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供热基础知识

供热基础知识

　　1、水和水蒸汽有哪些基本性质?

　　答：

水和水蒸汽的基本物理性质有：

比重、比容、汽化潜热、比热、粘度、温度、压力、焓、熵等。

水的比重约等于1（t/m3、kg/dm3、g/cm3）蒸汽比容是比重的倒数，由压力与温度所决定。

水的汽化潜热是指在一定压力或温度的饱和状态下，水转变成蒸汽所吸收的热量，或者蒸汽转化成水所放出的热量，单位是：

KJ/Kg。

水的比热是指单位质量的水每升高1℃所吸收的热量，单位是KJ/Kg·℃，通常取4.18KJ。

水蒸汽的比热概念与水相同,但不是常数，与温度、压力有关。

　　2、热水锅炉的出力如何表达?

　　答：

热水锅炉的出力有三种表达方式，即大卡/小时（Kcal/h）、吨/小时（t/h）、兆瓦（MW）。

（1）大卡/小时是公制单位中的表达方式，它表示热水锅炉每小时供出的热量。

（2）"吨"或"蒸吨"是借用蒸汽锅炉的通俗说法，它表示热水锅炉每小时供出的热量相当于把一定质量（通常以吨表示）的水从20℃加热并全部汽化成蒸汽所吸收的热量。

　　（3）兆瓦（MW）是国际单位制中功率的单位，基本单位为W（1MW=106W）。

正式文件中应采用这种表达方式。

　　三种表达方式换算关系如下：

　　60万大卡/小时（60×104Kcal/h）≈1蒸吨/小时〔1t/h〕≈0.7MW

　　3、什么是热耗指标?

如何规定?

　　答：

一般称单位建筑面积的耗热量为热耗指标，简称热指标，单位w/m2,一般用qn表示，指每平方米供暖面积所需消耗的热量。

黄河流域各种建筑物采暖热指标可参照表

　　建筑物类型非节能型建筑节能型建筑

　　居住区56~6438~48

　　学校或60~8050~70

　　办公场所60~8055~70

　　旅馆60~7050~60

　　食堂餐厅115~140100~130

　　上表数据只是近似值，对不同建筑结构，材料、朝向、漏风量和地理位置均有不同，纬度越高的地区，热耗指标越高。

　　4、如何确定循环水量?

如何定蒸汽量、热量和面积的关系?

　　答：

对于热水供热系统，循环水流量由下式计算：

　　G=[Q/c（tg-th）]×3600=0.86Q/（tg-th）式中：

G-计算水流量，kg/h

　　Q-热用户设计热负荷，W

　　c-水的比热，c=4187J/kgo℃

　　tg﹑th-设计供回水温度，℃

　　一般情况下，按每平方米建筑面积2~2.5kg/h估算。

对汽动换热机组，

　　由于供回水温差设计上按20℃计算，故水量常取2.5kg/h。

　　采暖系统的蒸汽耗量可按下式计算：

　　G=3.6Q/r+⊿h

　　式中：

G-蒸汽设计流量，kg/h

　　Q-供热系统热负荷，W

　　r-蒸汽的汽化潜热，KJ/kg

　　⊿h-凝结水由饱和状态到排放时的焓差，KJ/kg

　　在青岛地区作采暖估算时，一般地可按每吨过热蒸汽供1.2万平方米建筑。

　　5、系统的流速如何选定?

管径如何选定?

　　答：

蒸汽在管道内最大流速可按下表选取：

　　单位：

（m/s）

　　蒸汽性质过热蒸汽饱和蒸汽

　　公称直径>2008060

　　公称直径≤2006035

　　蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允许压降等查表计算选取。

　　6、水系统的流速如何选定?

管径如何选定?

　　答：

一般规定，循环水的流速在0.5~3之间，管径越细，管程越长，阻力越大，要求流速越低。

为了避免水力失调，流速一般取较小值，或者说管径取偏大值，可参考下表：

　　管径DN20DN25DN32DN40DN50DN65DN80（m）

　　流速（m/s）0.30.40.50.60.70.80.9

　　在选择主管路的管径时，应考虑到今后负荷的发展规划。

　　7、水系统的空气如何排除?

存在什么危害?

