第四章供热工程及热水供应设备

第四章供热工程及热水供应设备吉林建筑工程学院建筑装饰学院人们在日常生活和社会生产中都需要使用大量的热能。将自然界的能源直接或间接地转化为中、低位热能，以满足人们需要的科学技术称为供热工程。本课程供热工程的研究对象和主要内容，是以热水或蒸汽作为热媒的建筑物供暖系统。供暖：用人工的方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件和工作条件的技术。第一节供暖热负荷供暖系统的热负荷：指在某一室外温度下，为了达到要求的室内温度，供暖系统在单位时间内向建筑物供暖的热量。它是供暖系统设计的最基本依据，它的确定直接影响供暖系统方案的选择，供暖管道管径和设备的确定，并且关系到供暖系统的使用和经济效果。计算公式：Q=Q1，b+Q1，e+Q2+Q3式中Q1，b——围护结构的基本耗热量（kw）；Q1，e——围护结构的附加（修正）耗热量（kw）；Q2——冷风渗透耗热量，是指加热由门、窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量（kw）；Q3——冷风侵入耗热量，是指加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量（kw）。—、围护结构基本耗热量Q1，b围护结构的基本耗热量是通过墙壁、屋顶、地面、门窗等散失的热量。Q1，b＝KF（tn—twn）α式中Q1，b——围护结构的基本耗热量(W)；K——围护结构的传热系数（W／m2·℃）(见表4—1)；F——围护结构的传热面积（m2）；tn——供暖室内计算温度（℃）(见表4—2)；twn——冬季室外计算温度（℃）(见表4—3)；α——围护结构的温差修正系数(见表4—4)。整个房间的耗热量等于各个围护结构耗热量之和，即：Q=∑Q1，b=∑KF（tn—twn）α参数的确定方法1.围护结构的传热系数K类型K类型KA．门金属框单层6.4实体木制外门单层4.65双层3双层2.33单框双层玻璃窗空气层厚12mm3.9带玻璃阳台外门单层(木框)5.82空气层厚16mm3.7双层(木框)2.68空气层厚20～30mm3.6单层(金属框)6.4双层(金属框)3.26C．外墙单层内门2.91内表面抹灰砖墙24砖墙2.0837砖墙1.5649砖墙1.27B．外墙及天窗D．内墙木框单层4.7双面抹灰12砖墙2.31双层2.724砖墙1.722.围护结构的传热面积F（1）门窗面积：按外墙面上门、窗洞净空尺寸计算。（2）外墙的面积：高度按本层地面至上一层地面距离，宽度按轴线至轴线距离来计算。（3）屋顶和地面的面积：按轴线至轴线距离来计算。3.供暖室内计算温度tn建筑类别房间名称温度范围℃民用建筑主要房间16～24工业建筑轻作业房间18～21中作业房间16～18重作业房间14～16过重作业房间12～14辅助建筑物及辅助用室浴室≥25更衣室≥25办公室、休息室≥18食堂≥18盥洗室、厕所≥124.室外供暖计算温度twn序号地名温度/℃序号地名温度/℃1北京﹣919榆林﹣162上海﹣220西安﹣53天津﹣921银川﹣154哈尔滨﹣2622西宁﹣135齐齐哈尔﹣2523玛多﹣236海拉尔﹣3424山丹﹣177长春﹣2325兰州﹣118延吉﹣2026乌鲁木齐﹣229沈阳﹣1927吐鲁番﹣l510锦州﹣1528济南﹣711大连﹣1129徐州﹣512承德﹣1430合肥﹣313保定﹣931杭州﹣114石家庄﹣832南昌015唐山﹣1033郑州﹣516太原﹣1234武汉﹣217呼和浩特﹣1935拉萨﹣618锡林浩特﹣2736甘孜﹣105.温差修正系数α围护结构特征α外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等1闷顶和室外空气相通的非供暖地下室上面的楼板等0.9非供暖地下室上面的楼板、外墙有窗时0.75非供暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时0.6非供暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时0.4与有外门窗的供暖房间相邻的隔墙0.7与无外门窗的非供暖房间相邻的隔墙0.4伸缩缝墙、沉降缝墙0.3防层缝墙0.7二、附加耗热量Q1，e围护结构附加耗热量包括风力附加、朝向修正及高度附加等。