《供热工程》第二章

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 n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510W/()。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/G W/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/m2 q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，Pb0.6MPa；对蒸汽为热煤，Pb0.4MPa。圆 翼 型 型 号 标 记 为：TY0.756(4)和Tyl.06(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B115mm，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：TC0.2854(俗称大60)和TC0.2054(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 我国目前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TZ255(8)；TZ435(8)；TZ455(8)；TZ465(8)；TZ495(8)。如标记TZ465，TZ4表示灰铸铁四柱型，6表示同侧进出口中心距为600 mm，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 1.251.5mm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52x11x15(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0.81.0Wkg，而铸铁散热器的金属热强度般仅为0.3 Wkg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/；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。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，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（40.2m）X（40.2m）X（40.2m）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：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2-3 散热器连接形式修正系数 散热器传热系数是在散热器支管与散热器同侧连接，上进下出的实验状况下得出的，故当散热器支管与散热器的连接方式不同时，由于散热器外表面温度场变化的影响，使散热器的传热系数发生变化，对K值进行修正。见附录2-4散热器安装形式修正系数 实验条件为散热器敞露明装，当散热器安装有遮挡时，就会影响散热器的散热效果，从理论上降低了散热器的传热系数。当安装方式不同时，就改变了散热器对流放热和辐射放热的条件，因此要对K或者Q进行修正，见附录2-5其他的影响因素 通过散热器的水流量 表面采用的涂料 热媒的选用四、散热器片数或长度的确定 按照左式确定所需散热器面积后（由于每组片数或总长度未定，先按1=1计算），按下式计算所需散热器的总片数或总长度：注：柱型散热器面积可比计算值小0.1m2;翼型散热器面积可比计算值小5%。五、考虑供暖管道散热量时，散热器散热面积的计算 在精确计算散热器散热量的情况下:应考虑明装供暖管道散入供暖房间的散热量。暗装供暖管道的散热量没有进入房间内，同时进入散热器的水温降低，对暗装未保温的管道系统，在设计中要考虑热水在管道中的冷却，计算散热器面积时，要用修正系数 计算散热器面积时应扣去供暖管道散入房间的热量。六、散热器的布置.散热器一般应安装在外墙的窗台下；.两道外门之间不准设置散热器；.散热器一般应明装，布置简单；.楼梯间内应尽量布置在底层或按一定比例分布在下部各层（见下表）各层楼梯间散热器的分配建筑物总层数计算层数123456265353503020450302055025151065020151574520151010840201510105六、散热器的布置.