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  • 供暖设备

    为使人们生活或进行生产的空间保持在适宜的热状态(见室内热环境)而设置的供热设施。

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     简介/供暖设备 编辑

    为使人们生活或进行生产的空间保持在适宜的热状态(见室内热环境)而设置的供热设施。

    向一定的空间加热量的办法,可以直接把产生热量的火炉装在其中;也可以抽出其中的空气,加热后再送回;也可以在其中装置保持在较高温度的物体,向所在空间放热。这种温度较高

    供暖设备供暖设备

     的物体称为供暖放热器。为使供暖放热器持续放热,可用经过预热的流体连续地在放热器里流过。这种流体通常是蒸汽或热水,称为载热媒质或热媒。热媒被设在该空间以外的产热、集热或换热设备(热源)加热后,用供暖管道分配到各个供暖放热器。热媒把所携带的一部分热量传给放热器后,通过回流管道流回热源,重新加热。热媒循环流转,就可不断地把热转送到受暖空间。

    典型的供暖设备是由热源、热媒管道和供暖放热器组成(图1)。这三个基本组成部分有时可简化、合并或省略。例如火炉供暖的热源和放热器合在一起,就不需要热媒流转管道。火塘供暖更加简单,用炽热的燃料和燃烧产物向受暖空间放热,连放热器也没有了。  

    供暖热源/供暖设备 编辑

    传统的供暖热源是燃烧燃料或用电热元件产热。随着化石燃料(煤、石油等)来源日趋紧张,回收工业生产排放的余热和收集并利用大自然中存在的热已成为很受重视的供暖热源。

    燃烧燃料作为热源

    这类热源通过燃烧把各种燃料所含的化学能转化为热能。用这种热源的供暖设备有:①传统的简单的供暖设备,如火塘、火盆、火炉,较复杂的如火地、火墙火炕。②热风炉,是装置在受暖房间以外的一种火炉。炉体外包有严密的围罩。从受暖房间流回的空气在流过围罩和炉体之间的环形通道时被炉体的热表面加热,然后通过管道送回各受暖房间。烟气可以完全不进入受暖房间,这种设备比火墙等安全卫生;但在中国采用不多。③现代常用的锅炉,是利用水或蒸汽作为热媒,可把热源产生的热送到放热器去。大的锅炉能为多幢房屋供暖。④燃气红外线辐射器,是一种装置在受暖空间里烧气态燃料的热源。这种设备体积小、重量轻,可用作局部供暖设备,且价格便宜,安装方便。缺点是气态燃料较贵,而且火灾及一氧化碳中毒的危险性较大。  

    电热作为热源

    利用电热元件制成的各种供暖热源(包括电热红外线辐射器),布置安装方便,工作环境清洁。但电能是高价能源,而且火力发电的燃料利用效率不如直接燃烧产热,所以一般不宜采

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     用。  

    利用工业余热作为热源

    在高温下完成工业生产过程产生的产品和排出的废气、废渣和废液都有很高的温度。工业生产设备的冷却系统排放的冷却水或空气,温度也常常相当高。各种蒸汽机排出的乏蒸汽仍然含有大量的汽化热。这些余热通过适当的方法都可用于供暖。工业余热数量一般都很大,需要建造供暖管网才能把它分配给足够多的用户,投资相当大。因此应仔细考虑下列问题:怎样处理余热的产量与供暖负荷的不一致,是否影响原来的生产过程,排出物是否有毒或有腐蚀性,是否有经济效益等等。  

    利用地热作为热源

    地下水流近地壳下高温岩层时会被加热成为热水或蒸汽,经地壳的缝隙冒出地面,成为温泉或蒸汽泉。温泉和蒸汽泉都可用于供暖。人们还在研究通过钻井注水到热岩层,再汲出热水作为热媒以强化汲取地热的技术。  

    利用太阳能作为热源

    让热媒流过被太阳光照射的管道,就可使热煤加热。图2是根据这个原理制成的管板式太阳能热水器。太阳能热源几乎是用之不竭的,而且不污染环境。它的缺点是需要很大的日照面积才能收集到一幢房屋所需的供暖热量以及阴晴昼夜所得热量悬殊。太阳能收集器的造价高,占地大,在房屋高而密集的地区难于安排。为了保证阴天和夜间供暖必须建造大容量的蓄热设施或设置其他补充热源。

