第三章重力循环(第九讲)

1、第三章第三章 热水供暖系统热水供暖系统 热水供暖系统的分类热水供暖系统的分类: 1、按热媒温度分、按热媒温度分: 低温热水供暖系统低温热水供暖系统 , 热媒温度热媒温度100. 高温热水供暖系统高温热水供暖系统 , 热媒温度热媒温度100. 2、按系统循环动力分、按系统循环动力分: 重力循环重力循环(即自然循环即自然循环)系统系统 , 靠水的密度差进行循环靠水的密度差进行循环. 机械循环系统机械循环系统 , 靠机械靠机械(水泵水泵)力进行循环的系统力进行循环的系统 . 第三章第三章 热水供暖系统热水供暖系统 热水供暖系统的分类热水供暖系统的分类: 3、按系统供、回水方式分、按系统供、回水方式分

2、: 单管系统单管系统 , 热水经供水立管或水平供水管热水经供水立管或水平供水管顺序流过顺序流过各组散热器各组散热器, 并顺序地在各散热器中冷却的系统并顺序地在各散热器中冷却的系统. 双管系统双管系统 , 热水经供水立管或水平供水管热水经供水立管或水平供水管平行地分配平行地分配各组散热器各组散热器, 冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水 管流回热源的系统管流回热源的系统.第三章第三章 热水供暖系统热水供暖系统 热水供暖系统的分类热水供暖系统的分类: 4、按系统管道的敷设方式分、按系统管道的敷设方式分: 垂直式系统垂直式系统 , 供水经立

3、管后供水经立管后, 流入散热器流入散热器. 水平式系统水平式系统 , 供水经水平管后供水经水平管后, 顺序流入散热器顺序流入散热器. 5、按系统供、回水环路布置分、按系统供、回水环路布置分: 同程式系统同程式系统 , 系统每支立管的供、回水环路长度相等系统每支立管的供、回水环路长度相等. 异程式系统异程式系统 , 系统每支立管的供、回水环路长度不相等系统每支立管的供、回水环路长度不相等.第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统 一、系统的主要形式系统的主要形式: 单管和双管两种型式单管和双管两种型式. (a)双管双管上供下回式上供下回式 (b)单管单管上供下回式上供下

4、回式 第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力二、系统的组成、工作原理及其作用压力1、主要组成、主要组成: 热源热源(锅炉锅炉)、供水管、供水管、回水管、膨胀水箱和散回水管、膨胀水箱和散热设备组成热设备组成.2 、工作原理、工作原理: 如图所示如图所示第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力二、系统的组成、工作原理及其作用压力 3、作用压力分析、作用压力分析: 假设在上图的循环环路最低点的断面假设在上图的循环环路最低点的断面AA处有一个假处有一个假想的阀门想的阀门,若突然

5、将阀门关闭若突然将阀门关闭,则在断面则在断面AA两侧受到不同两侧受到不同的水柱压力的水柱压力,这两方所受到的这两方所受到的水柱压力之差就是驱使管路中水柱压力之差就是驱使管路中的水进行循环的作用压力的水进行循环的作用压力. 循环作用压力的大小循环作用压力的大小,取决于取决于水温水温(水的密度水的密度)在循环环路在循环环路的变化情况、锅炉中心到散热器中心的的变化情况、锅炉中心到散热器中心的高度差高度差. 第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力二、系统的组成、工作原理及其作用压力 3、作用压力计算、作用压力计算: 断面断面AA右侧的水柱

6、压力为右侧的水柱压力为: p1 g ( h0h hh h1g ) Pa 断面断面AA左侧的水柱压力为左侧的水柱压力为: p2 g ( h0h hg h1g ) Pa 断面断面AA两侧之差值两侧之差值,即系统内的循环作用压力为即系统内的循环作用压力为: p p1 p2 g h (hg ) Pa h 加热中心到冷却中心的垂直距离加热中心到冷却中心的垂直距离, m第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力二、系统的组成、工作原理及其作用压力 3、作用压力、作用压力: 断面断面AA两侧之差值两侧之差值,即系统内的循环作用压力为即系统内的循环作

7、用压力为: p p1 p2 g h (hg ) Pa 例例: 如果供水温度如果供水温度95 ,回水温度回水温度70 ;则每米高差可产生的则每米高差可产生的 作用压力为作用压力为: p g h (hg ) 9.81X1X(977.81 961.92) 156 Pa /m第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统 三、重力循环三、重力循环双管双管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 1、作用压力的计算、作用压力的计算:包括包括 aS1b的环路自然循环压力的环路自然循环压力: p1 g h1 (hg ) 包括包括 aS2b的环路自然循环压力的环路自然循环压力: p2

