3.3.2 热水采暖系统（二）在线视频

大家好

欢迎进入

农业生物环境工程慕课

下面

我们继续

学习第3部分

农业设施采暖中的热水采暖系统

今天我们着重学习

重力循环采暖系统

机械循环采暖系统

以及系统水力计算等方面的内容

首先

我们先来看看所谓的

重力循环热水采暖系统

也称自然循环热水采暖系统

那么其工作原理是什么呢

这里呢

我们给大家这样一个

基本的系统示意图

图中

1是代表散热器

2是代表热水锅炉

3是代表供水管路

4是代表回水管路

5代表膨胀水箱

我们用ρg表示供水的密度

用ρh表示回水的密度

用h0表示管路的最低处

至锅炉的高度

用h表示锅炉至散热器的高度

另外

用h1表示散热器

到膨胀水箱水面的高度

如果我们忽略水在管道中的冷却

认为水温

只在锅炉和散热器发生变化的话

那么在管路的最低处

我们取这样的一个断面

用A-A表示

假如这个断面处有阀门

且处于关闭的状态

那么在此情况下

我们来尝试写一下这个断面

左侧和右侧的水柱压力

我们知道

水柱压力

是水柱高度

水的密度以及重力加速度的乘积

首先

我们看A-A断面的左侧

在h0的高度

管中所流的是回水

而在锅炉以上的高度

管路中都是供水

所以在锅炉以下

我们用回水密度

在锅炉以上呢

我们用供水密度

这样就可以写出左侧的水柱压力了

同样

在A-A的断面的右侧

我们也可以看出

在h0和h这两个高度范围内

管路中流的都是回水

但是在h1这个高度范围内

则是供水

所以

我们也可以写出右侧的压力公式了

根据刚才的两个公式

我们可以进一步写出A-A断面

右侧与左侧的压力差计算公式

我们知道

由于供水温度高于回水温度

所以供水的密度

会小于回水的密度

于是

这个压差一定是大于零

那么这就是重力循环系统的工作动力

当然

在这个公式中

我们还可以看出

这个压差的大小

与供回水的温度差有关之外

还与锅炉与散热器之间的高度成正比

这就为系统的合理设计

提供了理论依据

比如在供回水温度一定的情况下

为了取得足够的循环动力

往往呢会把锅炉安装在较低的位置

下面我们看一个

重力循环热水采暖系统的案例

在这个案例截取的部分系统中

我们能够看出

左右共有两个回路

其中

左侧的是垂直双管上供下回式系统

而右侧呢

则是垂直单管顺流式系统

这里供水干管必须有

向膨胀水箱方向上升的流向

其反向坡度

我们一般取0.5%~1%

散热器的支管也要设置坡度

一般取1%

膨胀水箱呢通常设置在系统的最高处

这是为了便于系统内的空气

能够顺利地排出

同样呢

为了使系统顺利排出空气

也为了在系统停止运行或检修时

能够通过回水干管顺利地排水

回水干管呢也应该有

向锅炉方向的向下的坡度

一般也取0.5%~1%

重力循环系统的作用压力是有限的

所以系统的作用半径较小

只能用于

管路较短的小型热水采暖系统

当系统作用半径较大

管路较长

重力循环系统往往不能满足要求的时候

我们呢就需要采用

机械循环热水采暖系统了

所谓在机械循环系统

就是在系统中设置水泵

通过水泵

使水在系统中进行强制循环

所以

水泵的机械能

是机械循环采暖系统的工作动力

机械循环热水采暖系统

不仅可用于单栋建筑物中

也可以用于多栋建筑

但是机械循环

增加了系统的日常运行电费和维修工作量

我们也看几个案例

首先呢这是一个上供下回式的

机械循环热水采暖系统

在这个系统中

我们看到

1代表锅炉

2代表循环水泵

3代表集气装置

4代表膨胀水箱

这里共有5个回路

左侧的两个回路是双管式系统

右侧的三个回路呢是单管式系统

其中包括了单管顺流式系统

和单管跨越式系统

当然

在供水干管和回水干管部分

也要设置便于排气和便于排水的坡度

