02《供热工程》第二课-供暖系统的散热设备

第二章室内供暖系统的末端装置能源与安全工程学院成剑林本章重点及难点本章重点掌握散热设备热负荷的计算。掌握散热设备的选用本章难点散热设备热负荷的计算。散热设备的选择方法散热设备向房间传热的方式：散热器辐射供暖系统热风供暖系统散热器的形式：供暖系统的热媒(蒸汽或热水)，通过散热设备的壁面，主要以自然对流传热方式(对流传热量大于辐射传热量)向房间传热。这种散热设备通称为散热器。供暖系统以低温热水(≤60℃）为加热热媒，以塑料盘管作为加热管，预埋在地面混凝土层中并将其加热，向外辐射热量的采暖方式称为低温热水地面辐射采暖。此时，建筑物部分围护结构与散热设备合二为一。辐射供暖系统：供暖系统的热媒(蒸汽、热水、热空气、燃气或电热)，通过散热设备的壁面，主要以辐射方式向房间传热。散热设备可采用在建筑物的顶棚、墙面或者地板内埋设管道、风道与加热电缆的方式；也可采用在建筑物内悬挂金属辐射板的方式。辐射供暖系统：通过散热设备向房间输送比室内温度高的空气，直接向房间供热。利用热空气向房间供热的系统，称为热风供暖系统。热风供暖系统既可以采用集中送风的方式，也可以利用暖风机加热室内再循环空气的方式以及风机盘管的方式向房间供热。热风供暖系统：第一节散热器第二节散热器的计算第三节低温辐射采暖的计算第四节钢制辐射板第五节暖风机与风机盘管本章内容第一节散热器散热器的功能：将供暖系统的热媒(蒸汽或热水)所携带的热量，通过散热器壁面传给房间。散热器的散热过程(1）散热器内热媒（热水、蒸汽）把热传给散热器内壁（主要以对流方式）。(2）内壁靠导热把热量传给外壁(主要以导热方式)。(3）外壁靠对流换热把大部分热量传给空气；又靠辐射把另一部分热量传给室内的物体和人(兼有对流、辐射)。第一节散热器对散热器的基本要求：热工性能方面的要求经济方面的要求安装、使用和工艺方面的要求卫生和美观方面的要求使用寿命的要求散热器的传热系数K值越高，说明其散热性能越好。一般常用散热器的K值约为5～10W/(㎡·℃)。散热器以最好的散热方式将热量自带热体传给室内的空气，保证工作区（距地面2m范围内）温度均匀适宜。提高散热器的散热量，增大散热器传热系数的方法，可以采用增加外壁散热面积(在外壁上加肋片)、提高散热器周围空气流动速度和增加散热器向外辐射强度等途径。热工性能方面的要求经济方面的要求散热器传给房间的单位热量所需金属耗量越少，成本越低，其经济性越好。散热器的金属热强度是衡量散热器经济性的一个标志。金属热强度是指散热器内热媒平均温度与室内空气温差为1℃时，每公斤质量散热器单位时间内所散发出来的热量。q=K/GW/kg.℃q---散热器的金属热强度，W/kg.℃K---散热器的传热系数，W/m2.℃G---散热器每1m2散热面积的质量，kg/m2q值越大，说明散出同样的热量所耗的金属量越小。这个指标可作为衡量同一材质散热器经济性的一个指标。经济方面的要求安装、使用和工艺方面的要求散热器应具有一定机械强度和承压能力；散热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面积，结构尺寸要小，少占房间面积和空间，散热器的生产上艺应满足大批量生产的要求。卫生和美观方面的要求散热器外表光滑，不积灰和易于清扫，散热器的装设不应影响房间观感。使用寿命的要求散热器应不易于被腐蚀和破损，使用年限长。散热器分类目前，国内生产的散热器种类繁多按其制造材质主要有铸铁、钢制散热器两大类（其他材质（铝合金、混凝土等）散热器。按其构造形式主要分为柱型、翼型、管型、平板型等。铸铁散热器铸铁散热器的特点优点：结构简单，防腐性好，使用寿命长以及热稳定性好；缺点：其金属耗量大、金属热强度低于的钢制热器。我国目前应用较多的铸铁散热器有：(一)翼型散热器(二)柱型散热器翼型散热器1.圆翼型翼型散热器2.长翼型（a）（b）（c）（d）铸铁散热器示意图圆翼型散热器圆冀型散热器是一根内径50或75mm的管子，外面带有许多圆形肋片的铸件。管子两端配设法兰，可将数根组成平行叠的散热器组。