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暖通基础知识

09/11

1、水和水蒸汽有哪些基本性质?

水和水蒸汽的基本物理性质有:比重、比容、汽化潜热、比热、粘度、温度、压力、焓、熵等。水的比重约等于1(t/m3、kg/dm3、g/cm3)蒸汽比容是比重的倒数,由压力与温度所决定。水的汽化潜热是指在一定压力或温度的饱和状态下,水转变成蒸汽所吸收的热量,或者蒸汽转化成水所放出的热量,单位是:KJ/Kg。水的比热是指单位质量的水每升高1℃所吸收的热量,单位是KJ/ Kg· ℃,通常取4.18KJ 。水蒸汽的比热概念与水相同, 但不是常数,与温度、压力有关。

2、热水锅炉的出力如何表达?

热水锅炉的出力有三种表达方式,即大卡/小时(Kcal/h)、吨/小时(t/h)、兆瓦(MW )。

(1)大卡/小时是公制单位中的表达方式,它表示热水锅炉每小时供出的热量。

(2)" 吨" 或" 蒸吨" 是借用蒸汽锅炉的通俗说法,它表示热水锅炉每小时供出的热量相当于把一定质量(通常以吨表示)的水从20℃加热并全部汽化成蒸汽所吸收的热量。

(3)兆瓦(MW)是国际单位制中功率的单位,基本单位为W (1MW=106W)。正式文件中应采用这种表达方式。

三种表达方式换算关系如下:

60万大卡/小时(60×104Kcal/h)≈1蒸吨/小时〔1t/h〕≈0.7MW

3、什么是热耗指标?如何规定?

一般称单位建筑面积的耗热量为热耗指标,简称热指标,单位w/m2,一般用qn 表示,指每平方米供暖面积所需消耗的热量。黄河流域各种建筑物采暖热指标可参照表2-1 上表数据只是近似值,对不同建筑结构,材料、朝向、漏风量和地理位置均有不同,纬度越高的地区,热耗指标越高。

4、如何确定循环水量?如何定蒸汽量、热量和面积的关系?

对于热水供热系统,循环水流量由下式计算:

G=[Q/c(tg-th)]×3600=0.86Q/(tg-th)式中:G - 计算水流量,kg/h

Q - 热用户设计热负荷,W

c - 水的比热,c=4187J/ kgo℃

tg ﹑th -设计供回水温度,℃

一般情况下,按每平方米建筑面积2~2.5 kg/h估算。对汽动换热机组, 由于供回水温差设计上按20℃计算,故水量常取2.5 kg/h。

采暖系统的蒸汽耗量可按下式计算:

G=3.6Q/r + ⊿h

式中:G - 蒸汽设计流量,kg/h

Q - 供热系统热负荷,W

r - 蒸汽的汽化潜热,KJ/ kg

⊿h - 凝结水由饱和状态到排放时的焓差,KJ/ kg

在青岛地区作采暖估算时,一般地可按每吨过热蒸汽供1.2万平方米建筑。

5、系统的流速如何选定?管径如何选定?

蒸汽在管道内最大流速可按下表选取:蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允许压降等查表计算选取。

6、水系统的流速如何选定?管径如何选定?

一般规定,循环水的流速在0.5~3之间,管径越细,管程越长,阻力越大,要求流速越低。为了避免水力失调,流速一般取较小值,或者说管径取偏大值,可参考下表: 在选择主管路的管径时,应考虑到今后负荷的发展规划。

7、水系统的空气如何排除?存在什么危害?

水系统的空气一般通过管道布置时作成一定的坡度,在最高点外设排气阀排出。排气阀有手动和自动的两种,管道坡度顺向坡度为0.003,逆向坡度为0.005。管道内的空气若不排出,会产生气塞,阻碍循环,影响供热。另外还会对管路造成腐蚀。空气 进入汽动加热器会破坏工作状态,严重时造成事故。

8、系统的失水率和补水率如何定?失水原因通常为何?

