热水及燃气供应

第7章热水及燃气供应

7.1 热水供应系统的介绍

7.1.1 热水供应系统的分类

7.1.2 热水供应系统的组成

7.1.3 热水系统对设备和材料的要求

7.1.4 热水供应方式

7.2 加热方式和加热设备

7.2.1 直接加热方式及设备

7.2.2 间接加热方式及设备

7.2.3 加热设备的选择和布置

7.3 热水系统的计算

7.3.1 热水量

7.3.2 耗热量计算

7.3.3 热媒耗量计算

7.3.4 贮存设备容积计算

7.3.5 热水管网的计算

7.4 燃气工程

7.4.1 燃气介绍

7.4.2 城市煤气管道介绍

7.4.3 建筑燃气供应系统

7.4.4 燃气表与燃气用具

7.3.5 民用燃气器具的烟气排除

7.1.1 热水供应系统的分类

热水供应系统按供水范围的大小可分为局部热水供应系统、集中热水供应系统和区域热水供应系统。

1、局部热水供应系统

特点：供水范围小，热水分散制备，配水点较少，且和热源较近，热水管路短，热损失小。

适用：使用要求不高，用水点少且分散的建筑。热源：宜采用蒸汽、煤气、炉灶余热或太阳能等。

2、集中热水供应系统

3、区域性热水供应系统

特点：集中加热冷水，通过室内热水管网供各热水点使用，供水范围比集中热水供应系统还要大的多。

适用：要求热水供应的建筑甚多且较集中的城镇住宅区和大型企业。

热源：同上。

7.1.2 热水供应系统的组成

第一循环系统、第二循环系统、附件。

1、热媒系统（第一循环系统）

组成：热源、水加热器、热媒管网

工作过程：锅炉产生的蒸汽通过热媒管网送到水加热器加热冷水，经过热交换，蒸汽变成冷凝水，靠余压再送到冷凝水池，冷凝水和新补充的软化水经冷凝循环泵再送回锅炉加热为蒸汽。

