1、建筑設(shè)備工程,目錄,項(xiàng)目三、建筑通風(fēng)，防火排煙及空氣調(diào)節(jié),項(xiàng)目五、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng),項(xiàng)目四、配電設(shè)備及室內(nèi)照明,項(xiàng)目二、傳熱基礎(chǔ)知識及供暖及燃?xì)夤?yīng),項(xiàng)目一、流體力學(xué)基礎(chǔ)及室內(nèi)給排水,項(xiàng)目六、安全用電及建筑防雷,項(xiàng)目七、常見弱電系統(tǒng),熱能傳遞的基本方式：,導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）、對流、熱輻射,4.1 傳熱基礎(chǔ)知識,4.1.1、導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)） 1 、概念 定義：物體各部分之間不發(fā)生相對位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞稱導(dǎo)熱。 如：固體與固體之間及固體內(nèi)部的熱量傳遞。,導(dǎo)熱微觀機(jī)理：,（ 1 ）氣體中：氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動時(shí)相互碰撞的結(jié)果。,（ 4 ）液體中：兼有氣體和固

2、體導(dǎo)熱的機(jī)理。,（ 2 ）導(dǎo)電固體中：自由電子的運(yùn)動。,（ 3 ）非導(dǎo)電固體中：晶格結(jié)構(gòu)振動。,2、導(dǎo)熱的特點(diǎn) 必須有溫差 物體直接接觸 依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而傳遞熱量；不發(fā)生宏觀的相對位移 沒有能量形式之間的轉(zhuǎn)化,3、導(dǎo)熱的基本規(guī)律,1 ）傅立葉定律 1822 年，法國物理學(xué)家 如圖 1-1 所示的兩個(gè)表面分別維持均勻恒定溫度的平板，是個(gè)一維導(dǎo)熱問題。 考察x方向上任意一個(gè)厚度為dx的微元層,式中 是比例系數(shù)，稱為熱導(dǎo)率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)，負(fù)號表示熱量傳遞的方向與溫度升高的方向相反。,根據(jù)傅里葉定律，單位時(shí)間內(nèi)通過該層的導(dǎo)熱熱量與當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓始捌桨迕娣eA成正比，即,（1）

3、,3 ）熱流密度（面積熱流量） 單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量稱為熱流密度，記為 q ，單位 w/ 。 當(dāng)物體的溫度僅在 x 方向發(fā)生變化時(shí)，按傅立葉定律，熱流密度的表達(dá)式為:,2 ）熱流量 單位時(shí)間內(nèi)通過某一給定面積的熱量稱為熱流量，記為 ，單位 w。,（2）,4 ）導(dǎo)熱系數(shù) 表征材料導(dǎo)熱性能優(yōu)劣的參數(shù)，是一種物性參數(shù)，單位： w/（mk） 。 同材料的導(dǎo)熱系數(shù)值不同，即使同一種材料導(dǎo)熱系數(shù)值與溫度等因素有關(guān)。金屬材料最高，良導(dǎo)電體，也是良導(dǎo)熱體，液體次之，氣體最小。,4.1.2、熱對流（ thermal convection） 1、定義,熱對流:是指由于流體的宏觀運(yùn)動，從而使流體各部分之間發(fā)

4、生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。,注意：對流僅發(fā)生在流體中，對流的同時(shí)必伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。,對流換熱：流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程，稱為對流換熱。,對流換熱：流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程，稱為對流換熱。,2 、對流換熱的分類 1）根據(jù)對流換熱時(shí)是否發(fā)生相變分 無相變的對流換熱 有相變的對流換熱 沸騰換熱：液體在熱表面上沸騰的對流換熱。 凝結(jié)換熱：蒸汽在冷表面上凝結(jié)的對流換熱。,2）根據(jù)引起流動的原因分：自然對流和強(qiáng)制對流。 自然對流： 由于流體冷熱各部分的密度不同而引起流體的流動。如：暖氣片表面附近受熱空氣的向上流動。 強(qiáng)制對流： 流體的流動是由于水泵、風(fēng)機(jī)或其

5、他壓差作用所造成的。,3) 根據(jù)流動狀態(tài)分為：層流和湍流。,3、對流換熱的特點(diǎn) 必須有流體的宏觀運(yùn)動，必須有溫差； 對流換熱既有對流，也有導(dǎo)熱；對流換熱不是基本的熱量傳遞方式。 流體與壁面必須直接接觸； 沒有熱量形式之間的轉(zhuǎn)化。,4 、對流換熱的基本規(guī)律 ,流體被加熱時(shí)：,流體被冷卻時(shí)：,式中， 及 分別為壁面溫度和流體溫度，。,（3）,（4）,如果把溫差（亦稱溫壓）記為 ，并約定永遠(yuǎn)取正值，則牛頓冷卻公式可表示為,其中 h 比例系數(shù)（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)） 單位 。,（5）,（6）,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù)）, 當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量 h是表征對流換熱

