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供熱系統原理及設備

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本文來源

暖通南社

水和水蒸汽有哪些基本性質？

水和水蒸汽的基本物理性質有：比重、比容、汽化潛熱、比熱、粘度、溫度、壓力、焓、熵等。

水的比重約等于1（t/m3、kg/dm3、g/cm3）蒸汽比容是比重的倒數，由壓力與溫度所決定。

水的汽化潛熱是指在一定壓力或溫度的飽和狀态下，水轉變成蒸汽所吸收的熱量，或者蒸汽轉化成水所放出的熱量，單位是：KJ/Kg。水的比熱是指單位質量的水每升高1℃所吸收的熱量，單位是KJ/ Kg· ℃，通常取4.18KJ。

水蒸汽的比熱概念與水相同,但不是常數，與溫度、壓力有關。

熱水鍋爐的出力如何表達？

熱水鍋爐的出力有三種表達方式，即大卡/小時（Kcal/h）、噸/小時(t/h)、兆瓦（MW）。

（1）大卡/小時是公制單位中的表達方式，它表示熱水鍋爐每小時供出的熱量。

（2）"噸"或"蒸噸"是借用蒸汽鍋爐的通俗說法，它表示熱水鍋爐每小時供出的熱量相當于把一定質量（通常以噸表示）的水從20℃加熱并全部汽化成蒸汽所吸收的熱量。

（3）兆瓦(MW)是國際單位制中功率的單位，基本單位為W （1MW=10^6W）。正式文件中應采用這種表達方式。

三種表達方式換算關系如下：

60萬大卡/小時（60×104Kcal/h）≈1蒸噸/小時〔1t/h〕≈0.7MW

什麼是熱耗指标？如何規定？

一般稱單位建築面積的耗熱量為熱耗指标，簡稱熱指标，單位w/m²,一般用qn表示，指每平方米供暖面積所需消耗的熱量。黃河流域各種建築物采暖熱指标可參照表2-1

上表數據隻是近似值，對不同建築結構，材料、朝向、漏風量和地理位置均有不同，緯度越高的地區，熱耗指标越高。

如何确定循環水量？如何定蒸汽量、熱量和面積的關系？

熱水供熱系統，循環水流量由下式計算：

G=[Q/c(tg-th)]×3600=0.86Q/(tg-th)

式中：

G - 計算水流量，kg/h

Q - 熱用戶設計熱負荷，W

c - 水的比熱，c=4187J/ kgo℃

tg﹑th－設計供回水溫度，℃

一般情況下，按每平方米建築面積2~2.5 kg/h估算。對汽動換熱機組，由于供回水溫差設計上按20℃計算，故水量常取2.5kg/h。

采暖系統的蒸汽耗量可按下式計算：

G=3.6Q/r ⊿h

式中：

G - 蒸汽設計流量，kg/h

Q - 供熱系統熱負荷，W

r - 蒸汽的汽化潛熱，KJ/ kg

⊿h - 凝結水由飽和狀态到排放時的焓差，KJ/kg

在青島地區作采暖估算時，一般地可按每噸過熱蒸汽供1.2萬平方米建築。

系統的流速如何選定？管徑如何選定？

蒸汽在管道内最大流速可按下表選取：

蒸汽管徑應根據流量、允許流速、壓力、溫度、允許壓降等查表計算選取。

水系統的流速如何選定？管徑如何選定？

一般規定，循環水的流速在0.5~3之間，管徑越細，管程越長，阻力越大，要求流速越低。為了避免水力失調，流速一般取較小值，或者說管徑取偏大值，可參考下表：

在選擇主管路的管徑時，應考慮到今後負荷的發展規劃。

水系統的空氣如何排除？存在什麼危害？

水系統的空氣一般通過管道布置時作成一定的坡度，在最高點外設排氣閥排出。排氣閥有手動和自動的兩種，管道坡度順向坡度為0.003，逆向坡度為0.005。

管道内的空氣若不排出，會産生氣塞，阻礙循環，影響供熱。

另外還會對管路造成腐蝕。空氣進入汽動加熱器會破壞工作狀态，嚴重時造成事故。

系統的失水率和補水率如何定？失水原因通常為何？

按照《城市熱力網設計規範》規定：閉式熱力網補水裝置的流量，應為供熱系統循環流量的2%，事故補水量應為供熱循環流量的4%。失水原因：管道及供熱設施密封不嚴，系統漏水；系統檢修放水；事故冒水；用戶偷水；系統洩壓等。

