熱能、流體力學(xué)與采暖、生活熱水系統(tǒng)基礎(chǔ)

熱能、流體力學(xué)與采暖、生活熱水系統(tǒng)基礎(chǔ)熱能動力及流體力學(xué)基礎(chǔ)燃?xì)馊紵夹g(shù)基礎(chǔ)采暖系統(tǒng)基礎(chǔ)壁掛爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及零部件基礎(chǔ)電熱水器基礎(chǔ)1熱量和溫度能量與功率熱量的傳遞流體力學(xué)基礎(chǔ)熱能動力及流體力學(xué)基礎(chǔ)2溫度是一個用于度量一個物體或環(huán)境的物理單位，它是熱運動的指數(shù)；當(dāng)熱量減少時，溫度也隨之降低。熱量是由分子運動而產(chǎn)生的一種能量形式；熱量的計量單位是千卡（Kcal）或千瓦（kW），1千卡(1kcal)的定義為使1千克（或1升）的水溫度升高1攝氏度(從14.5℃到15.5℃)所需要的熱量。熱量和溫度3

所有的溫度標(biāo)定都建立在兩個不變的溫度定值上，然后根據(jù)一定的計量系統(tǒng)指定不同的溫度值。這兩個固定的溫度值是：

1、蒸餾水凝固（結(jié)冰）時的溫度作為下限。

2、蒸餾水沸騰（變水蒸氣）時的溫度作為上限。攝氏標(biāo)度（最常用）把兩個固定值（冰點—沸點）分別定值為0℃和100℃，然后在兩者之間平均劃分為100份。它的標(biāo)識是攝氏度（℃）。溫度標(biāo)度攝氏標(biāo)度水沸騰溫度100°水結(jié)冰溫度0°溫度標(biāo)度41千克油溫升1C°溫升2C°1千克水能量供應(yīng)=1Kcal

我們很容易發(fā)現(xiàn)：在相同的條件下提供等量的熱量（Q）時，不是所有的物體都被加熱到相同的溫度，因為每種物質(zhì)都有不同的“熱容量”，這一特性根據(jù)物體的性質(zhì)和質(zhì)量而改變。在質(zhì)量相等的條件下，熱容量大小僅僅跟物體的性質(zhì)有關(guān)；決定吸熱量大小的性質(zhì)稱為“比熱”。因此，我們把一個物體（固體、液體或氣體）的比熱（C）定義為：單位質(zhì)量的某種物質(zhì)，溫度升高1℃所吸收的熱量，單位為千卡/（千克×°C）

。比熱5其中：“Q”為提供的熱量“M”為物體質(zhì)量,單位Kg“C”為物體比熱“T2”為最終溫度“T1”為起始溫度物質(zhì)

鋼銅水蒸氣油空氣C(kcal/kg

°C)0.110.11.00.480.470.23公式:Q

=M

×

C

×(T2-T1)幾種常見物質(zhì)的比熱6什么是能量？

Q

=M×

C×

△T

其中，Q是提供的熱能，“M”是物體的質(zhì)量（例如，容器中的儲水量），“△T”是溫差（最終溫度-初始溫度），“C”是物體的比熱（水的比熱等于1）。

我們可以看以下例子：在1分鐘內(nèi)要使10升的水從15℃加熱到40℃需要多少熱量？M=10升（10kg)C=1(kcal/kg

°C)△T=40℃-15℃=25℃將這些數(shù)據(jù)放到上述公式中，我們可以得到：Q=10x1x25=

250kcal能量與功率7功率

可簡單理解為做功的速率，即單位時間內(nèi)所做的功的多少.功率= 能量

時間通常以千瓦(kW)作為單位，千瓦與千卡／小時的換算關(guān)系如下：1kW=860kcal/h如果熱水器在一分鐘內(nèi)把１０升水加熱溫升25°C.那它的輸出功率為多少：P=10(kg/min)x1(kcal/kg°C)x25(°C)

=250kcal/min實際上，如果把250千卡/分鐘乘以６０分鐘的話，即得到

以千卡/小時為單位的數(shù)值.250kcal/minutex60minutes=15,000kcal/h如果除以８６０的話，換算得到以千瓦為單位的數(shù)值P=15,000kcal/h/860=17.44kW

