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1、第三章 供 暖 工 程,人们在日常生活和社会生产中需要大量的热量。将自然界中的能量直接或间接地转化为热能以满足人们需要的科学技术，称为热能工程。利用热媒载热体(如水、水蒸气或其他介质)将热能从热源输送到各用户的工程技术称为供暖工程。,第三章 供 暖 工 程,3.1 室 内 采 暖 3.2 采暖系统所用管材、管件、阀门及采暖设备 3.3 室内采暖施工 3.4 室内采暖施工图识图和通暖调试 3.5 室外采暖管道 3.6 锅炉房施工 3.7 采暖系统的设计计算,3.1 室 内 采 暖,室内采暖就是用人工方法向室内供给相应的热量，保持一定的室内温度，以创造适宜的生活或工作条件的工程技术。 3.1.1
2、采暖系统的组成及其分类 3.1.2 热水采暖系统 3.1.3 高温高压热水采暖系统简介 3.1.4 蒸汽采暖系统,3.1.1 采暖系统的组成及其分类,1.采暖系统的组成 所有采暖系统都是由热的制备(热源)、热媒输送(热网)和热媒利用(散热设备)三个主要部分组成，如图3.1所示。,图3.1 热水采暖系统示意图 1.热水锅炉；2.散热器；3.热水管道；4.循环水泵；5.膨胀水箱,3.1.1 采暖系统的组成及其分类,2.采暖系统的分类 采暖系统可根据热媒、设备及系统形式分类。 (1) 按热媒种类分类 1) 热水采暖系统。以热水为热媒的采暖系统，主要应用于民用建筑。 2) 蒸汽采暖系统。以水蒸气为热媒
3、的采暖系统，主要应用于工业建筑。 3) 热风采暖系统。以热空气作为热媒向室内供应热量的采暖系统，主要应用于大型工业车间。,3.1.1 采暖系统的组成及其分类,(2) 按设备相对位置分类 1) 局部采暖系统。热源、热网、散热器三部分在构造上合在一起的采暖系统。 2) 集中采暖系统。热源和散热设备分别设置，用热网相连接，由热源向各个房间或建筑物供给热量的采暖系统。 3) 区域采暖。由一个热源向几个厂区或城镇集中供应热能的系统。 (3) 按系统敷设方式分 按系统管道的敷设方式的不同，可分为垂直式和水平式系统。,3.1.1 采暖系统的组成及其分类,(4) 按组成系统的各个立管环路总长度是否相同分 1)
4、 异程式系统。通过各个立管的循环环路的总长度不相等的系统。 2) 同程式系统。通过各个立管的循环环路的总长度相等的系统。 (5) 按供、回热媒方式的不同分类 1) 单管系统。热水经立管或水平管顺序流过多组散热器，并顺序地在各散热器中冷却的系统。 2) 双管系统。热水经供水立管或水平供水管平行的分配给多组散热器，冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水管流回热源的系统。,3.1.2 热水采暖系统,在热水采暖系统中热媒为水。从卫生条件和节能等考虑，民用建筑应采用热水作为热媒。热水采暖系统也用在生产厂房及辅助建筑物中。 1.热水采暖系统分类 (1) 按系统循环动力分 自然(重力)循环系统靠水
5、的密度差进行循环的系统，称为自然循环系统。 机械循环系统靠机械力(水泵)进行循环的系统，称为机械循环系统。 (2) 按热媒温度的不同分 可分为低温、高温系统。在我国水温低于或等于100的热水称为低温热水，水温超过100的热水称为高温热水，室内热水采暖系统大多数采用低温水作热媒，设计供回水温度多采用95/70，高温水采暖系统一般在工业厂房中应用。设计供回水温度大多采用120130/7080。,3.1.2 热水采暖系统,2.自然循环系统 (1) 自然循环热水采暖的工作原理及其作用压力 图3.2是自然循环热水采暖系统的工作原理图。在图中假设整个系统只有一个放热中心1(散热器)和一个加热中心2(锅炉)
