暖通工程師考試《基礎(chǔ)知識》考前備考要點(1)
一、采暖循環(huán)水量與室內(nèi)系統(tǒng)的關(guān)系
在以往的供熱系統(tǒng)中,由于缺少簡便易行的流量測試手段和可靠的流量控制元件,對于一個系統(tǒng)而言,需要多少流量才能保證供熱的要求,我們沒有一個明確的數(shù)字;對于一個熱用戶而言,需要多少流量才能保證供熱的要求,我們也沒有一個明確的數(shù)字。
近幾年,不少供熱系統(tǒng)中使用了廊坊市愛能供熱設(shè)有限公司生產(chǎn)的“愛能牌”自立式流量控制閥,依靠該閥可靠的質(zhì)量和優(yōu)異的流量控制性能,有效地控制循環(huán)水量,即解決了供熱系統(tǒng)的平衡問題,又為我們正確的認識循環(huán)水量提供了有力的依據(jù)。在十幾年數(shù)百個供熱單位的供熱實踐中,我們發(fā)現(xiàn)不同的室內(nèi)系統(tǒng)對于循環(huán)水量的要求是不同的。
一) 傳統(tǒng)的上給下回式室內(nèi)系統(tǒng)所需流量最少
上給下回式系統(tǒng)在我國屬于主流的室內(nèi)系統(tǒng),即使在很多地區(qū)進行大量的分戶改造的今天,這種系統(tǒng)的數(shù)量依然很多。對于這種系統(tǒng),按供熱面積進行計算,每平方米需要3公斤左右的循環(huán)水量,就可以滿足供熱的需要。對于比較寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的垂直失調(diào)解決得不是很好的地區(qū),循環(huán)量要大一點,對于不太寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的垂直失調(diào)解決得比較好的地區(qū),循環(huán)量可以小一點,變化的幅度可以在2.7-3.3之間。如哈爾濱市“哈飛”后勤處,2001年使用我公司的自立式流量控制閥,循環(huán)水量每平米3公斤,供暖效果良好。
二)原有住房改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng)
改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng),這種系統(tǒng)由于原設(shè)計時自頂樓至一樓是按溫降理論進行的設(shè)計,按每層散熱器的不同進口溫度配置的散熱器,而進行一戶一環(huán)的改造時,散熱器還是原來的配置。在實際供熱運行時,每層的散熱器進口溫度都是相同的,由此造成了底層用戶比高層用戶熱得多的現(xiàn)象。對于這種系統(tǒng),按同一進口溫度統(tǒng)一配置各樓層的散熱器是最好的解決辦法。但是,最好的辦法不一定是可行的辦法,由于資金和改造難度的問題,這個辦法不可行。那么只有靠增大流量來解決,根據(jù)這幾年的經(jīng)驗,對于原有住房改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng),循環(huán)水量一般4公斤左右,就可以滿足供熱的需要。對于比較寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得不是很好的地區(qū),循環(huán)量要大一點,對于不太寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得比較好的地區(qū),循環(huán)量可以小一點,變化的幅度可以在3.5-4.5之間。如沈陽市東陵區(qū)供熱公司,2001年使用我公司的自立式流量控制閥,流量設(shè)定為每平米3公斤時,效果略差,02年將流量設(shè)定為每平米3.5公斤,達到供熱的要求。
三)新建的一戶一環(huán)系統(tǒng)
新建的一戶一環(huán)系統(tǒng),不論是單管式水平串聯(lián)系統(tǒng),還是雙管式系統(tǒng),由于按溫降理論進行了合理的計算,散熱器的配置是經(jīng)過嚴格設(shè)計的,所以其循環(huán)水量也比較低,根據(jù)這幾年的經(jīng)驗,一般設(shè)定為每平米3.3公斤循環(huán)水量,就可以滿足供熱的需要。對于比較寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得不是很好的地區(qū),循環(huán)量要大一點,對于不太寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得比較好的地區(qū),循環(huán)量可以小一點,變化的幅度可以在每平米3-3.5公斤之間。如吉林省城建物業(yè)公司,2002年使用我公司的自立式流量控制閥,流量設(shè)定為每平米3.5公斤時,效果很好,04年將流量設(shè)定為每平米3.3公斤,供暖也比較正常。
