哈工大供熱工程采暖第三章熱水供暖系統(tǒng)37

1、 第三章 熱水供暖系統(tǒng)定義定義：以熱水作為熱媒的供暖系統(tǒng)，稱為熱水供暖系統(tǒng)。適用范圍：適用范圍：民用建筑、公共建筑、工業(yè)企業(yè)的輔助建筑。分類分類 1.按循環(huán)動力分：自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng) 機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng) 2.按立管數(shù)分：單管熱水供暖系統(tǒng) 雙管熱水供暖系統(tǒng) 3.按管道敷設(shè)方式：垂直式熱水供暖系統(tǒng) 水平式熱水供暖系統(tǒng) 4.按熱媒溫度分：高溫水熱水供暖系統(tǒng)（t 100) 低溫水熱水供暖系統(tǒng)(t100)世界其他國家高溫水標(biāo)準(zhǔn)（） 低溫水 中溫水 高溫水 美國 120 120-176 176 日本 110 110-150 150 德國 110 110 原蘇聯(lián) 115 115 3-1 重力(自然)循環(huán)

2、熱水供暖系統(tǒng) 一、工作原理及作用壓力分析一、工作原理及作用壓力分析1.1.工作原理工作原理 假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)放熱中心假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)放熱中心l(l(散散熱器熱器) )和和 一個(gè)加熱中心一個(gè)加熱中心2(2(鍋爐鍋爐) )，用供水管，用供水管3 3和回水管和回水管4 4 把爐與散熱器相連接。在系統(tǒng)的最高處連接一把爐與散熱器相連接。在系統(tǒng)的最高處連接一 個(gè)膨脹水箱個(gè)膨脹水箱5 5，用以容納受熱后膨脹的水體積。，用以容納受熱后膨脹的水體積。 在系統(tǒng)工作之前，先將系統(tǒng)中充滿冷水。當(dāng)水在系統(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(shí)受散熱器在鍋爐內(nèi)被加熱后，密度減小，同時(shí)

3、受散熱器 流回來密度較大的回水的驅(qū)動，使熱水沿供水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，干管上升，流入散熱器。在散熱器內(nèi)水被冷卻， 再沿回水干管流回鍋爐。這樣形成如圖再沿回水干管流回鍋爐。這樣形成如圖3-l3-l箭箭 頭所示的方向循環(huán)流動。頭所示的方向循環(huán)流動。圖圖3 31 1 重力循環(huán)熱水供暖重力循環(huán)熱水供暖 系統(tǒng)工作原理圖系統(tǒng)工作原理圖1 1一散熱器；一散熱器；2 2一熱水鍋爐；一熱水鍋爐；3 3一供水管路一供水管路 4 4回水管路；回水管路；5 5一膨脹水箱一膨脹水箱 2.作用壓力分析作用壓力分析忽略管道散熱，認(rèn)為系統(tǒng)只有一個(gè)加熱中心和一個(gè)忽

4、略管道散熱，認(rèn)為系統(tǒng)只有一個(gè)加熱中心和一個(gè)冷卻中心冷卻中心在底部斷面兩側(cè)作用壓力分別為在底部斷面兩側(cè)作用壓力分別為P左左和和P右，右，依據(jù)流體依據(jù)流體靜力學(xué)的原理，則有靜力學(xué)的原理，則有 P左左=h h1 +h+h +h+h0h h P右右=h h1 +h+h h h+h+h0h h P= P右右-P左左= h h h h -h h =h(=h(h h- ) Pa (3-1) Pa (3-1)結(jié)論：供暖系統(tǒng)作用壓頭結(jié)論：供暖系統(tǒng)作用壓頭P與鍋爐和散熱器的高差與鍋爐和散熱器的高差h h、供回水溫度對應(yīng)的供回水密度供回水溫度對應(yīng)的供回水密度 、h h有關(guān)。有關(guān)。當(dāng)當(dāng)h=1mh=1m時(shí)，對于時(shí)，對于

