减少管理长度 或仅在外墙布置之下 但人员活动温度低 图3 5 c 明装 暗装 根据需要 10 建筑热工设计分区严寒地区 最冷月平均温度 10 开封寒冷地区 最冷月平均温度0 10 北京夏热冬冷 最冷月平均0 10 武汉最热月平均25 30 夏热冬暖 最冷月 10 广州最热月25 29 温和地区 最冷月0 13 昆明最热月18 25 楼梯间 门斗 11 四 散热器的计算最热月18 25 原则 热平衡 设计条件下散热器散热量 采暖设计热负荷 散热器传热特性 或 散热器散热量Wk 散热器传热系数w a b c d 实验得到的系数 散热器的热媒平均温度 与室温之差 散热器进出口水温 室内空气温度 R值可查手册或产品样本 12 面积确定 散热器计算面积 采暖设计热负荷 散热器片数修正系数 散热器连接方式系数 散热器安装形式系数 13 修正问题当使用条件与测试条件不同时 散热器的传热性能发生变化 引发 1 2 3 修正 1 成组散热器两边 外侧无遮挡 比中见片的单片散热量大 当实际片数少于规定 测试时 片数时 边片传热面积在总使用热面积中所占比例增大 使单位传热面积传热量增大 所需面积减小 1 1反之 1 1对片式散热器 片数 a为单片面积 片先取 1 1 然后进行修正 整体式不用修正 2 连接方式可取图3 6中六种方式 连接方式不同时 表面温度分布变化 使热量发生变化 下进上出性能最差 有关 2查手册 实验条件为同侧上进下出 3 测试时为明装 加罩后有变化 大多数散热量减小 对流增加 辐射减小 只有当对流量超过辐射量时 总量才能增加 查手册 14 二 暖风机1 组成 风机 电动机和空气加热器 2 风机类型 轴流 离心轴流用于小型机组图3 7 a b 离心用于大型机组 图3 7 c d 3 采用热媒 热水 蒸汽4 工作原理 5 优点 供热量大 占地小 启动快 升温快 设备简单 投资省缺点 噪声 循环空气不能改善空气质量 15 6 用途 大空间 负荷大 间歇工作 允许空气循环 不能使用场合 空气中含有剧毒性物质 工艺过程产生易燃易爆气体和纤维 粉尘的厂房 7 两种方案 1 暖风机供给全部采暖耗热量 适于气候较温暖地区 2 暖风机供给部分采暖耗热量用散热器维持量低室内温度 5 优点是 非工作时间可不开暖风机省电能和热能 不需管理 使用时开启可迅速提高室温 供热量为设计热负荷与值班采暖供热量之差 16 8 暖风机系统设计 主要确定型号 台数及布置方案 台数 要求暖风机提供的采暖热负荷W 室温系数 取1 2 1 3 单台暖风机的实际数量w 17 查产品样本或手册可得暖风机的性能 在一定热媒系数下的散热量 送风量 和风速和温度等 产品样本中给出的进口空气温度为15 若进口空气温度不等于15 时 用下式进行修正 产品样本中提供的暖风机供热量n 台 暖风机进出口热媒平均温度 设计条件下的机组进风温度 一般可取室内温度 18 注意 送风温度不宜低于35 以负有吹冷风感觉 不得高于75 以免热射流上升 不利于有效利用 室内空气循环次 每小时不宜小于1 5次 每台暖风机进出口设阀门 蒸汽出口设疏水器 便于调节 维修和管理 9 暖风机布置 考虑车间的任何形状 工作区域 工艺设备的流量气流作用范围等 NC型小型机组可采用图3 8所示方案 悬挂在墙 柱上 梁下 ZN型可吊挂在顶棚下等高处 大型可用于无隔墙 大型设备的大型厂房 可沿长度布置地面上 小型安装高度见教材P40上部 19 三 风机盘管FCU FanCoilUnit 组成 通风机 电动机 和盘管 空气换热器 工作原理 1 风机盘管的构造分类和特点分类 按结构型式 立式 卧式 壁挂式 卡式 吸顶式 按安装方式 明 暖 半明装 图3 9 a 方式明装 b 卧式暗装壁挂式全部为明装 卡式进出风口外镶顶棚下1 单侧送风 单侧回风2 两侧送风 中间回风3 四侧送风 中间回风 20 21 暗装机组根据机外静压分两类 标准型 高静压型标准型 在名义风量下的机外静压为零 我国标准 或10 