第2章-室内热水供暖系统课件.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第三章 室内热水供暖系统,Chapter 3 Indoor hot water heating system,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,system circulating power,：,重力（自然）循环系统gravity(natural)circulation,机械循环系统,mechanical circulation,2.,按供、回水方式分,the mode of supply and return water,：,单管系统,single pipe system,双管系统,double pipe system,接热源,图,1,单管系统,single pipe system,接热源,图,2,双管系统,double pipe system,3.,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。,膨胀水箱,h,1,h,h,0,t,h,h,t,g,g,A,A,P,2,P,1,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,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,循环作用压力,：,不考虑管道散热。,P,左,=,g,(,h,h,0,+,g,h,+,g,h,1,),P,右,=,g,(,h,h,0,+,h,h,+,g,h,1,),P,=,P,右,-,P,左,=,g,(,h,h,-,g,h,),=,g,h,(,h,-,g,),循环作用压力,P,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,（,1,）,P,的方向,（水循环流动的方向）,由于,t,g,t,h,，所以,h,g,；,又,g,0,、,h,0,，故,P,0,，,P,右,P,左,。,水流方向与,P,右,方向相同，即由右向左。,（,2,）,P,的大小,影响,P,大小的因素为,(,h,-,g,),和,h,。,当采用,95/70,系统时，每米高差产生的作用压力为：,P=g h(,h,-,g,),=9.81,1,（,977.81-961.92,）,=156 Pa,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,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,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。,立管,、,是双管式系统，主要优点是可以调节流量。,立管,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,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。,机械循环下供下回热水采暖系统,图,3-8,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。,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。,下供上回式采暖系统特点,机械循环下供上回（倒流式）热水采暖系统,（,5,）混合式采暖系统,混合式系统是由下供下回式,(,倒流式,),和上供下回式两组串联组成的系统。,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。,机械循环混合式热水供暖系统,图,3-11,（,6,）同程式系统与异程式系统,图,(a),同程式系统；,(b),异程式系统,异程式采暖系统,通过各个立管的循环环路的总长度不相等。这种布置形式称为异程式系统。,异程式系统供、回水干管的总长度短。,在机械循环系统中，由于作用半径较大，连接立管较多，因而通过各个立管环路的压力损失较难平衡。有时靠近总立管最近的立管即使选用了最小的管径,DN15,，仍有很多剩余压力。初调节不当时，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而引起在水平方向冷热不均的现象，称为系统的,水平失调。,水平失调,同程式系统,同程式采暖系统,为了消除或减轻系统的水平失调，在供、回水干管走向布置方面，可采用,同程式系统,。,同程式系统的特点是通过各个立管的循环环路的总长度都相等。,图,3-12,同程式采暖系统特点,同程式系统,通过最近立管,I,的循环环路与通过最远处立管,的循环环路的总长度都相等。因而压力损失易于平衡。,在较大的建筑物中，常采用同程式,但同程式系统，管道的用量多于异程式系统。,水平式系统按供水管与散热器的连接方式分，同样可分为顺流式和跨越式两类。这些连接图示，在机械循环和重力循环系统中都可应用。,单管水平串联式,单管水平跨越式,二、水平式系统,1,冷风阀；,2,空气管,图,3-13,图,3-14,水平式系统的排气方式要比垂直式上供下回系统复杂些。,需要在散热器上设置冷风阀分散排气，或在同,层散热器上部串联,根空气管集中排气。,对较小的系统，可用分散排气方式。,对散热器较多的系统，宜用集中排气方式。,水平式系统排气,水平式系统与垂直式系统相比，具有如下优点,：,系统的总造价，一般要比垂直式系统低；,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（如楼梯间、厕所等），架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间。这样不仅降低了建筑造价，还不影响建筑物外形美观。,计量容易。,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。,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.,向各个单元公共立管输送热媒的水平干管采暖系统。