暖通空调 第3章 全水系统.ppt

1、暖通空调 HVAC第二版,建筑工程学院建环系,安徽工业大学,第二讲 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,3.4 高层建筑热水采暖系统,3.5 热计量热水采暖系统,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,安徽工业大学,3.1 全水系统概述,全水系统：完全用水作能量传递介质来承担建筑室内热负荷或冷负荷的系统 构成：热源/冷源，管道系统和末端装置 系统分类： 供热的全水系统全水采暖系统/热水采暖系统 供冷的全水系统全水空调系统/全水风机盘管空调系统 即供热又供冷的全水系统

2、同时具备热源和冷源 采暖系统：为使建筑物达到采暖目的，由热源或供热装置、散热设备和管道等组成的网络。,安徽工业大学,3.1 全水系统概述,采暖系统分类： 热水采暖系统以热水为热媒寒冷地区冬季供暖主要系统 蒸汽采暖系统以蒸汽为热媒用途较多,优点 运行管理简单，维修费用低 系统节能 调节方法多 供暖效果好 管道、设备腐蚀较轻，寿命长,缺点 同等供热量下系统管径较大，造价高， 热水为热媒时流量大，消耗电能多,综合比较，推荐用于民用和公共建筑采暖,安徽工业大学,3.1 全水系统概述,全水风机盘管系统特点 即可用于夏季供冷，也可冬季供热 室内温度、湿度均匀 末端装置中的风机需要消耗能量 存在噪音，管理、

3、维修工作量大 造价高 无有组织的通风换气功能 不适用于空气品质要求高的场合,若仅用于供暖，热水采暖系统较好,安徽工业大学,3.2 全水系统的末端装置,末端装置：置于室内用于释放热量/冷量的终端设备或装置 常见分类 散热器 暖风机 风机盘管 辐射板,对流型：以对流换热为主,辐射型：以辐射为主,强迫对流,自然对流,安徽工业大学,3.2.1 散热器,1. 性能评价指标 热工性能传热系数 经济性能成本 安装和工艺要求 卫生和美观要求,热工性能 增大传热系数以提高性能 则加外壁散热面积 增加周围空气流动速度 强化外表面辐射强度 减小部件间接触热阻,经济性能 提高经济性能 单位散热量成本越低 安装费用越低

4、 使用寿命越长 金属热强度越高,安装和工艺要求 具有一定的机械强度 承压能力 便于安装和组装 少占用面积 工艺简单，批量生产,卫生和美观 表面光滑 易于清灰 外形美观等,安徽工业大学,3.2.1 散热器,2. 散热器种类 铸铁散热器 钢制散热器 其他：铝、铜、等,铸铁散热器 结构简单 耐腐蚀、寿命长 水容量大 金属耗量大 笨重、金属热强度比低,钢制散热器 外形美观 产品易多样化、系列化 功能齐全 金属耗量少 安装简单、占地面积小,类型 柱型 翼型 柱翼型 板翼型,类型 钢制柱型 钢制板型 扁管型 钢管串片,安徽工业大学,3.2.1 散热器,3. 散热器的选择、布置,选择： 热工性能和经济性能好

5、 承压能力大于采暖系统工作压力 适应建筑尺寸和环境要求,布置： 外墙窗下 靠内墙布置 可明装或暗装 楼梯间,安徽工业大学,3.2.1 散热器,4. 散热器的计算面积 热平衡计算 连接方式,常见传热系数见附录3-1和3-2,系数见附录3-33-5,安徽工业大学,例题,某房间设计热负荷为1600W，室内安装M-132型散热器，明装，上部有窗台板覆盖，散热器距窗台板高度为150mm，供暖系统为双管上供式，设计供回水温度为95/70，室内供暖管道明装，支管与散热器的连接方式为同侧连接，上进下出，计算时不考虑管道向室内散热的影响，求散热器面积及片数。 解：散热器平均温度tm=0.5（95+70）=82.

