《采暖基础知识》PPT课件.ppt
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1、采暖基础知识,王红科,采暖基础知识,1)采暖系统冬季向室内供热保持室内所需温度的建筑设备叫做采暖系统2采暖系统组成采暖系统由热源或供热装置、散热设备及供热管道组成。输送热量的物质或带热体叫做热媒,一般采用水和蒸气做为热媒。,采暖基础知识,蒸汽采暖的特点与热水作为供热(暖)系统的相对比,蒸汽具有的特点:蒸汽在系统散热设备中,靠水蒸汽凝结成水放出热量。蒸汽和凝水在系统管路内流动时,其状态参数变化比较大,还会伴随相态变化。,采暖基础知识,蒸汽在散热设备中定压凝结放热,散热设备的热媒温度为该压力下的饱和温度。蒸汽供暖系统中的蒸汽比容,较热水比容大得多。可大大减轻前后加热滞后的现象。蒸汽作为供热系统的热
2、媒,其适用范围广,采暖基础知识,蒸汽和凝水在管路里流动时,会伴随相态变化。湿饱和蒸汽在沿途产生凝水;湿饱和蒸汽经过阀门等节流后可能成为干饱和蒸汽或过热蒸汽;凝水重新汽化,产生“二次蒸汽”。引起系统中出现所谓“跑、冒、滴、漏问题。蒸汽供暖系统比热水供暖系统在设计和运行管理上较为复杂。,采暖基础知识,蒸汽供暖系统中的蒸汽比容,较热水比容大得多。通常可采用比热水流速高得多的速度。可大大减轻前后加热滞后的现象。水静压力比热水系统小。,采暖基础知识,水击产生的原因在蒸汽供暖系统中,沿管壁凝结凝水可能被高速的蒸汽流裹带,形成随蒸汽流动的高速水滴;落在管底的沿途凝水也可能被高速蒸汽流重新掀起,形成“水塞”,
3、并随蒸汽一起高速流动,在遭到阀门、拐弯或向上的管段等使流动方向改变时,水滴或水塞在高速下与管件或管子撞击,就产生“水击”。,采暖基础知识,.水击的危害噪声振动局部高压,严重时能破坏管件接口的严密性和管路支架。,采暖基础知识,减轻水击的方法供汽主立管管径大些,速度低;下端装输水器。设坡 水平敷设的供汽管路,必须具有足够的坡度,并尽可能保持汽、水同向流动。,采暖基础知识,减轻水击的方法干管 供汽干管向上拐弯处,必须设置疏水装置 供汽干管与立管的连接方式 为了保持蒸汽的干度,避免沿途凝水进人供汽立管,供汽立管宜从供水干管的上方或侧上方接出。,采暖基础知识,采暖供热系统 heating system锅
4、炉机组、室外管网、室内管网和散热器等设备组成的系统。,采暖基础知识,采暖及采暖系统采暖亦称供暖。冬季,室外空气温度下降,用人工方法供给室内热量,保持室内适宜的温度这一过程称为采暖。向室内供给热量的设施叫做采暖系统。根据热媒的形式,可把采暖系统分为三类:热水、蒸汽及热风采暖。它们的热媒分别为水、蒸汽及空气。采暖系统主要由热源、输热管道及散热设备组成。热源和散热设备在一个或少数几个房间内,叫做局部采暖系统。,采暖基础知识,采暖系统是建筑工程中一个重要组成部分。根据建筑工程的不同要求和用途,有多种供热形式:分为低压蒸汽采暖、高压蒸汽采暖、低温水采暖、高压水采暖和余热采暖等。目前普遍采用的是低温水供热
5、,因为它比蒸汽可节约能源2030。目前民用住宅工程采暖管道,大多数采用明装管道,优点是能充分发挥热效能。除了高级建筑工程采用管廊、管井外,尽量不采用暗装管道。因不便于维修、更换等,所以采用明装比较广泛。采暖系统是由引入管、导管、立支管及散热器、阀门、集气罐、膨胀水箱、除污器、减压器、疏(回)水器等配件所组成。,采暖基础知识,采暖系统补水系统补水温度低,空气溶解度大,随温度升高,溶解度逐渐减小,多余空气就会分离出来。数据显示,在大气压力下,当水温为5时,水中的含气量大于30mg/kg,当水温为95时,水中的含气量约只有3mg/kg。导致系统补水量过大的常见问题有:1)管网跑水点较多,补水量大。这