20Pa 合资或进口 高静压型 名又风量下机外静压为30 60Pa还有同时配冷盘管和热盘管机组 用于回管水气流 规格1 风量我国标准规定 用高档转速下风机盘管的风量 标准规格 如下P 6 3风量63 h 标准规定风机盘管共有12种规格 风量范围为250 2500 主柱式非标产品最大风量为4000 中外合资 通常用英制单位风量 片 min 来表示 如规格200 或称002或02型 风量200片 min 2 制冷热量 标准规定 名义工况下的制冷量1 4 13 3kw 22 3 电功率 标准型30 170w 高静压50 270mm供热量2 1 19 95kw噪音 水阻力 FP 6 3以下 噪声 39dB A FP 80以上 40dB A 水侧阻力均为10 40KPa 2 风机盘管的选择与安装要求1 选择 质量 明 暗装 承压 型式 左右 冷热媒强度 噪声2 安装 主式卧式等见教材明装卧式暗装水过滤器橡胶轮接阀门凝法水管坡度不小于0 01供电 单独回路 集中配电盘3 制冷量 供热量 风量的标定 部颁标准规定 全热制冷量 显热控制冷量和供热量用焓差法确定 23 在制冷工况下的测试法为 保持机组出口静压为零 标准型 或一定值 高静压型 测定风量 进出口空气的干湿球湿度进出口水温 压力和流量 测定风机输入功率 由此确定空气的比焓并获得在制冷工况下的风机盘管和各项性能 风量 全热制冷量 显热性冷量 水流量水侧阻力 输入功率 全热制冷量 3 5 显热制冷量 3 6 24 各项意义 全热 显热制冷量 kw 空气进出口比焓kj kg 空气进出口干球温度 风量 kg s 重气定压比上 1 01kj kg 供热量 25 4 名义工况 在制造条件下的工况 分为制冷工况和供热工况 见教材P42应按夏季冷负荷造盘管 冬季供暖校核即可 一般样本给出常见工况制冷量 如无此类数据 26 式中 设计工况下风机盘管全热制冷量和显热制冷量 W或KW 名义工况下风机盘管全热 显热制冷量 W或KW 设计工况下盘管进风干球温度和湿球温度 取室内设计参数 风机盘进口水温 设计工况和名义工况下的水流量 kg h设计时正常水流量与名义工况一样 3 8 3 9 只与温度有关 27 不考虑水量变化时 供热量换算公式为式中为设计工况和名义工况下的盘管供热量W或KW 5 附加问题 若房间的设计全热冷负荷 人员 灯光 电器 辐射及围护结构传热 空气渗透 通风等 为显热冷负荷为 则盘管的全热制冷量为 1 1 2 3 11 显热制冷量为 1 1 2 3 12 1 积灰对盘管传热影响的附加率见教材 2 间歇使用附加率 当 220 时 约经过20min室温达要求 28 6 选用 选择盘管时 宜同时对全热制冷量和显热制冷量校核是否符合式 3 11 3 12 要求 尤其是显热冷负荷比例大的房间 因为盘管运行时根据室温停开 样本中给出不同档次风量的制冷量 中档风量时机组的制冷量以为高档时85 对于明装机组 在考虑 1后 直接根据中档风量选有15 裕量 可作为间歇运行附加值 暗装 选用高静压 核算总阻力 不能大于机外静压值 无静压 总阻力控制在30 以内在考虑 1 2后按中档风量制冷量选 此时机组高档风量相当于中档风量 风口配合 双层百叶 断面面积与盘管出口面积相当 回风为固定百叶 风速控制 1 5m s 盘管与新风组合空气 水系统 新风带冷量 不能单根据室内 冷负荷选盘管见6 9 水温 供暖 水温60 为宜 最高一般不超80 29 3 3热水采暖系统的分类与特点组成 热源管道系统 散热设备一 按系统的循环动力分类分为重力 自然 循环和机械循环图3 10重力循环图 a 中水靠密度差循环 水在锅炉1中受热温度升高到 密度降为 来自回水管7冷水水沿供水管6流到散热器之中 降温周而复始 膨胀水箱作用 1 室内膨胀水2 补水 3 定压4 排除空气供回水管坡度 机械循环图 b 水泵 膨胀水箱接口 集气罐 自动排气阀供回水坡回坡度 30 二 按供水温度分类分为高温水 中温水 低温水 