6、5 室内温度tR=18，则温差为tm-tR=64.5 查附录3-1，对M-132型散热器 k=2.426（tm-tR）0.286=7.99W/(m2) 修正系数： 散热器组装片数修正系数，先假定1=1 散热器连接形式修正系数，查附录3-4， 2=1 散热器安装形式修正系数，查附录3-5， 3=1.02,安徽工业大学,例题,M-132型散热器每片散热器的面积为0.24m2（附录3-1），则片数为 查附录3-3，当散热器片数为11-20片时，对应的1=1.05, 则实际所需散热器面积为3.171.05=3.33m2 实际片数为3.33/0.24=13.8814,安徽工业大学,3.2.2 暖风机,构

7、成 通风机 电动机 换热器,安徽工业大学,3.2.2 暖风机,暖风机采暖特点,优点 单机供热量大，末端设备数量少 不占用建筑面积或很少 启动升温快,缺点 运行时有噪声 不能补充新风，不能改善室内空气品质,安徽工业大学,3.2.2 暖风机,热媒可以是热水或蒸汽 适用场合 空间大、采暖负荷大、允许循环使用室内空气 工厂车间、场馆等需要迅速提高室温 实行间歇采暖的非三班制生产车间 不适用场合 空气不能循环使用的场所 厂房含有毒性物质 工艺过程危险 对环境噪声有比较严格要求的房间,安徽工业大学,3.2.2 暖风机,种类 横吹式暖风机 顶吹式暖风机 落地式暖风机 电暖风机 燃气（油）暖风机 规格 风量：

8、1000-50000m3/h 分18种规格 额定供热量：热水：7.4-369.8kW；蒸汽：9.1-453.8kW 噪声,轴流式,离心式,机械行业标准暖风机（JB/T7225-1994）,安徽工业大学,3.2.2 暖风机,选择与布置：型号、台数及布置方案 型号 台数 额定工况 热水系统：空气进口温度为15，热水进口温度为90、110、130，出口温度为70 蒸汽系统：空气进口温度为15，干饱和蒸汽表压力为0.1、0.2、0.3、0.4MPa 非额定工况下的修正,空间较大时为保证室内温度和气流分布均匀，可选多台规格相同的设备,安徽工业大学,3.2.2 暖风机,布置 建筑平面形状 工作区域 工艺设

9、备 货物位置 暖风机气流作用范围,尽可能使室内气流分布合理，温度均匀,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管的构造、分类和特点 按结构形式分：立式、卧式、壁挂式、卡式 按安装方式分：明装和暗装 按进水方位分：左式和右式 根据机外静压：低静压与高静压,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管的基本规格 风量：标准规定，FP-34FP238 9种，3402380m3/h 制冷量：1.812.6kW 制热量：2.718.9kW 输入动率 低静压：37228W 高静压：44253W（出口静压30Pa），49300W（出口静压50Pa） 噪声 低静压：3752dB（A） 高静压：4054dB（

10、A）（机外静压30Pa），4256dB（A）（机外静压50Pa）,高档转速下的额定风量,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管的选择与安装要求,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,标定风机盘管机组实验工况参数风机盘管机组,额定供冷量工况 进口空气干球温度 27 进口空气湿球温度 19.5 供水进口温度 7 供回水温差 5 供水量按水温差得到,额定供热量工况 进口干球温度 21 供水温度 60 供水量 同供冷工况,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管参数测定-焓差法-焓差实验室,在规定的试验工况和参数下测定机组的： 风量 进出口空气的干球温度 进出口空气的湿球温度 进出口水的温度

11、进出口水的压力 水流量 风机的输入功率,确定制冷工况下风机盘管的各项性能指标： 风量 全热供冷量 显热供冷量 水流量 水侧阻力 输入功率,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管参数测定-焓差法-焓差实验室 风侧全热供冷量 风侧显热供冷量 风侧供热量,取水侧的流量和进出口温差，也可以测得供冷量,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管选择 全水风机盘管系统无论是只为夏季应用，还是冬夏两用，都按照夏季的设计冷负荷选择风机盘管，冬季校核。 若没有非额定工况下的参数，可按照下式推算：,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,风机盘管选择 设计时取设计工况的水流量与额定工况下一致，则上述公式简化到

12、只与温度有关； 不考虑供水量变化时，风机盘管的额定供热量通过下式转换成设计工况的供热量 若房间的设计全热冷负荷和显热冷负荷已知，则风机盘管的全热供冷量和显热供冷量应满足,设计全热冷负荷,设计显热冷负荷,安徽工业大学,3.2.3 风机盘管,注意 考虑房间对噪声控制的要求 风机电路的要求 承压能力 选择时需要同时校核显热和全热供冷量 明装风机盘管可按照中档风量的供冷量选型 高静压应考虑所接部件的阻力不超过机外静压值 低静压型风机盘管的选型 总阻力小于12Pa时，按照高档风量的供冷量选择 总阻力大于12Pa，但不超过30Pa时按照中档风量的供冷量选择,安徽工业大学,3.3 热水采暖系统,热水采暖系统