6、经常发生在老旧采暖系统中,管道腐蚀严重,阀门盘根和调节部位缺少维修保养,泄漏点多,失水量大,为保持系统压力恒定,就必须向系统大量补水。2)系统采用间歇采暖,由于热胀冷缩,当热源不加热时,系统温度由高变低,水的体积随温度的降低而变小,导致系统压力降低,低于定压点的压力时,系统补水。,采暖基础知识,采暖系统的分类采暖工程的任务就是将热源(锅炉房)所产生的热量通过室外供热管网输送到建筑物内的室内采暖系统。采暖工程根据载热体的不同一般分为两大类。1.热水采暖系统 它是以水为“热媒”的采暖系统。热水采暖的特点是节省燃料,效果良好,温度变化小,热惰性大。它通常适用于一般民用建筑。,采暖基础知识,根据热水采
7、暖系统的供水温度的不同可分为两种,即一般热水采暖系统(供水温度为95,回水温度为70)和高温热水采暖系统(供水温度为96130,回水温度为70)。按热水采暖系统的循环动力不同,可分为自然循环热水采暖系统(靠供、回水在不同温度下的重度差形成压力进行循环)和机械循环热水采暖系统(靠水泵将机械能转化为液体的动能和压能,采暖基础知识,蒸汽采暖系统 它是以水蒸气为“热媒”的采暖系统。它的特点是温度变化大,热惰性小,易造成室内干燥,卫生效果差。适用于需要集中而短暂采暖的公共建筑。根据蒸汽采暖系统的使用压力不同,可分为低压蒸汽采暖(蒸汽工作压力0.07MPa)和高压蒸汽采暖(蒸汽工作压力0.07MPa)两种
8、。,采暖基础知识,按凝结水的回水方式不同,可分为重力回水式蒸汽采暖系统(凝结水靠重力直接回到锅炉)和机械回水式蒸汽采暖系统(凝结水靠重力先流到锅炉房的凝结水箱,然后再用泵抽送到锅炉内),采暖基础知识,供热系统包括热源、供热热网和热用户三个基本组成部分。1.热源:主要是指生产和制备一定参数(温度、压力)热媒的锅炉房或热电厂。2.供热热网:是指输送热媒的室外供热管路系统。主要解决建筑物外部从热源到热用户之间热能的输配问题,是本课程的主要研究对象。3.热用户:是指直接使用或消耗热能的室内采暖、通风空调、热水供应和生产工艺用热系统等。室内采暖系统是冬季消耗热能的大户,,采暖基础知识,水和水蒸汽有哪些基
9、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。,采暖基础知识,水的性质纯净的水是无色、无臭、无味、透明的液体物质,它由氢和氧化合而成,其化学分子式为H2O。水具有一定的体积,但没有固定的形状
10、。随着温度的变化,水会呈现液态(水)、气态(水蒸气)和固态(冰、霜、雪)三种形态,,采暖基础知识,水在1个标准大气压下,温度为4时,体积最小,密度最大(103kgm3)。超过或低于4时,密度减小,其体积均要膨胀。所以在冬季停用锅炉和管道内不要存水,以防止结冰后体积膨胀而造成设备破裂。水的质量热容较大,也就是说,单位质量的水,每升高1所需要的热量较大。其他物质单位质量每升高1所需要的热量,采暖基础知识,水蒸气的性质1饱和水、饱和蒸汽与过热蒸汽水由液态转化为气态的过程称为汽化。汽化通过蒸发与沸腾两种方法进行。蒸发是水在自由表面上缓慢的汽化,在任何温度下都在持续进行。沸腾是水在表面和内部同时进行剧烈
11、的汽化,只有当温度达到沸点时才会发生。在一定压力下,对水不断加热,水温相应上升,最后达到饱和温度(简称沸点)。这种具有饱和温度的水称为饱和水。饱和温度与压力有关,随着压力的升高,饱和温度也相应升高,也就是一定的压力对应一定的饱和温度,如表压力04 MPa时对应的饱和温度为151,绝对压力为110MPa时对应的饱和温度为184。在压力不变的情况下,对饱和水继续加热,饱和温度保持不变,但饱和水陆续汽化为水蒸气,这种具有饱和温度的水蒸气称为饱和蒸汽。在压力不变的情况下,对饱和蒸汽继续加热,蒸汽的温度将相应提高,这种温度超过饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽,采暖基础知识,湿度与干度通常在锅炉锅筒中出来的饱和
