室內(nèi)供暖系統(tǒng)-室內(nèi)供暖系統(tǒng)的分類（建筑設(shè)備）

室內(nèi)采暖就是用人工方法向室內(nèi)供給相應(yīng)的熱量，保持一定的室內(nèi)溫度，以創(chuàng)造適宜的生活或工作條件的工程技術(shù)。3.1.1采暖系統(tǒng)的組成及其分類3.1.2熱水采暖系統(tǒng)3.1.3高溫高壓熱水采暖系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1.4蒸汽采暖系統(tǒng)3.1室內(nèi)采暖

1.采暖系統(tǒng)的組成所有采暖系統(tǒng)都是由熱的制備(熱源)、熱媒輸送(熱網(wǎng))和熱媒利用(散熱設(shè)備)三個(gè)主要部分組成，如圖3.1所示。圖3.1熱水采暖系統(tǒng)示意圖1.熱水鍋爐；2.散熱器；3.熱水管道；4.循環(huán)水泵；5.膨脹水箱3.1.1采暖系統(tǒng)的組成及其分類2.采暖系統(tǒng)的分類采暖系統(tǒng)可根據(jù)熱媒、設(shè)備及系統(tǒng)形式分類。(1)按熱媒種類分類1)熱水采暖系統(tǒng)。以熱水為熱媒的采暖系統(tǒng)，主要應(yīng)用于民用建筑。2)蒸汽采暖系統(tǒng)。以水蒸氣為熱媒的采暖系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工業(yè)建筑。3)熱風(fēng)采暖系統(tǒng)。以熱空氣作為熱媒向室內(nèi)供應(yīng)熱量的采暖系統(tǒng)，主要應(yīng)用于大型工業(yè)車間。(2)

按設(shè)備相對(duì)位置分類1)

局部采暖系統(tǒng)。熱源、熱網(wǎng)、散熱器三部分在構(gòu)造上合在一起的采暖系統(tǒng)。2)

集中采暖系統(tǒng)。熱源和散熱設(shè)備分別設(shè)置，用熱網(wǎng)相連接，由熱源向各個(gè)房間或建筑物供給熱量的采暖系統(tǒng)。3)

區(qū)域采暖。由一個(gè)熱源向幾個(gè)廠區(qū)或城鎮(zhèn)集中供應(yīng)熱能的系統(tǒng)。(3)

按系統(tǒng)敷設(shè)方式分按系統(tǒng)管道的敷設(shè)方式的不同，可分為垂直式和水平式系統(tǒng)。(4)按組成系統(tǒng)的各個(gè)立管環(huán)路總長(zhǎng)度是否相同分1)異程式系統(tǒng)。通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度不相等的系統(tǒng)。2)同程式系統(tǒng)。通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度相等的系統(tǒng)。(5)按供、回?zé)崦椒绞降牟煌诸?)單管系統(tǒng)。熱水經(jīng)立管或水平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)。2)雙管系統(tǒng)。熱水經(jīng)供水立管或水平供水管平行的分配給多組散熱器，冷卻后的回水自每個(gè)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)。在熱水采暖系統(tǒng)中熱媒為水。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。熱水采暖系統(tǒng)也用在生產(chǎn)廠房及輔助建筑物中。1.熱水采暖系統(tǒng)分類(1)按系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)力分自然(重力)循環(huán)系統(tǒng)——靠水的密度差進(jìn)行循環(huán)的系統(tǒng)，稱為自然循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)——靠機(jī)械力(水泵)進(jìn)行循環(huán)的系統(tǒng)，稱為機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)。(2)按熱媒溫度的不同分可分為低溫、高溫系統(tǒng)。在我國(guó)水溫低于或等于100℃的熱水稱為低溫?zé)崴疁爻^100℃的熱水稱為高溫?zé)崴?，室?nèi)熱水采暖系統(tǒng)大多數(shù)采用低溫水作熱媒，設(shè)計(jì)供回水溫度多采用95℃/70℃，高溫水采暖系統(tǒng)一般在工業(yè)廠房中應(yīng)用。設(shè)計(jì)供回水溫度大多采用120～130℃/70～80℃。1.自然循環(huán)系統(tǒng)(1)自然循環(huán)熱水采暖的工作原理及其作用壓力圖3.2是自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)的工作原理圖。在圖中假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)放熱中心1(散熱器)和一個(gè)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)的最高處連接膨脹水箱5，用它容納水在受熱后膨脹而增加的體積。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)受從散熱器流回來(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3.2中箭頭所示的方向循環(huán)流動(dòng)。3.1.3.1.2熱水采暖系統(tǒng)由此可見，自然循環(huán)熱水采暖系統(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。在分析作用壓力時(shí)，先不考慮水在沿管路流動(dòng)時(shí)的散熱而使水不斷冷卻的因素，認(rèn)為在圖3.2中的循環(huán)環(huán)路內(nèi)水溫只在鍋爐和散熱器兩處發(fā)生變化。圖3.2自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)工作原理圖1.散熱器；2.熱水鍋爐；3.熱水管路；4.回水管路；5.膨脹水箱設(shè)P1和P2分別表示A-A斷面右側(cè)和左側(cè)的水柱壓力，則P1＝g(h0ρh＋hρh

