建筑设备第6章(采暖)

第6章建筑采暖系统任务和目的就是满足人们日常生活和社会生产所需要的大量的热能，它是利用热媒(如热水、水蒸汽或其他介质)将热能从热源通过热力管道输送至各个热用户的工程技术。6.1采暖系统的分类与选择6.1.1热水采暖系统1.热水采暖系统的分类2.重力(自然)循环热水采暖系统hhoA2LPARP410i=0.5%~1%(a)119(b)7h13I51I56134i=0.5%~1%823.机械循环热水采暖系统4.同程式与异程式采暖系统12346.1.2高层建筑热水采暖系统6.1.3蒸汽采暖系统2.蒸汽采暖系统的分类1)低压蒸汽采暖系统2)高压蒸汽采暖系统6.1.5辐射采暖辐射采暖是一种利用建筑物内的屋顶面、地面、墙面或其他表面的辐射散热器设备散出的热量来达到房间或局部工作点采暖要求的采暖方法。与土木建筑专业联系比较密切。1.辐射采暖的特点1)热效应方面2)舒适性方面3)能源消耗方面地板辐射采暖的实感温度比室内温度高出2℃～4℃，住宅室内温度每降低1℃，可节约燃料10%。因此辐射采暖设计的室内计算温度可比对流采暖时低(高温辐射可降低5℃～10℃)。因此减少了建筑耗热量，一般情况下，总的耗热量可减少5%～20%。16℃的设计温度可达到一般采暖20℃的采暖效果。在20℃温度时停电停水，室内温度在24h内仍可保持18℃。低温辐射采暖的热源选择灵活。在能提供35℃以上热水的地方即可应用。如工业余热锅炉水、各种空调回水、地热水等。6.1.6采暖系统热媒的选择采暖系统热媒的选择，应根据热媒的特性、卫生、经济、使用性质、地区采暖规划等条件来确定，见表6-2。表6-2采暖系统热媒的选择建筑物的种类采暖系统的热媒适宜采用允许采用居住建筑、医院、幼儿园、托儿所等不超过95℃的热水①不超过110℃的热水②低压蒸汽办公楼、学校、展览馆等①不超过95℃的热水②低压蒸汽不超过110℃的热水车站、食堂、商业建筑等①不超过130℃的热水②低压蒸汽高压蒸汽一般俱乐部、影剧院等①超过110℃的热水②低压蒸汽不超过130℃的热水注：幼儿园、托儿所内的散热器及采暖立管应有防烫措施。壁挂炉＋风机盘管地板辐射采暖系统：6.2采暖系统的热负荷与采暖系统的计算6.2.1传热学的基本理论热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。1.导热导热就是物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递方式，或称为热传导。ddtQFx2.对流对流就是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。对流仅发生在流体中，而且必然伴随着有导热现象。工程上常遇到的不是单纯的对流方式，而是流体流过另一物体表面时对流与导热联合作用的热量传递过程。后者称为对流换热。tFQ3.热辐射物体因为热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。热辐射可以在真空中传播，这是热辐射区别于导热、对流，作为一种独立的基本热量传递方式的有力说明。斯蒂芬-玻耳兹曼定律：Eb=Cb(T/1000)4一切实际物体的辐射力E都低于同温度下绝对黑体的辐射力，有：Eb=εCb(T/1000)4式中，ε为实际物体表面的发射率，也叫黑度。其值在0～1之间。4.传热过程热量从壁面一侧的流体通过平壁传递给另一侧的流体，称为传热过程。实际平壁的传热过程非常复杂，为研究方便，将这一过程理想化，看作是一维的、稳定的传热过程。x1Ot2Qt12FOQxtw2tw1tf2ttf1平壁的传热过程Q=KF(tf1-tf2)K=1/(1/α1+δ/+1/α2)=1/RkRk=1/α1+δ/+1/α2传热过程的热阻等于热流体、冷流体的换热热阻和壁面的导热热阻之和，类似于电阻的计算方法，掌握这一点对于分析和计算传热过程十分方便。6.2.2热负荷采暖系统设计热负荷是在某一室外温度下，为了达到室内温度要求，保持房间的热量平衡，在单位时间向建筑物供给的热量。建筑物热负荷有两部分：一部分是维护结构热负荷，即通过建筑物门、窗、地板、屋顶等维护结构由室内向室外散失的热量；另一部分是加热由门、窗缝隙渗入到室内的冷空气的冷风渗透耗热量和加热由于门、窗开启而进入到室内的冷空气的冷风侵入耗热量。1.维护结构的耗热量计算维护结构传热是一个很复杂的过程，它通过导热、对流、辐射三种基本传热方式将热量传到室外。nw()QKFtta2.室内计算温度室内空气计算温度一般指距离地面2.0m以内人们活动地区的环境平均温度，应满足人的生活和生产的工艺要求。表6-3部分民用建筑采暖室内计算温度序号房间名称室内温度(oC)序号房间名称室内温度(oC)一、居住建筑二、体育建筑1饭店、宾馆的卧室201比赛厅162起居室202休息厅163住宅、宿舍的卧室183练习厅164起居室184运动员更衣室225厨房105运动员休息室206走廊166游泳馆267厕所158浴室259盥洗室183.