2、热水供水系统（第二循环系统）

组成：热水配水管网和回水管网组成。

工作过程：被加热到一定温度的热水，从水加热器中出来经配水管网送至各个热水配水点，而水加热中的冷水由屋顶的水箱或给水管网补给。

1、自动温度调节装置

作用：控制水加热器出口水温。安装部位：水加热器上部或出口处。

2、减压阀

作用：调节蒸汽热媒的压力，保证水加热器安全工作。

安装部位：水加热器的蒸汽进口管。

3、疏水器

作用：保证蒸汽凝结水及时排放，防止蒸汽漏失。

安装部位：热媒循环管网的冷凝水管上。

4、自然补偿管道和伸缩器

作用：对管道受热伸长量进行补偿，避免管道因承受应力而导致弯曲和破裂。

安装部位：长直管段上。

5、自动排气阀

作用：排除上行下给热水管网中汽化产生的气体，保证热水畅通。

安装部位：管网的最高点。

7.1.3 热水系统对设备和材料的要求

1. 防腐蚀：镀锌钢管易腐蚀；铜管造价较高；塑料管材。

2. 热胀冷缩：在热水系统中必须进行补偿，以免损伤管道设备。

3. 热水管网的敷设：明装或暗装。为避免管道伸缩应力破坏管网，立管与横管相连应采用乙字弯管。热水管道在穿楼板、基础和墙壁处应设套管，让其自由伸缩。

4. 保温：常用的保温材料有泡沫混凝土、膨胀珍珠岩、硅藻土。

5. 防结垢：除垢器，除垢剂。

7.1.4 热水供应方式

1、供应范围（a）局部热水供应（b）集中供应（c）区域供应

2、工作原理（a）自然循环（b）机械循环

3、循环动力（a）全循环（b）半循环（c）不循环

4、系统是否敞开（a）开式热水供应（b）闭式热水供应

5、加热方式（a）直接加热（一次换热）（b）间接（二次）

6、配水管路布置方式（a）同程式（b）异程式

7、循环方式（a）定时循环（b）全天循环

2（a）自然循环的热水供应系统：

特点：利用自然循环水头使热水在管路中循环流动

条件：自然循环水头＞循环水头损失

P1= h1γ2+ h γ1+ h 2γ1

P2= h1γ2+ h γ2+ h 2γ1

△P= P2-P1= h（γ2- γ1）

△P：自然循环水头

2（b）机械循环的热水供应系统：

特点：利用水泵提供压力使热水在管路中循环流动条件：自然循环水头＜循环水头损失

特点：指热水干管、立管及支管均能保持热水的循环，各配水龙头随时打开都能提供符合设计水温要求的热水。

适用：高标准建筑，如高级宾馆、饭店、高级住宅等。

3（b）半循环供水方式：

立管循环供水方式：热水干管和立管均能保持热水的循环。

适用：供水的高层建筑中。

干管循环供水方式：仅保持热水干管的热水循环。

适用：多用于定时供应热水的建筑中。

3（c）不循环供水方式：

适用：适用于热水供应系统较小，使用要求不高的定时供应系统，如：公共浴室、洗衣房等。特点：没有循环管道。

特点：在管网顶部设水箱，管网与大气相通，系统水压决定于水箱的设置高度，而不受室外给水管网的水压的波动影响。

适用：室外水压变化较大，且用户要求水压稳定时采用。

注意：该方式必须设置高位冷水箱和膨胀管。

4（b）闭式供水方式：

特点：在热水配水系统中各配水点关闭后，整个系统与大气隔绝，形成一个密闭的系统。冷水直接进入加热器，管路简单，水质不易受污染，但供水水压稳定性差，安全可靠性差。

适用：屋顶不设水箱且对供水压力要求不太严格的建筑采用。

5（a）直接加热（一次换热）供水方式：

特点：热水锅炉将冷水直接加热到所需的温度，或将蒸汽直接通过冷水混合制备热水。前者热效率高，节能；后者设备简单热效率高，不需凝水管，但噪音高，运行费用高。

适用：适用于具有合格的蒸汽热媒，且对噪音无严格要求的公共浴室，洗衣房、工矿企业等。

5（b）间接加热（二次换热）供水方式：

特点：将热媒通过水加热器把热量传递给冷却水达到加热冷水的目的，在加热过程中热媒和冷水不接触。该方式冷凝水可重复使用，运行费用低，不产生噪音，供水稳定。

适用：适用于要求供水稳定、安全、噪音要求低的旅馆、住宅、医院、办公楼等建筑。

6（a）同程式（b）异程式：

同程式：在热水循环系统中每一个循环环路的长度均相等，所有环路的水头损失均相同。

异程式：在热水循环系统中每一个循环环路的长度各不相同，所有环路的水头损失也各不相同。

7.2.1 直接加热方式及设备

（1）直接加热

直接把冷水加热或以蒸汽为热媒与冷水直接混合；热效率高。

（2）常用的直接加热设备

1、小型锅炉

2、汽水混合加热器

3、太阳能热水器

4、家用型热水器

7.2.2 间接加热方式及设备

（1）间接加热

热媒（蒸汽或过热水）通过加热设备内部的热交换面将热量传递给需加热的冷水；热效率较低。

（2）常用的间接接加热设备

1、容积式水加热器

2、半容积式水加热器

3、快速式水加热器

4、半即热式水加热器

5、加热水箱和热水贮水箱

1、小型锅炉

根据燃料分为：燃煤、燃油、燃气；根据外形分为：立式、卧式

优点：1）设备简单，占地小，效率高；2）稳定，水温波动小。

缺点：1）锅炉易结垢；2）加热速度慢。

2、汽水混合加热器

原理：将清洁的蒸汽通过喷射器喷入贮水箱的冷水中、使水汽充分混合而加热水，蒸汽在水中凝结成热水，优点：热效率高，设备简单、紧凑，造价较低。

缺点：喷射器有噪音，需设法隔除。

3、太阳能热水器：

4. 家用型热水器

在无集中热水供应系统的居住建筑中，可以设置家用热水器来供应洗浴热水。

现有燃气热水器及电力热水器等，燃气热水器已广泛应用，唯在通气不足的情况，容易发生使用者中毒或窒息的危险，因此禁止将其安装在浴室、卫生间等处，必须设置在通风良好处。

优点：1）效果稳定，水温波动小；2）既可加热，又可贮热；3）设置地点不受限。

缺点：1）加热速度慢；2）容积利用率低；3）占地面积大；4）热效率较低。

适用：宾馆、医院等要求水温稳定的建筑。

2、半容积式水加热器

是带有适量贮存和调节容积的内藏式容积式水加热器。

优点：体积小、加热快、热交换充分、供水温度稳定、节水节能

缺点：但由于内循环泵不间断地运行，需要有极高的质量保证。

3、快速式水加热器

优点：1）加热速度快；2）占地面积小。

缺点：1）流速大，噪音高；2）水头损失大；3）不能贮水，水温有波动；4）热效率较低。适用：生产车间和工业企业生活间。

具有超前控制，具有少量贮存容积的快速式水加热器。

优点：半即热式水加热器具有快速加热被加热水，浮动盘管自动除垢的优点，其热水出水温度一般能控制在62.2℃内，且体积小，节约占地面积。

适用：各种不同负荷需求的机械循环热水供应系统。

5、加热水箱和热水贮水箱

加热水箱：在水箱中安装蒸汽多孔管或蒸汽喷射器，可构成直接加热水箱；在水箱中安装排管或盘管即构成间接加热水箱。

热水贮水箱（罐）：以调节水量，稳定出水温度。

优点：1）设备简单，成本低，热效率高；2）既可加热又可贮热

缺点：1）设置地点受限；2）对蒸汽品质有要求。

7.2.3 加热设备的选择和布置

(1) 当采用自备热源时，宜采用直接加热直接供应热水的燃油、燃气热水机组，并可采用间接加热间接供应热水的自带换热器的机组或外配容积式、半容积式水加热器的热水机组。

