03热水供暖系统第一节、第二节解析

第三章热水供暖系统热水供暖系统是以热水为热媒，它广泛用于民用建筑和工业厂房。按供水温度分为：低温热水供暖系统（≤100℃），高温热水供暖系统（110℃~150℃/70-80℃）；按循环动力分：重力循环（自然循环），机械循环（强迫循环）；按每组立管根数分：单管系统（单管顺流、单管跨越式），双管系统按供水干管布置位置分：上分式（上供、上行式）、中分式（中供、中行式）、下分式（下供、下行式）；1.高温水供暖系统特点散热器表面温度高，易烫伤皮肤，烤焦有机灰尘，卫生条件及舒适度较差；但可节省散热器用量，供回水温差较大，可减小管道系统管径，降低输送热媒所消耗的电能，节省运行费用。2.低温水供暖系统特点与高温水系统相反注：1)介质温度对水系统的影响(1)供水温度注对于热水系统，当采用温度高于100℃以上的高温水时，为了防止汽化，必须加大系统的压力，水温越高所需压力越大，给管道、设备的承压造成困难，加压设备也使得建造和运行费用增加；(2)供回水温差在系统冷、热负荷不变的情况下，系统所需水流量与供回水温差成反比。提高供回水温差，可降低系统所需的介质流量，因而可减少网路基建投资、循环水泵的容量和运行电耗。但温差增大，重力循环作用影响加大，使系统容易产生热力失调，另外流量的减少，还会使系统水力稳定性下降，一些换热设备的效率也会受到影响。水温不同除了影响系统的热工性能、流量大小以外，还会使水的密度、运动粘度等物性参数发生变化，引起系统阻力有所改变。水温度不同对管道材料的化学物理特性，如管道内表面的氧化腐蚀、结垢状况，管材的热应力大小等，也有一定的影响。2)不同用途水系统的温度范围暖通空调工程中水系统的介质温度范围一般为5~150℃：低温水供暖系统：供水95℃，回水70℃（85℃/60℃），供回水温差为25℃；民用建筑低温热水地板辐射供暖的供水温度不应超过60℃，供回水温差宜小于或等于10℃；高温水供暖系统：供水温度110℃~150℃，回水温度70℃~80℃。按管道系统环路长度分：同程式，异程式；按管道系统整体布置分：垂直式，水平式。第一节重力循环热水供暖系统一.重力循环热水供暖系统工作原理：03142结论：靠水的密度差进行循环。在热水采暖里，这种推动热水流动的力量叫作用压头。二、重力循环采暖系统作用压头：1.简单重力循环采暖系统作用压头：1）大小：简化条件：不计管道散热损失；加热冷却归结为两个“中心”在系统的最低处回水干管上取一截面A-A，假定在A-A断面有一阀门，若将阀门关闭，则在A-A断面两侧受到不同的水柱压力：右侧：P1=g(h0h+h1h+hg)左侧：P2=g(h0h+h1g+hg)右侧与左侧压力之差：△P=P1-P2=gh1(h-g)hgP---水在散热器内冷却产生的作用压力，Pa所以系统△Pzh=△P+△Pf△Pzh---重力循环热水采暖系统的作用压力，Pa。△Pf---水在管路内冷却产生的作用压力，Pa第一节重力循环热水供暖系统二、重力循环采暖系统作用压头：2）影响因素：冷热中心高差h；供回水温差——密度差。2.重力循环单管热水采暖系统作用压头：单管系统的特点是热水顺序流过多组散热器，并逐个冷却，冷却后回水返回热源。如图所示，立管上散热器S1和S2串联，引起重力循环作用压力的高差是（h1+h2)m，即一根立管上所有散热器只有一个共同的重力循环作用压头。△Pg=gh1(1-g)+gh2(2-g)=gH2(2-g)+gH1(1-2)同理，立管上有N组串联的冷却中心时，其重力作用压为：在低温水范围内，水的密度差与温度差成正比，即对图中第二层散热器可写出：对第一层散热器可写出：对第j层散热器可写出：)()()(11111iNiiiiiNiigiNiittHggHghPhgghttLsLsGcQQttGcQtt21122)(1hgNiiNjiigjttQQtt第一节重力循环热水供暖系统二、重力循环采暖系统作用压头：经推导，对有多层散热器的单管顺流式系统可写出其重力作用压头计算公式：对95-70℃的低温水系统，将=0.64代入，则上式变为：28.6)(28.6P1111iNiiLiiNiiNiiiLHQGcttHHQGcgP由上可得出：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差H，以及冷却中心的个数N等因素有关。