8章采暖

建筑设备工程建筑环境与设备工程采暖是使室内获得热量并保持一定温度，以达到适宜的生活条件或工作条件的技术，也称供暖。热源：供热锅炉房，热电厂供热管网：热媒输送管道，城市供热外网以及设备采暖管网。热用户：热媒利用设施/散热设备。图4.1集中式热水供暖系统示意图1—热水锅炉;2—散热器；3—热水管道；4—循环水泵；5—膨胀水箱第八章采暖第一节采暖方式、热媒及系统分类一、采暖方式及其选择（一）采暖方式1、集中采暖与分散采暖2、全面采暖与局部采暖3、连续采暖与间歇采暖4、值班采暖（二）采暖方式的选择采暖方式应根据建筑物规模，所在地区气象条件、能源状况、能源政策、环保等要求，通过技术经济比较等确定。二、集中采暖的热媒及其选择三、采暖系统分类供暖范围热媒分类建筑采暖系统局部采暖系统集中供暖系统热水供暖系统蒸汽供暖系统热风供暖系统烟气供暖系统传热方式对流散热供暖系统辐射供暖系统第二节采暖系统的设计热负荷一、采暖室内、外空气计算参数P131-132二、采暖系统设计热负荷的计算1、讨论热负荷的目的：1）为拟定合理的供热方案。2）选择散热设备。3）选择管径和管路设备。2、供暖热负荷的概念：在冬季里，当室外温度低于室内供暖设计温度时，为了保持室内空气温度符合设计要求，需由供暖设备向房间供应的热量。冬季供暖房间室内温度18室外温度5散热设备散热器暖风机等Q3、供暖热负荷的确定：供暖热负荷是根据冬季供暖房间的热平衡算出的。房间的得热量＝房间的失热量对于一般的民用建筑和产热量很少的工业建筑，供暖设计热负荷Q，为：Q，＝Q1.j，+Q1.x，+Q2，+Q3，（1）Q1.j，－围护结构的基本耗热量：Q1.j，＝Σq’＝ΣKF（tn－tw’）aw式中：tn－室内计算温度℃tw’－供暖室外计算温度℃a－温差修正系数，a的大小取决于非供暖房间或空间的保温性能和透气状况。0a≤1K－围护结构的传热系数，W/m2.℃F－围护结构传热面积,m2。（2）Q1.x，－围护结构的修正耗热量：实际传热条件受到各种因素的影响，因此必须对基本耗热量进行修正，这些修正的耗热量称为围护结构的修正耗热量。分为:朝向修正耗热量风力修正耗热量高度修正耗热量通常按围护结构的基本耗热量的百分率进行修正。◆综上所述，通过围护结构的传热耗热量Q1，＝Q1.j，+Q1.x，＝（1＋xg）ΣaKF（tn－tw’）（1＋xch+xf）xch－朝向修正率，％；xf－风力附加率，％，xf≥0；xg－高度附加率，％，15％≥xg≥0。（3）Q2，－冷风渗透耗热量：把渗入室内的冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量。Q2’＝C×G×（tn－tw’）＝0.278Vρwcp（tn－tw’）wV－经门、窗缝隙渗入室内的冷空气量，m3/h;ρw－室外冷空气的密度，kg/m3;cp－室外冷空气的定压比热，cp＝1kJ/kg.℃（4）Q3’－冷风侵入耗热量：把侵入室内的冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风侵入耗热量。Q3’＝0.278Vwρwcp（tn－tw’）wVw－经外门侵入室内的冷空气量，m3/h;ρw－室外冷空气的密度，kg/m3;cp－室外冷空气的定压比热，cp＝1kJ/kg.℃4、供暖热负荷的估算方法（1）面积热指标法Q’＝qf×F×10－3kwQ’－建筑物的供暖热负荷，kw；qf－单位面积供暖热指标，可查《暖通规范》，W/m2；F－建筑面积，m2。民用建筑的单位面积供暖热指标见附录Ⅱ－5（a）（2）体积热指标法Q’＝qv×Vw×（tn－tw’）×10－3kwQ’－建筑物的供暖热负荷，kw；qv－单位体积供暖热指标，W/m3.℃；Vw－建筑物的体积，m3；北京地区建筑物单位体积供暖热指标见附录Ⅱ－5（b）用热指标法估算建筑物的供暖热负荷，宜用于初步设计或规划设计，不宜用于施工设计。