供暖系统及其分类 PPT课件

1 第十一章供暖系统及其分类 供暖系统定义 在冬季 室外温度低于室内温度 房间内的热量通过围护结构 墙 窗 门 地面 屋顶等 不断向外散失 为使室内保持所需的温度 就必须向室内供给相应的热量 这种向室内供给热量的工程设备叫做供暖系统 2 局部供暖系统 将热源和散热设备合并成一个整体 分散设置在各个房间里的供暖系统 局部供暖系统包括火炉采暖 煤气采暖及电热采暖 如火炉 红外线煤气炉 电暖器 电热膜等 集中供暖系统 由远离采暖房间的热源 输热管道和房间内的散热设备等三部分组成的工程设施 称为集中供暖系统 热媒 把热量从热源输送到散热设备的物质叫热媒 热媒主要有 热水 蒸汽 热空气 供暖系统的分类 3 局部供暖系统 4 集中供暖系统 5 定义 以热水作为热媒的供暖系统 它是目前最广泛使用的一种供暖系统 热水供暖系统的分类 1 按热媒参数分 低温热水供暖系统 100 高温热水供暖系统 100 2 按系统循环动力分 自然循环 即重力循环 和机械循环系统3 按系统的每组立管根数分 单管和双管系统4 按系统的管道敷设方式分 垂直式和水平式 第一节热水供暖系统 6 自然循环热水供暖系统 特点 这种系统中不设循环水泵 仅靠供 回水的温度差而形成的密度差所产生的压力使水在系统中进行循环 这种水的循环作用压力称为自然压头 下面对自然压头进行理论分析 以二层房屋为例 首先假定系统沿程热损失为零 即系统中的热媒仅在锅炉内升温及在散热器内降温 7 假定图中最低点断面A A处有一假想阀门 若突然将阀门关闭 则断面A A两侧所受到的水柱压力之差就是驱使水进行循环流动的自然压头 对于经过一层散热器的循环环路断面A A右侧的水柱压力为 断面A A左侧的水柱压力为 该环路的自然压头为 A A i 0 003 i 0 003 h3 h2 h1 h0 图11 1自然循环热水供暖系统工作原理图 11 1 8 断面A A左侧的水柱压力为 该环路的自然压头为 再考虑管路沿途热损失 它与系统的水平距离 锅炉到散热器的高度 总干管至计算立管之间的水平距离有关 具体数值见附表16 因此经过计算 立管第一层散热器的循环环路的自然压头为 11 3 11 2 经过计算 立管第二层散热器的循环环路的自然压头为 11 4 对于经过二层散热器的循环环路则断面A A右侧的水柱压力为 9 下面以供热系统的水平距离为20m h1 3m h2 3m 供水温度为tg 95 g 962kg m2 供水温度为th 70 h 977kg m2为例计算自然压头 自然压头算例 解 查附表16得 P2 100Pa 则 10 1 对于多层建筑 若各层房间的热负荷相同 采用的立 支管相同 则流经上层散热器的流量多于实际需要量 流经下层散热器的流量少于实际需要量 这会造成上层房间温度偏高 下层房间温度偏低 即垂直失调现象 2 由于自然压头很小 为了保证输送所需的流量 系统管径不致过大 要求锅炉中心与散热器中心的垂直距离不小于2 5 3m 3 在自然循环热水供暖系统中 由于水的流速较小 0 2m s 水平供水干管可以逆流排气排入膨胀水箱 但要求水平供水干管必须有向膨胀水箱方向向上的坡度 且不得小于0 5 1 结论 11 结论 4 因自然压头很小 因而干管长度不宜过长 否则系统的管径就会过大 因此 系统的作用半径不宜大于50米 5 自然循环热水供暖系统仅能用于有地下室 地坑的一些较小的独立的建筑 