對于傳統(tǒng)的上給下回式室內(nèi)系統(tǒng),根據(jù)文中推薦的每平米3公斤的循環(huán)水量,多數(shù)情況下都能滿足供暖需要,對于原有住房改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng)和新建的一戶一環(huán)系統(tǒng),由于地區(qū)不同和設(shè)計上的不同,建議先根據(jù)文中推薦的流量值進行設(shè)定,觀察一段時間效果,然后再確定增加或者減小流量,并以此為依據(jù),制定今后本地區(qū)的循環(huán)流 。
二、地源熱泵的埋管
1 土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟
(1)建筑物冷熱負荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計算
建筑物冷熱負荷計算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷計算方法相同,可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計手冊,在此不再贅述。
冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量??梢杂上率龉?[2]計算:
kW (1)
kW (2)
其中 Q1'——夏季向土壤排放的熱量,kW
Q1——夏季設(shè)計總冷負荷,kW
Q2'——冬季從土壤吸收的熱量,kW
Q2——冬季設(shè)計總熱負荷,kW
COP1——設(shè)計工況下水源熱泵機組的制冷系數(shù)
COP2——設(shè)計工況下水源熱泵機組的供熱系數(shù)
一般地,水源熱泵機組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù),計算時應(yīng)從樣本中選用設(shè)計工況下的 COP1、COP2 。若樣本中無所需的設(shè)計工況,可以采用插值法計算。
( 2)地下熱交換器設(shè)計
這部分是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容,主要包括地下熱交換器形式及管材選擇,管徑、管長及豎井?dāng)?shù)目、間距確定,管道阻力計算及水泵選型等。
( 3)其它
2 地下熱交換器設(shè)計
2.1 選擇熱交換器形式
2.1.1 水平(臥式)或垂直(立式)
在現(xiàn)場勘測結(jié)果的基礎(chǔ)上,考慮現(xiàn)場可用地表面積、當(dāng)?shù)赝寥李愋鸵约般@孔費用,確定熱交換器采用垂直豎井布置或水平布置方式。盡管水平布置通常是淺層埋管,可采用人工挖掘,初投資一般會便宜些,但它的換熱性能比豎埋管小很多,并且往往受可利用土地面積的限制,所以在實際工程中,一般采用垂直埋管布置方式。
根據(jù)埋管方式不同,垂直埋管大致有 3種形式:(1)U型管(2)套管型(3)單管型。套管型的內(nèi)、外管中流體熱交換時存在熱損失。單管型的使用范圍受水文地質(zhì)條件的限制。U型管應(yīng)用最多,管徑一般在50mm以下,埋管越深,換熱性能越好,資料表明:最深的U型管埋深已達180m。U型管的典型環(huán)路有3種,其中使用最普遍的是每個豎井中布置單U型管。
2.1.2 串聯(lián)或并聯(lián)
地下熱交換器中流體流動的回路形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種,串聯(lián)系統(tǒng)管徑較大,管道費用較高,并且長度壓降特性限制了系統(tǒng)能力。并聯(lián)系統(tǒng)管徑較小,管道費用較低,且常常布置成同程式,當(dāng)每個并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時,其換熱量相同,其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此,實際工程一般都采用并聯(lián)同程式。結(jié)合上文,即常采用單 U型管并聯(lián)同程的熱交換器形式。
2.2 選擇管材
一般來講,一旦將換熱器埋入地下后,基本不可能進行維修或更換,這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴重不足,且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多,應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價格較低的管材。所以,土壤源熱泵系統(tǒng)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,它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀,可以保證使用50年以上;而PVC管材由于不易彎曲,接頭處耐壓能力差,容易導(dǎo)致泄漏,因此,不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。
2.3 確定管徑
