第三章全水系统

第三章全水系统 • §3-1 全水系统概述 • §3-2全水系统的末端装置 • §3-3热水采暖系统 • §3-4高层建筑热水采暖系统 • §3-5热计量采暖系统 • §3-6热水采暖系统的作用压头 • §3-7热水采暖系统的水力计算 • §3-8热水采暖系统的失调与调节 • §3-9全水风机盘管系统

§3-1 全水系统概述 • 一、全水系统组成 • 1、热媒“或”冷媒：在采暖与空调系统用来传递热能的媒介物（介质，中间物质）称为热媒或冷媒（载冷剂） • 2、全水系统：全部用水作为介质传递室内热负荷，冷负荷的系统。 • 3、分类： • 供热、供冷、即供冷又供热 • 全水采暖系统和全水空调系统 • 4、组成：热源（冷源）、管道系统、末端装置

二、热水采暖系统 • 1、采暖系统分类（按热媒）：热水、蒸汽 • 2、与蒸汽系统比较：　优点：　　（1）运行管理简单。维修费用低；　　（2）热水跑、冒、滴、漏现象轻，节能　　（3）可采用多种调节方法（质调节量调节）　　（4）供暖效果好，连续供暖，室温波动小。　　（5）管道设备锈蚀较轻，使用寿命长　缺点：（1）散热设备传热系数低，供暖设备较多，管径较大，造价高　　（2）流量大，输送热水消耗电能多

三、全水空调气系统 • 冷热负荷全由水承担 • 末端装置：风机盘管和辐射板 • 采用风机盘管的全水系统称为全水风机盘管系统或风机盘管系统 • 选用全水风机盘管系统注意：　（1）噪音问题，无新风问题，静音要求高，空气品质要求高，场所不宜采用。　（2）加湿问题　（3）制冷量不大，机外静压不宜用在大面积大空间高度高房间。

全水空调系统与热水采暖系统比较，特点 　　（1）夏季供冷，冬季供热。　　（2）未端装置空气强迫循环，室内温、湿度均匀。　　　　　（3）末端装置风机耗功有噪声，　　（4）管理，维修量比热水采暖系统大。　　（5）造价高，因此如果仅用于冬季供暖，采暖系统优于空调。 • §3-2全水系统的末端装置 • １.末端装置：置于室内，用于向室内释放热量或（和）冷量的终端设备或器具 • ２.常用的末端装置：散热器、暖风机、风机盘管、辐射板 • 3.末端装置散热方式：自然对流（散热器）强迫对流（风机盘管）

一、散热器 • (一)、散热器性能评价指标 • 四个方面：（1）热工性能：传热系数，提高K值手段，增加外壁　　　面积，空气流速，强化外表面辐射强度，减少各部　　　件向热阻。（2）经济指标：单位散热量成本（元/㎡）及金属耗量　　　越低安装费用低，使用寿命长，经济性越好。　　（3）安装使用和工艺方面：机械强度和承压，安装组　　　对方便，便于安装和组成需要的散热面积，尺寸　　　小，适于批量生产。（4）卫生和美观方面：表面光滑、易清扫，外形美　　　观。

(二)、散热器的种类 • 按传热方式：　　辐射　　对流：对流占几乎100% 　　介处两者之间。 • 按材质：　　铸铁，钢制，铝合金，塑料，铜合金，钢铝复合，铜铝　　复和，不锈钢铝复合，铝塑复合。 • 灰口铸铁：　　结构简单，耐腐蚀，寿命长，水需量大。　　但金属热强度低（q=K/G）金属耗量大，笨重，强度低 • 常用有柱型、翼型

常用有标型、翼型 • 1、铸铁柱型：　四柱：图3-1（a）；　二柱：图3-1(b)　；　足片与无足片外形美观，K值较大，易组对成需要面积，易清除。 • 2、翼型：　圆翼：图3-1（c）；　柱翼型图3-1（d）工艺简单，价格低，易积灰，不易组对所需面积，承压能力低，用量在减少，圆翼多用车间，高度低。 • 3、钢制散热器　新型钢制散热器与光排管　晚于铸铁　图3-2，3-3

