哈工大供热工程采暖第一章

1、 建筑环境与设备工程专业l0-1 课程内容介绍l一、基本术语一、基本术语l热能工程热能工程 将自然界的能源直接或间接地转化为热能，l 以满足人们需要的科学技术，称为热能工程 l供热工程供热工程 生产、输配和应用中、低品位热能的工程技术， l 称为供热工程 l供热供热 向热用户供应热能的技术l供暖供暖（采暖）用人工方法向室内供给热量，保持一定的室l 内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件的技术 l 供热系统 把热源的热通过热网送给热用户的设施 供暖系统 为使建筑物达到供暖目的，由热源或供热装 l 置、散热设备和管道等组成的系统集中供暖 热源和散热设备分别设置，用热媒管道相连l 接，由热源向各个房

2、间或各个建筑物供给热l 量的供暖系统，称为集中式供暖系统局部供暖 热媒制备、热媒输送和热媒利用三个主要组l 成部分在构造上都在一起的供暖系统，称为l 局部供暖系统 对流供暖 以对流换热为主要方式的供暖，称为对流供暖 辐射供暖 以辐射换热为主要方式的供暖，称为辐射供暖 l供热系统供热系统 是指由热源热源通过热网热网向热用户热用户供应热能的系l 统总称。l集中供热系统集中供热系统 由热源、热力网（热网）和热用户三部分l 组成。l1.1.热源热源 把天然的或人造的能源形态转化为符合供热要l 求的热能装置；l2.2.热网热网 指由热源向热用户输送和分配供热介质的管线l 系统。其主要构成包括热力管道、阀

3、门、补偿器l 检查井等；l3.3.热用户热用户 指从供热系统获得热能的用热装置。一般情况l 下也把用热的建筑或用热的单位称作热用户。l1.课程设置l 供热系统： 热源 热网 热用户l 作用： 热的生产 热的输送 热的使用 l 课程： 热电厂供热 供热工程 供暖工程l 锅炉房设备 区域供热 暖通空调l2.学习要求l 坚实的基础l 认真的态度l 灵活的方法l原始供热原始供热：火的使用-从最原始的“钻木取火”开始 ，l 到后来人们利用火炉、火墙、火炕取暖，l 这种原始的供暖方式至今还有相当规模的应用。l集中供热集中供热：蒸汽机的发明-欧洲的产业革命源于十九世纪。l 随着锅炉制造业的发展，1877年在

4、美国纽约建l 成了世界上第一个集中供热系统 一个锅炉房l 向14家用户供热。l区域供热区域供热：电的应用-从发达国家开始。二十世纪初人们开始l 利用发电厂汽轮机排气供热，后经逐渐改进，l 发展制造了热电联供机组-现代化的热电厂 l核供热核供热： 原子能和平利用-1965年起，利用原子核裂变产生l 的能源用于热电联产。近年来很多国家开始开发l 利用低温核反应堆进行集中供热，已取得很大成就l二十世纪是世界能源大幅度增长的重要时期，19001900年年世界能源总消费量为7.757.75亿吨亿吨标煤（5.425亿吨标油）19501950年年为26.6426.64亿吨亿吨标煤（18.65亿吨标油）；19

5、751975年年增加到85.785.7亿吨亿吨标煤（60亿吨标油）。从1900-1950年50年中能源消费增长22倍多，而从1951-1975年25年中世界能源消费也增长了2倍多。l19701970年年世界能源消耗总量为64.4亿吨标煤（45.08亿吨标油）l19981998年年总消费量增长到121.67121.67亿吨标煤（85.17亿吨标油）l18年间增长接近1倍，详细的能源消费指标见表1l1 1吨标煤低位发热值吨标煤低位发热值=7000Kcal/Kg(29308Kj/Kg)=7000Kcal/Kg(29308Kj/Kg)l1 1吨标油低位发热值吨标油低位发热值=10000Kcal/Kg(

6、41868Kj/Kg)=10000Kcal/Kg(41868Kj/Kg)年 份能 源 消 费 总 量人 均 能 耗亿吨标煤亿吨标油 千克标煤 千克标油190019251950197019751980199019981999 2000 7.7545.6526.6464.3985.7085.36108.49121.67125.70 128.17 5.4310.9618.6545.0759.9959.7575.9485.1787.99 89.72 49376910801740.621401922.42050.72062.92114 2136345 538 7561218.414981345.7143