在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求:(1)管道要大到足夠保持最小輸送功率;(2)管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然,上述兩個要求相互矛盾,需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑,集管用大管徑,地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm,管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下,對更大管徑的管道,管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mH2O/100m當(dāng)量長度以下。
2.4 確定豎井埋管管長
地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外,還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料,如地下溫度、傳熱系數(shù)等。
文獻 [2]介紹了一種計算方法共分9個步驟, 很繁瑣,并且部分數(shù)據(jù)不易獲得。在實際工程中,可以利用管材“換熱能力”來計算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量,一般垂直埋管為70~110W/m(井深),或35~55W/m(管長),水平埋管為20~40W/m(管長)左右[3]。
設(shè)計時可取換熱能力的下限值,即35W/m(管長),具體計算公式如下:
(3) 其中 Q1'——豎井埋管總長,m
L ——夏季向土壤排放的熱量,kW
分母“35”是夏季每m管長散熱量,W/m
2.5 確定豎井?dāng)?shù)目及間距
國外,豎井深度多數(shù)采用 50~100m,設(shè)計者可以在此范圍內(nèi)選擇一個豎井深度H,代入下式計算豎井?dāng)?shù)目:
(4) 其中 N——豎井總數(shù),個
L——豎井埋管總長,m
H——豎井深度,m
分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管管長約等于豎井深度的2倍。
然后對計算結(jié)果進行圓整,若計算結(jié)果偏大,可以增加豎井深度,但不能太深,否則鉆孔和安裝成本大大增加。
關(guān)于豎井間距有資料指出: U型管豎井的水平間距一般為4.5m[3],也有實例中提到DN25的U型管,其豎井水平間距為6m,而DN20的U型管,其豎井水平間距為3m[4]。若采用串聯(lián)連接方式,可采用三角形布置來節(jié)約占地面積。
2.6 計算管道壓力損失
在同程系統(tǒng)中,選擇壓力損失最大的熱泵機組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進行阻力計算??刹捎卯?dāng)量長度法,將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長度,和管道實際長度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)量度,再乘以不同流量、不同管徑管段每 100m管道的壓降,將所有管段壓降相加,得出總阻力。
三、防火閥,排煙閥如何選擇
防火閥包括:
1.防火閥、防火調(diào)節(jié)閥,常開,70度關(guān)閉,一般安裝在風(fēng)管穿越防火墻處,起火災(zāi)關(guān)斷作用,可以設(shè)置輸出電訊號,煙感超過70度時閥門關(guān)閉,連鎖送(補)風(fēng)機關(guān)閉;
2.防煙防火調(diào)節(jié)閥,常開,70度關(guān)閉,同一,不過多一個電訊號輸入,可由消控室遠程控制關(guān)閉,一般用于平時送風(fēng)、火災(zāi)補風(fēng)共用風(fēng)管系統(tǒng)中,火災(zāi)時可控制關(guān)閉不需要補風(fēng)的房間;
3.防火閥,280度熔斷關(guān)閉,常開,輸出電訊號,這種和1相似,只是熔斷溫度不同,一般應(yīng)用于火災(zāi)排煙管穿越防火墻處,煙氣溫度超過280度時自動熔斷關(guān)閉,可連鎖關(guān)閉排煙風(fēng)機。
排煙閥:
1.排煙防火閥(常閉,電訊號開啟,280度熔斷關(guān)閉,或手動關(guān)閉)一般應(yīng)用于排煙系統(tǒng)中,可在排煙風(fēng)機吸入口安裝一個,火災(zāi)時由消控室控制開啟,關(guān)閉時也可連鎖關(guān)閉該排煙風(fēng)機。
2.排煙閥,同上述3,各個單位叫法不同,有的根據(jù)它的動作溫度叫做排煙閥,有的根據(jù)它的用途性質(zhì)叫做防火閥,但是對于設(shè)備方只是把普通防火閥的熔斷金屬換成280度熔斷的那一種.
排煙口:
如果你在管路上安裝了必要的排煙閥,就用普通的單層百葉風(fēng)口即可;否則需用板式排煙口,它同時帶有排演防火閥的機構(gòu)。
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