哈工大供热工程-第三章-热水供暖系统1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 热水供暖系统,定义,：,以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。,适用范围：,民用建筑、公共建筑、工业企业的辅助建筑。,分类,1.按循环动力分：自然循环,热水供暖系统,机械循环,热水供暖系统,2.,按散热器供、回水方式分：单管热水供暖系统,双管热水供暖系统,3.按管道敷设方式：垂直式热水供暖系统,水平式热水供暖系统,4.按热媒温度分：高温水热水供暖系统（t100,),低温水热水供暖系统(t100,),世界其他国家高温水标准（,）,低温水 中温水 高温水,美国 120 120-176 176,日本 110 110-150 150,德国 110 110,原苏联 115 115,3-1,重力(自然)循环热水供暖系统,一、工作原理及作用压力分析,1.工作原理,假设整个系统只有一个放热中心l(,散,热器)和,一个加热中心2(锅炉),，用供水管3和回水管4,把炉与散热器相连接。在系统的最高处连接一,个膨胀水箱5，用以容纳受热后膨胀的水体积。,在系统工作之前，先将系统中充满冷水。当水,在锅炉内被加热后，密度减小，同时受散热器,流回来密度较大的回水的驱动，使热水沿供水,干管上升，流入散热器。在散热器内水被冷却，,再沿回水干管流回锅炉。这样形成如图3-l箭,头所示的方向循环流动。,图31 重力循环热水供暖,系统工作原理图,1一散热器；2一热水锅炉；3一供水管路,4回水管路；5一膨胀水箱,2,.作用压力分析,忽略管道散热，认为系统只有一个加热中心和一个冷却中心,在底部断面两侧作用压力分别为P,左,和P,右，,依据流体静力学的原理，则有,P,左,=,h,1,+h,+h,0,h,P,右,=,h,1,+h,h,+h,0,h,P= P,右,-P,左,=,h,h,-,h,=h(,h,-,) Pa (3-1),结论：供暖系统作用压头,P与锅炉和散热器的高差,h、供回水温度对应的供回水密度,、,h,有关。,当h=1m时，对于95/70,的自然循环热水供暖系统，其作用压头,P=,1,x,9.81,x,（）=156Pa,二、系统主要图示,1.双管系统,图3-2中（a）,2.单管系统,图3-2中（b）,特点,：坡度（）较,大，便于空气排除。坡向，供,水用于排气；回水用于排水。,为了顺利排除空气，水平供水,干管标高应沿水流方向下降，,因为重力循环系统中,水流速度较小，可以采用气水逆向流动，,使空气从管道高点所连膨胀水箱排除。,区别,：双管系统每一支管设一,阀门；单管系统只在立管上下,各设一个阀门，而支管上则不,设阀门,图3,2重力循环供暖系统,(a)双管上供下回武系统，(b)单管顾流式系统,1-总立管；2-供水千管，3-供水立管，4-散热器供水支管,5-数热器器回水支管，6-回水立管，7-回水干管，8-膨胀水,箱连接管，9-充水管(接上水)10-泄水管(接下水)11一止回阅,2、单管系统,推导过程略，作用压力计算公式如下：,写成通式：,图3-4 作用压力计算图,Pa (3-2),H1,式中 N,-循环环路中冷却中心总数（楼层数）,-冷却中心（楼层）顺序数;,g,-重力加速度 m/s,2,取值为9.81;,-供水的密度，Kg/m,3 ;,-回水的密度， Kg/m,3,；,-计算冷却中心（楼层）流出水的密度， Kg/m,3 ；,-计算冷却中心（楼层）上一层流出水的密度，Kg/m,3,。,-计算冷却中心（楼层）到下加热中心（锅炉）的距离,m,-计算冷却中心（楼层）到下一个中心（楼层）的距离,m,3.综合作用压力公式,考虑管道散热冷却影响引入附加后的公式,：,Z,=,+,f,Pa (3-3),式中,由公式（3-3）计算得出得的作用压力，Pa;,f,-考虑管道冷却的附加压力，Pa。,4.特殊情况下的作用压力,计算仍采用公式（3-2），但注意用,下半部分高度以H表示的公式。其中,H,3,在锅炉以下部分H值应取负值,H,2,H,1,图3-5 作用压力计算图,单管系统温度计算,双管系统,双管系统的上层散热器环路较底层散热器环路大。计算时必须考虑。,如果在设计时选择不同管径仍然无法平衡该部分差值将出现上热下冷的现象。,竖向方将出现冷热不均的现象成为垂直失调。双管系统楼层越多失调就会月严重。,垂直失调： 建筑物竖向房间出现冷热不均的现象。,双管系统：各层作用压力不同导致，楼层越多失调就会越严重。