7、5.51444.0 1480 1495l7070年代末年代末能源的消费总量已居世界第三位，仅次于美国和前苏联；l目前目前已跃居世界第二世界第二，仅次于美国；l但是能源消费的人均占有量我国还很低，以至低于全世界的平均水平。l70年代末我国每年人均能耗只有600kg标煤（420kg标油）而当时世界平均能源为1922kg标煤（1345kg标油）。l目前，全世界全世界平均能耗1.491.49吨标油吨标油/ /人人. .年年。中国中国仅为0.8270.827吨标油吨标油/ /人人. .年。年。年份 能源消费总量人均能耗能源消费结构煤:油:气:电 (%)亿吨标煤亿吨标油千克标煤 千克标油197019801

8、9901998 20003.295.999.5413.21 15.362.304.196.689.25 10.753466118441066 1181242428591746 827 81:15:1:472:21:3:476:17:2:570:21:2:7 64: :30: :3: :3 解放前解放前解放后解放后我国的集中供热事业是从解放后开始发展的。特别是改革开放以后，城市集中供热的发展速度是很快的。l据资料统计1980年在“三北”地区集中供热总面积只有1124.8万m2，集中供热普及率仅为2%。l1990年“三北”地区的集中供热面积已发展到1.9亿m2，集中供热普及率12%。当年全国实现集

9、中供热的总面积为2.13亿m2，集中供热普及率为5.6%。l到2001年全国集中供热面积已达到14.63亿m2 。l2002年底已发展到15.6亿m2l 历年集中供热面积对比见表3年代设市城市 集中供热面积集中供热普及率（%备注199019951998199920002001 2002 668663662 660 1.96.538.79.6811.0814.63 15.6 1212 15 其中住宅6.32其中住宅7.58其中住宅9.58其中住宅 l在城市的集中供热中：l热电厂供热占总供热的62.9%；l区域锅炉房占总供热的35.1%；l其它占2%。l全部供热面积中：l公共建筑占33 .1%；l

10、民用建筑占59.8%；l其它占7.1%。l目前全国的集中供热普及率还不到20%l北欧的丹麦全国集中供热普及率已超过40% l芬兰全国集中供热普及率2000年达50%； l95年统计，我国城市的集中供热普及率：l北京为40%，哈尔滨为36%。l2002统计，年哈尔滨集中供热普及率为45%；l而莫斯科市早在80年代就已达到100%；l丹麦城市集中供热普及率为78%；l其第二大城市奥胡斯市90年热化率已达95%；l芬兰赫尔辛基集中供热普及率85年已达到84%；l规划2000年达到92%。l据2000年12月30日世界能源导报报到:l我国一次能源已探明可采储量中l 煤炭为1145亿吨（可采54年81年

11、）l 石油为32.74亿吨（可采15年20年）l 天然气为11704亿m3 （可采28年58年）l由此可见，以煤为主的能源消费结构仍将维持相当长一段时间。l以下数据指已探明的可采储量 表0-4 比较种类中国储量亿吨标煤人均储量亿吨标煤世界储量亿吨标煤人均储量亿吨标煤煤炭15551487605155石油34.33.26136127.7天然气10.61.01135527.6l1 1高参数、大容量供热机组的热电厂和大型区域锅炉的兴建 ；l2改造凝汽式发电厂为热电厂，采用汽轮机汽缸开孔抽汽或在 导汽管开孔抽汽，或利用凝汽器低真空运行 ；l3集中供热系统型式多样化。多热源联合供热系统、热网与供 暖用户采

12、用间接连接、环形热网和利用变速循环水泵；l4预制供热保温管道直埋敷设的较广泛应用； l5 5新型的供热管道附件和设备推广应用。波纹管补偿器、球形 补偿器，蝶阀和手动调节阀等；l6 6集中供热系统优化设计 供热系统的自控，微机监控系统； l7 7规范化管理 建设部颁布了城市热力网设计规范(CJJ34 2002)和城市供热管网工程施工及验收规范(CJJ2889) 城市供热管网工程质量检验评定标准（CJJ38-1990）城镇直埋供热管道工程技术规程（CJJ/T81-1998）供热术语标准（CJJ55-93）供热工程制图标准（CJJ/T78-97）等设计、施工基础资料。 l1-1供暖系统设计热负荷l一

