《熱水供暖系統(tǒng)》PPT課件.ppt

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第三章熱水供暖系統(tǒng),熱水供暖系統(tǒng)，可按下述方法分類：1.按系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)力區(qū)分：可分為靠水的密度差進(jìn)行循環(huán)的重力循環(huán)系統(tǒng)?？繖C(jī)械（水泵）力進(jìn)行循環(huán)的機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)。2.按供、回水方式區(qū)分：可分為單管和雙管系統(tǒng)。3.按系統(tǒng)管道敷設(shè)方式區(qū)分：可分為垂直式和水平式系統(tǒng)。4.按熱媒溫度區(qū)分：可分為低溫水和高溫水供暖系統(tǒng)。我國習(xí)慣認(rèn)為水溫低于100℃為低溫水，水溫高于100℃為低溫水。室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)，大多數(shù)采用低溫水作為熱媒，設(shè)計(jì)供、回水溫度多采用95/70℃(也有采用85/60℃),高溫水供暖系統(tǒng)一般宜在生產(chǎn)廠房中采用，設(shè)計(jì)供、回水溫大多采用120～130℃/70～80℃,第一節(jié)重力（自然）循環(huán)熱水供暖系統(tǒng),一、重力循環(huán)熱水供暖的工作原理及其作用壓力,如假設(shè)圖3-1的循環(huán)路最低點(diǎn)的斷面A－A處有一個(gè)假想閥門，若突然將閥門關(guān)閉，則在斷面A－A兩側(cè)受到不同的水柱壓力。這兩方所受的水柱壓力差就是驅(qū)動(dòng)水在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)的作用壓力。設(shè)P1和P2分別表示A－A斷面右側(cè)和左側(cè)水柱壓力，則：papa斷面A－A兩側(cè)之差值，即系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力為（3-1）,式中：?P～重力循環(huán)系統(tǒng)的作用壓力，pag～重力加速度，取9.81m/s2h～冷卻中心至加熱中心的垂直距離，mρ1～回水密度，kg/m3ρ2～供水密度，kg/m3不同水溫下水的密度，可由p319上的附錄3-1查出。由（3-1）公式可以看出，起循環(huán)作用的只有散熱器中心和鍋爐中心之間這段高度內(nèi)的水柱差。如供水溫度為95℃，回水為70℃，則每米高度差可產(chǎn)生的作用力為：?P=gh（ρ1－ρ2）＝9.811（977.81－961.92）＝156pa＝15.9毫米水柱二、重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的主要型式,,如圖所示上供下回式重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)管道布置的主要特點(diǎn)：1.系統(tǒng)的供水干管必須有向膨脹水箱方向上升的流向，其反向坡度為0.5％～1.0%,而散熱器支管坡度一般為1％，以方便系統(tǒng)中空氣順利排出。因?yàn)橄到y(tǒng)水平干管水流速度小于0.2m/s，而干管中空氣氣流的浮升速度為0.1～0.2m/s，在支管中浮升速度為0.25m/s，因此空氣順利浮出經(jīng)系統(tǒng)最高點(diǎn)在膨脹水箱排出。2.系統(tǒng)的回水干管向鍋爐方向要有向下坡度（0.5～1.0％），因?yàn)檫@樣可以方便空氣排除和停止運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)積水向鍋爐內(nèi)排空。三、重力循環(huán)熱水供暖雙管系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算如圖所示系統(tǒng)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的散熱器內(nèi)的作用壓力可分別表示如下：?P1＝gh1（ρh－ρg）pa（3-2）?P2＝g（h1＋h2）（ρh－ρg）＝?P1＋gh2（ρh－ρg）pa（3-3）,,由此可見，通過上層散熱器環(huán)路的作用壓力?P2比通過底層散熱器的作用壓力?P1大。