什么是功率?8容積200l“m”熱量供給“Q”讓我們來假設(shè)一種情況:一個容器內(nèi)盛有200L水,加熱兩個小時從15度加熱到60度.該情況下所需的供熱功率是多少?功率的確切意義容器1 Q=MxCx△T=200x1x(60-15)=

9000kcalP=Q

tP=9000kcal2hP=5.23kWP=4500kcal/h91.熱對流2.熱傳導(dǎo)3.熱輻射熱對流由中間介質(zhì)（流動的氣體或液體）來傳遞熱量,使熱量從高溫物體傳遞到低溫物體上的熱量傳遞方式。介質(zhì)流傳遞熱量熱量的傳遞10T1=20°CT2=5°Cs物質(zhì)本身或當(dāng)物質(zhì)與物質(zhì)接觸時，能量的傳遞就被稱為熱傳導(dǎo)，這是最普遍的一種熱傳遞方式。分子內(nèi)部的振動傳導(dǎo)熱量,使得能量從高溫一面?zhèn)鬟f到低溫一面.熱傳導(dǎo)或多或少取決于材料類型,實際應(yīng)用中,熱傳導(dǎo)在金屬中比較容易進行,特別是銀、銅和鋁等。熱傳導(dǎo)在非金屬介質(zhì)中比較難以進行，如石頭、磚塊、無機纖維、木頭和毛絨制品等。熱傳導(dǎo)11熱輻射指的是依靠射線輻射傳遞熱量，日常生活中最常見的就是太陽輻射。實際上，熱輻射時刻都在進行，熱源對周圍的物體進行著熱輻射，不需要介質(zhì)傳導(dǎo)。就象太陽將熱量傳遞給地球。這三種散熱方式都不是孤立的，在日常的熱量傳遞中，這三種散熱方式都是同時發(fā)生，共同起作用的。熱輻射12定義液體運動的三個基本因素是：壓力流量速度流量的定義是：在單位時間內(nèi)，垂直方向流過管子的截面S的液體（水）體積。速度的概念在機械學(xué)中廣為人知，它是指單位時間內(nèi)運動的距離，單位:m/s或km/h。水閉合區(qū)“S”流體力學(xué)基礎(chǔ)13壓力面積p=FSP1“F1”S1P2“F2”S2AB物體單位面積上受到的壓力叫做壓強。單位有：帕斯卡，巴，大氣壓及毫米水柱（mmH2O）等。壓強=壓強14kg/cm2帕斯卡Pa巴bar標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm兆帕Mpa毫米水柱mmH2O

kg/cm219.81x1040.9811.0339.81x10-2104帕斯卡Pa1.02x10-5110-50.987x10-510-61.02x10-1巴

bar1.0210511.0130.11.02x104標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm0.9681.013x1050.98710.10130.968x104兆帕Mpa10.21061010,1311.02x105毫米水柱mmH2O

10-498.19.81x10-41.033x10-49.81x10-51在日常實踐中,我們可以按如下計算:1atm=1bar=1000mbar1mbar=10mmH2O=100pa1Mpa=10bar壓強標(biāo)度15A)截面突然增大B)管徑縮小

C)90°彎頭

由磨擦造成的能量損失，通常在液體中稱為“流體能量損失”（字母符號Y），并且用米液柱或毫巴來表示。它主要受以下幾個因素的影響：●液體速度（V）；●容器壁的延伸情況，即它的截面積（R）；●容器壁的性質(zhì)和粗糙程度；●需考慮的管長；

以下的A、Ｂ、Ｃ三幅圖表示了上述幾種情況下液體流動的變化：

水流阻力16燃?xì)馊紵夹g(shù)基礎(chǔ)H2+1/2O2=H2OCO+1/2O2=CO2燃?xì)?NG/LPG/TG氧氣助燃:空氣點火CH4+2O2=CO2+2H2OC3H8+5O2=3CO2+4H2O燃?xì)馊紵?8過?？諝庀禂?shù)α=V1/V2V1:燃燒實際所需空氣量V2:燃燒理論所需空氣量α=1.3~1.8火焰顏色:蘭色不正常的:

黃焰

:α<1.3or

CmHn–碳?xì)浠衔?/p>

回火或有燃燒噪音:

α>1.8orH2/O2/CO/惰性氣體燃?xì)?NG/LPG/TG點火氧氣助燃:空氣燃?xì)馊紵?95R:低熱值:3500kCal/m3(14,5MJ/m3)成分:H2/CO+N2/inertgases雜質(zhì)：萘、焦油、灰塵等特性:

有毒性,

易回火,

低的燃燒熱值,

需要大管徑的燃?xì)夤??”)