（三）散热器的选择布置 • 1.散热器的选择　　①传热系数 ②承压 ③外形 ④清灰 ⑤耐腐 • 2. 散热器的布置 • 　①一般沿外墙，外窗下图3-4（a）提高外墙与窗下部温　　度，减少对人体冷辐射；阻止渗入冷空气形成下降冷气　　流，图3-5（a）(b) • 　②可沿内墙图3-4（b）有时可减少管理长度；或仅在外　　墙布置之下，但人员活动温度低。图3-5( c) • 　③明装、暗装、根据需要 • ④楼梯间 • ⑤门斗

建筑热工设计分区 • 严寒地区：最冷月平均温度＜-10℃　开封 • 寒冷地区：最冷月平均温度0~-10℃　北京 • 夏热冬冷：最冷月平均0-10℃　武汉　　　　　　最热月平均25-30℃ • 夏热冬暖：最冷月>10℃　广州　　　　最热月25-29℃ • 温和地区：最冷月0-13℃　昆明　　　　最热月18-25℃

（四）散热器的计算 • ①原则：　　热平衡，设计条件下散热器散热量=采暖设计热负荷。 • ②散热器传热特性：　或 • —散热器散热量W • k—散热器传热系数w/㎡. ℃ • a,b,c,B—实验得到的系数 • —散热器的热媒平均温度℃ ， • — 与室温之差℃ • —散热器进出口水温 • —室内空气温度℃ K值可查手册或产品样本

③面积确定 • -散热器计算面积 • -采暖设计热负荷Ｗ • -散热器片数修正系数 • -散热器连接方式系数 • -散热器安装形式系数

④修正问题 • 当使用条件与测试条件不同时，散热器的传热性能发生变化，引发β1 、β2 、β3 、修正。 • β1 ：成组散热器两边，外侧无遮挡，比中见片的单片散热量大，当实际片数少于规定（测试时）片数时，边片传热面积在总使用热面积中所占比例增大，使单位传热面积传热量增大，所需面积减小，β1＜1反之β1＞1对片式散热器，片数　　，a为单片面积，㎡/片先取β1=1，然后进行修正。整体式不用修正。 • β2 ：连接方式可取图3-6中六种方式，连接方式不同时，表面温度分布变化，使热量发生变化，下进上出性能最差，有关β2 查手册。（实验条件为同侧上进下出） • β3 ：测试时为明装，加罩后有变化，大多数散热量减小。对流增加，辐射减小。　只有当对流量超过辐射量时，总量才能增加，查手册。

二、暖风机 • 1、组成：风机，电动机和空气加热器。 • 2、风机类型：轴流，离心　　　轴流用于小型机组图3-7（a）（b）离心用于大型机　　　组，图3-7（c）(d） • 3、采用热媒：热水、蒸汽 • 4、工作原理： • 5、优点：供热量大，占地小，启动快，升温快，设备简　　　　　单、投资省缺点：噪声，循环空气不能改善空气质量。

6、用途：大空间，负荷大，间歇工作，允许空气循环。6、用途：大空间，负荷大，间歇工作，允许空气循环。 • 不能使用场合：空气中含有剧毒性物质，工艺过程产生　易燃易爆气体和纤维，粉尘的厂房。 • 7、两种方案： • 1）暖风机供给全部采暖耗热量，适于气候较温暖地区。 • 2）暖风机供给部分采暖耗热量用散热器维持量低室内温　度（5℃） • 优点是：非工作时间可不开暖风机省电能和热能，不需管　理，使用时开启可迅速提高室温，供热量为设计热负荷与　值班采暖供热量之差。

8、暖风机系统设计；主要确定型号，台数及布置方案。8、暖风机系统设计；主要确定型号，台数及布置方案。　　　台数 • —要求暖风机提供的采暖热负荷W • —室温系数，取　　1.2-1.3 • —单台暖风机的实际数量w