　　答：

水系统的空气一般通过管道布置时作成一定的坡度，在最高点外设排气阀排出。

排气阀有手动和自动的两种，管道坡度顺向坡度为0.003，逆向坡度为0.005。

管道内的空气若不排出，会产生气塞，阻碍循环，影响供热。

另外还会对管路造成腐蚀。

空气进入汽动加热器会破坏工作状态，严重时造成事故。

　　8、系统的失水率和补水率如何定?

失水原因通常为何?

　　答：

按照《城市热力网设计规范》规定：

闭式热力网补水装置的流量，应为供热系统循环流量的2%，事故补水量应为供热循环流量的4%。

失水原因：

管道及供热设施密封不严，系统漏水;系统检修放水;事故冒水;用户偷水;系统泄压等。

　　9、水系统的定压方式有几种?

分别是如何实现定压的?

系统的定压一般取多少?

　　答：

热水供热系统定压常见方式有：

膨胀水箱定压、普通补水泵定压、气体定压罐定压、蒸汽定压、补水泵变频调速定压、稳定的自来水定压等多种补水定压方式。

采用混合式加热器的热水系统应采用溢水定压形式。

（1）膨胀水箱定压：

在高出采暖系统最高点2-3米处，设一水箱维持恒压点定压的方式称为膨胀水箱定压。

其优点是压力稳定不怕停电;缺点是水箱高度受限，当最高建筑物层数较高而且远离热源，或为高温水供热时，膨胀水箱的架设高度难以满足要求。

（2）普通补水泵定压：

用供热系统补水泵连续充水保持恒压点压力固定不变的方法称为补水泵定压。

这种方法的优点是设备简单、投资少，便于操作。

缺点是怕停电和浪费电。

　　（3）气体定压罐定压：

气体定压分氮气定压和空气定压两种，其特点都是利用低位定压罐与补水泵联合动作，保持供热系统恒压。

氮气定压是在定压罐中灌充氮气。

空气定压则是灌充空气，为防止空气溶于水腐蚀管道，常在空气定压罐中装设皮囊，把空气与水隔离。

气体定压供热系统优点是：

运行安全可靠，能较好地防止系统出现汽化及水击现象;其缺点是：

设备复杂，体积较大，也比较贵，多用于高温水系统中。

　　（4）蒸汽定压：

蒸汽定压是靠锅炉上锅筒蒸汽空间的压力来保证的。

对于两台以上锅炉，也可采用外置膨胀罐的蒸汽定压系统。

另外，采用淋水式加热器和本公司生产的汽动加热器也可以认为是蒸汽定压的一种。

　　蒸汽定压的优点是：

系统简单，投资少，运行经济。

其缺点是：

用来定压的蒸汽压力高低取决于锅炉的燃烧状况，压力波动较大，若管理不善蒸汽窜入水网易造成水击。

　　（5）补水泵变频调速定压：

其基本原理是根据供热系统的压力变化改变电源频率，平滑无级地调整补水泵转速而及时调节补水量，实现系统恒压点的压力恒定。

　　这种方法的优点是：

省电，便于调节控制压力。

缺点是：

投资大，怕停电。

　　（6）自来水定压：

自来水在供热期间其压力满足供热系统定压值而且压力稳定。

可把自来水直接接在供热系统回水管上，补水定压。

　　这种方法的优点是显而易见的，简单、投资和运行费最少;其缺点是：

适用范围窄，且水质不处理直接供热会使供热系统结垢。

　　（7）溢水定压形式有：

定压阀定压、高位水箱溢水定压及倒U型管定压等。

　　运行中，系统的最高点必然充满水且有一定的压头余量，一般取4m左右。

由于系统大都是上供下回，且供程阻力远小于回程阻力，因此，运行时，最高点的压头高于静止时压头。

因此，静态定压值可适当低一些，一般为1~4m为宜。

最大程度地降低定压压值，是为了充分利用蒸汽的做功能力。

　　10、运行中如何掌握供回水温度?

我国采暖系统供回水温差通常取多少?

　　答：

我国采暖设计沿用的规定：

供水温度95℃，回水温度70℃，温差为25℃。

但近年来，根据国内外供热的先进经验，供回水温度及温差有下降趋势，设计供回水温度有取80/60℃，温差20℃的。

　　11、什么是比摩阻?

比摩阻系数通常选多少?

