建环实验指导书.docx
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建环实验指导书
建筑环境与设备工程专业
实验指导书
（上册）
华北电力大学动力工程系
建筑环境与设备工程专业教研室
前言
本教材为建筑环境与设备工程专业实验教材（上册）。
根据课程的要求，本册结合建筑环境与设备工程实验室新建实验台，编写了七个教学实验项目。
对实验的目的、实验系统、实验原理及实验过程、实验结果整理等都作了较详尽的叙述，同时重点介绍了几种仪表的使用方法。
本实验教材配合建筑环境与设备专业本科三年级及四年级实验教学使用。
本试验指导书注重培养学生的创新意识和动手能力，从开机、运行调整、实验数据读取、停机到实验数据整理整个实验过程，全部由学生自己动手完成。
本教材由华北电力大学动力工程系建筑环境与设备工程教研室荆有印、杨先亮、魏兵、高月芬、梁秀俊编写。
由于时间仓促，编者水平有限，难免有不当之处，敬请使用本教材的教师及同学批评指正，并提出建议，以期再版时进行修订。
学生实验守则
为培养学生严肃认真、实事求是的科学作风，培养学生理论联系实际的学风，使学生掌握基本实验方法和科学实验技能，培养学生的创新意识和动手能力，保证实验教学的顺利进行，特制定学生实验守则如下：
1.上实验课前必须进行充分预习实验指导书中有关内容方可进行实验操作。
2.不准迟到、早退、旷课、因故缺课必须履行请假手续，并应按指定时间及时补做，旷课不准补做，本次实验成绩按零分记。
3.注意维护实验室整洁，实验室内严禁吸烟、吃东西和乱扔废纸等。
4.遵从教师指导，严守课堂纪律。
实验室内不准大声喧哗，注意保持肃静。
严禁在实验室进行与实验无关的活动。
5.爱护仪器设备，未经教师允许不准擅自动用仪器设备。
在使用仪器前，应了解其性能及操作方法，遵守操作规则，注意安全。
6.发现所用仪器设备等有异常情况，应及时报告指导教师处理，学生不得调换或动用非本组实验仪器设备，发现仪器设备损坏或丢失，要报告指导教师并进行登记。
凡违纪造成损失需按规定赔偿。
7.必须实事求是地作出记录，实验记录必须经指导教师审查签字，并将仪器设备按原样整理完毕，清扫实验室并得到教师许可后方可离开实验室。
8.课后必须认真完成实验报告，在规定时间内将实验报告交给指导教师批阅。
建筑环境与设备工程教研室
前言…………………………………………………………………………………1
学生实验守则………………………………………………………………………2
1机械循环热水采暖系统模拟实验………………………………………………4
2热网水压图………………………………………………………………………6
3散热器热工性能实验……………………………………………………………9
4空气的热、湿交换设备性能测定……………………………………………11
5制冷系统循环演示及制冷量的测定…………………………………………16
6蒸气压缩式制冷机性能测试…………………………………………………19
7空调工程常用仪表实验………………………………………………………25
1机械循环热水采暖系统模拟实验
一、实验目的
本实验为配合“暖通空调”课堂教学而设置。
使学生直观的了解机械循环热水采暖系统的组成、工作原理及不同管路系统的特点。
观察系统充水时空气排除过程，观察不同系统形式的散热效果。
二、实验装置
该演示装置如图1-1所示。
主要由锅炉1，水泵2，膨胀水箱3，集气罐4，给水箱5，以及玻璃散热器等部件按不同的管路系统连接而成。
三、实验方法
1．熟悉玻璃模型供暖系统，了解各部件的位置，作用及供暖系统连接形式的特点。
2．系统工作前，先将水充满给水箱5，然后打开阀门B和C,同时启动水泵2，向系统充水。
充水时不断地开关集气罐放气阀，让系统中的空气从集气罐4和膨胀水箱3中排出。
3．用电接点水银温度计调节锅炉热水的温度，达到实验用热水温度要求。
通常实验热水温度为30~40℃左右，接通电源，开始加热。
4．系统充满水后，启动锅炉，加热系统中的水。
然后关闭阀门B，同时打开阀门A，热水在水泵的作用下，沿供水干管进入散热器，并通过散热器将热量散到采暖房间。
