供熱工程-第3章__熱水供暖系統(tǒng)

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(dòng)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：?jiǎn)喂軣崴┡到y(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(guó)家高溫水標(biāo)準(zhǔn)（） 低溫水 中溫水 高溫水 美國(guó) 120 120-176 176 日本 110 110-150 150 德國(guó) 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(lái)密度較大的回水的驅(qū)動(dòng)，使熱水沿供水流回來(lái)密度較大的回水的驅(qū)動(dòng)，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(dòng)。頭所示的方向循環(huán)流動(dòng)。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(duì)應(yīng)的供回水密度供回水溫度對(duì)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(duì)于時(shí)，對(duì)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gh2H3H2h2、單管系統(tǒng)、單管系統(tǒng)推導(dǎo)過(guò)程略，作用壓力計(jì)算公式如下： 寫成通式： 圖3-4 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/

7、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(dòng)力由水

8、泵提供熱水循環(huán)動(dòng)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(duì)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(wú)效熱 損失??；施工與土建 同

9、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(dòng)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(jiǎn)單、施工方便造價(jià)低，系統(tǒng)本身沒(méi)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(wú)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。

10、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（單管倒流式）單管下供上回式（單管倒流式） （1）與空氣流動(dòng)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(duì)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(guò)各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度都相等。特

11、點(diǎn)：通過(guò)各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)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(guò)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(huì)出現(xiàn)近處立管流量超過(guò)要求，而遠(yuǎn)處立管流量不足。在遠(yuǎn)近立管處出現(xiàn)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)

12、比垂直式系統(tǒng)低 管路簡(jiǎn)單，無(wú)穿過(guò)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供下回系統(tǒng)復(fù)雜些 水平管道較長(zhǎng)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(guò)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3

13、12 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(wú)法布置管道的場(chǎng)所，多用于生產(chǎn)車間。部無(wú)法布置管道的場(chǎng)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)

14、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)。

15、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(jiǎn)化設(shè)備，1-加壓水泵；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(hào)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

16、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(duì)高層建筑，有利于避免系統(tǒng)垂直失調(diào)。 由于立管的阻力較小，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(lái)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(duì)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)

17、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(wú)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(wú)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

18、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(lái)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)霊艄懿贾每側(cè)霊艄懿贾靡嗽O(shè)置在建筑物熱負(fù)荷對(duì)稱分配的位置，一般宜在建筑物長(zhǎng)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)

19、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(guò)梁處理過(guò)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(guò)門時(shí)應(yīng)設(shè)過(guò)門地溝 目前已少有采用（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(dòng)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

20、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)稱為定壓點(diǎn)。 信號(hào)管：用來(lái)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(guò)摸某一極限。當(dāng) 水位超過(guò)溢水管口時(shí)，通過(guò)溢流管將 水自動(dòng)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(hào)管

21、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(hào)管和排污管應(yīng)該裝設(shè)閥門溢流管信號(hào)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)算有效容積：指信號(hào)管與溢流管間的容積有效容積：指信號(hào)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(dòng)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(jiǎn)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(guó)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(hào)。 （二）集氣罐（二）集氣罐 1.手動(dòng)集氣罐手動(dòng)集氣罐 手動(dòng)集氣罐用直徑100250mm的短管制成，它有立式和臥式兩