我国规定高于100 高温水 否则低温水95 70 85 60 120 130 70 80 高温水 易烫人 烤焦灰尘易汽化卫生条件及舒适性差 省散热器 供回水温差大 管径小 低温水 优缺点三 按供回水的方式分类 供 指供出热媒 回 指回流热媒 可用 供 与 回 表明垂直方向流体的供给指向 上供式 热媒沿垂向从上向下 下供式 热媒沿垂向从下向上 上回 热媒沿垂向从下向上 下回 热媒沿垂向从上向下 31 可分为图3 11所示四类1 上供下回式系统图 a 供水干管设置于系统最上面回水干管设置于系统最下面 布置管道方便 排气顺畅 用得最多 2 上供上回式图 b 供回水干管均位于等流最上面 干管不与地面设备与管道发生占地矛盾 主管耗量增加 主要用于地面设备和管道较多的 地在面布置干管有困难的车间 32 3 下供下回式图 c 供回水管均位于系统最下部供回干管无效热损失小 可减轻竖向失调 双管 有利于水力平衡 顶棚下无立管 可分层施工 分层供暖 地沟 顶层散热器设放气阀或设空气管 4 下供上回式图 d 供水干管在下 回水干管在上 倒流式供水干管一层地面明设时 无效热损失小 底层散热器平均温度升高 可减少面积 垂管中水流与空气浮升方向一致有到排量高温水面不易汽化 中供式系统图3 12 供水干管位于中间 上半部可为下供下回图 a 或上供下回图 b 下半部均为上供下回 可减轻竖向失调 计算和调节较麻烦 33 四 按散热器的连续方式分类垂直式 图3 13 a 垂直主管连接 单侧 双侧水平式 图 b 水平管线连接垂直式 供水干管 回水干管水平式 供水主管回水主管 供水干管回水干管图3 16 b 水平式优缺点 用于公用建筑 分户计量 少穿楼板 室内无主管水箱高度可降低 便于分层控制和调节 易膨胀漏水 串联组数不宜太多 放气阀 空气管图3 14 34 五 按连接散热器的管道数量分类单管 图3 15用一根管道将多组散热器依次串联 供回水不分开 双管 两根管道并联 供回水截然分开 图 a b c d 跨越管多耗管材 但可调 六 按并联环路水的流程分类同程式与异程式 图3 16同程式 各并联环路总长度基本相等图 a 异程式 各并联环路总长度不等图 b 同程式优点 易平衡 水平失调轻 35 36 37 3 4高层建筑热水采暖系统高层建筑 高度35m以上或12层以上特点 底层散热器承压加大 易产生竖向失调 热压与风压同时作用 设立系统时注意 最高点不倒空 不汽化 最低点不超压 与热网直连会否使其他建筑物超压 地形 减轻竖向失调 一 分区式高层建筑热水采暖系统分区式系统 将系统沿垂直方向分成两个或以上的独立系统分界线选取 考虑热网的压力工况 建筑物总层数 高度 及散热器承压能力 低压可与热网连成间连 高区或选择下述型式 38 1 高区采用间接连接图3 17 设主表面式换热器 高层压力状况与热网面并联换热站位置 建筑物底层地下室或中间技术层内适用 外网有足够资用压力 供水温度较高 2 高压采用双水箱或单水箱系统1 运行图3 18图 a 在高层设两个水箱 用泵1将供水注入供水箱 靠两水箱间高差h 或利用系统最高占压力图 b 作为动力 2 停运系统停止运行时 水泵出口道上阀关闭 高压高静水压力传递不到底层散热器及外网 当回水箱高度超过外网回水管压力 起到与外网分离作用 运用 资用压力小 供水温度低优缺点 省去换热站费用 但水箱占面积 结构荷载增加 开式系统 易氧腐蚀 还有 1 在供水总管设加压泵 回水管上安减压阀 2 下供上回 回水总管上设排气断流装置 39 40 二 其他类型的高层建筑热水采暖系统1 双线式采暖系统只能减轻失调 不能解决超压问题 分为垂直双线与水平双线图3 19 1 垂直双线热水采暖系统图 a 垂直双线 虚线框表示设于同一楼层同一层间的散热设备 串片散热器 蛇形管线墙内辐射板 由上升和下降立管构成 各层散热器的平均温度近似相同 减轻竖向失调主管阻力增加 提高了水力稳定性 适用于同一房间设置四组散热器与四块辐射板的情况 2 