大的煤氣表:13kW~3m3/h17kW~4m3/h

21kW~5m3/h煉焦廠鋼鐵工業(yè)人工氣(5R/6R/7R)20天然氣(12T/10T)12T:低熱值:8600KCal/m3(36MJ/m3)成分:CH4+N2/惰性氣體

空氣/LPG:40%LPG+60%空氣特性:

熱值穩(wěn)定,

噴嘴直徑大小:DTG>DNG>DLPG

空氣需求量:NTG<NNG<NLPG所需燃?xì)獗?17KW~2.5m3/h32KW~4m3/h21液化氣(LPG)2)需要大量的空氣混合燃燒,否則會出現(xiàn)黃焰20Y:低熱值:25000KCal/m3(100MJ/m3)成分:C3H8/C4H10

密度:2.36Kg/m3(氣態(tài))特性:

1)

在0.2~0.3MPa的壓力下易液化,象家用液化氣罐.22燃?xì)鈮毫?biāo)準(zhǔn)壓力:

人工氣:1000Pa(10mbar)

天然氣:2000Pa(20mbar)

液化氣:2800Pa(28mbar)適用范圍=標(biāo)準(zhǔn)壓力±500Pa(5mbar)壓力波動值≤實際氣壓*±5%壁掛爐進氣壓力檢測壁掛爐閥后壓力檢測23注意!!爆炸極限(%)TGNGLPG5.9~35.65~152~9COO224中國燃?xì)庑畔?5采暖系統(tǒng)基礎(chǔ)什么是采暖系統(tǒng)？用戶的舒適度熱源：如壁掛爐散熱體:

如散熱片水作為介質(zhì)來將熱量從供熱源傳遞到終端受熱體。27散熱片材質(zhì):鋼鋁鑄鐵傳統(tǒng)的散熱片60%

對流

40%

輻射現(xiàn)代的散熱片已經(jīng)在美觀和實用性上與現(xiàn)代家具完美結(jié)合，不會造成感官的不舒服?，F(xiàn)代散熱片(低溫采暖系統(tǒng))60%

輻射

40%

對流散熱片28風(fēng)機盤管是一種翅片管式熱交換器，通過風(fēng)機強制對流換熱。它之所以被廣泛使用，是因為它不但能夠滿足供暖的需求，還可以滿足制冷的需求，另外風(fēng)機盤管還能提供生活熱水和冷水。但風(fēng)機盤管熱對流的舒適度相對于散熱片和地暖來說要差很多！風(fēng)機盤管29地暖是所有采暖方式中最舒適、節(jié)能的方式。因為熱量分布均勻適中，熱量以輻射的方式從下往上散發(fā)，室內(nèi)空氣溫度上低下高，熱量分布合理，符合人體生理需求的垂直溫度梯度分布，使人有頭涼腳暖的舒適感覺。較低的室內(nèi)空氣溫度及始終的相對濕度，可有效避免皮膚和呼吸道干燥，營造出溫暖、舒適、健康的生活環(huán)境，同時能量消耗少，運行成本低。體溫地暖溫度地暖方式散熱片方式地暖風(fēng)機盤管方式30地暖系統(tǒng)是由熱源（如壁掛爐）、集分水器、各種閥、泵、控制裝置和采暖管等組成的。采暖管使用鋼管、銅管或塑料管。目前塑料管是最普遍的方式。熱反射層表面覆蓋金屬支撐網(wǎng)水泥層傳統(tǒng)刮板地暖管壁腳板墻體保溫保溫板地面采暖結(jié)構(gòu)圖墻體保溫地板材料地暖管保溫卡件保溫層間距地暖系統(tǒng)水泥層31采暖系統(tǒng)舒適度節(jié)能家具影響空氣調(diào)節(jié)的多功能性傳統(tǒng)散熱片???無現(xiàn)代散熱片—低溫采暖系統(tǒng)????????無風(fēng)機盤管???????地暖系統(tǒng)???????????????注意：對于獨立分隔的用戶，空調(diào)采暖系統(tǒng)比風(fēng)機盤管采暖系統(tǒng)的舒適性更差。采暖系統(tǒng)比較32系統(tǒng)中水流的最大速度應(yīng)當(dāng)是2m/s，高于這個速度會產(chǎn)生噪音，而且水流能量損失也大大增加，下表中列出了水速為0.5~1m/s時，適配的管子管徑大小，以及它能夠達(dá)到的每小時輸熱量：