5、95/7095/70的自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)，的自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)，其作用壓頭其作用壓頭P=1 1x9.819.81x（977.81-961.92977.81-961.92）=156Pa=156Pa 二、系統(tǒng)主要圖示二、系統(tǒng)主要圖示1.雙管系統(tǒng)圖3-2中（a）2.單管系統(tǒng)圖3-2中（b）特點(diǎn)：坡度（0.005-0.01）較大，便于空氣排除。坡向，供水用于排氣；回水用于排水。區(qū)別：雙管系統(tǒng)每一支管設(shè)一閥門；單管系統(tǒng)只在立管上下各設(shè)一個(gè)閥門，而支管上則不設(shè)閥門 圖32重力循環(huán)供暖系統(tǒng) (a)雙管上供下回武系統(tǒng)，(b)單管顧流式系統(tǒng)1-總立管；2-供水千管，3-供水立管，4-散熱器供水支管5-數(shù)熱器

6、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)10-泄水管(接下水)11一止回閱 三、系統(tǒng)作用壓力計(jì)算三、系統(tǒng)作用壓力計(jì)算gh 1、雙管系統(tǒng)、雙管系統(tǒng) 一層 二層 一、二層作用壓力差： h2 h1 該附加壓力造成了上下樓層 間的垂直失調(diào)圖圖3-3 3-3 作用壓力計(jì)算圖作用壓力計(jì)算圖 垂直失調(diào)垂直失調(diào)：同一立管豎向各層房間室溫出現(xiàn) 上下冷熱不均的現(xiàn)象 水平失調(diào)水平失調(diào)：同一樓層水平方向各房間市溫出 現(xiàn)冷熱不均的想象)(hP11ghg)(hP22ghg)(hpp212ghggh2H3H2h2、單管系統(tǒng)、單管系統(tǒng)推導(dǎo)過程略，作用壓力計(jì)算公式如下： 寫成通式： 圖3

7、-4 作用壓力計(jì)算圖 Pa (3-2) H13h1h)()()()()()(333222133221ghggghgHgHgHghghghP)()(1111NgNgHghP式中 N -循環(huán)環(huán)路中冷卻中心總數(shù)（樓層數(shù)） -冷卻中心（樓層）順序數(shù); g-重力加速度 m/s2 ,取值為9.81; -供水的密度，Kg/m3 ; -回水的密度， Kg/m3 ； -計(jì)算冷卻中心（樓層）流出水的密度， Kg/m3 ； -計(jì)算冷卻中心（樓層）上一層流出水的密度，Kg/m3 。 -計(jì)算冷卻中心（樓層）到下加熱中心（鍋爐）的距離,m -計(jì)算冷卻中心（樓層）到下一個(gè)中心（樓層）的距離,m gh1Hh3.綜合作用壓力公

8、式綜合作用壓力公式考慮管道散熱冷卻影響引入附加后的公式： Z=+ f Pa (3-3)式中 由公式（3-3）計(jì)算得出得的作用壓力，Pa; f -考慮管道冷卻的附加壓力，Pa。4.特殊情況下的作用壓力 計(jì)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 在鍋爐以下部分H值應(yīng)取負(fù)值 H2 H1 圖3-5 作用壓力計(jì)算圖 3-2 機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)由水泵提供熱水循環(huán)動力由水泵提供熱水循環(huán)動力一、系統(tǒng)特點(diǎn)一、系統(tǒng)特點(diǎn)1.作用半徑大，供暖范圍大；作用半徑大，供暖范圍大；2.管徑管徑d較小，管內(nèi)流速較大；較小，管內(nèi)流速較大；3.檢修量大，耗電多檢修量大，耗電多.該系統(tǒng)是目前應(yīng)用最

9、廣泛的一種供暖系統(tǒng)該系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種供暖系統(tǒng) 二、系統(tǒng)型式1.雙管上供下回式雙管上供下回式左左側(cè)立管只適用于較低層數(shù)的建筑，對高層建筑易產(chǎn)生垂直失調(diào)右側(cè)立管為單管上供下回式，詳見圖3-8 圖36機(jī)械循環(huán)上供下回式熱水供暖系統(tǒng) 1- 熱水鍋爐；2-循環(huán)水泵I；3-集氣裝置；4-膨脹水箱 2.雙管下供下回式雙管下供下回式 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：干管設(shè)在地下 室地溝內(nèi)，無效熱 損失?。皇┕づc土建 同步，便于協(xié)調(diào)； 供水在下，可減少 垂直失調(diào)。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：排氣比較困 難，手動排氣、水 箱排氣和集氣罐排 氣相結(jié)合 圖37機(jī)械循環(huán)下供下同式系統(tǒng) 1一熱水鍋爐；2一循環(huán)水泵；3一集氣罐4一膨脹水箱；5一空