温度降低了的水从散热器流出，沿回水干管进入水泵加压，流回锅炉再加热。
5．不同系统形式的散热器进行散热效果比较。
6．实验结束后，要切断电源，停泵，将泄水阀及全部排气阀打开，使系统内的水全部泄掉。
四、注意事项
1．在系统未充水前及锅炉未充满水时，禁止启动电加热器。
2．系统运行时，注意及时排出系统中的空气。
五、思考题
1．垂直式供暖系统，按干管位置可分为哪几种系统形式？
各有什么特点？
2．机械循环系统膨胀水箱的膨胀管应接到何处？
为什么？
3．水平跨越式系统散热器的支管连接方式有几种？
不同形式的优缺点是什么？
4．下供下回双管系统的排气是如何实现的？
5．跨越式系统中跨越管的用途是什么？
6．膨胀水箱的用途是什么？
它上面都有哪些连接管？
每根连接管的用途各是什么？
每根管是否都可以装阀门？
7．实际工程中，下供上回（倒流式）系统除特殊情况外很少采用，为什么？
8．简述本演示系统排出空气有哪几种方式？
并画出其简图。
2热网水压图
一、实验目的
在热网运行中，随着各种水力工作情况的变化，将会引起管路各点及用户的压力发生变化，水压图就是研究这种变化的重要方法。
利用双管热网水压图实验装置进行若干种工况变化的实验，能够直观的了解水压图的变化情况，以巩固和验证课堂所学有关水压图的知识，加深课堂理论教学的效果。
掌握水力工况分析方法及使用理论知识指导热网的水力工况调整。
二、实验装置
图2-1为实验装置示意图。
三、实验步骤
1．正常工况水压图
引自来水入供水箱，缓慢打开闸阀1和闸阀3，启动水泵，水由水泵经锅炉、稳压罐后，一部分进入供水干管、用户、回水管，另一部分进入高位水箱，待系统充水后，打开闸阀2的同时关闭闸阀1，保持水箱水位稳定，调节各阀门，以增加或减少管段的阻力，使各个节点之间有适当的压差，并使水压图接近图2-1所示的正常工况水压图形，工况稳定后，记录各点的压力和流量，并以此绘制正常水压图。
2．关小供水干管中途球阀4时的水压图。
见图2-2（a）
将球阀4关小一些，这时热网中总流量将减少，热网总阻力数增加。
供水干管与回水干管的水速降低，单位长度的压力降减少，因此，供水管水头线和回水管水头线都比正常工况的平缓些。
在球阀4处压力突然降低，球阀4以前的用户，由于资用压力增加，流量都有所增加，越接近球阀4的用户增加越多，球阀4以后各用户的流量则减少，减少的比例相同，即所谓一致等比失调。
记录各点压力、流量，绘制新水压图与正常的进行比较，并记录各用户的流量变化程度。
3．关闭用户3闸阀6时的水压图。
见图2-2（b）
把球阀4恢复原状，各点压力一般不会绝对恢复到原来的读数，为了节省时间，不一定强求符合原来的正常水压图。
可重新记录各点水头作为新的正常工况水压图。
关闭闸阀6，记录新水压图各点的压力、流量。
4．关小热网起点球阀2时的水压图。
见图2-2（c）
将闸阀6恢复原状，记录本次正常工况水压图的各点水压和流量。
把球阀2关小，记录新水压图各点的压力和流量。
5．球阀2恢复原来位置，关闭球阀1，观察网路各点的压力变化情况，即回水定压。
实验完毕，停止水泵运行，切断电源，将水泄放。
四、数据整理
1.记录压力及流量读数:
水压mmH2O
工况
A1
B1
C1
D1
E1
备注
A2
B2
C2
D2
E2
2
正常
关小球阀4
流量
正常
变压后
3
正常
关闭闸阀6
流量
正常
变压后
4
正常
关小球阀2
流量
正常
变压后
2．水力失调x计算
3．根据实验情况分别绘制水压图。
并评价各工况实验结果。
3散热器热工性能实验
一、实验目的
1．通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置
2．测定散热器的散热量，计算分析散热器的散热量与热媒流量和温差的关系。
二、实验原理
本实验的实验原理是在稳定条件下测出散热器的散热量：
Q=GCp（tg-th）
式中G--热媒流量（kg/h）
Cp--水的比热（kJ/kg℃）
tg,th--供回水温度（℃）
由于实验条件所限，在实验中应尽量减少室内温度波动。
三、实验装置
实验装置见图3-1.