12、蒸汽中存在一定的水分,故饱和蒸汽实际上是蒸汽和水的混合物,通常称为湿蒸汽。而不含水分的蒸汽称为干蒸汽。湿蒸汽中的含水量与总质量的比值称为蒸汽的湿度。湿蒸汽中蒸汽的质量与总质量的比值称为蒸汽的干度。显然,对于同一湿蒸汽,其湿度与干度之和等于1。例如,某蒸汽的湿度为3,则其干度为97,表明在每1 kg的饱和蒸汽中含有003 kg的水和097kg的干蒸汽。湿度是衡量蒸汽品质好坏的一个重要指标。湿度过大不仅会降低蒸汽品质,影响使用效果,而且可能在蒸汽管道内发生水击现象,使管道剧烈振动,甚至损坏;对装有过热器的锅炉,还会使过热器管结垢烧坏。在工业锅炉中对蒸汽湿度的要求,水管锅炉应控制在3以下,锅壳锅炉应
13、控制在5以下,采暖基础知识,液体热、汽化热和焓在一定压力下,使1kg的水从0加热到饱和温度所需要的热量,称为液体热。液体热仅用于提高水的温度,不能改变水的形态。它与压力有关,压力越高,液体热就越大。在一定压力下,使1 kg的饱和水完全汽化,变成干饱和蒸汽所需要的热量,称为汽化热。汽化热仅增加汽化量,而不提高蒸汽温度。它与压力有关,但压力越高,汽化热就越小。在一定压力下,使1 kg的水从0加热到任一状态下的水或蒸汽所吸收的总热量,称为该状态下水或蒸汽的比焓。饱和水的焓就等于液体热,干饱和蒸汽的焓就等于液体热与汽化热之和。,采暖基础知识,水蒸气的特性水蒸气具有良好的膨胀、压缩和载热性能,因此在动力
14、工程和工业部门的生产工艺过程中,水蒸气是应用最广泛的一种介质。饱和蒸汽离液态(水)较近,为不稳定状态,遇冷即转化为饱和水放出汽化潜热。工业上常用饱和蒸汽。过热蒸汽具有较大的能量,且没有水分,常用来推动汽轮机发电。,采暖基础知识,物质由液态向气态转化的过程称为汽化,液体的汽化有蒸发和沸腾两种不同的形式。不管是那种汽化过程,它的物理过程都是液体中一些热运动动能较大的分子飞离表面成为气体分子,而随着这些热运动较大分子的逸出,液体的温度将要下将,若要保持温度不变,在汽化过程中就要供给热量。通常定义单位质量的液体在温度保持不变的情况下转化为气体时所吸收的热量称为该液体的比汽化热。液体的比汽化热不但和液体
15、的种类有关,而且和汽化时的温度有关,因为温度升高,液相中分子和气相中分子的能量差别将逐渐减小,因而温度升高液体的比汽化热减小。,采暖基础知识,物质由气态转化为液态的过程称为凝结,凝结时将释放出在同一条件下汽化所吸收的相同的热量,因而,可以通过测量凝结时放出的热量来测量液体汽化时的比汽化热。,采暖基础知识,什么是水的汽化潜热 什么是水蒸气的过热热将1公斤饱和水加热,全部变为干饱和水蒸气所吸收的热量叫汽化潜热。汽化潜热随压力升高而减少。汽化潜热的单位为“焦/千克(J/kg)”。例如:在3.92兆帕绝对压力下,水的汽化潜热为1718 x 103焦/千克,在9.81兆帕绝对压力下时,水的汽化潜热就变为
16、1328 x 103焦/千克了。将1千克干饱和水蒸气加热成过热水蒸气所吸收的热量,称为过热热。在相同压力下,过热热的大小,与过热水蒸气的过热度有关。过热度大,过热热也大。过热度小,过热热也小。,采暖基础知识,什么是水的临界压力 水的临界参数是多少水的汽化潜热随压力升高而减小,当压力升高到某一个值以上时,汽化潜热为零。汽水混合物两相同时存在的加热过程消失。使汽化潜热为零的最低压力值,称为临界压力。水的临界压力值为22.12兆帕。在临界压力下的饱和水的参数,称为临界参数。其值为:临界压力:22.12兆帕;临界温度:374.15;临界比容:0.00317米3/千克。临界焓:2107.3 x 103焦