12 机械循环热水供暖系统 系统组成 锅炉 输热管道 水泵 散热器 膨胀水箱及排气装置 系统分类 1 按供水干管位置不同分 上供下回式 下供下回式 下供上回式等2 按立管与散热器连接形式不同分 双管式 单管式 单双管混合式3 单管式又分为垂直单管式和水平单管式 4 单管式按散热器支管与单管连接方式分 顺流式和跨越式 5 按通过各立管的循环环路的总长度是否相等分 同程式 异程式 13 1 热水锅炉 2 供水总立管 3 供水干管 4 供水立管 5 散热器6 回水立管 7 回水干管 8 循环水泵 9 膨胀水箱 10 集气罐 11 膨胀管 6 i 0 003 i 0 003 3 5 8 2 1 9 4 10 7 11 机械循环双管上供下回式 14 机械循环双管上供下回式 循环水泵 提供循环动力 促使水在系统内循环 一般安装在回水干管上膨胀水箱 容纳系统水热胀冷缩的体积及系统定压 高于大气压力以避免水泵吸入口处水产生汽化 一般通过膨胀管与水泵吸入口相连 并设于系统最高处集气罐 自动排气阀 聚集和排出系统中空气 设于供水干管的末端 也就是供水干管的最高处优点 可调节各房间的散热量 各层的散热器比较均衡缺点 由于自然压头的存在 造成系统垂直失调 即上部房间温度偏高 下部房间温度偏低 楼层越高 失调越严重 因此 双管系统不宜在四层以上的建筑中采用 15 膨胀水箱 16 i 0 003 i 0 003 3 5 8 1 9 4 10 6 7 11 空气管 优点 可以调节各房间的散热量 各层的散热器比较均衡 垂直失调较双管上供下回式要弱一些 机械循环双管下供下回式 注意 双管系统不宜在四层以上的建筑中采用 17 i 0 003 i 0 003 图11 4异程单管上供下回式 3 5 8 2 1 9 4 10 7 11 优点 立管少 安装方便 不存在垂直失调问题 缺点 由于水温是逐层递减的 所以下层散热器片数多 占地面积大 单管上供下回式还分为顺流式和跨越式 单管上供下回式 跨越式可克服顺流式无法调节各房间调节散热量的缺陷 18 水平顺流 水平串联 式系统 Z型补偿器 DN10手动放风门 水平跨越式系统 DN10手动放风门 水平顺流式系统 优点 最省管材 管路简单 便于施工 因无沿墙立管 不影响室内美观 缺点 末端散热器较多 散热器排气困难 不能进行局部调节 水平跨越式系统 优点 可以进行局部调节 缺点 由于水在散热器中流动速度较慢 散热器内容易积垢应用范围 分户热计量的居住建筑 对室温要求不高且不宜使用垂直系统的工业及公用建筑 19 同程式和异程式 同程式 通过各立管的循环管路的长度近似相等的系统不等的称为异程系统同程系统环路压力损失容易平衡 因此较大的建筑物一般都采用同程系统 i 0 003 i 0 003 3 5 8 2 1 9 4 10 7 11 同程系统较异程系统多耗管材 在较小的建筑物一般都采用异程系统 20 第五节高层建筑供暖特点 高层民用建筑设计防火规范 GB50045 95 1 10层及10层以上的居住建筑2 建筑高度超过24m的公共建筑 1972年联合国国际高层建筑会议 1 9 16层 最高为50米 2 17 25层 最高到75米 3 26 40层 最高到100米 4 40层以上 超高层建筑 21 系统分类 1 分层式供暖系统 2 双线式系统 3 单 双管混合式系统 一 分层式供暖系统定义 高层建筑热水供暖系统在垂直方向分成若干个系统 