13、构成 热源 管道系统 散热设备,闭合循环系统,安徽工业大学,3.3 热水采暖系统,分类 按热媒温度不同分：低温和高温 按循环动力不同分：重力循环和机械循环 按系统管道敷设方式分：垂直式和水平式 按散热器供回水方式不同分：单管和双管 按并联环路水流程分类：同程式和异程式 传统采暖系统和分户计量采暖系统,安徽工业大学,3.3.1 热水采暖系统的循环动力,作用压头：热水采暖系统的循环动力,重力循环,机械循环,热力中心,两者区别？,安徽工业大学,3.3.2 热水采暖系统的供回水温度,按水温高低分类,高温水采暖系统 水温高于100 高温水采暖优缺点 主要用于工业建筑和辅助建筑 供回水温度： 130/70

14、 130/80 110/70,低温水采暖系统 水温低于100 低温水采暖优缺点 主要用于民用建筑 供回水温度： 95/70 85/60 80/60,安徽工业大学,3.3.3 热水采暖管道系统,管道系统确定原则：热源来向、建筑物规模、层数、布置管道条件和用户需求。 上供下回 上供上回 下供下回 下供上回,安徽工业大学,3.3.3 热水采暖管道系统,管道系统确定原则：热源来向、建筑物规模、层数、布置管道条件和用户需求。 中供式系统,下供下回,上供下回,上供下回,安徽工业大学,3.3.3 热水采暖管道系统,按各楼层的连接方式分类,垂直式系统,水平式系统,安徽工业大学,3.3.3 热水采暖管道系统,水

15、平式系统存在问题及解决方案 热胀冷缩引起的漏水 散热器内聚集空气导致散热器不热或欠热,排气阀,空气管,方型补偿器,乙字弯管,安徽工业大学,3.3.3 热水采暖管道系统,按连接相关散热器管道数量分类,垂直单管式系统,垂直双管式系统,水平单管式系统,水平双管式系统,跨越管式,安徽工业大学,3.3.3 热水采暖管道系统,按各并联环路水的流程分类,同程式特点 同程系统各环路易于平衡 系统底层干管明设有困难时需要埋沟 系统中最不利环路不明确 计算时需要绘制压力平衡图,异程式特点 节省管材，降低投资 阻力不易平衡，导致离热力入口近处立管的流量大于设计值 需要增加调节阀 热力入口与作用半径,安徽工业大学,3

16、.4 高层建筑热水采暖系统,高层建筑采暖系统特点及分区原则 采暖系统底层散热器承压大 高度增加易产生竖向失调 连接形式要满足系统最高点不倒空、不汽化、底层散热器不超压 不会导致其他建筑采暖散热器超压 有利于减轻竖向失调,安徽工业大学,3.4.1 分区式高层建筑热水采暖系统,沿垂直方向分两个或两个以上独立系统的形式。 集中热网的压力工况 建筑物总层数 散热器承压能力 可解决散热器承压能力 减轻竖向失调问题,高区采用间接连接的系统,换热站位置： 使用条件：室外热网提供资用压力较大、供水温度较高,安徽工业大学,3.4.1 分区式高层建筑热水采暖系统,高区采用双水箱或单水箱的系统,两者区别？,循环动力

17、,安徽工业大学,3.4.2 其他类型的高层建筑热水采暖系统,双线式热水采暖系统-垂直双线,不能解决底层散热器承压过大问题,安徽工业大学,3.4.2 其他类型的高层建筑热水采暖系统,双线式热水采暖系统-水平双线,安徽工业大学,3.4.2 其他类型的高层建筑热水采暖系统,单双管混合式热水采暖系统,热水和蒸汽混合式采暖系统,组内为双管系统； 组与组之间为单管系统 同时兼有单管和双管系统的优点,安徽工业大学,3.5 热计量热水采暖系统,概述 方便实际耗热量计费、节约能源 满足用户对采暖系统多方面的功能要求 热计量装置：热量表 流量计 温度传感器 积分仪,安徽工业大学,3.5.2 分户计量热水采暖系统,

18、分户计量分类 分户水平式系统 分户水平单管 分户水平双管 分户放射式系统,安徽工业大学,3.5.2 分户计量热水采暖系统,分户水平单管热水采暖系统,顺流式,同侧接管跨越式,异侧接管跨越式,水平支路长路限于一个住户之内 能够分户热计量和调节供热量 可分室改变供热量,安徽工业大学,3.5.2 分户计量热水采暖系统,分户水平双管热水采暖系统,水平供回水管上下侧,水平供回水管在上侧,水平供回水管在下侧,水力稳定性不如单管系统，耗费管材,安徽工业大学,3.5.2 分户计量热水采暖系统,分户水平单、双管热水采暖系统 兼有单管、双管的优缺点 适合面积较大的户型及跃层式建筑,安徽工业大学,3.5.2 分户计量

