供暖系统的组成、热负荷计算及供暖设备

中国供热信息网-中国供热热电第一网供暖工程供暖是指用人工方法向室内供给热量，以创造适宜的生活或工作条件的技术。营房供暖的主要目的就是不断地向房间供给相应的热量，维持房间必须的温度，以改善官兵的工作和生活条件。另一目的就是为了保证产品质量，延长营房和部队装备的使用寿命。供暖系统的组成热媒制备设施/热源；热媒输送管道；热媒利用设施/散热设备。供暖方式1.局部供暖：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，叫做局部供暖。如火炉、火墙、火炕、电红外线供暖、等均属于局部供暖。2.集中供暖：热源和散热设备分别设置，热源通过热媒管道向各个房间或各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中式供暖系统。以热水和蒸汽作为热媒的集中采暖系统可以较好地满足人们生活、工作以及生产对室内温度的要求，并且卫生条件好，减少了对环境的污染，广泛应用于营房建筑供暖工程。供暖系统的分类（集中供暖）热媒：热水供暖系统；蒸汽供暖系统；热风供暖系统。散热方式：对流供暖－散热器供暖系统；辐射供暖－金属板辐射或顶棚、地板辐射。第一节供暖系统的设计热负荷供暖系统的热负荷，是指在某一室外温度tw’下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。供暖系统的设计热负荷，是指在设计室外温度tw下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q。供暖系统的热负荷与供暖系统的设计热负荷并不相同。供暖系统的设计热负荷一般包括：围护结构的基本耗热量，围护结构的附加耗热量，冷风渗透及侵入耗热量，有时还需考虑建筑物内部散热以抵消若干耗热量，如人员较多的公共建筑应适当考虑人体的散热量等。一、围护结构的基本耗热量围护结构基本耗热量指经过墙、窗、门、地面和屋顶等，由于室内外的空气温差而造成的从室内传向室外的热量。)(wnttaKFQα——围护结构的温差修正系数，主要用于计算与大气不直接接触的外围护结构基本耗热量。W温差修正系数α序号维护结构及其所处情况α值1外墙，平屋顶及其直接接触室外空气的楼板等1.002带通风间层的平屋顶，坡屋顶闷顶及与室外空气相通的不供暖地下室上面的楼板等0.903与有外门窗的不供暖楼梯间相邻的隔墙：多层建筑高层建筑0.700.604不供暖地下室上面的楼板：当外墙上有窗户时当外墙上无窗户且位于室外地坪以上时外墙上无窗户且位于室外地坪以下时0.750.600.405与有外门窗的不供暖房间相邻的隔墙与无外门窗的不供暖房间相邻的隔墙0.700.406伸缩缝、沉降缝墙抗震缝墙0.300.701.室内计算温度tn距地面2米以内人们活动区域的空气平均温度。民用建筑的主要房间宜采用16～20℃。**2.供暖室外计算温度tw供暖室外计算温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度。3.围护结构的传热系数K一般建筑物的外墙和屋顶都属于匀质多层材料的平壁结构。常用维护结构的传热系数可直接从有关手册中查得。民用及工业辅助建筑的冬季室温要求序号房间名称室温（℃）序号房间名称室温（℃）1卧室和起居室16～186存衣室162厕所、盥洗室127哺乳室203食堂148淋浴室254办公室、休息室16～189淋浴室的换衣室235技术资料室1610女工卫生室23建筑围护结构既要满足结构方面的要求，也要满足建筑热工方面的要求。在技术上主要的要求如下：1.要满足建筑结构上的强度要求；2.要保证在建筑结构内表面不结露，即外墙及顶棚内表面温度不应低于室内空气的露点温度；3.围护结构内表面温度不应过份低于室内空气温度，否则人体将因辐射散热过大而感到不舒适；4.要考虑建筑物的热稳定性，即由于室外温度或室内产生的热量发生变化而使经过围护结构的热流发生变化时，室内保持原有温度的能力。对于不同的建筑物，若在相同的热流变化下，室温波动越小则建筑物的热稳定性越好；5.建筑物围护结构的厚度，应根据技术经济比较确定。但其传热热阻不得小于按下式确定的数值：nywnmin)(atttaRm2·℃/Ｗ二、围护结构的修正耗热量1.朝向修正耗热量朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。**2.风力修正耗热量风力修正耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构耗热量的修正。对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及营区内特别突出的建筑物，应考虑垂直外围护结构附加5％～10％。北、东北、西北0％～－10％东、西－5％东南、西南－10％～－15％南－15％～－25％选用朝向修正时，应考虑当地冬季日照率，建筑物使用和被遮挡情况。对于冬季日照率小于35％的地区，东南、西南和南向修正率，宜采用-10％～0％，东、西向可不加以修正。3.高度修正耗热量高度修正耗热量是考虑房间的高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。当房间高度在4m以下时，可以不考虑高度附加。高度超过4m时，每高出1m附加2％，但总的附加率不应大于15％。