,单管系统：各层散热器表面温度不一致导致。,重力循环系统特点：,不需要外来动力，运行时无噪声，调节方便，管理简单。由于作用压头小，所需管径大，只宜用于没有集中供热热源、对供热质量有特殊要求的小型建筑物中。,单管系统计算例题,3-2,机械循环热水供暖系统,由水泵提供热水循环动力,一、系统特点,1.作用半径大，供暖范围大；,2.管径d较小，管内流速较大；,3.检修量大，耗电多.,该系统是目前应用最广泛的一种供暖系统,3-2,机械循环热水供暖系统,垂直式系统、水平式系统,垂直系统：,1.上供下回（单、双管）,2.下供下回双管；,3.中供式系统；,4.下供上回系统；,5.混合式系统,二、系统型式,1.双管上供下回式,左,侧立管,只适用于较低层数,的建筑，对高层建筑,易产生垂直失调,右侧,立管,为单管上供下回,式，详见图3-8,图36机械循环上供下回式热水供暖系统,1- 热水锅炉；2-循环水泵I；3-集气装置；4-膨胀水箱,3.单管上供下回式（单管顺流式）,优点,结构简单、施工方便,造价低，排气通畅、系统本身没有双管系统的垂直失调。目前应用非常广泛,缺点,系统无法局部调节，由于其,他原因影响，仍存在垂直失,调。不适应分户控制、分户,计量的要求。,图3-8 单管上供下回式（单管顺流式）,4.单管跨越式,图3-9 单管跨越式,下供下回式,图3,7机械循环下供下同式系统,1一热水锅炉；2一循环水泵；3一集气罐,4一膨胀水箱；5一空气管；6一冷风阀,下供下回式系统供回水干管均位于系统最下面。与上供下回式相比：,1）供水干管无效热损失小、可减轻上供下回式双管系统的竖向失调。（ 因为上层散热器环路重力作用压头大，但管路亦长，阻力损失大，有利于水力平衡。）,2）天棚下无干管比较美观，可以分层施工，分期投入使用。,3）底层需要设管沟或有地下室以便于布置两根干管，要在顶层散热器设放气阀或设空气管排除空气。（,排气比较困难，手动排气、水箱排气和集气罐排 气相结合）,下供下回式,集气装置连接位置应比水平空气管低h米以上，即大于ab两点的运行压差，否则空气管内的空气不能起到隔绝作用，水会通过空气管串联。,图3,7机械循环下供下同式系统,1一热水锅炉；2一循环水泵；3一集气罐,4一膨胀水箱；5一空气管；6一冷风阀,5.单管下供上回式（单管倒流式）,（1）,与空气流动方向相同，,便于排气；,（2）供水在下，可以有,限度地减小垂直失调，而且,可以减少低层散热器的面积，,方便布置；,（3）对于高温水系统，,可以减小静压线高度；,（4）受连接方式影响，,散热器传热系数较低，相同,条件下散热器面积大,图3-8 单管下供上回式（单管倒流式）,中供式系统。供水干管将系统垂向分为两部分。上半部分系统可为下供下回式系统或下供上回式系统，而下半部分系统均为上供下回式系统。,中供式系统可减轻竖向失调，但计算和调节都比较麻烦。,供回水管道都布置在房间的中部。适用于旧房改造接层的建筑,混合式系统,混合式系统是由下供上回式(倒流式)和上供下回式（顺流式）两组串联组成的系统。高温水自下而上进入第,组系统，通过散热器放热后水温降低，然后再引入第组系统，放热后循环水温度再降低，然后返回热源。,由于两组系统串联，系统的压力损失大些。这种系统一般只宜使用在连接于高温热水网路上的卫生要求不高的民用建筑或生产厂房。,图312 机械循环混合式热水供暖系统,同程式系统,特点：通过各个立管的循环环路的总长度都相等。,异程式系统供、由于作用半径较大，连立管较多，通过各个立管环路的压力损失较难平衡。,初调节不当时，就会出现近处立管流量超过要求，而远处立管流量不足。在远近立管处出,现流量失调，从而引起在水平方向冷热不均的现象，称为系统的水平失调。,图3-10 同程式热水供暖系统,同程式系统可以消除或减轻系统的水平失调,。,(a) (b),图316同程式系统与异程式系统,(a)同程式系统 (b)异程式系统,热媒沿各基本组合体流程相同的系统，即各环路管路总长度基本相等的系统称同程式系统（图a）。图（a）中立管供水最近，回水最远；立管供水最远，回水最近；通过各立管环路供、回水干管路径长度基本相同。,热媒沿各基本组合体流程不同的系统为异程式系统（图（b）。系统中第基本组合体供、回水干管均短，第基本组合体供、回水干管都长。通过各部分环路供、回水管路的长度都不同。,水力计算时同程式系统各环路易于平衡，水力失调较轻，布置管道妥当时耗费管材不多。有时可能要多耗些费管材，这决定于系统的具体条件和布管的技巧。系统底层干管明设有困难时要置于管沟内。