查产品样本或手册可得暖风机的性能（在一定热媒系数下的散热量，送风量，和风速和温度等。）产品样本中给出的进口空气温度为15℃若进口空气温度不等于15℃时，用下式进行修正查产品样本或手册可得暖风机的性能（在一定热媒系数下的散热量，送风量，和风速和温度等。）产品样本中给出的进口空气温度为15℃若进口空气温度不等于15℃时，用下式进行修正 • —产品样本中提供的暖风机供热量n/台； • —暖风机进出口热媒平均温度℃ • —设计条件下的机组进风温度，一般可取室内温度℃

注意： • ①送风温度不宜低于35℃以负有吹冷风感觉，不得高于 75℃以免热射流上升，不利于有效利用。 • ②室内空气循环次，每小时不宜小于1.5次 • ③每台暖风机进出口设阀门（蒸汽出口设疏水器）便于调　　节，维修和管理。 • 9.暖风机布置：　考虑车间的任何形状，工作区域，工艺设备的流量气流　作用范围等。 • NC型小型机组可采用图3-8所示方案，悬挂在墙、柱上，梁下。 • ZN型可吊挂在顶棚下等高处。 • 大型可用于无隔墙，大型设备的大型厂房，可沿长度布置地面上。 • 小型安装高度见教材P40上部

三.风机盘管FCU（Fan Coil Unit） • 组成：通风机、电动机、和盘管（空气换热器） • 工作原理： • 1、风机盘管的构造分类和特点 • 分类（按结构型式）；　立式，卧式，壁挂式，卡式（吸顶式） • 按安装方式：　明、暖、半明装，图3-9（a）方式明装（b）卧式暗装 • 壁挂式全部为明装，卡式进出风口外镶顶棚下 1）单侧送风，单侧回风 2）两侧送风，中间回风 3）四侧送风，中间回风

暗装机组根据机外静压分两类： 　标准型、高静压型 • 标准型：在名义风量下的机外静压为零（我国标准）　　　　　或10-20Pa（合资或进口） • 高静压型：名又风量下机外静压为30-60Pa • 还有同时配冷盘管和热盘管机组，用于四管水系统。 • 规格 • 1）风量我国标准规定，用高档转速下风机盘管的风量　㎡/h标准规格。如下P-6.3风量630㎡/h ，标准规定风机盘管共有12种规格。风量范围为250-2500 ㎡/h 。主柱式非标产品最大风为4000。中外合资，通常用英制单位风量 2）制冷热量：标准规定，名义工况下的制冷量1.4-13.3kw

3）电功率：标准型30-170 w，高静压50-270mm供热量 2.1-19.95kw 噪音、水阻力：FP-6.3以下，噪声≤39dB（A）FP-80以　上＞40 dB（A）水侧阻力均为10-40KPa。 • 2、风机盘管的选择与安装要求 • 1）、选择：质量、明、暗装、承压、型式、左右、冷热　媒强度，噪声 • 2）安装：主式卧式等见教材　明装卧式暗装水过滤器橡胶软接阀门凝法水管坡度　不小于0.01供电，单独回路，集中配电盘 • 3）制冷量、供热量、风量的标定：部颁标准规定，全热　制冷量，显热控制冷量和供热量用焓差法确定．

在制冷工况下的测试法为：保持机组出口静压为零（标准型）或一定值（高静压型）测定风量，进出口空气的干湿球湿度进出口水温，压力和流量，测定风机输入功率。由此确定空气的比焓并获得在制冷工况下的风机盘管和各项性能：风量，全热制冷量、显热性冷量、水流量水侧阻力，输入功率。在制冷工况下的测试法为：保持机组出口静压为零（标准型）或一定值（高静压型）测定风量，进出口空气的干湿球湿度进出口水温，压力和流量，测定风机输入功率。由此确定空气的比焓并获得在制冷工况下的风机盘管和各项性能：风量，全热制冷量、显热性冷量、水流量水侧阻力，输入功率。 • 全热制冷量　　　　　　　　　　　（3-6） • 显热制冷量　　　　　　　　　　　　　（3-7）

