热水供暖系统讲义.pdf

第三章 热水供暖系统第三章 热水供暖系统 本章重点及难点 本章重点 掌握重力、机械循环供热系统的原理 掌握机械循环供热系统不同形式的特点 掌握分户采暖热水供暖系统的形式与特 点 了解室内热水供暖系统的管路布置和主 要设备及附件 本章难点 膨胀水箱的安装 重力、机械循环供热系统管道的敷设 垂直失调与水平失调的原因及应对措施 以热水作为热媒的供暖系统，称为热 水供暖系统。从卫生条件和节能等考 虑，民用建筑应采用热水作为热媒。 热水供暖系统也用在生产厂房及辅助 建筑物中。 热水供暖系统分类： 1按系统循环动力的不同，可分为重力 (自然)循环系统和机械循环系统。 2按供、回水方式的不同，可分为单管 系统和双管系统。 3按系统管道敷设方式的不同，可分为 垂直式和水平式系统。 4按热媒温度的不同，可分为低温水供 暖系统和高温水供暖系统。 p66 热水供暖系统分类： 热水供暖系统分类： 热水供暖系统分类： 热水供暖系统分类： 低温水与高温水 在我国习惯认为水温低于100的热水为 低温水，水温超过100的热水称为高温 水 室内热水供暖系统大多采用低温水作为热 媒。设计供回水温度采用95/70。 高温水供暖系统一般在生产厂房中应用。 设计供回水温度大多采用 120130/7080。 p66 第一节 传统室内热水供暖系统 传统室内热水供暖系统是相对于新出现的分户供 暖系统而言的，就是我们经常说的“大采暖”系 统，通常以整幢建筑作为对象来设计供暖系统， 沿袭的是前苏联上供下回的垂直单、双管顺流式 系统。它的优点是构造简单；缺点是整幢建筑的 供暖系统往往是统一的整体，缺乏独立调节能 力，不利于节能与自主用热。但其结构简单，节 约管材，仍可做为具有独立产权的民用建筑与公 共建筑供暖系统使用。并根据循环动力不同，可 分为重力（自然）循环热水供暖系统和机械循环 热水供暖系统。 p67 一、 重力（自然）循环热水供暖系统 一、 重力（自然）循环热水供暖系统 hhh a a 2 g 3 5 右 01 h 4 1 左pp p67 当水在锅炉内加热后，水的密度 减小，上升；在散热器内被冷却 后，水的密度增加，沿回水管道 返回锅炉。整个系统的循环动力 即供回水的密度差。 整个系统的循环动力 即供回水的密度差。维持该系统 循环流动的压力称为自然作用压 自然作用压 力力。 重力循环热水供暖系统的循环作 用压力的大小取决于水温（水的 密度）在循环环路的变化。 作用压力 断面a-a左侧的水柱压力为 )( g 2 gh1 hhhgpl 断面a-a右侧的水柱压力为 )( g2 h h1 hhhgpr )( gh21 ghppp p67 起循环作用的只有散热器中心和锅炉中心 之间这段高度内的水柱密度差。如果取供 水温度95，回水70；则每m高差可产生 的作用压力为： 9 .811(977.81961.92)=156 pa。 重力循环热水供暖系统维护管理简单，不 需消耗电能。但由于其作用压力小、管中 水流速度不大，所以管径就相对大一些， 作用范围也受到限制。自然循环热水供暖 系统通常只能在单幢建筑物中使用，作用 半径不宜超过50m。 p68 2.重力循环热水供暖系统的主要型式 3 11 10 i=0.5%1% 6 i=0.5%1% 9 7 5 i=0.5%1% 1 4 8 2 (a)(b) p68 2.重力循环热水供暖系统的主要型式 双管上供下回式 单管上供下回式 p68 上供下回式重力循环热水供暖系统管道布置的主要特点 因系统中若积存空气，就会形成气塞，影 响水的正常循环。系统的供水干管必须有 向膨胀水箱方向上升的坡向。其坡度为 0.51.0；散热器支管的坡度一般取 1%。这是为了使系统内的空气能顺利地 排除，在上供下回重力循环热水供暖系统 充水和运行时，空气能逆着水流方向，经 过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨 胀水箱排除。 为使系统顺利排除空气和在系统停止运行 或检修时能通过回水干管顺利地排水，回 水干管应有向锅炉方向的向下坡度。 p68 company logo 环路as1 b的作用压力： 上下层作用压力差：上下层作用压力差： )( 212gh ghpp )( 11gh ghp 环路环路as2 b的作用压力：的作用压力： )( 212gh hhgp 3.重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算 3.