四、实验步骤
1．系统充水时，检查系统是否有漏水之处，注意充水的同时要排除系统内的空气。
2．打开总开关，启动循环水泵，使水正常循环。
3．将温控器调到热媒所需温度，打开电加热器开关，加热系统循环水；
4．根据散热量的大小调节每个流量计入口处的阀门。
使之流量达到一个相对稳定的值，如不稳定则需找出原因，系统内有气应及时排除，否则实验结果不准确。
5．系统稳定后，进行记录并开始测定。
当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可进行测定。
散热器供回水温度tg与th及室内温度t均采用铜—康铜热电偶配数字显示仪测量，流量用转子流量计测量。
温度与流量均为每10分钟测读一次。
式中L—转子流量计读值，l/h
Gt—温度为th时水的体积流量m3/h
式中G—热媒流量（kg/h）ρt—温度为th时的水的密度（kg/m3）
6．改变工况进行实验
a．改变供回水温度，保持水流量不变，测数据三组。
b．改变流量，保持散热器平均温度不变，即保持
恒定，测数据三组。
7．实验测定完毕
a.关闭电加热器开关
b.停止运行循环水泵
c.检查水电等有无异常现象，整理测试仪器
五、实验报告
序号
供水温度（℃）
回水温度（℃）
室温（℃）
流量（kg/h）
散热量Q
（KJ/h）
（w）
1
2
3
4
5
6
4表冷器性能测定
一、实验目的
通过对表冷器中空气和水的热湿交换过程测试，使学生熟悉并掌握有关测试仪器的安装及使用方法；加深对空气和表冷器直接接触时热湿交换过程的理解。
二、实验内容
1、空调设备运行稳定后，测出系统新风及排风的干球温度和湿球温度。
2、利用表冷器前后己装好的仪表，测出流入及流出表冷器的空气干球温度、湿球温度。
3、利用在表冷器冷水管道上已装好的转子流量计读出通过管道的水流量。
并从送、回水管道上所装的温度计读出送回水温度。
4、通过空调风系统的流量测试装置测出空气的流量。
5、记录下全部测试数据。
三、实验装置系统简介
实验装置见图4-1。
空气调节模拟实验台为“空气调节”课程的教学实验装置。
模拟空气调节系统的操作情况，可实现对空气进行加热、加湿、冷却降温和除湿的处理过程，并能对空气温度、湿度进行测量显示及控制调节。
为暖通空调专业学生提供直观的教学条件，学生可对其空气调节方面所遇到的各种热湿效应，模拟空调系统进行观测与研究。
1．风道2．测空气量孔板3．调节阀门4．差压计
5．空气混合器6．整流孔板7．风机8．风量控制盘
9．电加热器10．测温热电偶11．喷水喷嘴12．转子流量计
13．冷冻水泵14．挡水板15．制冷压缩机16．风冷冷凝器
17．卧式贮液筒18．水箱式蒸发器19．表面冷却器20．蒸汽喷管
21．蒸汽发生器22．给水箱23．热力膨胀阀24．电磁阀
（一）主要性能参数
在测温热电阻中：
t1~t10：
为A、B、C、D、E点空气干、湿球温度；
t11~t13：
为制冷系统的蒸发温度、冷凝温度和吸气温度；
t14~t15：
为喷水室或表冷器进水口水温。
其主要性能包括：
（1）有风调节阀门控制的回流空气导管；
（2）设置有空气预热、再热器（均为电加热），可对空气进行加热升温；设置有喷水室，可对空气进行降温、加热及除湿。
冷冻水由制冷系统制得；
（3）可示范两种气流的混合状态；
（4）所有测温装置都用电子式温度数字仪显示；