采暖系統(tǒng)中最大的水流速度直徑332331同程式循環(huán)系統(tǒng)1:

燃?xì)馐奖趻鞝t2:

水平同軸/雙管煙氣管3:

落地式風(fēng)機盤管/散熱器34異程式循環(huán)系統(tǒng)：它也能運用在前例中，它能使不同的回路之間保證最佳的水力平衡(如圖所示)異程式循環(huán)系統(tǒng)35

模塊化系統(tǒng)由在同一個平面上供暖系統(tǒng)連接體等組成，連接體上連接有一定數(shù)量通到各個供暖系統(tǒng)的供暖管。在不同的樓層有不同數(shù)量的供暖系統(tǒng)，所有系統(tǒng)都是通過供暖連接體向各個方向分支。.每個獨立系統(tǒng)的沿程阻力很小，且容易安裝，我們只需要將風(fēng)機盤管/散熱器與此分配器連接起來即可。模塊化分配系統(tǒng)36壁掛爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及零部件基礎(chǔ)壁掛爐兩個功能:

房間采暖

+熱水供應(yīng)兩個設(shè)備合二為一:供熱源(采暖爐)

+

快速式熱水器38A

供暖系統(tǒng)供水B

生活用水熱水出水C

燃?xì)饨涌贒

生活用水冷水進水E

供暖系統(tǒng)回水GENUSPREMIUN冷凝壁掛爐系統(tǒng)水力圖39自來水進口GENUS壁掛爐系統(tǒng)水力圖40GENUS壁掛爐水力組件膨脹水箱供熱回水NTC2主進水管自動排氣閥水泵3bar安全閥三通閥主出水管二次換熱器自動旁通供暖進水NTC2過熱溫控主熱交換器生活用水出水NTC供暖壓力傳感器\

41NTCb火排膨脹水箱水罐加熱盤管氣閥三通驅(qū)動馬達(dá)循環(huán)泵壁掛金剛系統(tǒng)示意圖42風(fēng)壓開關(guān)火排氣閥三通切換馬達(dá)燃?xì)饨涌诠┡到y(tǒng)回水加熱盤管回水加熱盤管進水供暖出水膨脹水箱排煙系統(tǒng)水泵超高溫保護溫感(105°C)供暖出水溫感(85°C)水罐溫感(40-70°C)組合金剛系統(tǒng)示意圖43熱交換器生活用水進水供暖系統(tǒng)回水供暖系統(tǒng)出水生活用水出水單熱交換器壁掛爐系統(tǒng)示意圖44轉(zhuǎn)子電機Diffuser外殼+離心泵的性能參數(shù)主要有以下5個：落差流量轉(zhuǎn)數(shù)功率效率落差“H”是泵移動一定量的水時所能克服的高度差或阻力（力量損失），計量單位是米水（m.c.a）。流量“q”是單位時間內(nèi)泵能夠移動的水量，計量單位m3/h。轉(zhuǎn)數(shù)“n”表示渦輪每分鐘轉(zhuǎn)動的次數(shù)。功率“Pu”是指泵的有效功率，通過流量乘以落差來獲得。效率“η”是有效功率（Pu）和輸入功率（Pa）之間的關(guān)系。離心泵45H(m.H2O)q(m3/h)H1H2H3q1q3q2水泵性能曲線性能曲線對于離心泵來說，它的兩個性能參數(shù)“落差和流量”是密切聯(lián)系的，其中一個改變，另一個也隨之發(fā)生變化。實際上，每一個流量值“q”都有一個落差值“H”與之相對應(yīng)，我們可以通過圖表曲線表現(xiàn)這種對應(yīng)關(guān)系，如下：離心泵46q(m3/h)HLqL實際工作點泵的性能曲線管路性能曲線

H(m.H2O)

實際工作點

通過前面的講解，我們已經(jīng)了解到由于管徑縮小，散熱器和閥體等物的存在，系統(tǒng)中會有阻力，這就必然導(dǎo)致水流速度及流量的降低；為了克服這些阻力，我們的離心泵需要具有一定的性能來補充這些能量損失。克服這些能量損失所需的落差大小可根據(jù)下圖所示的“管路性能曲線”來定”。圖表上泵的性能曲線與管路性能曲線的交點就是“實際工作點”。離心泵47