水平双线图 b 水平方向各房间散热装置平均温度近似相似 减轻水平失调 水平支线设调节阀和节流孔板 分层调节减轻轻竖向失调 41 2 单双管混合式系统图3 20 沿重向分组 组内为双管 组间为单管 利用双管散热器可局部和单管系统提高水力稳定性优点 减轻了双管层数多时 重力作用压头引起的竖向失调严重的倾向 但不能解决起压问题 3 热水和蒸汽混合式系统对特高层建筑 金属大于160m 最高层水静压力超过一般的管路 附件和设备的承压能力 一般为1 6mpa 可竖向分三区 最高区利用蒸汽作热媒向冷水换热器供蒸汽 下面分区用热水图3 4 42 43 44 3 5分户热计量采暖系统分产热计量意义 按每户实际耗电量计费 节能 满足用户不同要求 优点 分户管理 控制调节 收费 不利 原系统多为垂直系统 进户主管为多根不易计算 不易调节一般改选成水平式 分户计量系统共同点 每户管路进出户处安装关断阀 进出口之一安装调节阀 有条件时安装流量计或热表 流量计和热表的安装位置 在回水管上水温低 有利延长使用寿命 但当有失水时 计算不准 较多装在入口 在竖井内系统型式 上供式 下供式和中供式 一个单元设一组供回水主管干管及同程或异程 有关热表内容自看 45 一 分户水平单管系统图3 22与传热水平系统主要区别a 水平支路长度限于一个住户之内 b 能分户计量与调节 c 可分类调节 1 型式分类 1 水平顺流图 a 2 同侧连接跨越 b 3 异侧连接跨越 c 2 所设阀门1 图 a 在水平支路上设关断阀 调节阀和热表 2 图 b c 还可在散热器支管上装调节阀 温控阀 图 b c 性能优于图 a 46 水平式特点 便于分户计算 调节 省管材 少穿楼板 水力稳定性好 易产生竖向失调 注意重力压头作用 排气问题 二 分户水平双管系统图3 23户内散热器并联 每组散热器装调节阀或温控阀 便于分组控制 图 a 两管位于散热管上下 同稳 图 b 两管均在散热器上方 图 c 两管位于散热器下方 图3 24分户水平单 双管系统单管 双管优缺点 可用于大户型及跃层式 三 分户水平放射式系统在每户的管道入口设分水器和集水器 各散器并联图3 25 分水器引出管呈辐射状埋地敷设 可单调 支管用铝塑复合管或PPR 各户有热表 支管上有调节阀 47 48 3 6热水采暖系统的作用压头作用压头 热水采暖系统循环所需要的动力 阻力损失 流体在系统中流动消耗的能量 作用压头 阻力损失一 重力循环热水采暖系统的作用压头重力循环 完全靠热媒供回水深度不同 从而密度不同形成的压力差循环的系统 重力循环作用压力 因密度差 高差所产生的压力差 在机械循环系统中也存在 是机械循环系统失调的重要因素之一 49 1 简单重力循环热水采暖系统的作用压头图3 56为只有一组散热器的简单系统简化 不考虑水在管道的散热 水在锅炉或换热器中被加热成温度 密度为 在散热器中冷却到回水温度 密度为 假设阻路最低点断面A A处有一阀门 突然将阀门关闭A A两侧所受水柱压力分别为 右侧 左侧 50 因为所以 两侧压力之差为 3 13 式中 重力循环热水采暖系统的作用压力 重力加速度 冷却中心到加热中心的垂直距离m 供水密度kg 回水密度kg 51 结论 由上式可见 重力循环作用压力的大事仅取决于冷却中心与加热中心的高差 及对应的水柱密度差 如 则时的重力作用压力为 2 重力循环单管热水采暖系统的作用压头图3 27 a 为重力循环上供下回单管式顺流式系统 立管上散热器串联 一个循环环路 只有一个共同的作用压头 按式3 13 52 式中 第一 二层散热器出水温度所对应密度kg 第一层散热器到加热中心 第二层散热器到第一层中心垂直距离m 第一 二层散热器到加热中心垂直距离m 在低温水范围内 水的密度差与温差成正比 常数对95 70气流 0 64对85 65气流 0 60将式3 15代入3 14 可得出立管上有N组散热器的重力作用 53 压头如下 式中N 主管上散热器总数 i 从底层起算的 散热器顺序数 