供热工程-第三章 室内热水供暖系统课件

第三章室内热水供暖系统

本章主要内容重力循环热水供暖系统的工作原理及其作用压力的计算机械循环热水供暖系统的主要型式、系统特点、适用场合室内热水供暖系统的管路布置特点、主要设备及附件本章重点重力循环单、双管热水供暖系统作用压力的计算热水供暖系统分类：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。

第一节重力(自然)循环热水供暖系统重力循环热水供暖系统的工作原理图

1-散热器；2-热水锅炉；3-供水管路；4-回水管路；5-膨胀水箱作用压力

断面A-A左侧的水柱压力为

断面A-A右侧的水柱压力为

由上式可见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：9.81×1×（977.81－961.92）=156Pa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。二、自然循环热水供暖系统的形式及作用压力供暖系统的形式主要分双管和单管两种型式。下图(a)上供下回式重力循环热水供暖系统管道布置的一个主要特点是：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流向（应顺水流方向设下降坡度）。其反向的坡度为0．5％~1．0％；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。三、重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算

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。

Pa从计算的冷却中心至锅炉中心之间的垂直距离

。

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人．垂直失调就会越严重。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的现象。

三、重力循环热水供暖单管系统作用压力的计算

单管系统的垂直失调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，也会出现系统垂直失调。影响原因不象双管系统各层的循环作用压力不同造成的；而是由于各层散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温差的变化程度不同而引起的。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。第二节机械循环热水供暖系统

机械循环系统与重力循环系统的主要区别：1、循环动力不同。机械循环系统靠水泵提供动力，强制水在系统中循环流动。循环水泵一般设在锅炉入口前的回水干管上，该处水温最低，可避免水泵出现气蚀现象。2、膨胀水箱连接点和作用不同。机械循环系统膨胀水箱设在系统的最高处，水箱下部接出的膨胀管连接在循环水泵入口前的回水干管上。其作用除了容纳水受热膨胀而增加的体积外，还能恒定水泵入口压力，保证水泵入口压力稳定。重力循环系统的膨胀水箱的膨胀管连接在供水总立管的最高处。

机械循环系统与重力循环系统的主要区别：3、排气方式不同。机械循环系统中水流速度较大，一般都超过水中分离出的空气泡的浮升速度，易将空气泡带入立管引起气塞。所以机械循环上供下回式系统水平敷设的供水干管应沿水流方向设上升坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003。在供水干管末端最高点处设置集气罐，以便空气能顺利地和水流同方向流动，集中到集气罐处排除。回水干管也应采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003，以便于集中泄水。

思考题：为什么机械循环热水供暖系统不能把膨胀水箱连接在供水总立管上？

(1)定压点设在循环水泵入口前的回水干管上。既能限制水泵吸水管路的压力降，避免水泵出现气蚀现象，又能使循环水泵的扬程作用在循环管路和散热设备中，保证有足够的压力克服流动阻力，使水在系统中循环流动。可以保证系统中各点的压力稳定，使系统压力分布更合理。

第二节机械循环热水供暖系统

机械循环热水供暖系统的特点：系统中设置了循环水泵，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。机械循环热水供暖系统的主要型式

机械循环上供下回式热水供暖系统1—热水锅炉；2—循环水泵；3—集气装置；4—膨胀水箱机械循环热水供暖系统的主要型式

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。

上图左侧是双管式系统，在管路与散热器连接方式上与重力循环系统没有差别。上图右侧立管Ⅲ是单管顺流式系统，其特点是：立管中全部的水量顺次流入各层散热器。顺流式系统型式简单、施工方面，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种形式。它最严重的缺点是不能进行局部调节。上图右侧立管Ⅳ是单管跨越式系统，立管的一部分水量流进散热器，另一部分通过跨越管与散热器流出的回水混合再流入下层散热器。单管跨越式系统的特点：与顺流式相比，单管跨越式系统所需的散热器面积比顺流式系统大一些。（因为与顺流式相比，由于只有部分立管水量流入散热器，在相同的散热量下，散热器的出水温度降低，散热器中热媒和室内空气的平均温差减小。）目前在国内只用于房间温度较严格，需要进行局部调节散热器散热量的建筑上（单管跨越式系统所需的散热器面积增加，散热器支管上安装阀门，使系统造价增高，施工工序多）。

