第2章 室内热水供暖系统

第三章室内热水供暖系统Chapter3Indoorhotwaterheatingsystem热水采暖系统以热水作为热媒的采暖系统。适用：民用建筑，生产厂房及辅助建筑。特点：系统简单，卫生，安全，蓄热能力好热水供暖系统可按下述方法分类：1.按系统循环动力分systemcirculatingpower：重力（自然）循环系统gravity(natural)circulation机械循环系统mechanicalcirculation2.按供、回水方式分themodeofsupplyandreturnwater：单管系统singlepipesystem双管系统doublepipesystem接热源图1单管系统singlepipesystem接热源图2双管系统doublepipesystem3.按系统管道敷设方式分：垂直式系统水平式系统4.按热媒温度分：低温水供暖系统（水温低于或等于100℃）高温水供暖系统（水温超过100℃）室内热水供暖系统，大多采用低温水供暖系统，设计供回水温度多采用95℃/70℃（也有采用85℃/60℃）。高温水供暖系统一般宜在生产厂房中使用。5.按管道连接及热媒流经路程分同程式系统及异程式系统。图3水平式系统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。•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。膨胀水箱h1hh0thρhtgρgAAP2P1锅炉散热器一、重力（自然）循环热水供暖系统的工作原理及其作用压力工作原理：•系统工作前先充满冷水。•当水在锅炉内被加热后，密度减小，同时受着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，流人散热器。在散热器内水被冷却，再沿回水干管流回锅炉。•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。1.自然循环热水采暖系统的工作原理hhhAA2g35右01h41左PPρρ•如假设图中的循环环路最低点的断面A-A处有一个假想阀门。若突然将阀门关闭，则在断面A-A两侧受到不同的水柱压力。这两方所受到的水柱压力差就是驱使水在系统内进行循环流动的作用压力。1.自然循环热水采暖系统的工作原理hhhAA2g35右01h41左PPρρ循环作用压力：不考虑管道散热。P左=g(ρhh0+ρgh+ρgh1)P右=g(ρhh0+ρhh+ρgh1)ΔP=P右-P左=g(ρhh-ρgh)=gh(ρh-ρg)循环作用压力ΔP取决于水温（密度）变化，加热中心和冷却中心的高度差。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。1.自然循环热水采暖系统的工作原理hhhAA2g35右01h41左PPρρ（1）ΔP的方向（水循环流动的方向）由于tgth，所以ρhρg；又g0、h0，故ΔP0，P右P左。水流方向与P右方向相同，即由右向左。（2）ΔP的大小影响ΔP大小的因素为(ρh-ρg)和h。当采用95/70℃系统时，每米高差产生的作用压力为：ΔP=gh(ρh-ρg)=9.811（977.81-961.92）=156Pa•自然循环热水采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。2.重力循环热水采暖系统的主要型式双管式单管式31110i=0.5%～1%6i=0.5%～1%975i=0.5%～1%1482(a)(b)双管上供下回式单管上供下回式图3-2上供下回式重力循环热水供暖系统管道布置的特点：（1）在供水立管、系统最高处安装膨胀水箱。膨胀水箱的作用为：1）容纳系统里热膨胀水。2）充水、补水。3）排除系统内的空气（主要为水中溶解的空气和系统里的空气）。(2)自然循环系统内水流速度较慢，所以水中的空气能够逆着水流方向向高处聚集。系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡向(低头走)，其坡度值为0.5%～1.0%。散热器支管的坡度值一般取1.0%。(3)回水干管有向锅炉方向向下的坡向，以保证系统中的回水能通过回水干管顺利排出。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。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人．垂直失调就会越严重。•所以双管系统不宜用在超过4层的系统中。重力循环热水供暖双管系统特点(1）各层散热器的供、回水温度相同。(2）供水温度较单管高，散热器面积相应小。(3）可进行局部调节。(4）双管系统有多个并联的循环环路，各环路的循环压力不相同。垂直失调严重，机械循环系统也是如此。单管系统特点(1)在单管系统中，各层散热器的进出口水温是不相等的。越到下层进水温度越低，因而各层散热器的传热系数值也不相等,越到下层越小，所以单管系统散热器总面积一般比双管系统的稍大些。(2)单管系统运行期间，也会出现垂直失调，其原因是由于各层散热器的传热系数随各层散热器平均计算温度差的变化程度不同。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，靠水泵的机械能，使水在系统中强制循环。与自然循环系统相比，机械循环热水供暖系统多了水泵和排气设备。另外，膨胀水箱的连接位置不同。•优点：由于设置了循环水泵，作用压力加大，管径小、升温快、作用半径大、起动容易，供暖范围扩大，应用更广泛。。