供熱工程：第三章熱水供暖系統(tǒng)

1、1 第三章 熱水供暖系統(tǒng) 2 以熱水作為熱媒的供暖系統(tǒng)，稱為 熱水供暖系統(tǒng)。 從衛(wèi)生條件和節(jié)能等考慮，民用建筑應(yīng)采用 熱水作為熱媒。熱水供暖系統(tǒng)也用在生產(chǎn)廠房及 輔助建筑物中。熱水供暖系統(tǒng)，可按下述方法分 類： 1按系統(tǒng)循環(huán)動力的不同，熱水供暖系統(tǒng)可分為 重力(自然)循環(huán)系統(tǒng)和機械循環(huán)系統(tǒng)。 靠水的密度差進行循環(huán)的系統(tǒng)，稱為重力循 環(huán)系統(tǒng)； 靠機械(水泵)力進行循環(huán)的系統(tǒng)，稱為機械循 環(huán)系統(tǒng)。 3 2按供，回水方式的不同，可分為單管系 統(tǒng)和雙管系統(tǒng)。 熱水經(jīng)立管或水平供水管順序流過多組順序流過多組 散熱器散熱器，并順序地在各散熱器中冷卻的系 統(tǒng)，稱為單管系統(tǒng)。 熱水經(jīng)供水立管或水平供水管平行地

2、分平行地分 配給多組散熱器配給多組散熱器，冷卻后的回水自每個散 熱器直接沿回水立管或水平回水管流回?zé)?源的系統(tǒng)，稱為雙管系統(tǒng)。 4 5 3按系統(tǒng)管道敷設(shè)方式的不同，可分為垂 直式和水平式系統(tǒng)。 4。按熱媒溫度的不同，可分為低溫水供暖 系統(tǒng)和高溫水供暖系統(tǒng)。 在各個國家，對于高溫水與低溫水的界 限，都有自己的規(guī)定，并不統(tǒng)一。某些國 家的熱水分類標(biāo)準(zhǔn)，可見表31。 6 7 在我國，習(xí)慣認為：水溫低于或等于 100的熱水，稱為低溫水，水溫超過100 的熱水，稱為高溫水。 室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)，大多采用低溫水作 為熱媒。設(shè)計供、回水溫度多采用 9570 (也有采用8560)。 高溫水供暖系統(tǒng)一般宜在生產(chǎn)廠

3、房中應(yīng)用。 設(shè)計供、 回水溫度大多采用 1201307080。 8 第一節(jié)第一節(jié) 重力重力(自然自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng) 一、重力循環(huán)熱水供暖的工作原理及其作用壓力 圖31是重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的工作 原理圖。在圖中假設(shè)整個系統(tǒng)只有一個放熱 中心1(散熱器)和一個加熱中心2(鍋爐)，用供 水管3和回水管4把鍋爐與散熱器相連接。在 系統(tǒng)的最高處連接一個膨脹水箱5，用它容納 水在受熱后膨脹而增加的體積。 9 10 在系統(tǒng)工作之前，先將系統(tǒng)中充滿冷水。 當(dāng)水在鍋爐內(nèi)被加熱后，密度減小，同時受 著從散熱器流回來密度較大的回水的驅(qū)動， 使熱水沿供水干管上升，流入散熱器。在散 熱器內(nèi)水被冷卻

4、，再沿回水干管流回鍋爐。 這樣形成如圖31箭頭所示的方向循環(huán)流動。 11 重力循環(huán)壓力的計算 重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力的 大小，取決于水溫(水的密度)在循環(huán)環(huán)路的變 化狀況。 為了簡化分析，先不考慮水在沿管路流動 時因管壁散熱而使水不斷冷卻的因素，認為 在圖31的循環(huán)環(huán)路內(nèi)，水溫只在鍋爐水溫只在鍋爐(加熱加熱 中心中心和散熱器和散熱器冷卻中心冷卻中心)兩處發(fā)生變化兩處發(fā)生變化， 以此來計算循環(huán)作用壓力的大小。 12 如假設(shè)圖31的循環(huán)環(huán)路最低點的斷 面AA處有一個假想閥門。若突然將閥門 關(guān)閉，則在斷面AA兩側(cè)受到不同的水柱 壓力。這兩方所受到的水柱壓力差就是驅(qū) 使水在系統(tǒng)內(nèi)進行循環(huán)流

5、動的作用壓力。 13 14 由式(31)可見，起循環(huán)作用的只有散 熱器中心和鍋爐中心之間這段高度內(nèi)的水 柱密度差。 例題：如供水溫度為95，回水70， 95時水的密度是961.92 kg/m3,回水 70的密度是977.81 kg/m3 ，則每米高差 可產(chǎn)生的作用壓力為： gh(hg)=9.81 N/kg X1 mX(977.81 961.92 kg/m3) 155.88 N/ m2 ( Pa) 15 例題：如供水溫度為，回水0， 時水的密度是. kg/m3, 回水60的密度是983.24 kg/m3 ，則每米 高差可產(chǎn)生的作用壓力為： 16 gh(hg)=9.81 N/kg X1 mX(98

6、3.24 968.00 kg/m3) 149.5 N/ m2 ( Pa) 17 重力是由于物體受到地球的吸引而 產(chǎn)生的。 重力大小與物體質(zhì)量關(guān)系： Gmg（g9.8N/kg） 壓力單位換算表壓力單位換算表 單位 牛頓/米2(帕斯卡) (N/m2)(Pa) 巴 (bar) 毫米水柱 4oC (mmH2O) 公斤力/米2 (kgf/m2) 牛頓/米2(帕斯卡) (N/m2)(Pa) 1110-50.1019720.101972 18 二、重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的主要型式 重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)主要分雙管和單 管兩種型式。 圖32(a)為雙管上供下回式系統(tǒng)，右 側(cè)圖 32(b)為單管上供下回順流式系統(tǒng)。