因而在計(jì)算上層環(huán)路時(shí)，必須考慮這個(gè)差值。這就是雙管系統(tǒng)缺陷，雖然各散熱器的進(jìn)出口水溫都一樣，但是由于進(jìn)出口作用壓力不一樣，而使水流量不同，一般是采用各層選用不同的水管口徑來平衡阻力差，如仍不能消除這樣差距，則就會(huì)出現(xiàn)上熱下冷的系統(tǒng)垂直失調(diào)現(xiàn)象，樓層越多，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。四、重力循環(huán)熱水供暖單管系統(tǒng)的作用壓力計(jì)算由圖可見引起重力循環(huán)作用壓力的高度差是（h1＋h2）米，由散熱器冷卻后水的密度分別為ρ2和ρh，其循環(huán)作用壓力值可表達(dá)成：?P=gh1(ρh-ρg)+gh2(ρ2-ρg)pa(3-4)將該式改寫成?P=g（h1+h2）(ρ2-ρg)＋gh1(ρh－ρ2),,＝gH2（ρ2－ρg）＋gH1(ρh－ρ2）同理，如有向圖3-5所示的循環(huán)環(huán)路中有N組串連的冷卻中心時(shí)，可表達(dá)如下：pa(3-5)式中：N～循環(huán)環(huán)路中的冷卻中心（散熱器）總數(shù)i～表示N個(gè)中心的順序數(shù)，令沿水流方向最后一組散熱器為i＝1。ρg～供暖系統(tǒng)供水的密度，kg/m3hi～從計(jì)算的冷卻中心到冷卻中心（i－1）之間的垂直距離，m；當(dāng)計(jì)算的冷卻中心i＝1時(shí)，hi表示與鍋爐中心的垂直距離，m。ρi～流出所計(jì)算的冷卻中心的水的密度，kg/m3,Hi～從計(jì)算的冷卻中心到鍋爐中心之間的垂直距離，mρi＋1～進(jìn)入所計(jì)算的冷卻中心i的水的密度（當(dāng)i＝N時(shí)，ρg＝ρi＋1）,從上面的計(jì)算式可以看出，單管熱水供暖系統(tǒng)的作用壓力與水溫變化，加熱中心與冷卻中心的高度差以及冷卻中心的個(gè)數(shù)等因素有關(guān)。為了計(jì)算單管系統(tǒng)重力循環(huán)作用壓力，需要求出各個(gè)冷卻中心之間管路中水的密度ρi。為此，就首先確定各散熱器之間管路的水溫ti。①現(xiàn)仍以圖3-5為例，設(shè)供、回水溫度分別為tg、tn，建筑物為八層，每層散熱器的散熱量分別為Q1、Q2Q3,即立管的熱負(fù)荷為：∑Q＝Q1+Q2+……+Q8w(3-6)②通過立管的水流量，按起所擔(dān)負(fù)的全部熱負(fù)荷計(jì)算，可用下式確定：kg/h(3-7),式中：∑Q～立管的總熱負(fù)荷，wC～水的熱容量C=4.187kJ/kg℃A～單位換算系數(shù)（1w＝1J/s=3600/1000kJ/h=3.6kJ/h）tg.tk～立管的供回水溫度?計(jì)算流出某一層散熱器的水溫ti（例如是第二層的t2），就可以根據(jù)上述熱平衡公式推出先由kg/h（3-8）得℃（3-9）,根據(jù)上述計(jì)算方法，串連N組散熱器的系統(tǒng)，流出第i組散熱器得水溫ti（含沿水流動(dòng)方向最后一組散熱器為i＝1）可按下式計(jì)算：℃（3-10）式中：ti～流出第i組散熱器的水溫，℃～沿流水方向在第i組（包括第i組）散熱器前的全市散熱器的散熱量?當(dāng)管路中各管段的水溫tg確定后，相應(yīng)的可確定其密度取值ρi（查表）⑤利用公式（3-5）即可求出單管重力循環(huán)系統(tǒng)的作用壓力。由水溫計(jì)算可見單管系統(tǒng)越往下層散熱器的進(jìn)出口水溫越低，使其各層散熱器的傳熱系數(shù)k值也不相等。因,此單管系統(tǒng)的散熱器比雙管系統(tǒng)的要大一點(diǎn)。單管系統(tǒng)的垂直失調(diào)是指由于各層散熱器的傳熱系數(shù)k隨各層散熱器平均計(jì)算溫度差的變化程度不同而引起的。熱水在管路中流動(dòng)時(shí)水溫隨散熱不斷變化，密度變化引起的作用力占重力循環(huán)系統(tǒng)中作用力不少比例。