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1、第三章第三章 热水供暖系统热水供暖系统 能源与安全工程学院成剑林 本章重点及难点本章重点掌握重力、机械循环供热系统的原理掌握机械循环供热系统不同形式的特点掌握分户采暖热水供暖系统的形式与特点了解室内热水供暖系统的管路布置和主要设备及附件本章难点膨胀水箱的安装重力、机械循环供热系统管道的敷设垂直失调与水平失调的原因及应对措施以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。从卫生条件和节能等考虑，民用建筑应采用热水作为热媒。热水供暖系统也用在生产厂房及辅助建筑物中。热水供暖系统分类：1按系统循环动力的不同，可分为重力(自然)循环系统和机械循环系统。2按供、回水方式的不同，可分为单管系统和双管系统。3按
2、系统管道敷设方式的不同，可分为垂直式和水平式系统。4按热媒温度的不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统。P66热水供暖系统分类：热水供暖系统分类：热水供暖系统分类：热水供暖系统分类：低温水与高温水在我国习惯认为水温低于100的热水为低温水，水温超过100的热水称为高温水室内热水供暖系统大多采用低温水作为热媒。设计供回水温度采用95/70。高温水供暖系统一般在生产厂房中应用。设计供回水温度大多采用120130/7080。P66第一节 传统室内热水供暖系统 传统室内热水供暖系统是相对于新出现的分户供暖系统而言的，就是我们经常说的“大采暖系统，通常以整幢建筑作为对象来设计供暖系统，沿袭的是前苏联
3、上供下回的垂直单、双管顺流式系统。它的优点是构造简单；缺点是整幢建筑的供暖系统往往是统一的整体，缺乏独立调节能力，不利于节能与自主用热。但其结构简单，节约管材，仍可做为具有独立产权的民用建筑与公共建筑供暖系统使用。并根据循环动力不同，可分为重力自然循环热水供暖系统和机械循环热水供暖系统。P67一、 重力自然循环热水供暖系统P671.系统工作原理及其作用压力当水在锅炉内加热后，水的密度减小，上升；在散热器内被冷却后，水的密度增加，沿回水管道返回锅炉。整个系统的循环动力即供回水的密度差。维持该系统循环流动的压力称为自然作用压力。 重力循环热水供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
4、的变化。 P67作用压力 l断面A-A左侧的水柱压力为 l断面A-A右侧的水柱压力为 P67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。如果取供水温度95，回水70；则每m高差可产生的作用压力为：9.811(977.81961.92)=156 Pa。重力循环热水供暖系统维护管理简单，不需消耗电能。但由于其作用压力小、管中水流速度不大，所以管径就相对大一些，作用范围也受到限制。自然循环热水供暖系统通常只能在单幢建筑物中使用，作用半径不宜超过50m。P682.重力循环热水供暖系统的主要型式P682.重力循环热水供暖系统的主要型式双管上供下回式单管上供下回式P68上供下回式重力循
5、环热水供暖系统管道布置的主要特点因系统中若积存空气，就会形成气塞，影响水的正常循环。系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡向。其坡度为0.51.0；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地排除，在上供下回重力循环热水供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，回水干管应有向锅炉方向的向下坡度。P683.重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算 在图3-3的双管系统中，由于供水同时在上、下两成散热器内冷却，形成了两个并联环路和两个冷却中心。作用压力分别为如上可