（5）电加热器的电输入值都可分别直接测量，各数值可以和被处理的空气热焓变化进行比较；
（6）综合性的各种仪表及控制装置。
实验装置性能参数，使用操作及计算说明如下：
①空气流量：
Lmax＝[m3／h]
②预热器（电加热器）：
500w一组1000w一组
③再热器（电加热器）：
500w一组1000w一组
④喷水室最大喷水量：
Gmax＝[kg／h]
⑤冷却（冷冻水）系统：
冷冻水温可由制冷系统及仪表控制在5℃左右，冷冻水量可调节。
制冷系统制冷量Qmax＝1.7kw左右。
⑥使用电源：
工作电压：
380v
（二）有关计算说明：
①空气流量（孔板）计算公式
进风量：
排风量：
式中ΔP—差压计读数变化值[Pa]；
ρ—空气密度[kg/m3]。
②风道散热量：
Q=8.5LΔt
式中L—风道内两测点之间的中心长度[m]；
Δt—风道内外的空气温差。
③空气湿球温度修正
在对空气湿球温度测定时，需满足风速v≥2.5m/s，否则应按图4-2进行修正。
Ts—测得湿球温度[℃]；Δts—湿球温度修正值[℃]
实际湿球温度为：
[℃]
图4-2湿球温度修正图v=1.0~2.0m/s
（三）使用操作步骤：
①实验操作之前，调整微压计为水平状态。
将蒸馏水加入湿球温度计下的水杯内，蒸发器水箱加水至满。
②合上电气总开关，接通电源，此时风机运转，调节风机风量调节阀控制所需风量。
③启动电加热器、制冷压缩机及冷却水泵，待系统稳定后进行实验测定。
对空气进行绝热加湿冷却处理时，只须启动水泵。
如对空气冷却除湿处理时，则应先启动制冷压缩机，待冷冻水降至所需温度后，再启动水泵。
④测定结束后，先关闭制冷压缩机及水泵，调节风门为最大排风量。
运行5分钟左右再关闭电气总开关，切断电源。
四、实验步骤
1．每组实验人数7~8人，在教师指导下负责分工。
2．对空调、制冷设备的机组和电源部分进行检查。
3．对测试仪表进行检查和记录，如温度计的精度，湿球温度计的纱布浸水情况，安装状况是否正常，风量及水量测试设备及仪表配置是否完整和可靠。
4．按照分工，对整个系统运行后的各测点进行观测，看整个系统的运行是否稳定。
一般情况下，空气的干球温度tg波动值小于±l℃，进风湿球温度ts的波动值小于±0.5℃，进、回水温度波动小于±0.5℃，可认为处于稳定工况。
此时，将各测点的数据每5分钟读一次，连续做4次，并将数据详细记录在表格中。
5．测试完毕后，经指导教师对数据设备进行全面检查，然后使系统停止运行。
五、对实验报告的要求
1．画出表冷器测试系统示意图，标出各测点的位置，并注明各测点所用仪器的名称。
2．根据记录数据在I—d图上标出新风、喷水室前后的空气状态点，并作出过程线。
3．测得实验过程中的新风及总风量、。
计算出每公斤干空气在经过表冷器后的热湿变化，进而求出变化的热湿比线（角系数ε），判断空气处理过程。
4．将记录表整理好附于实验报告之后。
实验记录表
记录
风路系统测试
水路系统测试
表
冷
器
前
表
冷
器
后
排风量
新风量
供水温度
表冷器
回水温度
水流量
t5
t6
t7
t8
m3/s
m3/s
t14
t15
Kg/h
℃
℃
℃
℃
℃
℃
1
2
3
4
平均值
5制冷系统循环演示及制冷量的测定
一、实验装置简介
“制冷”就是使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境温度，并使之维持这个温度。