7、 19 1.總立管；2.供水干管；3.供水立管；4.散熱器供水支管； 5.散熱器回水支管，6.回水立管，7.回水干管，8.膨脹水 箱連接管，9.充水管(接上水管)，10.泄水管(接下水道)。 20 上供下回式重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)管道布置的一個主 要特點是：系統(tǒng)的供水干管必須有向膨脹水箱方向上升的 流向。其反向的坡度為0.5 1.0；散熱器支管的坡 度一般取1。這是為了使系統(tǒng)內(nèi)的空氣能順利地排除， 因系統(tǒng)中若積存空氣，就會形成氣塞，影響水的正常循環(huán)。 在重力循環(huán)系統(tǒng)中，水的流速較低，水平干管中流速 小于0.2m/s ,而在干管中空氣氣泡的浮升速度為0.1 0.2m/s ，而在立管中約為0.25m

8、/s 。因此，在上供下回重 力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)充水和運行時，空氣能逆著水流方向， 經(jīng)過供水干管聚集到系統(tǒng)的最高處，通過膨脹水箱排除。 為使系統(tǒng)順利排除空氣和在系統(tǒng)停止運行或檢修時能 通過回水干管順利地排水，回水干管應(yīng)有向鍋爐方向的向 下坡度。 21 三、重力循環(huán)熱水供暖雙管系統(tǒng)作 用壓力的計算 在如圖33的雙管系統(tǒng)中，由于供水同時在 上、下兩層散熱器內(nèi)冷卻，形成了兩個并聯(lián)環(huán) 路和兩個冷卻中心。它們的作用壓力分別為： P1:通過底層散熱器aS1b環(huán)路的作用壓力，Pa； P1=gh1(hg)Pa 22 23 根據(jù)下圖推導(dǎo)通過底層散熱器aS1b環(huán) 路的作用壓力P1 ，Pa 24 根據(jù)圖通過上層散熱器

9、aS2b環(huán)路的作用 壓力， P ，Pa 25 P2 :通過上層散熱器aS2b環(huán)路的作用壓力，Pa。 P2=g(h1 + h2)(hg)=P1+ gh2(hg) 26 由此可見，在雙管系統(tǒng)中，由于各層散 熱器與鍋爐的高差不同，雖然進入和流出 各層散熱器的供、回水溫度相同(不考慮管 路沿途冷卻的影響)，也將形成上層作用壓 力大，下層壓力小的觀象。如選用不同管 徑仍不能使各層阻力損失達到平衡，由于 流量分配不均，必然要出現(xiàn)上熱下冷的現(xiàn) 象。 27 在供暖建筑物內(nèi)，同一豎向的各層房間的 室溫不符合設(shè)計要求的溫度，而出現(xiàn)上、下 層冷熱不勻的現(xiàn)象，通常稱作系統(tǒng)垂直失調(diào)。系統(tǒng)垂直失調(diào)。 由此可見，雙管系統(tǒng)的

10、垂直失調(diào)，是由于 通過各層的循環(huán)作用壓力不同而出現(xiàn)的，而 且樓層數(shù)越多，上下層的作用壓力差值越大， 垂直失調(diào)就會越嚴(yán)重。 28 四、重力循環(huán)熱水供暖單管系統(tǒng)的 作用壓力的計算 如前所述，單管系統(tǒng)的特點是熱水順序流 過多組散熱器，并逐個冷卻，冷卻后回水返 回?zé)嵩础?在圖34所示的上供下回單管式系統(tǒng)中， 散熱器S2和S1串聯(lián)。由圖34分析可見，引 起重力循環(huán)作用壓力的高差是(h1+h2 ) m，冷 卻后水的密度分別為1和2 ，其循環(huán)作用壓 力值為： 29 30 設(shè)P1和P2分別表示AA斷面右側(cè)和左側(cè)的水柱壓 力， 右側(cè)的水柱壓力， P1=h3gg+h2g2+h1gh 左側(cè)的水柱壓力， P2=h3g

11、g+H2gg=h3gg+h2gg+h1gg h1+h2 P=P1P2 h1g(h- g)+ h2g(2- g) )( 1 gi N i i ghP 31 = h1g(h- g)+ h2g(2- g) +h1g(2- g) - h1g(2- g) = h1g(h- g) - h1g(2- g) + g(h1+h2) (2- g) = h1gh- h1gg - h1g2+h1gg + g(h1+h2) (2- g) = h1g(h- 2) + g(h1+h2) (2- g) = H1g(h- 2) + gH2(2- g) 注：由圖35所示h1H1 32 同理，如圖35所示，若循環(huán)環(huán)路中有N 組串聯(lián)

12、的冷卻中心(散熱器)時，其循環(huán)作用壓 力可用下面通式表示： )()( 1 11 ii N i igi N i i gHghP 33 34 式中： N:在循環(huán)環(huán)路中，冷卻中心的總數(shù)； i:表示N個冷卻中心的順序數(shù)，令沿水流方向最后一組散熱 器為i=1， g:重力加速度，ms2。g=9.81 g:供暖系統(tǒng)供水的密度，kgm3 hi:從計算的冷卻中心i到冷卻中心(i 1)之間的垂直距離， m; 當(dāng)計算的冷卻中心i=1(沿水流方向最后一組散熱器)時，hi 表示與鍋爐中心的垂直距離，m， i:流出所計算的冷卻中心的水的密度，kgm3； Hi:從計算的冷卻中心到鍋爐中心之間的垂直距離，m； i+1:進入所

