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1、供热和通风工程第一部分 供热系统第三章热水供暖和冷却系统的设计热的供水系统,传达到或从一个空间或工艺条件热水或冷水一般称为液体循环加热系统。水流过管道,它把锅炉、热水器、或冷水机组于终端位于传热单元空间或过程。水系统可分为(1)控温系统,(2)动力系统,(3)增压系统、(4)管路布置、(5)泵的安排。按照循环动力的不同,热水供暖系统可分为(1)重力循环系统,依靠水的密度差提供系统供水和回水的动力(2机械循环系统,在这一过程中,泵,通常是由一台电动机驱动的,保持流动。今天使用的重力循环系统很少,因此不是在本章中讨论。看到ASHVE暖通空调指南的信息发布1957年以前重力循环系统。水系统可以直流或
2、循环系统。本章描述了机械循环系统。设计有效的和经济的水系统设计是受复杂关系的各种系统部件。设计水温差、流量、管道布置、泵的选择、终端设备选择及控制方法都是相互关联的。系统的规模和复杂性决定了这些关系的重要性,整个系统操作成功。在美国,现在热水供暖系统设计实践起源于住宅供暖应用,在温度下降t 11 K是用来确定流量。然而,几乎普遍使用的液体循环加热系统的两个加热和冷却的大型建筑物和建筑综合体已致使这种简化方法过时了。温度分类3.1水系统的操作温度可分为如下。低温水(LTW)系统操作压力和温度范围内的ASME锅炉及压力容器规范为低压锅炉。最大允许工作压力为低压锅炉(量具)1100 kPa,最大温度
3、为120C。通常的最大工作压力对锅炉系统为LTW 200 kPa,虽然锅炉专门设计、测试、加盖及经常使用更高的压力。Steam-to-water或water-to-water热交换器也被用来加热低温水。 低温水系统用于建筑从小、单的住处,非常大的和复杂的结构。Medium-temperature水(MTW)系统操作和175C between120,压力不超过1100 kPa。 通常的设计温度约为120到160C,通常1帕额定压力对锅炉和设备。高温水(HTW)系统操作温度超过175C时的压力和通常大约2帕。最大设计供水温度200C通常是,对锅炉和设备压力等级为2帕。由于评级的每个组成部分,必须核
4、对系统的设计特点。3.2封闭的水系统因为大多数热供和冷凝系统是封闭的,本章谈到的是封闭的系统。一个封闭的水系统和开放系统的接口的最根本区别是可压缩气体水(如空气),或一个弹性表面(如隔膜)。一个封闭的水系统被定义为一个不超过1点的可压缩气体或界面的表面。这一定义是基本了解这些系统的液压动力。早期文献提交给一个用一个开放或通风系统膨胀罐作为一个“开放”制度,但这实际上是一个封闭系统;大气界面简单地建立了容器的系统压力。一个开放的系统,另一方面,不止一个这样的界面。例如,一个冷却塔系统至少有两个点的界面:冷却塔与排放管或喷嘴进入塔。在液压之间最主要的不同在于开启和关闭系统是一些水力特性的开放系统不
5、能出现在封闭的系统。例如,在对比的水力学开放系统,在一个封闭系统(1)流量不能出于静压差异,(2)泵不提供静压,和(3)整个管道系统总是注满水。3.2.1基本系统图1显示一个封闭的基本组成部分的液体循环加热系统。实际系统通常有额外的部件,如阀、排风口,监管机构等,但这不是必要的制度基础的基本原则。这些基本的元件负荷源扩展消声器泵分配制度图1的液体循环加热系统的基本组成部分理论上,液体循环加热系统可以操作,只有这些五个要素。这些组件是分成两组:热及液压。由热部件的负荷、来源、和膨胀水箱。液压元件构成的配电系统、水泵、和膨胀水箱。膨胀水箱是唯一一个提供热量和液压功能组件。3.2.2热部件1。负荷负
