第三章重力循環(huán)(第九講)

第三章熱水供暖系統(tǒng)熱水供暖系統(tǒng)的分類:

1、按熱媒溫度分:⑴低溫?zé)崴┡到y(tǒng),熱媒溫度≤100℃.⑵高溫?zé)崴┡到y(tǒng),熱媒溫度＞100℃.

2、按系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)力分:⑴重力循環(huán)(即自然循環(huán))系統(tǒng),靠水的密度差進(jìn)行循環(huán).⑵機(jī)械循環(huán)系統(tǒng),靠機(jī)械(水泵)力進(jìn)行循環(huán)的系統(tǒng).

第三章熱水供暖系統(tǒng)熱水供暖系統(tǒng)的分類:

3、按系統(tǒng)供、回水方式分:

⑴單管系統(tǒng),熱水經(jīng)供水立管或水平供水管順序流過各組散熱器,并順序地在各散熱器中冷卻的系統(tǒng).

⑵雙管系統(tǒng),熱水經(jīng)供水立管或水平供水管平行地分配各組散熱器,冷卻后的回水自每個(gè)散熱器直接沿回水立管或水平回水管流回?zé)嵩吹南到y(tǒng).第三章熱水供暖系統(tǒng)熱水供暖系統(tǒng)的分類:

4、按系統(tǒng)管道的敷設(shè)方式分:

⑴垂直式系統(tǒng),供水經(jīng)立管后,流入散熱器.

⑵水平式系統(tǒng),供水經(jīng)水平管后,順序流入散熱器.

5、按系統(tǒng)供、回水環(huán)路布置分:

⑴同程式系統(tǒng),系統(tǒng)每支立管的供、回水環(huán)路長(zhǎng)度相等.

⑵異程式系統(tǒng),系統(tǒng)每支立管的供、回水環(huán)路長(zhǎng)度不相等.第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)一、系統(tǒng)的主要形式:

單管和雙管兩種型式.

(a)雙管上供下回式

(b)單管上供下回式

第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)二、系統(tǒng)的組成、工作原理及其作用壓力1、主要組成:熱源(鍋爐)、供水管、回水管、膨脹水箱和散熱設(shè)備組成.2、工作原理:如圖所示第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)二、系統(tǒng)的組成、工作原理及其作用壓力3、作用壓力分析:假設(shè)在上圖的循環(huán)環(huán)路最低點(diǎn)的斷面A－A處有一個(gè)假想的閥門,若突然將閥門關(guān)閉,則在斷面A－A兩側(cè)受到不同的水柱壓力,這兩方所受到的水柱壓力之差就是驅(qū)使管路中的水進(jìn)行循環(huán)的作用壓力.循環(huán)作用壓力的大小,取決于水溫(水的密度)在循環(huán)環(huán)路的變化情況、鍋爐中心到散熱器中心的高度差.

第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)二、系統(tǒng)的組成、工作原理及其作用壓力3、作用壓力計(jì)算:

⑴斷面A－A右側(cè)的水柱壓力為:p1＝g(h0ρh

＋hρh

＋h1ρg

)Pa

⑵斷面A－A左側(cè)的水柱壓力為:p2＝g(h0ρh

＋hρg

＋h1ρg

)Pa

⑶斷面A－A兩側(cè)之差值,即系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)作用壓力為:△p＝p1－p2＝gh(ρh－ρg)Pa

h－加熱中心到冷卻中心的垂直距離,m第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)二、系統(tǒng)的組成、工作原理及其作用壓力3、作用壓力:

⑶斷面A－A兩側(cè)之差值,即系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)作用壓力為:△p＝p1－p2＝gh(ρh－ρg)Pa

例:如果供水溫度95℃,回水溫度70℃;則每米高差可產(chǎn)生的作用壓力為:

△p＝gh(ρh－ρg)＝9.81X1X(977.81－961.92)＝156Pa/m第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)三、重力循環(huán)雙管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:

1、作用壓力的計(jì)算:⑴包括

aS1b的環(huán)路自然循環(huán)壓力:△p1＝gh1(ρh－ρg)

⑵包括aS2b的環(huán)路自然循環(huán)壓力:△p2＝g(h1＋h2)(ρh－ρg)＝

△p1＋gh2(ρh－ρg)

⑶兩個(gè)并聯(lián)環(huán)路壓差為:△p2－△p1＝gh2(ρh－ρg)

這個(gè)大于零差值使上層環(huán)路比下層環(huán)路增加了作用壓力.如上圖所示,散熱器S2和S1為并聯(lián),兩個(gè)冷卻中心分別是aS2b和aS1b.第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)三、重力循環(huán)雙管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:

2、作用壓力的分析:

由

△p2－△p1＝gh2(ρh－ρg)壓差值可知,雖然進(jìn)入和流出各層散熱器的供、回水溫度相同(不考慮管路沿途冷卻的影響),也將形成上層作用壓力大、下層作用壓力小的現(xiàn)象.若選用了不同管經(jīng)仍不能使各層阻力損失平衡時(shí),由于流量分配不均,必然要出現(xiàn)上熱下冷的現(xiàn)象,即所謂的垂直失調(diào).且樓層數(shù)越多,其上下環(huán)路壓差值越大,上熱下冷的現(xiàn)象就越嚴(yán)重.