10、氣管；6一冷風(fēng)閥3.3.單管上供下回式（單管順流式）單管上供下回式（單管順流式） 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、施工方便造價(jià)低，系統(tǒng)本身沒有雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào)。目前應(yīng)用非常廣泛缺點(diǎn)缺點(diǎn)系統(tǒng)無法局部調(diào)節(jié)，由于其他原因影響，仍存在垂直失調(diào)。不適應(yīng)分戶控制、分戶計(jì)量的要求。圖3-8 單管上供下回式（單管順流式）4.單管跨越式單管跨越式設(shè)計(jì)熱負(fù)荷相同、設(shè)計(jì)供回水溫度相同條件下，跨越式的散熱器面積大于普通順流式。 而且結(jié)構(gòu)和安裝比普通順流式復(fù)雜； 但是該系統(tǒng)可以局部改善上下冷熱不均的垂直失調(diào)，各層加閥門后可以進(jìn)行局部調(diào)節(jié) 尤其是該系統(tǒng)可以用于目前的分戶控制、分戶計(jì)量改造。 圖3-9 單管跨越式5.單管下供上回式（單

11、管倒流式）單管下供上回式（單管倒流式） （1）與空氣流動方向相同， 便于排氣； （2）供水在下，可以有 限度地減小垂直失調(diào)，而且 可以減少低層散熱器的面積， 方便布置； （3）對于高溫水系統(tǒng)， 可以減小靜壓線高度； （4）受連接方式影響， 散熱器傳熱系數(shù)較低，相同 條件下散熱器面積大 圖3-8 單管下供上回式（單管倒流式）6.同程式系統(tǒng)同程式系統(tǒng) 特點(diǎn)：通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長度都相等。特點(diǎn)：通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長度都相等。 異程式系統(tǒng)供、由于作用半徑較大，連立管較多，通過各個(gè)立管環(huán)路的壓力損失較難平衡。初調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)，就會出現(xiàn)近處立管流量超過要求，而遠(yuǎn)處立管流量不足。在遠(yuǎn)近立管處出現(xiàn)

12、流量失調(diào)，從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)。圖3-10 同程式熱水供暖系統(tǒng)同程式系統(tǒng)可以消除或減輕系統(tǒng)的水平失調(diào)同程式系統(tǒng)可以消除或減輕系統(tǒng)的水平失調(diào)。 7.水平串聯(lián)系統(tǒng)水平串聯(lián)系統(tǒng) A 原始水平串聯(lián)系統(tǒng) C 水平跨越式（水平并聯(lián)式）系統(tǒng) B 帶空氣管的水平串聯(lián)系統(tǒng) D 帶空氣管的水平跨越式系統(tǒng) 圖圖3-11 水平串聯(lián)熱水供暖系統(tǒng)水平串聯(lián)熱水供暖系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的總造價(jià)比垂直式系統(tǒng)低 管路簡單，無穿過各層樓板的立管，施工方便； 有可能利用最高層的輔助空間 便于分層管理和調(diào)節(jié)，有利于分戶控制和計(jì)量 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 串聯(lián)散熱器很多時(shí)，運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)水平失調(diào) 排氣方式要比垂直式上

13、供下回系統(tǒng)復(fù)雜些 水平管道較長時(shí)，要注意熱補(bǔ)償ACDB8. 其他其他（1）混合式系統(tǒng) 混合式系統(tǒng)是由下供上回式(倒流式)和上供下回式（順流式）兩組串聯(lián)組成的系統(tǒng)。高溫水自下而上進(jìn)入第組系統(tǒng)，通過散熱器放熱后水溫降低，然后再引入第組系統(tǒng)，放熱后循環(huán)水溫度再降低，然后返回?zé)嵩础?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。圖312 機(jī)械循環(huán)混合式熱水供暖系統(tǒng)（2）上供上回式系統(tǒng)上供上回式系統(tǒng)供水管和回水管均布置在房間上部。適用于房間底供水管和回水管均布置在房間上部。適用于房間底部無法布置管道的場所，多用于生產(chǎn)車間。部無法布置管