6、，用供水管3和回水管4把锅炉与散热器相连接。在系统的最高处连接膨胀水箱5，用它容纳水在受热后膨胀而增加的体积。在系统工作之前先将系统中充满冷水。当水在锅炉内被加热后密度减小，同时受从散热器流回来密度较大的回水的驱动，使热水沿供水干管上升流入散热器。在散热器内水被冷却，再沿回水干管流回锅炉，这样形成如图3.2中箭头所示的方向循环流动。,3.1.2 热水采暖系统,由此可见，自然循环热水采暖系统的循环作用压力的大小取决于水温(水的密度)在循环环路的变化状况。在分析作用压力时，先不考虑水在沿管路流动时的散热而使水不断冷却的因素，认为在图3.2中的循环环路内水温只在锅炉和散热器两处发生变化。,图3.2
7、自然循环热水采暖系统工作原理图 1.散热器；2.热水锅炉；3.热水管路；4.回水管路；5.膨胀水箱,3.1.2 热水采暖系统,设P1和P2分别表示A-A断面右侧和左侧的水柱压力，则 P1g(h0hhh h1g) P2g(h0hhg h1g) 断面A-A两侧之差值，即系统的循环作用压力为 PP1P2gh(h g)(3.1) 式中：P自然循环系统的作用压力(Pa)； g 重力加速度，取9.81m/s2； h 冷却中心至加热中心的垂直距离(m)； h 回水密度(kg/m3)； g 供水密度(kg/m3)。 由式(3.1)可见，起循环作用的只有散热器中心和锅炉中心之间这段高度内的水柱密度差。如供回水温
8、度为95/70，则每m高差可产生的作用压力为 gh(h g)9.81(977.81961.92)156Pa,3.1.2 热水采暖系统,(2) 自然循环热水采暖系统的主要形式 自然循环热水采暖系统，主要分为双管和单管两种形式。图3.3(a)为双管上供下回式系统，图3.3(b)为单管上供下回顺流式系统。 上供下回式自然循环热水采暖系统管道布置的一个主要特点是：系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡度，其坡度宜采用0.5%1.0%；散热器支管的坡度一般取1%。这是为了使系统内的空气能顺利的排除。若系统中积存空气，就会形成气塞，影响水的正常循环。在自然循环系统中，水的流速较低，水平干管中流速小于0
9、.2m/s，而空气气泡在干管中的浮升速度为0.10.2m/s，在立管中约为0.25 m/s，因此，在上供下回式自然循环热水采暖系统充水和运行时，空气能逆着水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。 为使系统顺利排除空气和在系统停止运行或检修时能通过回水干管顺利地排水，回水干管应有沿水流向锅炉方向下降的坡度。,3.1.2 热水采暖系统,图3.3 自然循环采暖系统 (a)双管上供下回式；(b)单管顺流式 1.总立管；2.供水干管；3.供水立管；4.散热器供水支管；5.散热器回水支管； 6.回水立管；7.回水干管；8.膨胀水箱连接管；9.充水管(接上水管)； 10.泄水管(接下水管
10、)；11.止回阀,3.1.2 热水采暖系统,(3) 不同高度散热器环路的作用压力 在如图3.4所示的双管系统中，由于供水同时在上、下两层散热器内冷却，形成了两个并联环路和两个冷却中心。它们的作用压力分别为 P1gh1(h g)(3.2) P2g(h1h2)(hg)P1 gh2(hg)(3.3) 式中：P1通过底层散热器S1环路的作用压力(Pa)； P2 通过上层散热器S2环路的作用压力(Pa)。 由式(3.3)可见，通过上层散热器环路的作用压力比通过底层散热器的大，其差值为gh2(hg)。 由此可见，在双管系统中，由于各层散热器与锅炉中心的高差不同，虽然进入和流出各层散热器的供、回水温度相同(
11、不考虑管路沿途冷却的影响)，也将形成上层作用压力大、下层压力小的现象。如选用不同管径仍不能使各层阻力达到平衡，由于流量分配不均，必然要出现上热下冷的现象。,3.1.2 热水采暖系统,图3.4 双管系统,3.1.2 热水采暖系统,在采暖建筑物内同一竖向的各层房间的温度不符合设计要求的温度，而出现上下层冷热不匀的现象，通常称作系统垂直失调。由此可见，双管系统的垂直失调，是由于通过各层的循环作用压力不同而出现的；而且楼层数越多，上下层的作用压力差值越大，垂直失调就会越严重。 自然循环热水采暖系统是最早采用的一种热水采暖方式，已有约200年的历史，至今仍在应用。它装置简单，运行时无噪声和不消耗电能。但