分别为流出第i层i 1层散热器水的密度kg 分别为流出第i层i 1层散热器水的温度kg 水 第一层散热器到加热中心的距离 或第i与i 1层散热器间的垂直距离mHi 第i层散热器到加热中心的垂直距离m 54 对图3 27 a 中第二层散热器可写出对第一层散热器可写出将以上两式代入式3 14 可得到下面的垂力作用压头计算量式 55 式中 C 水的比热c 41873 kg c 第一层 第二层散热器的热负荷W 主管的流量kg s 参照式 3 17 对有多层散热器的单管项流式系统可写出其重力作用压头计算公式 其中第i层散热器的热负荷W 56 对95 20 的系统 将 0 64代入则式 3 16 3 18 可改写为下式公式结论 由式 3 19 看出 位于高处散热器对重力作用压头贡献大 负荷大散电器贡献大 或3 16 3 19不涉及水的密度 使用方便 式3 14 3 16也可用于计算图3 17 b 跨越式单管系统作用压头 但需注意 的取法 57 3 重力循环 双管热水采暖系统的作用压头图3 28所示双管系统各散热器并联 不计管道热损失 认为各层散热器进出水温相同 进出水密度都等于系统供回水强度所对应的密度 可写出通过各散热器的重力作用压头 对95 70 系统有 3 20 因各层不同 作用压力不同 上层比下层大 最底层散热器的作用压头最小 处于不利 设计计算应取第一层散热器作用压头为计算值 58 设计时注意 就将上层散热器多余的压头消耗在并联管路中 如图3 28 应取通过一层散热器管段1 2 3为计算环路 然后计算二层散热器管路 使水从A点流到B点经过管段4 5 6此流经1 2 3阻力损失大 大出的数额为二层与一层作用压头的差值 否则竖向失调 4 水平式系统的重力作用压头图3 29 a 为水平单管顺流式 b 为水平单管跨越式 其重力作用压头计算同公式 3 20 只需注意图中冷却中心到加热中心之间高度的取法 一般应取第一层作为作用压头 59 二 机械循环热水采暖系统的作用压头1 作用压头构成 水泵扬程 或热网压差 重力作用压头 水在管路中冷却产生的重力作用压头可忽略不计 2 计算公式 式中 P 热水采暖系统均的作用压头pa 余项解释见教材p573 重力作用压头的取值 从式 3 16 3 21 可见重力作用压头是随系统水温变化而变化的 在设计热负荷下最大 采暖初期或终期因负荷减小 供回水温度差最小 重力作用压头最小 60 相对于 而言 虽数值较小 见3 6 1 1 但是造成竖向失调的重要原因 因此须选各适数值来设计 使整个采暖期失调最轻 取采暖意外平均温度下对应的供回水温度来计算重力作用压头为设计值比较适宜 采用质调节对 接近于取最大值的2 3 4 对双管系统的考虑 如不计地管道热损失 不仅所有散热器并联 且有相同进出水温 对一条立管或水平支路上的各散热器回路 机械循环作用压头相等 便重力作用压头不同 最底层的重力作用压头最小 一般取通过最远主管最底层散热器环路作为最不利环路 5 对单管系统的考虑 如建筑物各部楼层相同 可不考虑重力作用压头 因各主管产生重力压头近似相等 如楼层不同 须考虑 61 三 单管系统散热器的小循环 图3 30中给出了单管系统散热器水循环及进流系数的基本组成单元的图示 进流系数 流入散热器流量与主管流量之比 主管线水平支路中流量为 进入散热器流量为 散热器进出口温度分别为 小循环作用压头 由于水在散热器内冷却 图中1 2点并联的管路间通过散热器的支路存在附加重力作用压头增加了 通过了散热器支路的流量称为 小循环作用压头 62 单管跨越式系统水循环作用压头的计算 散热器热媒平均温度为公式如忽略管道散热跨越管内水温为图3 30 a 中1 2点间的小循环重力作用压头 pg1 2为 散热器进出口间高差m 散热器进出口水的密度kg 63 对图 c d e 所示的水平系统 其重力作用压头为 3 24 式中 散热器的冷却中心 图中空心小圆圈 重水平支路管道中心的高差m注意 e 与 c a 中大的不同 