水系统的总阻力一般在什么范围?

其中站内、站外各为多少?

　　答：

单位长度的沿程阻力称为比摩阻。

一般情况下，主干线采取30～70Pa/m，支线应根据允许压降选取，一般取60～120Pa/m，不应大于300Pa/m。

一般地，在一个5万m2的供热面积系统中，供热系统总阻力20～25m水柱，其中用户系统阻力2～4m，外网系统阻力4～8m水柱，换热站管路系统阻力8～15m水柱。

　　12、热交换有哪几种形式?

什么是换热系数?

面式热交换器的主要热交换形式是什么?

　　答：

热交换（或者说传热）有三种形式：

导热、对流和辐射。

对面式热交换器来说，换热的主要形式是对流和导热，对流换热量的计算式是：

Q=αA（t2-t1），导热换热量的计算式是：

Q=（λ/δ）A（t2-t1）。

在面式热交换器中的传热元件两侧都发生对流换热，元件体内发生导热。

　　13、面式热交换器有哪些形式?

其原理、优缺点各为何?

　　答：

面式热交换器的主要形式有：

管壳式换热器、板式换热器、热管式换热器等。

它可细分成很多形式，其共同的缺点：

体积大，占地大、投资大，热交换效率低（与混合式比较），寿命短;它们的优点是凝结水水质污染轻，易于回收。

　　14、普通的混合式热交换器有什么缺点?

　　答：

普通的混合式热交换器，蒸汽从其侧面进入，水循环完全靠电力实现，它虽具有体积小、热效率高的优点，但存在下列缺点：

　　1、不节电，任何情况下都不能缺省循环水泵;

　　2、不稳定，当进汽压力较低，或进水压力较高时，皆会出现剧烈的振动和噪声;

　　3、同样，也存在凝结水回收难的问题。

　　15、供热系统常用到哪几种阀门，各有什么性能?

　　答：

供热系统常用到的阀门有：

截止阀、闸阀（或闸板阀）、蝶阀、球阀、逆止阀（止回阀）、安全阀、减压阀、稳压阀、平衡阀、调节阀及多种自力式调节阀和电动调节阀。

　　其中

　　截止阀：

用于截断介质流动，有一定的节调性能，压力损失大，供热系统中常用来截断蒸汽的流动，在阀门型号中用"J"表示截止阀

　　闸阀：

用于截断介质流动，当阀门全开时，介质可以象通过一般管子一样，通过，无须改变流动方向，因而压损较小。

闸阀的调节性能很差，在阀门型号中用"Z"表示闸阀。

　　逆止阀：

又称止回阀或单向阀，它允许介质单方向流动，若阀后压力高于阀前压力，则逆止阀会自动关闭。

逆止阀的型式有多种，主要包括：

升降式、旋启式等。

升降式的阀体外形象截止阀，压损大，所以在新型的换热站系统中较少选用。

在阀门型号中用"H"表示。

　　蝶阀：

靠改变阀瓣的角度实现调节和开关，由于阀瓣始终处于流动的介质中间，所以形成的阻力较大，因而也较少选用。

在阀门型号中用"D"表示。

　　安全阀：

主要用于介质超压时的泄压，以保护设备和系统。

在某些情况下，微启式水压安全阀经过改进可用作系统定压阀。

安全阀的结构形式有很多，在阀门型号中用"Y"表示。

　　16、除污器有什么作用?

常安装于系统的什么部位?

　　答：

除污器的作用是用于除去水系统中的杂物。

站内除污器一般较大，安装于汽动加热器之前或回水管道上，以防止杂物流入加热器。

站外入户井处的除污器一般较小，常安装于供水管上，有的系统安装，有的系统不安装，其作用是防止杂物进入用户的散热器中。

新一代的汽动加热器自带有除污器。

　　17、有时候发现有的用户暖气片热而有的不热，何故?

如何解决?

　　答：

这叫作系统水力失调，导致的原因较复杂，大致有如下原因：

（1）管径设计不合理，某些部位管径太细;

（2）有些部件阻力过大，如阀门无法完全开启等;

　　（3）系统中有杂物阻塞

　　（4）管道坡度方向不对等原因使系统中的空气无法排除干净;

　　（5）系统大量失水;

　　（6）系统定压过低，造成不满水运行;

　　（7）循环水泵流量，扬程不够;

　　要解决系统失调问题，首先要查明原因，然后采取相应措施

　　18、汽暖和水暖各有什么优缺点?

