暖通空调习题集和答案要点.pdf
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1、第五章建筑供暖 5-1 对室内供暖常用方式进行分类,并分析各自的特点。 【答】 集中供暖与分散供暖:集中供暖方式是由单独设置的热源集中配置热媒,通 过管道向各个房间或各个建筑物供给热量。而分散供暖方式是将热源、热媒输配和散热设备 构成独立系统或装置,向单个房间或局部区域就地供暖。全面供暖与局部供暖:全面供 暖是使整个供暖房间维持一定温度要求;局部供暖使室内局部区域或局部工作地点保持一定 温度。连续供暖与间歇供暖:连续供暖使得全天使用的建筑物的室内温度全天均达到设 计温度;而间歇供暖仅使非全天使用的建筑物在使用时间内的室内平均温度达到设计温度, 而在其他时间自然降温。值班供暖:在非工作时间或中断
2、使用的时间内,使建筑物保持 最低室温要求的供暖方式。 5-2 供暖系统有哪些形式?并对其进行比较。 【答】见表5-1 表 5-1 供暖系统对比表 分类方 式 系统形式特点 热媒种 类 热水供暖系 统 高温水供暖(水温100)和低温水供暖(水温100) 。热能利用率高、节 省燃料、热稳定性好、供暖半径大、卫生、安全。相同的供热量下所需供热设 备较多, 管道系统的管径较大,造价高, 且热媒流量大, 输送热媒消耗电能多。 民用建筑和公共建筑的主要采暖形式。 蒸汽供暖系 统 应用范围广、热媒温度高、所需散热面积小。缺点:由于散热器表面温度高, 容易使其表面有机灰尘烤焦产生异味,卫生条件较差,且易烫伤,
3、 影响安全使 用。可用于供热以工艺用蒸汽为主的厂区。 热风供暖系 统 升温快、设备简单、投资较少。缺点:风机设备和气流噪声较大,通常用于耗 热量大、 所需供热面积较大、 定时使用的大型公共建筑或有特殊要求的工业厂 房中。 散热方 式 对流供暖利用对流换热器或以对流换热为主向房间散发热量。 辐射供暖利用受热面积释放的热射线,将热量直接投射到室内物体和人体表面。 5-3 对散热器进行经济技术评价主要考虑哪些指标或参数?列表对比分析铸铁和钢制 散热器的性能。 【答】散热器性能评价指标是多方面的,主要有: 热工性能:主要指传热系数,传热系数越高,其热工性能越好。 经济指标:主要考虑有单位散热量的成本越
4、低,安装费用越低,使用寿命越长,其 经济性越好;同样材质的金属热强度越高,其经济性越好。 安装使用和工艺方面的指标:机械强度和承压能力;尺寸应较小,占地少;安装和 使用过程不易破损;制造工艺简单,适于批量生产。 卫生和美观方面的评价指标:表面应光滑,易于清除灰尘;外形应美观,与房间装 饰协调。 铸铁散热器与钢铁散热器性能比较见表4.2 表 5.2 铸铁散热器与钢铁散热器性能比较表 评价指 标 散热器 热工性能经济指标 安装 使 用和 工 艺 方 面的指标 卫生和美观方面的评 价指标 铸铁散热 器 热稳定性好, 水容 量大;铸铁柱型散 热 器 传 热 系 数 较 大,单片散热量小 防腐性能好,使
5、 用寿命长,价格 便宜 金属热强度低 结构简单; 金属耗量 大,笨重;有些产品 档次不高, 生产工艺 简陋,造成环境污染 严重。 铸铁柱型散热器外形 美观,积灰较易清除; 铸铁翼型散热器外形 不美观,肋间较易积 灰不易清除。 钢制散热 器 有 些 类 型 散 热 器 水容量较少, 热稳 定性差 容易腐蚀,使用 寿命短, 制造工艺先进, 适于 工业化生产; 金属耗 量少,耐压强度高, 占地少,便于布置 外形美观整洁,易实 现产品多样化系列 化,适应于各种建筑 物对散热器的多功能 要求。 5-4 散热器传热系数受哪些因素影响,并说明为什么要对其进行修正? 【答】 散热器的传热系数主要取决于散热器外
6、表面空气侧的放热系数,而在自然对流情 况下, 放热系数又主要与传热温差有关。另外,还会受到通过散热器的热水流量、散热器的 片数、 散热器的安装方式、热媒种类和参数、室内空气温度和流速等因素的影响。而实验方 法确定的传热系数是在特定的情况下测定的,故在实际情况不同时需要对其进行修正。主要 考虑的修正有散热器组装片数修正、散热器连接形式修正系、散热器安装形式,从相关表中 查到各项修正系数值,将传热系数除之皆可修正。 5-5 图 5.1 中为同一组散热器,当进出水温度和室内温度相同,而接管方式不同时,试 比 较 其 传 热 系 数 的 大小。 【答】 散热器连接方式不同时其外表面温度分 布不同,其传