當(dāng)系統(tǒng)中裝入了一個泵之后，對泵必須保證永遠(yuǎn)有水循環(huán)（例如安裝了區(qū)域閥或溫控閥時）。當(dāng)這一點得不到保證時，可能會產(chǎn)生熱水爐內(nèi)部的過熱現(xiàn)象。正因為這樣，循環(huán)系統(tǒng)中還加裝了一個旁通閥。如今，幾乎所有的壁掛爐都串聯(lián)有這個裝置，以保證防止過熱必需的最小流量，因此無需安裝人員考慮加裝到系統(tǒng)中。

By-pass

(byGenusBoiler)旁通48系統(tǒng)關(guān)系統(tǒng)開鍋爐連接口水氮氣或空氣膨脹水箱進口和控制閥橡皮膜水封閉式膨脹水箱最常用的一種是帶橡皮膜的，其作用如下：容納水的體積膨脹部分在任何運行條件下保持系統(tǒng)壓力適當(dāng)加壓以平衡系統(tǒng)內(nèi)的流體靜壓

封閉式膨脹水箱的主要工作原理是當(dāng)水在加熱過程中體積發(fā)生變化時，相應(yīng)地壓縮或釋放氣囊。膨脹水箱氣體水49帶密封膨脹水箱的所有系統(tǒng)必須安裝安全閥安全閥的額定壓力必須大于系統(tǒng)的操作壓力安全閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)的在膨脹水箱損壞或者膨脹水箱缺水的情況下保護系統(tǒng)免遭損壞當(dāng)膨脹水箱由于損壞或者不能充分吸收供暖系統(tǒng)中由于水溫上升而引起的水的膨脹體積時，安全閥的閥門打開，釋放供暖系統(tǒng)中膨脹的水，從而泄壓所有阿里斯頓壁掛爐都配有一個安全閥。一般校準(zhǔn)到2.5bar安全閥50排氣閥離心泵自動排氣閥作為一個閥門，主要的作用是釋放出供暖系統(tǒng)中的存在的氣體，但保證系統(tǒng)中的水不向外泄漏。自動放氣閥一般安裝在系統(tǒng)的最高點或分水器上，在壁掛爐或家庭供暖系統(tǒng)上，排氣閥一般安裝在循環(huán)泵上。所有ARISTON壁掛爐都配有一個排氣閥自動排氣閥51主熱交換器GENUS系列主熱交換器示意圖晶藍(lán)套管式熱交換器52HEATEXCHANGER主換出來的熱水進入A,通過熱交換從B流出,生活用水由C流入被加熱后從D流出,用于終端熱水使用..

次熱交換器531

氣閥出氣2

閥后壓檢測口3

最大功率調(diào)節(jié)螺母4

閥前氣壓檢測口5

進氣管6

點火器7

最小功率調(diào)節(jié)旋鈕8

燃?xì)庋a償口12437856氣閥組件SIT845氣閥(用于GENUS壁掛爐)燃燒組件(用于GENUS壁掛爐)54燃燒工況分析口“+“壓力進氣口“-“壓力進氣口“霍爾”傳感器風(fēng)機系統(tǒng)(用于GENUS壁掛爐)55同軸排煙系統(tǒng)雙管排煙系統(tǒng)排煙系統(tǒng)壁掛爐有兩種排煙系統(tǒng)可供選擇:1)同軸煙管系統(tǒng)(60/100mm);2)雙管系統(tǒng)(80/80mm).56同軸60/100或80/125

雙管80/80

煙管的走向57電熱水器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征保溫層內(nèi)膽鎂棒4)電加熱棒5)溫度控制6)溫感123456鈦金搪瓷涂層鈦金搪瓷涂層是由搪瓷高溫下均勻涂在內(nèi)膽表面.(平均厚度::250微米).在850℃高溫保證搪瓷牢固完好的涂在內(nèi)膽表面加熱棒阿里斯頓墊圈溫控單元工作原理圖溫控器312氧氣分子的溶解(O2)水分子

(H2O)鐵原子(內(nèi)膽的主要構(gòu)成元素)氧化物(銹),被腐蝕的鎂棒保護鎂棒保護12鎂原子(鎂棒的組成元素)

氧化鎂MgO鎂棒保護起隔離冷