(2) 当采用蒸汽或高温水为热源时，有条件时尽可能利用工业余热、废热、地热。

(3) 当无蒸汽、高温水等热源且无条件利用燃气，燃油等燃料时，电力充沛的地区可采用电热水器。

7.3.1 热水量

热水供应系统的小时热水用水量精确计算，应根据建筑物的日热水量小时变化曲线确定。

在缺少日热水量小时变化曲线的资料时，可按下列方法计算。

1. 根据热水的使用单位数及其用水定额来确定

适用范围：住宅（人口数≥5）、医院、疗养院、宾馆等建筑。

Q r = K h （mq r/T）

Q r：设计热水用量；L/h；

K h：热水的时变化系数；

m：用水单位数，人；

q r：热水定额，L/人，d；

T：一天内热水供应时间，h。

2.根据使用热水的卫生器具及用水定额来确定：

适用范围：住宅（人口数≤4）、工业企业生活间、公共浴室、影剧院、体育馆

Q r=∑nq h b

Q r：设计小时用水量，L/h；

q h：卫生器具1次或1小时热水用量，L/h；

n：同类卫生器具数量；

b：同时使用百分数。

7.3.2 耗热量计算

集中热水供应系统的设计小时耗热量按下式计算：

Q = C B（T r-T l）Q r

Q：设计小时耗热量，kJ/h；

Q r：设计小时热水量，L/h；

C b：水的比热，C b=4.19kJ/kg ·℃

T r，T l：热、冷水的温度。

7.3.3 热媒耗量计算

1、采用蒸汽直接加热：

G m =（1.1～1.2）Q/（i m-i r）

G m：蒸汽耗量，kg/h;

1.1～1.2：热媒系统的热损失系数；

Q：设计小时耗热量，kJ/h；

i m: 蒸汽热焓，kJ/kg；

i r：蒸汽与冷水混合后的热焓，i r＝C b×T r，kJ/kg。

２、采用蒸汽间接加热：

G m =（1.1～1.2）Q/r h（r h为蒸汽的汽化热）

3、采用热水间接加热：

G m =（1.1～1.2）Q/ C b（T mc-T mz）

7.3.4 贮存设备容积计算

贮水容积按下式计算确定：

V＝T · Q/ 60 (T r-T l)C b ·

式中：V－贮水器的贮水容积，L；

T－查表7-6，min；

此外，容积式水加热器或加热水箱当冷水从下部进入，热水从上部送出，其计算容积应附加20％—25％。

7.3.5 热水管网计算

1. 无循环管的热水管网计算

这种热水管网只有热水的配水管网，其计算方法与给水管网计算相同，但由于热水的重度比冷水小、热水管较易结水垢，管道的管径及水头损失计算应使用热水管道水力计算表；局部水头损失可按沿程损失的20％～30％计算，管内水流速度不宜大于1.2m／s，流速过高易引起噪音。

2. 有循环管的热水管的计算

这种热水管网有配水管也有循环管或称回水管，管网形成环式管网，一般用于较大型的建筑的集中热水供应系统中，供水系统复杂，供水管线较长，使计算复杂。

7.4.1 燃气介绍

燃气又称煤气，一般有人工煤气、天然气及液化石油气三大类。

?人工煤气包括以煤炭为原料的煤气及以石油为原料的油制气。其主要成份为氢、一氧化碳

及甲烷(CH4)。煤制气的热值较低，均低于20000kJ/m3，热裂化油制气热值为38000kJ/m3。

?天然气的主要成份为甲烷。热值比人工煤气高，一般为40000～50000kJ／m3。

?液化石油气的主要成份为多种碳氢化合物，热值最高，一般在110000～120000kJ／m3范围内。

7.4.2 城市煤气管道介绍

煤气管道的输送压力(P)分为以下五个级别

7.4.3 建筑燃气供应系统

建筑燃气供应系统一般有用户引入管、水平干管、立管、用户支管、燃气计量表、用具连接管和燃气用具组成。

7.4.4 燃气表与燃气器具

1. 燃气表

2. 燃气灶

3. 燃气热水器

根据排气方式可分为直接排气式热水器、烟道排气式热水器和平衡式热水器三类。

7.4.5 民用燃气器具的烟气排除

1、通风排气方式：

●机械通风：在使用燃气用具的房间安装诸如抽油烟机、排风扇等设备来通风换气

●自然通风：利用室内外空气温度差所造成的热压来通风换气

2、安装燃气用具的房间，当燃气燃烧时生成的烟气量较多，而房间内的通风情况有不佳时，应安装烟道，它既可以排出燃气的燃烧产物，又可以在产生不完全燃烧和漏气情况下，排除可燃气体，防止中毒或爆炸，以提高燃气用具的安全性。

根据连接燃气用具的数量，烟道可分为单独烟道和共用烟道。