每一根立管只有一个重力循环作用压头，而且即使最低层的散热器低于锅炉中心（h1为负值），也可使循环水流动。3.重力循环双管热水采暖系统作用压头：a.并联环路：两个冷却中心，两个并联环路：通过下层散热器环路重力作用压头：通过上层散热器环路重力作用压头：)())(()(212211ghghghghPhhgPghPihgghiiHttgHP)(28.6)(由此可见，上层散热器环路的作用压力大，下层压力小。b.有效作用压力：设计计算时应取第一层散热器重力作用压头为计算值。即有效的作用压力为通过底层散热器的作用压力。第一节重力循环热水供暖系统二、重力循环采暖系统作用压头：第二节热水供暖系统二、重力循环采暖系统作用压头：c.垂直失调：在供暖建筑内，同一竖向的各层房间的室温不符和设计要求的温度，而出现上下层冷热不均的现象，称之为竖向失调。注：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，而且层数越多，上下层的作用压力差值越大，垂直失调越严重。4.水平式系统重力作用压头：其重力作用压头计算公式：只是注意图中冷却中心到加热中心之间高度Hi的取法。(水平单管跨越式系统空心小圆圈和水平支路之间的高差用于计算散热器小循环作用压头)ihgghiiHttgHP)(28.6)(第二节热水供暖系统5.单管系统散热器的小循环：由于水在散热器内冷却，在图中第1点与第2点并联的管路间通过散热器的支路存在附加重力作用压头，增加了通过散热器的流量，被称为散热器的小循环作用压头。三.重力循环单管与双管系统相比：1）作用压力不同：单管系统每根立管只有一个重力循环作用压力，而且比双管系统较大，可降低锅炉中心与散热设备的中心高差；双管系统各层的重力循环作用压力不同，有效的为最小的那一个2）散热器的平均热媒温度不同双管系统各层相同；单管系统各层不同，越在下层tpj越小，K值越小,同样的热负荷，所需的F越大。3）垂直失调的原因不同：双管系统的各层循环作用压力不同导致流量分配不均，楼层高时现象严重，单管系统：当供水温度降低不合设计要求时，对上层散热器K和Q的影响小于下层的，从而造成上下冷热不均，下部更冷，产生垂直失调。设计时，F取得偏大，使温降增加，下部tpj不合设计要求。此外，立管的温降热量散在上部各房间。四、重力（自然）循环系统型式：1）排气：气体来源：充水时，系统中的空气没有排除干净；析出的空气（水温的升高；水在流动时压力降低）；停运时渗入的空气。2）回水：为此设坡度：供水干管（0.5%-1%）—低头走，（水流速小于0.2m/s，空气气泡的浮升速度为0.1-0.2m/s,而在立管中约为0.25m/s，气水逆向流动，通过膨胀水箱排除空气)；散热器支管（1%-2%）；回水干管（0.5%-1%）向下坡向锅炉房，便于排水（停运和检修时）和排除空气膨胀水箱在重力循环系统中的作用：1）吸纳系统水温升高时热胀而多出的水量，补充系统水温降低和泄漏时短缺的水量；2）排除系统中的空气；3）稳定系统的压力。重力循环系统的优缺点：结构简单，操作方便，运行时无噪声，不消耗电能。作用压力小，作用半径受到限制，水流速不大，升温慢，管径大，初投资高。一般把热力入口到最远基本组合体水平干管的展开长度称为采暖系统的作用半径。03143~03147重力循环系统设计时应注意：①作用半径不宜超过50m；②通常宜采用上供下回式，最好是单管垂直式系统；③锅炉位置尽可能降低，以增加系统作用压力；④膨胀水箱应设置在供水总立管顶部距供水干管顶标高300~500mm；⑤干管需设坡，坡度0.005~0.01，坡向与水流方向相同；散热器支管设0.01~0.02的坡度，坡向应有利于使系统中的空气汇集到膨胀水箱排至大气。