13、計算的冷卻中心i的水的密度，kgm3， (當(dāng) i=N時， i+1= g)。 35 從上面作用壓力的計算公式可見，單管熱 水供暖系統(tǒng)的作用壓力與 a,水溫變化， B,加熱中心與冷卻中心的高度差 C,冷卻中心的個數(shù)等因素有關(guān)。 每一根立管只有一個重力循環(huán)作用壓力， 而且即使最底層的散熱器低于鍋爐中心，(h1 為負值)，也可能使水循環(huán)流動。 36 散熱器之間管路的水溫散熱器之間管路的水溫ti的計算的計算: 為了計算單管系統(tǒng)重力循環(huán)作用壓力， 需要求出各個冷卻中心之間管路中水的密 度i 為此，就首先要確定各散熱器之間管 路的水溫ti。 37 現(xiàn)仍以圖35為例 38 設(shè)供、回水溫度分別為tg、th。建筑

14、物為八層(N=8)，每層散熱器 的散熱量分別為Q1，Q2.Q8，即立管的熱負荷為： Q=Q1+Q2+.+Q8 通過立管的流量，按其所擔(dān)負的全部熱負荷 計算，可用下式確定： )( 86. 0 )(187. 4 6 . 3 )( hghghg L tt Q tt Q ttC QA G 39 式中 Q 立管的總熱負荷，W； tg , th立管的供，回水溫度， C 水的熱容量，C=4.187kJkg A單位換算系數(shù) (1W=1J/s=3600/1000kJ/h = 3.6kJ/h)。 流出某一層(如第二層)散熱器的水溫t2，根據(jù) 上述熱平衡方式，同理，可按下式計算： )( )( 86. 0 2 832

15、 tt QQQ G g L 40 式(38)與式(37)流量相等，由此，可求出 流出第二層散熱器的水溫t2為： )( )( )()( )( )( 86. 0 )( )( 86. 0 832 2 2 832 2 832 hgg ghg hgg tt Q QQQ tt tttt Q QQQ tt Q tt QQQ 41 根據(jù)上述計算方法，串聯(lián)N組散熱器的系 統(tǒng)，流出第i組散熱器的水溫ti(令沿水流動方 向最后一組散熱器為i=1)，可按下式計算： )( hg N i i gi tt Q Q tt 42 式中 ti流出第i組散熱器的水溫，； 沿水流動方向，在第i組(包括第i組)散 熱器前的全部散熱器的

16、散熱量，W 其它符號同前。 N i i Q 43 當(dāng)管路中各管段的水溫ti確定后，相應(yīng)可確定其 i值。利用式(35)，即可求出單管重力循環(huán)系統(tǒng)的 作用壓力值。 單管系統(tǒng)與雙管系統(tǒng)異同： 單管系統(tǒng)與雙管系統(tǒng)相比， A,作用壓力計算不同作用壓力計算不同， B,各層散熱器的平均進出水溫度也是不相同各層散熱器的平均進出水溫度也是不相同。 在雙管系統(tǒng)中，各層散熱器的平均進出水溫度是相同的； 而在單管系統(tǒng)中，各層散熱器的進出口水溫是不相等的。越 在下層，進水溫度越低，因而各層散熱器的傳熱系數(shù)K值也 不相等。 C,單管系統(tǒng)立管的散熱器總面積一般比雙管系統(tǒng)的稍大些。單管系統(tǒng)立管的散熱器總面積一般比雙管系統(tǒng)的稍

17、大些。 D,垂直失調(diào)原因不同，垂直失調(diào)原因不同， 雙管系統(tǒng)：由于各層作用壓力不同造成的雙管系統(tǒng)：由于各層作用壓力不同造成的， 單管系統(tǒng)散熱器的傳熱系數(shù)單管系統(tǒng)散熱器的傳熱系數(shù)K隨各層散熱器平均計算溫隨各層散熱器平均計算溫 度差的變化程度不同而引起的。度差的變化程度不同而引起的。 44 水在管路中沿途冷卻對水在管路中沿途冷卻對P作用壓力的影響作用壓力的影響 在上述的計算里，假設(shè)水溫只在加熱中 心 (鍋爐)和冷卻中心(散熱器)發(fā)生變化，并 沒有考慮水在管路中沿途冷卻的因素 。 實際上，水的溫度和密度沿循環(huán)環(huán)路不 斷變化，它不僅影響各層散熱器的進、出各層散熱器的進、出 口水溫，同時也增大了循環(huán)作用壓

18、力?？谒疁?，同時也增大了循環(huán)作用壓力。由 于重力循環(huán)作用壓力不大，因此，在確定 實際循環(huán)作用壓力大小時，必須將水在管 路中冷卻所產(chǎn)生的作用壓力也考慮在內(nèi)。 45 在工程計算中，首先按式(32)和式(36)的 方法，即 P1=gh1(hg)Pa式(32) Q=Q1+Q2+.+Q8式(36) 確定只考慮水在散熱器內(nèi)冷卻時所產(chǎn)生的作 用壓力；然后再根據(jù)不同情況，增加一個考慮水 在循環(huán)管路中冷卻的附加作用壓力。它的大小與 系統(tǒng)供水管路布置狀況、樓層高度、所計算的散 熱器與鍋爐之間的水平距離等因素有關(guān)。其數(shù)值 選用，可參見附錄32。 總的重力循環(huán)作用壓力，可用下式表示： 46 Pzh= P+ Pf 式中

19、 ： P重力循環(huán)系統(tǒng)中，水在散熱器內(nèi)冷 卻所產(chǎn)生的作用壓力，Pa； Pf 水在循環(huán)環(huán)路中冷卻的附加作用 壓力，Pa。 47 例題31 如圖36所示，設(shè)h1=3.2m，h2= h3 =3.0m，散熱器：Q1=700W， Q2=600W，Q3=800W。供水溫度tg=95， 回水溫度th= 70。 求：1雙管系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力。 2單管系統(tǒng)各層之間立管的水溫。 3單管系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓力。 計算作用壓力時，本題不考慮水在管路中冷 卻因素。 48 49 解 1.求雙管系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓力 系統(tǒng)的供、回水溫度，tg=95， th= 7。查附錄31 得g=961.92kgm3 h=977.81kgm

