第三章热水采暖系统.

供热工程GONGREGONGCHENG天津理工大学自动化学院王艳第三章热水采暖系统前言热水采暖系统：以热水作为热媒的采供暖系统。民用建筑多采用热水作为热媒。按循环动力分自然（重力）循环系统机械循环系统按供、回水方式分单管系统双管系统水平系统垂直系统按管道敷设方式分前言热水采暖系统分类)hhh(gg1hh0右P一、自然循环热水采暖系统图1-1自然循环热水采暖系统工作原理图)hhh(gg1gh0左P)gh(P-gh左右PP循环作用压力△P第1节传统室内热水供暖系统1.1自然循环热水采暖系统的工作原理一、自然循环热水采暖系统l-总立管；2-供水干管；3-供水立管；4-散热器供水支管；5-散热器回水支管；6-回水立管；7-回水干管；8-膨胀水箱连接管；9-充水管(接上水管)；l0-泄水管(接下水道)；ll-止回阀图1-2自然循环热水采暖系统(a)双管上供下回式系统；(b)单管上供下回式系统1.2自然循环热水采暖系统的基本型式图1-2中(a)、(b)是自然循环热水采暖系统的两种主要型式。上供下回式系统的供水干管敷设在所有散热器之上，回水干管敷设在所有散热器之下。一、自然循环热水采暖系统型式11.3自然循环热水采暖系统的其它型式型式3型式2一、自然循环热水采暖系统自然循环系统的特点：（1）在供水立管、系统最高处安装膨胀水箱。膨胀水箱的作用为：1）容纳系统里热膨胀水。2）排除系统内的空气（主要为水中溶解的空气和系统里的空气）。(2)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。一、自然循环热水采暖系统(1)一般情况下，自然循环系统的作用半径不宜超过50m。(2)通常宜采用上供下回式，锅炉位置应尽可能降低，以增大系统的作用压力。(3)系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的流向。其反向坡度为0.5%~1.0%。散热器支管的坡度一般取1.0%。(4)回水干管应有向锅炉方向的向下坡度。(5)不论采用单管系统还是双管系统，自然循环的膨胀水箱应设置在系统供水总立管顶部(距供水干管顶标高300～500mm处)。1.4设计注意事项一、自然循环热水采暖系统1.5重力循环系统作用压力的计算上层:△P2＝g(h1+h2)(ρh－ρg)下层:△P1＝gh1(ρh－ρg)△P=△P2－△P1＝gh2(ρh－ρg)（△P2﹥△P1）△Pi＝gHi(ρh－ρg)1.双管热水供暖系统作用压力的计算一、自然循环热水采暖系统•自然循环热水采暖双管系统特点:•由于各层散热器与锅炉的高差不同，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。•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均的现象，称为系统“垂直失调”。(1）各层散热器的供、回水温度相同。(2）供水温度较单管高，散热器面积相应小。(3）可进行局部调节。(4）垂直失调严重，机械循环系统也是如此。双管系统垂直失调的原因是通过各层的循环作用压力不同。而且楼层数越多，垂直失调越严重，所以双管系统不宜用在超过4层的系统中。一、自然循环热水采暖系统2、重力循环单管系统循环作用压力niiiinigiigHghp111结论：每一根立管只有一个重力循环作用压力，而且即使最低层散热器低于锅炉中心，也可能使水循环流动。一、自然循环热水采暖系统ρi：流出第i组散热器的水的密度单管系统回水温度的求法：计算依据：在整根立管中，流过每一管段和每组散热器的流量都相等。ti：流出第i组散热器的水温∑Q：立管所担负的全部热负荷∑Qi：沿水流方向，在第i组（包括i组）散热器前的全部散热器的散热量一、自然循环热水采暖系统单管系统特点：(1)在单管系统中，各层散热器的进出口水温是不相等的。