13、、热负荷l定义定义 供热系统的热用户（或用热设备）在单位时间内所需的供热量。包括供暖、通风、空调、生产工艺和热水供应等l意义意义 是供热系统最基础的数据。它决定着系统方案的选择方案的选择、管道和设备确定管道和设备确定、系统使用效果系统使用效果和经济效果经济效果。l二、供暖系统热负荷l 定义定义 在某一室外温度tW下,为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。其值随室外气温变化而改变。 l室内温度tn室外气温tW 时,失热量Q QS S 得热量Q Qd d 为维持室温恒定，补充热量Q=QQ=QS SQQd d三、房间得失热量分析 失热量Q QS S： 得热量Q Qd d：

14、围护结构传热耗热量 Q Q1 1 工艺设备散热量 Q Q7 7 冷风渗透耗热量 Q Q2 2 非供暖管道散热量 Q Q8 8 冷风侵入耗热量 Q Q3 3 热物料散热量 Q Q9 9水分蒸发耗热量 Q Q4 4 太阳辐射散热量 Q Q1010冷物料耗热量 Q Q5 5 其他散热量 Q Q1111通风耗热量 Q Q6 6 补充房间的热量Q = QQ = QS SQQd d = Q = Q1-61-6-Q-Q7-117-11ll定义定义 在设计室外温度tW下，为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。l设计热负荷表达式设计热负荷表达式 为区别一般运行状态和设计状态下的参数，

15、在字母的右上角加“”的为设计状态下参数，不加“”的为运行状态参数。因此，供暖设计热负荷以Q Q 表示：l Q Q =Q=Q1 1 -6-6-Q-Q 7-117-11 l考虑一般民用（含办公）建筑，室内无其他得失热量因素，上式可简化为：lQ Q = Q= Q1 1 + Q+ Q2 2 + Q+ Q3 3 - Q- Q1010又考虑到太阳辐射因素的不稳定性，势必增加计算的复杂性，公式中略去该项，而采取附加的方法计算。从而公式简化为：l Q Q = Q= Q1 1 + Q+ Q2 2 + Q+ Q3 3 W W （1-11-1）l围护结构传热耗热量 Q Q 1 1在计算时分为两部分：一部分是按稳定传

16、热计算的基本耗热量Q Q j j，另一部分是考虑若干不稳定传热因素而引出的附加（修正）耗热量Q Q f f。l即 Q Q1 1 = Q= Qj j + Q+ Qf f l 一、围护结构基本耗热量l Q Qj j =KF(t=KF(tn n-t-tW W )a)a W (1-2) W (1-2)l式中 K K围护结构的传热系数，W/m2.；l F F-围护结构的传热面积，m2；l t tn n冬季室内计算温度，；l t tW W -供暖室外计算温度，；l a a温差修正系数。l( (一一) )室内计算温度室内计算温度t tn nl距地面2m以下人们生活、工作区的温度，与房间使用性质、生活习惯、国

17、民经济发展有关。一般在16-22之间。据文献报道18无冷感，15为明显冷感界限。l暖通规范（GBJ19-87）规定：l民用建筑主要房间 16-18l生产厂房工作地点 轻作业15；中作业12；重作业10l辅助建筑及房间 见附录1l（二）供暖室外计算温度（二）供暖室外计算温度t tW W l 原苏联采用热惰性原理法热惰性原理法确定： 50年中最冷八个冬季里最冷连续5天的日平均温度，我国曾在70年代前采用。l 目前我国采用不保证天数法不保证天数法确定：应采用历年平均（每年）不保证5天的日平均温度。l 不保证天数法不保证天数法确定的t tW W 比热惰性原理法热惰性原理法确定t tW W 普遍高1-4

18、。l l tX tW 与不供暖房间接触的围护结构和与l tn tX 大气不直接接触的房间闷顶，计算传热时，l 温度tX不易确定。简化计算时，仍以公式 l （1-2）代替，此时有如下关系：l KF(tn-tX)= KF(tn-tW)al从而可得出 a = (tn-tX)/ (tn-tW)1 l不同条件下的温差修正系数值见附录1-2l1 多层均质材料传热系数l按平壁传热计算l l W/m2. (1-3)1-3)l l式中 R围护结构总热阻 m2./W；l 围护结构内表面放热热系数、热阻 W/m2.， m2./W, 见表1-1；l 外表面放热热系数 、热阻 W/m2. ，m2./W，见表1-2； W