20、3. 根據(jù)式(32)和式(33)的計算方法，通過各層散熱器 循環(huán)環(huán)路的作用壓力，分別為： 第一層；P1=gh1(hg)=9.81x 3.2(977.81- 961.92)=498.8Pa 第二層； P2=g(h1+ h2) (hg) =9.81x (3.2+3.0)(977.81-961.92) =966.5Pa 第三層： P3=g(h1+ h2 + h3) (hg) =9.81x (3.2+3.0+3.0)(977.81-961.92) =1434.1Pa 第三層與底層循環(huán)環(huán)路的作用壓力差值為： P=P3-P1=1434.1-498.8=935.3Pa 由此可見，樓層數(shù)越多，底層與最頂層循環(huán)

21、環(huán)路的作用 壓力差越大。 50 2.求單管系統(tǒng)各層立管的水溫 根據(jù)式(3-10) ，串聯(lián)N組散熱器的系統(tǒng)，流出第i組散熱 器的水溫ti(令沿水流動方向最后一組散熱器為i=1)，可按下式計算： 由此可求出流出第三層散熱器管路上的水溫。 )( hg N i i gi tt Q Q tt 51 5 .85)7095( 2100 800 95)( 3 3 hgg tt Q Q tt 相應(yīng)水的密度，3=968.32kgm3 流出第二層散熱器管路上的水溫t2為： 相應(yīng)水的密度：2=972.88kgm3 3.78)7095( 2100 600800 95)( 23 2 hgg tt Q QQ tt 52 3

22、求單管系統(tǒng)的作用壓力 若循環(huán)環(huán)路中有N組串聯(lián)的冷卻中心(散熱器)時，其循環(huán)作用壓力可用下面通 式表示： 根據(jù)式(3-5) Pa hhhg ghP gHghP gggh gi N i i ii N i igi N i i 7 .1009 )92.96132.968( 0 . 3)92.96188.972( 0 . 3)92.96181.977( 2 . 3 81. 9 )()()( )( )()( 33221 1 1 11 則 53 重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)是最早采用的一種熱水供暖方式， 已有約200年的歷史，至今仍在應(yīng)用。它裝置簡單，運行時 無噪聲和不消耗電能。但由于其作用壓力小，管徑大，作用 范

23、圍受到限制。重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)通常只能在單幢建筑 物中應(yīng)用，其作用半徑不宜超50m。 Pa HHHg gHP gh ii N i i 7 .1009 )92.96132.968(2 . 9)32.96888.972(2 . 6)88.97281.977(2 . 381. 9 )()()( )( 3332221 1 1 或 54 1.熱水經(jīng)立管或水平供水管順序流過多組散熱器，并順序 地在各散熱器中冷卻的系統(tǒng)，稱為單管系統(tǒng)單管系統(tǒng)。 2.熱水經(jīng)供水立管或水平供水管平行地分配給多組散熱器， 冷卻后的回水自每個散熱器直接沿回水立管或水平回水管 流回?zé)嵩吹南到y(tǒng)，稱為雙管系統(tǒng)雙管系統(tǒng)。 3.按系統(tǒng)循環(huán)動

24、力的不同，熱水供暖系統(tǒng)可分為重力(自然) 循環(huán)系統(tǒng)和機械循環(huán)系統(tǒng)。 4.靠水的密度差進行循環(huán)的系統(tǒng)，稱為重力循環(huán)系統(tǒng)； 5.靠機械(水泵)力進行循環(huán)的系統(tǒng)，稱為機械循環(huán)系統(tǒng)。 6.按供，回水方式的不同，熱水供暖系統(tǒng)可分為單管系統(tǒng) 和雙管系統(tǒng)。 7.按熱媒溫度的不同，可分為低溫水供暖系統(tǒng)和高溫水供 暖系統(tǒng)。 55 第二節(jié) 機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng) 機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)與重力循環(huán)系統(tǒng)的主要 差別是在系統(tǒng)中設(shè)置了循環(huán)水泵，靠水泵的機械能， 使水在系統(tǒng)中強制循環(huán)。在機械循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置 了循環(huán)水泵，增加了系統(tǒng)的經(jīng)常運行電費和維修工 作量；但由于水泵所產(chǎn)生的作用壓力很大，因而供 暖范圍可以擴大。機械循環(huán)熱水

25、供暖系統(tǒng)不僅可用 于單幢建筑物中，也可以用于多幢建筑，甚至發(fā)展 為區(qū)域熱水供暖系統(tǒng)。機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)成為 應(yīng)用最廣泛的一種供暖系統(tǒng)。 現(xiàn)將機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的主要型式分述如下： 56 一、垂直式系統(tǒng) 垂直式系統(tǒng)，按供、回水干管布置位置不同， 有下列幾種型式： 1上供下回式雙管和單管熱水供暖系統(tǒng)； 2下供下回式雙管熱水供暖系統(tǒng)； 3中供式熱水供暖系統(tǒng)； 4下供上回式(倒流式)熱水供暖系統(tǒng)， 5混合式熱水供暖系統(tǒng)。 57 (一)圖3為機械循環(huán)上供下回式熱 水供暖系統(tǒng)。 圖左側(cè)為雙管式系統(tǒng)，圖右側(cè)為單管式系統(tǒng)。機械 循環(huán)系統(tǒng)除膨脹水箱的連接位置與重力循環(huán)系統(tǒng)不 同外，還增加了循環(huán)水泵和排氣裝置