各项意义 • －全热、显热制冷量，kw； • —空气进出口比焓 kj/kg • —空气进出口干球温度℃ • —风量，kg/s; • —重气定压比上　　 =1.01kj/kg℃ • 供热量

4）名义工况，在制造条件下的工况，分为制冷工况和供4）名义工况，在制造条件下的工况，分为制冷工况和供　热工况，见教材P42 • 应按夏季冷负荷造盘管，冬季供暖校核即可，一般样本给　出常见工况制冷量，如无此类数据

式中： • —设计工况下风机盘管全热制冷量和显热制　　　冷量，W或KW； • —名义工况下风机盘管全热，显热制冷　　　量，W或KW； • —设计工况下盘管进风干球温度和湿球温　　　度，取室内设计参数℃； • —风机盘进口水温； • —设计工况和名义工况下的水流量，kg/h 　　　设计时正常水流量与名义工况一样（3-8）。　　　（3-10）只与温度有关。

不考虑水量变化时，供热量换算公式为 • 式中　　　　为设计工况和名义工况下的盘管供热量W或KW； • 5）附加问题：若房间的设计全热冷负荷（人员、灯光、　电器、辐射及围护结构传热，空气渗透，通风等）为　　　　　显热冷负荷为　　，则盘管的全热制冷量为：　　　　≥（1+β1+β2）　（3-11） • 显热制冷量为：　　≥（1+β1+β2）　　（3-12） • β1 ——积灰对盘管传热影响的附加率见教材 • β2 ——间歇使用附加率，当β2 20%时，约经过20min室温达要求。

6）选用：选择盘管时，宜同时对全热制冷量和显热制冷6）选用：选择盘管时，宜同时对全热制冷量和显热制冷　量校核是否符合式（3-11）（3-12）要求，尤其是显热冷负荷比例大的房间，因为盘管运行时根据室温停开。 • 样本中给出不同档次风量的制冷量，中档风量时机组的制冷量以为高档时85%。对于明装机组，在考虑β1 后，直接根据中档风量选有15%裕量，可作为间歇运行附加值。 • 暗装，选用高静压，核算总阻力，不能大于机外静压值，无静压，总阻力控制在30%以内在考虑β1β2后按中档风量制冷量选，此时机组高档风量相当于中档风量。 • 风口配合：双层百叶，断面面积与盘管出口面积相当。回风为固定百叶，风速控制≤1.5m/s。盘管与新风组合空气——水系统，新风带冷量，不能单根据室内。冷负荷选盘管见6-9。 • 水温：供暖，水温60℃为宜，最高一般不超80℃。

§3-3热水采暖系统的分类与特点 • 组成：热源管道系统，散热设备 • 一、按系统的循环动力分类 • 分为重力（自然）循环和机械循环图3-10重力循环图(a)中水靠密度差循环，水在锅炉1中受热温度升高到　，密度降为　，来自回水管7冷水　水沿供水管6流到散热器之中，降温周而复始。 • 膨胀水箱作用： 1、室内膨胀水 2、补水， 3、定压 4、排除空气供回水管坡度。 • 机械循环图（b）水泵，膨胀水箱接口，集气罐，自动排气阀供回水坡回坡度。

二、按供水温度分类 • 分为高温水，中温水，低温水，我国规定高于100℃高温　水，否则低温水95-70℃、85-60℃，120-130/70-80℃。 • 高温水：易烫人，烤焦灰尘易汽化卫生条件及舒适性差，　省散热器，供回水温差大，管径小。 • 低温水：优缺点 • 三、按供回水的方式分类 • “供”指供出热媒“；回”指回流热媒。可用“供”与“回”表明垂直方向流体的供给指向。　　上供式：热媒沿垂向从上向下；　　下供式：热媒沿垂向从下向上；　　上回：热媒沿垂向从下向上；　　下回：热媒沿垂向从上向下；

