热能、流体力学及采暖、生活热水系统基础

1、2007 kick off meeting trainningFeb., 20071热能、流体力学与采暖、生活热水系统基础热能、流体力学与采暖、生活热水系统基础q热能动力及流体力学基础热能动力及流体力学基础q燃气燃烧技术基础燃气燃烧技术基础q采暖系统基础采暖系统基础q壁挂炉系统结构及零部件壁挂炉系统结构及零部件基础基础q电热水器基础电热水器基础2007 kick off meeting trainningFeb., 20072q热量和温度热量和温度q能量与功率能量与功率q热量的传递热量的传递q流体力学基础流体力学基础热能动力及流体力学基础热能动力及流体力学基础2007 kick off mee

2、ting trainningFeb., 20073温度温度是一个用于度量一个物体或环境的物理单位，它是热运动的指数；当热量减少时，温度也随之降低。热量热量是由分子运动而产生的一种能量形式；热量的计量单位是千卡（Kcal）或千瓦（kW），1千卡(1kcal)的定义为使1千克（或1升）的水温度升高1摄氏度(从14.5到15.5)所需要的热量。热量和温度热量和温度2007 kick off meeting trainningFeb., 20074 所有的温度标定都建立在两个不变的温度定值上，然后根据一定的计量系统指定不同的温度值。这两个固定的温度值是： 1、蒸馏水凝固（结冰）时的温度作为下限。 2、

3、蒸馏水沸腾（变水蒸气）时的温度作为上限。摄氏标度摄氏标度（最常用）把两个固定值（冰点沸点）分别定值为0和100，然后在两者之间平均划分为100份。它的标识是摄氏度（）。温度标度温度标度摄氏标度摄氏标度水沸腾温度100水结冰温度0温度标度温度标度2007 kick off meeting trainningFeb., 200751 千克油千克油温升 1C温升 2 C1 千克水千克水能量供应=1Kcal我们很容易发现：在相同的条件下提供等量的热量（Q）时，不是所有的物体都被加热到相同的温度，因为每种物质都有不同的“热容量热容量”，这一特性根据物体的性质和质量而改变。在质量相等的条件下，热容量大小仅

4、仅跟物体的性质有关；决定吸热量大小的性质称为“比热比热”。因此，我们把一个物体（固体、液体或气体）的比热比热（C）定义为：单位质量的某种物质，温度升高1所吸收的热量，单位为千卡/（千克C） 。比比 热热2007 kick off meeting trainningFeb., 20076其 中：“Q”为提供的热量“M”为物体质量,单位Kg “C”为物体比热“T2”为最终温度“T1”为起始温度物质物质 钢钢铜铜水水蒸气蒸气油油空气空气C (kcal / kg C)0.110.11.00.480.470.23公式公式 : Q = M C (T2-T1)几种常见物质的比热几种常见物质的比热2007 k

5、ick off meeting trainningFeb., 20077什么是能量？什么是能量？ Q =M C T 其中，Q是提供的热能，“M”是物体的质量（例如，容器中的储水量），“T”是温差（最终温度-初始温度），“C”是物体的比热（水的比热等于1）。 我们可以看以下例子我们可以看以下例子：在1分钟内要使10升的水从15加热到40需要多少热量？M = 10 升（10kg)C = 1(kcal / kg C)T = 40 -15 =25 将这些数据放到上述公式中，我们可以得到： Q = 10 x 1 x 25 = 250 kcal能量与功率能量与功率2007 kick off meeting

6、 trainningFeb., 20078功率功率 可简单理解为做功的速率，即单位时间内所做的功的多少.功率功率 =能量能量时间时间通常以千瓦(kW)作为单位，千瓦与千卡小时的换算关系如下：1 kW = 860 kcal/h如果热水器在一分钟内把升水加热温升25 C. 那它的输出功率为多少：P = 10 (kg /min) x 1 (kcal/kg C) x 25 (C) = 250 kcal/min实际上，如果把250 千卡/分钟乘以分钟的话，即得到 以千卡/小时为单位的数值.250 kcal/minute x 60 minutes = 15,000 kcal/h 如果除以的话，换算得到以千