越到下层进水温度越低，因而各层散热器的传热系数值也不相等,越到下层越小，所以单管系统散热器总面积一般比双管系统的稍大些。(2)单管系统运行期间，也会出现垂直失调，其原因是由于各层散热器的传热系数随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同。一、自然循环热水采暖系统实质上水的温度和密度沿循环环路不断变化，它不仅影响各层散热器的进、出口水温，同时也增大了循环作用压力。由于重力循环作用压力不大，在确定实际循环作用压力大小时，需考虑水在管路中冷却所产生的作用压力。在工程计算中，首先采用简化计算方法，先只考虑水在散热器内冷却时产生的作用压力，然后再考虑在不同情况下，由于管路散热，水温沿途变化，而加上一个附加压力。一、自然循环热水采暖系统1.6附加作用压力fpppzh⊿pf——水在循环环路管道中冷却产生的附加压力。（与系统供水管路的布置状况、楼层高度、所计算的散热器与锅炉之间的水平距离等因素有关）,见附录3-2。jiyhu例题3-1，P71一、自然循环热水采暖系统二、机械循环热水采暖系统2.1机械循环热水采暖系统的工作原理图2-1为机械循环上供下回式系统，系统中设置了循环水泵、膨胀水箱、集气罐和散热器等设备。现比较机械循环系统与自然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）膨胀水箱的连接点和作用不同。机械循环系统膨胀水箱设置在系统的最高处，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，保证采暖系统压力稳定。二、机械循环热水采暖系统图2-1为机械循环上供下回式系统1-热水锅炉；2-散热器；3-膨胀水箱；4-供水管；5-回水管；6-集气罐；7-循环水泵二、机械循环热水采暖系统（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，坡度宜采用0.003，不得小于0.002。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。二、机械循环热水采暖系统（1）按供回水干管布置的方式分类采暖工程中，按供回水干管布置的方式不同，热水采暖系统可分为图2-4所示的上供下回式、上供上回式、下供下回式和下供上回式。另外，还有中供式系统。2.2机械循环热水采暖系统的型式二、机械循环热水采暖系统(a)上供下回式图2-4按供、回水方式分类的采暖系统1）上供下回式系统(如图a)的供回水干管分别设置于系统最上面和最下面，布置管道方便，排气顺畅。是用得最多的系统型式。二、机械循环热水采暖系统2）上供上回式系统(如图b)的供回水干管均位于系统最上面。采暖干管不与地面设备及其它管道发生占地矛盾。但立管消耗管材量增加，立管下面均要设放水阀。主要用于设备和工艺管道较多的、沿地面布置干管发生困难的工厂车间。图2-4按供、回水方式分类的采暖系统二、机械循环热水采暖系统(c)下供下回式3）下供下回式系统的供回水干管均位于系统最下面。与上供下回式相比，a,供水干管无效热损失小、可减轻上供下回式双管系统的垂直失调(沿垂直方向各房间的室内温度偏离设计工况称为垂直失调)。b,上层散热器环路重力作用压头大，但管路亦长，阻力损失大，有利于水力平衡。c,顶棚下无干管比较美观，可以分层施工，分期投入使用。d,底层需要设管沟或有地下室以便于布置两根干管.e,要在顶层散热器设放气阀或设空气管排除空气。二、机械循环热水采暖系统(d)下供上回式图2-4按供、回水方式分类的采暖系统1-锅炉；2-循环水泵；3-膨胀水箱；4-散热器；5-跑风门；6-阀门4）下供上回式系统的供水干管在系统最下面，回水干管在系统最上面。如供水干管在一层地面明设时其热量可加以利用，因而无效热损失小，与上供下回式相比，底层散热器平均温度升高，从而减少底层散热器面积，有利于解决某些建筑物中一层散热器面积过大，难于布置的问题。