,一、户内水平采暖系统型式与特点,考虑到美观一般采用下进下出的方式。并根据实际情况，水平管道可明装，沿踢脚板敷设；水平管道暗装，镶嵌在踢脚板内或暗敷在地面预留的沟槽内。,地温地板辐射采暖,二、单元立管采暖系统型式与特点,设置单元立管的目的在于向户内采暖系统提供热媒，是以住宅单元的用户为服务对象，一般放置于楼梯间内单独设置的采暖管井中。,单元立管采暖系统采用异程式立管，因为同程式立管无法克服重力循环压力的影响三、水平干管采暖系统型式与特点,设置水平干管的目的在于向单元立管系统提供热媒，是以民用建筑的单元立管为服务对象，一般设置于建筑的采暖地沟中或地下室的顶棚下。一般采用同程式。同程式水平干管保证了到各个单元供回水立管的管道长度相等，使阻力状况基本一致，热媒分配平均，可减少水平失调带来的不利影响。,四、分户采暖系统的入户装置,分户采暖的入户装置安装位置可分为户内采暖系统入户装置与建筑采暖入口热力装置。,热量分配表是通过测定用户散热设备的散热量来确定用户的用热量的仪表。它的使用方法是：在集中供热系统中，在每个散热器上安装热量分配表，测量计算每个住户用热比例，通过总表来计算热量；在每个采暖季结束后，由工作人员来读表，根据计算，求得实际耗热量。常用的有蒸发式和电子式两种，如左图、右图。,左图 蒸发式热分配表,左图 电子式热分配表,热分配表,蒸发式热分配表的特点是,：价格较低，安装方便，但计量准确性较差。蒸发式热分配表装有可蒸发液体的开口透明玻璃管，把它安装在散热器规定位置上，将感受到散热器的平均温度，使表管内液体蒸发。散热器平均温度高，持续时间长，表管内液体蒸发量越多；反之，散热器平均温度低，持续时间短，表管内液体蒸发量就少。表管内液体蒸发量与散热器平均温度和持续时间成比例。采暖期中玻璃管中的液体蒸发量，即玻璃管中的液体的液面下降的高度，就表示该散热器向房间散出热量的多少。因此，它实际上是一种测量玻璃管中的液体温度对时间积分的装置。,电子式热量分配表的特点是,：计量较准确、方便，价格比热量计量表低，并且可在户外读值。目前在欧美受到欢迎。电子式热量分配表安装在散热器表面指定位置，连续测量并记录散热器的表面温度，与时间积分。,必须在建筑设计中就考虑到按户安装热表的供热系统布置。,（,1,）对建筑平面设计的要求,采用热量表按户进行计量时，平面设计应考虑供、回水立管的布置。,（,2,）管道的布置,实施按户热表计量，室内管道增加，这既影响美观也占用了有效使用面积，且不好布置家具，对部分供暖系统管道进行暗设，可以解决这一问题。因此，建筑设计时，有可能时应等虑管道预埋暗设,（,3,）层高的要求,对按户设热量表的单独环路，由于室内需布置供回水干管，因此以往的标准层高不利于管路的布置，需增加层高。,热计量装置,对土建的要求,热量表外观图,第三节 高层建筑热水供暖系统,高层建筑热水供暖系统设计存在的问题,(1),高层建筑供暖设计热负荷的计算问题,(,冷风渗透耗热量,),，前面已有论述。,(2),高层建筑供暖系统的形式和与室外热水网路的连接方式问题，由于高层建筑热水供暖系统的水静压力较大，当它与外界连接时，应根据散热器的承压能力，外网的压力状况等因素，确定系统形式及连接方式。,(3),建筑物层数多，加重系统的垂直失调的问题。,高层建筑热水采暖系统几种常用的形式,分区式采暖系统解决垂直失调和超压,双线式系统解决垂直失调,单、双管混合式系统解决垂直失调,一、,分层式供暖系统,在高层建筑供暖系统中，垂直方向分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。上层建筑与外网采用隔绝式连接（见图,3-23,），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。,当外网供水温度较低，使用热交换器所需加热面过大而不经济合理时，可考虑采用如图,3-24,所示的双水箱分层式供暖系统。,分层式热水供暖系统,双水箱分层式热水供暖系统,二、双线式系统,双线式采暖系统只能减轻系统失调，不能解决系统下部散热器超压的问题。分为：,垂直双线式单管热水供暖系统,水平双线式热水供暖系统,二、双线式系统,（一）垂直双线式单管热水供暖系统（图,3-25,）,(1),结构特点,由竖向的,“,”,形单管式立管组成。其散热器采用蛇形管或辐射板。散热器立管由上升管和下降管组成，因此各层散热器的平均温度近似地认为相同。这一特点有利于避免系统垂直失调。立管的阻力增加，提高了系统的水力稳定性。,(2),排气,每组,“,”,形单管式立管最高点处应设置排气装置。,(3),缺点,立管阻力小，易引起水平失调。可考虑在每根立管的回水力管上设置孔板，增加立管阻力，或采用同程式系统来消除水平失调。,垂直双线式单管热水供暖系统,1-,供水干管；,2-,回水干管；,3-,双线立管；,4-,散热器；,5-,截止阀；,6-,排水阀；,7-,节流孔板；,8-,调节阀,图,3-25,（二）水平双线式热水供暖系统,(1),结构特点,在水平方向的各组散热器的平均温度近似地认为相同。这一特点有利于避免系统水平失调。,(2),优点,可以在每层设置调节阀，进行分层调节。,(3),缺点,易引起垂直失调。可考虑在每层水平分支线上设置节流孔板，增加各水平环路的阻力损失。,水平双线式热水供暖系统,1-,供水干管；,2-,回水干管；,3-,双线水平管；,4-,散热器；,5-,截止阀；,6-,节流孔板；,7-,调节阀,图,326,（三）单、双管混合式系统,(1),定义,散热器沿垂直方向分成若干组，在每组内采用双管形式，组与组之间采用单管连接，这就组成了,单、双管混合式系统,。,(2),特点,(1),避免了双管系统在楼层数过多时出现的严重垂直失调现象；,(2),避免了散热器支管管径过粗的缺点；,(3),不能解决系统下部散热器超压的问题。,（,4,）散热器能进行局部调节,图,3-27,四、专用分区供暖,当高层建筑面积较大或是成片的高层小区，可靠考虑将高层建筑竖向按高度分区，在垂直方向上分为二个或多个采暖分区，分别由不同的采暖系统与设备供给，各区域供暖参数可保持一致。分区高度主要由散热器的承压能力、系统管材附件的材质性能以及系统的水力工况特性决定。分区后前两节介绍的常规采暖系统及分户采暖系统的各种结构形式均可采用。,五、高层建筑直连（静压隔断）式供暖系统,