7、瓦为单位的数值P = 15,000 kcal/h / 860 = 17.44 kW 什么是功率什么是功率?2007 kick off meeting trainningFeb., 20079容积容积 200 l “m” 热量供给热量供给 “Q”让我们来假设一种情况:一个容器内盛有200L水,加热两个小时从15度加热到60度.该情况下所需的供热功率是多少?功率的确切意义功率的确切意义容器容器 1Q = M x C x T = 200 x 1 x (60 - 15) = 9000 kcalP= Q tP= 9000 kcal 2 hP = 5.23 kWP = 4500 kcal/h2007 ki

8、ck off meeting trainningFeb., 2007101. 热对流热对流2. 热传导热传导3. 热辐射热辐射热对流热对流由中间介质（流动的气体或液体）来传递热量,使热量从高温物体传递到低温物体上的热量传递方式。介质流传递热量热量的传递热量的传递2007 kick off meeting trainningFeb., 200711T1= 20CT2 = 5 Cs物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导热传导，这是最普遍的一种热传递方式。分子内部的振动传导热量,使得能量从高温一面传递到低温一面.热传导或多或少取决于材料类型,实际应用中,热传导在金属中比较容易进行,特

9、别是银、铜和铝等。热传导在非金属介质中比较难以进行，如石头、砖块、无机纤维、木头和毛绒制品等。热传导热传导2007 kick off meeting trainningFeb., 200712热辐射热辐射指的是依靠射线辐射传递热量，日常生活中最常见的就是太阳辐射。实际上，热辐射时刻都在进行，热源对周围的物体进行着热辐射，不需要介质传导。就象太阳将热量传递给地球。这三种散热方式都不是孤立的，在日常的热量传递中，这三种散热方式都是同时发生，共同起作用的。热辐射热辐射2007 kick off meeting trainningFeb., 200713定义液体运动的三个基本因素是：压力压力流量流量速

10、度速度流量流量的定义是：在单位时间内，垂直方向流过管子的截面S的液体（水）体积。速度速度的概念在机械学中广为人知，它是指单位时间内运动的距离，单位: m/s或km/h。水闭合区 “S”流体力学基础流体力学基础2007 kick off meeting trainningFeb., 200714压力压力面积面积p = FSP1“F1”S1P2“F2”S2AB物体单位面积上受到的压力叫做压强压强。单位有：帕斯卡，巴，大气压及毫米水柱（mmH2O）等。压强压强= 压压 强强2007 kick off meeting trainningFeb., 200715kg/cm2帕斯卡帕斯卡Pa巴巴 bar标

11、准大气压标准大气压atm兆帕兆帕Mpa毫米水柱毫米水柱mm H2O kg/cm219.81 x 1040.9811.0339.81 x 10-2104帕斯卡帕斯卡 Pa1.02 x 10-5110-50.987 x 10-510-61.02 x 10-1巴巴 bar1.0210511.0130.11.02 x 104标准大气标准大气压压atm0.9681.013 x 1050.98710.10130.968 x 104兆帕兆帕Mpa10.21061010,1311.02 x 105毫米水柱毫米水柱mm H2O 10-498.19.81 x 10-41.033 x 10-49.81 x 10-5

12、1在日常实践中在日常实践中, 我们可以按如下计算我们可以按如下计算:1 atm = 1 bar = 1000 mbar1 mbar = 10 mm H2O = 100pa1 Mpa = 10 bar压强标度压强标度2007 kick off meeting trainningFeb., 200716截面突然增大管径缩小 90弯头 由磨擦造成的能量损失，通常在液体中称为“流体能量损失”（字母符号Y），并且用米液柱或毫巴来表示。它主要受以下几个因素的影响： 液体速度（V）； 容器壁的延伸情况，即它的截面积（R）； 容器壁的性质和粗糙程度； 需考虑的管长； 以下的A、三幅图表示了上述几种情况下液体流

13、动的变化： 水流阻力水流阻力2007 kick off meeting trainningFeb., 2007燃气燃烧技术燃气燃烧技术基础基础2007 kick off meeting trainningFeb., 200718H2+1/2 O2=H2OCO+1/2 O2=CO2燃气: NG/LPG/TG氧气助燃: 空气点火CH4+2 O2=CO2+2 H2OC3H8+5O2=3CO2+4H2O燃气燃烧燃气燃烧2007 kick off meeting trainningFeb., 200719过剩空气系数过剩空气系数 =V1/V2 V1: 燃烧实际所需空气量 V2: 燃烧理论所需空气量 =1