6、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P68重力循环热水供暖双管系统的垂直失调 在双管系统中，由于各层散热器与锅炉的高差不同，虽然进入和流出各层散热器的供、回水温度相同(不考虑管路沿途冷却的影响)，也将形成上层作用压力大、下层作用压力小的现象。如选用不同管径仍不能使各层阻力损失达到平衡，由于流量分配不均，必然要出现上热下冷的现象。为什么？是否有办法调整？为什么？是否有办法调整？P69系统垂直失调在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的室温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
7、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。P694.重力循环热水供暖单管系统的作用压力的计算F原理：原理：F 依靠供回水温度不同、密度不同所产生依靠供回水温度不同、密度不同所产生的容重差作为热水在管内流动的动力。的容重差作为热水在管内流动的动力。S1S2H1h2H1 h1P69分析在上图所示的上供下回单管式系统中，散热器S2和S1串联。引起重力循环作用压力的高差是（h1+h2m，冷却后水的密度分别为h和2，其循环作用压力值为也可以改写为：P69结论若循环环路中有N组串联的冷却中心散热器是，其循环作用压力可用下面一个通式表示可见：单管热水供暖系统的作用压力与水温变化、加
8、热中心与冷却中心的高度差以及冷却中心的个数等因素有关。每一根立管只有一个重力循环作用压力，而且即使最底层的散热器低于锅炉中心，也可能使水循环流动。P69思索锅炉在所有散热器的上方，水能否流动？为什么？在双管系统中，锅炉在某一散热器的上方，水能否流动？为什么？管路水温ti为了计算单管系统重力循环作用压力，想要求出各个冷却中心之间管路中水的密度，为此首先要确定各散热器之间管路的水温ti当管路中各管段的水温ti确定后，相应可确定其值。P70单管系统与双管系统的比较单管系统与双管系统相比，除了作用压力不同外，各层散热器的平均进出水温度也是不相同的。在双管系统中，各层散热器的平均进出水温度是相同的；而在
9、单管系统中，各层散热器的进出口水温是不相等的。越在下层进水温度越低，因而各层散热器的传热系数K值也不相等。因有这个影响，单管系统立管的散热器总面积一般比双管系统的稍大些。P71单管系统与双管系统的比较在单管系统运行期间，由于立管的供水温度或流量不符合设计要求，也会出现垂直失调现象。但是在单管系统中，影响垂直失调的原因不是如双管系统那样由于各层作用压力不同造成的，而是原因各层散热器的传热系数K值随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同而引起的。P71相比较单管双管各层散热器作用压力不同每一根立管只有一个重力循环作用压力各层散热器进出口水温相同各层散热器进出口水温不同K值不同垂直失调作业仔细学习例
10、题3-1，将Q1改为500W，Q2改为700W，Q3改为600W计算此题。P71重力(自然)循环热水供暖系统重力循环热水供暖系统是最早采用的一种热水供暖方式，已有约200年的历史，至今仍在应用。系统特点它装置简单，运行时无噪音和不消耗电能。但由于其作用压力小，管径大，作用范围受到限制。重力循环热水供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。P73二 机械循环热水供暖系统机械循环热水供暖系统与重力循环系统的主要差别是在系统中设置了循环水泵，水在系统中强制循环。设置了循环水泵，增加了系统的经常运行电费和维修工作量；但由于水泵所产生的作用压力很大，因而供暖范围可以扩大。机械循环热水
11、供暖系统不仅可用于单幢建筑物中。也可以用于多幢建筑，甚于发展为区域热水供暖系统。机械循环热水供暖系统成为应用最广泛的一种供暖系统。P73机械循环热水供暖系统的主要型式 垂直式系统水平式系统P73(一)、垂直式系统垂直式系统，按供、回水干管布置位置不同，有下列几种型式：上供下回式双管和单管热水供暖系统；下供下回式双管热水供暖系统；中供式热水供暖系统；下供上回式(倒流式)热水供暖系统；混合式热水供暖系统。P73机械循环上供下回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。顺流式系统型式简单、施工方面，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种形式。它最严重的缺点是不能进行局部调节