19、热水采暖系统,分户放射式热水采暖系统,特点： 每户设置分、集水器 散热器并联 散热量各单体调节 增加楼板厚度、造价,安徽工业大学,3.5.2 分户计量热水采暖系统,分楼栋热计量热水采暖系统,安徽工业大学,3.6 热水采暖系统的作用压头,作用压头：热水采暖系统的循环动力 阻力损失：流体在系统中流动消耗的能量 运行时采暖系统中产生的阻力损失等于实际作用压头 设计时应使水力计算得到的系统阻力损失等于设计条件下的作用压头,安徽工业大学,3.6.1 重力循环热水采暖系统的作用压头,简单重力循环热水采暖系统的作用压头,tr,ts,断面A-A两侧所受水柱压力,重力循环作用压头只取决于加热中心与冷却中心高差对

20、应的密度差,安徽工业大学,3.6.1 重力循环热水采暖系统的作用压头,重力循环单管热水采暖系统的作用压头,上供下回顺流式,注意H与h标注的位置,作用压头与密度之间关系,安徽工业大学,3.6.1 重力循环热水采暖系统的作用压头,重力循环单管热水采暖系统的作用压头,上供下回顺流式,95/70时=0.64 85/65时=0.60,注意H与h标注的位置,作用压头与温度之间关系,安徽工业大学,3.6.1 重力循环热水采暖系统的作用压头,重力循环单管热水采暖系统的作用压头,上供下回顺流式,作用压头与流量/负荷之间关系,安徽工业大学,3.6.1 重力循环热水采暖系统的作用压头,重力循环双管热水采暖系统的作用

21、压头,几点假设： 不计管道散热损失 各层散热器进出水温度相等 密度等于系统入口供、回水密度,底层散热器作用压头最小，处于最不利地位,安徽工业大学,3.6.1 重力循环热水采暖系统的作用压头,水平式热水采暖系统的重力作用压头,安徽工业大学,3.6.2 机械循环热水采暖系统的作用压头,组成 机械作用压头水泵提供 重力作用压头密度差产生 忽略水在管路中冷却产生的重力作用压头 考虑水在散热器内冷却产生的重力作用 最不利环路的选取 重力作用压头考虑,管路冷却产生作用压头,安徽工业大学,3.6.3 单管热水采暖系统散热器的小循环和进流系数,小循环：由小循环作用压头引起的散热器局部流动变化的情况称为散热器的

22、小循环 进流系数：流入散热器的流量与立管流量之比,进流系数：,安徽工业大学,3.6.3.1 小循环作用压头的计算,跨越管式垂直单管,跨越管式水平单管,安徽工业大学,3.6.3.2 进流系数,确定原则：根据并联节点压力平衡原理和考虑散热器的小循环作用压头,上供下回垂直系统,下供上回垂直系统,安徽工业大学,0.53,安徽工业大学,图中数值表示立管、支管和跨越管的管径组合 322025表示三种管径分别为DN32、DN20和DN25,安徽工业大学,3.6.4 单管热水采暖系统散热器进、出口水温计算,顺流式,安徽工业大学,3.6.4 单管热水采暖系统散热器进、出口水温计算,顺流式,安徽工业大学,3.6.

23、4 单管热水采暖系统散热器进、出口水温计算,跨越式,原则上要已知进流系数,安徽工业大学,例题,h1=3.2m，h2=h3=3.0m，散热器，Q1=700W，Q2=600W，Q3=800W，供回水温度：95/70（密度：961.92/977.81kg/m3），求： 1、双管系统的循环作用压力 2、单管系统各层之间立管的温度 3、单管系统的重力循环作用压力（忽略水在管路中的冷却因素）,安徽工业大学,例题,解（1）双管系统循环作用压力,第一层,第一层,第一层,第三层与底层循环环路的作用压差为,（2）求单管系统各层立管的水温,（3）求单管系统重力循环作用压力,安徽工业大学,3.7 热水采暖系统的水力计

24、算补充,1、热水采暖系统中压力损失,2、比摩阻：每米管长的沿程损失,3、当量局部阻力法：将沿程阻力转变为局部损失的方法,4、当量长度法：将局部损失转变为沿程阻力的方法,安徽工业大学,3.7 热水采暖系统的水力计算补充,5、基尔霍夫流量定律：流入节点与流出节点流量的代数和为0,6、基尔霍夫压降定律：任意一个回路，各管段的压降代数和为0,a,b,c,d,e,f,G,G1,G2,1,2,3,4,5,6,凡是有共同分流点和汇流点的压降相等 节点：1、2、3为分流点 节点4、5、6为汇流点,安徽工业大学,3.7 热水采暖系统的水力计算,三种情况,系统各管段流量,总作用压头,各管段直径（设计计算）,？,系