6、過程強(qiáng)弱的物理量,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的影響因素,1、流體的物性（導(dǎo)熱率、粘度、密度、比熱容等） 2、流體流動的形態(tài)（層流、湍流） 3、流動的成因（自然對流、受迫對流） 4、物體表面的形狀、尺寸 5、換熱時(shí)流體有無相變（凝結(jié)、沸騰）,4.1.3、熱輻射（thermal radiation）,輻射：物體向外發(fā)射電磁波的過程,電磁波的數(shù)學(xué)描述：c =,電磁波傳播速率，m/s，真空中：c=3108m/s,波長，m,頻率，s-1,0.1 m,100 m,1、熱輻射定義 熱輻射:由熱運(yùn)動產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的現(xiàn)象 輻射換熱：輻射與吸收過程的綜合作用造成了以輻射方式進(jìn)行的物體間的熱量傳遞稱輻射換熱。 2

7、、特點(diǎn) 所有溫度大于0K的物體都具有發(fā)射熱輻射的能力，溫度越高，發(fā)射熱輻射的能力就越強(qiáng)；,可以不借助中間媒介，可在真空中傳播,伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換,物體間以熱輻射進(jìn)行熱量傳遞是雙向的,生活中的例子： a 當(dāng)你靠近火的時(shí)候，會感到面向火的一面比背面熱； b 冬天的夜晚，呆在有窗簾的屋子內(nèi)會感到比沒有窗簾時(shí) 要舒服； c 太陽能傳遞到地面； d 冬天，蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度在0以上，但地面卻可能 結(jié)冰。,2.輻射換熱的特點(diǎn),不需要物體直接接觸?？梢栽谡婵罩袀鬟f，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。 在輻射換熱過程中，不僅有能量的轉(zhuǎn)換，而且伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)化。 輻射時(shí)：輻射體內(nèi)熱能輻射能； 吸收時(shí)，輻射

8、能受射體內(nèi)熱能。 只要溫度大于零就有能量輻射。 物體的輻射能力與其溫度性質(zhì)有關(guān)。這是熱輻射區(qū)別于導(dǎo)熱，對流的基本特點(diǎn)。,自然界中的物體都在不停的向空間發(fā)出熱輻射，同時(shí)又不斷的吸收其他物體發(fā)出的輻射熱，不僅高溫物體向低溫物體輻射熱能，而且低溫物體向高溫物體輻射熱能。 說明：輻射換熱是一個(gè)動態(tài)過程，當(dāng)物體與周圍環(huán)境溫度處于熱平衡時(shí)，輻射換熱量為零，但輻射與吸收過程仍在不停的進(jìn)行，只是輻射熱與吸收熱相等。,3 ）導(dǎo)熱、對流、輻射的評述 導(dǎo)熱、對流兩種熱量傳遞方式，只在有物質(zhì)存在的條件下，才能實(shí)現(xiàn)，而熱輻射不需中間介質(zhì)，可以在真空中傳遞，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。 在輻射換熱過程中，不僅有能量的

9、轉(zhuǎn)換，而且伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)化。 在輻射時(shí)，輻射體內(nèi)熱能 輻射能； 在吸收時(shí)，輻射能 受射體內(nèi)熱能 物體的輻射能力與其溫度性質(zhì)有關(guān)。,3.熱輻射的基本規(guī)律（斯蒂芬-玻爾茲曼定律）（Stefan-Boltzmann law）,黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體。 或稱絕對黑體。（Black body）,黑體的輻射能力與吸收能力最強(qiáng),Ludwig Boltzmann (1844-1906),（7）,其中 T 黑體的熱力學(xué)溫度 K ； 斯忒潘玻耳茲曼常數(shù)（黑體輻射常數(shù)），其值為 ； A輻射表面積 m2 。,實(shí)際物體輻射熱流量根據(jù)斯忒潘玻耳茲曼定律求得： 其中 物體自身向外輻射的熱流量，而不是輻

