哈工大-供熱工程-第3章-熱水供暖系統(tǒng)

3-1重力(自然)循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)

一、工作原理及作用壓力分析1.工作原理假設(shè)整個系統(tǒng)只有一個放熱中心l(散熱器)和一個加熱中心2(鍋爐)，用供水管3和回水管4

把爐與散熱器相連接。在系統(tǒng)的最高處連接一個膨脹水箱5，用以容納受熱后膨脹的水體積。在系統(tǒng)工作之前，先將系統(tǒng)中充滿冷水。當(dāng)水在鍋爐內(nèi)被加熱后，密度減小，同時受散熱器流回來密度較大的回水的驅(qū)動，使熱水沿供水干管上升，流入散熱器。在散熱器內(nèi)水被冷卻，再沿回水干管流回鍋爐。這樣形成如圖3-l箭頭所示的方向循環(huán)流動。圖3．1重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)工作原理圖1一散熱器；2一熱水鍋爐；3一供水管路

4～回水管路；5一膨脹水箱第1頁/共31頁2.作用壓力分析忽略管道散熱，認為系統(tǒng)只有一個加熱中心和一個冷卻中心在底部斷面兩側(cè)作用壓力分別為P左和P右，依據(jù)流體靜力學(xué)的原理，則有

P左=h1ρɡɡ+h

ρɡɡ+h0ρhɡ

P右=h1ρɡɡ+h

ρhɡ+h0ρhɡ?P=P右-P左=h

ρhɡ-h

ρɡɡ=hɡ(ρh-ρɡ)Pa(3-1)結(jié)論：供暖系統(tǒng)作用壓頭?P與鍋爐和散熱器的高差h、供回水溫度對應(yīng)的供回水密度ρɡ、ρh有關(guān)。當(dāng)h=1m時，對于95/70℃的自然循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)，其作用壓頭?P=1x9.81x（977.81-961.92）=156Pa第2頁/共31頁

二、系統(tǒng)主要圖示1.雙管系統(tǒng)圖3-2中（a）2.單管系統(tǒng)圖3-2中（b）特點：坡度（0.005-0.01）較大，便于空氣排除。坡向，供水用于排氣；回水用于排水。區(qū)別：雙管系統(tǒng)每一支管設(shè)一閥門；單管系統(tǒng)只在立管上下各設(shè)一個閥門，而支管上則不設(shè)閥門

圖3—2重力循環(huán)供暖系統(tǒng)

(a)雙管上供下回武系統(tǒng)，(b)單管顧流式系統(tǒng)1-總立管；2-供水千管，3-供水立管，4-散熱器供水支管5-數(shù)熱器器回水支管，6-回水立管，7-回水干管，8-膨脹水箱連接管，9-充水管(接上水)10-泄水管(接下水)11一止回閱第3頁/共31頁

三、系統(tǒng)作用壓力計算1、雙管系統(tǒng)

一層二層一、二層作用壓力差：

h2

h1

該附加壓力造成了上下樓層間的垂直失調(diào)圖3-3作用壓力計算圖

垂直失調(diào)：同一立管豎向各層房間室溫出現(xiàn)上下冷熱不均的現(xiàn)象水平失調(diào)：同一樓層水平方向各房間市溫出現(xiàn)冷熱不均的想象第4頁/共31頁

2、單管系統(tǒng)推導(dǎo)過程略，作用壓力計算公式如下：寫成通式：

圖3-4作用壓力計算圖Pa(3-2)

H1第5頁/共31頁式中N-循環(huán)環(huán)路中冷卻中心總數(shù)（樓層數(shù)）

-冷卻中心（樓層）順序數(shù);g-重力加速度m/s2,取值為9.81;

-供水的密度，Kg/m3;

-回水的密度，Kg/m3

；

-計算冷卻中心（樓層）流出水的密度，Kg/m3；

-計算冷卻中心（樓層）上一層流出水的密度，Kg/m3

。

-計算冷卻中心（樓層）到下加熱中心（鍋爐）的距離,m

-計算冷卻中心（樓層）到下一個中心（樓層）的距離,m

第6頁/共31頁3.綜合作用壓力公式考慮管道散熱冷卻影響引入附加后的公式：

ΔРZ=ΔР+ΔРfPa(3-3)式中ΔР

–由公式（3-3）計算得出得的作用壓力，Pa;