25、统各管段流量,总作用压头（校核计算）,各管段直径,？,系统各管段流量,允许压力损失,各管段直径,？,两种方法：等温降和不等温降,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,等温降：水流过垂直式系统的各立管或水平式系统的各水平支路时其温降相等，且等于系统入口设计的供回水温差 1 异程式,1 计算最不利环路,若作用压头P未知，比摩阻采用推荐值：60120Pa/m,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,最不利环路的阻力损失,2 计算系统作用压头的富裕值和富裕度,若不满足该式，通过调整管段直径或阀门开启度使之满足,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,3 绘出最不利环路的压力和阻力损

26、失变化图，确定各立管的资用压头,说明： 1到2高度差为干管阻力损失 1-1为立管1的资用压力 1-1为立管1的阻力损失,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,4 计算其他立管的阻力损失,设计工况,实际运行,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,2 同程式,1 计算“主计算环路”并绘制其阻力损失变化线,主计算环路的阻力损失,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,2 同程式,1 计算“主计算环路”并绘制其阻力损失变化线,验算作用压力的富裕度,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,2 计算“次计算环路”并绘制其阻力损失变化线,次计算环路的阻力损失,安徽工业大学,3.7

27、.1 等温降水力计算方法,“主计算环路”的阻力损失变化线,3 计算上述两并联环路的计算阻力损失不平衡率,安徽工业大学,3.7.1 等温降水力计算方法,4 确定其它各立管的资用压头,5 确定其它各立管的管径,安徽工业大学,3.7.2 不等温降水力计算方法,方法实质：在设计阶段考虑实际运行时并联管路的阻力损失相等的原理，在管路结构确定后按这一原理分配流量,总设计负荷140kW,37200W,38530W,34840W,29430W,安徽工业大学,3.7.2 不等温降水力计算方法,1 计算最远立管所在环路A的平均比摩阻,2 设立管的温差比设计供回水温差高25，确定立管V、干管和的管径和阻力损失,由热

28、负荷求得设计流量 根据流量和平均比摩阻,3 选定立管的管径，求出立管的流量和温降，然后确定干管和的管径并计算阻力损失,立管与管路-并联 并联管路阻力损失相等,4依次确定立管、的管径、流量和温降，以及其他干管的管径及流量,安徽工业大学,3.7.2 不等温降水力计算方法,5 假设计算出环路A的总阻力损失为4513Pa、总流量为1196kg/h,6 同样方法计算出其他三个环路，得到个管段的管径、流量和阻力损失以及各立管温降,7 对各环路进行平差（各并联环路阻力损失相等的条件下重新分配流量,环路号 流量kg/h 阻力损失Pa B 1180 4100 C 1050 3900 D 900 4050, 对A

29、、B环进行平差。, 对C、D环进行平差。, 对A（B）、C（D）环进行平差。,8 用平差后的总流量和已知总热负荷，算出系统的总温降为26.8,安徽工业大学,3.7.2 不等温降水力计算方法,9 调整平差后的总温降，求出流量和总阻力损失,外网温降为25 管路流量需增加1/0.93=1.075倍,10 计算各环路的温降调整系数：与流量调整系数成反比,安徽工业大学,3.8 热水采暖系统的失调与调节,气象条件变化 室外温度、风速、风向、太阳辐射强度,用户用能水平的变化,系统服务对象条件的变化,实际工况偏离设计工况,导致系统失调,室内温度过高或偏低,安徽工业大学,3.8.1 热水采暖系统的失调,水力失调

30、：实际流量分配偏离所要求的流量（设计流量） 热力失调：供热量及室内温度偏离设计要求 水力失调会导致热力失调 管路末端阻力越大的系统，越不易水力失调 单管采暖系统的水力稳定性优于双管采暖系统,安徽工业大学,3.8.2 热水采暖系统的调节,1 初调节和运行调节按调节进行的时间分类 初调节：系统刚刚投入运行时将用户散热器的流量分配调整到设计工况 运行调节：系统运行过程中随外界因素变化而进行调节 调节过程：建筑物流量大环路立管支管,安徽工业大学,3.8.2 热水采暖系统的调节,2 集中调节、局部调节和个体调节按调节地点分类 集中调节：在热源处进行调节 局部调节：在热力站或用户入口处进行调节 个体调节：在用热设备处进行调节