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    利用热泵作为热源


    热泵是可以从较低温度的物体吸取热量转送给较高温度物体的机械。图3是从低温大气吸取热量转送给处于较高温度的受暖房间的原理示意。压缩机开动后可以从室外的蒸发器吸入低温的工质蒸汽并把它加压成为高压高温的蒸汽。若压力足够高则其温度可以高于室内气温,工质蒸汽流入设在室内的冷凝器,就可向室内放热并成为高压下的冷凝液。冷凝液流过节流阀,因压力降低部分汽化成为低压下的低温湿蒸汽。若这时的压力足够低,则其温度可低于室外气温,当它流经室外的蒸发器时就可被大气加热成为低压下的饱和蒸汽。这样,每当工质完成一次流转,就会从室外大气吸取一定数量的热,并把这热量和它从压缩机得到的机械功的热当量一起送给受暖房间。室内得到的热量通常可超过压缩机所耗能量的二倍,所以热泵作为供暖热源在能量收支上看是合算的。热泵当然也可吸取低温河湖水体或工业排出物中所含热量,用以加热较高温度的供暖热媒。但是造价高而且要靠价昂的电能运转,供暖成本常高于传统的热源。现在热泵大多用在夏季兼负制冷任务的空气调节系统中。   [1]

    服务范围/供暖设备 编辑

    供暖设备按照服务范围分为局部的、集中的和区域的。

    局部供暖设备

    供暖热源设在受暖房间里的供暖设备。各种火炉、电炉、电热设备和燃气红外线辐射器都属于这一类。它们的优点是造价低廉以及房间冷热可由使用者按意愿调节。缺点是,除电热外,一氧化碳中毒及火灾的危险性较大,且室内清洁程度较差。  

    集中供暖设备

    由单一热源对很多房间的放热器给热的供暖设备。经热源加热后的热媒,通过供热管道流到各个放热器放热,然后又经回流管道流回热源重新加热。热媒在管道里只靠热膨胀、密度变小

    供暖设备供暖设备

     而受到浮力推动的,称为重力流转式的;热媒的流转主要靠水泵或扇风机推动的,称为机力流转式的。蒸汽从热源流到放热器是靠蒸汽产生时的压力;其凝结水流回热源的动力或是靠放热器和热源之间的高度差(重力回水),或是靠凝结水流出放热器时所受的剩余的蒸汽压力(余压回水),或是靠回水泵汲送(机力回水)。热媒管道中各段的断面尺寸是根据热媒流经该段时的阻力和分配到各该段的流动动力相平衡而决定的。集中式供暖设备有下列三种。

    ①集中式热风供暖设备。热风热源用于多个大房间供暖。

    ②集中式热水供暖设备。这是用水作为热媒的集中供暖设备。图4是机力流转式热水供暖系统的示意图。如果热水只流过一个供暖放热器就流回热源,则进入每个放热器时的水温基本相同,这种设备称为双管式热水供暖系统(图4左侧)。如果热水要顺序流过几个放热器才流回热源,则进入这串放热器里每个放热器的水温是逐个降低的,这种设备称为单管式热水供暖系统(图4右侧)。单管式系统的造价较低,但放热器不能单个地调节其放热量,而且处于一串放热器末尾的放热器会因进水温度太低而需要过多的放热面积。为完成分送热媒与回流热媒的任务,常用各种方式把单管式与双管式组合在一起。

    集中式热水供暖设备很容易按气候冷暖改变热水温度而保持流率不变;用它供暖,室温比较稳定,对医院、幼儿园、住宅之类房屋特别合宜。它的缺点是:供暖期中不能有较长时间的间断,否则会冻裂管道和放热器;在室内发生漏水时会损坏室内器物。这种设备用于高层楼房时必须沿高度分为几个独立的供暖系统,室内系统和室外管网也必须在水力上加以隔离,以免较低各层以及其他房屋里的管道和供暖放热器承受过大的静水压力。