室外计算温度采暖室外计算温度是某一固定数值，这一数值的确定应保证采暖期内绝大多数时间，室内空气温度是维持在设计所要求的温度。我国制定的《工业企业采暖通风与空气调节设计规范》里规定：“供暖室外计算温度，应采用历年平均每年不保证5天的日平均温度”，这里采用“日平均温度”是考虑到了一般维护结构的热惰性性质，只有在足够长的时间内的室外温度波动才能对室内温度的变化起到实质性的作用。4.温差修正系数引入温差修正系数的目的是：当有些维护结构的外侧并不是室外，而是不采暖的房间或空间时，通过该维护结构的传热量计算公式应为，其中是传热达到平衡时非采暖房间的温度，为了计算上的方便，工程上用代替进行计算，所以称为维护结构温差修正系数。5.维护结构的传热系数6.加热进入室内的冷空气所需的热量加热进入室内的冷空气所需要的热量包括冷风侵入耗热量和冷风渗透耗热量。所谓冷风侵入耗热量的产生是由于冷空气在风压和热压作用下，由开启的门、孔洞从室外或相邻房间和其他生产跨间侵入室内，把这部分冷空气加热到室内所要求的温度而消耗的热量；冷风渗透耗热量是在风力及热压造成的室内外压差的作用下，室外冷空气通过门、窗等缝隙渗入到室内被加热后，又逸出室外而消耗掉的热量。这两种耗热量均可用式(6-19)来计算出概值：nw()QLctt7.热负荷的概算法热负荷概算法一般有两种：单位面积热指标法和单位体积热指标法。热指标法是在调查了同一类型建筑物的采暖热负荷后，所得出的该种类型建筑物每平方米建筑面积或在室内外温差为1℃时每立方米建筑物体积的平均采暖热负荷。8.高层建筑采暖热负荷的特点•高层建筑中，高层建筑物的高层部分的室外风速大，因此对流换热更加剧烈，根据对流换热原理可知，高层部分的外表面的对流换热系数也会比较大。•高层建筑高层部分的外表面的辐射换热系数也显著增大。•建筑物在不同的高度，其外维护结构所受的风力作用是不同的•冷风渗透耗热量在采暖设计热负荷计算中所占比重很大，为了尽量减少冷风渗透量，节约能耗，则对高层建筑物的门、窗等的密封性能有了更高要求。6.2.3围护结构的热工要求围护结构必须满足建筑结构的要求，但为了减少采暖热负荷，也必须对围护结构的热工性能有一定的要求，使建筑物保持热稳定性。1.低限热阻(最小传热热阻)围护结构的传热热阻越小，墙壁的厚度可适当减小，可节省建筑的初投资。但从上述采暖耗热量的分析计算可知，围护结构的传热热阻越小，则采暖耗热量越大，同时也会影响房间的卫生要求和使用条件。因此对围护结构的传热热阻要有一个基本的要求。nw0minnyttRaRtyt—采暖室内温度与围护结构内表面温度的允许温差，℃2.经济热阻经济热阻就是在一个规定年限内，使建筑物的建造费用与经营费用之和最小的外围护结构总的传热热阻。建造费用包括土建部分和采暖系统的建造费用；经营费用包括维护结构和采暖系统的折旧费、维修费及其运行费用。国内外许多资料分析表明，按经济热阻原则确定的围护结构传热热阻，比目前采用的实际传热热阻值要大很多。但目前能源紧缺、价格上涨，因此从节能和经济角度出发，现阶段建筑外围护结构总的传热热阻应逐渐增大。3.围护结构的防潮当水蒸汽侵入维护结构内部后，会使维护结构的导热性能增强，恶化隔热效果，因此应采取措施防止水分子的入侵。4.窗户层数、面积和气密性玻璃窗的传热热阻比砖墙要小很多，且随着窗面积的增加，窗缝隙长也要增大，冷风渗透耗热量也会增大，这对于窗户的密封性能要求非常重要。为减少热负荷，应尽量减少窗的面积，当外墙的总热阻不小于低限热阻时，窗墙面积比，北向不大于0.20；东西向不大于0.25(单层窗)或0.30(双层窗)；南向不大于0.35。且在严寒地区，窗户总热阻不小于0.307m2·℃/W；寒冷地区，北向不小于0.307m2·℃/W，其余朝向不小于0.156m2·℃/W。且应采用气密性良好的窗户。当窗户密闭性达不到要求时，应加强气密措施。5.建筑设计和构造（介绍日本的建筑在环保方面的做法）建筑物外表面积与其包围的体积之比宜控制在0.35以下，并尽可能小。6.3热源6.3.1锅炉与锅炉基本特性参数6.3.2锅炉房设备及系统送至分汽缸9自来水处理间10213111231678541.锅炉2.链条炉排3.蒸汽过热器4.省煤器5.空气预热器6.除尘器7.引风机8.烟囱9.送风机10.给水泵11.运煤传动带输送机12.煤仓13.灰车1.燃料燃烧系统2.汽水系统3.通风除尘系统4.仪表控制系统5.运煤和除灰渣系统6.3.3锅炉房的位置确定与锅炉房对建筑设计的要求6.3.4热力管网与热力引入口采暖系统除用小型锅炉房作为热源外，还可用区域采暖系统来供给热能。区域采暖系统的热源是热电站或大型的锅炉房。同样也是有热源产生大量的热能通过管网输送给各个需要的热用户。供水图6.24热用户与热水热力管网连接方式示意图1.混水器2.单向阀3.水泵4.加水器5.排气阀6.温度调节器6.4采暖设备及附件6.4.1散热器6.4.2膨胀水箱