＋h1ρg)P2＝g(h0ρh＋hρg

＋h1ρg)斷面A-A兩側(cè)之差值，即系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力為ΔP＝P1－P2＝gh(ρh

－ρg)(3.1)式中：ΔP——自然循環(huán)系統(tǒng)的作用壓力(Pa)；g

——重力加速度，取9.81m/s2；h

——冷卻中心至加熱中心的垂直距離(m)；ρh

——回水密度(kg/m3)；ρg

——供水密度(kg/m3)。由式(3.1)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。如供回水溫度為95/70℃，則每m高差可產(chǎn)生的作用壓力為gh(ρh

－ρg)＝9.81×(977.81－961.92)＝156Pa(2)自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)的主要形式自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)，主要分為雙管和單管兩種形式。圖3.3(a)為雙管上供下回式系統(tǒng)，圖3.3(b)為單管上供下回順流式系統(tǒng)。上供下回式自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)管道布置的一個(gè)主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)的供水干管必須有向膨脹水箱方向上升的坡度，其坡度宜采用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)的空氣能順利的排除。若系統(tǒng)中積存空氣，就會(huì)形成氣塞，影響水的正常循環(huán)。在自然循環(huán)系統(tǒng)中，水的流速較低，水平干管中流速小于0.2m/s，而空氣氣泡在干管中的浮升速度為0.1～0.2m/s，在立管中約為0.25m/s，因此，在上供下回式自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)充水和運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行或檢修時(shí)能通過回水干管順利地排水，回水干管應(yīng)有沿水流向鍋爐方向下降的坡度。圖3.3自然循環(huán)采暖系統(tǒng)(a)雙管上供下回式；(b)單管順流式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(接下水管)；11.止回閥(3)不同高度散熱器環(huán)路的作用壓力在如圖3.4所示的雙管系統(tǒng)中，由于供水同時(shí)在上、下兩層散熱器內(nèi)冷卻，形成了兩個(gè)并聯(lián)環(huán)路和兩個(gè)冷卻中心。它們的作用壓力分別為ΔP1＝gh1(ρh