64 2 单管采暖系统散热器的进流系数进流系数确定原理 并联节点压力平衡和考虑小循环作用压力由图3 30 a 的1 2两点可导出公式 水流经散热器及支管的阻力损失Pa 水流经跨越管及支管的阻力损失Pa 小循环重力作用压头Pa 65 按式 3 23 3 24 计算 式 3 25 的符号 当系统为上供下回垂直式时 取 当为下供上回取 用式 3 25 计算比较麻烦 须多次试算 因为散热器的进出口水温及流量未知 俄罗斯测试过 得到图表图3 21为重直单管的进流系数 当立 支和跨越管管径组合与图中一致时 可使用 上供式值大于下供式 下供式小循环用压头减少循环动力 不利于提高散热器流量 上供式相反 双侧连接 若两侧管径管长及局阻接近或相等 0 5若一侧阻力显著大于另一侧 0 5时 两者之和等于1 66 四 单管系统散热器进 出口水温的计算确定单管系统散热器进出口水温的意义 1 计算散热器的面积或片数 2 利用式 3 19 计算系统的重力作用压头 单管顺流式系统散热器 进 出口水温的计算图3 32 a 所示单管顺流式系统从底层到顶层散热器的热负荷分别为主管热负荷为 3 26 67 目前供热工程中流量因次采时kg h式 3 26 改写成 3 27 第二列第N层 可参照式 3 26 导出 可求气流出第二层散热器水温t2 68 将 3 2 代入上式 同理对第j层散热器可导出 式中 流出第j层散热器的水温 温水流方向 主管上第j层散热器之前 含第j层 所有散热器热负荷之和w 69 2 单管跨越式系统散热器的进出水湿计算 比较单管跨越式系统图3 32 b 与顺流式系统图 a 若高系统各层散热器的热负荷系统供回水温度相同 不计管道热损失 则各层散热器的水温度和主管中的混水温度也相同 但由于立管部分流量进入散热器 各层出水温度与顺流式不同 按图3 30 a 计算 进入散热器流量为 70 式中各项解释见教材p62从式 3 29 中导出 跨越式 1 当立管或水平支路的流量散热器热负荷及设计供回水温度相同时 单管跨越比顺流式散热器的平均温度低 散热器用量要增加 原则上只有已知后 才能确定散热器的出水温度 平均温度及散热面积并计算重力作用压头 71 3 7热水采暖系统的水力计算水力计算三种情况 1 已知系统各管段的流量和总作用压头 确定各管段的管径 设计 2 已知系统各管段的流量和管段管径 确定所需作用压头 选设备 3 已知系统各管段的流量和允许阻力损失 确定各管段的流量 校核 计算目的 计算阻力损失 与作用压力协调 计算方法 等温降和不等温降 72 一 等温降水力计算方法等温降方法原理 认为水流过垂直式系统各主管和水平式系统各水平支路时其温降相等 可用于异程或同程式 1 异程式系统等温降水力计算方法1 计算最不利环路系统有多个环路 一般计算异程式系统时 从最不利环路开始 最不利环路 允许平均比摩阻最小的环路称为最不利环路 对异程式 通常指距系统入口最远主管所构成的环路 图3 33热媒从O点进入有5个主管的异程式系统 第V主管为最不利环路 其平均比摩可用下式计算 73 根据和已知各管段设计流量 查水力计算表 得到在设计流量下各管和管径和实际比摩阻 如果 p未知 可用推荐比摩阻60 120pa m来确定管径和对应比摩阻 阻力损失为文所有的串联管段阻力损失之和 式中各项解释见教材P63 74 2 计算富裕压头值和富裕度比较系统可资利用的作用压头 P 资用压头 和计算出总阻力损失 求出富裕压头值 作用压头应留有10 以上的富裕度即 式中各项解释见教材P63 计算调整 如不满足上式 需调某些管段的管径如 10 放大管径如 10 要缩管径 或利用阀门 75 3 给出最不利环境干线的压力和阻力变化图 确定各主管的资用压力 水力计算完毕可给出汽供水干管回水干管全线的阻力损失 据此给出最不利环路干线的压力和阻力变化图 如图3 34所示 模轴为顺序截取的各管段长度及主管位置 纵轴为系统的作用压力或阻力损失 如1 2两点纵坐标连线的降度为主管 