26、。 在機械循環(huán)系統(tǒng)中，水流速度往往超過自水中 分離出來的空氣氣泡的浮升速度。為了使氣泡不致 被帶入立管，供水干管應(yīng)按水流方向設(shè)上升坡度， 使氣泡隨水流方向流動匯集到系統(tǒng)的最高點，通過 在最高點設(shè)置排氣裝置3，將空氣排出系統(tǒng)外。供水 及回水干管的坡度，宜采用0.003，不得小于0.002。 回水干管的坡向與重力循環(huán)系統(tǒng)相同，應(yīng)使系統(tǒng)水 能順利排出。 58 59 圖3左側(cè)的雙管式系統(tǒng)，在管路與散熱 器連接方式上與重力循環(huán)系統(tǒng)沒有差別。 圖37右側(cè)立管右側(cè)立管是單管順流式系統(tǒng)。單管 順流式系統(tǒng)的特點是立管中全部的水量順次 流入各層散熱器。順流式系統(tǒng)型式簡單、施 工方便，造價低，是國內(nèi)目前一般建筑廣泛

27、 應(yīng)用的一種型式。它最嚴(yán)重的缺點是不能進 行局部調(diào)節(jié)。 60 圖37左側(cè)立管是單管跨越式系統(tǒng)。立管的 一部分水量流進散熱器，另一部分立管水量通過跨 越管與散熱器流出的回水混合，再流入下層散熱器。 與順流式相比，由于只有部分立管水量流入散與順流式相比，由于只有部分立管水量流入散 熱器，在相同的散熱量下，散熱器的出水溫度降低，熱器，在相同的散熱量下，散熱器的出水溫度降低， 散熱器中熱媒和室內(nèi)空氣的平均溫差小減小，因而散熱器中熱媒和室內(nèi)空氣的平均溫差小減小，因而 所需的散熱器面積比順流式系統(tǒng)大一些。所需的散熱器面積比順流式系統(tǒng)大一些。 單管跨越式由于散熱器面積增加，同時在散熱 器支管上安裝閥門，使系

28、統(tǒng)造價增高，施工工序多， 因此，目前在國內(nèi)只用于房間溫度要求較嚴(yán)格，需 要進行局部調(diào)節(jié)散熱器散熱量的建筑上。 61 在高層建筑(通常超過六層)中，近年國內(nèi)出現(xiàn)一種跨 越式與順流式相結(jié)合的系統(tǒng)型式上部幾層采用跨 越式，下部采用順流式(如圖37右側(cè)立管V所示)。 通過調(diào)節(jié)設(shè)置在上層跨越管段上的閥門開啟度，在系 統(tǒng)試運轉(zhuǎn)或運行時，調(diào)節(jié)進入上層散熱器的流量，可 適當(dāng)?shù)販p輕供暖系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)的上熱下冷的現(xiàn)象。 但這種折衷形式，并不能從設(shè)計角度有效地解決垂直 失調(diào)和散熱器的可調(diào)節(jié)性能。 對一些要求室溫波動很小的建筑(如高級旅館等)， 可在雙管和單管跨越式系統(tǒng)散熱器支管上設(shè)置室溫調(diào) 節(jié)閥，以代替手動的閥門

29、(見圖327)。 圖37所示的上供下回式機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng) 的幾種型式，也可用于重力循環(huán)系統(tǒng)上。 ， 上供下回式管道布置合理，是最常用的一種布置型 式。 62 (二)機械循環(huán)下供下回式雙管系統(tǒng) (圖38) 系統(tǒng)的供水和回水干管都敷設(shè)在底層散熱器 下面。在設(shè)有地下室的建筑物，或在平屋頂建筑 頂棚下難以布置供水干管的場合，常采用下供下 回式系統(tǒng)。 特點：特點： (1)在地下室布置供水干管，管路直接散熱給地 下室，無效熱損失小。 (2)在施工中，每安裝好一層散熱器即可開始供 暖，給冬季施工帶來很大方便。 (3)排除系統(tǒng)中的空氣較困難。 63 64 (三)機械循環(huán)中供式熱水供暖系統(tǒng) (圖39) 從系

30、統(tǒng)總立管引出的水平供水干管敷設(shè)在系統(tǒng) 的中部。下部系統(tǒng)呈上供下回式。上部系統(tǒng)可采用 下供下回式(雙管，見圖39a)，也可采用上供下回 式(單管，見圖39b)。 中供式系統(tǒng)可避免由于頂層梁底標(biāo)高過低，致 使供水干管擋住頂層窗戶的不合理布置，并減輕了 上供下回式樓層過多，易出現(xiàn)垂直失調(diào)的現(xiàn)象；但 上部系統(tǒng)要增加排氣裝置。 中供式系統(tǒng)可用于加建樓層的原有建筑物或 “品”字形建筑(上部建筑面積少于下部的建筑)供 暖上 。 65 66 (四)機械循環(huán)下供上回式(倒流式)熱水供 暖系統(tǒng)(圖310) 系統(tǒng)的供水干管設(shè)在下部，而回水干管設(shè)在上部，頂部 還設(shè)置有順流式膨脹水箱。立管布置主要采用順流式。 倒流式系

31、統(tǒng)具有如下特點： (1)水在系統(tǒng)內(nèi)的流動方向是自下而上流動，與空氣流動方向 一致?？?通過順流式膨脹水箱排除空氣，無需設(shè)置集氣罐 等排氣裝置。 (2)對熱損失大的底層房間，由于底層供水溫度高，底層散熱 器的面積減小，便于布置。 (3)當(dāng)采用高溫水供暖系統(tǒng)時，由于供水干管設(shè)在底層，這樣 可降低防止高溫水汽化所需的水箱標(biāo)高，減少布置高架水箱 的困難。 (4)如第二章所述，倒流式系統(tǒng)散熱器的傳熱系數(shù)遠低于上供 下回式系統(tǒng)。散熱器熱媒的平均溫度幾乎等于散熱器的出水 溫度。在相同的立管供水溫度下，散熱器的面積要比上供下 回順流式系統(tǒng)的面積增多。 67 68 (五)機械循環(huán)混合式熱水供暖系統(tǒng) (圖311)

