暖通专业基础知识

暖通专业基础知识一、暖通专业的定义与范畴暖通专业，全称为供热通风与空气调节工程，是建筑环境与能源应用工程学科的重要组成部分。它主要研究如何通过工程技术手段，创造并维持满足一定要求的室内环境，同时实现能源的高效利用与可持续发展。其核心目标包括：提供适宜的温度、湿度、空气流动速度和空气洁净度，以保障人体健康舒适、满足工艺生产需求，并在此过程中注重节能与环保。该专业的范畴广泛，涵盖了供暖系统、通风系统、空气调节系统、燃气供应系统、建筑给排水系统（部分院校或标准中）以及相关的能源转换与利用设备等。从居住建筑到公共建筑，从工业厂房到特殊环境（如洁净室、实验室），都离不开暖通技术的支撑。二、热舒适与室内环境（一）热舒适的影响因素人体的热舒适感是一个复杂的生理和心理过程，受到多种因素的综合影响。主要包括：1.空气温度：环境空气的温度是影响热舒适最直接的因素。在其他条件适宜的情况下，人体感到舒适的空气温度范围通常在一定区间内。2.空气湿度：空气中水蒸气的含量。过高的湿度会阻碍人体汗液蒸发，使人感到闷热；过低的湿度则会导致皮肤干燥、呼吸道不适。3.空气流速：空气的流动速度。适当的空气流动可以促进人体散热，在高温环境下尤为重要，但过强的气流可能带来吹风感。4.平均辐射温度：周围物体表面温度对人体辐射换热的影响。例如，寒冷季节靠近冰冷的窗户会感到局部寒冷。5.人体活动强度：不同的活动量产生的热量不同，对环境的热需求也不同。6.衣着热阻：衣物的保暖性能，直接影响人体向环境的散热量。（二）室内空气质量除了热舒适，室内空气质量（IAQ）对人体健康至关重要。主要关注以下方面：1.新风量：保证足够的新鲜空气供应，是稀释室内污染物、维持良好IAQ的基础。2.污染物浓度：包括颗粒物（PM2.5等）、挥发性有机化合物（VOCs）、甲醛、二氧化碳、细菌、霉菌等。需通过合理通风、空气净化等手段控制在限值以内。三、传热学与热力学基础传热与热力学是暖通专业的理论基石。（一）传热的基本方式1.导热：热量从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分，或在相互接触的物体之间从温度较高的物体传到温度较低的物体。例如，通过墙体的传热。2.对流：由于流体的宏观运动，将热量从一处带到另一处的现象。例如，暖气片中热水加热空气，热空气上升形成对流。3.辐射：物体以电磁波的形式向外发射能量的过程，不需要任何介质。例如，太阳向地球传递热量，人体感受到的暖气设备的热辐射。在实际工程中，这三种传热方式往往同时存在，共同作用。（二）热力学基本定律1.热力学第一定律（能量守恒定律）：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这是分析供暖空调系统能量转换与消耗的基础。2.热力学第二定律：热量总是自发地从高温物体向低温物体传递，而不可能自发地从低温物体向高温物体传递而不引起其他变化。这一定律揭示了能量传递的方向性和不可逆性，也为制冷循环、热泵循环等技术提供了理论依据。四、暖通空调系统的构成与分类（一）按空气处理设备的集中程度分类1.集中式系统：空气处理设备（如空气过滤器、加热器、冷却器、加湿器、除湿器等）集中设置在空调机房内，处理后的空气通过风管输送到各个房间。其特点是处理空气量大，便于集中管理和维护，但风管布置复杂，占用建筑空间较多。2.半集中式系统：除了集中的空调机房外，在各个房间或区域还设有二次空气处理设备，如风机盘管、诱导器等。它结合了集中式和分散式系统的优点，灵活性较好。3.分散式系统（局部式系统）：将空气处理设备、冷热源和风机等都集中在一个箱体内，形成一个独立的空调机组，直接放置在需要空调的房间或邻室。如窗式空调器、分体式空调器等。其安装方便，使用灵活，但处理能力相对较小。（二）按承担室内负荷的介质分类1.