和主管 之间供水干管的阻力损失的数值及压力降低的情况 主管资用压力 1 图中还可得到各主管的资用压力 各主管与干管连接点压力的差值 即线段1 1 2 2 分别表示主管 的资用压力 76 4 计算其他主管的阻力损失 主管流量 等温降方法 各主管流量已确定 设计要求 使主管阻力与资用压力相等 防止实际流量偏离设计流量 如主管 的资用压力 由于管径规格限制 p不等于允许有一定的不平衡率为 15 即 剩余压头越小 反为不平衡率 反之亦然 77 当不平衡过大 运行时引起干管和立管中流量偏离设计工况重新分配 近处立管流量偏大 远处立管流量偏小 出现小平失调 减轻水平失调的方法 立管安调节阀 孔板消耗剩余资用压力 采用散热器恒温阀控制室温 水力计算采用不等温降法 2 同程式系统的水力计算各立管环路长度接近 适于采用等温降法 1 计算 主计算环路 最不利环路不一定是通过离入口最远立管环路 设H计算时不知道哪个环路为最不利 可称开始计算时的环路为主计算环路 78 先选定通过最远立管的环路为 主计算环路 如图3 35 a 双线所示管路 外网提供作用压头为 p 用与异程式方法一样计算出供水干管 立管V及回水采管的管径及阻力损失为验算富裕作用压力2 计算 次计算环路 选定通过最近立管 的环路为 次计算环路 图 a 中粗线确定立管I及回水干管1 到5 点的管径及阻力损失 H1 1 5 79 3 计算上述两并联环路阻力损失的不平衡率 使其值在 5 内 即公式 实际运行时 上述两环路阻力损失一定相等 即与一定重合 因此设计时应限制其不平衡率 4 绘制系统干管压力和阻力损失平衡图见图3 35 b 粗实线所示 在图上可知系统的富裕压力 总阻力损失 及各立管的资用压力 例如 立管 的资用压力 P 为I和I 点间的纵坐标差 80 5 确定其他立管管径已知其他各立管流量选管径 先计算立管的阻力损失并与相应主管的资用压力进行比较 使不平衡率在 10 以内 如立管 如不平衡率达不到要求 要改换立管管径 改换后还不满足 可能要调整个别供回水管管径 同程系统各立管环路管长基本相等 易于达到平衡要求 但不计算也会发生失调 一旦发生失调比异程式调整还要麻烦 实践中多次遇到中间立管欠热情况 也可选通过中间环路为 主计算环路 见图3 36中双线表示 对际止中间环路不热非常有效 81 二 不等温降水力计算方法计算原理 按并联环路阻力损失相等 目的 避免或减轻失调针对等温降方法远近立管的不平衡不满足要求 多用于垂直式单管异程式 近年来也开始用于水平式 垂直式为避免水平失调 水平式为避免竖向失调 举例 见图3 37为例 由四个大环路组成 异形式 首先应分别用不等温降法计算四大环路ABCD然反对各环路平差 假定系统总负荷每个环路热负荷分别为 82 计算步骤如下 1 计算最远立管V环路的平均比摩阻 或60 120选 2 设最远立管V的温降比 设计供回水温降大2 5 由此根据该立管热负荷求流量 根据流量和确定主管V 干管5和5 的管径及阻力损失 83 3 选定主管IV的管径 主管IV与管路5 V 5 并联 根据并联管路阻力损失相等原理 用当量局部阻力系数方法求出立管IV的流量和温降 式中当水温一定d一定A值是定值 可查有关教材与手册 计算局部阻系数 当量局部阻力系数 值可查有关教材或手册 然后确定干管4 4 的管径并计算阻力损失 84 同样方法顺次确定主管 的管径 流量和温降及干管3 3 2 2 1 1 的管径及流量 假设计算出环路A 从b立管V b 的总阻力损失为4513pa 总流量为1196kg 用同样的方法计算其他各环路 得到各管段的管径 流量及阻力损失以及各立管的温降 假设计算得到各环路的总阻力损失和总流量如下 见教材P66 从计算结果可见 并联环路的计算阻力不等 而实际运行时 一定相等 须进行平差 按各并联环路阻力相等条件重新分配流量 85 对并联环路平差 步聚如下 a 对A B环进行平差 增加B环流量 使B环与A环阻力损失相等 由于阻力损失与流量平方成正比 