10、射換熱量； 物體的發(fā)射率（黑度），其值總小于1，它與物體的種類及表面狀態(tài)有關(guān)。,（ 8 ）,要計(jì)算輻射換熱量，必須考慮投到物體上的輻射熱量的吸收過程，即收支平衡量。 物體包容在一個(gè)很大的表面溫度為的空腔內(nèi)，物體與空腔表面間的輻射換熱量,（ 9 ）,4.1.4傳熱過程和傳熱系數(shù),1 、概念 熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程。,2 、傳熱過程的組成 一般包括串聯(lián)的三個(gè)環(huán)節(jié)： 熱流體 壁面高溫側(cè)； 壁面高溫側(cè) 壁面低溫側(cè)； 壁面低溫側(cè) 冷流體。 穩(wěn)態(tài)過程通過串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱流量相同。,3 、傳熱過程的計(jì)算,（a）,（b）,（c）,針對穩(wěn)態(tài)的傳熱過程，即 =const 傳熱環(huán)

11、節(jié)有三種情況，則其熱流量的表達(dá)式如下：,將式（a）、（b）、（c）改寫成溫差的形式：,（d）,（e）,（f）,三式相加，整理可得:,也可以表示成:,式中，k稱為傳熱系數(shù)，單位,（10）,（11）,4、傳熱系數(shù) 概念 是指用來表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的指標(biāo)。數(shù)值上等于冷熱流體間溫差 ，傳熱面積 A=1m2時(shí)熱流量的值。 K值越大，則傳熱過程越強(qiáng)，反之，則弱。,K的影響因素 參與傳熱過程的兩種流體的種類； 傳熱過程是否有相變。,或,（13）,（14）,傳熱系數(shù)的表達(dá)式為:,（12）,5、熱阻分析 類比方法 對各種轉(zhuǎn)移過程的規(guī)律進(jìn)行分析與比較，充分揭示出相互之間的類同之處，并相互應(yīng)用各自分析的結(jié)論，是研

12、究轉(zhuǎn)移過程的一種行之有效方法。 熱電類比（熱阻分析）是傳熱學(xué)常用的研究方法：即將電學(xué)中的歐姆定律及電學(xué)中電阻的串并聯(lián)理論應(yīng)用于傳熱學(xué)熱量傳遞現(xiàn)象的研究。,熱路與電路的相似性,（1）、熱阻 1）熱阻定義：熱轉(zhuǎn)移過程的阻力稱為熱阻。 2）熱阻分類：不同的熱量轉(zhuǎn)移有不同的熱阻，其分類較多，如：導(dǎo)熱阻、輻射熱阻、對流熱阻等。 對平板導(dǎo)熱而言又分： 面積熱阻RA：單位面積的導(dǎo)熱熱阻。 熱阻R：整個(gè)平板導(dǎo)熱熱阻。,3）熱阻的特點(diǎn) 串聯(lián)熱阻疊加原則：在一個(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過程中，若通過各串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱流量相同，則串聯(lián)過程的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻之和。,（2）、導(dǎo)熱熱阻 單位面積平壁的導(dǎo)熱熱阻 面積為的平壁

13、，導(dǎo)熱熱阻,（3）、對流換熱熱阻 單位壁表面積上的對流換熱熱阻： 對于面積為的平壁，對流換熱熱阻為,單位面積的傳熱熱阻：,k越大，傳熱越好；熱阻越小，傳熱越好,4.1.5 換熱器的型式,換熱器：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置。,換熱器的分類,按照操作過程,間壁式換熱器： 是指冷熱流體被壁面隔開進(jìn)行換熱的熱交換器。如暖風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崞鳌⒗淠?、蒸發(fā)器；,間壁式挨熱器種類很多，從構(gòu)造上主要可分為：管殼式、肋片管式、板式、板翅式、螺旋板式等，其中以前兩種用得最為廣泛。另外，按流體流動方向可有順流、逆流、交叉流之分。,蓄熱式換熱器：換熱器由蓄熱材料構(gòu)成，并分成兩半，冷熱流體

14、輪換通過它的一半通道，從而交替式地吸收和放出熱量，即熱流體流過換熱器時(shí)，蓄熱材料吸收并儲蓄熱量，溫度升高，經(jīng)過一段時(shí)間后切換為冷流體，蓄熱材料放出熱量加熱冷流體。一般用于氣體，如鍋爐中間轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，全熱回收式空氣調(diào)節(jié)器等。,蓄熱式換熱器,混和式換熱器,混合式換熱器：冷熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱，在熱交換同時(shí)存在質(zhì)交換，如空調(diào)工程中噴淋冷卻塔，蒸汽噴射泵等；,按表面緊湊程度區(qū)分,緊湊程度可用水力直徑dh來區(qū)別，或用每立方米中的傳熱面積即傳熱面積密度來衡量。,適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形。,1、套管式換熱器,間壁式換熱器主要型式,套管式換熱器,2、殼管式換熱器,間壁式換熱器的一種