6、荷是造成热装置流出或系统或从空间或过程,它是独立的变量,剩下的系统必须做出回应。2。源源代码是热的地方(加热)被添加到或是撤(冷却)系统。最理想的情况是,的能量进出源量等于进出通过载荷。3。膨胀水箱膨胀水箱(也称为一个扩展或压缩缸)提供一个热、液压功能。在其热功能,容器提供了一个空间到其中的不可压缩液体可以扩大或可供合同为液体经过容积的变化与温度的变化。能够容许这些扩张或收缩,这种膨胀罐提供了一个接口之间的流体和可压缩气体系统。根据定义,一个封闭系统只能有一个这样的接口,因此,设计一个系统功能的一个封闭的系统只能有一个膨胀水箱。膨胀水箱是三种基本配置:(1)一个封闭的容器,它包含有捕获体积压缩
7、的空气和水,空气-水界面(有时被称为一个普通钢罐);(2)开放的容器(例如:一个容器开到大气中);(3)隔膜,在池内插入一个灵活的膜之间的空气和水(一个修改版本是膀胱箱)组成。在普通钢和开容器、气体可以进入系统水通过界面和影响系统的性能。因此,当前的设计实践通常用隔膜的容器。上浆容器是主要的热考虑包含容器进入系统。然而,在浆纱容器,空气控制或消除必须加以考虑。空气的数量会被吸收,可以保持在溶液中与水表现于亨利的方程(Pompei 1981):图2亨利常数与温度,空气和水(科德签发的公开信1980 a)图3溶解度与压力和温度forAir /水解决方案(科德签发的公开信1980 a)在设计系统打开
8、或普通钢膨胀罐,这是常见的做法使用容器中主要的空气控制或释放点系统。方程的三种常见配置浆纱膨胀罐跟随(科德签发的公开信1980 b):容器(12)为关闭空气-水界面(13)为开容器空气-水界面(14)为隔膜容器在v =体积的膨胀罐,m3对=体积的水系统中以立方米t1 =温度的降低、Ct2 =更高的温度,CPa =大气压强、kPaP1 =压力温度的降低、kPaP2 =压力在较高的温度、kPav1 =具体在低温的水的体积,立方米/公斤v2 =特定温度较高的水的体积,立方米/公斤=线性热膨胀系数、m /(mK)= 11.7m /整齐(mK)钢= 17.1m /整齐(mK)为铜t =(t2 - t1)
9、,K为例,对加热温度较低的系统通常是正常环境温度在填补条件(例如,10C),较高的温度是供水温度的操作系统。对于一个冷却水系统,温度较低的物体是设计的冷却水供水温度、环境温度较高的温度(例如,35C)。对于一个dual-temperature热/冷系统,温度较低的物体是冷却水设计温度、较高的温度是水加热设计温度。在容器连接点,封闭水箱系统压力升高,水的温度增加。这种膨胀罐压力一般规定以下参数评估的:较低的压力通常选择持有正面压力系统的最高点(通常大约70 kPa(量具)。更高的压力通常是规定允许的最大压力所在地之安全阀(s),不要打开它们。其他的考虑是为了保证(1)压力毫无意义的系统会降至低于
10、饱和压力操作系统温度和(2)有足够的净积极泵用于预防负压空化的目的。3.3液压元件DIATRIBUTION系统3.3.1分配制度管道连接各种其他的元件系统。主要的考虑因素,设计该系统是:(1)处理上浆管道加热或冷却能力要求,(2)安排以确保流管道的数量要求设计条件下,所有其他的负荷。管道流量的要求,是由方程(8)或(9)。t的基础上,建立了基于热要求,这些方程(如适用)可以被用来确定流量。First-cost经济学和能耗的设计使它明智的最伟大的实际t因为流量成反比t;也就是说,如果t双打,流量降低一半。这三个相关变量的管上浆流量、管径、压降。首要考虑选择设计压降之间的关系的经济成本和能源成本。