当B环流量增加到 其阻力损失与A环相等 通过此两环的总流量应为1196 1238 2434kg h 此时用总流量计算管段ab a b的阻力损失设为75pa则A 或B 环 由a A 或B a 的总阻力损失为4513 75 2 4663pa 86 b 对C D环进行平差 使C环流量增加到1070kg h时 C与D环的阻力损失同为4050PA 通过两环的总流量应为1070 900 1970kg h假设用总流量算出管理ac a c 的阻力损失为100pa通过C环的总阻力损失为4050 100 2 4250Pa c 对A B 环与C D 环进行平差 通过C与D环总流量为2064kg h时 则A B 环与C D 环的阻力损失同为4663pa CD环的流量增加2064 1970 4 75 其值分别为C环1121kg h D环943kg h 完成四个环路的平差 系统总流量为2434 2064 4498kg h 87 用平差反总流量和已知的总热负荷 算出系统的总温率为26 8 调整平等后的总温降 得出流量和总阻力损失 如该采暖系统与外网 或独立热源 相连 系统总温降与外网设计供回水温差应一致 如为25 上述计算总温降应减少25 26 8 0 93倍 即各环 各管段的流量应增大 1 0 93 1 075 系统总流量应为4498 1 075 4835kg h A B C D环的流量分别为1286 1331 1205 1014kg h 系统总阻力损失为4663 1 075 2 5389pa 88 10 计算各环的温降调整系数 温降调整系数与流量调整系数成反比 可算出A环流量调整系数为公式同样得B C D环 流量调整系数 取倒数得各环温降调整系数 用温降调整系数乘各立管第一计算出的温降得到最后温降用计算散热器面积 由于各主管温降不同 通常计算结果为近处主管流量比等温降法计算得到的温差小而流量大 散热器面积会减少 可改善水平失调 89 3 8热水采暖系统的失调与调节产生失调原因 气象条件 室外温度 风速 向 太阳辐射强度等 的变化用户能水平的变化 系统服务对象条件变化 解决失调 调节 一 热水采暖系统的失调失调分类 水力失调 热力失调 水力失调 流量分配偏离设计要求 引起热力失调的主要原因之一 热力失调 供热量及室内温度偏离设计要求 垂直失调 水平失调 设计目标 各层间符合设计要求 单管与双管失调原因不同 90 二 热水采暖系统的调节 一 调节方法 有多种 按时间 初调节 刚投入运行时将各用户散热器流量调到设计工况 运行调节 运行过程中随外界因素变化进行 初调节方法 首先利用阀门将各建筑入口流量调到设计流量然后调各大环 立管 支管 按调节地点 集中调节 在热源处 调控范围大 简便易于实现 是主要调节方式 局部调节 在热力站或是用户入口处 个体调节 用热设备处应以集中调节为主 以局部 个体调节为辅 91 按调节号数 1 质调节 改变热媒供回水温度 2 量调节 改变热媒流量3 质量流量调节 同时改变热媒流量与温度4 间歇调节 改变每时供热小时数 二 热水采暖热负荷集中调节的基本公式调节实质 在室外温度变化时改变供热条件 使供热负荷跟踪用户热负荷 调节依据 热平衡原理 即不计管路热损失 房间采暖耗热量等于散热器供热房间的热量 等于系统输送热量见图3 38 92 在任意室外温度T0下有 93 在采暖室外计算温度下 同样可写出如下平衡式 94 相对热负荷 运行调节时 某一室外温度下的采暖热负荷与设计热负荷之比称为相对热负荷 用表示 则有 相对流量 在下的流量与设计流量之比称为相对流量 用表示有 为便于分析 以为采暖热负荷与室外温度成正比变化 即 95 综合上述公式可得到 式 3 45 是采暖热负荷调节的基本公式 整个采暖期都应使室内温度保持不变 设计参数已知 则式 3 45 有四个未知数只有三个联立方程 须根据不同的调节方法补充条件才能求解 如采用质调节时 改就供回水温度 不改变流量三个方程求解三个未知数 96 用户为直