随着工业、农业、国防和科学技术现代化的发展，制冷技术在各个领域中都得到广泛的应用。
本装置所演示的制冷过程是采用液体气化制冷中的蒸汽压缩式制冷。
它的工作原理是使制冲剂在压缩机、冷凝器，膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程，以完成制冷循环。
本装置采用的制冷压缩机是冰箱用全封闭活塞式制冷压缩机。
它的优点是体积小、噪音低、封闭性能好、结构紧凑。
本装置的最大特点是在其上半部装有玻璃罩，可直接观察到压缩机的工作过程。
冷凝器与蒸发器有防爆罩，内有盘管，盘管内通自来水，向冷凝器提供冷却水，使气态制冷剂变成液态，向蒸发器提供热水，使制冷剂在蒸发器内吸热而汽化蒸发。
实验过程中冷凝器中制冷剂不断增加，当达到一定液位时，设在其中的浮子在浮力的作用下浮起，将阀门打开，使制冷剂返回到蒸发器中，随即关闭，从而使制冷剂在本装置中自动循环。
（见图5-l、图5-2）。
二、实验目的
l．了解制冷系统组成；
2．观察各部件的工作过程：
⑴冷凝器中气态制冷剂被冷却后沿冷却盘管成滴状流下；
⑵在蒸发器中，液态制冷剂吸收加热盘管中的热量而沸腾汽化的过程；
⑶压缩机活塞的压缩工作过程；
3．分析冷却水流量对冷凝效果的影响；
4．分析冷冻水流量对蒸发器的影响：
5．了解测定压缩机制冷量的原理，并测定本实验台压缩机的制冷量。
三、实验步骤：
1．启动压缩机前应首先检查冷凝器冷却水流量计是否有流量。
打开冷却水后方可开启压缩机。
2．运行前，如蒸发器压力为负压、冷凝器压力大于0Mpa时，均为正常。
3．根据冷凝器内压力高低调节冷却水流量。
当冷凝压力达到0.2Mpa时应关机，防止压力过高影响其安全性。
注意：
冷凝压力不应大于0.2Mpa。
若压力接近0.2Mpa时，可调节冷却水流量将压力降下。
若再高，应关闭压缩机。
4．打开蒸发器侧的流量计，视进口水温情况调节流量计或增减加热器的数量。
本装置配有两组加热器。
若水温过低，可开两个加热器，以提高蒸发器入口温度。
5．待系统稳定后，进行实验测定。
测得环境温度ta、蒸发温度te、冷凝温度tc、冷冻水进出口温度tl、t2、冷却水进出口温度t3、t4。
每10分钟取一组数据，连续四次。
四、实验数据的整理计算：
为了便于观察制冷剂的工作变化状态，循环演示仪中的冷凝器，蒸发器外壳是透明的，末加保温，这样表面与周围空气环境就有传热存在。
此外压缩机表面也有散热损失，这样由制冷设备与周围空气环境之间的传热量在计算中应予考虑。
经标定，冷凝器、蒸发器及压缩机外表面与环境空气的传热量各为：
冷凝器：
kW
蒸发器：
kW
式中ta一实验环境空气温度，℃
te一制冷蒸发温度，℃
tc一制冷冷凝温度，℃
蒸发器盘管吸热量，即不包括qe的蒸发器制冷量为：
kW
冷凝器盘管排热量，即不包括qc的冷凝器放热量为：
kW
故蒸发器制冷量，即在蒸发器一侧制冷剂的吸热量为：
kW
冷凝器放热量，即在冷凝器一侧制冷剂的放热量为：
kW
式中me、mc一冷冻水及冷却水流量，kg／s
t1、t2—冷冻水进、出口温度，℃
t4、t3一冷却水进、出口温度，℃
cp一水的定压比热，kJ／kg℃
以上所侧数据添入下表
序号
时间
ta
tc
te
qe
qc
t1
t2
Qe
t3
t4