14、.31.8 火焰颜色: 兰色不正常的不正常的: 黄焰黄焰 : 1.8 or H2 / O2 / CO / 惰性气体燃气: NG/LPG/TG点火氧气助燃: 空气燃气燃烧燃气燃烧2007 kick off meeting trainningFeb., 2007205R:低热值低热值: 3500kCal/m3 (14,5 MJ/m3)成分成分:H2/CO + N2/inert gases杂质：萘、焦油、灰尘等杂质：萘、焦油、灰尘等特性特性: 有毒性, 易回火, 低的燃烧热值, 需要大管径的燃气管 ( ”) 大的煤气表: 13kW3m3/h 17kW4m3/h 21kW5m3/h 炼焦厂 钢铁工业人

15、工气人工气 (5R/6R/7R)2007 kick off meeting trainningFeb., 200721天然气天然气(12T/10T)12T: 低热值低热值: 8600KCal/m3 (36 MJ/m3)成分成分: CH4+ N2/惰性气体 空气 / LPG: 40%LPG + 60% 空气特性特性: 热值稳定, 喷嘴直径大小: DTG DNG DLPG 空气需求量: NTG NNG NLPG所需燃气表: 17KW2.5m3/h 32KW4m3/h2007 kick off meeting trainningFeb., 200722液化气液化气(LPG)2)需要大量的空气混合燃烧

16、,否则会出现黄焰20 Y: 低热值低热值: 25000KCal/m3 (100 MJ/m3)成分成分: C3H8 / C4H10 密度密度: 2.36Kg/m3 (气态) 特性特性: 1) 在0.20.3MPa的压力下易液化, 象家用液化气罐.2007 kick off meeting trainningFeb., 200723燃气压力燃气压力标准压力: 人工气: 1000Pa (10 mbar) 天然气: 2000Pa (20 mbar) 液化气: 2800Pa (28 mbar)适用范围 = 标准压力 500Pa (5mbar)压力波动值 实际气压* 5%壁挂炉进气压力检测壁挂炉阀后压力检

17、测2007 kick off meeting trainningFeb., 200724注注 意意!爆炸极限(%)TGNGLPG5.935.651529COO22007 kick off meeting trainningFeb., 200725中国燃气信息中国燃气信息2007 kick off meeting trainningFeb., 2007采暖系统采暖系统基础基础2007 kick off meeting trainningFeb., 200727什么是采暖系统？什么是采暖系统？用户的舒适度用户的舒适度热源：如壁挂炉热源：如壁挂炉散热体散热体: 如如散热片散热片水作为介质来将热量从供

18、热源传递到终端受热体。2007 kick off meeting trainningFeb., 200728散热片材质散热片材质: 钢 铝 铸铁传统的散热片60% 对流40% 辐射现代的散热片已经在美观和实用性上与现代家具完美结合，不会造成感官的不舒服。现代散热片 (低温采暖系统)60% 辐射40% 对流散热片散热片2007 kick off meeting trainningFeb., 200729风机盘管风机盘管是一种翅片管式热交换器，通过风机强制对流换热。它之所以被广泛使用，是因为它不但能够满足供暖的需求，还可以满足制冷的需求，另外风机盘管还能提供生活热水和冷水。但但风机盘管热对流的舒适

19、度相对于散热片和地暖来说要差很多！风机盘管风机盘管2007 kick off meeting trainningFeb., 200730地暖地暖是所有采暖方式中最舒适、节能的方式。因为热量分布均匀适中，热量以辐射的方式从下往上散发，室内空气温度上低下高，热量分布合理，符合人体生理需求的垂直温度梯度分布，使人有头凉脚暖的舒适感觉。较低的室内空气温度及始终的相对湿度，可有效避免皮肤和呼吸道干燥，营造出温暖、舒适、健康的生活环境，同时能量消耗少，运行成本低 。体温体温地暖温度地暖温度地暖方式地暖方式散热片方式散热片方式地地 暖暖风机盘管风机盘管方式方式2007 kick off meeting tr