17、/千克。,采暖基础知识,饱和蒸汽当液体在有限的密闭空间中蒸发时,液体分子通过液面进入上面空间,成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中,它们相互碰撞,并和容器壁以及液面发生碰撞,在和液面碰撞时,有的分子则被液体分子所吸引,而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时,进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目,随着蒸发的继续进行,空间蒸汽分子的密度不断增大,因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时,则蒸发与凝结处于动平衡状态,这时虽然蒸发和凝结仍在进行,但空间中蒸汽分子的密度不再增大,此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体,其
18、蒸汽称为干饱和蒸汽(也称饱和蒸汽),采暖基础知识,过热蒸汽如果把饱和蒸汽继续进行加热,其温度将会升高,并超过该压力下的饱和温度。这种超过饱和温度的蒸汽就称为过热蒸汽。过热蒸汽有其本身的应用领域,如用在发电机组的透平,通过喷嘴至电机,推动电机转动。但是过热蒸汽很少用于工业制程的热量传递过程,这是因为过热蒸汽在冷凝释放蒸发焓之前必须先冷却到饱和温度,很显然,与饱和蒸汽的蒸发焓相比,过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量是很小的,从而会降低工艺制程设备的性能。,采暖基础知识,蒸汽的产生方式蒸发蒸发是在液体是在液体表面上进行的汽化现象,它在任何温度下都能发生,蒸发过程中需要吸热。液体表面积越大,蒸发越快;液
19、体温度越高,蒸发越快;液体表面附近空气流动越快,蒸发越快;沸腾随着对水的加热,水的温度不断升高。达到某一温度时,水开始沸腾,此后虽然对水加热,但水温不再升高。水沸腾的温度叫做水的沸点。常压下,水的沸点为100。,采暖基础知识,饱和蒸汽:指在一定压力下与水的沸点温度相对应的纯蒸汽。绝对压力和表压:绝对压力是指相对于理想真空,以MPa 为单位的压力。表压是指相对于大气压力,以MPa为单位的压力。1 个大气压力等于0.1013 MPa 的绝压。表压加上0.1013 等于绝对压力,换言之,绝压减去0.1013 等于表压。压力/温度关系:饱和蒸汽的任一压力都对应相应的饱和温度。比如:表压1.725 MP
20、a的饱和蒸汽对应的饱和温度总是207.84。饱和水热量:指一定压力下,把1 kg 水从0加热到沸点所需要的热量。热量单位用kJ表示。,采暖基础知识,潜热或蒸发热:指把1 kg 沸水转化成1 kg 蒸汽所需要的热量(用kJ 来表示)。该热量与1 kg 蒸汽经凝结变成1 kg 水时所释放的热量相等。蒸汽总热:指饱和水热量与潜热之和,用kJ 表示。饱和水比容:指单位质量的体积,用m3/kg 表示。蒸汽比容:指单位质量的体积,用m3/kg 表示。什么是闪蒸蒸汽?当一定压力下的热凝结水或锅炉水被降压,部分水分会二次蒸发,所得到的蒸汽即为闪蒸蒸汽,采暖基础知识,为什么闪蒸蒸汽很重要?因为它包含可以使工厂经
21、济运行的热量,不利用它,能源就会被白白浪费。闪蒸蒸汽是怎样形成的?当水在大气压力下被加热时,100是该压力下液体水所能允许的最高温度。再加热也不能提高水的温度,而只能将水转化成蒸汽。水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”,或者叫饱和水显热。在同样大气压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。在一般场合下,热的单位用千焦表示,它是指将1 kg水在1 个大气压力下升高0.24所需要的热量。然而,如果在一定压力下加热水,那么水的沸点就要比100高,所以就要求有更多的显热。压力越高,水的沸点就高,热含量亦越高。压力降低,部分显热释放出来,这部分超量热就会以潜热的形式被吸收,引起部分水被“闪蒸”