32、 混合式系統(tǒng)是由下供上回式(倒流式)和上供下回 式兩組串聯(lián)組成的系統(tǒng)。水溫tg的高溫水自下而上 進入第組系統(tǒng)，通過散熱器，水溫降到tm后，再 引入第組系統(tǒng)，系統(tǒng)循環(huán)水溫度再降到th后返回 熱源。 進入第組系統(tǒng)的供水溫度tm ，根據(jù)設(shè)計的供、 回水溫度，可按兩個串聯(lián)系統(tǒng)的熱負荷分配比例來 確定；也可以預(yù)先給定進入第組系統(tǒng)的供水溫度 tm 來確定兩個串聯(lián)系統(tǒng)的熱負荷分配比例。 由于兩組系統(tǒng)串聯(lián)，系統(tǒng)的壓力損失大些。這 種系統(tǒng)一般只宜使用在連接于高溫?zé)崴W(wǎng)路上的衛(wèi) 生要求不高的民用建筑或生產(chǎn)廠房。 69 70 (六)異程式系統(tǒng)與同程式系統(tǒng) 上述介紹的各種圖式(除圖311外)，在供、回水 干管走向布置

33、方面都有如下特點，通過各個立管的循 環(huán)環(huán)路的總長度并不相等。如圖3-7左側(cè)所示，通過 立管循環(huán)環(huán)路的總長度，就比通過立管V的短。這 種布置形式稱為異程式系統(tǒng)。 異程式系統(tǒng)供、回水干管的總長度短，但在機械 循環(huán)系統(tǒng)中，由于作用半徑較大，連接立管較多，因 而通過各個立管環(huán)路的壓力損失較難平衡。有時靠近 總立管最近的立管，即使選用了最小的管徑15mm， 仍有很多的剩余壓力。初調(diào)節(jié)不當(dāng)時，就會出現(xiàn)近處 立管流量超過要求，而遠處立管流量不足。在遠近立在遠近立 管處出現(xiàn)流量失調(diào)而引起在水平方向冷熱不均的現(xiàn)象，管處出現(xiàn)流量失調(diào)而引起在水平方向冷熱不均的現(xiàn)象， 稱為系統(tǒng)的水平失調(diào)。稱為系統(tǒng)的水平失調(diào)。 71

34、為了消除或減輕系統(tǒng)的水平失調(diào)，在供、 回水干管走向布置方面，可采用同程式系統(tǒng)。 同程式系統(tǒng)的特點是通過各個立管的循同程式系統(tǒng)的特點是通過各個立管的循 環(huán)環(huán)路的總長度都相等。環(huán)環(huán)路的總長度都相等。如圖312所示，通 過最近立管的循環(huán)環(huán)路與通過最遠處立管 的循環(huán)環(huán)路的總長度都相等， 因而壓力 損失易于平衡。由于同程式系統(tǒng)具有上述優(yōu) 點，在較大的建筑物中，常采用同程式系統(tǒng)。 但同程式系統(tǒng)管道的金屬消耗量通常要多于 異程式系統(tǒng)。 72 73 二、水平式系統(tǒng) 水平式系統(tǒng)按供水管與散熱器的連接方式分，同 樣可分為順流式(圖313)和跨越式(圖314)兩類。 這些連接圖式，在機械循環(huán)和重力循環(huán)系統(tǒng)中都可 應(yīng)

35、用。 水平式系統(tǒng)的排氣方式要比垂直式上供下回系統(tǒng) 復(fù)雜些。它需要在散熱器上設(shè)置冷風(fēng)閥分散排氣(見 圖313(1)和圖314(1)，或在同一層散熱器上部 串聯(lián)一根空氣管集中排氣(見圖313(2)和圖3 14(2)。對較小的系統(tǒng)，可用分散排氣方式。對散 熱器較多的系統(tǒng)，宜用集中排氣方式。 74 75 76 水平式系統(tǒng)與垂直式系統(tǒng)相比，具 有如下優(yōu)點 (1)系統(tǒng)的總造價一般要比垂直式系統(tǒng)低； (2)管路簡單，無穿過各層樓板的立管，施工方 便； (3)有可能利用最高層的輔助空間(如樓梯間、廁 所等)，架設(shè)膨脹水箱，不必在頂棚上專設(shè)安裝膨 脹水箱的房間。這樣不僅降低了建筑造價，還不 影響建筑物外形美觀。

36、 因此，水平式系統(tǒng)也是在國內(nèi)應(yīng)用較多的一種 型式。此外，對一些各層有不同使用功能或不同 溫度要求的建筑物，采用水平式系統(tǒng)，更便于分 層管理和調(diào)節(jié)。但單管水平式系統(tǒng)串聯(lián)散熱器很 多時，運行時易出現(xiàn)水平失調(diào)，即前端過熱而末 端過冷現(xiàn)象。 77 第三節(jié)高層建筑熱水供暖系統(tǒng) 隨著城市發(fā)展，興建了許多高層建筑。相應(yīng)對高層建 筑供暖系統(tǒng)的設(shè)計，提出了一些新的問題。 首先是高層建筑供暖設(shè)計熱負荷的計算問題。它的計 算特點已在本書第一章第八節(jié)中有所闡述。 其次是高層建筑供暖系統(tǒng)的型式和與室外熱水網(wǎng)路的 連接方式問題。由于高層建筑熱水供暖系統(tǒng)的水靜壓力較 大，因此，它與室外熱網(wǎng)連接時，應(yīng)根據(jù)散熱器的承壓能 力，