水系統的定壓方式有幾種？分别是如何實現定壓的？系統的定壓一般取多少？

熱水供熱系統定壓常見方式有：膨脹水箱定壓、普通補水泵定壓、氣體定壓罐定壓、蒸汽定壓、補水泵變頻調速定壓、穩定的自來水定壓等多種補水定壓方式。采用混合式加熱器的熱水系統應采用溢水定壓形式。

（1）膨脹水箱定壓：在高出采暖系統最高點2-3米處，設一水箱維持恒壓點定壓的方式稱為膨脹水箱定壓。

優點是壓力穩定不怕停電；

缺點是水箱高度受限，當最高建築物層數較高而且遠離熱源，或為高溫水供熱時，膨脹水箱的架設高度難以滿足要求。

（2）普通補水泵定壓：用供熱系統補水泵連續充水保持恒壓點壓力固定不變的方法稱為補水泵定壓。

優點是設備簡單、投資少，便于操作。

缺點是怕停電和浪費電。

（3）氣體定壓罐定壓：氣體定壓分氮氣定壓和空氣定壓兩種，其特點都是利用低位定壓罐與補水泵聯合動作，保持供熱系統恒壓。

氮氣定壓是在定壓罐中灌充氮氣。

空氣定壓則是灌充空氣，為防止空氣溶于水腐蝕管道，常在空氣定壓罐中裝設皮囊，把空氣與水隔離。

優點是：運行安全可靠，能較好地防止系統出現汽化及水擊現象；

缺點是：設備複雜，體積較大，也比較貴，多用于高溫水系統中。

（4）蒸汽定壓：蒸汽定壓是靠鍋爐上鍋筒蒸汽空間的壓力來保證的。

對于兩台以上鍋爐，也可采用外置膨脹罐的蒸汽定壓系統。另外，采用淋水式加熱器和汽動加熱器也可以認為是蒸汽定壓的一種。

優點是：系統簡單，投資少，運行經濟。

缺點是：用來定壓的蒸汽壓力高低取決于鍋爐的燃燒狀況，壓力波動較大，若管理不善蒸汽竄入水網易造成水擊。

（5）補水泵變頻調速定壓：其基本原理是根據供熱系統的壓力變化改變電源頻率，平滑無級地調整補水泵轉速而及時調節補水量，實現系統恒壓點的壓力恒定。

優點是：省電，便于調節控制壓力。

缺點是：投資大，怕停電。

（6）自來水定壓：自來水在供熱期間其壓力滿足供熱系統定壓值而且壓力穩定。可把自來水直接接在供熱系統回水管上，補水定壓。

優點是顯而易見的，簡單、投資和運行費最少；

缺點是：适用範圍窄，且水質不處理直接供熱會使供熱系統結垢。

（7）溢水定壓形式有：定壓閥定壓、高位水箱溢水定壓及倒U型管定壓等。

運行中，系統的最高點必然充滿水且有一定的壓頭餘量，一般取4m左右。由于系統大都是上供下回，且供程阻力遠小于回程阻力，因此，運行時，最高點的壓頭高于靜止時壓頭。

因此，靜态定壓值可适當低一些，一般為1~4m為宜。最大程度地降低定壓壓值，是為了充分利用蒸汽的做功能力。

運行中如何掌握供回水溫度？我國采暖系統供回水溫差通常取多少？

我國采暖設計沿用的規定：供水溫度95℃，回水溫度70℃，溫差為25℃。但根據國内外供熱的先進經驗，供回水溫度及溫差有下降趨勢，設計供回水溫度有取80/60℃，溫差20℃的。