在垂直单管或双管热水供暖系统中，同一房间的两组散热器可以串联连接；贮藏室、盥洗室、厕所和厨房等辅助用室及走廊的散热器，亦可同邻室串联连接。热水采暖系统两组散热器串联时，可采用同侧连接，但上、下串联管道直径应与散热器接口直径相同，以便水流畅通。6.铸铁散热器的组装片数不宜超过：二柱20片柱型25片长翼型片六、计算例题 某房间设计热负荷为1600W，室内安装M-132型散热器，散热器明装，上部有窗台板覆盖，散热器距窗台高度为150。供暖系统为双管上供式。设计供回水温度为：95/70，室内供暖管道明装，支管与散热器的连接方式为同侧连接，上进下出，计算散热器面积时，不考虑管道向室内散热的影响。求散热器面积及片数。六、计算例题n已知：Q=1600W，tpj=（95+70）/2=82.5，tn=18，ttpj-tn=82.5-18=64.5 n查附录2-1，对M-132型散热器n修正系数：散热器组装片数修正系数，先假定=1.0；散热器连接形式修正系数，查附录2-4，2=1.0；散热器安装形式修正系数，查附录2-5，3=1.02；n根据式（2-2）六、计算例题 M-132型散热器每片散热面积为0.24（附录2-1）计算片数 为：n查附录2-3，当散热器片数为1120片时1=1.05，n因此，实际所需散热器面积为：n实际采用片数n为：n取整数，应采用M-132型散热器14片。课后作业：仔细考虑例题做法，将例题中的热负荷改为2500W，自己做一次第三节低温辐射供暖的计算 采取辐射采暖方式的房间的围护结构内表面或供暖部件表面平均温度 高于室内的空气温度tn，而采用对流采暖则反之。低温辐射供暖 60 中温辐射供暖 80200 高温辐射供暖 200一、低温热水地板辐射采暖 低温热水地板辐射供暖是将加热管埋设在地板构造层中，以不高于60的热水为热媒流过加热管，加热地板，通过地面以辐射换热和对流换热方式向室内供给热量的供暖方式。1 低温热水地板辐射供暖的特点 2 辐射供暖地板构造 3 低温热水地板辐射采暖地面散热量的计算 4 低温热水地板辐射采暖加热盘管的敷设 5 加热管及附件选择1、低温热水地板辐射供暖的特点 低温热水地板辐射供暖增加构造层的厚度，减少了房间净高，同时增加了楼板荷载约120kg/m2。地面下系统维修困难，对施工要求严格。仅适合于建筑热工条件较佳的节能住宅，否则地板表面温度会超标。热媒温差较小，相应流量较大，热媒输送管道断面和输送能耗较散热器供暖大。低温热水地板辐射供暖技术，目前仍有很多问题处于探讨之中。为了使低温热水地板辐射供暖工程的设计、施工及验收，做到技术先进、经济合理、安全实用和确保质量，北京等地制定了相应的技术规程。1、低温热水地板辐射供暖的特点 (1)热舒适度高：地面温度均匀，垂直温度分布合理，室温相同条件下，通常距地面0.050.15m内空气温度比对流供暖约高810；与对流供暖方式相比,空气对流减弱,空气洁净度较高。(2)节约能源：在相同的室内温度下，由于人体辐射热损失减少而实感温度高，可将室内设计温度降低23，热负荷减少到9095%，从而可节约能源，降低运行费用。由于通常热水温度不宜高于60，因此，是特别适合于高效利用低品位热能的一种供暖方式。1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点(3)不占据室内地面有效空间：便于装饰、布置家具，不影响室内美观。(4)房间热稳定性好：对于埋管地面构造，地面层和混凝土层蓄热能力强，即使在间歇运行条件下，室温波动小。(5)便于实现分户热计量，只需要在每户的分水器前安装热量表。（6)有利于隔声和降低楼板撞击声。2 辐射供暖地板构造 低温热水地板辐射供暖属于埋管式。设计时应会同有关专业采取防止建筑物构建龟裂和破损的措施。辐射供暖地板一般由楼板或与土壤相邻的地面、绝热层、加热管、填充层、地面层、以及防水层（或防潮层）构成 1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点地面构造3、低温热水地板辐射供暖 地面散热量的计算 地板辐射传热过程是传热学中典型的多表面辐射传热。根据实际问题可以假设为加热面的地板表面和非加热面。非加热面的平均温度可按房间各个非加热面温度加权平均得到：3、低温热水地板辐射供暖 地面散热量的计算 单位地面的散热量和向下传热量，均应通过计算确定。热媒的供热量，应包括地面向上和向下的散热量。