因此,在工程設(shè)計(jì)時(shí),雙管系統(tǒng)適用于四層及以下建筑物.第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:1、單管系統(tǒng)的特點(diǎn):各層散熱器是串聯(lián)關(guān)系,熱水按順序地沿各層散熱器冷卻.2、作用壓力分析:由于各層的散熱器都是串聯(lián)在一個(gè)循環(huán)環(huán)路上,立管上的自然循環(huán)作用壓力是一個(gè),故單管系統(tǒng)不存在如雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào)現(xiàn)象.但由于經(jīng)過各層散熱器的水溫越來(lái)越低,下層房間散熱器的數(shù)量增加.因此,在工程設(shè)計(jì)時(shí),單管系統(tǒng)適用于八層及以下建筑物.第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:

3、作用壓力的舉例分析:散熱器S1和S2是串聯(lián)關(guān)系,熱水在散熱器S1和S2里順序地冷卻.如左圖所示:引起自然循環(huán)作用壓力的高差是:(h1＋h2),水冷卻后的密度分別為:ρ2、ρh故循環(huán)作用壓力的值為:

①計(jì)算法:△p＝gh1(ρh－ρg)＋gh2(ρ2－ρg)Pa

②計(jì)算法:

△p

＝g(h1+h2)(ρ2－

ρg)+gh1(ρh－

ρ2)

＝gH2(ρ2－ρg)＋gH1(ρh－ρ2)Pa四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:

4、作用壓力的計(jì)算公式:若循環(huán)環(huán)路中有許多串聯(lián)的冷卻中心(散熱器)時(shí),其作用壓力計(jì)算公式為:

△P＝ghi(ρi－ρg)＝gHi(ρi－ρi+1)四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:

4、作用壓力的計(jì)算公式:△P＝ghi(ρi－ρg)＝gHi(ρi－ρi+1)N---在循環(huán)環(huán)路中,冷卻中心的總數(shù);g----重力加速度,m/s2;hi---從計(jì)算的冷卻中心到下一層的冷卻中心(散熱器中心)之間的垂直距離,m;Hi---從計(jì)算的冷卻中心到鍋爐中心之間的垂直距離,m;ρi＋1---進(jìn)入所計(jì)算的冷卻中心的水的密度,㎏/m3;ρi---流出所計(jì)算的冷卻中心的水的密度,㎏/m3;

ρg---供暖系統(tǒng)的供水密度,㎏/m3;四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:5、確定各散熱器之間管路的水溫ti:

以八層(N=8)建筑物為例,設(shè)供、回水溫度分別為tg、th,每層散熱器的散熱量分別為Q1、Q2-------,Q8

,⑴立管的熱負(fù)荷為:∑Q=Q1＋Q2＋···＋Q8W⑵通過立管的流量(按全部熱負(fù)荷計(jì)算):GL=3.6∑QC(tg－th)=0.86∑Q(tg－th)∑Q----立管的總熱負(fù)荷,W

C----水的比熱容量,C=4.187kJ/htg-----立管的供水溫度℃th-----立管的回水溫度℃四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:5、確定各散熱器之間管路的水溫ti:

∵G２=0.86(tg－t2)⑶流過第二層散熱器的水溫t2:Q2＋Q3＋···＋Q8GL=0.86(tg－th)∑Q∴t2=tg－Q2＋Q3＋···＋Q8∑Q(tg－th)⑷流過第i層散熱器的水溫ti:ti=tg－Qi∑Q(tg－th)又∵Ｇ２＝ＧＬ四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計(jì)算:6、確定水在循環(huán)環(huán)路中冷卻的附加作用壓力△Pf:

在工程計(jì)算中,由于水的溫度和密度沿循環(huán)環(huán)路不斷變化,不僅影響各層散熱器的進(jìn)、出口水溫,同時(shí)也增大了循環(huán)作用壓力.

因而要根據(jù)不同情況,增加一個(gè)考慮水在循環(huán)環(huán)路中的附加作用壓力,它的大小與系統(tǒng)供水管路布置狀況、樓層高度、所計(jì)算的散熱器與鍋爐之間的水平距離等因素有關(guān);其數(shù)值選用,可參見附錄3---2表中的:附加作用壓力△Pf.

7、總的重力循環(huán)作用壓力△Pzh:

△Pzh=△P＋△PfPa附錄3---2在重力循環(huán)上供下回雙管熱水供暖系統(tǒng)中，

由于水在管路內(nèi)冷卻而產(chǎn)生的附加壓力（部分)系統(tǒng)的水平距離（m）鍋爐到散熱器的高度（m）自總立管至計(jì)算立管之間的水平距離（m）＜1010~2020~3030~5050~7575~10012345678未保溫的明裝立管1層或2層的房屋25以下25~5050~7575~1007以下7以下7以下7以下100100100100100100100100150150150150——200150150————200200——————200未保溫的明裝立管3層或4層的房屋25以下25~5050~7575~10015以下15以下15以下15以下250250250250250250250250250300250250——350300300————350350——————400未保溫的明裝立管高于4層的房屋注：1、在下供下回式系統(tǒng)中，不計(jì)算水在管路中冷卻而產(chǎn)生的附加作用壓力值。2、在單管式系統(tǒng)中，附加值采用本附錄所示的相應(yīng)值的50%。例3-1如圖所示,設(shè)h1=3.2m,h2=h3=3.0m;散熱器熱負(fù)荷Q1=700W,Q2=600W,Q3=800W.供水溫度為95℃,回水溫度70℃.要求確定:⑴雙管系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力;⑵單管系統(tǒng)各層之間立管的水溫;⑶單管系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓力.(不考慮附加作用壓力).解:1、雙管系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力

∵系統(tǒng)的tg=95℃,th=70℃,

∴查附錄3-1得:ρg=961.92㎏/m3ρh=977.81㎏/m3

則通過各層散熱器循環(huán)環(huán)路的作用壓力為:第一層:△P1=gh1(ρh－ρg)=498.8Pa第二層:

△P2=g(h1＋h2)(ρh－ρg)=96