管子长度分750mm，1000mm；最高工作压力：对热媒为热水，水温低于150℃，Pb＝0.6MPa；对蒸汽为热煤，Pb＝0.4MPa。圆翼型型号标记为：TY0.75—6(4)和Tyl.0—6(4)。长翼型散热器长翼型散热器的外表面具有许多竖向肋片，外壳内部为一扁盒状空间。长冀型散热器的标准长度L分200mm，280mm两种，宽度B＝115mm，同侧进出口中心距H1=500mm，高度H=595mm。长翼型型号标记分别相应为：TC0.28／5—4(俗称大60)和TC0.20／5—4(俗称小60)。翼型散热器的特点：制造工艺简单，长翼型的造价也较低；翼型散热器的金属热强度和传热系数比较低，外形不美观，灰尘不易清扫，特别是它的单体散热量较大，设计选用时不易恰好组成所需的面积，因而日前不少设计单位，趋向不选用这种散热器。柱型散热器柱型散热器是呈柱状的单片散热器。外表面光滑，每片并行几个中空的立柱相互连通。根据散热面积的需要。可把各个单片组装在一起形成一组散热器。柱型散热器我国目的常用的柱型散热器主要有：二柱型散热器和四柱型散热器；柱型散热器有带脚不带脚的两种片型，便于落地或挂墙安装。柱型散热器的五种规格相应型号标准记为TZ2—5—5(8)；TZ4—3—5(8)；TZ4—5—5(8)；TZ4—6—5(8)；TZ4—9—5(8)。如标记TZ4—6—5，TZ4表示灰铸铁四柱型，6表示同侧进出口中心距为600mm，5表示最高工作压力0.5MPa。柱型散热器与翼型散热器相比金属热强度及传热系数高；外形美观，易清除积灰；容易组成所需的面积；因而柱型散热器得到较广泛的应用钢制散热器目前我国生产的钢制散热器主要有下面几种型式：闭式钢串片对流散热器板型散热器钢制柱型散热器扁管型散热器闭式钢串片对流散热器由钢管、钢片、联箱及管接头组成。闭式钢串片式散热器规格以高X宽表示，其长度可按设计要求制作。板型散热器由面板、背板、进出水口接头、放水门固定套及上下支架组成。背板有带对流片和不带对流片两种类型。钢制柱型散热器其构造与铸铁柱型散热器相似，每片也有几个小空立柱。这种散热器是采用1.25—1.5mm厚冷轧钢板冲压延伸形成片状半柱型，将两片片状半柱型经压力滚捍复合成单片，单片之间经气体弧焊联接成散热器。扁管型散热器组成：它是采用52x11x1．5㎜(宽x高x厚)的水通路扁管叠加焊接在一起，型散热器外形尺是以52mm为基数，形成三种高度规格；4l6mm(8根),520mm（10根）和624mm（12根)。长度：由600mm开始，以200mm进位至2000mm共八种规格。结构形式：单板、双板，单板带对流片和双板带对流片四种结构形式。钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的优点1．金属耗量少。2．耐压强度高。3．外形美观整洁，占地小，便于布置。钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的优点1．金属耗量少。钢制散热器大多数是由薄钢板压制焊接而成。金属热强度可达0.8~1.0W／kg·℃，而铸铁散热器的金属热强度—般仅为0.3W／kg·℃左右。钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的优点2．耐压强度高。铸铁散热器的承压能力一般Pb=0.4一0.5Mpa。钢制板型及柱型散热器的最高工作压力可达0.8Mpa。因此，从承压能力的角度来看，钢制散热器适用于高层建筑供暖和高温水供暖系统。钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的优点3．外形美观整洁，占地小，便于布置。如板型和扁管型散热器还可以在其外表面喷刷各种颜色的图案，与建筑和室内装饰相协调。制散热其高度较低，扁管和板型散热器厚度薄，占地小，便于布置。钢制散热器与铸铁散热器相比，具有的缺点除钢制柱型散热器外，钢制散热器的水容量较少，热稳定性差些。在供水温度偏低而又采用间歇供暖时，散热效果明显降低。钢制散热器的主要缺点是容易被腐蚀，使用寿命比铸铁散热器短。