可分为图3-11所示四类 • 1、上供下回式系统 • 图（a）供水干管设置于系统最上面回水干管设置于系统最下面。 • 布置管道方便，排气顺畅，用得最多。 • 2、上供上回式 • 图（b）供回水干管均位于等流最上面，干管不与地面设备与管道发生占地矛盾。　主管耗量增加，主要用于地面设备和管道较多的，地在面布置干管有困难的车间。

3、下供下回式 　图（ c）供回水管均位于系统最下部供回干管无效热损失小，可减轻竖向失调（双管）有利于水力平衡，顶棚下无立管，可分层施工，分层供暖，地沟，顶层散热器设放气阀或设空气管。 • 4、下供上回式　图（d）供水干管在下，回水干管在上，倒流式供水干管一层地面明设时，无效热损失小，底层散热器平均温度升高，可减少面积，垂管中水流与空气浮升方向一致有到排量高温水面不易汽化。中供式系统图3-12，供水干管位于中间，上半部可为下供下回图（a）或上供下回图(b)下半部均为上供下回，可减轻竖向失调，计算和调节较麻烦。

四、按散热器的连续方式分类 　　垂直式：图3-13（a）垂直主管连接，单侧，双侧　　水平式：图( b)水平管线连接　　垂直式：供水干管，回水干管　　水平式：供水主管回水主管，供水干管回水干管图　　　　　（b） • 水平式优缺点：用于公用建筑，分户计量，少穿楼板，室内无立管，水箱高度可降低，便于分层控制和调节，易热胀漏水。串联组数不宜太多，放气阀，空气管图3-14

五、按连接散热器的管道数量分类 • 单管：图3-15用一根管道将多组散热器依次串联，供回水不分开。 • 双管：两根管道并联，供回水截然分开。 • 图（a）（b）（c）（d）跨越管多耗管材，但可调。 • 六、按并联环路水的流程分类 • 同程式与异程式，图3-16 • 同程式：各并联环路总长度基本相等图（a） • 异程式：各并联环路总长度不等图（b） • 同程式优点：易平衡，水平失调轻。

§3-4高层建筑热水采暖系统 • 高层建筑：高度35m以上或12层以上 • 特点：底层散热器承压加大，易产生竖向失调，热压与风压同时作用。 • 设立系统时注意：最高点不倒空，不汽化，最低点不超压，与热网直连会否使其他建筑物超压（地形）减轻竖向失调。 • 一、分区式高层建筑热水采暖系统 • 分区式系统：将系统沿垂直方向分成两个或以上的独立系统 • 分界线选取：考虑热网的压力工况，建筑物总层数（高度）及散热器承压能力。 • 低压可与热网连成间连，高区或选择下述型式：

1、高区采用间接连接 • 图3-17，设主表面式换热器，高层压力状况与热网面并联换热站位置：建筑物底层地下室或中间技术层内 • 适用：外网有足够资用压力，供水温度较高。 • 2、高压采用双水箱或单水箱系统 • 1）运行图3-18图（a）在高层设两个水箱，用泵1将供水注入供水箱；靠两水箱间高差h，作为动力。 • 2）停运系统停止运行时，水泵出口道上阀关闭，高压高静水压力传递不到底层散热器及外网。当回水箱高度超过外网回水管压力，起到与外网分离作用。 • 运用：资用压力小，供水温度低 • 优缺点：省去换热站费用，但水箱占面积，结构荷载增加，开式系统，易氧腐蚀。 • 还有：1）在供水总管设加压泵，回水管上安减压阀。 2）下供上回，回水总管上设排气断流装置

二、其他类型的高层建筑热水采暖系统 • 1、双线式采暖系统 • 只能减轻失调，不能解决超压问题，分为垂直双线与水平双线图3-19， • （1）垂直双线热水采暖系统 • 图（a）垂直双线，虚线框表示设于同一楼层同一层间的散热设备（串片散热器，蛇形管线墙内辐射板）由上升和下降立管构成，各层散热器的平均温度近似相同，减轻竖向失调主管阻力增加，提高了水力稳定性，适用于同一房间设置四组散热器与四块辐射板的情况。 • （2）水平双线 • 图（b）水平方向各房间散热装置平均温度近似相似，减轻水平失调，水平支线设调节阀和节流孔板。分层调节减轻轻竖向失调。