20、ainningFeb., 200731地暖系统地暖系统是由热源（如壁挂炉）、集分水器、各种阀、泵、控制装置和采暖管等组成的。采暖管使用钢管、铜管或塑料管。目前塑料管是最普遍的方式。热反射层热反射层表面覆盖表面覆盖金属支撑网金属支撑网水泥层水泥层传统刮板传统刮板地暖管地暖管壁脚板壁脚板墙体保温墙体保温保温板保温板地面采暖结构图地面采暖结构图墙体保温墙体保温地板材料地板材料地暖管地暖管保温卡件保温卡件 保温层保温层间距间距地暖系统地暖系统水泥层水泥层2007 kick off meeting trainningFeb., 200732采暖系统采暖系统舒适度舒适度节能节能家具影响家具影响空气调节的多

21、空气调节的多功能性功能性传统散热片传统散热片无现代散热片现代散热片低温采暖系统无风机盘管风机盘管地暖系统地暖系统 注意：注意：对于独立分隔的用户，空调采暖系统比风机盘管采暖系统的舒适性更差。采暖系统比较采暖系统比较2007 kick off meeting trainningFeb., 200733系统中水流的最大速度应当是2m/s，高于这个速度会产生噪音，而且水流能量损失也大大增加，下表中列出了水速为0.51m/s时，适配的管子管径大小，以及它能够达到的每小时输热量： 采暖系统中最大的水流速度采暖系统中最大的水流速度直径直径2007 kick off meeting trainningFeb

22、., 2007342331同程式循环系统同程式循环系统1:燃气式燃气式壁挂炉2:水平同轴水平同轴/双管双管烟气管3:落地式落地式风机盘管/散热器2007 kick off meeting trainningFeb., 200735 异程式循环系统异程式循环系统：它也能运用在前例中，它能：它也能运用在前例中，它能使不同的回路之间保证最佳的水力平衡使不同的回路之间保证最佳的水力平衡(如图所示如图所示)异程式循环系统异程式循环系统2007 kick off meeting trainningFeb., 200736模块化系统由在同一个平面上供暖系统连接体等组成，连接体上连接有一定数量通到各个供暖系统

23、的供暖管。在不同的楼层有不同数量的供暖系统，所有系统都是通过供暖连接体向各个方向分支。.每个独立系统的沿程阻力很小，且容易安装，我们只需要将风机盘管/散热器与此分配器连接起来即可。模块化分配系统模块化分配系统2007 kick off meeting trainningFeb., 2007壁挂炉系统结构及零部件壁挂炉系统结构及零部件基础基础2007 kick off meeting trainningFeb., 200738壁挂炉壁挂炉两个功能两个功能:房间采暖 + 热水供应两个设备合二为一两个设备合二为一:供热源 (采暖炉) + 快速式热水器2007 kick off meeting tra

24、inningFeb., 200739A 供暖系统供水B 生活用水热水出水C 燃气接口D 生活用水冷水进水E 供暖系统回水 GENUS PREMIUN 冷凝壁挂炉冷凝壁挂炉系统水力图系统水力图2007 kick off meeting trainningFeb., 200740自来水进口GENUS壁挂炉壁挂炉系统水力图系统水力图2007 kick off meeting trainningFeb., 200741GENUS 壁挂炉水力组件壁挂炉水力组件膨胀水箱膨胀水箱供热回水供热回水NTC2 主进水管主进水管自动排气阀自动排气阀水泵水泵3bar安全安全阀阀三通阀三通阀主出水管主出水管二次换热器二

25、次换热器自动旁通自动旁通供暖进水供暖进水NTC2过热温控过热温控主热交换器主热交换器生活用水生活用水出水出水NTC供暖压力传感器供暖压力传感器2007 kick off meeting trainningFeb., 200742NTCb火排火排膨胀水箱膨胀水箱水罐水罐加热盘管加热盘管气阀气阀三通驱动马达三通驱动马达循环泵循环泵壁挂金刚壁挂金刚系统示意图系统示意图2007 kick off meeting trainningFeb., 200743风压开关风压开关火排火排气阀气阀三通切换马达三通切换马达燃气接口燃气接口供暖系统回水供暖系统回水加热盘管回水加热盘管回水加热盘管进水加热盘管进水供暖出

