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1、第二篇 供热通风与空气调节 供热工程 定义:利用热媒(如水、蒸汽或其他介质)将热能从 热源输送到各热用户的工程技术 集中供热系统的组成 集中供热:从一个或多个热源通过热网向城市、城镇 或其中某些区域热用户供热。 1、供热热源:将天然的或人造的能源形态转化为 符合供热要求的能源装置。 如热电厂、区域锅炉房、分散锅炉房 2、热网(一次网):由热源向热用户输送和分配 供热介质(热水或蒸汽)的管线系统 3、热用户:从供热系统获得热能的用热装置。 如采暖系统、通风空调系统、 热水供应系统、生产工艺消耗热能装置 区域热水锅炉房供热系统 区域蒸汽锅炉房供热系统 供暖系统定义: 在冬季,室外温度低于室内温度,
2、房间内的热 量通过围护结构(墙、窗、门、地面、屋顶等) 不断向外散失,为使室内保持所需的温度,就必 须向室内供给相应的热量,这种向室内供给热量 的工程设备叫做供暖系统。 第八章 供暖系统及其分类 局部供暖系统:将热源和散热设备合并成一个整体, 分散设置在各个房间里的供暖系统。 局部供暖系统包括火炉采暖、煤气采暖及电热采暖。 如火炉、红外线煤气炉、电暖器、电热膜等。 集中供暖系统:由远离采暖房间的热源、输热管道和 房间内的散热设备等三部分组成的 工程设施,称为集中供暖系统。 热媒:把热量从热源输送到散热设备的物质叫热媒。 热媒主要有:热水、蒸汽、热空气 供暖系统的分类 局 部 供 暖 系 统 集
3、 中 供 暖 系 统 定义:以热水作为热媒的供暖系统。 它是目前最广泛使用的一种供暖系统。 热水供暖系统的分类: 1、按热媒参数分:低温热水供暖系统(100 ) 高温热水供暖系统(100 ) 2、按系统循环动力分: 自然循环(即重力循环)和机械循环系统 3、按系统的每组立管根数分:单管和双管系统 4、按系统的管道敷设方式分:垂直式和水平式 第一节 热水供暖系统 自然循环热水供暖系统 特点:这种系统中不设循环水泵,仅靠供、回水的 温度差而形成的密度差所产生的压力使水在 系统中进行循环。 这种水的循环作用压力称为自然压头。 下面对自然压头进行理论分析,以二层房屋为例: 首先假定系统沿程热损失为零,
4、即系统中的热媒仅在 锅炉内升温及在散热器内降温。 假定图中最低点断面A-A处有一假想阀门,若突然 将阀门关闭,则断面A-A两侧所受到的水柱压力之差 就是驱使水进行循环流动的自然压头。 对于经过第一层散热器的循环环路 断面A-A右侧的水柱压力为: 断面A-A左侧的水柱压力为: 该环路的自然压头为: A A i=0.003 i=0.003 h3 h2h1h0 图11-1 自然循环热水 供暖系统工作原理图 (11-1) 断面A-A左侧的水柱压力为: 该环路的自然压头为: 再考虑管路沿途热损失 ,它与系统的水平距离、锅炉到 散热器的高度、总干管至计算立管之间的水平距离有关。 具体数值见附录六附表6-1
5、。 因此经过计算,立管第一层散热器的循环环路的自然压头 为 : (11-3) (11-2) 经过计算,立管第二层散热器的循环环路的自然压头 为 : (11-4) 对于经过第二层散热器的循环环路 则断面A-A右侧的水柱压力为: 下面以供热系统的水平距离为20m,h1=3m,h2=3m, 供水温度为tg= 95,g= 962 kg/m2;供水温度为 th= 70,h= 977 kg/m2 为例计算自然压头 、 。 自 然 压 头 算 例 解:查附表6-1 得P2=100Pa,则: 1、对于多层建筑,若各层房间的热负荷相同,采用的 立、支管相同,则流经上层散热器的流量多于实际 需要量,流经下层散热器
