河南城院供熱工程課件第3章 熱水供暖系統(tǒng)

第三章

熱水供暖系統(tǒng)

供暖系統(tǒng)-----在冬季，為了使室內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi)，必須向室內(nèi)供給相應(yīng)的熱量。向室內(nèi)提供熱量的設(shè)備系統(tǒng)稱為供暖系統(tǒng)。以熱水為熱媒的供暖系統(tǒng)，稱為熱水供暖系統(tǒng)。劃分為：主要內(nèi)容：

第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

第二節(jié)機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

第三節(jié)高層熱水供暖系統(tǒng)

第四節(jié)低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)

第五節(jié)室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的管路布置和主要設(shè)備及附件一、工作原理及其作用壓力第一節(jié)重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

由此可知，起循環(huán)作用的只有散熱器中心和鍋爐中心之間的這段高度內(nèi)的水柱密度差。如果取供水溫度95℃，回水70℃；則每米高差可產(chǎn)生的作用壓力為：

gh（ρh-ρg）

=9.81×1×(977.81-961.92)=156Pa。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)主要分單管和雙管兩種型式。圖3-1為重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的主要圖式。左側(cè)圖（a）為雙管上供下回式系統(tǒng)；右側(cè)圖（b）為單管上供下回式系統(tǒng)。

重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)內(nèi)水流速度較慢，水平干管中水的流速小于0.2m/s，而干管中空氣氣泡的浮升速度為0.1～0.2m/s，在立管中約為0.25m/s，所以水中的空氣能夠逆著水流方向向高處聚集。在上供下回重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)充水與運行時，空氣經(jīng)過供水干管聚集到系統(tǒng)最高處，再通過膨脹水箱排往大氣。因此，系統(tǒng)的供水干管必須有向膨脹水箱方向上升的坡向，其坡度為0.5～1.0%。而散熱器支管的坡度一般取1%。回水干管則有向鍋爐方向下降的坡向，其坡度為0.5～1.0%。這是為了保證系統(tǒng)中的水能通過回水干管順利地排出。三、雙管系統(tǒng)作用壓力的計算因此：上部作用壓力大于下部作用壓力垂直失調(diào)四、重力循環(huán)單管供暖系統(tǒng)作用壓力的計算

單管系統(tǒng)的特點是各層散熱器是串聯(lián)的，熱水順序地沿各層散熱器冷卻。對于單管系統(tǒng)的作用壓力，由于各層的散熱器都串聯(lián)在一個循環(huán)環(huán)路上，立管上的自然循環(huán)作用壓力是一個，故單管系統(tǒng)不存在如雙管系統(tǒng)那樣的垂直失調(diào)現(xiàn)象。但由于經(jīng)過各層散熱器的水溫越來越低，下層房間散熱器的數(shù)量要增加。

在單管系統(tǒng)里，如圖3-4，散熱器S1和S2串聯(lián)；熱水在散熱器S2、S1里順序地冷卻；在循環(huán)環(huán)路中的壓力，按圖3-2分析結(jié)果，引起自然循環(huán)作用壓力的高是（h1+h2），水冷卻后的密度分別為ρ2，ρh，

故循環(huán)作用壓力的值為：ΔP=gh1（ρh-ρg）+gh2（ρ2-ρg）Pa也可寫為：ΔP=g（h1+h2）（ρ2-ρg）+gh1（ρh-ρ2）

=gH2（ρ2-ρg）+gH1（ρh-ρ2）Pa同理，若循環(huán)環(huán)路中有許多串聯(lián)的冷卻中心（即散熱器），如圖3-5所示，其作用壓力可寫為