1.风力附加当冬季室外平均风速vPj＞3m／s时，应对垂直围护结构如外墙、外门、外窗的基本耗热量进行风力附加，其值为：vPj＜5m／s，附加2％；vPj≥5m／s，附加5％。2.朝向修正率3.高度附加率当房间高度大于4m时，每高出1m，应对经过朝向及风力附加后的耗热量附加2％，但总的附加值不超过15％，对高层建筑的楼梯间不考虑高度附加。三、冷风渗透耗热量Q2冷风渗透耗热量可按下式计算：Q2＝0．278VwCp(tn—twn)式中Q2——冷风渗透耗热量（W）；V——流入的冷空气量（m3／h）；w——冷空气的密度（kg／m3）；Cp——空气的定压比热容，Cp=1kJ／kg·℃；注：由于流入的冷空气量不易确定，冷风渗透耗热量可按围护结构基本耗热量的百分数进行估算，具体数据按下表选用。工业建筑冷风渗透耗热量占围护结构基本耗热量的百分数〔％〕玻璃窗性质建筑物的高度/m＜4．54．5～10＞10单层253540单、双层均有203035双层152530民用建筑及工业辅助建筑冷风渗透耗热量占围护结构基本耗热量的百分数〔％〕玻璃窗宙性质一面有窗的房间二面有窗宙的房间三面有窗的房间单层101520双层5810四、冷风侵入耗热量Q3冷风侵入耗热量：在冬季外门开启时，由于风压和热压的作用会有大量的冷空气侵入室内，把这部分空气加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风侵入耗热量。1.民用建筑和工厂的辅助建筑物对于短时间开启的外门(不包括阳台门、太平门和设置热空气幕的门)，采用外门基本耗热量乘以下列百分数来计算。当楼的总层数为n时：一道门65n％二道门(有门斗)80n％三道门(有两个门斗)60n％公共建筑的主要出入口500％2.工业建筑对于开启时间不长(每班开启时间等于或小于15min)的单层工业车间的外门，可按外门基本耗热量的500％计算。开启时间较长的外门，冷风侵入量很大，消耗的热量也很大。冷风侵入的数量可根据通风工程中的原理进行计算，或根据有关的经验公式或图表确定。由于耗热量大，不仅大大增加了供暖系统的投资和运转费用，而且实践证明，即便散热器面积增加很多，直到布置不下，在大门开启时，室内仍很冷。为此可在外门处设置门斗或前室，装上厚实的门帘等。当由于车辆的出入不允许设置固定遮挡物时，可在外门设置热风空气幕。利用喷出高速热空气，在大门的平面上形成一层空气幕，既阻挡冷空气侵入室内，又不妨碍车辆和人员出入。五、建筑物热负荷的概算1．单位面积热指标法Q＝qfF式中Q——建筑物供暖热负荷(W)；qf——单位面积耗热量指标(W／m2)；F——总建筑面积(m2)。民用建筑供暖单位面积耗热量指标建筑性质热指标gf/(w／m2)建筑性质热指标gf/(w／m2)住宅47～70商店64～87办公楼、学校58～81单层住宅81～105医院64～81食堂、餐厅116～140幼儿园58～70影剧院93～116图书馆47～76大礼堂116～1632．单位体积热指标法Q＝qvV（tn—twn）式中Q——房间的供暖热负荷(W)；V——房间的建筑体积(m3)；qv——单位体积热指标(W／m3·℃)北京地区建筑单位体积热指标建筑物名称建筑体积m3单位体积供暖热指标(W／m3·℃)一层玻璃北面及西面两层玻璃住宅1～2层700～12001.3961.163住宅3～4层9000～120000.640.58行政办公楼4～5层18000～220000.580.52高等学校及中学3～4层～220000.580.52小学、幼儿园、托儿所等2层～35000.8140.76医院4～5层～100000.640.58六、分户计量采暖热负荷1．分户计量采暖系统与常规采暖系统热负荷比较:a.热负荷的计算方法与常规采暖系统是基本相同的b.分户计量采暖系统的用户可以根据需要对室温进行自主调节,但采暖系统的设计室内温度宜比常规采暖系统有所提高2．