同程式系统中最不利环路不明确，水力阻力最大的立管是最不利环路，它可能是中间某立管，而且同程式系统水力不平衡时不像异程式系统那样易于调整，因此同程式系统水力计算时要绘制阻力平衡图，防止实际运行时水力失调。,异程式系统节省管材，降低投资。但由于流动阻力不易平衡，常导致离热力入口近处立管（或基本组合体）的流量大于设计值，远处立管（或基本组合体）的流量小于设计值的现象。要力求从设计上采取措施解决远近环路的不平衡问题。如减小干管阻力，增大立支管路阻力，在立支管路上采用性能好的调节阀等。,水平系统,A,原始水平串联系统,C,水平跨越式（水平并联式）系统,B,带空气管的水平串联系统,D,带空气管的水平跨越式系统,图3-11 水平串联热水供暖系统,优点：,系统的总造价比垂直式系统低,管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方便；,有可能利用最高层的辅助空间,便于分层管理和调节，有利于分户控制和计量,缺点：,串联散热器很多时，运行时易出现水平失调,排气方式要比垂直式上供下回系统复杂些,水平管道较长时，要注意热补偿,A,C,D,B,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宜太多。可在散热器上设排气阀或多组散热器用串联空气管来排气。,图,3,13,水平式系统的排气及热补偿措施,1,散热器；,2,放气阀；,3,空气管；,4,方形补偿器；,5,乙字弯管补偿器,室内热水供暖系统管路布置,1.总原则,根据建筑物的具体条件(如建筑的平面外形、结构尺寸等)与外网连接的形式以及运行情况等因素来选择合理的布置方案。力求,走向合理、节约管材、便于调节及阻力平衡、便于排气,2.总入户管布置,宜设置在建筑物热负荷对称分配的位置，一般宜在建筑物长边中部引入，以尽量缩短作用半径；,3.,总立管布置,系统总立管在房间内的布置不应影响人们的生活和工作。,4.供、干管回水布置,（1）管路走向,图3,-16,常见的供、回水干管走向布置方式,A,四个分支环路的异程式系统,B,两个分支环路的同程式系统,1-供水总立管；2-供水干管；3-回水干管；4-立管；5-供水进口管；6-回水出口管,A,B,（2）管路布置,以上供下回式为例,供水管,设在天棚下时，注意,过梁处理,管道坡度处理,回水管,室内地沟,半通行地沟,不通行地沟,地面上 过门时应设过门地沟 目前已少有采用,（3）干管坡度,为便于排气，要求其坡度,0.002,，若受条件限制时，可做0坡，但要求管道内流速,0.25m/s,。,(,4）,立管布置,一般应设在墙角处，或两个窗中间。立管上下各设置一道阀们，阀们可以是闸阀、也可以是截止阀。从水力平衡角度出发，宜设置截止阀。,设活动盖板,3-3 高层建筑热水供暖系统,高层建筑热水供暖系统的特点：,热负荷计算,时冷风渗透耗热量Q,2,中的L值,不同,普通建筑只考虑风压，而高层建筑是考虑风压和热压的综合作用,连接方式不同,。由水静压力和垂直失调两因素决定,一、分层式热水供暖系统,1.换热器隔绝分层式,在高层建筑供暖系统中，垂直方向分,成两个或两个以上的独立系统称为分层,式供暖系统。下层系统通常与室外网路,直接连接。它的高度主要取决于室外网,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(图3-,13,)，,利用水加热器使上层系统的压力与室外,网路的压力隔绝。上层系统采用隔绝式,连接，是目前常用的一种型式。,图3-13 分层式热水供暖系统,2.双水箱隔绝式供暖系统,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,管上设加压水泵(如图3-14)。利用进、回,水箱两个水位高差h进行上层系统的水循,环。上层系统利用非满管流的溢流管6与,外网回水连接，溢流管6下部的满管高度,H,h,取决于外网回水管的压力。,以双水箱代替换热器隔绝，简化设备，,1-加压水泵；2-回水箱；3-进水箱；4-进水箱,降低造价,溢流管，5-信号管； 6-回水箱溢洗管,开式水箱，空气易进入，造成系统腐蚀。,图3-14 双水箱隔绝式供暖系统,二、双线式系统（图略）,双线式系统有,垂直式,和,水平式,两种型式。（讲义图3-17、3-18）,1.,垂直双线式系统,该系统是由竖向的,形单管式立管组成的。双线系统的散热器通常采用蛇形管或辐射板式(单块或砌入墙内形成整体式)结构。由于散热器立管是由上升立管和下降立管组成的，因此各层散热器的平均温度近似地可以认为是相同的。