ΔРf-考慮管道冷卻的附加壓力，Pa。4.特殊情況下的作用壓力

計算仍采用公式（3-2），但注意用下半部分高度以H表示的公式。其中

H3在鍋爐以下部分H值應(yīng)取負值

H2

H1

圖3-5作用壓力計算圖

第7頁/共31頁3-2機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)由水泵提供熱水循環(huán)動力一、系統(tǒng)特點1.作用半徑大，供暖范圍大；2.管徑d較小，管內(nèi)流速較大；3.檢修量大，耗電多.該系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種供暖系統(tǒng)第8頁/共31頁

二、系統(tǒng)型式1.雙管上供下回式左側(cè)ⅠⅡ立管只適用于較低層數(shù)的建筑，對高層建筑易產(chǎn)生垂直失調(diào)右側(cè)ⅢⅣⅤ立管為單管上供下回式，詳見圖3-8

圖3—6機械循環(huán)上供下回式熱水供暖系統(tǒng)

1-熱水鍋爐；2-循環(huán)水泵I；3-集氣裝置；4-膨脹水箱

第9頁/共31頁2.雙管下供下回式

優(yōu)點：干管設(shè)在地下室地溝內(nèi)，無效熱損失??；施工與土建同步，便于協(xié)調(diào)；供水在下，可減少垂直失調(diào)。

缺點：排氣比較困難，手動排氣、水箱排氣和集氣罐排氣相結(jié)合

圖3—7機械循環(huán)下供下同式系統(tǒng)1一熱水鍋爐；2一循環(huán)水泵；3一集氣罐4一膨脹水箱；5一空氣管；6一冷風(fēng)閥第10頁/共31頁3.單管上供下回式（單管順流式）優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、施工方便造價低，系統(tǒng)本身沒有雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào)。目前應(yīng)用非常廣泛缺點系統(tǒng)無法局部調(diào)節(jié)，由于其他原因影響，仍存在垂直失調(diào)。不適應(yīng)分戶控制、分戶計量的要求。圖3-8單管上供下回式（單管順流式）第11頁/共31頁4.單管跨越式圖3-9單管跨越式第12頁/共31頁5.單管下供上回式（單管倒流式）

（1）與空氣流動方向相同，便于排氣；（2）供水在下，可以有限度地減小垂直失調(diào)，而且可以減少低層散熱器的面積，方便布置；（3）對于高溫水系統(tǒng)，可以減小靜壓線高度；（4）受連接方式影響，散熱器傳熱系數(shù)較低，相同條件下散熱器面積大圖3-8單管下供上回式（單管倒流式）第13頁/共31頁6.同程式系統(tǒng)

特點：通過各個立管的循環(huán)環(huán)路的總長度都相等。

異程式系統(tǒng)供、由于作用半徑較大，連立管較多，通過各個立管環(huán)路的壓力損失較難平衡。初調(diào)節(jié)不當(dāng)時，就會出現(xiàn)近處立管流量超過要求，而遠處立管流量不足。在遠近立管處出現(xiàn)流量失調(diào)，從而引起在水平方向冷熱不均的現(xiàn)象，稱為系統(tǒng)的水平失調(diào)。圖3-10同程式熱水供暖系統(tǒng)同程式系統(tǒng)可以消除或減輕系統(tǒng)的水平失調(diào)。

第14頁/共31頁7.水平串聯(lián)系統(tǒng)

A

原始水平串聯(lián)系統(tǒng)C水平跨越式（水平并聯(lián)式）系統(tǒng)

B帶空氣管的水平串聯(lián)系統(tǒng)D帶空氣管的水平跨越式系統(tǒng)

圖3-11水平串聯(lián)熱水供暖系統(tǒng)優(yōu)點：?系統(tǒng)的總造價比垂直式系統(tǒng)低

?管路簡單，無穿過各層樓板的立管，施工方便；

?有可能利用最高層的輔助空間

?便于分層管理和調(diào)節(jié)，有利于分戶控制和計量

缺點：

?串聯(lián)散熱器很多時，運行時易出現(xiàn)水平失調(diào)

?排氣方式要比垂直式上供下回系統(tǒng)復(fù)雜些

?水平管道較長時，要注意熱補償ACDB第15頁/共31頁8.其他（1）混合式系統(tǒng)

