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供暖体例及其分类

供暖

  供暖系统及其分类_机械/仪表_工程科技_专业资料。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

  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、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 第八章 供暖系统及其分类 供暖系统定义: 在冬季,室外温度低于室内温度,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。 供暖系统的分类 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 局部供暖系统 集中供暖系统 第一节 热水供暖系统 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 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,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 P 1 ? g (h0 ?h ? h 1 ?h ? h2 ? g ? h3 ? g ) tg 断面A-A左侧的水柱压力为: th P2 ? g (h0 ?h ? h1?g ? h2 ?g ? h3 ?g ) 该环路的自然压头为: ?g A A i=0.003 ?h ?P 1?P 1?P 2 ? gh 1 ( ?h ? ? g ) (11-1) 图11-1 自然循环热水 供暖系统工作原理图 h0 h1 h2 h3 断面A-A右侧的水柱压力为: i=0.003 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: 断面A-A左侧的水柱压力为: ? P 1 ? g (h0 ?h ? h 1 ?h ? h2 ?h ? h3 ? g ) P2? ? g (h0 ?h ? h1? g ? h2 ? g ? h3 ? g ) ? 1 ? P2 ? g(h1 ? h2 )(?h ? ?g ) (11-2) 该环路的自然压头为: ?P 1?P 再考虑管路沿途热损失 ?P2 ,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。 因此经过计算,立管第一层散热器的循环环路的自然压头 ? P 为: ?P ? ?P 1 ? ?P 2 ? ?P? ? ?P 1 ? ?P 2 (11-3) 经过计算,立管第二层散热器的循环环路的自然压头 ?P? 为: (11-4) 自 然 压 头 算 例 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℃,ρg= 962 kg/m2;供水温度为 th= 70℃,ρh= 977 kg/m2 为例计算自然压头 ? P、 ?P?。 解:查附表6-1 得ΔP2=100Pa,则: ?P ? ?P 1 ? ?P 2 ? gh 1 ( ? h ? ? g ) ? ?P 2 ? 9.8 ? 3 ? (977 ? 962) ? 100 ? 441? 100 ? 541Pa ?P? ? ?P 1 ? ?P 2 ? g(h1 ? h2 )( ? h ? ? g ) ? ?P 2 ? 9.8 ? (3 ? 3) ? (977 ? 962) ? 100 ? 882 ? 100 ? 982Pa 结 论 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2.5~3m。 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 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。 机械循环双管上供下回式 9 i=0.003 4 3 10 2 11 5 6 1 8 i=0.003 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 7 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 机械循环双管下供下回式 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 i=0.003 8 1 3 11 9 空气管 4 10 5 6 7 i=0.003 注意:双管系统不宜在四层以上的建筑中采用。 单管上供下回式 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。 