6、的流量少于实际需要量, 这会造成上层房间温度偏高,下层房间温度偏低, 即垂直失调现象。 2、由于自然压头很小,为了保证输送所需的流量, 系统管径不致过大,要求锅炉中心与散热器中心的 垂直距离不小于2.53m。 3、在自然循环热水供暖系统中,由于水的流速较小 (0.2m/s),水平供水干管可以逆流排气排入膨胀 水箱,但要求水平供水干管必须有向膨胀水箱方向 向上的坡度,且不得小于0.5%1%。 结 论 结 论 4、因自然压头很小,因而干管长度不宜过长,否则 系统的管径就会过大。 因此,系统的作用半径不宜大于50米。 5、自然循环热水供暖系统仅能用于有地下室、地坑的 一些较小的独立的建筑。 机械循环
7、热水供暖系统 系统组成:锅炉、输热管道、水泵、散热器、膨胀水箱 及排气装置。 系统分类: 1、按供水干管位置不同分: 上供下回式、下供下回式、下供上回式等 2、按立管与散热器连接形式不同分: 双管式、单管式、单双管混合式 3、单管式又分为垂直单管式和水平单管式。 4、单管式按散热器支管与单管连接方式分: 顺流式和跨越式。 5、按通过各立管的循环环路的总长度是否相等分: 同程式、异程式。 1-热水锅炉;2-供水总立管;3-供水干管;4-供水立管; 5-散热器 6-回水立管;7-回水干管;8-循环水泵;9-膨胀水箱;10-集气罐;11-膨胀管 6 i=0.003 i=0.003 3 5 8 2 1
8、 9 4 10 7 11 机械循环双管上供下回式 机械循环双管上供下回式 循环水泵:提供循环动力,促使水在系统内循环。 一般安装在回水干管上 膨胀水箱:容纳系统水热胀冷缩的体积及系统定压 (高于大气压力以避免水泵吸入口处水产生汽化 ) 一般通过膨胀管与水泵吸入口相连,并设于系统最高处 集气罐(自动排气阀):聚集和排出系统中空气。 设于供水干管的末端,也就是供水干管的最高处 优点:可调节各房间的散热量,各层的散热器比较均衡 缺点:由于自然压头的存在,造成系统垂直失调,即上 部房间温度偏高,下部房间温度偏低。楼层越高,失调 越严重。因此,双管系统不宜在四层以上的建筑中采用 膨 胀 水 箱 i=0.
9、003 i=0.003 3 5 8 1 9 4 10 6 7 11 空气管 优点:可以调节 各房间的散热量, 各层的散热器比较均衡 。 垂直失调较双管 上供下回式要弱一些 机械循环双管下供下回式 注意:双管系统不宜在四层以上的建筑中采用 。 i=0.003 i=0.003 图11-4 异程单管上供下回式 3 5 8 2 1 9 4 10 7 11 优点: 立管少,安装方便。 不存在垂直失调问题。 缺点:由于水温是 逐层递减的,所以 下层散热器片数多, 占地面积大。 单管上供下回式还 分为顺流式和跨越式。 单管上供下回式 跨越式可克服顺流式无法调节各房间调节散热量的缺陷 水平顺流(水平串联)式系
10、统 Z型补偿器DN10手动放风门 水平跨越式系统 DN10手动放风门 水平顺流式系统: 优点:最省管材,管路简单, 便于施工。因无沿墙立 管,不影响室内美观。 缺点:末端散热器较多。 散热器排气困难。 不能进行局部调节 水平跨越式系统: 优点:可以进行局部调节。 缺点:由于水在散热器 中流动速度较慢, 散热器内容易积垢 应用范围:分户热计量的 居住建筑;对室温要求不 高且不宜使用垂直系统的 工业及公用建筑。 同程式和异程式 同程式:通过各立管的 循环管路的长度 近似相等的系统 不等的称为异程系统 同程系统环路压力 损失容易平衡, 因此较大的建筑物 一般都采用同程系统。 i=0.003 i=0.