第三节对流采暖系统一、热水采暖系统（一）、热水采暖系统的分类热媒参数散热器接管根数高温热水采暖系统100℃115/80℃130/80℃双管系统低温热水采暖系统100℃95/70℃，85℃/60℃循环动力机械循环热水采暖系统:循环水泵提供的循环动力。自然循环热水采暖系统:温度差引起的密度引起的自然压头作用下循环。单管系统垂直单管系统水平单管系统垂直单管顺流式系统垂直单管跨越式系统水平单管顺流式系统水平单管跨越式系统垂直双管系统水平双管系统管路系统路程同程式系统：每一个支路系统的管路长度相同，容易平衡，各支路散热效果基本相同。异程式系统：每一个支路系统的管路长度不同，系统水平失调，靠近热源支路散热效果好，远离热源支路散热效果差，近热远冷。1)自然循环热水供暖系统1.工作原理及其作用压力水温升高，密度减小，热水沿干管上升，散热器回水密度较大，促使回水流回锅炉■起循环作用的是散热器中心和锅炉中心之间的水柱密度差与柱高的乘积Pa)(10gghhhhgP＝左Pa)(10ghhhhhgP＝右hhhAA2g35右01h41左PPρρ当水在锅炉内加热后，水的密度减小；在散热器内被冷却后，水的密度增加。整个系统将因供回水密度差的不同而维持循环流动。维持该系统循环流动的压力称为自然作用压力。重力循环热水供暖系统的循环作用压力的大小取决于水温（水的密度）在循环环路的变化。1)自然循环热水供暖系统(1)工作原理散热器膨胀水箱热水锅炉供水管路回水管路h1hh0AAP右P左ρgρh作用压力断面A-A右侧的水柱压力为)(g1hh01hhhgP断面A-A左侧的水柱压力为)(g1gh02hhhgP)(gh21ghPPP＝起循环作用的只有散热器中心和锅炉中心之间这段高度内的水柱密度差。如果取供水温度95℃，回水70℃；则每m高差可产生的作用压力为：9.81×1×（977.81－961.92）=156Pa。重力循环热水供暖系统维护管理简单，不需消耗电能。但由于其作用压力小、管中水流速度不大，所以管径就相对大一些，作用范围也受到限制。自然循环热水供暖系统通常只能在单幢建筑物中使用，作用半径不宜超过50m。这种系统尤其适用于平房或小二楼。为了使系统内的空气能顺利地排除，对于上供下回式自然循环热水供暖系统，其供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡向，其坡度宜采用0.5％～1.0%；散热器支管的坡度一般取1%。为保证系统中的水能通过回水干管顺利地排出，回水干管应有向锅炉方向向下坡向，其坡度一般为0.5％～1%。自然循环热水膨胀水箱的作用：容纳膨胀体积水；排除系统空气；作为系统的定压点，防止最高点水汽化。补充系统的蒸发水量．2）主要形式31110i=0.5%～1%6i=0.5%～1%975i=0.5%～1%1482(a)(b)为了使系统内的空气能顺利地排除，对于上供下回式自然循环热水供暖系统，其供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡向，其坡度宜采用0.5％～1.0%；散热器支管的坡度一般取1%。为保证系统中的水能通过回水干管顺利地排出，回水干管应有向锅炉方向向下坡向，其坡度一般为0.5％～1%。2)机械循环热水供暖系统(1）机械循环上供下回热水采暖系统213立管I4IIIIIIVV3机械循环系统除膨胀水箱的连接位置与自然循环系统不同外，还增加了循环水泵和排气装置。在机械循环系统中，水流速度往往超过自水中分离出来的空气气泡的浮升速度。为了使气泡不致被带入立管，供水干管应按水流方向设上升坡度，使气泡随水流方向流动汇集到系统的最高点，通过设在最高点的排气装置，将空气排出系统外。供回水干管的坡度宜采用0.3％，不得小于0.2％。回水干管的坡向与自然循环系统相同，应使系统水能顺利排出。(1）机械循环上供下回热水采暖系统（2）机械循环下供下回热水采暖系统12a453bh6(2）机械循环下供下回热水采暖系统系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器下面。