03《供热工程》第三课-热水供暖系统

第三章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120~130℃/70~80℃。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hhhAA2g35右01h41左PPρρP671.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）在循环环路的变化。P67•作用压力断面A-A左侧的水柱压力为)(g2gh1hhhgPL断面A-A右侧的水柱压力为)(g2hh1hhhgPR)(gh21ghPPP＝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：•9.81×1×(977.81－961.92)=156Pa。•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31110i=0.5%～1%6i=0.5%～1%975i=0.5%～1%1482(a)(b)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0.5％~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11hgPgh21212hghgPghhPgh如上可见，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2hggh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？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原理：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。S1S2H1h2H1h1g21hP69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+h2）m，冷却后水的密度分别为ρh和ρ2，其循环作用压力值为122hggPghgh•也可以改写为：2212ghPgHgH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111NNiigiiiiiPghgH•可见：单管热水供暖系统的作用压力与水温变化、加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思考•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NiiigghQttttQ•当管路中各管段的水温ti确定后，相应可确定其值。i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31110i=0.5%～1%6i=0.5%～1%975i=0.5%～1%1482(a)(b)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。P73213立管I4IIIIIIVV3P73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12a453bh6P74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。i12iii3第九章水压图P75机械循环混合式热水供暖系统P75同程式系统142立管IIIIIIIV3为什么能消除或减轻系统水平失调？P76(二)、水平式系统12(2)(1)(1)(2)21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