從上面作用壓力的計算公式可知，熱水供暖系統(tǒng)的循環(huán)環(huán)路中的作用壓力與水溫變化有關(guān)，同時，與加熱中心和冷卻中心的相對位置、高度差以及冷卻中心的個數(shù)有關(guān)。為了計算單管順流式系統(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ρi。為此，就首先要確定各散熱器之間管路的水溫ti?，F(xiàn)仍以圖3-5為例，設(shè)供、回水溫度分別為tg、th。建筑物為八層（N=8），每層散熱器的散熱量分別為Q1，Q2…Q8,即立管的熱負(fù)荷為:∑Q=Q1+Q2+……+Q8W通過立管的流量,按其所負(fù)擔(dān)的全部熱負(fù)荷計算,可用下式確定:

kg/h流出某一層（如第二層）散熱器的水溫t2，根據(jù)上述平衡方程式，同理，可按下式計算：

kg/h兩式相等，由此，可求出流出第二層散熱器的水溫t2為：

℃根據(jù)上述方法，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：

℃

在上述的計算中，并沒有考慮水在管路中沿途冷卻的因素，假設(shè)水溫只在加熱中心和冷卻中心發(fā)生變化，水的溫度和密度沿循環(huán)環(huán)路不斷變化，不僅影響各層散熱器的進(jìn)、出口水溫，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)。在工程計算中，首先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)環(huán)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3-2。

總的重力循環(huán)作用壓力，可用下式表示：

ΔPzh=ΔP+ΔPfPa

[例題3-1]如圖3-6。設(shè)h1=3.2m，h2=h3=3.0m；散熱器熱負(fù)荷：Q1=700W，Q2=600W，Q3=800W。供水溫度為95℃，回水溫度為70℃。要求確定：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。為了簡化計算，此題不考慮熱水在沿途的冷卻。五、簡易熱水采暖系統(tǒng)的設(shè)計制作在沒有條件采用集中供暖的平房、分散的小型樓房，以及農(nóng)村家庭中，可以安裝水暖爐(即土暖氣)采暖。水暖爐就是簡單的重力循環(huán)采暖系統(tǒng)。由于水暖爐具有安裝簡便、使用安全及一爐多用的優(yōu)點，很受城鄉(xiāng)一般家庭的歡迎。(1)爐具可以購買成品，也可以自行加工砌筑。燃料主要為型煤(蜂窩煤塊)及塊煤(硬煤或煤球)。爐具最好安裝在廚房或其它非居住房間內(nèi)，以保持居室的清潔，防止煤氣中毒。(2)各種類型的散熱器，都可以用在水暖爐采暖系統(tǒng)上。(3)系統(tǒng)的連接與膨脹水箱的安裝等，應(yīng)遵守重力循環(huán)采暖系統(tǒng)的設(shè)計要點。當(dāng)系統(tǒng)只有一組散熱器時，不可安裝閥門。有兩組以上散熱器時，只在需要關(guān)閉的散熱器上安裝一個閥門即可.(4)為防止?fàn)t具內(nèi)結(jié)垢，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)充滿軟化水；無軟化水時，可以投藥或充灌開水。?；鸷笠膊豢煞趴?，系統(tǒng)內(nèi)充滿水可以減緩內(nèi)部銹蝕。第二節(jié)機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)一、機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的工作原理如果系統(tǒng)作用半徑較大，重力循環(huán)往往難以滿足系統(tǒng)的工作要求。因此，與重力循環(huán)系統(tǒng)相比，以水泵為主要動力的機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)應(yīng)用就更為廣泛。

由圖可見，機械循環(huán)系統(tǒng)區(qū)別于重力循環(huán)系統(tǒng)的主要特征是：

在回水總管上設(shè)有循環(huán)水泵。

循環(huán)水泵的作用壓頭，是機械循環(huán)系統(tǒng)熱水循環(huán)的主要動力。

膨脹水箱是連接在回水干管上，其主要目的在于使水泵的壓頭在系統(tǒng)中得到合適的分布。這也是與重力循環(huán)系統(tǒng)的明顯差別。因此，膨脹水箱在機械循環(huán)系統(tǒng)中只起補償水的體積變化的作用。在運行中，空氣通過設(shè)在系統(tǒng)最高處的集氣罐或排氣閥排出。此外，機械循環(huán)系統(tǒng)管道的水流速度比重力循環(huán)大得多。水中所含鐵銹、污泥、鑄鐵散熱器中殘留的型砂等會被帶至水泵、鍋爐，甚至堵塞管路。為避免這些現(xiàn)象，在循環(huán)水泵之前的回水總管上或供暖入口的供水總管上裝設(shè)有除污器。