－ρg)(3.2)ΔP2＝g(h1＋h2)(ρh－ρg)＝ΔP1

＋gh2(ρh－ρg)(3.3)式中：ΔP1——通過底層散熱器S1環(huán)路的作用壓力(Pa)；ΔP2

——通過上層散熱器S2環(huán)路的作用壓力(Pa)。由式(3.3)可見，通過上層散熱器環(huán)路的作用壓力比通過底層散熱器的大，其差值為gh2(ρh－ρg)。由此可見，在雙管系統(tǒng)中，由于各層散熱器與鍋爐中心的高差不同，雖然進(jìn)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、下層壓力小的現(xiàn)象。如選用不同管徑仍不能使各層阻力達(dá)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。圖3.4雙管系統(tǒng)在采暖建筑物內(nèi)同一豎向的各層房間的溫度不符合設(shè)計(jì)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)。由此可見，雙管系統(tǒng)的垂直失調(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(huì)越嚴(yán)重。自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)是最早采用的一種熱水采暖方式，已有約200年的歷史，至今仍在應(yīng)用。它裝置簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)無(wú)噪聲和不消耗電能。但由于其作用壓力小、管徑大，作用范圍受到限制。自然循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)通常只能在單幢建筑物中應(yīng)用，其作用半徑不宜超過50m。3.機(jī)械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)機(jī)械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)與自然循環(huán)系統(tǒng)的主要區(qū)別是在系統(tǒng)中設(shè)置了循環(huán)水泵，靠水泵提供的機(jī)械能使水在系統(tǒng)中循環(huán)，如圖3.1所示的熱水采暖系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。它由鍋爐、水泵、散熱器以及膨脹水箱等組成。系統(tǒng)中的循環(huán)水在鍋爐中被加熱，通過總立管、干管、支管到達(dá)散熱器。水沿途散熱有一定的溫降，在散熱器中放出大部分所需熱量，沿回水支管、立管、干管重新回到鍋爐被加熱。由于水泵的作用壓力較大，因而采暖范圍可以擴(kuò)大。它不僅用于單棟建筑中，也可以用于多棟建筑，甚至發(fā)展為區(qū)域熱水采暖系統(tǒng)。機(jī)械采暖系統(tǒng)成為應(yīng)用最廣泛的一種采暖系統(tǒng)。在機(jī)械采暖系統(tǒng)中，水流速度往往超過自水中分離出來(lái)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)置上升坡度，使氣泡隨水流方向流動(dòng)匯集到系統(tǒng)的最高點(diǎn)，通過在最高點(diǎn)設(shè)置排氣裝置——集氣罐，將空氣排出系統(tǒng)外。同時(shí)為了使回水能夠順利流回，回水干管應(yīng)有向鍋爐房方向向下的坡度。供回水干管坡度應(yīng)在0.002～0.005范圍內(nèi)，一般采用0.003。在這種系統(tǒng)中，循環(huán)水泵一般安裝在回水干管上，并將膨脹水箱連在水泵吸入端。膨脹水箱位于系統(tǒng)最高點(diǎn)，它的主要作用是容納因水受熱后所膨脹的體積。當(dāng)膨脹水箱連在水泵吸入端時(shí)，它可使整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定的正壓(高于大氣壓)下工作，這就保證了系統(tǒng)中的水不致被汽化，從而避免了因水氣存在而中斷水的循環(huán)。機(jī)械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)有以下幾種主要形式。(1)機(jī)械循環(huán)上供下回式熱水采暖系統(tǒng)上供下回式系統(tǒng)管道布置合理，是最常見的一種布置形式。如圖3.5所示，圖左側(cè)為雙管式系統(tǒng)，圖右側(cè)為單管式系統(tǒng)。圖3.5左側(cè)的雙管系統(tǒng)在管路和散熱器連接方式上與自然循環(huán)系統(tǒng)沒有差別。圖3.5右側(cè)立管Ⅲ是單管順流式系統(tǒng)。單管順流式系統(tǒng)的特點(diǎn)是立管中全部的水量順次流入各層散熱器。順流式系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、施工方便、造價(jià)低，是國(guó)內(nèi)目前一般建筑廣泛應(yīng)用的一種形式。它最大的缺點(diǎn)是不能進(jìn)行局部調(diào)節(jié)。圖3.5機(jī)械循環(huán)上供下回式熱水采暖系統(tǒng)1.熱水鍋爐；2.循環(huán)水泵；3.集氣裝置；4.膨脹水箱圖3.5右側(cè)立管Ⅳ是單管跨越式系統(tǒng)。立管的一部分水量流進(jìn)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，由于在散熱器支管上安裝閥門，施工工序增多，使系統(tǒng)造價(jià)增高。