Qc
Q0
Qk
me
mc
1
2
3
4
五、故障的判断几维修
1．故障：
开机后压缩机有与外壁碰撞的声音，机身倾斜。
原因：
主要是由于运输过程中设备倾斜过大，压缩机底部的减震弹簧脱位。
解决方法：
打开上部玻璃罩，将压缩机排气管螺丝、接线端子拆下，取出压缩机，将弹簧重新固定好。
装好排气管及接线端子，在盖上玻璃罩前，试机检查，然后将玻璃罩封装好。
6蒸气压缩式制冷机性能测试
一、实验装置简介
制冷压缩机的制冷量的测试有几种方法，其中采用具有第二制冷剂的电量热器法是最精确的方法之一。
具有第二制冷剂的电量热器法实验台的原理见图6-1。
它由三部分组成：
1、电量热器；2、制冷系统；3、水冷却系统。
电量热器法是间接测量压缩机制冷量的一种装置，它的基本原理是利用电加热器发出的热量来抵消压缩机的制冷量，从而达到平衡。
电量热器是一个密闭容器，如图6—2所示。
电量热器的顶部装有蒸发器盘管，底部装有电加热器，浸没于一种容易挥发的第二冷剂（常用R11、R12，本装置采用R12）中。
试验时，接通电加热器，加热第二制冷剂，使之蒸发，第二制冷剂饱和蒸汽在顶部蒸发盘管被冷凝，又重新回到底部。
而蒸发盘管中的低压液态制冷剂被第二制冷剂蒸汽加热而汽化，返回制冷压缩机。
实验仪在试验工况下达到稳定运行时，供给电加热器的电功率正好抵消制冷量，从而使第二制冷剂的压力保持不变。
为了控制第二制冷剂的液面，在量热器的中间部位装有观察玻璃。
量热器上装有压力控制器，它与加热器的控制电路相连接，防止压缩机停机后加热器继续加热，使量热器内压力升高到危险程度。
为了考虑周围环境温度对电量热器热损失的影响。
实验之前，应仔细的标定电量热器的漏热量。
标定方法为，先关闭量热器进口阀门，调节第二制冷剂的电加热量，使第二制冷剂的压力所对应的饱和温度比环境温度高15℃以上，（当温差低于15℃时，热损失可忽略不计），并保持其压力不变，环境温度在40℃以下时，保持其温度波动不超过±1℃，电加热器输入功率的波动不应超过1%，每隔10分钟测量第二制冷剂压力及环境温度一次，直到连续四次相对应的饱和温度值的波动不超过±0.5℃。
一般来说，实验持续的时间应不少于30分钟。
然后，按下列计算出KF（kW/℃）值：
式中Qe—标定漏热量时，输入电量热器内的电功率，kW；
tb´—标定漏热量时，第二制冷剂压力所对应的平均饱和温度℃；
th´—标定漏热量时，周围环境平均温度℃；
故电量热器在单位时间内的热损失为：
式中KF—电量热器的热损失系数，kW；
th一试验时环境平均温度，℃
tb一试验时与第二制冷剂压力相对应的平均饱和温度，℃。
二、实验目的
1．了解制冷系统的组成。
2．测定制冷机标准工况（或空调工况）下的制冷量、功率和制冷系数。
3．分析影响制冷机性能的因素。
三、实验步骤
1．实验前准备
预习实验指导书，详细了解实验装置及各部分的作用，检查仪表的安装位置及熟悉各测试参数的作用；了解和掌握制冷系统的操作规程；熟悉制冷工况的调节方法。
通过量热器上的观察镜检查量热器内的第二制冷剂的液位，如果液位过低或观察不到，通过量热器的压力表值判断是否有制冷剂，若没有制冷剂，千万不要打开加热器，以免烧毁加热器。
2．启动制冷压缩机
（1）先打开冷却水。
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