計(jì)算時(shí)需考慮進(jìn)去。辦法是先按（3-2）和（3-5）以散熱器為中心的計(jì)算得出作用力之后，再根據(jù)管路布置形式，長短查p319上的附錄3-2得出的一個(gè)修正壓力的計(jì)算方法。?Pzh＝?P＋?Pi（pa）（3-11）式中：?P～重力循環(huán)系統(tǒng)中，水在散熱器內(nèi)冷卻所產(chǎn)生的作用力，pa?Pi～水在循環(huán)環(huán)路中冷卻的附加作用力，pa重力循環(huán)系統(tǒng)的作用半徑不宜超過50m，一般只在單幢建筑物中使用。,【例題3-1】如圖3-6所示，設(shè)h1＝3.2m，h2＝h3＝3.0m，散熱器：Q1＝700w，Q2＝600wQ3＝800w。供水溫暖tg＝95℃，回水溫度th＝70℃。求：1.雙管系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力。2.單管系統(tǒng)各層之間立管的水溫。3.單管系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓力。計(jì)算作用壓力時(shí)，本題不考慮水在管路中冷卻因素?！窘狻?.求雙管系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓力系統(tǒng)的供、回水溫度，tg＝95℃，th＝70℃。查附錄3-1得ρg＝961.92kg/m3,ρh＝961.92kg/m3.根據(jù)式（3-2）和式（3-3）的計(jì)算方法，通過各層散熱器循環(huán)環(huán)路的作用壓力，分別為：第一層：第二層：,第三層：第三層與底層循環(huán)環(huán)路的作用壓力差值為：?P＝?P3－?P1＝1434.1－498.8＝935.3Pa由此可見，樓層數(shù)越多，底層與最頂層循環(huán)環(huán)路的作用壓力差越大。2.求單管系統(tǒng)各層立管的水溫根據(jù)式（3-10）由此可求出流出第三層散熱器管路上的水溫℃,相應(yīng)水的密度ρ3＝968.32kg/m3流出第二層散熱器管路上的水溫t2為：℃相應(yīng)的水密度ρ2＝972.88kg/m33.求單管系統(tǒng)的作用壓力根據(jù)式（3-5）,重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)是最早采用的一種熱水供暖方式，已有約200年的歷史，至今仍在應(yīng)用。它的裝置簡單，運(yùn)行時(shí)無噪音和不消耗電能。但是由于其作用壓力小，管徑大，作用范圍收到限制。重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)通常只能在單幢建筑物中應(yīng)用，其作用半徑不宜超過50m。,第二節(jié)機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng),機(jī)械循環(huán)和重力循環(huán)系統(tǒng)主要的差別是增設(shè)了循環(huán)水泵，使運(yùn)行費(fèi)用提高，但它的作用半徑增大，不僅可以供多幢建筑，而且可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域供暖。機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的主要形式分為：（1）上供下回式雙管和單管供暖系統(tǒng)（2）下供下回式雙管循環(huán)（3）中供式系統(tǒng)（4）下供上回式（倒流式）系統(tǒng)（5）混合式熱水供暖系統(tǒng)重點(diǎn)介紹3-7：機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：1、膨脹水箱的的連接位置：在重力循環(huán)系統(tǒng)中它是按在系統(tǒng)的最高點(diǎn)上，而在機(jī)械循環(huán)里它是安在循環(huán)水,泵的進(jìn)口處，也即回水干管末端。因?yàn)檫@里的壓力在系統(tǒng)工作和停運(yùn)時(shí)是恒定的，稱為壓點(diǎn)。