2、单双管混合式系统 • 图3-20，沿重向分组，组内为双管，组间为单管，利用双管散热器可局部和单管系统提高水力稳定性优点，减轻了双管层数多时，重力作用压头引起的竖向失调严重的倾向。但不能解决起压问题。 • 3、热水和蒸汽混合式系统 • 对特高层建筑（金属大于160m）最高层水静压力超过一般的管路，附件和设备的承压能力（一般为1.6mpa），可竖向分三区，最高区利用蒸汽作热媒向冷水换热器供蒸汽。下面分区用热水图3-4，

3-5热计量采暖系统 • 分产热计量意义：按每户实际耗电量计费，节能，满足用户不同要求。 • 优点：分户管理，控制调节，收费。 • 不利：原系统多为垂直系统，进户主管为多根不易计算，不易调节一般改选成水平式。 • 分户计量系统共同点：每户管路进出户处安装关断阀，进出口之一安装调节阀，有条件时安装流量计或热表。 • 流量计和热表的安装位置：在回水管上水温低，有利延长使用寿命，但当有失水时，计算不准。较多装在入口，在竖井内 • 系统型式：上供式，下供式和中供式，一个单元设一组供回水主管干管及同程或异程。 • 有关热表内容自看。

一、分户水平单管系统 • 图3-22与传热水平系统主要区别 a.水平支路长度限于一个住户之内； b.能分户计量与调节； c.可分类调节。 • 1、型式分类： 1）水平顺流图（a） 2）同侧连接跨越（b） 3）异侧连接跨越(c) • 2、所设阀门 1）图（a）在水平支路上设关断阀，调节阀和热表； 2）图（b）（c）还可在散热器支管上装调节阀（温控　　　阀）图（b）（c）性能优于图（a）。

水平式特点：便于分户计算，调节，省管材，少穿楼板，水力稳定性好，易产生竖向失调，注意重力压头作用。排气问题。水平式特点：便于分户计算，调节，省管材，少穿楼板，水力稳定性好，易产生竖向失调，注意重力压头作用。排气问题。 • 二. 分户水平双管系统 • 图3-23户内散热器并联，每组散热器装调节阀或温控阀，便于分组控制。　　图（a）两管位于散热管上下（同稳）；　　图（b）两管均在散热器上方；　　图（c）两管位于散热器下方。 • 图3-24分户水平单、双管系统单管、双管优缺点，可用于大户型及跃层式。 • 三、分户水平放射式系统 • 在每户的管道入口设分水器和集水器，各散器并联图3-25，分水器引出管呈辐射状埋地敷设，可单调，支管用铝塑复合管或PPR，各户有热表，支管上有调节阀。

§3-6热水采暖系统的作用压头 • 作用压头：热水采暖系统循环所需要的动力。 • 阻力损失：流体在系统中流动消耗的能量。 • 作用压头≥阻力损失 • 一、重力循环热水采暖系统的作用压头 • 重力循环：完全靠热媒供回水深度不同，从而密度不同形成的压力差循环的系统。 • 重力循环作用压力：因密度差，高差所产生的压力差，在机械循环系统中也存在，是机械循环系统失调的重要因素之一。

1、简单重力循环热水采暖系统的作用压头 • 图3-56为只有一组散热器的简单系统 • 简化：不考虑水在管道的散热。 • 水在锅炉或换热器中被加热成温度，密度为　　，在散热器中冷却到回水温度　，密度为　　。 • 假设阻路最低点断面A-A处有一阀门，突然将阀门关闭A-A两侧所受水柱压力分别为： • 右侧： • 左侧：

因为　　　　所以　　　　，两侧压力之差为：因为　　　　所以　　　　，两侧压力之差为： (3-13) • 式中：　　　　 • —重力循环热水采暖系统的作用压力 • —重力加速度； • —冷却中心到加热中心的垂直距离m • —供水密度kg/㎡ • —回水密度kg/㎡

第三章 全水系统