1---热水采暖系统解析

LOGO供热工程GONGREGONGCHENG第一章热水采暖系统知识目标：1、自然循环热水采暖系统；2、机械循环热水采暖系统；3、热水采暖系统管道布置与安装;4、室内采暖系统施工图。能力目标：1、能够进行热水采暖系统管路布置和敷设；2、掌握一般建筑物采暖施工图设计方法、步骤。3、理解自然循环和机械循环热水采暖系统工作原理。4、掌握自然循环和机械循环热水采暖系统的基本型式。自然循环热水采暖系统图2-1为自然循环热水采暖系统的工作原理图。1.1自然循环热水采暖系统的工作原理图2-1自然循环热水采暖系统工作原理图假想在循环管路的最低点断面A-A处有一阀门，若阀门突然关闭，A-A断面两侧会受到不同的水柱压力，两侧的水柱压力差就是推动水在系统中循环流动的自然循环作用压力。左侧压力为：P左=g(h0ρh+hρg+h1ρg)右侧压力为：P右=g(h0ρh+hρh+h1ρg)因为ρh大于ρg，系统的循环作用压力为Δp=p右-p左=gh(ρh-ρg)(2-1)式中Δp——自然循环系统的作用压力，Pa；g——重力加速度，m／s2；h——加热中心至冷却中心的垂直距离，m；ρh——回水密度，kg／m3；ρg——供水密度，kg／m3。图2-2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。1.2自然循环热水采暖系统的基本形式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31110i=0.5%～1%6i=0.5%～1%975i=0.5%～1%1482(a)(b)在自然循环系统中，水的循环作用压力较小，流速较低，水平干管中水的流速小于0.2m／s，而干管中空气气泡的浮升速度为0.1～0.2m／s。立管中约为0.25m／s，一般超过了水的流动速度，因此空气能够逆着水流方向向高处聚集，通过膨胀水箱排除。(1)一般情况下，重力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。如果锅炉中心与底层散热器中心的垂直距离较小时，宜采用单管上供下回式重力循环系统，而且最好是单管垂直串联系统。(3)不论采用单管系统还是双管系统，重力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)。1.3设计注意事项backbackbackback机械循环热水采暖系统图2-3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：2.1机械循环热水采暖系统的工作原理热水锅炉；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图2-3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。（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，易将空气泡带人立管引起气塞。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。（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(a)上供下回式图2-4按供、回水方式分类的采暖系统(b)上供上回式图2-4按供、回水方式分类的采暖系统(c)下供下回式图2-4按供、回水方式分类的采暖系统(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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。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他管道发生占地矛盾。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。3）下供下回式系统(如图c)的供回水干管均位于系统最下面。与上供下回式相比，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)。因为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。顶棚下无干管比较美观，可以分层施工，分期投入使用。底层需要设管沟或有地下室以便于布置两根干管，要在顶层散热器设放气阀或设空气管排除空气。4）下供上回式系统(如图d)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。5）中供式系统。如图2-5所示。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。中部供水管；2-上部供水管；3-散热器；4-回水干管；5-集气罐（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)。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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。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。室内无立管比较美观。设有膨胀水箱时，水箱的标高可以降低。便于分层控制和调节。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。散热器；2-放气阀；3-空气管；4-方形补偿器；5-乙字弯管补偿器（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。多个散热器与其关联管一起形成采暖系统的基本组合体。如所关联的散热器位于不同的楼层，则基本组合体形成垂直单管；如所关联的散热器位于同一楼层，则基本组合体形成水平单管。图(a)表示垂直单管的基本组合体，其左边为单管顺流式，右边为单管跨越管式；图(b)为垂直双管基本组合体；图(c)为水平单管组合体，其上图为水平顺流式，下图为水平跨越管式；图(d)为水平双管组合体。多个基本组合体形成系统。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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。如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。（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)。同程式系统与异程式系统(a)同程式系统；(b)异程式系统（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，参见图2-9。（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（4）因管道内水的冷却而产生的作用压力，一般可不予考虑；但散热器内水的冷却而产生的作用压力却不容忽视。一般应按下述情况考虑：双管系统：由于立管本身连接的各层散热器均为并联循环环路，故必须考虑各层不同的重力作用压力，以避免水力的竖向失调。重力循环的作用压力可按设计水温条件下最大压力的2/3计算；单管系统：若建筑物各部分层数不同，则各立管所产生的重力循环作用压力亦不相同，故该值也应按最大值的2/3计算；当建筑物各部分层数相同，且各立管的热负荷相近似时，重力循环作用压力可不予考虑。（5）在单管水平串联系统中，设计时应考虑水平管道热胀补偿的措施。此