15、主要形式，又稱管殼式換熱器。傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程和殼程。,列管式冷凝器實(shí)例,1-2型換熱器,增加管程,2-4型換熱器,進(jìn)一步增加管程和殼程,波紋管換熱器,波紋換熱管,管殼式換熱器,間壁式換熱器的又一種主要型式。其主要特點(diǎn)是冷熱流體呈交叉狀流動。根據(jù)換熱表面結(jié)構(gòu)的不同又可分為管束式、管翅式及管帶式、板翅式等。,3、交叉流換熱器,管翅式,直片形,U形,L形,方形,板翅式,4 板式換熱器：由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體間隔地在每個(gè)通道中流動，其特點(diǎn)是拆卸清洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體。,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊 ,占用空間小

16、；傳熱系數(shù)高 ； 端部溫差小(可達(dá)1); 熱損失小 ，熱效率高(98%); 適應(yīng)性好，易調(diào)整 ; 不易結(jié)垢,1 ,2 介質(zhì) 3 環(huán)行孔道 墊圈 4 板片密封 墊圈 5 激光切焊 焊縫 6 焊接密封 流道,板式換熱器,5、螺旋板式換熱器：換熱表面由兩塊金屬板卷制而成，,螺旋板換熱器的特點(diǎn): 傳熱效率高(總傳熱系數(shù)最高可達(dá)3300Kcal/m2.h.， 傳熱效率為列管式換熱器的13倍。 )，節(jié)能效果好， 體積小、價(jià)格便宜，使用可靠等。適用氣氣、液 液、氣液對流傳熱，以及用于蒸氣冷凝和液體蒸發(fā) 傳熱。但密封較困難.,螺旋板式換熱器,6. 管束式換熱器,7. 熱管換熱器,換熱器中流體的流程及流向,流程

17、: 用 i j 表示 i 殼程數(shù) ； j 管程數(shù),4.1.6增強(qiáng)、削弱傳熱的方法,增強(qiáng)傳熱的方法：,擴(kuò)展傳熱面 改變流動狀態(tài) 使用添加劑改變流體物性 改變表面狀況 改變換熱面形狀和大小 改變能量傳遞方式 靠外力產(chǎn)生振蕩，強(qiáng)化傳熱,削弱傳熱的方法：,覆蓋絕緣熱材料 改變表面狀況,2020/8/16,4.2 采暖系統(tǒng)的分類與組成,4.2.1 采暖系統(tǒng)的分類 1. 按照供暖范圍劃分,局部供暖系統(tǒng)-局部供暖系統(tǒng)、集中供暖系統(tǒng)和區(qū)域供暖系統(tǒng)。 集中供暖系統(tǒng)-可以滿足多個(gè)房間的采暖要求的供暖系統(tǒng) 。 區(qū)域供暖系統(tǒng)-滿足多個(gè)建筑采暖要求的供暖系統(tǒng) 。,2. 按照熱媒的不同劃分,4）按照熱媒溫度的不同可分為低

18、溫水供暖系統(tǒng)和高溫水供暖系統(tǒng)。,1）按照系統(tǒng)循環(huán)動力的不同：自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)和機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)。,2）按照供回水方式的不同可分為單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)。,3）按照管道敷設(shè)方式的不同可分為垂直式和水平式。,（1）熱水供暖系統(tǒng)的分類,2020/8/16,第2章 采暖工程,（2）蒸汽供暖系統(tǒng)的分類,1）按照供汽壓力的大小，分為高壓蒸汽供暖、低壓蒸汽供暖和真空蒸汽供暖。,2）按照蒸汽干管布置的不同，蒸汽供暖系統(tǒng)可分為上供式、中供式、下供式。,3）按照回水動力的不同，蒸汽供暖系統(tǒng)可分為重力回水和機(jī)械回水。,4.2.2 采暖系統(tǒng)的組成,（1）熱源 ；（2）輸送管道 （3）散熱器 ；（4）膨脹水箱或膨脹罐 （5）集氣罐；（6）除污器 （7）循環(huán)水泵 ；（8）疏水器；（9）控制附件,2020/8/16,4.3 熱水供暖系統(tǒng) 4.3.1自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng) 1. 自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)作用原理,自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的工作原理圖 1散熱器 2熱水鍋爐 3供水管路 4回水管路 5膨脹水箱,系統(tǒng)啟動之前，先由冷水管向系統(tǒng)內(nèi)充滿水，然后鍋爐開始加熱。當(dāng)水溫升高后，容重開始降低，熱水沿供水管上升流入散熱器，在散熱器中散