重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算 在图3-3的双管系统中，由于供水同时在上、下 两成散热器内冷却，形成了两个并联环路和两 个冷却中心。作用压力分别为 11hg pgh 21212hghg pg hhpgh 如上可见，通过上层散热器环路的作用压 力比通过底层散热器的大，其差值为 2hg gh p68 重力循环热水供暖双管系统的垂直失调 在双管系统中，由于各层散热器与锅炉的 高差不同，虽然进入和流出各层散热器的 供、回水温度相同(不考虑管路沿途冷却的 影响)，也将形成上层作用压力大、下层作 用压力小的现象。如选用不同管径仍不能 使各层阻力损失达到平衡，由于流量分配 不均，必然要出现上热下冷上热下冷的现象。 p69 系统垂直失调 在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的 室温不符合设计要求的温度，而出现上、 下层冷热不匀的现象，通常称作系统垂直 失调。 由此可见，双管系统的垂直失调，是由于 通过各层的循环作用压力不同而出现的； 而且楼层数越多，上下层的作用压力差值 越大垂直失调就会越严重。 p69 company logo 思考： 1）楼层增多，会对双管系统的水力工况产 生什么影响？ 2）同一双管系统，供回水温度分别为 95/70和70/50时，哪个水力工况较 好？ 4.重力循环热水供暖单管系统的作用压力的计算 原理：原理： 依靠供回水温度不同、密度不同所产生的 容重差作为热水在管内流动的动力。 依靠供回水温度不同、密度不同所产生的 容重差作为热水在管内流动的动力。 company logo )()( 221ggh ghghp )()( 2122 hg ghgh n i gii ghp 1 )( n i iii gh 1 1) ( s1 s2 h2 h2 h1 h1 g 2 1h 结论 若循环环路中有n组串联的冷却中心（散热器） 是，其循环作用压力可用下面一个通式表示 1 11 nn iigiii ii pghgh 可见：单管热水供暖系统的作用压力与水温变 化、加热中心与冷却中心的高度差以及冷却中 心的个数等因素有关。每一根立管只有一个重 力循环作用压力，而且即使最底层的散热器低 于锅炉中心，也可能使水循环流动。 p69 company logo 各冷却中心管路中的密度？各冷却中心管路中的密度？ company logo 求 解 ti 设通过立管流量为gl 以整根立管为分析对象，则 (1) 以整根立管为分析对象，则 (1) hg n i i l tt q g 1 86. 0 以某层散热器及其上部散热器为分析对象 ，则以某层散热器及其上部散热器为分析对象 ，则 ig n i i l tt q g 86. 0 (2)(2) 由式(1)=式(2)，可得由式(1)=式(2)，可得 )( 1 hg n i i n i i gi tt q q tt 管路水温ti 为了计算单管系统重力循环作用压力，想要求 出各个冷却中心之间管路中水的密度，为此首 先要确定各散热器之间管路的水温ti n i i iggh q tttt q 当管路中各管段的水温ti确定后，相应可确 定其 值。 i p70 单管系统与双管系统的比较 单管系统与双管系统相比，除了作用压力 不同外，各层散热器的平均进出水温度也 是不相同的。在双管系统中，各层散热器 的平均进出水温度是相同的；而在单管系 统中，各层散热器的进出口水温是不相等 的。越在下层进水温度越低，因而各层散 热器的传热系数k值也不相等。因有这个 影响，单管系统立管的散热器总面积一般 比双管系统的稍大些。 p71 单管系统与双管系统的比较 在单管系统运行期间，由于立管的供水 温度或流量不符合设计要求，也会出现 垂直失调现象。但是在单管系统中，影 响垂直失调的原因不是如双管系统那样 由于各层作用压力不同造成的，而是原 因各层散热器的传热系数k值随各层散 热器平均计算温度差的变化程度不同而 引起的。 