　　答：

汽暖系统虽有投资省的优点，但能源浪费太大，据权威部门测算，汽暖比水暖多浪费能源约30%，因此近年汽暖方式正逐步被淘汰。

汽暖浪费能源主要表现在：

（1）国内疏水器质量不过关，使用寿命短，性能差，汽水一块排泄;

（2）管系散热量大，除工作温度高的原因外，保温破坏，不及时维修也是原因之一;

　　（3）系统泄漏严重，同样的泄漏面积，蒸汽带出的热量比水大得多。

汽暖除了不经济之外，还不安全，易发生人员烫伤和水击暴管事故。

很多系统运行中伴随有振动和水击声，影响人的工作和休息。

另外，汽暖房间空气干燥，让人感到不舒适。

水暖系统虽适当增加了投资，但克服了上述弊端。

一、采暖循环水量与室内系统的关系

　　在以往的供热系统中，由于缺少简便易行的流量测试手段和可靠的流量控制元件，对于一个系统而言，需要多少流量才能保证供热的要求，我们没有一个明确的数字;对于一个热用户而言，需要多少流量才能保证供热的要求，我们也没有一个明确的数字。

　　近几年，不少供热系统中使用了廊坊市爱能供热设有限公司生产的“爱能牌”自立式流量控制阀，依靠该阀可靠的质量和优异的流量控制性能，有效地控制循环水量，即解决了供热系统的平衡问题，又为我们正确的认识循环水量提供了有力的依据。

在十几年数百个供热单位的供热实践中，我们发现不同的室内系统对于循环水量的要求是不同的。

　　一）传统的上给下回式室内系统所需流量最少

　　上给下回式系统在我国属于主流的室内系统，即使在很多地区进行大量的分户改造的今天，这种系统的数量依然很多。

对于这种系统，按供热面积进行计算，每平方米需要3公斤左右的循环水量，就可以满足供热的需要。

对于比较寒冷的地区或者是室内系统的垂直失调解决得不是很好的地区，循环量要大一点，对于不太寒冷的地区或者是室内系统的垂直失调解决得比较好的地区，循环量可以小一点，变化的幅度可以在2.7-3.3之间。

如哈尔滨市“哈飞”后勤处，2001年使用我公司的自立式流量控制阀，循环水量每平米3公斤，供暖效果良好。

　　二）原有住房改造的一户一环单管串联系统

　　改造的一户一环单管串联系统，这种系统由于原设计时自顶楼至一楼是按温降理论进行的设计，按每层散热器的不同进口温度配置的散热器，而进行一户一环的改造时，散热器还是原来的配置。

在实际供热运行时，每层的散热器进口温度都是相同的，由此造成了底层用户比高层用户热得多的现象。

对于这种系统，按同一进口温度统一配置各楼层的散热器是最好的解决办法。

但是，最好的办法不一定是可行的办法，由于资金和改造难度的问题，这个办法不可行。

那么只有靠增大流量来解决，根据这几年的经验，对于原有住房改造的一户一环单管串联系统，循环水量一般4公斤左右，就可以满足供热的需要。

对于比较寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得不是很好的地区，循环量要大一点，对于不太寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得比较好的地区，循环量可以小一点，变化的幅度可以在3.5-4.5之间。

如沈阳市东陵区供热公司，2001年使用我公司的自立式流量控制阀，流量设定为每平米3公斤时，效果略差，02年将流量设定为每平米3.5公斤，达到供热的要求。

　　三）新建的一户一环系统

　　新建的一户一环系统，不论是单管式水平串联系统，还是双管式系统，由于按温降理论进行了合理的计算，散热器的配置是经过严格设计的，所以其循环水量也比较低，根据这几年的经验，一般设定为每平米3.3公斤循环水量，就可以满足供热的需要。

对于比较寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得不是很好的地区，循环量要大一点，对于不太寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得比较好的地区，循环量可以小一点，变化的幅度可以在每平米3-3.5公斤之间。