37、外網(wǎng)的壓力狀況等因素，確定系統(tǒng)的型式及其連接方 式。此外，在確定系統(tǒng)型式時，還要考慮由于建筑層數(shù)多 而加重系統(tǒng)垂直失調(diào)的問題。 目前國內(nèi)高層建筑熱水供暖系統(tǒng)，有如下幾種型式。 78 一、分層式供暖系統(tǒng) 在高層建筑供暖系統(tǒng)中，垂直方向分成兩個或 兩個以上的獨立系統(tǒng)稱為分層式供暖系統(tǒng)。 上層系統(tǒng)與外網(wǎng)采用隔絕式連接(見圖315)， 利用水加熱器使上層系統(tǒng)的壓力與室外網(wǎng)路的壓力 隔絕。上層系統(tǒng)采用隔絕式連接，是目前常用的一 種型式。 下層系統(tǒng)通常與室外網(wǎng)路直接連接。它的高度 主要取決于室外網(wǎng)路的壓力工況和散熱器的承壓能 力。 79 80 當(dāng)外網(wǎng)供水溫度較低，使用熱交換器所需加熱 面過大而不經(jīng)濟合理時

38、，可考慮采用如圖3 16所示的雙水箱分層式供暖系統(tǒng)。 81 82 雙水箱分層式供暖系統(tǒng)，具有如下特點 1.上層系統(tǒng)與外網(wǎng)直接連接。當(dāng)外網(wǎng)供水壓力低 于高層建筑靜水壓力時，在用戶供水管上設(shè)加壓 水泵(如圖316所示)。利用進、回水箱兩個水位 高差h進行上層系統(tǒng)的水循環(huán)。 2.上層系統(tǒng)利用非滿管流動的溢流管6與外網(wǎng)回 水管連接，溢流管6下部的滿管高度h取決于外 網(wǎng)回水管的壓力。 3.由于利用兩個水箱替代了用熱交換器所起的隔 絕壓力作用。簡化了入口設(shè)備，降低了系統(tǒng)造價。 4.采用了開式水箱，易使空氣進入系統(tǒng)，造成系 統(tǒng)的腐蝕。 83 二、雙線式系統(tǒng) 雙線式系統(tǒng)有垂直式和水平式兩種型式。 （一）垂直雙

39、線式單管熱水供暖系統(tǒng)(圖317) 垂直雙線式單管熱水供暖系統(tǒng)是由豎向的形 單管式立管組成的。 雙線系統(tǒng)的散熱器通常采用蛇形管或輻射板式 (單塊或砌入墻內(nèi)形成整體式)結(jié)構(gòu)。 由于散熱器立管是由上升立管和下降立管組成 的，因此各層散熱器的平均溫度近似地可以認為是 相同的。這種各層散熱器的平均溫度近似相同的單 管式系統(tǒng)，尤其對高層建筑，有利于避免系統(tǒng)垂直 失調(diào)。 84 垂直雙線式系統(tǒng)的每一組形單管式立 管最高點處應(yīng)設(shè)置排氣裝置。此外，由于 立管的阻力較小，容易引起水平失調(diào)?？?考慮在每根立管的回水立管上設(shè)置孔板， 增大立管阻力，或采用同程式系統(tǒng)來消除 水平失調(diào)。 85 86 (二)水平雙線式熱水供暖

40、系統(tǒng)(圖 318) 水平雙線式系統(tǒng)，在水平方向的各組散熱器平 均溫度近似地認為是相同的。當(dāng)系統(tǒng)的水溫度或流 量發(fā)生變化時，每組雙線上的各個散熱器的傳熱系 統(tǒng)K值的變化程度近似是相同的。因而對避免冷熱 不均很有利(垂直雙線式也有此特點)。同時，水平 雙線式與水平單管式一樣，可以在每層設(shè)置調(diào)節(jié)閥， 進行分層調(diào)節(jié)。此外，為避免系統(tǒng)垂直失調(diào)，可考 慮在每層水平分支線上設(shè)置節(jié)流孔板，以增加各水 平環(huán)路的阻力損失。 87 88 三、單、雙管混合式系統(tǒng)(圖319) 若將散熱器沿垂直方向分成若干組，在 每組內(nèi)采用雙管形式，而組與組之間則用單 管連接，這就組成了單、雙管混合式系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)的特點是：既避免了雙

41、管系統(tǒng) 在樓層數(shù)過多時出現(xiàn)的嚴(yán)重豎向失調(diào)現(xiàn)象， 同時又能避免散熱器支管管徑過粗的缺點， 而且散熱器還能進行局部調(diào)節(jié)。 89 1.在高層建筑供暖系統(tǒng)中，垂直方向分成兩 個或兩個以上的獨立系統(tǒng)稱為分層式供暖分層式供暖 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 2.若將散熱器散熱器沿垂直方向分成若干組，在每 組內(nèi)采用雙管形式，而組與組之間則用單 管連接，這就組成了單、雙管混合式系統(tǒng) 。 90 91 第四節(jié) 室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的管路布 置和主要設(shè)備及附件 熱水供暖系統(tǒng)的主要設(shè)備和附件 (一)膨脹水箱 (二)熱水供暖系統(tǒng)排除空氣的設(shè)備 (三)散熱器溫控閥(圖327) 92 (一)膨脹水箱 膨脹水箱的作用是 1.用來貯存熱水供暖系統(tǒng)加