p71 相比较 单管 双管 各层散热器作 用压力不同 每一根立管只 有一个重力循 环作用压力 各层散热 器进出口 水温相同 各层散热 器进出口 水温不同 k 值不同 垂直失调 company logo 例题3-1 已知：h1 , h2 , h3 , q1 , q2 , q3 , tg , th 求解：双管系统循环作用压力；单管系统的求解：双管系统循环作用压力；单管系统的ti 、作用压力、作用压力 company logo 求 解 双管系统循环作用压力双管系统循环作用压力)( ghii ghp )( 1 hg n i i n i i gi tt q q tt 单管系统各层立管水温单管系统各层立管水温 单管系统作用压力单管系统作用压力 n i iii n i gii ghghp 1 1 1 )()( 重力(自然)循环热水供暖系统 重力循环热水供暖系统是最早采用的一种 热水供暖方式，已有约200年的历史，至 今仍在应用。 系统特点系统特点 它装置简单，运行时无噪音和不消耗电能 。但由于其作用压力小，管径大，作用范 围受到限制。重力循环热水供暖系统通常 只能在单幢建筑物中应用，其作用半径不 宜超过50m。 p73 company logo 综合循环作用压力 水在管路中沿途冷却，温度和密度沿程变化 增大自然循环作用压力 影响各层散热器进、出口水温 增大自然循环作用压力 影响各层散热器进、出口水温 重力循环重力循环热水供暖系统中，自然作用压力不大，确定实际循 环作用压力时 热水供暖系统中，自然作用压力不大，确定实际循 环作用压力时必须考虑必须考虑水在管路冷却所产生的水在管路冷却所产生的附加作用压力附加作用压力 company logo fzh ppp 总的循环作用压力总的循环作用压力水在散热器内冷却所产生的作用压力水在散热器内冷却所产生的作用压力 水在循环环路中冷却的附加作用压力，查表水在循环环路中冷却的附加作用压力，查表 company logo 二 机械循环热水供暖系统 机械循环热水供暖系统与重力循环系统的 主要差别是在系统中设置了循环水泵，水 在系统中强制循环。 设置了循环水泵，增加了系统的经常运行 电费和维修工作量；但由于水泵所产生的 作用压力很大，因而供暖范围可以扩大。 机械循环热水供暖系统不仅可用于单幢建 筑物中。也可以用于多幢建筑，甚于发展 为区域热水供暖系统。 机械循环热水供暖系统成为应用最广泛的 一种供暖系统。 p73 机械循环热水供暖系统的主要型式 垂直式系统 水平式系统 p73 (一)、垂直式系统 垂直式系统，按供、回水干管布置位置不同， 有下列几种型式： 上供下回式双管和单管热水供暖系统； 下供下回式双管热水供暖系统； 中供式热水供暖系统； 下供上回式(倒流式)热水供暖系统； 混合式热水供暖系统。 p73 机械循环上供下回式系统 company logo i=0.003i=0.003 i=0.003i=0.003 机械循环热水 供暖系统型式 机械循环热水 供暖系统型式 1.热水锅炉；2.循环水泵；3.集气装置；4.膨胀水箱1.热水锅炉；2.循环水泵；3.集气装置；4.膨胀水箱 2 1 3 立 管 i 4 iiiiiiv v 3 立管、 是双管式系 统，主要优 点是可以调 节流量。 立管、 是双管式系 统，主要优 点是可以调 节流量。 立管是单管系 统，它的优点是 经济好，施工简 单，运行管理简 单，水力工况稳 定。 立管是单管系 统，它的优点是 经济好，施工简 单，运行管理简 单，水力工况稳 定。 立管是单管跨越 式系统。散热器面 积增加，支管装阀 门，造价高，施工 工序多，多用于需 进行局部调节散热 器散热量。 立管v,在高层建筑 （通常超过六层） 中，可采用跨越式 与顺流式相结合的 系统形式上部 几层采用跨越式， 下部采用顺流式。 立管v,在高层建筑 （通常超过六层） 中，可采用跨越式 与顺流式相结合的 系统形式上部 几层采用跨越式， 下部采用顺流式。 机械循环下供下回热水供暖系统 机械循环下供下回热水供暖系统 它有如下特点： （1）在地下室布置供水干管，管路直接散热 给地下室，无效热损失小。 （2）在施工中，每安装好一层散热器即可开 始供暖，给冬季施工带来很大方便。 （3） 排除系统中的空气较困难。 p74 company logo 如何排气？如何排气？ 1）散热器冷风阀分散排气）散热器冷风阀分散排气 2）供水立管加高，顶部设专用排气管）供水立管加高，顶部设专用排气管 ab 下供下回式系统排出空气的方式 1 )通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气。 2)通过专设的空气管手动或自动集中排气。从散 热器和立管排出的空气，沿空气管送到集气装 置，定期排出系统外。