9 2 11 1 8 7 i=0.003 i=0.003 3 4 10 5 单管上供下回式还 分为顺流式和跨越式。 图11-4 异程单管上供下回式 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: DN10手动放风门 Z型补偿器 水平顺流(水平串联)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。 DN10手动放风门 水平跨越式系统 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 9 i=0.003 3 4 10 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。 1 2 11 5 8 7 i=0.003 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 1972年联合国国际高层建筑会议 : 1、9~16层(最高为50米) 2、17~25层(最高到75米) 3、26~40层(最高到100米) 4、40层以上(超高层建筑) 《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 高层建筑热水供暖系统 ?系统分类: 1、分层式供暖系统; 2、双线、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 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 二、双线.垂直双线单管供暖系统 立管在竖向成Π 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 垂直双线.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。 水平双线供暖系统 单、双管混合式系统 定义:在垂直方向上分为若干组,每组 若干层(2~3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2~3层 房屋供暖,形成的自然压头仅在2~3层 中起作用,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1/2~1/3, 因此支管管径较小,便于施工。 第二节 蒸汽供暖的特点: 蒸汽供暖系统 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(1.84Δt.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所需的蒸汽流量要比 热水供暖所需的热水流量小得多。 蒸汽供暖系统的优点 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)?)较大, 而散热器散热面积 F=Q/K*Δt,因此对于同一 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。 蒸汽供暖系统的缺点 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。 蒸汽供暖系统的分类 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) 线、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 三种压强的关系 1.以绝对真空为基准 表压 绝对压强 当地大气压强 真空度 余压(绝压) 实测压强 2.以当地大气压强为基准 实测压强 绝对零压 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= - 真空度 一、低压蒸汽供暖系统 低压蒸汽供暖系统的 凝水回流有两种形式: 1、重力回水: 凝水依靠重力 回流到锅炉中。 2、机械回水: 凝水依靠重力回流 到凝结水箱中, 再用水泵送入锅炉 工程中多采用机械回水方式 2 i=0.003 4 3 10 6 5 1 9 8 7 i=0.003 机械回水双管 上供下回式蒸汽供暖系统 1-蒸汽锅炉; 2-蒸汽总立管; 3-蒸汽干管; 4-蒸汽立管; 5-散热器; 6-凝结水立管; 7-凝结水干管;8-凝结水泵; 9-凝结水箱; 10-疏水器. 机械回水蒸汽系统设计注意事项 疏水器:阻止蒸汽通过,只允许凝结水及不凝气体 (空气)及时排往凝结水管的一种装置。 注意:在每组散热器后都要安装疏水器。 恒温式疏水阀: 启闭由内部装有酒精的 金属波形囊控制。 沿途凝水:蒸汽在管道中流动时会向外散失热量, 因供暖系统一般用饱和蒸汽,很容易造成 一部分蒸汽凝结成水,叫做“沿途凝水”。 