分户计量房间热负荷a.确定户内采暖设备容量时，选用的房间热负荷应为常规采暖房间热负荷与户间热负荷之和。b.户间传热的统一确定方法主要有两种：一、是按实际可能出现的温差计算传热量，然后考虑可能同时出现的概率来确定；二、采用房间常规围护结构耗热量乘以一个附加系数方法来计算。1)北京市《新建集中采暖住宅分户热计量设计技术规程》提供了户间传热量的计算原则2)天津市《集中供热住宅计量供热设计规程》的计算方法第二节供暖系统的分类及系统形式一、供暖系统的分类1.按供暖作用范围分类(1）局部供暖(2）集中供暖2．按供暖热媒种类分类(1）烟气供暖(2）热水供暖(3）蒸汽供暖3．按供暖系统循环动力分类(1）自然循环供暖系统(2）机械循环供暖系统二、供暖系统的主要形式1．普通热水供暖系统的形式(1)自然循环双管上分式(2)机械循环双管下分式（3)机械循环单管上分式(4)机械循环水平串联式(5)同程式热水供暖系统2．分户热计量采暖系统2）分户水平双管系统(1)分户供热系统形式1）分户水平单管系统分户水平单双管系统（2)管道布置及用户系统的热力入口1）管道布置：每户的关断阀及向各楼层、各住户供给热媒的供回水立管（总立管）及入口装置，宜设于管道井内；管道井宜设在公共的楼梯间或户外公共空间；户内采暖系统管道的布置，条件许可时宜暗埋布置。但是暗埋管道不应有接头，且暗埋管道宜外加塑料套管。2）用户系统的热力入口热力入口的具体设置方式3）分户水平放射式系统管道安装材质变化的分界示意图3．蒸汽供暖系统（1）蒸汽供暖系统的分类：按照供汽压力的大小，将蒸汽供暖分为三类：供汽的表压力﹥70kPa时，称为高压蒸汽供暖；供汽的表压力≤70kPa时，称为低压蒸汽供暖；当系统中的压力﹤10kPa（大气压力）时，称为真空蒸汽供暖。按照蒸汽干管布置的不同，蒸汽供暖系统可由上供式、中供式、下供式三种；按照立管的布置特点，蒸汽供暖系统可分为单管式和双管式，国内绝大多数蒸汽供暖系统采用双管式；按照回水动力不同，蒸汽供暖系统可分为重力回水和机械回水两类，高压蒸汽供暖系统都采用机械回水方式。（2）低压蒸汽供暖系统组成：由蒸汽锅炉、蒸汽管道、散热器、凝结水管道、疏水器、凝结水箱、凝结水泵等组成1)低压蒸汽双管上分式2)低压蒸汽双管下分式3)低压蒸汽单管上分式（3）高压蒸汽供暖系统室内高压蒸汽供暖系统示意图1-室外蒸汽管；2-室内高压蒸汽供热管；3-室内高压蒸汽供暖管；4-减压装置；5-补偿器；6-输水器；7-开式凝水箱；8-空气气管；9-凝水泵；10-固定支点；11-安全阀三、热水采暖系统施工图1．采暖系统施工图的组成及内容采暖系统施工图由平面图、系统（轴侧）图、详图、设计施工说明、目录、图例和设备、材料明细表等组成。（1）平面图（1）平面图（2）轴侧图（又称系统图）住宅分户计量采暖施工图采暖系统干管投影图标准层采暖平面图底层采暖平面图第三节常用供热设备一、散热器1．对散热器的要求（1)热工性能方面的要求（2)经济方面的要求（3)安装使用和工艺方面的要求（4)卫生和美观方面的要求（5)使用寿命的要求2．散热器的种类（1)铸铁散热器（2)钢制散热器1）闭式钢串片对流散热器2）钢制板型散热器3）钢制柱型散热器4）钢制扁管型散热器5）钢制光面管（排管）散热器钢制散热器与铸铁散热器相比，具有如下一些特点（I）金属耗量少（II）耐压强度高（III）外形美观整洁，占地小，便于布置（IV）除钢制柱型散热器外，钢制散热器的水容量较少，热稳定性较差。（V）钢制散热器的最主要缺点是容易被腐蚀，使用寿命比铸铁散热器短（3)铝制散热器铝制散热器的特点：1）高效的散热性能2）重量轻3）价格偏高4）不宜在强碱条件下长期使用（4）铜铝复合散热器散热器实物图散热器实物图散热器实物图散热器实物图3．散热器的选择原则（1）散热器的选用所选散热器的传热系数应较大，其热工性能应满足采暖系统的要求；采暖系统下部各层散热器承受压力较大，所能承受的最大工作压力应大于采暖系统底层散热器的实际最大工作压力；散热器的外形尺寸应适合建筑尺寸和环境要求，易于清扫；（2）散热器的布置1）散热器宜安装在外墙的窗台下2）为防止冻裂散热器