机械循环下供下回式双管系统，系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器下面，与上供下回式热水供暖系统相比有如下特点：（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。下供下回式系统排出空气的方式主要有两种：

上图左侧通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气；

上图右侧通过专设的空气管手动或自动集中定期排气。

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两点在供暖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。因此这种通过专设空气管集中排气的方法，通常只在作用半径小或系统压降小的热水供暖系统中应用。

中供式热水供暖系统（P55）从系统总立管引出的水平供水干管敷设在系统的中部。下部系统呈上供下回式，上部可采用下供下回式。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。倒流式（下供上回式）系统倒流式系统具有如下特点：(1)水与空气流动方向一致,可通过膨胀水箱排除空气,无需设置集气罐等排气装置。

(2)由于底层供水温度高,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，由于供水干管设在底层,可降低防止高温水汽化所需的水箱标高,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。异程式系统与同程式系统异程式系统：通过各个立管的循环环路的总长度不相等。机械循环系统中，作用半径较大，连接立管较多，通过各个立管环路的压力损失较难平衡。易出现水平方向冷热不均的水平失调现象。同程式系统：通过各个立管的循环环路的总长度都相等。压力损失易于平衡，可以消除或减轻系统的水平失调。但系统管道的金属消耗量较多。同程式系统二、水平式系统单管水平串联式单管水平跨越式1-冷风阀；2-空气管1-冷风阀；2-空气管水平式系统与垂直式系统相比具有如下优点：(1)系统的总造价较低；(2)管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方便；(3)有可能利用最高层的辅助空间（如楼梯间、厕所等）架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间。（4）适用于各层有不同使用功能或不同温度要求的建筑物，便于分层管理和调节。一、室内热水供暖系统的管路布置

根据建筑物的具体条件、与外网的连接形式以及运行情况等因素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。

第四节室内热水供暖系统的管路

布置和主要设备及附件室内热水供暖系统的管路布置要求：1、供暖系统的引入口宜设置在建筑物热负荷对称分配的位置，一般宜在建筑物的中部。2、系统总立管在房间的布置不应影响人们的生活和工作。3、在布置供、回水干管时，首先应确定供、回水干管的走向。4、系统应合理地分成若干支路，而且尽量使各支路的阻力损失易于平衡。一般宜将供水干管的始端放置在朝北向—侧，而末端设在朝南向一侧。室内热水供暖系统的管路布置要求：5、在各分支环路上，应设置关闭和调节装置。6、室内热水供暖系统的管路应明装，有特殊要求时方采用暗装。尽可能将立管布置在房间的角落，尤其在两外墙的交接处。7、在每根立管的上、下端应装阀门，以便检修放水。8、为了有效地排除系统内的空气，所有水平供水干管应具有不小于0.002的坡度。二、热水供暖系统的主要设备和附件

1、膨胀水箱膨胀水箱的作用：（1）用来贮存热水供暖系统加热的膨胀水量。（2）在重力循环上供下回式系统中，起着排气作用。（3）恒定供暖系统的压力。与供暖系统管路的连接位置：在重力循环系统中，应接在供水总立管的顶端；在机械循环系统中，一般接至循环水泵吸入口前连接点处的压力在系统不工作或运行时都恒定，所以又称为定压点(二)热水供暖系统排除空气的设备（1）集气罐在机械循环上供下回式热水供暖系统中，集气罐应设在系统各分之环路的供水干管末端的最高处。在系统运行时，定期手动打开阀门将热水中分离出来并聚集在集气罐内的空气排除。(二)热水供暖系统排除空气的设备（2）自动排气阀工作原理：当阀体内无空气时，水将浮子浮起，通过杠杆机构将排气孔关闭；而当空气从管道进入，积聚在阀体内时，空气将水面压下，浮子的浮力减小，依靠自重下落