    ③集中式蒸汽供暖设备。这是在热源把水加热成为蒸汽,经供汽管道把蒸汽分别送到各个放热器的供暖设备。蒸汽在其中放出汽化热并凝结成水,然后经回水管道汇集起来流回热源重新加热。供汽和回水各有专用管道的称为双管式系统。负荷很小的系统或个别管段,回水可利用供汽管流回,称为单管式系统或管段。单管式系统造价较低,但汽水流动相互干扰常会产生巨大的冲击噪声,所以较少采用。

    与热水供暖相比,蒸汽供暖的优点是:间断供暖时没有管道结冻的危险;高层楼房的底层管道等没有承压过大的问题。主要缺点是:放热器表面温度过高时会烫伤人;依靠断续供汽调节热量,因而室温波动较大。

    真空式蒸汽供暖设备是一种在回水总管上装置真空泵抽吸管道和放热器里的水和气体的蒸汽供暖设备。整个设备里保持负压,各部件必须严密不漏气。因为这一点难以长期保证,所以未能大量推广。
      

    区域供暖设备

    一个热源对很多幢房屋供暖而所要求的热媒参数并不相同时,或是供暖区域很大时,热源输出的热媒温度或压力通常高于所有用户要求的数值。这时在热媒进入室内系统前,必须设置改变热媒参数的设备;这种设备是一般的集中供暖系统所没有的。这样的供暖称为区域供暖,以区别于一般集中供暖。

    区域式供暖热源输出的是高压蒸汽或过热水──在高于大气压力下加热到 100℃以上的液态水。在房屋入口前设置表面式换热器是最安全的、通用的改变热媒参数的办法。在安全条件允许时,也可用减压阀降低蒸汽压力,或用混合器降低过热水的温度,或用蒸汽喷射泵加热室内系统的回水。

    供暖放热器/供暖设备 编辑

    装置在受暖房间里的热媒通道。它具有曲折延展的表面,使热媒流过它时便于把热量传给受暖的空间。它的构造和外形多种多样。传热系数是它的主要性能指标,其定义是:放热器里的热媒平均温度和受暖空间的气温相差一度时单位面积的放热率。对于同样的供暖任务,采用传热系数较高的放热器,则所需放热面积就较小,因而放热器的造价一般也就可少一些。金属热强度是另一个性能指标,其数值等于传热系数除以单位放热面积的重量。对于相同的供暖任务,采用金属热强度较高的放热器就可减少放热器所用的金属量。在选择放热器类型时除上述两个指标外还要考虑使用的具体要求,例如承压能力、抗腐蚀能力、放热方式、防火要求、清洁要求等。常用的放热器有:光面圆管放热器、圆翼型放热器、对片式铸铁放热器、钢串片式放热器。还有一些新型放热器。如山西省建筑设计院研制的铸铁针翼型管式放热器提高了传热系数;很多铸造厂采用清华大学研制的稀土铸铁作为原料,增强了承压能力;钢板压制放热器的金属热强度达到铸铁暖气片的二倍以上,铸铝暖气片外表光滑美观,但这两类放热器都不耐腐蚀,对水质要求严格且不得用于蒸汽供暖。

    一般的供暖放热器主要是靠对流方式放热的,增强其外表面的空气自然对流可以提高传热系数。对流放热占总放热量80%以上,称为对流式放热器。中国南京散热器厂生产的一种加围罩的钢串片散热器,所加围罩使对流放热加强,而辐射放热却因受到围罩的遮挡而减弱,就成了对流式放热器。对于翼片易损坏而且外形不美观的钢串片和针翼型管放热器,围罩不但可以提高放热器的传热系数,而且还可起保护与美化放热器的作用。

    暖风机是用扇风机把空气吹过放热器表面以增加其对流放热量的对流式放热器,通常用在较大的公用房间和工厂车间。
    对于供暖放热器的对流放热加以遏制,使其放热量中辐射放热占主要部分,就成了辐射式放热器。辐射板是辐射式放热器的主要类型。通常一切用热水或蒸汽管加热的平板式放热器都被称为辐射板。图5是吊在屋面板下的辐射板。由图可见,热媒管和被它们加热的辐射板上面覆盖着隔热层。被它们加热后的空气不能上升形成对流,所以它们主要靠辐射放热。如果辐射板的板面朝向上方或侧方,板面的空气对流不受阻挡,辐射板的对流放热便会成为主要的。因此,布置辐射板时,板面与水平的夹角不可大于45°。