11、第一次一旦分配制度设计,在设计流量是压力损失计算方法进行了探讨在第六章。一个系统曲线(图4)也可以构想。如果有什么曲线变化的系统发生改变其流动/压降特性。例子包括一个过滤器的开始,以阻止或控制阀门关闭时,这两种压力损失增加在任何给定的流量,从而改变一个方向从系统曲线弯曲弯曲住在图4。第3.3.2章泵或泵系统3.3.3扩展消声器作为一个液压装置,这种膨胀罐作为参考点的压力系统,类似于一个地面上的电气系统(洛哈特和Carlson 1953)。在容器连接管道、压力等于压力的空气在容器加上或者减去任何流体压力造成差异的海拔液体表面和槽管(如图10)。图10容器压力相关的系统压力一个封闭的系统都只能有一
12、个膨胀水箱。有一个以上的室或过量的难溶空气管道系统会导致闭环系统的行为(但可以理解的)方法的意外,导致广泛的破坏或水锤冲击波。有一个单一的腔进行系统,假设等温条件的空气,空气压力可以改变只有由于位移节约用水。只有一样东西能使水进入或容器(假定没有水正在加入或将其移除系统)是扩张或收缩里水系统。因此,在浆纱容器、热膨胀有关极端的空气压力在容器方程(12),(13),(14)。连接的容器应根据系统的压力要求,记住:压力不会改变水箱连接作为泵是开启或关闭。例如,考虑系统包括一个膨胀罐在200 kPa(量具)和一个泵和泵压力为70 kPa(量具)。图11显示其他的地点的膨胀罐连接;在这两种情况下,与泵
13、后,其压力将200 kPa(量具)在两个泵入口及出口的。与容器对水泵叶轮吸力,当泵被打开,在出口侧压力的增加相当于泵压(图11)。与容器的出口侧泵,压力下降的吸力的效果是相同的(图11 B)。图11效果的位置就膨胀罐泵的压力其他容器连接考量包括以下几点:一个对大气开放的容器必须位于系统的最高点以上。一个空气-水界面水箱通常使用一个空气控制系统,不断压缩空气进入水箱。因为这个原因,它应该连接在一处空气能被释放。在合理的范围内,压力越低,在一个水箱,较小的容器是(见方程(12)和(14)。因此,在一个垂直的系统,容器越小被放置在越高的地方。3.4设计的考虑3.4.1管道电路液体循环加热系统设计与许
14、多不同的配置管道的电路。除了简单的偏好的设计工程师,直接的方法可以安排取决于诸如建筑物的形状、结构、经济实力的安装、能源经济,大自然的负荷,part-load能力或要求,和其他人。每个管道系统是一个网络;更广泛的网络,更复杂的是理解、分析和控制。因此,一个主要的设计目标是最大限度地简单。负荷分配电路是四个一般的类型:全系列导流系列平行顺向回水平行逆向回水串联管路。一个简单的串联管路是如图12。系列负载通常具有极低整个管道系统的成本和较高的温度下降,导致较小的管道尺寸和较低的能量消耗。一个不利条件是,不同的赛道无法控制另行规定。简单的系列电路是限于住宅和小型商业信誉辐射系统。图13显示一个典型的
15、布局,这个系统有两个区为住宅或小型商业供暖。图12流程图简单的串联电路图13系列闭环系统导流系列。最简单的导流串联电路转移的主要管道流动的一些从电路,通过一个特定的导流三通负载设备(通常是站在辐射)一个较低的压降。该系统是限于加热系统在住宅或小商业应用。一个典型的one-pipe如图14阐明了导流三通电路。图14 单管导流三通管系统并联管道。这些网络最常用的液体循环系统,因为它们让同温度的水与负荷进行热交换。这两种类型的平行网络是同向回水和逆向回水。 (图16)。图16 -同向回水和逆向回水双管系统在顺向回水系统、长度的送风和回风管道通过各支管是不平等的,这可能导致流速和需要小心不平衡提供每一位与神经元设计流程。理论上逆向回水系统提供几乎相等的总长度为所有终端电路。顺向回水管道系统已成功应用在设计提防流不平衡主要由为压降和终端各支路可观总数的百分比,通常建立亲密的支路压降比在更高的价值远支路减少管道压降分布(极限,如果分配管道损失是零和负载有相等的流阻,系统是内在平衡)包括设备和一些平衡的方式来衡量流第六章管上浆两个相关但不同问题出现当设计一个流体系统:浆管道flow-pressure和确定的关系。这两个经常被混淆,因为他们可以使用相同的方程和设计工具。然而,他们应分别确定。本章