系統(tǒng)在開始運行前，須先使整個系統(tǒng)充滿水。水由連接于回水總管上的補水管補入，并且自下而上緩緩充滿整個系統(tǒng)。系統(tǒng)中的空氣由膨脹水箱及排氣裝置（集氣罐、手動或自動排氣閥）排至大氣。當(dāng)膨脹水箱的信號管有水流出時，表示系統(tǒng)已充滿水。此時，啟動循環(huán)水泵，系統(tǒng)內(nèi)的水便沿著由供水管、鍋爐、散熱器及回水管所構(gòu)成的環(huán)路循環(huán)。若鍋爐也點燃，則水在鍋爐中被加熱并送至散熱器，在散熱器中散熱冷卻，然后返回鍋爐，達(dá)到向房間供暖的目的。二、機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)的主要形式

機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)和重力循環(huán)系統(tǒng)一樣，可分為垂直式和水平式。（一）垂直式系統(tǒng)（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有順流式（如圖3-13）和跨越式（如圖3-14）兩種。

水平式系統(tǒng)排氣比垂直式上供下回系統(tǒng)麻煩。通常采用排氣管集中排氣或在各個散熱器上安裝排氣閥排氣。水平式系統(tǒng)的總造價比垂直式系統(tǒng)少得多。但對較大系統(tǒng)而言，由于有較多散熱器處于低溫區(qū)，尾部的散熱器面積可能較垂直式系統(tǒng)多些。與垂直式系統(tǒng)相比，水平式系統(tǒng)還有如下優(yōu)點：管路簡單，便于快速施工；除了總立管外，沒有其它穿樓板的立管，因此無需在各層樓板上打洞；沿墻無立管，不影響室內(nèi)美觀；膨脹水箱可布置在最高層的輔助空間，不僅降低了造價，還不影響建筑物外形美觀。第三節(jié)高層熱水供暖系統(tǒng)一、高層建筑供暖系統(tǒng)的特點

1、熱負(fù)荷計算問題。在計算熱負(fù)荷時，應(yīng)考慮熱壓和風(fēng)壓綜合作用的影響。

2、高層建筑供暖系統(tǒng)的型式和與室外熱網(wǎng)的連接方式問題。高層建筑供暖系統(tǒng)在與室外熱網(wǎng)連接時，應(yīng)根據(jù)散熱器的承壓能力、外網(wǎng)的壓力狀況等因素來確定系統(tǒng)形式及其連接方式。此外，在確定系統(tǒng)形式時，還要考慮由于樓層高而加大了系統(tǒng)的垂直失調(diào)等問題。二、高層建筑熱水供暖系統(tǒng)的主要形式（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)稱為分層供暖系統(tǒng)。（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。（三）單、雙管混合式系統(tǒng)

特點是：既避免了雙管系統(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(jìn)行局部調(diào)節(jié)。

第四節(jié)低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)

一、低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)的傳熱特點及負(fù)荷計算地板輻射采暖與一般散熱器對流采暖方式相比，熱工特性有許多區(qū)別：

1、由于房間敷設(shè)了采暖地板，就不存在室內(nèi)空氣通過地板向外傳熱的可能，因此不應(yīng)計算這部分的熱損失。

2、由于地板輻射采暖是在輻射強度和對流的雙重作用下對房間進(jìn)行供暖，形成了較合理的室內(nèi)溫度場和熱輻射作用，可有比對流采暖低2～3℃的等效熱舒適效應(yīng)。

因此，在計算房間的熱負(fù)荷時，考慮到地板采暖與散熱器對流采暖的不同特點，可采用以下兩種方法：（1）修正系數(shù)法設(shè)Qd為對流采暖的熱負(fù)荷，Qr為地板輻射采暖時的熱負(fù)荷，則Qr=aQd，這里a為修正系數(shù)，對中、高溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)：a=0.8～0.9，對低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)，a=0.9～0.95。（2）熱負(fù)荷計算仍按照對流采暖時計算，但室內(nèi)空氣的計算溫度降低2～6℃，對低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)，可采用下限值。二、低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)的構(gòu)造典型的地板輻射供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。