14、道的場所，多用于生產(chǎn)車間。（3）中供式系統(tǒng)）中供式系統(tǒng)供回水管道都布置在房間的中部。適用于舊房改造供回水管道都布置在房間的中部。適用于舊房改造接層的建筑接層的建筑3-3 高層建筑熱水供暖系統(tǒng)高層建筑熱水供暖系統(tǒng)高層建筑熱水供暖系統(tǒng)的特點(diǎn)：熱負(fù)荷計(jì)算熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)冷風(fēng)滲透耗熱量Q2中的L值不同不同普通建筑只考慮風(fēng)壓，而高層建筑是考慮風(fēng)壓和熱壓的綜合作用連接方式不同連接方式不同。由水靜壓力和垂直失調(diào)兩因素決定一、分層式熱水供暖系統(tǒng)一、分層式熱水供暖系統(tǒng)1.換熱器隔絕分層式換熱器隔絕分層式 在高層建筑供暖系統(tǒng)中，垂直方向分 成兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立系統(tǒng)稱為分層 式供暖系統(tǒng)。下層系統(tǒng)通常與室外網(wǎng)路 直接連

15、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。上 層系統(tǒng)與外網(wǎng)采用隔絕式連接(圖3-13)， 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。圖3-13 分層式熱水供暖系統(tǒng) 2.雙水箱隔絕式供暖系統(tǒng)雙水箱隔絕式供暖系統(tǒng) 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(shí)，在用戶供水 管上設(shè)加壓水泵(如圖3-14)。利用進(jìn)、回 水箱兩個(gè)水位高差h進(jìn)行上層系統(tǒng)的水循 環(huán)。上層系統(tǒng)利用非滿管流的溢流管6與 外網(wǎng)回水連接，溢流管6下部的滿管高度 Hh取決于外網(wǎng)回水管的壓力。 以雙水箱代替換熱器隔絕，簡化設(shè)備，1-加壓水泵；

16、2-回水箱；3-進(jìn)水箱；4-進(jìn)水箱 降低造價(jià) 溢流管，5-信號管； 6-回水箱溢洗管 開式水箱，空氣易進(jìn)入，造成系統(tǒng)腐蝕。圖3-14 雙水箱隔絕式供暖系統(tǒng)二、雙線式系統(tǒng)（圖略）二、雙線式系統(tǒng)（圖略）雙線式系統(tǒng)有垂直式垂直式和水平式水平式兩種型式。（講義圖3-17、3-18）1.垂直雙線式系統(tǒng)垂直雙線式系統(tǒng)該系統(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(rèn)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)。 由于

17、立管的阻力較小，容易引起水平失調(diào)。可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)。2.水平雙線式系統(tǒng)水平雙線式系統(tǒng)，該系統(tǒng)在水平方向的各組散熱器平均溫度近似地認(rèn)為是相同的。當(dāng)系統(tǒng)的水溫度或流量發(fā)生變化時(shí)，每組雙線上的各個(gè)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 由于每層系統(tǒng)阻力較小可能引起的垂直失調(diào)，可以在每層支線上設(shè)置孔板或調(diào)節(jié)閥，分層調(diào)節(jié)，避免垂直失調(diào)。 三、單、雙管混合式系統(tǒng)三、單、雙管混合式系統(tǒng) 在垂直方向上分若干組（比如 三三 組 ）每組內(nèi)采用雙管系統(tǒng)。比如 組的 一層二層、組的三、四兩層、組的 五、六兩層之間，均采用雙

18、管系統(tǒng)；但是 在每組之間，則采用單管系統(tǒng)。比如 組之間。 系統(tǒng)整體具有單管系統(tǒng)的若干優(yōu)點(diǎn)， 避免出現(xiàn)垂直失調(diào)；同時(shí)又解決了單管系 統(tǒng)的無法局部調(diào)節(jié)的弊病。而且散熱器支 管管徑也比純粹的單管系統(tǒng)要小得多。 但該系統(tǒng)無法解決高層建筑水靜壓力 的影響圖3-15 單、雙管 混合式系統(tǒng)3-4 室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路布置和主要設(shè)備室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路布置和主要設(shè)備一、室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路布置一、室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路布置1.總原則總原則根據(jù)建筑物的具體條件(如建筑的平面外形、結(jié)構(gòu)尺寸等)與外網(wǎng)連接的形式以及運(yùn)行情況等因素來選擇合理的布置方案。力求走向合理、節(jié)約管材、便于調(diào)節(jié)及阻力平衡、便于排氣2.總?cè)霊艄懿贾?/p>