按照《城市热力网设计规范》规定:闭式热力网补水装置的流量,应为供热系统循环流量的2%,事故补水量应为供热循环流量的4%。失水原因:管道及供热设施密封不严,系统漏水;系统检修放水;事故冒水;用户偷水;系统泄压等。

9、水系统的定压方式有几种?分别是如何实现定压的?系统的定压一般取多少? 热水供热系统定压常见方式有:膨胀水箱定压、普通补水泵定压、气体定压罐定压、蒸汽定压、补水泵变频调速定压、稳定的自来水定压等多种补水定压方式。采用混合式加热器的热水系统应采用溢水定压形式。

(1)膨胀水箱定压:在高出采暖系统最高点2-3米处,设一水箱维持恒压点定压的方式称为膨胀水箱定压。其优点是压力稳定不怕停电;缺点是水箱高度受限,当最高建筑物层数较高而且远离热源,或为高温水供热时,膨胀水箱的架设高度难以满足要求。

(2)普通补水泵定压:用供热系统补水泵连续充水保持恒压点压力固定不变的方法称为补水泵定压。这种方法的优点是设备简单、投资少,便于操作。缺点是怕停电和浪费电

(3)气体定压罐定压:气体定压分氮气定压和空气定压两种,其特点都是利用低位定压罐与补水泵联合动作,保持供热系统恒压。氮气定压是在定压罐中灌充氮气。空气定压则是灌充空气,为防止空气溶于水腐蚀管道,常在空气定压罐中装设皮囊,把空气与水隔离。气体定压供热系统优点是:运行安全可靠,能较好地防止系统出现汽化及水击现象;其缺点是:设备复杂,体积较大,也比较贵,多用于高温水系统中。

(4)蒸汽定压:蒸汽定压是靠锅炉上锅筒蒸汽空间的压力来保证的。对于两台以上锅炉,也可采用外置膨胀罐的蒸汽定压系统。另外,采用淋水式加热器和本公司生产的汽动加热器也可以认为是蒸汽定压的一种。

蒸汽定压的优点是:系统简单,投资少,运行经济。其缺点是:用来定压的蒸汽压力高低取决于锅炉的燃烧状况,压力波动较大,若管理不善蒸汽窜入水网易造成水击。

(5)补水泵变频调速定压:其基本原理是根据供热系统的压力变化改变电源频率,平滑无级地调整补水泵转速而及时调节补水量,实现系统恒压点的压力恒定。

这种方法的优点是:省电,便于调节控制压力。缺点是:投资大,怕停电。

(6)自来水定压:自来水在供热期间其压力满足供热系统定压值而且压力稳定。可把自来水直接接在供热系统回水管上,补水定压。

这种方法的优点是显而易见的,简单、投资和运行费最少;其缺点是:适用范围窄,且水质不处理直接供热会使供热系统结垢。

(7)溢水定压形式有:定压阀定压、高位水箱溢水定压及倒U 型管定压等。

运行中,系统的最高点必然充满水且有一定的压头余量,一般取4m 左右。由于系统大都是上供下回,且供程阻力远小于回程阻力,因此,运行时,最高点的压头高于静止时压头。因此,静态定压值可适当低一些,一般为1~4m为宜。最大程度地降低定压压值,是为了充分利用蒸汽的做功能力。

10、运行中如何掌握供回水温度?我国采暖系统供回水温差通常取多少?

我国采暖设计沿用的规定:供水温度95℃,回水温度70℃,温差为25℃。但近年来,根据国内外供热的先进经验,供回水温度及温差有下降趋势,设计供回水温度有取80/60℃,温差20℃的。

11、什么是比摩阻?比摩阻系数通常选多少?水系统的总阻力一般在什么范围?其中站内、站外各为多少?

单位长度的沿程阻力称为比摩阻。一般情况下,主干线采取30~70Pa/m,支线应根据允许压降选取,一般取60~120Pa/m,不应大于300 Pa/m。一般地,在一个5万m2的供热面积系统中,供热系统总阻力20 ~25m 水柱,其中用户系统阻力2~4m ,外网系统阻力4~8m 水柱,换热站管路系统阻力8~15m 水柱。

12、面式热交换器有哪些形式?其原理、优缺点各为何?

面式热交换器的主要形式有:管壳式换热器、板式换热器、热管式换热器等。它可细分成很多形式,其共同的缺点:体积大,占地大、投资大,热交换效率低(与混合式比较),寿命短;它们的优点是凝结水水质污染轻,易于回收。

13、热交换有哪几种形式?什么是换热系数?面式热交换器的主要热交换形式是什么?