12、。P73P73上供下回式管道系统对各系统布置进行比较对各系统特点进行比较对各系统优缺点进行比较机械循环下供下回热水供暖系统它有如下特点：（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开始供暖，给冬季施工带来很大方便。（3） 排除系统中的空气较困难。P74下供下回式系统排出空气的方式 P74下供下回式系统排出空气的方式1)通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气。2)通过专设的空气管手动或自动集中排气。从散热器和立管排出的空气，沿空气管送到集气装置，定期排出系统外。集气装置的连接位置，应比水平空气管低h米以上，即应大于图中a和b两点在系统运行时的压差
13、值，否则位于上部空气管内的空气不能起到隔断作用，立管水会通过空气管串流。因此，通过专设空气管集中排气的方法，通常只用在作用半径小或压降小的系统中。P74中供式热水供暖系统 中供式系统的特点： 中供式系统可避免由于顶层梁底标高过低,致使供水干管挡住顶层窗户的不合理布置,并减轻了上供下回式楼层过多,易出现垂直失调的现象；但上部系统要增加排气装置。P75机械循环下供上回供暖系统倒流式系统具有如下特点：(1)无需设置集气罐等排气装置。(2)底层散热器的面积减小，便于布置。(3)当采用高温水供暖系统时，可减少布置高架水箱的困难。(4)散热器的面积要比上供下回顺流式系统的面积增多。第九章水压图第九章水压图
14、P75机械循环混合式热水供暖系统P75同程式系统为什么能消除或减轻系统为什么能消除或减轻系统水平失调？水平失调？P76(二)、水平式系统优点：1、系统的总造价一般比垂直式的低；2、管路简单，施工方便；3、有可能利用最高层的辅助间排气复杂P76三、室内热水供暖系统的管路布置室内热水供暖系统管路布置合理与否，直接影响到造价和适用效果。应根据建筑物的具体条件与外网连接的型式以及运行情况等因素来选择合理的布置方案，力求系统管道走向布置合理，节省管材，便于调节和排除空气而且要求各并联环路的阻力损失易于平衡。P77室内热水供暖系统的管路布置引入口：宜设置在建筑物热负荷对称分配的位置，一般宜在建筑物中部有两
15、个分支环路的同程式系统布置形式。一般宜将供水干管的始端放置在朝北向一侧，而末端设在朝南向一侧。P77常见的供回水干管走向布置方式四个分支环路的异程式系统两个分支环路的同程式系统P77第二节 分户采暖热水供暖系统 分户采暖是以经济手段促进节能。采暖系统节能的关键是改变热用户的现有“室温高，开窗放的用热习惯，这就要求采暖系统在用户侧具有调节手段，先实现分户控制与调节，为下一步分户计量创造条件。P78第二节 分户采暖热水供暖系统 根据这一特点以及我国民用住宅的结构型式，楼梯间、楼道等公用部分应设置独立采暖系统，室内的分户采暖主要由以下三个系统组成:1.满足热用户用热需求的户内水平采暖系统，就是按户分
16、环，每一户单独引出供回水管，一方面便于供暖控制管理，另一方面用户可实现分室控温。2.向各个用户输送热媒的单元立管采暖系统，即用户的公共立管，可设于楼梯间或专用的采暖管井内。3.向各个单元公共立管输送热媒的水平干管采暖系统。P78一、户内水平采暖系统型式与特点考虑到美观一般采用下进下出的方式。并根据实际情况，水平管道可明装，沿踢脚板敷设；水平管道暗装，镶嵌在踢脚板内或暗敷在地面预留的沟槽内。P79 二、单元立管采暖系统型式与特点 设置单元立管的目的在于向户内采暖系统提供热媒，是以住宅单元的用户为服务对象，一般放置于楼梯间内单独设置的采暖管井中。P80三、水平干管采暖系统型式与特点设置水平干管的目
17、的在于向单元立管系统提供热媒，是以民用建筑的单元立管为服务对象，一般设置于建筑的采暖地沟中或地下室的顶棚下。P80四、分户采暖系统的入户装置分户采暖的入户装置安装位置可分为户内采暖系统入户装置与建筑采暖入口热力装置。P81第三节高层建筑热水供暖系统高层建筑热水供暖系统设计存在的问题分层式供暖系统双线式系统P82高层建筑热水供暖系统设计存在的问题(1)高层建筑供暖设计热负荷的计算问题(冷风渗透耗热量)，前面已有要求自学。(2)高层建筑供暖系统的形式和与室外热水网路的连接方式问题，由于高层建筑热水供暖系统的水静压力较大，当它与外界连接时，应根据散热器的承压能力，外网的压力状况等因素，确定系统形式及