目前常用的地板結(jié)構(gòu)有兩種：混凝土地板結(jié)構(gòu)與木制地板結(jié)構(gòu)。在木制地板結(jié)構(gòu)中，管道裝在槽形板中，而在混凝土地板結(jié)構(gòu)中，管道直接鋪設(shè)在混凝土中。常用的管道鋪設(shè)方式有旋轉(zhuǎn)型、直列型和往復(fù)型等幾種，如圖所示。往復(fù)式旋轉(zhuǎn)式直列式

對低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)用管材的基本要求：（1）在正常的工作溫度和壓力下，管材的耐熱、抗氧化、抗老化預(yù)期壽命不得小于50年。（2）管材具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)（3）管材具有較強的柔韌性（4）內(nèi)壁光滑，不易結(jié)水垢（5）具有良好的性能價格比。三、低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：

1、由于該系統(tǒng)輻射強度和溫度的雙重作用，造成了真正符合人體散熱要求的熱狀態(tài)，因此具有最佳的舒適感。

2、房間溫度分布豎向較均勻且呈負(fù)梯度分布，使房間頂部不至過熱，從而減少了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的無效耗熱量。

3、由于地板溫度不是太高，所以室內(nèi)產(chǎn)生的上升氣流小，故衛(wèi)生條件較好。

4、室內(nèi)表面溫度的提高，也減少了四周表面對人體冷輻射，提高了舒適感。

5、節(jié)能、保溫、熱穩(wěn)定性好、不占室內(nèi)面積、使用場所廣泛。

缺點：

1、地板內(nèi)埋設(shè)管道將使構(gòu)造層厚度增加，從而將低了房間凈高。

2、特殊的構(gòu)造使得樓板荷載增加

3、室內(nèi)設(shè)施對地板輻射量的遮擋第五節(jié)室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的管路布置和

主要設(shè)備及附件一、室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的管路布置

1、在布置供、回水干管時，首先應(yīng)確定供、回水干管的走向。系統(tǒng)應(yīng)合理地分成若干支路，而且盡量使各支路的阻力損失易于平衡。

2、對于上供下回式系統(tǒng)，供水干管多設(shè)在頂層頂棚下。頂棚的過梁底標(biāo)高距窗戶頂部之間的距離應(yīng)滿足供水干管的坡度和設(shè)置集氣罐所需的高度。3、回水干管可敷設(shè)在地面上，若地面情況不允許敷設(shè)（如過門時）或凈空高度不夠時，回水干管設(shè)置在半通行或不通行地溝內(nèi)。地溝上每隔一定距離應(yīng)設(shè)活動蓋板，過門地溝也應(yīng)設(shè)活動蓋板，以便于檢修。4、為了有效地排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣，所有水平供水干管應(yīng)有不小于0.002的坡度（坡向根據(jù)重力循環(huán)或機械循環(huán)而定，如前所述）。如因條件限制，機械循環(huán)系統(tǒng)的熱水管道可無坡度敷設(shè)，但管中的水流速度不得小于0.25m/s。

二、熱水供暖系統(tǒng)的主要設(shè)備和附件（一）膨脹水箱

1、膨脹水箱的結(jié)構(gòu)及原理

膨脹水箱上連有膨脹管、溢流管、信號管、排水管及循環(huán)管等管路。

2、膨脹水箱的容積膨脹水箱的容積，可按下式計算確定：

Vp=αΔtmax.VcL

式中Vp——膨脹水箱的有效容積（即由信號管到溢流管之間的容積），L；

α——水的體積膨脹系數(shù)，α=0.0006，1/℃；

Vc——系統(tǒng)內(nèi)的水容量，L；

Δtmax——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95/70℃低溫水供暖系統(tǒng)中，水箱容積可按下式計算：