水击现象:高速流动的蒸汽和凝结水在遇到阀门、弯头 等改变流动方向的部件时,会产生“水击”现象 为了及时排除沿途凝水,避免水击现象的发生,应使 汽、水同向流动,即蒸汽干管应有沿流动方向向下的 坡度,必要时在蒸汽干管下部接凝结水管道并设疏水器 空气是不凝性气体,系统运行时如不能及时排除系统中 的空气,它会堵在管道和散热器中,影响系统的散热量 顺利排除系统中的空气是保证系统正常工作的必要条件 凝结水箱和凝结水泵 凝结水箱:一般按 15~20 min 最大小时凝水量设计。 在热源处的总凝结水箱也可按 0.5~1h 最大小时凝水量设计。 凝结水泵:应按少于30min的时间将凝结水箱的 凝结水送入锅炉的标准进行设计。 凝结水泵的安装 为避免水泵吸入口处压力过低造成凝结水汽化, 以至造成气蚀、水泵停转现象,保证水泵正常工作, 凝结水泵的最大吸水高度及最小正压水头高度要受 凝结水温度的制约。 为安全考虑,当凝结水温度小于70℃时,水泵必须 低于水箱底面0.5m。 小结: 及时排除空气(影响散热) 凝水顺利送回锅炉(设置凝结水箱、水泵) 防止蒸汽逸入凝水管(设置疏水阀) 避免水击现象 高压蒸汽供暖系统 定义:压力为 1.7x105 ~ 4.0x105 Pa 的蒸汽供暖系统。 高压蒸汽供暖系统常与生产用汽合用,生产用汽压力 一般较高,所以从锅炉房来的蒸汽需经减压阀减压。 高压蒸汽供暖系统形式:上供下回式、下供下回式、 单管式、双管式等形式 为了避免高压蒸汽和凝结水在立管中方向流动发出噪声 并产生水击现象,一般高压蒸汽供暖系统均采用双管上 供下回系统。 高压蒸汽供暖系统的特点 1、高压蒸汽供暖系统由于散热器可能漏气,加上 二次蒸发汽的存在,造成凝水管路会有蒸汽存在, 所以在每个散热器的蒸汽和凝结水支管上都应设 阀门,以调节供汽并保证关断。 2、因疏水器单个排水能力远超过每组散热器的 凝水量,故系统仅在每一支凝水干管的末端 设疏水器。 高压蒸汽供暖系统的特点 3、由于凝结水温度较高,通过疏水器减压后,会产生 二次蒸汽。所以在进入凝结水箱之前要设置二次 蒸发器及水-水换热器。 4、由于管道温度变化大,要考虑补偿问题。 5、高压蒸汽供暖系统的管径和散热器片数都小于低压 蒸汽供暖系统,因此具有较好的经济性。 但是由于安全、卫生条件很差,所以仅能用于 工业厂房。 第三节 供暖系统的管路布置和主要设备 供暖系统的管路布置的总体原则: 1、根据建筑的特点,确定供暖系统的热媒及系统形式 2、合理确定引入口位置: 一般设置在热负荷中心位置即长度方向的中线上, 并要服从室外热力管网的总体布局。 3、布置管道时,应力求管道最短,便于维护管理, 不影响房间的美观。 供暖系统的管路布置的总体原则 4、在上供下回式系统中,对于美观要求较高的民用 建筑,供水干管布置在顶棚内。 如顶棚内无法布置且建筑物是平屋顶,可在屋顶上 建造专门的管槽,其他建筑干管布置在顶棚下。 5、回水干管敷设在地下室顶棚下、地沟内、地面上。 地沟宜采用半通行地沟(地沟分通行地沟、半通行 地沟、不通行地沟),每隔一定距离应设活动盖板 回水管的管路布置 敷设在地面上的回水干管(凝结水管)过门时, 设不通行过门地沟,但应采取一定的技术措施。 凝结水干管过门连接方式 立管 i=0.005 i=0.01 i=0.005 空气绕行管 排污丝堵 i=0.003 i=0.003 i=0.005 回水干管过门连接方式 i=0.003 集气罐和膨胀水箱 热水供暖系统中集气罐或自动放气阀应每一环路设置 一个,集气罐或自动放气阀宜设在卫生间、厨房、楼 梯间。 集气罐的排气管应引至有下水道的地方,如洗手盆等处 热水供暖系统的膨胀水箱常设在顶棚内或屋顶水箱间内 为防止冻结,水箱间应供暖。 立管的管路布置 立管应布置在窗间墙处,有利于向两侧连接散热器 立管应尽可能设在房间的角落里以减小占用空间 在房屋外墙转角处单独设置以避免该处结露、结霜 楼梯间应单独设置立管,其他房间的散热器不能与其 连接,以避免由于该立管冻结而影响其他房间。 支管与散热器的连接方法 散热器之间的连接方法 散热器的组装片数不宜超过: 粗柱型20片、细柱型25片,长翼型7片 同一房间的两组散热器可采用串联连接: DN40或DN32 DN40或DN32 同侧连接 异侧连接 供暖管道的安装方法 供暖管道的安装方法有明装和暗装两种。 明装:安装后能看到。 暗装:管道被建筑、装修隐蔽起来 管道穿过楼板或隔墙时,应设套管,套管的内径应 稍大于管道的外径。 管道敷设在地沟、技术夹层、闷顶及管道井内时, 应保温。 聚苯乙烯泡沫塑料 超 细 玻 璃 棉 超 细 玻 璃 棉 玻 璃 纤 维 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯保温瓦 预制直埋保温管 管道的补偿 金属管道会热胀冷缩,采暖管道必须计算其热膨胀。 自然补偿:可利用管道的自然弯曲及自由端进行补偿 补偿器:当自然补偿不能满足要求时设置的补偿设备 常用的补偿器:方形补偿器、波纹管补偿器等。 两个补偿器之间应合理地设置固定点。 管道自然补偿 方形补偿器

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