其次我们再来看两个

同程式和异程式系统的案例

这是一个同程式的

机械循环热水采暖系统

我可以看出

通过回水管路的设计

使得最先供水的回路最后回水

而最后供水的回路

则最先回水

也就是说

每个循环回路总的管路长度都是相等的

那么这是一个异程式系统的案例

这里呢

也包括了4个回路

大家是否看出了这4个回路的特点呢

是的

相信大家一定看出来了

就是先供水的回路

也先回水

后供水的回路

也后回水

所以

异程式系统中

各并联环路的总的管长是不相等的

但是管路的布置比较简单

下面我再在学习一下

采暖系统的水力计算

这部分内容

会涉及到一些流体力学的内容

说到水力计算

我们要算什么呢

其实这里要计算的

就是计算管路的阻力

进行这样计算的目的

是为了使系统中流经各管段

和各散热器的水流量符合设计要求

在管路的水力计算中

我们通常把管路中水流量

和管径都没有改变的一段管段

称为一个计算管段

任何一个热水采暖系统的管路

都是由许多计算管段

串联或并联构成的

那如何计算管段的阻力呢

由流体力学可知

热媒在管路系统中流动时

其能量

会损失在

克服管路的沿程阻力和局部阻力上

所以 计算管段的阻力

就如公式所示

可以表示为沿程阻力和局部阻力之和

其中沿程阻力

通常用每m管路的

沿程摩擦阻力

乘以管路的长度来进行计算

沿程摩擦阻力

也称为比摩阻

可以用这样的流体力学公式计算

在公式中我们用

λ表示管段的摩擦阻力系数

d呢表示管道内径

v表示热媒在管内的流速

ρ是热媒的密度

具体看一下相关参数的计算方法

首先是摩擦阻力系数λ

它取决于管内热媒的流态

和管壁的粗糙程度

在热水采暖管道中

热水在室内采暖系统管路内的流态

几乎都是处在过渡区

在室外热水管路内的流态呢

大多处于粗糙管区

所以我们可以分别采用这两个

不同的公式来加以计算

从这两个公式

我们可以看出

在过渡区里

摩擦阻力系数与雷诺数Re有关

也与管径和管壁粗糙度有关

而在粗糙管区呢

摩擦阻力系数只与

管径和管壁粗糙度有关

其次我们来确定热媒的流速

设计过程中呢往往只是知道管道内的

水的流量

那么根据流量和流路断面面积

就可以这样来确定流速了

具体的计算方法如公式所示

以上我们知道了管径

摩擦阻力系数

以及热媒的流速

就可以求出沿程阻力了

那么局部阻力损失呢

我们也同样可以通过这样

一个流体力学公式给出计算方法

要注意的是呢

这里采用的是

各段计算管段中

各配件的局部阻力系数之和

局部阻力系数

可以查阅相关供热空调设计手册获得

现在来分析一下

串联和并联管路的流量和阻力损失

任何热水采暖系统

都是由管道

设备和配件串联或并联组成

在串联管段组成的系统中

流经各管段的流量相等

其总的阻力损失

为各管段的阻力损失之和

而在并联管段组成的系统中

构成并联环路的

各分支环路的压力损失相等

并且呢

在管道的分流点

流入热媒的流量之和

必定等于流出的热媒流量之和

所以进行水力计算

首先要分清并联环路与串联环路

然后呢来计算最不利环路的阻力

所谓最不利环路

也就是阻力最大的环路

比如流量最大或流程最长的环路

最后

再简单介绍一下管路水力计算的用途

通常有三种用途

一是已知系统各管段的流量

和系统的循环作用压力

来确定各管段的管径

二是已知各系统

管段的流量和各段的管径

来确定系统所必须的循环作用压力

三是已知系统中各管段的管径

和该管段的允许压降

来确定通过该管段的水流量

好 下面总结一下课程

本次课给大家介绍了

重力循环热水采暖系统

和机械循环热水采暖系统

的原理及案例

并介绍了热水采暖系统的水力计算方法

希望大家能够了解相关内容

好

这节课就讲到这里

谢谢大家