集气装置的连接位置，应 比水平空气管低h米以上，即应大于图中a和b两 点在系统运行时的压差值，否则位于上部空气管 内的空气不能起到隔断作用，立管水会通过空气 管串流。因此，通过专设空气管集中排气的方 法，通常只用在作用半径小或压降小的系统中。 p74 中供式热水供暖系统 中供式系统的特 点： 中供式系统可避 免由于顶层梁底标高 过低,致使供水干管 挡住顶层窗户的不合 理布置,并减轻了上 供下回式楼层过多, 易出现垂直失调的现 象；但上部系统要增 加排气装置。 p75 机械循环下供上回供暖系统 倒流式系统具有如下 特点： (1)无需设置集气罐等排 气装置。 (2) 底层散热器的面积减 小，便于布置。 (3)当采用高温水供暖系 统时，可减少布置高 架水箱的困难。 (4)散热器的面积要比上 供下回顺流式系统的 面积增多。 第九章水压图第九章水压图 p75 company logo a) 可直连高温水 特点： 可直连高温水 特点： b) 系统压损大系统压损大 c) 初调节难 应用： 有高温水采暖要求的 工厂区和有低温水采 暖的生活区的热用户 初调节难 应用： 有高温水采暖要求的 工厂区和有低温水采 暖的生活区的热用户 70 机械循环混合式热水供暖系统 同程式系统 p76 company logo 异程 vs 同程 各立管环路压损难平衡各立管环路压损难平衡 异程式异程式 远近立管流量失调远近立管流量失调 异程式异程式 水平方向冷热不均水平方向冷热不均 异程式异程式 水平失调水平失调 同程式系统 压损易于平衡，但管道金属耗量多同程式系统 压损易于平衡，但管道金属耗量多 company logo 1)除主立管外，无立管穿过楼板，施工方便，经济美观 2)便于分层管理和调节 3)排气困难 1)除主立管外，无立管穿过楼板，施工方便，经济美观 2)便于分层管理和调节 3)排气困难(如何解决？)(如何解决？) 4)串太多散热器，易水平失调4)串太多散热器，易水平失调 特点： 1.单 管 水 平 串 联 特点： 1.单 管 水 平 串 联 (二)、水平式系统 company logo 空气管空气管 应用：应用： 1)各层使用功能不同或温度要 求不同的建筑物 1)各层使用功能不同或温度要 求不同的建筑物。 2)大面积公共建筑和多层建筑2)大面积公共建筑和多层建筑 单管水平串联式 (continue) company logo 单管水平跨越式单管水平跨越式 1)每个环路串联散热器数量不受限制 2)每组散热器可调节，便于热计量 1)每个环路串联散热器数量不受限制 2)每组散热器可调节，便于热计量 特点：特点： 3)排气不便4)散热器用量增加3)排气不便4)散热器用量增加 应用：应用： 单层建筑串联散热器组数过多时单层建筑串联散热器组数过多时，水平失调，水平失调 三、室内热水供暖系统的管路布置 室内热水供暖系统管路布置合理与否， 直接影响到造价和适用效果。应根据建 筑物的具体条件与外网连接的型式以及 运行情况等因素来选择合理的布置方 案，力求系统管道走向布置合理，节省 管材，便于调节和排除空气而且要求各 并联环路的阻力损失易于平衡。 p77 室内热水供暖系统的管路布置 引入口：宜设置在建筑物热负荷对称分 配的位置，一般宜在建筑物中部 一般宜将供水干管的始端放置在朝北向 一侧，而末端设在朝南向一侧。 p77 常见的供回水干管走向布置方式 四个分支环路的异程式系统 两个分支环路的同程式系统 p77 03139 03153 03149 第二节 分户采暖热水供暖系统 分户采暖是以经济手段促进节能。采暖系 统节能的关键是改变热用户的现有“室温 高，开窗放”的用热习惯，这就要求采暖系 统在用户侧具有调节手段，先实现分户控 制与调节，为下一步分户计量创造条件。 p78 分户热计量分户热计量 “热热”的商品化的商品化 热用户热用户 主动节能 主动缴费 主动节能 主动缴费 热力公司热力公司 提高运行水平 良性循环 提高运行水平 良性循环 分户热计量的意义分户热计量的意义 第二节 分户采暖热水供暖系统 根据这一特点以及我国民用住宅的结构型式，楼梯 间、楼道等公用部分应设置独立采暖系统，室内的 分户采暖主要由以下三个系统组成: 1.满足热用户用热需求的户内水平采暖系统，就是 按户分环，每一户单独引出供回水管，一方面便于 供暖控制管理，另一方面用户可实现分室控温。 2.向各个用户输送热媒的单元立管采暖系统，即用 户的公共立管，可设于楼梯间或专用的采暖管井内。 