在蒸汽供暖系统中不应采用钢制散热器。对具有腐蚀性气体的生产厂房或相对湿度较大的房间，不宜设置钢制散热器。总结由于钢制散热器存在上述缺点，它的应用范围受到—定的限制。因此，铸铁柱型散热器仍是目前国内应用最广泛的散热器。其它类型散热器铝制散热器重量轻，外表美观；铝的辐射系数比铸铁和钢的小，为补偿其辐射放热的减小，外型上应采用措施以提高气对流散热量。其它类型散热器陶瓷散热器散热器的选用设计选择散热器时，应符合下列原则性的规定：1．散热器的工作压力，当以热水为热媒时，不得超过制造厂规定的压力值。对高层建筑使用热水供暖时，首先要求保证承压能力，这对系统安全运行，至关重要。2．在民用建筑中，宜采用外形美观，易于清扫的散热器。散热器的选用设计选择散热器时，应符合下列原则性的规定：3．在放散粉尘或防尘要求较高的生产厂房，应采用易于清扫的散热器。4．在具有腐蚀性气体的生产厂房或相对湿度较大的房间，宜采用铸铁散热器。5．热水系统采用钢制散热器时，应采取必要的防腐措施(如表面喷涂，补给水除氧等措施)，蒸汽采暖系统不得采用钢制柱型、板型和扁管等散热器。第二节散热器的计算散热器计算是确定供暖房间所需散热器的面积和片数一、散热面积的计算二、散热器内热媒平均温度tpj三、散热器传热系数K及其修正系数值四、散热器片数或长度的确定五、考虑供暖管道散热量时，散热器散热面积的计算一、散热面积的计算散热器散热面积F按下式计算：㎡式中Q—散热器的散热量，W；tpj—散热器内热媒平均温度，℃；tn—供暖室内计算温度，℃；K—散热器的传热系数，W/㎡℃；β1—散热器组装片数修正系数；β2—散热器连接形式修正系数；β3—散热器安装形式修正系数。123pjnQFKtt二、散热器内热媒平均温度tpj散热器内热媒平均温度tpj随供暖热媒(蒸汽或热水)参数和供暖系统形式而定。1．在热水供暖系统中，tpj为散热器进出口水温的算术平均值。式中tsg——散热器进水温度，℃tsh——散热器出水温度，℃2sgshpjttt二、散热器内热媒平均温度tpj对单管热水供暖系统，由于每组散热器的进、出口水温沿流动方向下降，所以每组散热气的进、出口水温必须逐一分别计算(见第三章)。对双管热水供暖系统，散热器的进、出口温度分别按系统的设计供、回水温度计算。二、散热器内热媒平均温度tpj2．在蒸汽供暖系统中：当蒸汽表压力小于等于0.03Mpa时，tpj取等于100℃;当蒸汽表压力大于0.03MPa时，tpj取与散热器进口蒸汽压力相应的饱和温度。三、散热器传热系数K及其修正系数值散热器传热系数度K值的物理概念当散热器内热媒平均温度tpj与室内气温相差l℃时，每l㎡散热器面积所放出的热量W。它是散热器散热能力强弱的主要标志。影响散热器传热系数的因素很多，只有通过实验方法确定。三、散热器传热系数K及其修正系数值国际标准组织（ISO）规定：散热器传热系数K值的试验，应在一个长X宽X高为（4±0.2m）X（4±0.2m）X（4±0.2m）的封闭小室内，保持室温恒定下进行。散热器应无遮挡，敞开设置。试验结果整理成：bbpjnKatatt作业：散热器向室内散热，主要取决于散热器外表面的换热阻在自然对流传热下，外表面换热阻的大小主要取决于温差为什么？根据是什么？三、散热器传热系数K及其修正系数值哈尔滨建筑工程学院利用ISO标准实验台对我国常用的散热器进行大量试验，实验数据见附录2-1和2-2。所以可以看出散热器的传热系数K和散热量Q是在一定的条件下，通过实验测定的。如果实际情况与实验条件不同，则应对所测值进行修正。三、散热器传热系数K及其修正系数值1．散热器组装片数修正系数2．散热器连接形式修正系数3．散热器安装形式修正系数132散热器组装片数修正系数在传热过程中，柱形散热器中间各相邻片之间相互吸收辐射热，减少了向房间的辐射热量，只有两端散热器的外侧表面才能把绝大部分辐射热量传给室内。随着柱形散热器片数的增加，其外侧表面占总散热面积的比例减少，散热器单位散热面积的平均散热量也就减少，因而实际传热系数K减少，在热负荷一定的情况下所需散热面积增大。见附录2-31散热器连接形式修正系数散热器传