亦称垂直分区 这是高层供暖常用的一种供暖形式因为散热器的承压能力相对较小 当建筑高度超过散热器承压能力时必须垂直分区 高层建筑热水供暖系统 22 垂直双线供暖系统 二 双线式系统 1 垂直双线单管供暖系统 立管在竖向成 型结构 一根上升管 一根下降管 因此可以近似认为每层散热器的平均温度相同 可以避免垂直失调 散热器采用蛇形管或辐射板 2 水平双线单管供暖系统 具有水平式供暖系统的特点 能够进行分层调节调节 23 定义 在垂直方向上分为若干组 每组若干层 2 3层 每一组均为双管系统 各组之间用单管相连系统中的每一组双管系统 只对2 3层房屋供暖 形成的自然压头仅在2 3层中起作用 避免了纯双管系统造成的严重的垂直失调现象 纯垂直单管系统通过支管流量为立管流量 单侧连接 或约一半立管流量 双侧连接 而混合式系统通过支管流量仅约为垂直单管系统的1 2 1 3 因此支管管径较小 便于施工 单 双管混合式系统 24 第二节蒸汽供暖系统 蒸汽供暖的特点 1 蒸汽供暖是以水蒸气为热媒 水蒸气在散热器中进行相变 凝结 放出汽化潜热 由于汽化潜热 2500kJ kg 比水的温降放热量 1 84 t kJ kg 要大得多 所以 a 对于流入散热器的过热蒸汽或饱和蒸汽及流出散热器的过冷凝水或饱和凝水 都可近似认为其放热量等于汽化潜热 b 对于同样热负荷蒸汽供暖所需的蒸汽流量要比热水供暖所需的热水流量小得多 25 2 蒸汽的比容是热水的比容的数百倍 因此蒸汽在管中的流速 通常采用比热水高得多的数值 但阻力损失较小 3 蒸汽的密度小 不会产生很大静压力 相对应于热水的分层供暖4 因蒸汽热媒一般比热水热媒的温度高 传热系数K K A tp tn 较大 而散热器散热面积F Q K t 因此对于同一建筑而言 采用蒸汽系统可减少散热器数量 另一方面 采用蒸汽系统的管道管径较小 所以蒸汽系统的初投资要比热水系统少 蒸汽供暖系统的优点 26 5 蒸汽供暖系统的热惰性很小 并采用间歇调节 系统的加热和冷却都很快 房间温度波动较大 特别适应于人群迅速集散的建筑如工业车间 大礼堂 影剧院等 不适合办公 居住建筑 6 蒸汽供暖系统采用间歇调节 系统管道内交替充满空气 蒸汽 腐蚀快 系统寿命短 7 因散热器表面温度较高 产生较强的热对流 引起扬尘 卫生条件较差 蒸汽供暖系统的缺点 27 1 按蒸汽压力分 高压蒸汽供暖系统 1 7x105Pa 低压蒸汽供暖系统 1 7x105Pa 真空蒸汽供暖系统 1 0 x105Pa 2 按蒸汽干管布置的不同分 上供下回式 下供下回式3 按立管布置的特点分 单管式 双管式4 按回水动力的不同分 重力回水 机械回水 蒸汽供暖系统的分类 28 绝对压强 表压 真空度 余压 绝压 表压 绝对压强 当地大气压强真空度 当地大气压强 余压 绝压 表压 真空度 绝对零压 当地大气压强 实测压强 实测压强 1 以绝对真空为基准2 以当地大气压强为基准 三种压强的关系 29 一 低压蒸汽供暖系统 低压蒸汽供暖系统的凝水回流有两种形式 1 重力回水 凝水依靠重力回流到锅炉中 2 机械回水 凝水依靠重力回流到凝结水箱中 再用水泵送入锅炉工程中多采用机械回水方式 i 0 003 i 0 003 机械回水双管上供下回式蒸汽供暖系统 3 5 8 2 1 9 4 6 7 10 1 蒸汽锅炉 2 蒸汽总立管 3 蒸汽干管 4 蒸汽立管 5 