19、JnWiinRRRRK11111nnRWWRlRj 围护结构各层材料材料导热阻 m2./W；li围护结构厚度 m；li围护结构材料导热系数 W/m.，见附录1-3；l常用围护结构的传热系数见附录1-4。l2 双向非均质材料传热系数（略）l3 空气间层传热系数l总热阻 R = Rn + RJ + RW + R m2./Wl 式中 空气间层的热阻R见表1-4 l 2m 2m 2m (1)贴土不保温地面（1.6 W/m.） l 分带法计算： 2m 第一带 K=0.47 W/m2. 2m 第二带 K=0.23 W/m2. 2m 第三带 K=0.12 W/m2.l 第四带 K=0.07 W/m2. l

20、第一带交叉地带阴影部分面积重复计算一次l 平均传热系数法：按房间宽度和进深查有关设计手册l l（2） 贴土保温地面l组成地面各层材料中，其中有一层材料35%的地区，建筑无遮挡时，按下列数值修正：l北、东北、西北 010%；东南、西南 -10-15%。l东、西 5%；南 15-30%。 l对冬季日照率35%的地区：l北、东北、西北 010%；东南、西南、南 -100%；东、西 0%。l1 1 影响因素影响因素l考虑室外风速变化W变化而对围护结构基本耗热量的附加（修正）l2 计算方法l表1-2给出的W值是对应于室外风速4m/s时的值，我国大部分地区冬季平均风速小于该值。因此暖通规范规定：一般情况下

21、，不考虑风力附加。只对迎风的高地、河岸海岸、旷野上的建筑或城镇、厂区内特别突出的建筑，才考虑附加5%10%。l三、三、 高度附加高度附加1 影响因素l考虑房间高度引起的热压作用而对围护结构基本耗热量的附加（修正）l2 计算方法l对民用建筑和工业辅助建筑，以4m为基准，每高出1m 应附加2%，但总附加率不应大于15%l四、附加耗热量计算方法四、附加耗热量计算方法l朝向修正和风力附加都是对基本耗热量的附加，即：以基本耗热量乘以修正率；l高度附加是对基本耗热量和其他附加耗热量之和的附加，即：以基本耗热量与其他耗热量之和再乘以附加率。 l围护结构传热阻应同时满足使用要求使用要求、卫卫生要求生要求和经济

22、要求。经济要求。l一、最小传热阻一、最小传热阻l1 对围护结构的要求l满足使用要求外墙不内表面结露，限制内表面温度tnb；l满足卫生要求外墙内表面温度不应太低，有舒适感。 2 . 公式导出 稳定传热时Qn=Q,则有： tn nF（tn-tnb）=KF(tn-tWe)a Qn 于是可得： twb twe Q W/m2. m2./W tnb attttKwennbnn)()()()(nbnnwenttattRl 限制tnb不能过低，即tn-tnb不能过大，以最大允许温差ty=tn-tnb代入上式，并由1/n=Rn,则最小热阻为：l l l m2./W (1-4)(1-4)l l式中ty-为室内温度

23、与围护结构内表面允许温差， l 见附录（1-5）l twe-为冬季围护结构室外计算温度，该值与围护 l 结构热惰性D有关，详见表1-6。nywenaRtttR)(minl二、经济热阻二、经济热阻l 对围护结构的要求对围护结构的要求满足经济性要求l 定义定义：在规定年限内，使建筑物建造费和经营费用之和最小时的围护结构传热阻l 说明说明：我国目前尚无法按经济热阻选择围护结构，只能民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）（建设部1986年制定）规定的各地区围护结构传热系数最大值总体控制供暖能耗。l 比较比较：与最小热阻比较，经济热阻远大于最小热阻。l一、定义：加热通过门、窗等缝隙渗入室内的冷l 空气

24、到室内温度所消耗的热量，称为l 冷风渗透耗热量l二、影响因素 门窗构造、门窗朝向、室外风向和l 风速、室内外空气温差、建筑物高l 低以及建筑物内部通道状况等l三、计算方法l 缝隙法l 换气次数法l 百分数法l公式 Q2=0.278vW Cp (tn-tW) （1-51-5）l式中 W 室外空气的密度 Kg/m3l Cp 空气的定压比热 Cp=1Kj/Kg l tn、tW 室内、外空气温度 l v 渗入室内的冷空气量 m3/hl v=Llnl L 每米缝隙渗入冷空气量 m3/h ml l 门、窗缝隙总长 ml n 渗入空气量的朝向修正系数l适用于公共建筑的概算l公式 Q2 =0.278vWCpn