第二节机械循环热水供暖系统：一、机械循环热水供暖系统：03142系统中设置了循环水泵、膨胀水箱、集气罐和散热器等设备。其与自然循环系统的主要区别：1）循环动力不同：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：连接点：机械循环系统：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。自然循环系统：水箱的膨胀管连接在供水总立管的最高处。作用：（1）吸纳系统水温升高时热胀而多出的水量，补充系统水温降低和泄漏时短缺的水量；（2）稳定系统的压力。3）排气方式不同：机械循环系统中水流速较大，一般都超过水中分离出的空气泡的浮升速度，易将空气泡带入立管引起气塞。供水干管：沿水流设上升坡度（抬头走），坡度值不小于0.002，一般为0.003，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，集中到集气罐处排空气。回水干管：应采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003，以便集中泄水。机械循环系统的优缺点：水流速大、管径小、升温快、作用范围大；因系统中增加了循环水泵，使维修工作量增加，运行费用增加。由于作用压力大，机械循环系统的型式比重力循环系统类型更多，适应场合更广泛。二、型式：1.垂直式和水平式03140如果系统中各层换热设备主要采用立管连接的型式，该系统称为垂直式系统，若换热设备主要是用水平管道连接在一起，则该系统称为水平式系统。水平式适用于大面积的多层建筑和公共建筑。和垂直式系统相比，水平式系统具有以下优点：’①管路简单，施工方便，系统总造价一般较垂直式少；②立管数少，楼板打洞少，沿墙无立管，对室内环境影响较小；③便于分层管理和调节；④设有膨胀水箱时，水箱的标高可以降低。水平式的缺点主要是：①排气不如垂直式方便；②当串联换热设备较多时，容易出现水平失调。③在重力循环系统中，底层环路的自然作用压力较小，使下层的水平支管的管径过大，所以在重力循环系统中，采用垂直式系统较为适宜。03140用于公用建筑如水平管线过长时容易因胀缩引起漏水。为此要在散热器两侧设乙字弯，每隔几组散热器加乙字弯管补偿器或方形补偿器；水平顺流式系统中串联散热器组数不易太多。可在散热器上设放气阀或多组散热器用串联空气管来排气。2.上分式、下分式和中分式：对垂直式水系统，还可根据供、回水干管在建筑物中的位置进行系统的划分。供水干管布置在建筑物上部空间，通过各个立管自上而下进行介质分配的系统，称为上分式，也称上供式或上行下给式；供水干管布置在建筑物的底部，通过各个立管自下而上分配介质的系统称为下分式，也称为下供式或下行上给式系统；供水干管布置在建筑物的中部，通过各个立管分别向上和向下分配介质的系统，称为中分式，也称为中供式或中给式系统。类似于供水干管，对回水干管相应的有上回式和下回式系统形式。综合供水和回水干管的布置，就组合成了多种系统形式，如：上供下回式、下供上回称倒流式)、下供下回式、上供上回式、混合式等。干管位置除了与建筑构造、施工安装有关外，还对系统的性能有影响。当供水干管敷设在房间上部，其管道传热所释放出的热量或冷量聚集在房间上部，对调节工作区的温度没有帮助，但可减少楼板传热、对上个楼层房间有利；当供水干管敷设在房间下部时，情况刚好相反，管道传热所释放出的热嚣或冷量聚集在房间下部，对工作区域产生有利影响。供水干管的敷设位置，在一些采用明装管道敷设的供暖系统中有较明显的影响。031383.单管式和双管式：单管系统：各组散热器通过一根管道串联在一起。特点：结构简单，施工方便，造价低；水力稳定