混合式系統(tǒng)是由下供上回式(倒流式)和上供下回式（順流式）兩組串聯(lián)組成的系統(tǒng)。高溫水自下而上進入第Ⅰ組系統(tǒng)，通過散熱器放熱后水溫降低，然后再引入第Ⅱ組系統(tǒng)，放熱后循環(huán)水溫度再降低，然后返回?zé)嵩?。由于兩組系統(tǒng)串聯(lián)，系統(tǒng)的壓力損失大些。這種系統(tǒng)一般只宜使用在連接于高溫?zé)崴W(wǎng)路上的衛(wèi)生要求不高的民用建筑或生產(chǎn)廠房。圖3—12機械循環(huán)混合式熱水供暖系統(tǒng)第16頁/共31頁（2）上供上回式系統(tǒng)供水管和回水管均布置在房間上部。適用于房間底部無法布置管道的場所，多用于生產(chǎn)車間。（3）中供式系統(tǒng)供回水管道都布置在房間的中部。適用于舊房改造接層的建筑第17頁/共31頁3-3高層建筑熱水供暖系統(tǒng)高層建筑熱水供暖系統(tǒng)的特點：?熱負荷計算時冷風(fēng)滲透耗熱量Q’2中的L值不同普通建筑只考慮風(fēng)壓，而高層建筑是考慮風(fēng)壓和熱壓的綜合作用?連接方式不同。由水靜壓力和垂直失調(diào)兩因素決定第18頁/共31頁一、分層式熱水供暖系統(tǒng)1.換熱器隔絕分層式

在高層建筑供暖系統(tǒng)中，垂直方向分成兩個或兩個以上的獨立系統(tǒng)稱為分層式供暖系統(tǒng)。下層系統(tǒng)通常與室外網(wǎng)路直接連接。它的高度主要取決于室外網(wǎng)路的壓力工況和散熱器的承壓能力。上層系統(tǒng)與外網(wǎng)采用隔絕式連接(圖3-13)，利用水加熱器使上層系統(tǒng)的壓力與室外網(wǎng)路的壓力隔絕。上層系統(tǒng)采用隔絕式連接，是目前常用的一種型式。圖3-13分層式熱水供暖系統(tǒng)

第19頁/共31頁2.雙水箱隔絕式供暖系統(tǒng)

?上層系統(tǒng)與外網(wǎng)直接連接。當(dāng)外網(wǎng)供水壓力低于高層建筑靜水壓力時，在用戶供水管上設(shè)加壓水泵(如圖3-14)。利用進、回水箱兩個水位高差h進行上層系統(tǒng)的水循環(huán)。上層系統(tǒng)利用非滿管流的溢流管6與外網(wǎng)回水連接，溢流管6下部的滿管高度

Hh取決于外網(wǎng)回水管的壓力。

?以雙水箱代替換熱器隔絕，簡化設(shè)備，1-加壓水泵；2-回水箱；3-進水箱；4-進水箱降低造價溢流管，5-信號管；6-回水箱溢洗管?開式水箱，空氣易進入，造成系統(tǒng)腐蝕。圖3-14雙水箱隔絕式供暖系統(tǒng)第20頁/共31頁二、雙線式系統(tǒng)（圖略）雙線式系統(tǒng)有垂直式和水平式兩種型式。（講義圖3-17、3-18）1.垂直雙線式系統(tǒng)該系統(tǒng)是由豎向的Π形單管式立管組成的。雙線系統(tǒng)的散熱器通常采用蛇形管或輻射板式(單塊或砌入墻內(nèi)形成整體式)結(jié)構(gòu)。由于散熱器立管是由上升立管和下降立管組成的，因此各層散熱器的平均溫度近似地可以認為是相同的。這種各層散熱器的平均溫度近似相同的單管式系統(tǒng)，尤其對高層建筑，有利于避免系統(tǒng)垂直失調(diào)。由于立管的阻力較小，容易引起水平失調(diào)?？煽紤]在每根立管的回水立管上設(shè)置孔板，增大立管阻力，或采用同程式系統(tǒng)來消除水平失調(diào)。2.水平雙線式系統(tǒng)，該系統(tǒng)在水平方向的各組散熱器平均溫度近似地認為是相同的。當(dāng)系統(tǒng)的水溫度或流量發(fā)生變化時，每組雙線上的各個散熱器的傳熱系統(tǒng)K值的變化程度近似是相同的。因而對避免冷熱不均很有利由于每層系統(tǒng)阻力較小可能引起的垂直失調(diào)，可以在每層支線上設(shè)置孔板或調(diào)節(jié)閥，分層調(diào)節(jié)，避免垂直失調(diào)。

第21頁/共31頁三、單、雙管混合式系統(tǒng)

