哈工大-供热工程-第3章-热水供暖系统

3-1重力(自然)循环热水供暖系统

一、工作原理及作用压力分析1.工作原理假设整个系统只有一个放热中心l(散热器)和一个加热中心2(锅炉)，用供水管3和回水管4

把炉与散热器相连接。在系统的最高处连接一个膨胀水箱5，用以容纳受热后膨胀的水体积。在系统工作之前，先将系统中充满冷水。当水在锅炉内被加热后，密度减小，同时受散热器流回来密度较大的回水的驱动，使热水沿供水干管上升，流入散热器。在散热器内水被冷却，再沿回水干管流回锅炉。这样形成如图3-l箭头所示的方向循环流动。图3．1重力循环热水供暖系统工作原理图1一散热器；2一热水锅炉；3一供水管路

4～回水管路；5一膨胀水箱第1页/共31页2.作用压力分析忽略管道散热，认为系统只有一个加热中心和一个冷却中心在底部断面两侧作用压力分别为P左和P右，依据流体静力学的原理，则有

P左=h1ρɡɡ+h

ρɡɡ+h0ρhɡ

P右=h1ρɡɡ+h

ρhɡ+h0ρhɡ∆P=P右-P左=h

ρhɡ-h

ρɡɡ=hɡ(ρh-ρɡ)Pa(3-1)结论：供暖系统作用压头∆P与锅炉和散热器的高差h、供回水温度对应的供回水密度ρɡ、ρh有关。当h=1m时，对于95/70℃的自然循环热水供暖系统，其作用压头∆P=1x9.81x（977.81-961.92）=156Pa第2页/共31页

二、系统主要图示1.双管系统图3-2中（a）2.单管系统图3-2中（b）特点：坡度（0.005-0.01）较大，便于空气排除。坡向，供水用于排气；回水用于排水。区别：双管系统每一支管设一阀门；单管系统只在立管上下各设一个阀门，而支管上则不设阀门

图3—2重力循环供暖系统

(a)双管上供下回武系统，(b)单管顾流式系统1-总立管；2-供水千管，3-供水立管，4-散热器供水支管5-数热器器回水支管，6-回水立管，7-回水干管，8-膨胀水箱连接管，9-充水管(接上水)10-泄水管(接下水)11一止回阅第3页/共31页

三、系统作用压力计算1、双管系统

一层二层一、二层作用压力差：

h2

h1

该附加压力造成了上下楼层间的垂直失调图3-3作用压力计算图

垂直失调：同一立管竖向各层房间室温出现上下冷热不均的现象水平失调：同一楼层水平方向各房间市温出现冷热不均的想象第4页/共31页

2、单管系统推导过程略，作用压力计算公式如下：写成通式：

图3-4作用压力计算图Pa(3-2)

H1第5页/共31页式中N-循环环路中冷却中心总数（楼层数）

-冷却中心（楼层）顺序数;g-重力加速度m/s2,取值为9.81;

-供水的密度，Kg/m3;

-回水的密度，Kg/m3

；

-计算冷却中心（楼层）流出水的密度，Kg/m3；

-计算冷却中心（楼层）上一层流出水的密度，Kg/m3

。

-计算冷却中心（楼层）到下加热中心（锅炉）的距离,m

-计算冷却中心（楼层）到下一个中心（楼层）的距离,m

第6页/共31页3.综合作用压力公式考虑管道散热冷却影响引入附加后的公式：

ΔРZ=ΔР+ΔРfPa(3-3)式中ΔР

–由公式（3-3）计算得出得的作用压力，Pa;

ΔРf-考虑管道冷却的附加压力，Pa。4.特殊情况下的作用压力

计算仍采用公式（3-2），但注意用下半部分高度以H表示的公式。其中

H3在锅炉以下部分H值应取负值

H2

H1

图3-5作用压力计算图

第7页/共31页3-2机械循环热水供暖系统由水泵提供热水循环动力一、系统特点1.作用半径大，供暖范围大；2.管径d较小，管内流速较大；3.检修量大，耗电多.该系统是目前应用最广泛的一种供暖系统第8页/共31页