7、热量也不同。下进上出时水流总趋势与水在散热器中冷却后的重力作用相反, 而使散热器性能变差,传热系数变小。 对与图 5?中散热器的传热系数大小关系为( a) (c)(b) 。 5-6 散热器的布置与安装要考虑哪些问题? 【答】 考虑散热效果问题。房间有外窗时,最好每个外窗下设置一组散热器,以便 于散热器上升的热气流能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流和冷辐射影响,同时也可迅速加 热从窗缝隙渗入的冷空气。楼梯间布置散热器时, 考虑到因热流上升上部空气温度比下部高, 应尽量把散热器布置在底层或按一定比例分布在下部各层。考虑管道布置问题。应避免 户内管路穿过阳台门和进户门,应尽量减少管路的安装。考虑散热器
8、防护问题。为防止 冻裂散热器, 两道外门之间不能设置散热器。在其他有冻结危险的场所,其散热器应设单独 的立、支管供热,且不得装设调节阀。托儿所、幼儿园散热器应暗装或加防护罩,以防烫伤 儿童。散热器应明装,简单布置,内部装修要求高可采用暗装。散热器安装应保证底部 距地面不小于60mm,通常取为150mm,顶部距窗台板不小于50mm,背部与墙面净距不小 于 25mm。 5-9 已知两并联管段的阻力数为12 32 Pa/ (m /h)、30 32 Pa/ (m /h),则该并联管段的总阻 力为多少? 图 5-1 题 5-5 图 (b) (c)( a) 【 解】并 联管 段 的阻 力 数 计 算公 式
9、 为: 12 111 b SSS , 计 算 得 总 阻力 数为 4.5 32 Pa/ (m /h) 。 5-10 与对流供暖系统相比辐射供暖有什么优点?适宜用在哪些场合? 【答】 由于有辐射强度和温度的双重作用,造成真正符合人体散热要求的热状态, 具有最佳舒适感。利用与建筑结构相符合的辐射供暖系统,不需要在室内布置散热器, 也不必安装连接水平散热器的水平支管,不占建筑面积,也便于布置家具。室内沿高度 方向上的温度分布比较均匀,温度梯度较小,无效热损失可大大减小。由于提高了室内 表面的温度,减少了四周表面对人体的冷辐射,提高了舒适感。不会导致室内空气的急 剧流动,从而减少了尘埃飞扬的可能,有利
10、于改善卫生条件。由于辐射供暖系统将热量 直接投射到人体,在建立同样舒适感的前提下,室内设计温度可以比对流供暖时降低23 (高温伏设施可降低510) ,从而可以降低供暖能耗10%20%。 辐射供暖系统还可在 夏季用作辐射供冷, 其辐射表面兼作夏季降温的供冷表面。辐射采暖可用于住宅和公共建筑。 地面辐射采暖可用于热负荷大、散热器布置不便的住宅以及公共建筑的入口大厅,希望温度 较高的幼儿园、 托儿所, 希望脚底有温暖感的游泳池边的地面,需解决局部玻璃幕墙建筑周 边区域布置散热器有困难等处。还广泛用于高大空间的厂房、场馆和对洁净度有特殊要求的 场合,如精密装配车间等。 5-11 试分析哪些因素促使辐射
11、采暖降低了采暖热负荷。辐射采暖热负荷应如何确定? 【答】设计辐射采暖时相对于对流采暖时规定的房间平均温度可低13,这一特点不 仅使人体对流放热量增加,增加人体的舒适感,与对流采暖相比,室内设计温度的降低,使 辐射采暖设计热负荷减少;房间上部温度增幅的降低,使上部围护结构传热温差减少,导致 实际热负荷减少; 采暖室内温度的降低,使冷风渗透和外门冷风侵入等室内外通风换气的耗 热量减少。总之,上述多种因素的综合作用使辐射采暖可降低采暖热负荷。 全面辐射采暖的热负荷的确定按正常计算出的热负荷乘以修正系数,中、高温辐射系 统取 0.80.9,低温辐射系统取0.90.95;或将室内计算温度取值降低26,低
12、温辐射供暖 系统取下限, 高温辐射供暖系统宜采用上限数值。大空间内局部区域辐射采暖的热负荷可按 整个房间全面辐射采暖的热负荷乘以该区域面积与所在房间面积的比值相应的附加系数。 5-12 某一房间采用地板辐射采暖,房间热负荷为2000W,地板面积为50 m 2,室内温 度要求 20。已知加热管覆盖层为:60 mm 豆石混凝土, 20 mm 水泥砂浆找平层,其平均 导热系数 =1.2 W/m K() ,初步确定加热管为间距为200 mm。若地板表面温度取26, 则加热管热水平均温度为多少? 【解】单位面积地板散热量为: 2 2 2000W 40 W/m 50m Q q F 辐射板内部传热系数为:
13、2 22 22 1.2W/m K 8.57W/mK 0.2m0.08m K AB () () 加热管内热水平均温度为 00 2 2 40W/m 26 C30.7 C 8.57W/mK pb q tt K() 。 5-13 民用建筑采用低温热水地板辐射采暖的供水温度和供、回水温差及系统的工作压 力宜采用何值? 【答】从人体舒适和安全角度考虑,民用建筑低温热水地板辐射的供水温度不应超过 60,供回水温差宜小于或等于10。为保证低温热水地板辐射供暖系统管材与配件强度 和使用寿命,系统的工作压力不宜大于0.8 Mpa,当超过上述压力时,应选择适当的管材并 采取相应的措施。 5-25 某单管热水供暖系统
14、,立管进水温度 0 g=95 Ct,出水温度 0 h=70 Ct,采用四柱813 型散热器,明装无遮挡,供暖室内温度 0 n=16 C t,试确定如图所示立管中,各组散热器的片 数(热负荷见图5.2) 。 【解】 流出第一组散热器的温度: 00 1 0 1700 W 95 C(9570) C 1700W1100W1500W 85.12 C t 流出第二组散热器的温度: 00 2 0 1700W+1100W 95 C(9570) C 1700W1100W1500W 78.72 C t 查教材附录28 得柱 813 型散热器的K=2.237 t 0.302,每片散 热器的面积为0.28m 2,假定
15、: 1=2=3=1.0(610 片) ; 00 g100 1n + 95 C+ 85.12 C =16 C=74.06 C 22 tt tt, 则 1 1 0.302 1 2 123 200 1 1700 W =2.796m 2.23774.06W/(m74.06 1.0 1.0 1.0 C)C Q F Kt 故第一组散热器的片数为: 2 1 2 2.796 m =9.9910 0.28 m / n片 片 ,在假定的片数范围内; 图 5.2 题 5-25 图 1700 W 1100 W 1500 W tg=95 th=70 t2 t1 00 00 12 2n + 85.12 C+78.72 C
16、 =16 C=65.92 C 22 tt tt 同理: 2 2 0.302 2 2 123 200 2 1100 W =2.106 m 2.23765.92W/(m65.92 1.0 1.01.0 C)C Q F Kt 故第二组散热器的片数为: 2 2 2 2.106 m =7.528 0.28 m / n片 片 ,在假定的片数范围内; 00 00 h2 2n + 70 C+78.72 C =16 C=58.36 C 22 tt tt 同理: 3 3 0.302 3 2 123 200 3 1700 W =3.365 m 2.23758.36W/(m58.36 1.0 1.0 1.0 C)C
17、Q F Kt 第三组散热器的片数为: 2 23 3.365 m =12.0210 0.28 m / n片 片 ,故另假设 1=1.05( 1120 片) 3 3 3 22 1233 3 =3.365 1.05mm1.05=3.533 Q FF Kt 故第三组散热器的片数为: 2 3 2 3.533 m =12.6213 0.28 m / n片 片 ,在假定的片数范围内。 5-26 将上题改为双管系统,其余条件不变,试确定各组散热器片数,并进行对比分析 单管和双管系统,对散热选择的影响。 【解】系统作用原理图如图5.3: 各散热器的散热量分别为(按从上到下的顺序) : 123 1700W1100
18、W1500WQQQ, 由于各组散热器具有共同的进水温度和回水温度,因此各散热器的热媒平均温度均为: 0 123 95+70/2=82.5 C ppp ttt() 各散热器传热温差: 0 95C g t 0 70 C h t 1 Q 2Q 3 Q 图 5.3 题 5-26 图 0 123 82.5-16=66.5 C pn ttttt = 查教材附录28,四柱 813型散热器的传热系数为: 0.3020.30202 2.2372.23766.57.95W / (mC)Kt 修正系数: 假定散热器组装片数修正系数: 1 1.0;该散热器均异侧连接,上进下出,查教材附 录 31,连接形式修正系数 2