热交换(或者说传热)有三种形式:导热、对流和辐射。对面式热交换器来说,换热的主要形式是对流和导热,对流换热量的计算式是:Q=αA (t2-t1),导热换热量的计算式是:Q=(λ/δ)A (t2-t1)。在面式热交换器中的传热元件两侧都发生对流换热,元件体内发生导热。

14、普通的混合式热交换器有什么缺点?

普通的混合式热交换器,蒸汽从其侧面进入,水循环完全靠电力实现,它虽具有体积小、热效率高的优点,但存在下列缺点:

1、 不节电,任何情况下都不能缺省循环水泵;

2、 不稳定,当进汽压力较低,或进水压力较高时,皆会出现剧烈的振动和噪声;

3、同样,也存在凝结水回收难的问题。

15、有时候发现有的用户暖气片热而有的不热,何故?如何解决?

这叫作系统水力失调,导致的原因较复杂,大致有如下原因:

(1)管径设计不合理,某些部位管径太细;

(2)有些部件阻力过大,如阀门无法完全开启等;

(3)系统中有杂物阻塞

(4)管道坡度方向不对等原因使系统中的空气无法排除干净;

(5)系统大量失水;

(6)系统定压过低,造成不满水运行;

(7)循环水泵流量,扬程不够;

要解决系统失调问题,首先要查明原因,然后采取相应措施 。

16、除污器有什么作用?常安装于系统的什么部位?

除污器的作用是用于除去水系统中的杂物。站内除污器一般较大,安装于汽动加热器之前或回水管道上,以防止杂物流入加热器。站外入户井处的除污器一般较小,常安装于供水管上,有的系统安装,有的系统不安装,其作用是防止杂物进入用户的散热器中。新一代的汽动加热器自带有除污器。

17、供热系统常用到哪几种阀门,其性能?

供热系统常用到的阀门有:截止阀、闸阀(或闸板阀)、蝶阀、球阀、逆止阀(止回阀)、安全阀、减压阀、稳压阀、平衡阀、调节阀及多种自力式调节阀和电动调节阀。

其中,平衡阀的构造和工作原理:

平衡阀又称作静态平衡阀或手动平衡阀,属于调节阀范畴,但其附加功能要明显优于普通调节阀。平衡阀的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙(即开度)来改变流经阀门的流动阻力,以达到调节流量的目的。平衡阀区别于普通阀门的是它的调节特性。如下图:1为线性流量特性;2为等百分比流量特性;3为快开流量特性。按调节性来区别,等百分比流量特性调节性最好,快开流量特性调节性最差。

100

G (%) 80

60

40

20312

[1**********]0

L(%)

理想流量特性曲线

普通阀门流量特性多采用快开流量特性,当相对开度比较小时,就有较大流量,随着相对开度增大,流量很快达到最大值。这种阀门调节性能非常差,只能起到关断作用。

平衡阀多采用等百分比流量特性,小开度下流量的调节量小,大开度下流量的调节量大。也就是说在小负荷时,流量变化小;在大负荷时流量变化大。这符合实际供暖效果的要求。

因此,这种阀门在接近全关时,工作缓和且平稳,而接近全开时,工作灵敏有效,适合所有采暖系统。

平衡阀的应用:

平衡阀的作用是定量有效的调节流量,因此在热水供热系统中,凡需要保证设计流量的环路均需安装平衡阀。

1、在热源处使用

在采暖锅炉房中一般采用并联机组,由于长时间运行,各机组之间具有不同的阻力,引起各机组的流量不一致,有些机组超过设计流量,而有些机组流量低于设计流量,因此,不能发挥机组最大出力,造成浪费。因此有必要在每台锅炉安装平衡阀,是每台机组都能获得设计流量,达到其设计出力,确保每台机组安全、正常运行。如下图所示平衡阀在热源的应用实例。 集

平衡阀锅

炉锅炉

平衡阀在热源的应用

2、在热力站一、二次循环水环路上使用

在区域供热系统中,由热电厂或区域锅炉房向若干热力站供热水时,为保证各热力站获得所需要的水量,宜在各热力站的一次水环路侧安装平衡阀。为保证二次环路水流量为设计流量,热力站的二次水环路也宜安装平衡阀。