二、系统型式1.双管上供下回式左侧ⅠⅡ立管只适用于较低层数的建筑，对高层建筑易产生垂直失调右侧ⅢⅣⅤ立管为单管上供下回式，详见图3-8

图3—6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I；3-集气装置；4-膨胀水箱

第9页/共31页2.双管下供下回式

优点：干管设在地下室地沟内，无效热损失小；施工与土建同步，便于协调；供水在下，可减少垂直失调。

缺点：排气比较困难，手动排气、水箱排气和集气罐排气相结合

图3—7机械循环下供下同式系统1一热水锅炉；2一循环水泵；3一集气罐4一膨胀水箱；5一空气管；6一冷风阀第10页/共31页3.单管上供下回式（单管顺流式）优点结构简单、施工方便造价低，系统本身没有双管系统的垂直失调。目前应用非常广泛缺点系统无法局部调节，由于其他原因影响，仍存在垂直失调。不适应分户控制、分户计量的要求。图3-8单管上供下回式（单管顺流式）第11页/共31页4.单管跨越式图3-9单管跨越式第12页/共31页5.单管下供上回式（单管倒流式）

（1）与空气流动方向相同，便于排气；（2）供水在下，可以有限度地减小垂直失调，而且可以减少低层散热器的面积，方便布置；（3）对于高温水系统，可以减小静压线高度；（4）受连接方式影响，散热器传热系数较低，相同条件下散热器面积大图3-8单管下供上回式（单管倒流式）第13页/共31页6.同程式系统

特点：通过各个立管的循环环路的总长度都相等。

异程式系统供、由于作用半径较大，连立管较多，通过各个立管环路的压力损失较难平衡。初调节不当时，就会出现近处立管流量超过要求，而远处立管流量不足。在远近立管处出现流量失调，从而引起在水平方向冷热不均的现象，称为系统的水平失调。图3-10同程式热水供暖系统同程式系统可以消除或减轻系统的水平失调。

第14页/共31页7.水平串联系统

A

原始水平串联系统C水平跨越式（水平并联式）系统

B带空气管的水平串联系统D带空气管的水平跨越式系统

图3-11水平串联热水供暖系统优点：☞系统的总造价比垂直式系统低

☞管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方便；

☞有可能利用最高层的辅助空间

☞便于分层管理和调节，有利于分户控制和计量

缺点：

▣串联散热器很多时，运行时易出现水平失调

▣排气方式要比垂直式上供下回系统复杂些

▣水平管道较长时，要注意热补偿ACDB第15页/共31页8.其他（1）混合式系统

混合式系统是由下供上回式(倒流式)和上供下回式（顺流式）两组串联组成的系统。高温水自下而上进入第Ⅰ组系统，通过散热器放热后水温降低，然后再引入第Ⅱ组系统，放热后循环水温度再降低，然后返回热源。由于两组系统串联，系统的压力损失大些。这种系统一般只宜使用在连接于高温热水网路上的卫生要求不高的民用建筑或生产厂房。图3—12机械循环混合式热水供暖系统第16页/共31页（2）上供上回式系统供水管和回水管均布置在房间上部。适用于房间底部无法布置管道的场所，多用于生产车间。（3）中供式系统供回水管道都布置在房间的中部。适用于旧房改造接层的建筑第17页/共31页3-3高层建筑热水供暖系统高层建筑热水供暖系统的特点：◑热负荷计算时冷风渗透耗热量Q’2中的L值不同普通建筑只考虑风压，而高层建筑是考虑风压和热压的综合作用◑连接方式不同。由水静压力和垂直失调两因素决定第18页/共31页一、分层式热水供暖系统1.换热器隔绝分层式

在高层建筑供暖系统中，垂直方向分成两个或两个以上的独立系统称为分层式供暖系统。下层系统通常与室外网路直接连接。它的高度主要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(图3-13)，利用水加热器使上层系统的压力与室外网路的压力隔绝。上层系统采用隔绝式连接，是目前常用的一种型式。图3-13分层式热水供暖系统

第19页/共31页2.双水箱隔绝式供暖系统

◈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，在用户供水管上设加压水泵(如图3-14)。利用进、回水箱两个水位高差h进行上层系统的水循环。上层系统利用非满管流的溢流管6与外网回水连接，溢流管6下部的满管高度

Hh取决于外网回水管的压力。

◈以双水箱代替换热器隔绝，简化设备，1-加压水泵；2-回水箱；3-进水箱；4-进水箱降低造价溢流管，5-信号管；6-回水箱溢洗管◈开式水箱，空气易进入，造成系统腐蚀。图3-14双水箱隔绝式供暖系统第20页/共31页二、双线式系统（图略）双线式系统有垂直式和水平式两种型式。（讲义图3-17、3-18）1.垂直双线式系统该系统是由竖向的Π形单管式立管组成的。双线系统的散热器通常采用蛇形管或辐射板式(单块或砌入墙内形成整体式)结构。由于散热器立管是由上升立管和下降立管组成的，因此各层散热器的平均温度近似地可以认为是相同的。这种各层散热器的平均温度近似相同的单管式系统，尤其对高层建筑，有利于避免系统垂直失调。由于立管的阻力较小，容易引起水平失调。可考虑在每根立管的回水立管上设置孔板，增大立管阻力，或采用同程式系统来消除水平失调。2.水平双线式系统，该系统在水平方向的各组散热器平均温度近似地认为是相同的。当系统的水温度或流量发生变化时，每组双线上的各个散热器的传热系统K值的变化程度近似是相同的。因而对避免冷热不均很有利由于每层系统阻力较小可能引起的垂直失调，可以在每层支线上设置孔板或调节阀，分层调节，避免垂直失调。