42、熱的膨脹水量。 2.在重力循環(huán)上供下回式系統(tǒng)中，它還起著排氣作用。 3.恒定供暖系統(tǒng)的壓力。 膨脹水箱一般用鋼板制成，通常是圓形或矩形 。圖321為圓形膨脹水箱構(gòu)造圖。 箱上連有膨脹管、溢流管、信號管、排水管及 循環(huán)管等管路。膨脹管與供暖系統(tǒng)管路的連接點， 在重力循環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)接在供水總立管的頂端，在 機械循環(huán)系統(tǒng)中，一般接至循環(huán)水泵吸入口前。連 接點處的壓力，無論在系統(tǒng)不工作或運行時，都是 恒定的。此點因而也稱為定壓點。當(dāng)系統(tǒng)充水的水 位超過溢水管口時，通過溢流管將水自動溢流排出 。溢流管一般可接到附近下水道。 93 94 信號管用來檢查膨脹水箱是否存水，一般應(yīng)引到管理人 員容易觀察到的地方

43、(如接回鍋爐房或建筑物底層的衛(wèi)生間 等)。 排水管用來清洗水箱時放空存水和污垢，它可與溢流管 一起接至附近下水道。 在機械循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)管應(yīng)接到系統(tǒng)定壓點前的水平 回水干管上(見圖322)。該點與定壓點(膨脹管與系統(tǒng)的連 接點)之間應(yīng)保持.53m的距離。這樣可讓少量熱水能緩 慢地通過循環(huán)管和膨脹管流過水箱，以防水箱里的水凍結(jié)； 同時， 膨脹水箱應(yīng)考慮保溫。在重力循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)管 也接到供水干管上，也應(yīng)與膨脹管保持一定的距離。 在膨脹管、循環(huán)管和溢流管上，嚴(yán)禁安裝閥門，以防止 系統(tǒng)超壓，水箱水凍結(jié)或水從水箱溢出。 95 96 97 98 膨脹水箱的容積，可按下式計算確定： p = tmaxV

44、c (312) 式中: p:膨脹水箱的有效容積(即由信號管到溢流管之間的容積)， L， :水的體積膨脹系數(shù)， =0.0006，1； Vc:系統(tǒng)內(nèi)的水容量，L， tmax:考慮系統(tǒng)內(nèi)水受熱和冷卻時水溫的最大波動值，一般 以20水溫算起。 如在9570低溫水供暖系統(tǒng)中，tmax=952075， 則式(312)可簡化為： = .Vc(313 為簡化計算， Vc值可按供給kW熱量所需設(shè)備的水容量 計算， 其值可按附錄33選取。求出所需的膨脹水箱有效 容積后，可按全國通用建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集(CN5011)選 用所需的型號。 99 (二)熱水供暖系統(tǒng)排除空氣的設(shè)備 系統(tǒng)的水被加熱時，會分離出空氣。 在大氣壓

45、力下，1kg水在5時， 水中的含氣量超過30 mg，而加熱到95時，水中的含氣量約只有3mg。 此外，在系統(tǒng)停止運行時，通過不嚴(yán)密處也會滲入空氣。 充水后，也會有些空氣殘留在系統(tǒng)內(nèi)。 熱水供暖系統(tǒng)排除空氣的設(shè)備，可以是手動的，也可是 自動的。國內(nèi)目前常見的排氣設(shè)備，主要有集氣罐，自動排 氣閥和冷風(fēng)閥等幾種。 100 (1)集氣罐 集氣罐用直徑100-250mm的短管制成， 它有立式和臥式兩種(見圖323。圖中尺寸 取了國標(biāo)圖中最大型號的規(guī)格)。頂部連接直 徑15的排氣管。 101 102 在機械循環(huán)上供下回式系統(tǒng)中，集氣罐應(yīng) 設(shè)在系統(tǒng)各分環(huán)環(huán)路的供水干管末端的最高 處(見圖324)。在系統(tǒng)運行

46、時，定期手動打 開閥門將熱水中分離出來并聚集在集氣罐內(nèi) 的空氣排除。 103 104 (2)自動排氣閥 目前國內(nèi)生產(chǎn)的自動排氣閥型式較多。它的工 作原理， 很多都是依靠水對浮體的浮力，通過杠桿 機構(gòu)傳動，使排氣孔自動啟閉，實現(xiàn)自動阻水排氣 的功能。下面僅介紹一種型式； 圖3-25所示為B11X4型立式自動排氣閥。當(dāng) 閥體7內(nèi)無空氣時，水將浮子6浮起，通過杠桿機構(gòu) 1將排氣孔9關(guān)閉；而當(dāng)空氣從管道進入，積聚在閥 體內(nèi)時，空氣將水面壓下，浮子的浮力減小，依靠 自重下落，排氣孔打開，使空氣自動排出?？諝馀?除后，水再將浮子浮起，排氣孔重新關(guān)閉。 105 106 (3)冷風(fēng)閥(圖326) 冷風(fēng)閥多用在

47、水平式和下供下回式系統(tǒng) 中，它旋緊在散熱器上部專設(shè)的絲孔上，以 手動方式排除空氣。 107 108 (三)散熱器溫控閥(圖327) 散熱器溫控閥是一種自動控制散熱器散熱量的設(shè) 備，它由兩部分組成。 1. 一部分為閥體部分， 2. 另一部分為感溫元件控制部分。 當(dāng)室內(nèi)溫度高于給定的溫度值時，感溫元件受 熱，其頂桿就壓縮閥桿，將閥口關(guān)??；進入散熱器 的水流量減小，散熱器散熱量減小，室溫下降。當(dāng) 室內(nèi)溫度下降到低于設(shè)定時，感溫元件開始收縮， 其閥桿靠彈簧的作用，將閥桿抬起，閥孔開大，水 流量增大，散熱器散熱量增加，室內(nèi)溫度開始升高， 從而保證室溫處在設(shè)定的溫度值上。溫控閥控溫范 圍在1328之間，控溫誤差為1。 109 5560657075808590 0 1 2 3 4 5 行 程 溫度 B 110 散熱器溫控閥具有恒定室溫，節(jié)約熱能的主要優(yōu) 點。在歐美國家得到廣泛