12、由于其作用压力小、管径大，作用范围受到限制。自然循环热水采暖系统通常只能在单幢建筑物中应用，其作用半径不宜超过50m。,3.1.2 热水采暖系统,3. 机械循环热水采暖系统 机械循环热水采暖系统与自然循环系统的主要区别是在系统中设置了循环水泵，靠水泵提供的机械能使水在系统中循环，如图3.1所示的热水采暖系统简图。它由锅炉、水泵、散热器以及膨胀水箱等组成。系统中的循环水在锅炉中被加热，通过总立管、干管、支管到达散热器。水沿途散热有一定的温降，在散热器中放出大部分所需热量，沿回水支管、立管、干管重新回到锅炉被加热。 由于水泵的作用压力较大，因而采暖范围可以扩大。它不仅用于单栋建筑中，也可以用于多栋
13、建筑，甚至发展为区域热水采暖系统。机械采暖系统成为应用最广泛的一种采暖系统。,3.1.2 热水采暖系统,在机械采暖系统中，水流速度往往超过自水中分离出来的空气气泡的浮升速度。为了使气泡不致被带入立管，供水干管应按水流方向设置上升坡度，使气泡随水流方向流动汇集到系统的最高点，通过在最高点设置排气装置集气罐，将空气排出系统外。同时为了使回水能够顺利流回，回水干管应有向锅炉房方向向下的坡度。供回水干管坡度应在0.0020.005范围内，一般采用0.003。 在这种系统中，循环水泵一般安装在回水干管上，并将膨胀水箱连在水泵吸入端。膨胀水箱位于系统最高点，它的主要作用是容纳因水受热后所膨胀的体积。当膨胀
14、水箱连在水泵吸入端时，它可使整个系统处于稳定的正压(高于大气压)下工作，这就保证了系统中的水不致被汽化，从而避免了因水气存在而中断水的循环。,3.1.2 热水采暖系统,机械循环热水采暖系统有以下几种主要形式。 (1) 机械循环上供下回式热水采暖系统 上供下回式系统管道布置合理，是最常见的一种布置形式。如图3.5所示，图左侧为双管式系统，图右侧为单管式系统。 图3.5左侧的双管系统在管路和散热器连接方式上与自然循环系统没有差别。 图3.5右侧立管是单管顺流式系统。单管顺流式系统的特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器。顺流式系统形式简单、施工方便、造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种形式。
15、它最大的缺点是不能进行局部调节。,3.1.2 热水采暖系统,图3.5 机械循环上供下回式热水采暖系统 1.热水锅炉；2.循环水泵；3.集气装置；4.膨胀水箱,3.1.2 热水采暖系统,图3.5右侧立管是单管跨越式系统。立管的一部分水量流进散热器，另一部分立管水量通过跨越管与散热器流出的回水混合，再流入下层散热器。与顺流式相比，由于在散热器支管上安装阀门，施工工序增多，使系统造价增高。因此，目前在国内只用于房间温度要求较严格并需要进行局部调节散热量的建筑物。 在高层建筑(通常超过六层)中，近年国内出现一种跨越式与顺流式相结合的系统形式，上部几层采用跨越式，下部采用顺流式(如图3.5右侧立管所示)
16、。通过调节设置在上层跨越管段上的阀门开启度，在系统试运转或运行时，调节进入上层散热器的流量，可适当地减轻采暖系统中经常会出现的上热下冷的现象。但这种折中形式并不能从设计角度有效地解决垂直失调和散热器的可调节性能。,3.1.2 热水采暖系统,(2) 机械循环下供下回式双管系统 如图3.6所示，系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器下面。在设有地下室的建筑物中或在平屋顶建筑顶棚下难以布置供水干管的场合，常采用下供下回式系统。与上供下回式系统相比，它有如下特点： 1) 在地下室布置供水干管，管路直接散热给地下室，无效热损失小。 2) 在施工中，每安装好一层散热器即可采暖，给冬季施工带来很大方便。 3) 排除系统中的空气较困难。 下供下回式系统排除空气的方式主要有两种：通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气(图3.6左侧)，或通过专设的空气管手动或自动集中排气(图3.6右侧)。集气装置的连接位置，应比水平空气管低