25、k(tn-tW) nk见下表l 表1-1l l 房间外墙暴露情况 nk一面有外窗或外门 二面有外窗或外门 三面有外窗或外门 门 厅 1/4 2/31/2 1.01 1.52 l适用用于工业建筑的估算l渗透耗热量占围护结构总耗热量的百分率 l 表1-2玻 璃 窗 层 数 建筑物高度（m）10.0百 分 率% 单 层 单、双层均有 双 层 25 20 15 35 30 25 40 35 30 l高层建筑高层建筑 我国规定：l 居住建筑10层及10层以上；l 其他建筑高度24m、2层以上。l高层建筑高层建筑供暖供暖特指7层及以上（无电梯的建筑 则为8层以上）l热负荷计算的区别热负荷计算的区别主要是Q

26、2中的L值不同l 普通多层建筑只考虑风压影响；l 高层建筑考虑热压和风压综合作用。l 1.理论热压差理论热压差 l 由建筑物内楼梯间通道与室外空气密度差和高度差形成的理论热压Pr ：l Pr=(hZ-h)(W-n)g Pa (1-6)l式中 W 供暖室外计算温度下的空气密度 Kg/m3 ；l n 形成热压的室内通道空气密度 Kg/m3 ；l h 计算高度 m;l hZ 中和面（室内外压差为0的界面）高度 m;在纯热压作用l 下，可取建筑物总高度的一半。l上式中，室外压力高于室内压力（冷气渗入）时，热压差为正；l 室外压力低于室内压力（热气渗出）时，热压差为负。l2.有效热压差有效热压差Prl

27、实际上，建筑物外门、窗等缝隙两侧的热压差仅是理论热压Pr的一部分，其大小还与建筑物内部贯通通道的布置，通气状况以及门窗缝隙的密封性有关,，即与空气由渗入到渗出的阻力分布有关。为了确定外门、窗两侧的有效作用热压差，引入热压差有效作用系数(简称热压差系数)Cr。它表示有效热压差Pr与相应高度上的理论热压差Pr的比值。l Pr =crPr=cr (hZ-h)(W-n)g Pa (1-7)l热压系数值cr与建筑物内部隔断及上下通风等状况有关，即与空气从底层部分渗入而从顶层部分渗出的流通路程的阻力状况有关。国内一些研究资料认为，热压差系数的大致范围为l住宅：0.2； 公建、办公：0.5。l1.任意高度的

28、风速Vhl 风速随高度增加的变化规律，可用下式表示：l V Vh h= V= V0 0( h/h( h/h0 0) ) m (1-8) l式中 V Vh h高度h h处的风速，m/s; l V V0 0基准高度h h0 0处的风速，m/s. 基准高度h h0 0=10m ;l 幂指数,与地面的粗糙度有关,一般取 =0.2。l2.理论风压l l3.有效风压差Pfl Pa (1-9) l式中 Cf 有效风压系数，迎风面取0.7，内阻较大时区03-0.5。22hWffVCP22VPfl4.门窗两侧作用压差P与渗透空气量L的系l L=a(P)b m3/h.ml 式中 a 渗透风量系数，与门窗构造有关l

29、 b 渗透风量指数，与门窗构造有关l 单层木窗 双层木窗 单层钢窗 双层钢窗l a 1.27 0.9 1.63 1.15l b 0.56 0.56 0.67 0.67l风压作用下基准高度上的L值l l bWfVCaL)2(20l风压作用下任意高度上的Lh值l令Lh/L=Ch，分别代入Lh和L值，则有l Ch =(Vh/V0)2b l依公式（1-8）可以变换为：l Ch =(0.631h0.2)2b=(0.4h0.4)b （1-10） bhWfhVCaL)2(2l热压风压综合作用下的L值l1.暖通空调设计手册l室内外压差 P= Pr + Pf n Pa (1-11)l式中 n为渗入空气量的朝向修

30、正系数 渗透空气量 L=a(P)b m3/h.m (1-12) 2.暖通空调规范 Q Q2 2 =0.278 C Cp p LlW W (t(tn n-t-t W W)m W)m W（1-13） 式中 m风量综合修正系数 m=Cm=Ch hn+(1+C)n+(1+C)b b-1-1 27350/204 . 0tttVhhhCCPPCWnZfrfr 3.公式的假设条件（1）建筑物各层门窗两侧的有效作用热压差仅与该层的高度位置、建筑物内部通道空气温度和室外温度所形成的密度差、以及热压差系数大小有关，而与门窗所处的朝向无关。（2）建筑物各层不同朝向的门窗，由于风压作用的冷风渗量不相等，需要考虑渗透空气量的朝向修正系数(见附录16)。l 4.公式使用说明l（1）计算C1，即1+C0时，表示