3、在小区供热系统中使用

在小区供热系统中,通常由一个锅炉房或热力站向若干幢建筑供热,由于每幢建筑距离热源远近不同,流量分配不符合设计要求,容易出现近端过热,远端过冷的水力失调现象。为保证小区中各干管及各建筑物水流量达到设计流量,在供水总管、分支干管及各用户入口处均应安装平衡阀以解决小区供热水力失调问题。如下图所示为小区供热系统平衡阀的安装简图

热用户热用户热用户

锅炉房

平衡阀

热用户热用户热用户

小区供热系统平衡阀设置简图

4、在室内供热系统中各环路及各立管上使用

新建采暖系统,无论是地暖还是挂暖,均采用一户一环的模式来供暖。通常挂暖系统安装散热器温控阀,根据设定温度进行自动调节,地暖也有相类似设备,系统处于变流量状态,且每种设备均需在额定工况下才能正常运行。如果环路和环路间阻力相差过大,仅靠自动设备无法有效的解决因阻力变化过大引起的失调问题,自动设备在这种工况下无法正常运行,不能起到应有的作用。因此首先要利用平衡阀等设备,将系统首先调整到一个平衡的状态,在系统平衡的基础上利用自控设备自身的优点使整个系统达到最理想的状态。下图所示为新建分户计量系统平衡阀安装位置。

平衡阀

平衡阀在新建分户计量系统上的应用

旧楼楼内系统情况较复杂,北京地区常见的是上供下回单管系统,内蒙地区下供下回双管系统采用最多。采暖系统的垂直失调是普遍存在的。上供下回单管系统的垂直失调是由于立管流量低于设计流量,且顶层散热器散热量过大,致使流经底层散热器的水温过低,底层散热器散热量不够造成的。解决这种问题要靠调节立管流量,使其达到设计流量,必要时需在顶层散热器安装跨越管。

下供下回双管系统的垂直失调和供回水温度相关,我们曾做过试验,采暖季初、末期,一层和二层散热器流量占总流量的70%~80%,严寒季情况相反二层以上流量占总流量的90%以上而一层流量很低。一般来说由于各种因素,建筑物首层热负荷最大而采暖效果最差。采暖季初、末期系统热负荷小,一层流量大正好弥补了热负荷大的因素,由于热负荷小顶层流量低一点对采暖效果的影响也不是特别明显,因而采暖季初、末期居民对采暖效果的反应不多。严寒季我们曾遇到过,一层供、回水立管非常热而散热器冰凉的极端情况。为了避免这种情况,有多种方法可以采用。在每个散热器前安装自力式流量控制阀或压差控制器是解决问题的方法之一。这种方法存在很多弊端,在每个散热器前都安装阀门所需的费用不是每个单位都能接受,还有入户施工需要破坏居民的装修,须经所有居民同意,这一点也是难以实现的。另一种方法是增大建筑物流量,在内蒙地区我们曾做过试验,一栋5000平米的居民楼,给到70吨流量时垂直失调才消除。由于系统总流量有限,采用这种方法,这栋楼垂直失调得到缓解,其它楼有可能重新出现,而且这种方法不利于节能降耗。我们认为最可行的方法是对立管进行调节,将朝阳房间、厨房及卫生间负荷小的立管流量降下来,这部分流量匀给负荷大的阴面房间,这样保证供暖的同时,整栋楼的流量都有下降,根据我们的经验采用楼内立管平衡的建筑,单位面积流量3~4Kg 即可正常运行。进行楼内立管平衡最好的设备是“平衡阀”。下面两图为平衡阀在单管和双管系统的安装位置示意图。 平衡阀

平衡阀在单立管采暖系统上的应用

平衡阀

平衡阀在双立管采暖系统上的应用

平衡阀的其它特点:

平衡阀广泛应用于采暖系统上的原因在于它的操作性、实用性。平衡阀即可安装在采暖系统的供水也可安装在回水,平衡阀配合智能仪表可以测出系统现在的流量、压差等参数,方便技术人员进行判断,根据实际运行参数及时进行调整,使系统在最理想的状态下运行。平衡阀还有锁定、锁闭和带压排污等实用功能(详见我公司平衡阀产品样本) ,大大拓展了平衡阀的应用范围。


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