18、连接方式。(3)建筑物层数多，加重系统的垂直失调的问题。P82一、分层式供暖系统下层系统采用与外网直接连接，其高度取决于室外网路的压力工况和散热器的承压能力。上层系统与外网采用隔绝式连接，利用水加热器使其压力与外网隔绝P83一、分层式供暖系统外网供水温度较低，使用热交换器所需面积过大而不经济时，可考虑采用双水箱分层式供暖系统。特点：(1)上层系统与外网直接连接。当外网供水压力低于高层建筑静水压力时，在用户供水管上加设加压泵。利用进、回水箱两个水位高差h进行上层系统的水循环P83一、分层式供暖系统(2)上层系统利用非满管流动的溢流管与外网回水管连接，溢流管下部的满管高度H取决于外网回水管的压力。
19、(3)两个水箱替代了热交换器起隔绝压力的作用。简化了入口设备，降低了系统造价。(4)采用了开式水箱，易使空气进入系统，造成系统的腐蚀。P83一、分层式供暖系统分层式热水供暖系统双水箱分层式热水供暖系统P84二、双线式系统二、双线式系统双线式系统有垂直式和水平式两种型式。垂直双线式单管热水供暖系统1-供水干管；2-回水干管；3-双线立管；4-散热器；5-截止阀；6-排水阀；7-节流孔板；8-调节阀P84二、双线式系统二、双线式系统水平双线式热水供暖系统1-供水干管；2-回水干管；3-双线水平管；4-散热器；5-截止阀；6-节流孔板；7-调节阀P84三、单、双管混合式系统三、单、双管混合式系统这种
20、系统的特点是：既避免了双管系统在楼层数过多时出现的严重竖向失调现象，同时又能避免散热器支管管径过粗的缺点，而且散热器还能进行局部调节。 单双混合式系统P84四、专用分区供暖四、专用分区供暖当高层建筑面积较大或是成片的高层小区，可靠考虑将高层建筑竖向按高度分区，在垂直方向上分为二个或多个采暖分区，分别由不同的采暖系统与设备供给，各区域供暖参数可保持一致。分区高度主要由散热器的承压能力、系统管材附件的材质性能以及系统的水力工况特性决定。分区后前两节介绍的常规采暖系统及分户采暖系统的各种结构形式均可采用。 P84五、高层建筑直连静压隔断式供暖系统五、高层建筑直连静压隔断式供暖系统P85自学内容第四节
21、室内热水供暖系统的主要设备及附件P86一 膨胀水箱膨胀水箱的作用用来贮存热水供暖系统加热的膨胀水量。在重力循环上供下回式系统中，起着排气作用。恒定供暖系统的压力各管道的作用及安装阀件情况必须要清楚P86第四节 室内热水供暖系统主要设备及附件一定要清楚是为什么P86膨胀水箱的容积：有效容积水的体积膨胀系数，0.0006L/系统内的水容量系统内水受热和冷却时水温的最大波动值P86(二)热水供暖系统排除空气的设备系统的水被加热时，会分离出空气1kg 5 水中含气量超过30mg 95 约3mg系统停止时不严密处会渗入空气系统中如积存空气会形成气塞，影响水循环 P87二、热水供暖系统排除空气的设备二、热
22、水供暖系统排除空气的设备集气罐自动排气阀冷风阀P87二热水供暖系统排除空气的设备集气罐 P87二热水供暖系统排除空气的设备自动排气阀P87二热水供暖系统排除空气的设备冷风阀冷风阀 P87三 散热器温控阀 散热器温控阀是一种自动控制散热器散热量的设备，它由两部分组成。一部分为阀体部分，另一部分为感温元件控制部分。当室内温度高于给定的温度之时，感温元件受热，其顶杆就压缩阀杆，将阀口关小；进入散热器的水流量减小，室温下降。当室内温度下降到低于设定值时，感温元件开始收缩，其阀杆靠弹簧的作用，将阀杆抬起，阀孔开大，水流量增大，散热器散热量增加，室内温度开始升高，从而保证室温处在设定的温度值上。温控阀控温
23、范围在1328之间，控温误差为1。P88三、散热器温控阀散热器温控阀P88四、分、集水器 本节所涉及的分、集水器是在低温热水辐射采暖室内系统中使用的，用于连接各路加热盘管的供、回水管的配、汇水装置。是通过本体的螺纹与主干管道连接，各分支管道与本体上的各接头螺纹相连接而实现主干管道至各分支管道的分流或把各分支管道集流至主干管道的一种连接件。 P88五、锁闭阀锁闭阀是随着既有建筑采暖系统分户改造工程与分户采暖工程的实施而出现的，前者常采用三通型，后者常采用两通型。主要作用是关闭功能，是必要时采取强制措施的手段。阀芯可采用闸阀、球阀、旋塞阀的阀芯，有单开型锁与互开型锁。有的锁闭阀不仅可关断，还具有调节功能。此类型的阀门可在系统试运行调节后，将阀门锁闭。既有利于系统的水力平衡，又可避免由于用户的“随意调节而造成失调现象的发生。 P88本章小结掌握重力、机械循环供热系统的原理与组成掌握分户、高层供热系统的原理与组成掌握机械循环供热系统的分类、排空方法、管道的敷设热水供暖系统的主要设备和附件、膨胀水箱的安装