8、 g (h1 h2) (hg ) p1g h2(hg ) 两个并联环路压差为两个并联环路压差为: p2 p1g h2(hg ) 这个大于零差值使上层环路比这个大于零差值使上层环路比 下层环路增加了作用压力下层环路增加了作用压力.如上图所示如上图所示,散热器散热器S2和和S1为为并联并联, 两个冷却中心分别是两个冷却中心分别是 aS2b和和aS1b.第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统三、重力循环三、重力循环双管双管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 2、作用压力的分析、作用压力的分析: 由由 p2 p1g h2(hg)压差值可知压差值可知,虽然进入虽然

9、进入和流出各层散热器的供、回水温度相同和流出各层散热器的供、回水温度相同(不考虑管路沿途冷不考虑管路沿途冷却的影响却的影响),也将形成上层作用压力大、下层作用压力小的现也将形成上层作用压力大、下层作用压力小的现象象. 若选用了不同管经仍不能使各层阻力损失平衡时若选用了不同管经仍不能使各层阻力损失平衡时,由于由于流量分配不均流量分配不均,必然要出现上热下冷的现象必然要出现上热下冷的现象,即所谓的即所谓的垂直失垂直失调调.且楼层数越多且楼层数越多,其上下环路压差值越大其上下环路压差值越大,上热下冷的现象就上热下冷的现象就越严重越严重. 因此因此,在工程设计时在工程设计时,双管双管系统适用于系统适用

10、于四层及以下四层及以下建筑物建筑物.第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统四、重力循环四、重力循环单管单管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 1、单管系统的特点、单管系统的特点: 各层散热器是各层散热器是串联串联关系关系,热水按顺序地沿各层散热器冷却热水按顺序地沿各层散热器冷却. 2、作用压力分析、作用压力分析: 由于各层的散热器都是串联在一个循环环路上由于各层的散热器都是串联在一个循环环路上,立管上的立管上的自然循环作用压力是一个自然循环作用压力是一个,故单管系统不存在如双管系统的垂故单管系统不存在如双管系统的垂直失调现象直失调现象. 但由于经过各层散

11、热器的水温越来越低但由于经过各层散热器的水温越来越低,下层房间散热器下层房间散热器的数量增加的数量增加. 因此因此,在工程设计时在工程设计时,单管单管系统适用于八系统适用于八层及以下层及以下建筑物建筑物.第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统四、重力循环四、重力循环单管单管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 3、作用压力的举例分析、作用压力的举例分析:散热器散热器S1和和S2是串联关系是串联关系,热水在散热器热水在散热器S1和和S2里顺序地里顺序地冷却冷却. 如左图所示如左图所示:引起自然循环作用引起自然循环作用 压力的高差是压力的高差是: (h1h2)

12、,水冷却后的密度分别为水冷却后的密度分别为:2、h故循环作用压力的值为故循环作用压力的值为: 计算法计算法:pgh1(hg) gh2(2g) Pa 计算法计算法: p g(h1+h2)(2 g) + gh1(h 2) gH2(2g) gH1(h2) Pa四、重力循环四、重力循环单管单管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 4、作用压力的计算公式、作用压力的计算公式: 若循环环路中有许多串联的若循环环路中有许多串联的冷却中心冷却中心(散热器散热器)时时,其作用压其作用压力计算公式为力计算公式为: Pghi(ig )Ni 1gHi(ii+1 )Ni 1四、重力循环四、重力循环单管单管供暖

13、系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 4、作用压力的计算公式、作用压力的计算公式:Pghi(ig)Ni 1gHi(ii+1 )Ni 1N-在循环环路中在循环环路中,冷却中心的总数冷却中心的总数;g-重力加速度重力加速度,m/s2;hi-从计算的冷却中心到下一层的冷却中心从计算的冷却中心到下一层的冷却中心(散热器中心散热器中心) 之间的垂直距离之间的垂直距离, m;Hi-从计算的冷却中心到锅炉中心之间的垂直距离从计算的冷却中心到锅炉中心之间的垂直距离, m;i1-进入所计算的冷却中心的水的密度进入所计算的冷却中心的水的密度, / m3 ;i-流出所计算的冷却中心的水的密度流出所计算的冷却中