19、 1.004;散热器明装,无遮挡,查教材附录32 安装形式修正 系数 3 1.0; 所以散热器所需面积: 1 F= 123 2 00 2 1700 W 1.01.0041.03.23 m 7.95W / mC66.5 C Q K t 2 F= 123 2 00 2 1100 W 1.01.0041.02.09 m 7.95W / (mC)66.5 C Q Kt 3 F= 12 2 3 00 2 1500 W 1.01.0041.02.85 m 7.95W / (mC)66.5 C Q Kt 查教材附录28,四柱 813型散热器每片散热面积为0.28 2 m,计算片数n为: 1 n= 1 F/
20、2 2 3.23 11.512 0.28 m m / f片 片 2 n= 2 F/ 2 2 2.09 7.58 0.28 m m / f片 片 3 n= 3 F/ 2 2 2.85 10.211 0.28 m m / f片 片 校核片数修正系数 1的值:查教材附录 30,当散热器片数为1120 时, 1 =1.05;当 散热器片数为610, 1=1.00。 因此,实际所需散热器面积为: 1 F= 1 F 1 =3.23 1.05 = 3.39 2 m 2 F= 2 F 1=2.09 1.00 = 2.0 2 m 3 F= 3 F 1=2.85 1.05 = 2.99 2 m 所以实际选用片数为
21、: 1 n= 1 F/ 2 2 3.39m 12.113 0.28m/ f片 片 2 n= 2 F/ 2 2 2.09m 7.58 0.28m/ f片 片 3 n= 3 F/ 2 2 2.99 m 10.711 0.28m/ f片 片 单管和双管系统对散热器选择的影响: 对于单管系统,最大的特点即每组散热器的出水温度是下一组散热器的进水温度,经 过散热器的散热,每组散热器按进水先后顺序,其平均热媒温度逐渐下降,因而其传热系数 逐渐降低, 造成其传热面积在对应的热负荷条件下相应增加。而对于双管系统,各散热器具 有相同的进水温度和出水温度,因而具有相同的平均热媒温度,即相同的传热系数,由于这 个影
22、响,双管系统的散热器总面积一般比单管系统稍小些。 5-27 某供暖系统热负荷为70 kW,供水温度为95,回水温度为70,求系统所需水 流量。若采用低压蒸汽作热媒,蒸汽的汽化潜热为2250 kJ/kg,求所需的蒸汽流量。 【解】 对热水供暖系统,由QGc t得系统所需水流量为: 00 70kW =0.67 kg/s 4.19kJ/(kgC)(9570) C Q G c t 对于蒸汽供暖系统,所需蒸汽流量为: 70kW =0.03 kg/s 2250kJ/kg G 5-28 如图所示机械循环热水供暖系统,设管道无散热损失。系统供水温度tg=95, 密 度 = 962 kg/m3 ;回水温度 h
23、t=70,其密度为= 978 kg/m3 。系统总阻力为280kPa,计算 循环水泵的流量和扬程。 图 5.4 题 5-28 图 【解】由题意,循环水泵的流量: 00 (21.5)kW 1.11.10.037 kg / s 4.19kJ/(kgC)(9570) C Q W c t 而由供回水密度差所引起的附加压头为: 112 3 () 2500m500m500m (978962)kg/m9.8N/kg 1000 548.8 Pa Pg H 1 PP,故可忽略。 故水泵的扬程为: 3 3 1.1 2280 kPa10 1.132.4 m (962978)kg/m9.8N/kg P H g 5-2
24、9 如图 5-5所示热水供暖系统。 已知 h1=2.0m, h2=3.5m; 每个散热器的热负荷为800W; 供水温度为95, 回水温度为70,对应温度的水密度分别为962kg/m 3 和 978kg/m 3。不考 虑热水在沿途的冷却,分别计算双管和单管系统的自然循环作用压力。 【解】 求双管系统的重力循环作用压力 双管系统属于并联环路,各层散热器所在环路的作用动力不同,需分别计算。 根据式( 3-1-3)和( 3-1-4) 4 的计算方法,通过各层散热器循环环路的作用动力,分 别为: 第一层: 11hg 33 () 9.81N/kg2m(978kg/m962kg/m ) =313.92 Pa
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