在垂直方向上分若干組（比如ⅠⅡ

Ⅲ三

組）每組內(nèi)采用雙管系統(tǒng)。比如

Ⅰ組的一層二層、Ⅱ組的三、四兩層、Ⅲ組的五、六兩層之間，均采用雙管系統(tǒng)；但是在每組之間，則采用單管系統(tǒng)。比如ⅠⅡ

Ⅲ組之間。系統(tǒng)整體具有單管系統(tǒng)的若干優(yōu)點，避免出現(xiàn)垂直失調(diào)；同時又解決了單管系統(tǒng)的無法局部調(diào)節(jié)的弊病。而且散熱器支管管徑也比純粹的單管系統(tǒng)要小得多。但該系統(tǒng)無法解決高層建筑水靜壓力的影響圖3-15單、雙管混合式系統(tǒng)ⅠⅡⅢ第22頁/共31頁3-4室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路布置和主要設(shè)備一、室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路布置1.總原則根據(jù)建筑物的具體條件(如建筑的平面外形、結(jié)構(gòu)尺寸等)與外網(wǎng)連接的形式以及運行情況等因素來選擇合理的布置方案。力求走向合理、節(jié)約管材、便于調(diào)節(jié)及阻力平衡、便于排氣2.總?cè)霊艄懿贾靡嗽O(shè)置在建筑物熱負荷對稱分配的位置，一般宜在建筑物長邊中部引入，以盡量縮短作用半徑；3.總立管布置系統(tǒng)總立管在房間內(nèi)的布置不應(yīng)影響人們的生活和工作。第23頁/共31頁4.供、干管回水布置（1）管路走向

圖3-16常見的供、回水干管走向布置方式

A四個分支環(huán)路的異程式系統(tǒng)B兩個分支環(huán)路的同程式系統(tǒng)1-供水總立管；2-供水干管；3-回水干管；4-立管；5-供水進口管；6-回水出口管

AB第24頁/共31頁（2）管路布置以上供下回式為例供水管設(shè)在天棚下時，注意?過梁處理?管道坡度處理回水管?室內(nèi)地溝▲半通行地溝▲不通行地溝?地面上過門時應(yīng)設(shè)過門地溝目前已少有采用（3）干管坡度為便于排氣，要求其坡度≮0.002，若受條件限制時，可做0坡，但要求管道內(nèi)流速≮0.25m/s。

(4）立管布置一般應(yīng)設(shè)在墻角處，或兩個窗中間。立管上下各設(shè)置一道閥們，閥們可以是閘閥、也可以是截止閥。從水力平衡角度出發(fā)，宜設(shè)置截止閥。設(shè)活動蓋板第25頁/共31頁二、熱水供暖系統(tǒng)設(shè)備和主要附件（一）膨脹水箱1.膨脹水箱作用排氣、容納膨脹水、定壓2.膨脹水箱結(jié)構(gòu)圓形、方形一般為鋼制或工程塑料（如玻璃鋼等）3.膨脹水箱工作原理

膨脹管：一般接至循環(huán)水泵吸入口。膨脹管與供暖系統(tǒng)管路的連接點稱為定壓點。信號管：用來檢查膨脹水籍是否存水，一般應(yīng)引到管理人員容易觀察到的地方。

循環(huán)管：循環(huán)管應(yīng)接到系統(tǒng)定壓點前的水平回水干管上(見圖3-18）該點與定壓點間應(yīng)保持1.5～3m的距離。

排污管：清洗水箱時放空存水和污垢它可與溢流管一起接至附近下水道。溢流管：保證水箱水位不超過摸某一極限。當(dāng)水位超過溢水管口時，通過溢流管將水自動溢流排出

?注意溢流管和膨脹管嚴(yán)禁裝設(shè)閥門！信號管和排污管應(yīng)該裝設(shè)閥門溢流管信號管循環(huán)管排污管膨脹管有效容積VP圖3-17膨脹水箱原理圖第26頁/共31頁4.膨脹水箱有效容積的計算有效容積：指信號管與溢流管間的容積

膨脹水箱的容積VP，可按下式計算確定

VP=α△tmaiVCL（3-4）

α=0.006

1/℃

、△tmai=25℃代入式（3-4），則有

VP=0.045VCL式中α-水的體積膨脹系數(shù)α=0.006△tmai-系統(tǒng)受熱和冷卻時水溫的最大波動值，取為75℃VC-系統(tǒng)的水容量，包括熱源、室外管網(wǎng)、室內(nèi)管道和散熱器的全部水容量。為簡化計算，VC值可按供給1kW熱量所需設(shè)備的水容量計算，其值可按附錄3-3選取。求出所需的膨脹水箱有效容積后，可按《全國通用建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集》(CN501-1)選用所需的膨脹水箱型號。

第27頁/共31頁（二）集氣罐1.手動集氣罐

手動集氣罐用直徑Ф100～250m