14、心的水的密度, / m3 ; g-供暖系统的供水密度供暖系统的供水密度, / m3 ;四、重力循环四、重力循环单管单管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 5、确定各散热器之间管路的水温、确定各散热器之间管路的水温 ti : 以八层以八层(N=8)建筑物为例建筑物为例,设供、回水温设供、回水温度分别为度分别为 tg 、th,每层散热器的散热量每层散热器的散热量分别为分别为Q1、Q2-, Q8 ,立管的热负荷为立管的热负荷为: Q = Q1Q2 Q8 W通过立管的流量通过立管的流量(按全部热负荷计算按全部热负荷计算):GL =3.6QC ( tg th )=0.86Q( tg th )

15、Q-立管的总热负荷立管的总热负荷, W C-水的比热容量水的比热容量, C=4.187kJ/h tg-立管的供水温度立管的供水温度 th-立管的回水温度立管的回水温度 四、重力循环单管供暖系统作用压力的计算四、重力循环单管供暖系统作用压力的计算: 5、确定各散热器之间管路的水温、确定各散热器之间管路的水温 ti : G =0.86( tg t2 ) 流过第二层散热器的水温流过第二层散热器的水温 t2:Q2Q3Q8GL=0.86( tg th )Qt2 = tg Q2Q3Q8Q( tg th )流过第流过第 i 层散热器的水温层散热器的水温 ti:ti = tg QiQ( tg th )Ni又又

16、四、重力循环四、重力循环单管单管供暖系统作用压力的计算供暖系统作用压力的计算: 6、确定水在循环环路中冷却的附加作用压力、确定水在循环环路中冷却的附加作用压力Pf: 在工程计算中在工程计算中,由于水的温度和密度沿循环环路不断变由于水的温度和密度沿循环环路不断变 化化,不仅影响各层散热器的进、出口水温不仅影响各层散热器的进、出口水温,同时也增大了循环同时也增大了循环 作用压力作用压力. 因而要根据不同情况因而要根据不同情况,增加一个考虑水在循环环路中的增加一个考虑水在循环环路中的 附加作用压力附加作用压力,它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高 度、所计算的

17、散热器与锅炉之间的水平距离等度、所计算的散热器与锅炉之间的水平距离等 因素有关因素有关;其其 数值选用数值选用,可参见附录可参见附录3-2表中的表中的:附加作用压力附加作用压力Pf. 7、总的重力循环作用压力、总的重力循环作用压力Pzh: Pzh = P Pf Pa附录附录3-2 在重力循环上供下回双管热水供暖系统中，在重力循环上供下回双管热水供暖系统中， 由于水在管路内冷却而产生的附加压力（部分由于水在管路内冷却而产生的附加压力（部分)系统的水平系统的水平距离距离 （m）锅炉到散热器锅炉到散热器的高度的高度 （ m） 自总立管至计算立管之间的水平距离自总立管至计算立管之间的水平距离 （ m）

18、 10 1020 2030 3050 5075 75100 1 2 3 4 5 6 7 8 未保温的明装立管未保温的明装立管 1层或层或2层的房屋层的房屋 25 以下以下 2550 5075 75100 7 以下以下 7 以下以下 7 以下以下 7 以下以下 100 100 100 100 100 100 100 100 150 150 150 150 200 150 150 200 200 200 未保温的明装立管未保温的明装立管 3层或层或4层的房屋层的房屋 25 以下以下 2550 5075 75100 15 以下以下 15 以下以下 15 以下以下 15 以下以下 250 250 25

19、0 250 250 250 250 250 250 300 250 250 350 300 300 350 350 400 未保温的明装立管未保温的明装立管 高于高于4层的房屋层的房屋注：注：1、在下供下回式系统中，不计算水在管路中冷却而产生的附加作用压力值。、在下供下回式系统中，不计算水在管路中冷却而产生的附加作用压力值。 2、在单管式系统中，附加值采用本附录所示的相应值的、在单管式系统中，附加值采用本附录所示的相应值的50%。 例例3-1 如图所示如图所示,设设h1=3.2m, h2=h3=3.0m;散热器热负荷散热器热负荷Q1= 700W,Q2=600W,Q3=800W.供水温度为供水温度为95,回水温度回水温度70. 要求确定要求确定: 双管系统的循环作用压力双管系统的循环作用压力; 单管系统各层之间单管系统各层之间立立 管的水温管的水温; 单管系统的重力循环作用压力单管系统的重力循环作用压力.(不考虑附加作用压力不考虑附加作用压力).解解:1、双管双管系统的循环作用压力系统的循环作用压力 系统的系统的tg= 95,th= 70, 查附录查附录3-1得得:g=961.92/m3 h=977.81/m3 则通过各层散热器循环环路的作用压则通过各层散热器循环环路的作用压力为力为:第一层第一层:P1=