这种各层散热器的平均温度近似相同的单管式系统，尤其对高层建筑，有利于避免系统垂直失调。,由于立管的阻力较小，容易引起水平失调。可考虑在每根立管的回水立管上设置孔板，增大立管阻力，或采用同程式系统来消除水平失调。,2.,水平双线式系统,，该系统在水平方向的各组散热器平均温度近似地认为是相同的。当系统的水温度或流量发生变化时，每组双线上的各个散热器的传热系统K值的变化程度近似是相同的。因而对避免冷热不均,很有利,由于每层系统阻力较小可能引起的垂直失调，可以在每层支线上设置孔板或调节阀，分层调节，避免垂直失调。,三、单、双管混合式系统,在垂直方向上分若干组（比如, ,三,组,）,每组内采用双管系统。比如,组的,一层二层、,组的三、四两层、,组的,五、六两层之间，均采用双管系统；但是,在每组之间，则采用单管系统。比如,组之间。,系统整体具有单管系统的若干优点，,避免出现垂直失调；同时又解决了单管系,统的无法局部调节的弊病。而且散热器支,管管径也比纯粹的单管系统要小得多。,但该系统无法解决高层建筑水静压力,的影响,图3-15 单、双管,混合式系统,二、热水供暖系统设备和主要附件,（一）膨胀水箱,1.膨胀水箱作用,排气、容纳膨胀水、定压,2.膨胀水箱结构,圆形、方形 一般为钢制或工程塑料（如玻璃钢等）,3.膨胀水箱工作原理,膨胀管：,一般接至循环水泵吸,入,口,。,膨胀管与供,暖系统管路的连接点,称为定压点。,信号管：用来检查膨胀水籍是否存水，一般应引,到管理人员容易观察到的地方。,循环管：循环管应接到系统定压点前的水平回,水干管上(见图3,-,18）该,点与定压点间,应保持1.53m的距离。,排污管：清洗水箱时放空存水和污垢它可与溢,流管一起接至附近下水道。,溢流管：保证水箱水位不超过摸某一极限。当,水位超过溢水管口时，通过溢,流管将,水自动溢流排出,注意,溢流管和膨胀管严禁装设阀门！信号管和排污管应该装设阀门,溢流管,信号管,循环管,排污管,膨胀管,有效容积V,P,图3-17 膨胀水箱原理图,4.膨胀水箱有效容积的计算,有效容积：指信号管与溢流管间的容积,膨胀水箱的容积V,P,，可按下式计算确定,V,P,=,t,mai,V,C,L,（3-4）,=,0.006,1/,、,t,mai,=,25 代入式（3-4），则有,V,P,=0.045V,C,L,式中,-,水的体积膨胀系数,=,0.006,t,mai,-,系统受热和冷却时水温的最大波动值，取为75,V,C,-,系统的水容量，包括热源、室外管网、室内管道和,散热器的全部水容量。,为简化计算，V,C,值可按供给1kW热量所需设备的水容量计算，其值可按附录3-3选取。求出所需的膨胀水箱有效容积后，可按全国通用建筑标准设计图集(CN501-1)选用所需的膨胀水箱型号。,（二）集气罐,1.手动集气罐,手动集气罐用直径,100250mm,的短管制成，它有立式和卧式两种,(见图3-23 a b),。顶部连接直径,15,的排气管。,图3-19集气罐安装示意图,手动集气罐规格 1,#,2,#,3,#,4,#,图3-18 集气罐,D 100 150 200 250,H 300 300 320 430,集气罐应设在系统各分环环路的供水干管末端的最高,处 ，参见图3-19,2.自动集气罐,目前国内生产的自动排气阀型式较多。它的工作原理很多都是依靠水对浮体的浮力，通过杠杆机构传动，使排气孔自动启闭，实现自动阻水排气的功能。,3.,冷风阀,又称手动跑风多用在水平式和,下供下回式系统中，它旋紧在,散热器上部专设的丝孔上，以,手动方式排除空气。,图3-20 自动集气罐（排气阀）,1-杠杆机构；2-垫片；3-阀堵；4-阀盖； 5一垫片；6一浮子；7一阀阀体；8-接管，9一排气孔,4.散热器温控器,图3-21 散热器温控阀外形图,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值时，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，散热器散热量减小，,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。温控阀控温范,围在1328之间，控温误差为1。,散热器温控阀具有恒定室温，节约热能的主要优点。在欧美国家得到广泛应用。主要用在双管热水供暖系统上。近年来，为适应供暖分户计量的需要，我国已开始开发研究并有定型产品开始使用。,但散热器温控阀的阻力过大,，应在设计时引起足够的注意。,