19、總?cè)霊艄懿贾靡嗽O(shè)置在建筑物熱負(fù)荷對稱分配的位置，一般宜在建筑物長邊中部引入，以盡量縮短作用半徑；3.總立管布置總立管布置系統(tǒng)總立管在房間內(nèi)的布置不應(yīng)影響人們的生活和工作。4.供、干管回水布置供、干管回水布置（1）管路走向）管路走向 圖3-16 常見的供、回水干管走向布置方式 A 四個(gè)分支環(huán)路的異程式系統(tǒng) B兩個(gè)分支環(huán)路的同程式系統(tǒng)1-供水總立管；2-供水干管；3-回水干管；4-立管；5-供水進(jìn)口管；6-回水出口管 AB（2）管路布置）管路布置以上供下回式為例供水管設(shè)在天棚下時(shí)，注意過梁處理過梁處理管道坡度處理管道坡度處理回水管室內(nèi)地溝半通行地溝 不通行地溝地面上 過門時(shí)應(yīng)設(shè)過門地溝 目前已少有

20、采用（3）干管坡度）干管坡度為便于排氣，要求其坡度 0.002，若受條件限制時(shí)，可做0坡，但要求管道內(nèi)流速 0.25m/s。 ( (4）立管布置立管布置一般應(yīng)設(shè)在墻角處，或兩個(gè)窗中間。立管上下各設(shè)置一道閥們，閥們可以是閘閥、也可以是截止閥。從水力平衡角度出發(fā)，宜設(shè)置截止閥。設(shè)活動蓋板二、熱水供暖系統(tǒng)設(shè)備和主要附件二、熱水供暖系統(tǒng)設(shè)備和主要附件（一）膨脹水箱（一）膨脹水箱1.膨脹水箱作用膨脹水箱作用排氣、容納膨脹水、定壓2.膨脹水箱結(jié)構(gòu)膨脹水箱結(jié)構(gòu)圓形、方形 一般為鋼制或工程塑料（如玻璃鋼等）3.膨脹水箱工作原理膨脹水箱工作原理 膨脹管：一般接至循環(huán)水泵吸入口。膨脹管與供 暖系統(tǒng)管路的連接點(diǎn)稱為

21、定壓點(diǎn)。 信號管：用來檢查膨脹水籍是否存水，一般應(yīng)引 到管理人員容易觀察到的地方。 循環(huán)管：循環(huán)管應(yīng)接到系統(tǒng)定壓點(diǎn)前的水平回 水干管上(見圖3-18）該點(diǎn)與定壓點(diǎn)間 應(yīng)保持1.53m的距離。 排污管：清洗水箱時(shí)放空存水和污垢它可與溢 流管一起接至附近下水道。 溢流管：保證水箱水位不超過摸某一極限。當(dāng) 水位超過溢水管口時(shí)，通過溢流管將 水自動溢流排出 注意注意 溢流管和膨脹管嚴(yán)禁裝設(shè)閥門！信號管和排污管應(yīng)該裝設(shè)閥門溢流管和膨脹管嚴(yán)禁裝設(shè)閥門！信號管和排污管應(yīng)該裝設(shè)閥門溢流管信號管循環(huán)管排污管膨脹管有效容積有效容積VP圖3-17 膨脹水箱原理圖4.膨脹水箱有效容積的計(jì)算膨脹水箱有效容積的計(jì)算有效容

22、積：指信號管與溢流管間的容積有效容積：指信號管與溢流管間的容積 膨脹水箱的容積VP，可按下式計(jì)算確定 VP=tmaiVC L （3-4） =0.006 1/ 、tmai=25 代入式（3-4），則有 V VP P=0.045V=0.045VC C L L式中-水的體積膨脹系數(shù) =0.006 tmai-系統(tǒng)受熱和冷卻時(shí)水溫的最大波動值，取為75 VC-系統(tǒng)的水容量，包括熱源、室外管網(wǎng)、室內(nèi)管道和 散熱器的全部水容量。為簡化計(jì)算，VC值可按供給1kW熱量所需設(shè)備的水容量計(jì)算，其值可按附錄3-3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(jì)圖集(CN501-1)選用所需的膨脹水箱型號。 （二）集氣罐（二）集氣罐 1.手動集氣罐手動集氣罐 手動集氣罐用直徑10