11、003 3 5 8 2 1 9 4 10 7 11 同程系统较异程系统多耗管材, 在较小的建筑物一般都采用异程系统。 高层建筑供暖特点 高层民用建筑设计防火规范(GB 50045-95): 1、10层及10层以上的居住建筑 2、建筑高度超过24m的公共建筑 1972年联合国国际高层建筑会议 : 1、916层(最高为50米) 2、1725层(最高到75米) 3、2640层(最高到100米) 4、40层以上(超高层建筑) 系统分类: 1、分层式供暖系统; 2、双线式系统; 3、单、双管混合式系统。 一、分层式供暖系统 定义:高层建筑热水供暖 系统在垂直方向分成 若干个系统。 亦称垂直分区。这是高层
12、 供暖常用的一种供暖形式 因为散热器的承压能力相对 较小,当建筑高度超过散热 器承压能力时必须垂直分区 高层建筑热水供暖系统 垂直双线供暖系统 水平双线供暖系统 二、双线式系统 1.垂直双线单管供暖系统 立管在竖向成型结构, 一根上升管,一根下降管, 因此可以近似认为每层 散热器的平均温度相同, 可以避免垂直失调。 散热器采用蛇形管或辐射板 2.水平双线单管供暖系统 具有水平式供暖系统的特点, 能够进行分层调节调节。 定义:在垂直方向上分为若干组,每组 若干层(23层),每一组均为 双管系统,各组之间用单管相连 系统中的每一组双管系统,只对23层 房屋供暖,形成的自然压头仅在23层 中起作用,
13、避免了纯双管系统造成的 严重的垂直失调现象; 纯垂直单管系统通过支管流量为立管 流量(单侧连接)或约一半立管流量 (双侧连接),而混合式系统通过 支管流量仅约为垂直单管系统的1/21/3, 因此支管管径较小,便于施工。 单、双管混合式系统 第二节 蒸汽供暖系统 蒸汽供暖的特点: 1、蒸汽供暖是以水蒸气为热媒,水蒸气在散热器中 进行相变(凝结)放出汽化潜热,由于汽化潜热( 2500 kJ / kg)比水的温降放热量(1.84t.kJ/kg) 要大得多。所以: a、对于流入散热器的过热蒸汽或饱和蒸汽及流出 散热器的过冷凝水或饱和凝水,都可近似认为 其放热量等于汽化潜热。 b、对于同样热负荷蒸汽供暖
14、所需的蒸汽流量要比 热水供暖所需的热水流量小得多。 2、蒸汽的比容是热水的比容的数百倍,因此蒸汽 在管中的流速,通常采用比热水高得多的数值, 但阻力损失较小。 3、蒸汽的密度小,不会产生很大静压力 相对应于热水的分层供暖 4、因蒸汽热媒一般比热水热媒的温度高, 传热系数 K(K=A(tp-tn))较较大, 而散热热器散热热面积积 F=Q/K*t,因此对对于同一 建筑而言,采用蒸汽系统可减少散热器数量; 另一方面,采用蒸汽系统的管道管径较小,所以 蒸汽系统的初投资要比热水系统少。 蒸汽供暖系统的优点 5、蒸汽供暖系统的热惰性很小,并采用间歇调节, 系统的加热和冷却都很快,房间温度波动较大, 特别
15、适应于人群迅速集散的建筑如工业车间、 大礼堂、影剧院等。不适合办公、居住建筑。 6、蒸汽供暖系统采用间歇调节,系统管道内交替 充满空气、蒸汽,腐蚀快,系统寿命短。 7、因散热器表面温度较高,产生较强的热对流, 引起扬尘,卫生条件较差。 蒸汽供暖系统的缺点 1、按蒸汽压力分: 高压蒸汽供暖系统( 1.7x105 Pa) 低压蒸汽供暖系统( 1.7x105 Pa) 真空蒸汽供暖系统( 1.0 x105 Pa) 2、按蒸汽干管布置的不同分: 上供下回式、下供下回式 3、按立管布置的特点分:单管式、双管式 4、按回水动力的不同分:重力回水、机械回水 蒸汽供暖系统的分类 绝对压强 表压 真空度 余压(绝压) 表 压 绝对压强 - 当地大气压强 真空度当地大气压强 - 余压(绝压) 表 压