2.系統(tǒng)中增加了排氣裝置因?yàn)榭克幂斔偷臒崦剿俣纫h(yuǎn)大于空氣泡在水中的浮升速度，為了使氣泡不至于被帶到立管內(nèi)形成氣塞。供水干管按水流方向設(shè)上升坡度（不小于0.002）同時(shí)在最高點(diǎn)還要裝設(shè)排氣裝置。異程式系統(tǒng)和同程系統(tǒng)1、異程式系統(tǒng)：在供、回水干管走向布置方向通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長度不相等（如圖3-7）。2、同程式系統(tǒng)：通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長度都相等（圖3-12）。3、異程式系統(tǒng)供水和回水干管短，在機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)中，因供水半徑很大，這樣就使水平上連接的立管較多,使得各立管的環(huán)路壓力損失較難平衡。使系統(tǒng)水平失調(diào)。同程式系統(tǒng)：因通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路總長度都相等，在較大的建筑物中布置時(shí)，可消除水平失調(diào)，但是為此要多布置管道，金屬耗量明顯增加。二、水平系統(tǒng)它按供水管和散熱器的連接方式可分為：1.順流式2.跨越式水平式系統(tǒng)與垂直式系統(tǒng)比較具有一下優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)簡單，總造價(jià)低②管道不用穿過各樓板，安裝簡單?可利用頂層輔助空間（如樓梯間）布置膨脹水箱，可使整個(gè)建筑美觀。但是水平布置在同一層串連的散熱器多，容易出現(xiàn)水平失調(diào)現(xiàn)象（前熱后冷現(xiàn)象）,第四節(jié)室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)各管路布置和主要設(shè)備及附件,一、管路布置（請(qǐng)參見圖3－20）室內(nèi)管路布置的好壞直接影響到使用的效果和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：1.供暖系統(tǒng)的引入口宜設(shè)置在建筑物熱負(fù)荷對(duì)稱分配的位置上。2.布置時(shí)首先應(yīng)確定供、回水干管的走向，系統(tǒng)分成的支路應(yīng)盡量合理，避免使各支路的阻力損失差距太大，而不易平衡。3.室內(nèi)的熱水供暖系統(tǒng)管路應(yīng)盡量明裝，盡量布置在墻角上。4.對(duì)上供下回式系統(tǒng)，供水干管多設(shè)在頂層頂棚下，頂棚的過梁高度應(yīng)滿足距窗戶頂部的最小距離不影響開窗。,5.回水干路可布置在地面上，地面不容許時(shí)可布置在地溝里，但每隔一斷距離安有活動(dòng)蓋板，檢查方便。6.為了方便排出空氣，所有水平干管應(yīng)具有不小于0.002的坡度。如因條件限制機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)可無坡度布置，但管中水流不得小于0.25m/s。二、膨脹水箱（請(qǐng)參見圖3－21）膨脹水箱的作用：一方面是用來儲(chǔ)存熱水供暖系統(tǒng)加熱時(shí)的膨脹水量，另一方面是恒定供暖系統(tǒng)的壓力，在重力循環(huán)系統(tǒng)中它還起到排氣的功能，它在重力循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)中的布置位置是不相同的。它的容積計(jì)算公式如下：Vp=α?tmaxVcL(3-12)式中：Vp～膨脹水箱的有效容積α～水的體積膨脹系數(shù)，α＝0.0006L/℃,Vc～系統(tǒng)內(nèi)的水容量，L?tmax～考慮系統(tǒng)內(nèi)水受熱和冷卻時(shí)的水溫最大波動(dòng)值，取20℃以上。為了簡化計(jì)算，Vc按可按供給1kw熱量所需設(shè)備的水容量計(jì)算。,