第三章重力循环(第九讲)

第三章热水供暖系统热水供暖系统的分类:

1、按热媒温度分:⑴低温热水供暖系统,热媒温度≤100℃.⑵高温热水供暖系统,热媒温度＞100℃.

2、按系统循环动力分:⑴重力循环(即自然循环)系统,靠水的密度差进行循环.⑵机械循环系统,靠机械(水泵)力进行循环的系统.

第三章热水供暖系统热水供暖系统的分类:

3、按系统供、回水方式分:

⑴单管系统,热水经供水立管或水平供水管顺序流过各组散热器,并顺序地在各散热器中冷却的系统.

⑵双管系统,热水经供水立管或水平供水管平行地分配各组散热器,冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水管流回热源的系统.第三章热水供暖系统热水供暖系统的分类:

4、按系统管道的敷设方式分:

⑴垂直式系统,供水经立管后,流入散热器.

⑵水平式系统,供水经水平管后,顺序流入散热器.

5、按系统供、回水环路布置分:

⑴同程式系统,系统每支立管的供、回水环路长度相等.

⑵异程式系统,系统每支立管的供、回水环路长度不相等.第一节重力(自然)循环热水供暖系统一、系统的主要形式:

单管和双管两种型式.

(a)双管上供下回式

(b)单管上供下回式

第一节重力(自然)循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力1、主要组成:热源(锅炉)、供水管、回水管、膨胀水箱和散热设备组成.2、工作原理:如图所示第一节重力(自然)循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力3、作用压力分析:假设在上图的循环环路最低点的断面A－A处有一个假想的阀门,若突然将阀门关闭,则在断面A－A两侧受到不同的水柱压力,这两方所受到的水柱压力之差就是驱使管路中的水进行循环的作用压力.循环作用压力的大小,取决于水温(水的密度)在循环环路的变化情况、锅炉中心到散热器中心的高度差.

第一节重力(自然)循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力3、作用压力计算:

⑴断面A－A右侧的水柱压力为:p1＝g(h0ρh

＋hρh

＋h1ρg

)Pa

⑵断面A－A左侧的水柱压力为:p2＝g(h0ρh

＋hρg

＋h1ρg

)Pa

⑶断面A－A两侧之差值,即系统内的循环作用压力为:△p＝p1－p2＝gh(ρh－ρg)Pa

h－加热中心到冷却中心的垂直距离,m第一节重力(自然)循环热水供暖系统二、系统的组成、工作原理及其作用压力3、作用压力:

⑶断面A－A两侧之差值,即系统内的循环作用压力为:△p＝p1－p2＝gh(ρh－ρg)Pa

例:如果供水温度95℃,回水温度70℃;则每米高差可产生的作用压力为:

△p＝gh(ρh－ρg)＝9.81X1X(977.81－961.92)＝156Pa/m第一节重力(自然)循环热水供暖系统三、重力循环双管供暖系统作用压力的计算:

1、作用压力的计算:⑴包括

aS1b的环路自然循环压力:△p1＝gh1(ρh－ρg)

⑵包括aS2b的环路自然循环压力:△p2＝g(h1＋h2)(ρh－ρg)＝

△p1＋gh2(ρh－ρg)

⑶两个并联环路压差为:△p2－△p1＝gh2(ρh－ρg)

这个大于零差值使上层环路比下层环路增加了作用压力.如上图所示,散热器S2和S1为并联,两个冷却中心分别是aS2b和aS1b.第一节重力(自然)循环热水供暖系统三、重力循环双管供暖系统作用压力的计算:

2、作用压力的分析:

由

△p2－△p1＝gh2(ρh－ρg)压差值可知,虽然进入和流出各层散热器的供、回水温度相同(不考虑管路沿途冷却的影响),也将形成上层作用压力大、下层作用压力小的现象.若选用了不同管经仍不能使各层阻力损失平衡时,由于流量分配不均,必然要出现上热下冷的现象,即所谓的垂直失调.且楼层数越多,其上下环路压差值越大,上热下冷的现象就越严重.