全空气系统：室内负荷全部由经过处理的空气来承担。2.空气-水系统：室内负荷由空气和水共同承担，如风机盘管加新风系统。3.全水系统：室内负荷全部由水来承担，如风机盘管系统（无新风时）、辐射供暖供冷系统。4.制冷剂系统：制冷剂直接在室内末端设备中蒸发或冷凝，与室内空气进行热交换，如分体式空调、多联机系统。五、供暖系统供暖系统的作用是在冬季向室内提供热量，以维持一定的室内温度。（一）供暖系统的组成主要由热源、输热管道和散热设备三部分组成。1.热源：提供热量的设备或装置，如锅炉（燃气、燃油、电、燃煤）、热泵机组、城市热网等。2.输热管道：将热量从热源输送到各个散热设备的管道系统，通常采用水或蒸汽作为热媒。3.散热设备：将热量传递给室内空气的设备，如散热器、暖风机、地暖盘管、辐射板等。（二）常用供暖方式1.散热器供暖：通过散热器内的热水或蒸汽将热量散发到室内。2.地板辐射供暖：以低温热水或发热电缆为热媒，通过地板向室内辐射散热。具有舒适性好、节能等优点。3.热风供暖：通过加热空气，再将热空气送入室内，如暖风机、空气幕。六、通风系统通风系统的主要作用是排除室内的污浊空气，补充新鲜空气，并在必要时对空气进行净化处理。（一）通风的分类1.自然通风：依靠室内外空气的温度差（热压）或室外风力（风压）形成的空气流动进行通风换气。经济节能，但受外界环境影响大，通风效果不稳定。2.机械通风：依靠风机提供的动力来实现空气流动。可以有效控制通风量和空气流向，通风效果稳定可靠，但需要消耗电能。（二）常见通风系统形式1.全面通风：对整个房间进行通风换气，以改善整个房间的空气质量。2.局部排风：在污染物产生的地点直接将污染物捕集并排出室外，是控制室内空气污染最有效的方法之一，如厨房排烟罩、实验室通风柜。3.局部送风：将经过处理的新鲜空气或舒适空气直接送到人员活动的区域。七、空气调节系统空气调节系统不仅能调节室内温度，还能对湿度、空气洁净度、空气流速等进行全面调控，以满足更高的环境要求。（一）空调系统的基本组成通常包括空气处理设备（冷却器、加热器、加湿器、除湿器、过滤器等）、空气输送与分配设备（风机、风管、风口）、冷热源设备（冷水机组、锅炉、热泵等）以及自动控制系统。（二）空调冷热源1.冷源：常见的有冷水机组（如活塞式、螺杆式、离心式冷水机组，以及溴化锂吸收式冷水机组）。2.热源：除了供暖系统提到的锅炉外，空气源热泵、地源热泵等既能供冷又能供热的设备在空调系统中应用广泛。八、输配系统输配系统是连接冷热源与末端设备的桥梁，负责将冷量或热量输送到各个需要的空间。1.水系统：以水为介质输送冷量或热量。包括冷冻水系统、冷却水系统、热水系统等。涉及水泵、阀门、管道、膨胀水箱等设备。2.风系统：以空气为介质输送冷量或热量。包括送风管、回风管、新风管、排风管、风阀、风口等。九、自动控制与运行调节为了保证暖通空调系统的稳定运行、满足室内环境要求并实现节能，自动控制与运行调节是必不可少的环节。通过传感器采集室内外参数（温度、湿度、压力等），控制器根据设定值进行比较和运算，发出指令驱动执行器（如阀门、风阀、水泵、风机）动作，从而实现对系统的精确控制。十、常用材料与设备暖通工程中会用到多种材料和设备，例如：*管材：无缝钢管、焊接钢管、镀锌钢管、PPR管、PE-RT管等。*保温材料：岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫、橡塑海绵等，用于减少管道和设备的冷热量损失。*末端设备：散热器、风机盘管、空调箱、风口、风幕机等。*阀门：闸阀、截止阀、蝶阀、球阀、止回阀、调节阀等。十一、节能与环保在当前能源形势和环保要求下，暖通专业越来越注重节能技术的应用和环保性能的提升。这包括提高设备效率、优化系统设计、利用可再生能源（太阳能、地热能等）、推广热回收技术、加强建筑保温隔热等，以实现降低能耗、减少碳