•缺点：由于设置了循环水泵，增加了系统的运行费用和维修工作量。•应用：用于单幢、多幢建筑，甚至区域热水供暖系统。•系统组成：锅炉、输热管道、水泵、膨胀水箱、集气罐（自动排气阀）、散热设备。•形式：垂直式、水平式•现比较机械循环系统与自然循环系统的主要区别：•（1）循环动力不同。机械循环系统靠水泵提供动力，强制水在系统中循环流动。循环水泵一般设在锅炉入口前的回水干管上，该处水温最低，可避免水泵出现气蚀现象。•（2）膨胀水箱的连接点和作用不同。机械循环系统膨胀水箱设置在系统的最高处，水箱下部接出的膨胀管连接在循环水泵入口前的回水干管上。其作用除了容纳水受热膨胀而增加的体积外，还能恒定水泵入口压力，保证采暖系统压力稳定。•（3）排气方式不同。机械循环系统中水流速度较大，一般都超过水中分离出的空气泡的浮升速度，易将空气泡带人立管引起气塞。所以机械循环上供下回式系统水平敷设的供水干管应沿水流方向设上升坡度，坡度宜采用0.003，不得小于0.002。在供水干管末端最高点处设置集气罐，以便空气能顺利地和水流同方向流动，集中到集气罐处排除。机械循环热水采暖系统的主要型式垂直式水平式上供下回单管系统双管系统下供下回双管系统中供式系统下供上回式（倒流式）系统混合式系统顺流式跨越式异程式系统同程式系统（1）机械循环上供下回式采暖系统213立管I4IIIIIIVV3机械循环上供下回式热水采暖系统双管系统单管系统1—热源2—循环水泵3—集气罐4—膨胀水箱图3-7特点1)膨胀水箱：装于循环水泵入口处，作用是用来储存热水供暖系统加热的膨胀水量和恒定供暖系统的压力。2)循环水泵：为系统提供循环动力。3)排气：在机械循环系统中，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上升坡度（抬头走），使气泡随水流方向汇集到系统的最高点，通过在最高点设置排气装置，将空气排出系统外。回水干管应有向锅炉方向的向下坡度(低头走）。便于系统顺利排出空气和在系统停运或检修时能通过回水管排水。供、回水干管的坡度值宜采用0.3%，不得小于0.2%。•配管方式:–1）供水干管敷设在整个系统散热器之上。–2）回水干管敷设在底层散热器以下的地面上或地沟里。–3）供水干管末端装设排气装置。供水干管坡度与水流方向相反（即供水干管应抬头走），取i＝0.3%;回水干管坡度与水流方向相同（即回水干管应低头走，有向锅炉方向下降的坡向），取i＝0.3%；散热器支管坡度为i＝1％，坡向为供水支管低头走，回水支管低头走。213立管I4IIIIIIVV3立管Ⅰ、Ⅱ是双管式系统，主要优点是可以调节流量。立管Ⅲ是单管系统，它的优点是经济好，施工简单，运行管理简单，水力工况稳定。立管Ⅳ是单管跨越式系统。散热器面积增加，支管装阀门，造价高，施工工序多，多用于需进行局部调节散热器散热量。立管V,在高层建筑（通常超过六层）中，可采用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。•（1）双管系统：–优点－－每组散热器可进行局部散热量调节。–缺点－－1）存在“上热下冷”的垂直失调现象。2）较费管材，施工量较大。•（2）单管顺流式系统：–优点－－1）系统型式简单、施工方便，造价低。2）不存在如双管系统那样的“上热下冷”的垂直失调现象。–缺点－－1）不能进行局部散热量调节。2）散热器支管管径较大。•（3）单管跨越式系统：–优点－－1）不存在如双管系统那样的“上热下冷”的垂直失调现象。2）可进行局部散热量调节。–缺点－－散热面积增加，施工工序多，系统造价增加。•上供下回式热水供暖系统是最常用的系统型式。（2）下供下回式采暖系统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棚下难以布置供水干管的场合，常采用下供下回式系统。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。或通过专设的空气管手动或自动集中排气。12a453bh6机械循环下供下回热水采暖系统图3-812a453bh6下供下回式采暖系统特点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。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。排除系统中的空气较易。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3-8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。（3）中供式热水供暖系统水平供水干管敷设在系统中部。下部：上供下回；上部：下供下回（左）上供下回（右）机械循环中供式热水供暖系统（a）上部系统—下供下回式双管系统；（b）下部系统—上供下回式单管系统图3-9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。中供式系统可用于加建楼层的原有的建筑物或“品”字形建筑（上部建筑面积少于下部的建筑）供暖上。配管方式:1）供水干管敷设在中间楼层的顶棚下。2）回水干管敷设在底层散热器以下的地面上或地沟里。（4）下供上回式（倒流式）采暖系统•系统的供水干管设在下部，而回水干管设在上部，顶部还设置有顺流式膨胀水箱。•适用于高温水供暖系统中。i12iii3机械循环下供上回（倒流式）热水采暖系统图3-10无需设置集气罐等排气装置（水与空气流动方向一致）。底层散热器的面积减小，便于布置。当采用高温水采暖系统时，可减少布置高架水箱的困难。散热器的面积要比上供下回顺流式系统的面积增多