3.向各个单元公共立管输送热媒的水平干管采暖系 统。 p78 p80 一、户内水平采暖系统型式与特点 考虑到美观一般采用下进下出的方式。并根 据实际情况，水平管道可明装，沿踢脚板敷 设；水平管道暗装，镶嵌在踢脚板内或暗敷 在地面预留的沟槽内。 p79 二、单元立管采暖系统型式与特点 设置单元立管的目的在 于向户内采暖系统提供 热媒，是以住宅单元的 用户为服务对象，一般 放置于楼梯间内单独设 置的采暖管井中。 p80 三、水平干管采暖系统型式与特点 设置水平干管的目的在于向单元立管系统 提供热媒，是以民用建筑的单元立管为服 务对象，一般设置于建筑的采暖地沟中或 地下室的顶棚下。 p80 四、分户采暖系统的入户装置 分户采暖的入户装置安装位置可分为户内采 暖系统入户装置与建筑采暖入口热力装置。 p81 第三节 高层建筑热水供暖系统 高层建筑热水供暖系统设计存在的问题 分层式供暖系统 双线式系统 p82 高层建筑热水供暖系统设计存在的问题 (1)高层建筑供暖设计热负荷的计算问题 (冷风渗透耗热量)，前面已有要求自学。 (2)高层建筑供暖系统的形式和与室外热水 网路的连接方式问题，由于高层建筑热水 供暖系统的水静压力较大，当它与外界连 接时，应根据散热器的承压能力，外网的 压力状况等因素，确定系统形式及连接方 式。 (3)建筑物层数多，加重系统的垂直失调的 问题。 p82 一、分层式供暖系统 下层系统采用与外网 直接连接，其高度取 决于室外网路的压力 工况和散热器的承压 能力。上层系统与外 网采用隔绝式连接， 利用水加热器使其压 力与外网隔绝 p83 一、分层式供暖系统 外网供水温度较低，使用 热交换器所需面积过大而 不经济时，可考虑采用双 水箱分层式供暖系统。 特点： (1)上层系统与外网直接连 接。当外网供水压力低于 高层建筑静水压力时，在 用户供水管上加设加压泵。 利用进、回水箱两个水位 高差h进行上层系统的水 循环 p83 一、分层式供暖系统 (2)上层系统利用非满管流 动的溢流管与外网回水 管连接，溢流管下部的 满管高度h取决于外网回 水管的压力。 (3)两个水箱替代了热交换 器起隔绝压力的作用。 简化了入口设备，降低 了系统造价。 (4)采用了开式水箱，易使 空气进入系统，造成系 统的腐蚀。 p83 一、分层式供暖系统 分层式热水供 暖系统 双水箱分层式热水 供暖系统 p84 二、双线式系统二、双线式系统 双线式系统有垂直式和水平式两种型式。 垂直双线式单管热水供暖系统 1-供水干管；2-回水干管；3-双线立管；4-散热器； 5-截止阀； 6-排水阀；7-节流孔板；8-调节阀 p84 二、双线式系统二、双线式系统 水平双线式热水供暖系统 1-供水干管；2-回水干管；3-双线水平管；4-散热器； 5-截止阀； 6-节流孔板；7-调节阀 p84 三、单、双管混合式系统三、单、双管混合式系统 这种系统的特点是： 既避免了双管系统在楼 层数过多时出现的严重 竖向失调现象，同时又 能避免散热器支管管径 过粗的缺点，而且散热 器还能进行局部调节。 单双混合式系统 p84 四、专用分区供暖四、专用分区供暖 当高层建筑面积较大或是成片的高层小 区，可靠考虑将高层建筑竖向按高度分区， 在垂直方向上分为二个或多个采暖分区，分 别由不同的采暖系统与设备供给，各区域供 暖参数可保持一致。分区高度主要由散热器 的承压能力、系统管材附件的材质性能以及 系统的水力工况特性决定。分区后前两节介 绍的常规采暖系统及分户采暖系统的各种结 构形式均可采用。 p84 五、高层建筑直连（静压隔断）式供暖系统五、高层建筑直连（静压隔断）式供暖系统 p85 自学内容 第四节 室内热水供暖系统的 主要设备及附件 p86 一 膨胀水箱 膨胀水箱的作用 用来贮存热水供暖 系统加热的膨胀水 量。 在重力循环上供下 回式系统中，起着 排气作用。 恒定供暖系统的压 力 各管道的作用及安装 阀件情况必须要清楚 p86 第四节 室内热水供暖系统主要设备及附件 一 定 要 清 楚 是 为 什 么 p86 膨胀水箱的容积： 有效容积 水的体积膨胀系数，0.0006l/ 系统内的水容量 系统内水受热和冷却时水温的 最大波动值 pmanc vtv l p v c v max t p86 (二)热水供暖系统排除空气的设备 系统的水被加热时，会分离出空气 1 kg 5 水中含气量超过30mg 95约3mg 系统停止时不严密处会渗入空