    辐射放热具有透过空气不被吸收的特点,直到辐射落到能吸收它的物体上时才会被吸收并把物体加热。因此,用辐射式供暖放热器供暖的房间里,受到放热面辐照的物体和围护结构比空气先被加热,然后再由这些升温后的表面通过对流加热空气,房间里的空气温度低于受到辐照的物体表面。人们停留在受辐照的区域,即使空气温度低于通常的供暖标准,仍然可以感到温暖。这对于门窗频繁开启冷风大量渗入的房间,显然可以降低供暖所需要的热量,因而节省供暖热能。此外,多种红外线辐射器已大量应用于室外场所供暖。   

    供暖设备的热媒/供暖设备 编辑

    供暖设备所用的热媒通常是空气、蒸汽或热水。

    空气的比热小,密度也小。用它作为热媒时空气的容积流率很大,要有相当粗的管道,因此管道的造价和输送的能量消耗都较大。直接用受暖房间的空气作热媒,无须装设供暖放热器,而且可以同时进行通风(见通风设备)。这种热媒通常用于热源距受暖房间很近的情况。

    蒸汽冷凝时每公斤可放出两千多千焦的热能。它的流转几乎全靠自身的压力无需外加的电能或机械能,所以它是比较理想的热媒。其缺点是管道上的疏水器需要经常维修并且仍难免漏气;为了减轻管道内汽、水的冲击,水平管道必须布置成沿蒸汽流向下斜,不能随地形起伏,从而造价增加。用蒸汽作热媒输热距离不宜超过5公里。

    热水的比热和密度都比空气大很多。热水和蒸汽比,每公斤输送的热量比蒸汽少,但每立方米输送的热量比蒸汽多,所以供热管的尺寸较小。热水的流转水泵虽然消耗电能,但输送途中的热损失比蒸汽少;此外,热水的供水温度易于调节。因此,除间歇使用的房屋外,用热水作为供暖热媒较为普遍。

    工作制度和运行调节/供暖设备 编辑

    供暖设备的工作制度分为连续供暖和间歇供暖两类。前者在整个供暖季中保持热媒流转和不断加热;后者则在一昼夜中只在若干小时保持热媒的流转和加热。连续供暖,室温比较稳定。间歇供暖时可以有意识地在一些时间降低室温以节省燃料和人力。

    运行调节指的是按照供暖所需热量增减供给受暖房间热量。调节方法有:改变热媒的流量(量调节),改变热媒的温度(质调节),或同时改变热媒的流量和温度(综合调节)。调节可以是自动的,也可以是手动的。调节可在热源(集中调节)或在供暖入口(分片或分户调节),或在各个供暖放热器上(局部调节)进行。

    因为房间供暖所需的热量不只决定于外界温度,而且受各个房间的朝向和使用人的生活习惯影响,所以局部调节最能适合各个房间的具体要求。但局部调节有时不可靠,因而运行调节都以集中调节为主。

    集中的质调节是热水供暖最通用的调节方法,它可以保持较稳定的室温。但一般的蒸汽供暖设备无法采用集中的质调节,因为蒸汽温度的可调节幅度太窄。

    集中的质、量综合调节是为了节省水泵用电量而设计的一种调节方法。此法是利用改变水泵的工作台数实现流量的改变,从而避免了连续量调节时改变单台水泵流量的困难。应用这种量调节方法,流量随工作的水泵台数而发生阶梯形的变化,在每一阶段的流量是恒定的。这样可以在每一个流量不变的阶段里采用改变水温的质调节加以补充。质、量综合调节也可以是既改变每天的供暖小时数,也改变供水温度。

    节能/供暖设备 编辑

    提高房屋构造的保温性能可以减少房屋供暖所需的热能量。正确地选择供暖设备也对供暖节能很有意义。例如不经常使用的房屋采用蒸汽或热风供暖,冷风渗入量大的房屋采用辐射供暖等。重视热媒输送管道及其附件的维修,可以减少供暖管道的无益热耗。供暖设备的运行调节可以消灭供暖过热的浪费现象。利用工业余热作为供暖热源可以大量节约供暖能源。按照用热量分户收取供暖费,可以促进用户关心供暖节能,进行局部调节。

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2010-12-10
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    冶金生活设备

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