因此，目前在國(guó)內(nèi)只用于房間溫度要求較嚴(yán)格并需要進(jìn)行局部調(diào)節(jié)散熱量的建筑物。在高層建筑(通常超過六層)中，近年國(guó)內(nèi)出現(xiàn)一種跨越式與順流式相結(jié)合的系統(tǒng)形式，上部幾層采用跨越式，下部采用順流式(如圖3.5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(yùn)轉(zhuǎn)或運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)進(jìn)入上層散熱器的流量，可適當(dāng)?shù)販p輕采暖系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的上熱下冷的現(xiàn)象。但這種折中形式并不能從設(shè)計(jì)角度有效地解決垂直失調(diào)和散熱器的可調(diào)節(jié)性能。(2)機(jī)械循環(huán)下供下回式雙管系統(tǒng)如圖3.6所示，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)有地下室的建筑物中或在平屋頂建筑頂棚下難以布置供水干管的場(chǎng)合，常采用下供下回式系統(tǒng)。與上供下回式系統(tǒng)相比，它有如下特點(diǎn)：1)在地下室布置供水干管，管路直接散熱給地下室，無(wú)效熱損失小。2)在施工中，每安裝好一層散熱器即可采暖，給冬季施工帶來(lái)很大方便。3)排除系統(tǒng)中的空氣較困難。下供下回式系統(tǒng)排除空氣的方式主要有兩種：通過頂層散熱器的冷風(fēng)閥手動(dòng)分散排氣(圖3.6左側(cè))，或通過專設(shè)的空氣管手動(dòng)或自動(dòng)集中排氣(圖3.6右側(cè))。集氣裝置的連接位置，應(yīng)比水平空氣管低0.3m以上否則位于上部空氣管內(nèi)的空氣不能起到隔斷作用，立管中的水會(huì)通過空氣管串流，因此專設(shè)空氣管集中排氣的方法，通常只在作用半徑小或系統(tǒng)壓力小的熱水采暖系統(tǒng)中應(yīng)用。圖3.6機(jī)械循環(huán)下供下回式雙管系統(tǒng)1.熱水鍋爐；2.循環(huán)水泵；3.集氣裝置；4.膨脹水箱；5.空氣管；6.冷氣閥(3)機(jī)械循環(huán)中供式熱水采暖系統(tǒng)如圖3.7所示，從系統(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)為上供下回式，上部系統(tǒng)可采用下供下回式[雙管，見圖3.7(a)]，也可采用上供下回式[單管，見圖3.7(b)]。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)可用于原有建筑物加建樓層或上部建筑面積少于下部建筑面積的場(chǎng)合。圖3.7機(jī)械循環(huán)中供式熱水采暖系統(tǒng)(a)上部系統(tǒng)——下供下回式雙管系統(tǒng)；(b)下部系統(tǒng)——上供下回式單管系統(tǒng)(4)機(jī)械循環(huán)下供上回式(倒流式)采暖系統(tǒng)如圖3.8所示，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。倒流式系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：1)水在系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)方向是自下而上流動(dòng)，與空氣流動(dòng)方向一致，可通過順流式膨脹水箱排除空氣，無(wú)需設(shè)置集中排氣罐等排氣裝置。2)對(duì)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)采用高溫水采暖系統(tǒng)時(shí)，由于供水干管設(shè)在底層，這樣可降低防止高溫水氣化所需的水箱標(biāo)高，減少布置高架水箱困難。圖3.8機(jī)械循環(huán)下供上回式(倒流式)采暖系統(tǒng)1.熱水鍋爐；2.循環(huán)水泵；3.膨脹水箱(5)異程式系統(tǒng)與同程式系統(tǒng)上述介紹的各種圖式在供回水干管走向布置方面都有一個(gè)共同點(diǎn)：通過各個(gè)立管的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度不相等，這種布置形式為異程式系統(tǒng)。在機(jī)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(gè)立管環(huán)路的壓力損失較難平衡。有時(shí)靠近總立管最近的立管即使選用了最小的管徑(DN15)，仍有很多剩余壓力。初調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)近處立管流量超過要求，而遠(yuǎn)處立管流量不足的問題。在遠(yuǎn)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，稱為系統(tǒng)的水平失調(diào)。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)。如圖3.9所示，通過最近立管Ⅰ的循環(huán)環(huán)路與通過最遠(yuǎn)處立管Ⅳ的循環(huán)環(huán)路的總長(zhǎng)度都相等，因此壓力損失易于平衡。由