22、成蒸汽。,采暖基础知识,(二)蒸汽压力越高,比容越小;因此,在制定口径的管路能输送较大的蒸汽量。一般都应采用较小的管路,以高压产生和输送蒸汽,并在使用前再降压比较合适。(三)饱和蒸汽的压力和温度是直接相关的。一些设备如灭菌器、高压锅、烘干器等都通过控制压力来控制气温。(四)如果蒸汽是用来直接注入热桶中,降低压力将削减汽泡未凝结而逃逸所造成的能源浪费。同时,也能减少噪音。(五)如果蒸汽供应压力超过设备限定,就必须减压,否则可能造成设备损坏甚至伤及人员。,采暖基础知识,什么叫阀门?阀门是用以控制流体流量、压力和流向的装置。被控制的流体可以是液体、气体、气液混合体或固液混合体。阀门通常由阀体、阀盖、
23、阀座、启闭件、驱动机构、密封件和紧固件等组成。阀门的控制功能是依靠驱动机构或流体驱使启闭件升降、滑移、旋摆或回转运动以改变流道面积的大小来实现的。,采暖基础知识,工业管道阀门按公称压力又可分为真空阀、低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀;阀门按工作温度又可分为常温阀、中温 阀、高温阀、低温阀;阀门还可按驱动装置的类型、与管道的联接方式和阀体的使用材料等进行分类,采暖基础知识,阀门的基本参数是工作压力、工作温度和口径。对于大量使用于工业管道的各种阀门,常用公称压力和公称通径作为基本参数。公称压力是指某种材料的阀门,在规定的温度下,允许承受的最大工作压力。公称通径是指阀体与管子联接端部的名义内,采暖基
24、础知识,阀门根据其种类和用途有不同的要求,主要有密封、强度、调节、流通、启闭等性能。在设计和选用阀门时,除了要考虑基本参数和性能外,还要考虑流体的性能,包括流体的相态(气体、液体或含固体颗粒)、腐蚀性、粘度、毒性、易燃易爆性,贵重稀有程度和放射性等。,采暖基础知识,阀门是管路流体输送系统中控制部件,它是用来改变通路断面和介质流动方向,具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。用于流体控制的阀门,从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门,其品种和规格繁多,阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介
25、质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动,阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa 的超高压,工作温度从-269的超低温到1430的高温。阀门的控制可采用多种传动方式,如手动、电动、液动、气动、蜗轮、电磁动、电磁液动、电液动、气液动、正齿轮、伞齿轮驱动等;可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下,按预定的要求动作,或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭,阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动,从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。,采暖基础知识,闸阀:闸阀是常用的截断阀之一,主要用来接通或截断管路中的介质,不适用于调节介质流量。闸阀适用于压力、温度及
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