在设有地下室的建筑物中或在平屋顶建筑棚下难以布置供水干管的场合，常采用下供下回式系统。下供下回式系统排除空气的方式主要有两种：通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气。或通过专设的空气管手动或自动集中排气。为避免立管中的水通过空气管串流，集气装置的连接位置，应比水平空气管低h米以上，即应大于图中a和b两点在供暖系统运行时的压差值。（3）机械循环中供式热水采暖系统（4）.机械循环下供上回式（倒流式）供暖系统系统的供水干管设在下部，而回水干管设在上部，顶部还设置有顺流式膨胀水箱。i12iii3机械循环下供上回（倒流式）热水供暖系统（4）机械循环水平式热水采暖系统特点：系统的总造价低；管路简单，无需穿过各楼板的立管，施工方便；便于分层管理和调节。12(2)(1)(1)(2)21单管水平串联式图单管水平跨越式1—冷风阀；2—空气管1—冷风阀；2—空气管5）异程式系统与同程式系统近处立管流量超过要求，远处立管流量出现不足的现象，从而引起水平方向冷热不均，称为水平失调。142立管IIIIIIIV3二、蒸汽供暖系统蒸汽供暖系统中，热媒是蒸汽蒸汽供暖系统所利用的是蒸汽的汽化潜热◆蒸汽供暖原理：蒸汽进入散热器后，充满散热器，通过散热器将热量散发到房间内，与此同时蒸汽冷凝成同温度的凝结水。工作原理蒸汽供暖原理图1—热源；2—蒸汽管路；3—散热设备；4—疏水器；5—凝水管路；6—凝水箱；7—空气管；8—凝水泵；9—凝水管（一）蒸汽采暖系统的形式1.按供气压力大小高压蒸汽供暖系统P70kPa低压蒸汽供暖系统P70kPa真空蒸气供暖系统P大气压2.按蒸汽干管布置上供式中供式下供式3.按立管的布置特点单管式双管式4.按回水方式重力回水机械回水（高压蒸汽系统均采用机械回水方式）上水排水ⅠⅡⅠhBⅡ200～250i≥0.005i≥0.003ⅠⅠⅡBhⅡi≥0.005i≥0.003hA排水上水200～250200～250下供式上供式（二）低压蒸汽供暖系统1.重力回水低压蒸汽供暖系统由蒸汽管道+散热器+凝结水管构成一个循环回路。重力回水低压蒸汽供暖系统型式简单，宜在小型系统中采用。当供暖系统作用半径较大时，就要采用较高的蒸汽压力才能将蒸汽输送到最远散热器。如仍用重力回水方式，凝水管里水面II-II高度就可能达到甚至超过底层散热器的高度，底层散热器就会充满凝水并积聚空气，蒸汽就无法进入，从而影响散热。因此，当系统作用半径较大，供汽压力较高（通常供汽表压力高于20kPa）时，就采用机械回水系统。2.机械回水低压蒸汽系统（1）是一个开式系统凝结水返回凝结水箱，再由凝结水泵送回锅炉加热。（2）水击蒸汽管道中沿途凝结水被高速运动的蒸汽推动产生的浪花或水塞与管件相撞产生振动和巨响的现象。（3）减少水击的措施及时排除凝结水；降低蒸汽流速；设置合适的坡度使凝结水与蒸汽同向流动。234i≥0.0051i≥0.003蒸汽凝水机械回水低压蒸汽供暖系统1—低压恒温式疏水器2—凝水箱3—膨胀水箱4—凝水泵◆低压蒸汽供暖系统在设计中应注意的问题。1、供汽压力问题。散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为1500～2000Pa。（1）当供汽压力符合设计要求时：（2）当供汽压力不足时：（3）当供汽压力过高时：2、疏水问题。疏水器的作用：阻蒸汽、排凝结水、排空气。下图为低压蒸汽供暖系统常用的疏水器－－恒温式疏水器。疏水器安装位置：1）每个散热器的凝水支管上。2）每根凝水立管下端。3）室内蒸汽干管的末端。4）地沟蒸汽干管的抬头处。3、坡度问题。室内蒸汽干管：i＝0.003室内凝水干管：i＝0.003～0.005散热器支管：i＝0.01～0.024、补空气问题。如机械回水低压蒸汽供暖系统的排空气（补空气）管、凝水箱上的空气管等。（三）高压蒸汽供暖系统（三）高压蒸汽供暖系统由于高压蒸汽的压力及温度均较高，因此在热负荷相同的情况下，高压蒸汽供暖系统的管径和散热器片数都