散热器 6 凝结水立管 7 凝结水干管 8 凝结水泵 9 凝结水箱 10 疏水器 30 疏水器 阻止蒸汽通过 只允许凝结水及不凝气体 空气 及时排往凝结水管的一种装置 注意 在每组散热器后都要安装疏水器 恒温式疏水阀 启闭由内部装有酒精的金属波形囊控制 机械回水蒸汽系统设计注意事项 31 沿途凝水 蒸汽在管道中流动时会向外散失热量 因供暖系统一般用饱和蒸汽 很容易造成一部分蒸汽凝结成水 叫做 沿途凝水 水击现象 高速流动的蒸汽和凝结水在遇到阀门 弯头等改变流动方向的部件时 会产生 水击 现象 为了及时排除沿途凝水 避免水击现象的发生 应使汽 水同向流动 即蒸汽干管应有沿流动方向向下的坡度 必要时在蒸汽干管下部接凝结水管道并设疏水器 空气是不凝性气体 系统运行时如不能及时排除系统中的空气 它会堵在管道和散热器中 影响系统的散热量顺利排除系统中的空气是保证系统正常工作的必要条件 32 凝结水箱 一般按15 20min最大小时凝水量设计 在热源处的总凝结水箱也可按0 5 1h最大小时凝水量设计 凝结水泵 应按少于30min的时间将凝结水箱的凝结水送入锅炉的标准进行设计 凝结水箱和凝结水泵 33 小结 及时排除空气 影响散热 凝水顺利送回锅炉 设置凝结水箱 水泵 防止蒸汽逸入凝水管 设置疏水阀 避免水击现象 为避免水泵吸入口处压力过低造成凝结水汽化 以至造成气蚀 水泵停转现象 保证水泵正常工作 凝结水泵的最大吸水高度及最小正压水头高度要受凝结水温度的制约 为安全考虑 当凝结水温度小于70 时 水泵必须低于水箱底面0 5m 凝结水泵的安装 34 定义 压力为1 7x105 4 0 x105Pa的蒸汽供暖系统 高压蒸汽供暖系统常与生产用汽合用 生产用汽压力一般较高 所以从锅炉房来的蒸汽需经减压阀减压 高压蒸汽供暖系统形式 上供下回式 下供下回式 单管式 双管式等形式 为了避免高压蒸汽和凝结水在立管中方向流动发出噪声并产生水击现象 一般高压蒸汽供暖系统均采用双管上供下回系统 高压蒸汽供暖系统 35 高压蒸汽供暖系统的特点 1 高压蒸汽供暖系统由于散热器可能漏气 加上二次蒸发汽的存在 造成凝水管路会有蒸汽存在 所以在每个散热器的蒸汽和凝结水支管上都应设阀门 以调节供汽并保证关断 2 因疏水器单个排水能力远超过每组散热器的凝水量 故系统仅在每一支凝水干管的末端设疏水器 36 高压蒸汽供暖系统的特点 3 由于凝结水温度较高 通过疏水器减压后 会产生二次蒸汽 所以在进入凝结水箱之前要设置二次蒸发器及水 水换热器 4 由于管道温度变化大 要考虑补偿问题 5 高压蒸汽供暖系统的管径和散热器片数都小于低压蒸汽供暖系统 因此具有较好的经济性 但是由于安全 卫生条件很差 所以仅能用于工业厂房 37 第三节供暖系统的管路布置和主要设备 1 根据建筑的特点 确定供暖系统的热媒及系统形式2 合理确定引入口位置 一般设置在热负荷中心位置即长度方向的中线上 并要服从室外热力管网的总体布局 3 布置管道时 应力求管道最短 便于维护管理 不影响房间的美观 供暖系统的管路布置的总体原则 38 供暖系统的管路布置的总体原则 4 在上供下回式系统中 对于美观要求较高的民用建筑 供水干管布置在顶棚内 如顶棚内无法布置且建筑物是平屋顶 可在屋顶上建造专门的管槽 其他建筑干管布置在顶棚下 5 回水干管敷设在地下室顶棚下 地沟内 地面上 地沟宜采用半通行地沟 地沟分通行地沟 半通