综合上述，建筑物或房间在室外供暖计算温度下，通过维护结构的总耗热量Q1,可用下式表示Q1＝Q1.j+Q1.xW三、加热进入室内冷空气所需热量1.冷风渗透耗热量在风力和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后又逸出室外。把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风滲透耗热量。影响冷风渗透耗热量的因素很多，如门窗构造、门窗朝向、室外风向和风速、室内外空气温差、建筑物高低以及建筑物内部通道状况等。2.外门冷风侵入耗热量冷空气由开启的外门侵入室内，把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。由于流入的冷空气量Vw不易确定，因此对于开启时间不长的外门如果能确定冷风侵入量V，冷风侵入耗热量可以采用外门的基本耗热量乘以下列百分数的简便方法进行计算。无门斗的双层外门100n％有门斗的双层外门80n％无门斗的单层外门65n％对出入频繁的公共建筑主要出入口，其外门冷风侵入耗热量，可按外门冷风侵入耗热量的5倍考虑。四、建筑物热负荷的估算在进行初步设计或规划设计时，需要估算建筑物的供暖负荷，此时可用热指标法。热指标是在调查了同一类型建筑物的供暖热负荷后，得出的该类建筑物每ｍ2建筑面积或在室内外温差为1℃时每ｍ3建筑物体积的平均供暖热负荷。一种是单位面积热指标法；另一种是在室内外温差为1℃时的单位体积热指标法。第二节室内热水供暖系统以热水为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。热水供暖系统是目前广泛使用的一种供暖系统。居住和公共建筑常采用热水供暖系统。分类1.按系统循环动力不同，可分为重力（自然）循环系统和机械循环系统。靠水的密度差进行循环的系统，称为重力循环系统；靠机械（水泵）力进行循环的系统，称为机械循环系统。2.按系统供、回水方式不同，可分为单管系统和双管系统。热水经立管或水平供水管顺序流过多组散热器，并顺序地在各散热器中冷却的系统，称为单管系统。热水经供水立管或水平供水管平行地分配给多组散热器，冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水管流回热源的系统，称为双管系统。3.按系统的管道敷设方式不同，可分为垂直式系统和水平式系统。4.按热媒温度不同，可分为低温热水供暖系统（热水温度低于100℃）和高温热水供暖系统（热水温度高于100℃）。室内热水供暖系统大多采用低温水作为热媒。设计供、回水温度多采用95℃/70℃（也有采用85℃/60℃）。高温水供暖系统一般宜在生产厂房中应用。设计供、回水温度大多采用120～130℃/70～80℃。一、重力（自然）循环热水供暖系统1.系统工作原理及其作用压力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。hhhAA2g35右01h41左PPρρ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边防连队宿舍。2.重力循环热水供暖系统的主要形式双管单管31110i=0.5%～1%6i=0.5%～1%975i=0.5%～1%1482(a)(b)重力循环供暖系统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%。3.膨胀水箱的作用容纳膨胀体积；排气；定压。参见P.157～158。二、机械循环热水供暖系统系统中设置了循环水泵，靠水泵的机械能使水在系统中强制循环。（一）主要形式1.机械循环上供下回式热水供暖系统213立管I4IIIIIIVV3机械循环上供下回式热水供暖系统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。2.机械循环下供下回式双管系统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。12a453bh6机械循环下供下回式系统3.中供式水平供水干管敷设在系统中部。下部：上供下回；上部：下供下回（左）上供下回（右）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5.异程式系统与同程式系统通过各个立管的循环环路的总长度不相等。这种布置形式称为异程式系统。同程式系统的特点是通过各个立管的循环环路的总长度都相等。142立管IIIIIIIV3同程式系统6.水平式系统按供水管与散热器的连接方式可分为顺流式和跨越式。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（二）水平失调与垂直失调在机械循环系统中，由于作用半径较大，连接立管较多，因而通过各个立管环路的压力损失较难平衡。有时靠近总立管最近的立管即使选用了最小的管径DN15，仍有很多剩余压力。初调节不当时，会出现近处立管流量超过要求，而远处立管流量不足。在远近立管处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象，称为系统的水平失调。P.146在双管系统中，由于各层散热器与锅炉的高差不同，虽然进入和流出各层散热器的供、回水温度相同（不考虑管路沿途冷却的影响），但仍将形成上层作用压力大，下层压力小的现象。如选用不同管径仍不能使各层阻力达到平衡，由于流量分配不均，必然要出现上冷下热的现象；而且楼层数越