3、低温热水地板辐射供暖 地面散热量的计算 加热盘管间距一般为100300mm之间。实际应用中两种特殊情况：A：耗热量大（建筑的边、角等靠近山墙和屋顶）增加循环环路与增加传热表面B：耗热量小（开间与进深均较大或居住建筑中面积较大的房厅）局部地面敷设加热盘管4、低温热水地板辐射供暖 加热盘管的敷设 原则：尽可能使室内的温度场分布均匀 简单便于施工 4、低温热水地板辐射供暖 加热盘管的敷设 回转型（旋转型），经过其板面中心的任意剖面，都可以保证高低温管间隔布置，温度分布均匀 平行排管式(S型)，构造简单，但地板温度随管道温度降低而降低，地板受热不均匀 蛇形排管式（往复式），铺设复杂，地面温度场较均匀1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点1、低温热水地板辐射供暖的特点5.加热管及附件 选择：低温热水地板辐射供暖加热管种类主要有交联聚乙烯（PE-X）管、聚丁烯（PB）管、交联铝塑复合（XPAP）管、无规共聚聚丙烯（PP-R）管。集、分水器1、低温热水地板辐射供暖的特点二、低温发热电缆地板辐射采暖 1 低温发热电缆地板辐射供暖的地面构造 2 低温发热电缆地板辐射供暖布线间距的确定 3 低温发热电缆的布置与敷设 4 温控器 重点：1与低温热水地板辐射采暖不同之处 2组成部分及敷设情况 3温控器选用及安装 自学内容温控器三、低温电热膜辐射采暖 1 电热膜的选择与数量计算 2 电热膜采暖的布置与敷设 3 电热膜的配电与安装 4 温控器重点：1低温电热膜辐射采暖的特点 2组成部分及敷设情况（危险情况）自学内容第四节 钢制辐射板 设置钢制辐射板的辐射供暖系统通常也称为中温辐射供暖系统（其板面平均温度为80 200），这种系统主要应用于工业厂房，用在高大的工业厂房中的效果更好。在一些大空间的民用建筑，如商场、体育馆、展览厅、车站等也得到应用，也可用于公共建筑和生产厂房的局部区域或局部工作地点供暖。一、钢制辐射板的型式 根据辐射板长度的不同，钢制辐射板有块状辐射板和带状辐射板两种型式块状辐射板 根据钢管与钢板连接方式不同，块状辐射板分为A型与B型。1-加热器；2-连接管；3-辐射板表面；4-辐射板背面；5-垫板6-等长双头螺栓；7-侧板；8-隔热材料；9-铆钉；10-内外管卡块状辐射板优点：构造简单，加工方便。耗金属量少。带状辐射板 带状辐射板是将单块辐射板按长度方向串联而成。缺点：排管较长，加工安装不便 排管的热膨胀、排空气、排凝水问题难以解决 二、钢制辐射板的散热量 钢制辐射板的散热量包括辐射散热和对流散热两部分修正系数参见表2-6及表2-7三、钢制辐射板的设计与安装 实验表明在适当的辐射强度影响下，即使室内空气温度比采用散热器对流供暖系统的室温低23，人们在房间内仍然感到舒适，而无冷感；同时，在高大工业厂房内，采用辐射供暖时，车间的温度梯度比采用对流供暖系统小，也一定程度地降低了车间的供暖设计热负荷。三、钢制辐射板的设计 建筑物或房间的供暖设计耗热量可近似按下式计算 确定全面辐射供暖设计耗热量后，即可确定所需的辐射板的块数三、钢制辐射板的安装 水平安装，热量向下辐射 倾斜安装，倾斜安装在墙上或柱间，热量倾斜向下方辐射 垂直安装，单面板可以安装在墙上 辐射板的安装高度，变化范围较大，通常不宜安装的过高。尤其是沿外墙水平安装时，如装置过高，则有相当一部分辐射热被外墙吸收，从而增加了车间的耗热。在多尘车间里，辐射板散出的辐射热，有一部分会被尘粒吸收和反射，变为对流热，因而使辐射供暖的效果降低。但辐射板安装的高度过低，会使人有烧烤的不舒适感。第五节 暖风机与风机盘管 暖风机是由通风机、电动机及空气加热器组合而成的联合机组。在风机的作用下，空气由吸风口进入机组，经空气加热器加热后，从送风口送至室内，以维持室内要求的温度NC型轴流式暖风机 NBL型离心式暖风机 1轴流式风机；2电动机；3加热器；4百叶片；5支架 1离心式风机；2电动机；3加热器；4导流叶片；5外壳轴流式暖风机离心式暖风机暖风机布置方式风机盘管 离心式 贯流式小结 散热器的种类及特点。散热设备热负荷的计算。散热器的选择原则及安装注意事项。低温辐射采暖的组成形式、各自的特点与敷设情况 钢制辐射板的安装情况思考：散热设备向房间传热的方式有哪几种？铸铁散热器与钢制散热器相比有什么优缺点？铸铁散热器的散热面积是如何计算的？低温辐射采暖有几种型式？各自的特点是什么？各有什么优缺点？辐射板有几种安装型式？暖风机的适用范围有哪些？