26、水供暖出水膨胀水箱膨胀水箱排烟系统排烟系统水泵水泵超高温保护温超高温保护温感感 (105C)供暖出水温感供暖出水温感(85C)水罐温感水罐温感 (40-70 C)组合金刚组合金刚系统示意图系统示意图2007 kick off meeting trainningFeb., 200744热交换器热交换器生活用水进水生活用水进水供暖系统回水供暖系统回水供暖系统出水供暖系统出水生活用水出水生活用水出水单热交换器壁挂炉单热交换器壁挂炉系统示意图系统示意图2007 kick off meeting trainningFeb., 200745转子转子电机电机 Diffuser外壳外壳+离心泵离心泵的性能参数

27、主要有以下5个：落差落差流量流量转数转数功率功率效率效率落差落差“H”是泵移动一定量的水时所能克服的高度差或阻力（力量损失），计量单位是米水（m.c.a）。流量流量“q”是单位时间内泵能够移动的水量，计量单位m3/h。转数转数“n”表示涡轮每分钟转动的次数。功率功率“Pu”是指泵的有效功率，通过流量乘以落差来获得。效率效率“”是有效功率（Pu）和输入功率（Pa）之间的关系。离心泵离心泵2007 kick off meeting trainningFeb., 200746H1H2H3q1q3q2水泵性能曲线水泵性能曲线性能曲线性能曲线对于离心泵来说，它的两个性能参数“落差和流量”是密切联系的，其

28、中一个改变，另一个也随之发生变化。实际上，每一个流量值“q”都有一个落差值“H”与之相对应，我们可以通过图表曲线表现这种对应关系，如下：离心泵离心泵2007 kick off meeting trainningFeb., 200747实际工作点实际工作点泵的性能曲线管路性能曲线 实际工作点实际工作点 通过前面的讲解，我们已经了解到由于管径缩小，散热器和阀体等物的存在，系统中会有阻力，这就必然导致水流速度及流量的降低；为了克服这些阻力，我们的离心泵需要具有一定的性能来补充这些能量损失。克服这些能量损失所需的落差大小可根据下图所示的“管路性能曲线”来定”。图表上泵的性能曲线与管路性能曲线的交点就是

29、“实际工作点”。离心泵离心泵2007 kick off meeting trainningFeb., 200748当系统中装入了一个泵之后，对泵必须保证永远有水循环（例如安装了区域阀或温控阀时）。当这一点得不到保证时，可能会产生热水炉内部的过热现象。正因为这样，循环系统中还加装了一个旁通阀。如今，几乎所有的壁挂炉都串联有这个装置，以保证防止过热必需的最小流量，因此无需安装人员考虑加装到系统中。 By-pass(by Genus Boiler)旁旁 通通2007 kick off meeting trainningFeb., 200749系统关系统关系统开系统开锅炉连接口锅炉连接口 水水氮气或空

30、气氮气或空气膨胀水箱进口和控制阀膨胀水箱进口和控制阀橡皮膜橡皮膜水水封闭式膨胀水箱最常用的一种是带橡皮膜的，其作用如下：容纳水的体积膨胀部分容纳水的体积膨胀部分在任何运行条件下保持系统压力在任何运行条件下保持系统压力适当加压以平衡系统内的流体静压适当加压以平衡系统内的流体静压 封闭式膨胀水箱的主要工工作原理作原理是当水在加热过程中体积发生变化时，相应地压缩或释放气囊。膨胀水箱膨胀水箱气体气体水水2007 kick off meeting trainningFeb., 200750带密封膨胀水箱的所有系统必须安装安全阀 安全阀的额定压力必须大于系统的操作压力安全阀的作用是当系统的在膨胀水箱损坏或

31、者膨胀水箱缺水的情况下保护系统免遭损坏当膨胀水箱由于损坏或者不能充分吸收供暖系统中由于水温上升而引起的水的膨胀体积时，安全阀的阀门打开，释放供暖系统中膨胀的水，从而泄压所有阿里斯顿壁挂炉都配有一个安全阀。所有阿里斯顿壁挂炉都配有一个安全阀。一般校准到2.5 bar安全阀安全阀2007 kick off meeting trainningFeb., 200751排气阀离心泵自动排气阀自动排气阀作为一个阀门，主要的作用是释放出供暖系统中的存在的气体，但保证系统中的水不向外泄漏。自动放气阀一般安装在系统的最高点或分水器上，在壁挂炉或家庭供暖系统上，排气阀一般安装在循环泵上。所有所有ARISTON壁挂