什麼是比摩阻？比摩阻系數通常選多少？水系統的總阻力一般在什麼範圍？其中站内、站外各為多少？

單位長度的沿程阻力稱為比摩阻。一般情況下，主幹線采取30～70Pa/m，支線應根據允許壓降選取，一般取60～120Pa/m，不應大于300Pa/m。

一般地，在一個5萬m2的供熱面積系統中，供熱系統總阻力20 ～25m水柱，其中用戶系統阻力2～4m，外網系統阻力4～8m水柱，換熱站管路系統阻力8～15m水柱。

熱交換有哪幾種形式？什麼是換熱系數？面式熱交換器的主要熱交換形式是什麼？

熱交換（或者說傳熱）有三種形式：導熱、對流和輻射。對面式熱交換器來說，換熱的主要形式是對流和導熱，

對流換熱量的計算式是：

Q=αA（t2-t1）

導熱換熱量的計算式是：

Q=（λ/δ）A（t2-t1）

在面式熱交換器中的傳熱元件兩側都發生對流換熱，元件體内發生導熱。

面式熱交換器有哪些形式？其原理、優缺點各為何？

面式熱交換器的主要形式有：管殼式換熱器、闆式換熱器、熱管式換熱器等。它可細分成很多形式。

優點是凝結水水質污染輕，易于回收。

缺點：體積大，占地大、投資大，熱交換效率低（與混合式比較），壽命短；它們的

普通的混合式熱交換器有什麼缺點？

普通的混合式熱交換器，蒸汽從其側面進入，水循環完全靠電力實現，它雖具有體積小、熱效率高的優點，但存在下列缺點：

1、 不節電，任何情況下都不能缺省循環水泵；

2、 不穩定，當進汽壓力較低，或進水壓力較高時，皆會出現劇烈的振動和噪聲；

3、存在凝結水回收難的問題。

供熱系統常用到哪幾種閥門，各有什麼性能？

供熱系統常用到的閥門有：截止閥、閘閥（或閘闆閥）、蝶閥、球閥、逆止閥（止回閥）、安全閥、減壓閥、穩壓閥、平衡閥、調節閥及多種自力式調節閥和電動調節閥。

截止閥：用于截斷介質流動，有一定的節調性能，壓力損失大，供熱系統中常用來截斷蒸汽的流動，在閥門型号中用"J"表示截止閥

閘閥：用于截斷介質流動，當閥門全開時，介質可以象通過一般管子一樣，通過，無須改變流動方向，因而壓損較小。閘閥的調節性能很差，在閥門型号中用"Z"表示閘閥。

逆止閥：又稱止回閥或單向閥，它允許介質單方向流動，若閥後壓力高于閥前壓力，則逆止閥會自動關閉。逆止閥的型式有多種，主要包括：升降式、旋啟式等。升降式的閥體外形象截止閥，壓損大，所以在新型的換熱站系統中較少選用。在閥門型号中用"H"表示。

蝶閥：靠改變閥瓣的角度實現調節和開關，由于閥瓣始終處于流動的介質中間，所以形成的阻力較大，因而也較少選用。在閥門型号中用"D"表示。

安全閥：主要用于介質超壓時的洩壓，以保護設備和系統。在某些情況下，微啟式水壓安全閥經過改進可用作系統定壓閥。安全閥的結構形式有很多，在閥門型号中用"Y"表示。

除污器有什麼作用？常安裝于系統的什麼部位？

除污器的作用是用于除去水系統中的雜物。站内除污器一般較大，安裝于汽動加熱器之前或回水管道上，以防止雜物流入加熱器。站外入戶井處的除污器一般較小，常安裝于供水管上，有的系統安裝，有的系統不安裝，其作用是防止雜物進入用戶的散熱器中。新一代的汽動加熱器自帶有除污器

有時候發現有的用戶暖氣片熱而有的不熱，何故？如何解決？

這叫作系統水力失調，導緻的原因較複雜，大緻有如下原因：

（1）管徑設計不合理，某些部位管徑太細；

（2）有些部件阻力過大，如閥門無法完全開啟等；

（3）系統中有雜物阻塞

（4）管道坡度方向不對等原因使系統中的空氣無法排除幹淨；

（5）系統大量失水；

（6）系統定壓過低，造成不滿水運行；

（7）循環水泵流量，揚程不夠；

要解決系統失調問題，首先要查明原因，然後采取相應措施

汽暖和水暖各有什麼優缺點？

汽暖系統雖有投資省的優點，但能源浪費太大，據權威部門測算，汽暖比水暖多浪費能源約30%，因此近年汽暖方式正逐步被淘汰。

汽暖浪費能源主要表現在：

(1)國内疏水器質量不過關，使用壽命短，性能差，汽水一塊排洩；

(2)管系散熱量大，除工作溫度高的原因外，保溫破壞，不及時維修也是原因之一；

(3)系統洩漏嚴重，同樣的洩漏面積，蒸汽帶出的熱量比水大得多。汽暖除了不經濟之外，還不安全，易發生人員燙傷和水擊暴管事故。很多系統運行中伴随有振動和水擊聲，影響人的工作和休息。

另外，汽暖房間空氣幹燥，讓人感到不舒适。水暖系統雖适當增加了投資，但克服了上述弊端。

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