第21页/共31页三、单、双管混合式系统

在垂直方向上分若干组（比如ⅠⅡ

Ⅲ三

组）每组内采用双管系统。比如

Ⅰ组的一层二层、Ⅱ组的三、四两层、Ⅲ组的五、六两层之间，均采用双管系统；但是在每组之间，则采用单管系统。比如ⅠⅡ

Ⅲ组之间。系统整体具有单管系统的若干优点，避免出现垂直失调；同时又解决了单管系统的无法局部调节的弊病。而且散热器支管管径也比纯粹的单管系统要小得多。但该系统无法解决高层建筑水静压力的影响图3-15单、双管混合式系统ⅠⅡⅢ第22页/共31页3-4室内热水供暖系统管路布置和主要设备一、室内热水供暖系统管路布置1.总原则根据建筑物的具体条件(如建筑的平面外形、结构尺寸等)与外网连接的形式以及运行情况等因素来选择合理的布置方案。力求走向合理、节约管材、便于调节及阻力平衡、便于排气2.总入户管布置宜设置在建筑物热负荷对称分配的位置，一般宜在建筑物长边中部引入，以尽量缩短作用半径；3.总立管布置系统总立管在房间内的布置不应影响人们的生活和工作。第23页/共31页4.供、干管回水布置（1）管路走向

图3-16常见的供、回水干管走向布置方式

A四个分支环路的异程式系统B两个分支环路的同程式系统1-供水总立管；2-供水干管；3-回水干管；4-立管；5-供水进口管；6-回水出口管

AB第24页/共31页（2）管路布置以上供下回式为例供水管设在天棚下时，注意▣过梁处理▣管道坡度处理回水管▣室内地沟▲半通行地沟▲不通行地沟▣地面上过门时应设过门地沟目前已少有采用（3）干管坡度为便于排气，要求其坡度≮0.002，若受条件限制时，可做0坡，但要求管道内流速≮0.25m/s。

(4）立管布置一般应设在墙角处，或两个窗中间。立管上下各设置一道阀们，阀们可以是闸阀、也可以是截止阀。从水力平衡角度出发，宜设置截止阀。设活动盖板第25页/共31页二、热水供暖系统设备和主要附件（一）膨胀水箱1.膨胀水箱作用排气、容纳膨胀水、定压2.膨胀水箱结构圆形、方形一般为钢制或工程塑料（如玻璃钢等）3.膨胀水箱工作原理

膨胀管：一般接至循环水泵吸入口。膨胀管与供暖系统管路的连接点称为定压点。信号管：用来检查膨胀水籍是否存水，一般应引到管理人员容易观察到的地方。

循环管：循环管应接到系统定压点前的水平回水干管上(见图3-18）该点与定压点间应保持1.5～3m的距离。

排污管：清洗水箱时放空存水和污垢它可与溢流管一起接至附近下水道。溢流管：保证水箱水位不超过摸某一极限。当水位超过溢水管口时，通过溢流管将水自动溢流排出

▣注意溢流管和膨胀管严禁装设阀门！信号管和排污管应该装设阀门溢流管信号管循环管排污管膨胀管有效容积VP图3-17膨胀水箱原理图第26页/共31页4.膨胀水箱有效容积的计算有效容积：指信号管与溢流管间的容积

膨胀水箱的容积VP，可按下式计算确定

VP=α△tmaiVCL（3-4）

α=0.006

1/℃

、△tmai=25℃代入式（3-4），则有

VP=0.045VCL式中α-水的体积膨胀系数α=0.006△tmai-系统受热和冷却时水温的最大波动值，取为75℃VC-系统的水容量，包括热源、室外管网、室内管道和散热器的全部水容量。为简化计算，VC值可按供给1kW热量所需设备的水容量计算，其值可按附录3-3选取。求出所需的膨胀水箱有效容积后，可按《全国通用建筑标准设计图集》(CN501-1)选用所需的膨胀水箱型号。

第27页/共31页（二）集气罐1.手动集气罐

手动集气罐用直径Ф100～250m