立管中水流方向与空气浮升方向一致，在四种系统型式中最有利于排气。当热媒为高温水时，底层散热器供水温度高，回水静压力也大，有利于防止水的汽化。二、机械循环热水采暖系统图2-5中供式热水采暖系统1-中部供水管；2-上部供水管；3-散热器；4-回水干管；5-集气罐5）中供式系统。它是供水干管位于中间某楼层的系统型式。供水干管将系统垂直方向分为两部分。上半部分系统可为下供下回式系统(如图中a的上半部分)或上供下回式系统(如图中b的上半部分)，而下半部分系统均为上供下回式系统。中供式系统可减轻垂直失调，但计算和调节都比较麻烦。二、机械循环热水采暖系统（2）按散热器的连接方式分类按散热器的连接方式将热水采暖系统分为垂直式与水平式系统(如图2-6)。垂直式采暖系统是指不同楼层的各散热器用垂直立管连接的系统(如图a)；水平式采暖系统是指同一楼层的散热器用水平管线连接的系统(如图b)。图2-6垂直式与水平式采暖系统(a)垂直式；(b)水平式1-供水干管；2-回水干管；3-水平式系统供水立管；4-水平式系统回水立管；5-供水立管；6-回水立管；7-水平支路管道；8-散热器二、机械循环热水采暖系统水平式供暖系统特点：水平式系统可用于公用建筑楼堂馆所等建筑物。用于住宅时便于设计成分户热计量的系统。a,该系统大直径的干管少，穿楼板的管道少，有利加快施工进度。b,室内无立管，比较美观。c,设有膨胀水箱时，水箱的标高可以降低。d,便于分层控制和调节。e,用于公用建筑如水平管线过长时容易因胀缩引起漏水。为此要在散热器两侧设乙字弯，每隔几组散热器加乙字弯管补偿器或方形补偿器，水平顺流式系统中串联散热器组数不宜太多。可在散热器上设放气阀或多组散热器用串联空气管来排气。如图2-7所示。二、机械循环热水采暖系统（3）按连接散热器的管道数量分类按连接相关散热器的管道数量将热水采暖系统分为单管系统与双管系统(如图2-8)。单管系统是用一根管道将多组散热器依次串联起来的系统，双管系统是用两根管道将多组散热器相互并联起来的系统。二、机械循环热水采暖系统图2-8单管系统与双管系统的基本组合体(a)垂直单管；(b)垂直双管；(c)水平单管；(d)水平双管二、机械循环热水采暖系统（4）按并联环路水的流程分类按各并联环路水的流程，可将采暖系统划分为同程式系统与异程式系统(图2-9)。热媒沿各基本组合体流程相同的系统，即各环路管路总长度基本相等的系统称同程式系统(如图a)。热媒沿各基本组合体流程不同的系统为异程式系统(如图b)。二、机械循环热水采暖系统各种型式的特点：单管系统节省管材，造价低，施工进度快。顺流单管系统不能调节单个散热器的散热量。跨越管式单管系统采取多用管材(跨越管)、设置散热器支管阀门和增大散热器的代价换取散热量在一定程度上的可调性单管系统的水力稳定性比双管系统好。采用上供下回式单管系统，往往底层散热器较大，有时造成散热器布置困难。双管系统可单个调节散热器的散热量，管材耗量大、施工麻烦、造价高，易产生垂直失调。二、机械循环热水采暖系统（1）机械循环系统作用半径大，适应面广，配管方式多，系统选择应根据卫生要求和建筑物形式等具体情况进行综合技术经济比较后确定。（2）在系统较大时，宜采用同程式，以便于压力平衡。（3）由于机械循环系统水流速度大，易将空气泡带入立管造成局部散热器不热，故水平敷设的供水干管必须保持与水流方向相反的坡度，以便空气能顺利地和水流同方向集中排除。2.3设计注意事项二、机械循环热水采暖系统确定高层建筑供暖系统型式应注意的问题：1，与室外热水网路的连接问题。由于高层建筑热水供暖系统的水静压力较大，因此，它与室外热网连接时，应根据散热器的承压能力，外网的压力状况等因素，确定系统的型式及其连接方式。2，在确定系统型式时，还要考虑由于建筑层数多而加重系统垂直失调的问题。2.4高层建筑热水采暖系统（1）分区式高层