如吉林省城建物业公司，2002年使用我公司的自立式流量控制阀，流量设定为每平米3.5公斤时，效果很好，04年将流量设定为每平米3.3公斤，供暖也比较正常。

　　对于传统的上给下回式室内系统，根据文中推荐的每平米3公斤的循环水量，多数情况下都能满足供暖需要，对于原有住房改造的一户一环单管串联系统和新建的一户一环系统，由于地区不同和设计上的不同，建议先根据文中推荐的流量值进行设定，观察一段时间效果，然后再确定增加或者减小流量，并以此为依据，制定今后本地区的循环流。

　　二、地源热泵的埋管

　　1土壤源热泵系统设计的主要步骤

（1）建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算

　　建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。

　　冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。

可以由下述公式[2]计算：

　　kW

（1）

　　kW

（2）

　　其中Q1'——夏季向土壤排放的热量，kW

　　Q1——夏季设计总冷负荷，kW

　　Q2'——冬季从土壤吸收的热量，kW

　　Q2——冬季设计总热负荷，kW

　　COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数

　　COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数

　　一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2。

若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。

（2）地下热交换器设计

　　这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。

　　（3）其它

　　2地下热交换器设计

　　2.1选择热交换器形式

　　2.1.1水平（卧式）或垂直（立式）

　　在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。

尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。

　　根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：

（1）U型管

（2）套管型（3）单管型。

套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。

单管型的使用范围受水文地质条件的限制。

U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，资料表明：

最深的U型管埋深已达180m。

U型管的典型环路有3种，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管。

　　2.1.2串联或并联

　　地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。

并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。

因此，实际工程一般都采用并联同程式。

结合上文，即常采用单U型管并联同程的热交换器形式。

　　2.2选择管材

　　一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。

常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。

所以，土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。

目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上;而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。

　　2.3确定管径

　　在实际工程中确定管径必须满足两个要求：

（1）管道要大到足够保持最小输送功率;

（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。

显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。

一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH2O/100m当量长度以下。

　　2.4确定竖井埋管管长

　　地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。

　　文献[2]介绍了一种计算方法共分9个步骤,很繁琐，并且部分数据不易获得。

在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。

换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为70～110W/m（井深），或35～55W/m（管长），水平埋管为20～40W/m（管长）左右[3]。

　　设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），具体计算公式如下：

　　（3）其中Q1'——竖井埋管总长，m

　　L——夏季向土壤排放的热量，kW

　　分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m

　　2.5确定竖井数目及间距

　　国外，竖井深度多数采用50～100m，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:

　　（4）其中N——竖井总数，个

　　L——竖井埋管总长，m

　　H——竖井深度，m

　　分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。

　　然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。

　　关于竖井间距有资料指出：

U型管竖井的水平间距一般为4.5m[3]，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m[4]。

若采用串联连接方式，可采用三角形布置来节约占地面积。

　　2.6计算管道压力损失

　　在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。

可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。

　　三、防火阀，排烟阀如何选择

　　防火阀包括：

　　1.防火阀、防火调节阀，常开，70度关闭，一般安装在风管穿越防火墙处，起火灾关断作用，可以设置输出电讯号，烟感超过70度时阀门关闭，连锁送（补）风机关闭;

　　2.防烟防火调节阀，常开，70度关闭，同一，不过多一个电讯号输入，可由消控室远程控制关闭，一般用于平时送风、火灾补风共用风管系统中，火灾时可控制关闭不需要补风的房间;

　　3.防火阀，280度熔断关闭，常开，输出电讯号，这种和1相似，只是熔断温度不同，一般应用于火灾排烟管穿越防火墙处，烟气温度超过280度时自动熔断关闭，可连锁关闭排烟风机。

　　排烟阀：

　　1.排烟防火阀（常闭，电讯号开启，280度熔断关闭，或手动关闭）一般应用于排烟系统中，可在排烟风机吸入口安装一个，火灾时由消控室控制开启，关闭时也可连锁关闭该排烟风机。

　　2.排烟阀，同上述3，各个单位叫法不同，有的根据它的动作温度叫做排烟阀，有的根据它的用途性质叫做防火阀，但是对于设备方只是把普通防火阀的熔断金属换成280度熔断的那一种.

　　排烟口：

　　如果你在管路上安装了必要的排烟阀，就用普通的单层百叶风口即可;否则需用板式排烟口，它同时带有排演防火阀的机构。