因此,在工程设计时,双管系统适用于四层及以下建筑物.第一节重力(自然)循环热水供暖系统

四、重力循环单管供暖系统作用压力的计算:1、单管系统的特点:各层散热器是串联关系,热水按顺序地沿各层散热器冷却.2、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,立管上的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直失调现象.但由于经过各层散热器的水温越来越低,下层房间散热器的数量增加.因此,在工程设计时,单管系统适用于八层及以下建筑物.第一节重力(自然)循环热水供暖系统

四、重力循环单管供暖系统作用压力的计算:

3、作用压力的举例分析:散热器S1和S2是串联关系,热水在散热器S1和S2里顺序地冷却.如左图所示:引起自然循环作用压力的高差是:(h1＋h2),水冷却后的密度分别为:ρ2、ρh故循环作用压力的值为:

①计算法:△p＝gh1(ρh－ρg)＋gh2(ρ2－ρg)Pa

②计算法:

△p

＝g(h1+h2)(ρ2－

ρg)+gh1(ρh－

ρ2)

＝gH2(ρ2－ρg)＋gH1(ρh－ρ2)Pa四、重力循环单管供暖系统作用压力的计算:

4、作用压力的计算公式:若循环环路中有许多串联的冷却中心(散热器)时,其作用压力计算公式为:

△P＝ghi(ρi－ρg)＝gHi(ρi－ρi+1)四、重力循环单管供暖系统作用压力的计算:

4、作用压力的计算公式:△P＝ghi(ρi－ρg)＝gHi(ρi－ρi+1)N---在循环环路中,冷却中心的总数;g----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(散热器中心)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,m;ρi＋1---进入所计算的冷却中心的水的密度,㎏/m3;ρi---流出所计算的冷却中心的水的密度,㎏/m3;

ρg---供暖系统的供水密度,㎏/m3;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ti:

以八层(N=8)建筑物为例,设供、回水温度分别为tg、th,每层散热器的散热量分别为Q1、Q2-------,Q8

,⑴立管的热负荷为:∑Q=Q1＋Q2＋···＋Q8W⑵通过立管的流量(按全部热负荷计算):GL=3.6∑QC(tg－th)=0.86∑Q(tg－th)∑Q----立管的总热负荷,W

C----水的比热容量,C=4.187kJ/htg-----立管的供水温度℃th-----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:5、确定各散热器之间管路的水温ti:

∵G２=0.86(tg－t2)⑶流过第二层散热器的水温t2:Q2＋Q3＋···＋Q8GL=0.86(tg－th)∑Q∴t2=tg－Q2＋Q3＋···＋Q8∑Q(tg－th)⑷流过第i层散热器的水温ti:ti=tg－Qi∑Q(tg－th)又∵Ｇ２＝ＧＬ四、重力循环单管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△Pf:

在工程计算中,由于水的温度和密度沿循环环路不断变化,不仅影响各层散热器的进、出口水温,同时也增大了循环作用压力.

因而要根据不同情况,增加一个考虑水在循环环路中的附加作用压力,它的大小与系统供水管路布置状况、楼层高度、所计算的散热器与锅炉之间的水平距离等因素有关;其数值选用,可参见附录3---2表中的:附加作用压力△Pf.

7、总的重力循环作用压力△Pzh:

△Pzh=△P＋△PfPa附录3---2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)系统的水平距离（m）锅炉到散热器的高度（m）自总立管至计算立管之间的水平距离（m）＜1010~2020~3030~5050~7575~10012345678未保温的明装立管1层或2层的房屋25以下25~5050~7575~1007以下7以下7以下7以下100100100100100100100100150150150150——200150150————200200——————200未保温的明装立管3层或4层的房屋25以下25~5050~7575~10015以下15以下15以下15以下250250250250250250250250250300250250——350300300————350350——————400未保温的明装立管高于4层的房屋注：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。2、在单管式系统中，附加值采用本附录所示的相应值的50%。例3-1如图所示,设h1=3.2m,h2=h3=3.0m;散热器热负荷Q1=700W,Q2=600W,Q3=800W.供水温度为95℃,回水温度70℃.要求确定:⑴双管系统的循环作用压力;⑵单管系统各层之间立管的水温;⑶单管系统的重力循环作用压力.(不考虑附加作用压力).解:1、双管系统的循环作用压力

∵系统的tg=95℃,th=70℃,

∴查附录3-1得:ρg=961.92㎏/m3ρh=977.81㎏/m3

则通过各层散热器循环环路的作用压力为:第一层:△P1=gh1(ρh－ρg)=498.8Pa第二层:

△P2=g(h1＋h2)(ρh－ρg)=96