32、炉都配有一个壁挂炉都配有一个排气阀排气阀自动排气阀自动排气阀2007 kick off meeting trainningFeb., 200752主热交换器主热交换器GENUS系列主系列主热交换器热交换器示意图示意图晶蓝套管式热交换晶蓝套管式热交换器器2007 kick off meeting trainningFeb., 200753HEAT EXCHANGER主换出来的热水进入主换出来的热水进入A, 通过热交换通过热交换从从 B流出流出,生活用水由生活用水由C流入被加热流入被加热后从后从D流出流出,用于终端热水使用用于终端热水使用. 次热交换器次热交换器2007 kick off meet

33、ing trainningFeb., 2007541气阀出气2 阀后压检测口3最大功率调节螺母4阀前气压检测口 5进气管6点火器7最小功率调节旋钮8燃气补偿口12437856气阀组件气阀组件SIT 845 气阀(用于GENUS壁挂炉)燃烧组件燃烧组件(用于GENUS壁挂炉)2007 kick off meeting trainningFeb., 200755燃烧工况分析口燃烧工况分析口 “+“ 压力进气口压力进气口 “-“压力进气口压力进气口“霍尔霍尔” 传感器传感器风机系统风机系统(用于GENUS壁挂炉)2007 kick off meeting trainningFeb., 200756同

34、轴排烟系统同轴排烟系统双管排烟系统双管排烟系统排烟系统排烟系统 壁挂炉有两种排烟系统可供选择:1)同轴烟管系统(60/100mm);2)双管系统(80/80mm).2007 kick off meeting trainningFeb., 200757同轴同轴 60/100 或或 80/125 双管双管 80/80 烟管的走向烟管的走向2007 kick off meeting trainningFeb., 2007电热水器基础电热水器基础2007 kick off meeting trainningFeb., 2007结构特征结构特征保温层内胆镁棒4)电加热棒5)温度控制6)温感1234562

35、007 kick off meeting trainningFeb., 2007钛金搪瓷涂层钛金搪瓷涂层钛金搪瓷涂层是由搪瓷钛金搪瓷涂层是由搪瓷高温下均匀涂在内胆表高温下均匀涂在内胆表面面. (平均厚度平均厚度: : 250 微微米米).在在850 850 高温高温 保证搪保证搪瓷牢固完好的涂在内胆瓷牢固完好的涂在内胆表面表面2007 kick off meeting trainningFeb., 2007加热棒加热棒阿里斯顿阿里斯顿2007 kick off meeting trainningFeb., 2007垫垫 圈圈2007 kick off meeting trainningFeb.

36、, 2007温控单元温控单元工作原理图工作原理图2007 kick off meeting trainningFeb., 2007温控器温控器2007 kick off meeting trainningFeb., 2007312氧气分子的溶解 (O2)水分子 ( H2O )铁原子 (内胆的主要构成元素)氧化物 (锈), 被腐蚀的 镁棒保护镁棒保护2007 kick off meeting trainningFeb., 2007镁棒保护镁棒保护2007 kick off meeting trainningFeb., 200712镁原子 (镁棒的组成元素) 氧化镁 MgO镁棒保护镁棒保护2007

37、 kick off meeting trainningFeb., 2007起隔离冷起隔离冷/热水作用的连接件热水作用的连接件: N.571397隔离连接件隔离连接件 2007 kick off meeting trainningFeb., 2007有手动泻压杆有手动泻压杆无手动泻压杆无手动泻压杆安全阀安全阀2007 kick off meeting trainningFeb., 200712345LN电气原理图电气原理图电气原理图电气原理图一级温控(2) 二级温控Led 指示灯 加热管(5) 接地保护2007 kick off meeting trainningFeb., 20072134(1) 热水管出口(2) 温感套(3) 冷水管进口(4) 加热棒 工作状态工作状态2007 kick off meeting trainningFeb., 2007冷水被加热过程中的温度分布冷水被加热过程中的温度分布2007 kick off meeting trainningFeb., 2007整体安装的位置整体安装的位置注意保持热水和冷水管的原始位置（向下向下）2007 kick off meeting trainningFeb., 2007