第1章热水供暖系统课件.ppt

1、第一章 热水供暖系统 学习目的：学习目的：掌握热水供热系统的工作原理、形式和特点；重点和难点重点和难点：供热系统的主要形式、特点、选择和使用场合第一章 热水供暖系统供暖系统常用的热媒有水、蒸汽和空气水、蒸汽和空气。热水供暖系统可按下述方法进行分类：1.按热媒参数热媒参数分为低温热水供暖系统(热媒参数低于100)和高温热水供暖系统(热媒参数高于100)。2.按系统循环动力循环动力分为重力循环系统(即自然循环)和机械循环系统。3.按系统的每组立管数每组立管数分为单管系统和双管系统。4.按系统的管道敷设方式管道敷设方式分为垂直式系统和水平式系统。第一节 重力循环热水供暖系统主要内容：主要内容：重力循

2、环热水供暖系统的工作原理和作用压力的计算 重力循环热水供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。重力循环热水供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。第一节 重力循环热水供暖系统 一、重力循环热水供暖系统的工作原理一、重力循环热水供暖系统的工作原理 重力循环热水供暖系统是指水依靠重力的作用实现在供暖系统中的循环流动。A-A断面两侧的水柱压力分别为：P左=g（h1h+hg+h2g）P右=g（h1h+hh+h2g）系统的循环作用压力为：P=P右P左

3、=gh（gh）重力循环作用压力的大小与供、回水的密度差和锅炉中心与散热器中心的垂直距离有关。热水供暖系统，供回水温度一定时，为了提高系统的循环作用压力，锅炉的位置应尽可能降低。重力循环系统的作用压力一般不大，作用半径以不超过50m为好。二、重力循环热水供暖系统的主要型式（a）为双管上供下回式系统；（b)为单管上供下回式（顺流式）系统。热水供暖系统应考虑如何排除空气热水供暖系统应考虑如何排除空气。重力循环上供下回式热水供暖系统的供水干管应顺水流方向设下降坡度供水干管应顺水流方向设下降坡度，坡度值为0.5%1%，散热器支管散热器支管也应沿水流方向设下降坡度，坡度值为1%以便空气能逆着水流方向上升，

4、聚集到供水干管的最高处，然后通过膨胀水箱排除。回水干管回水干管应该有向锅炉方向下降的坡度三、重力循环热水供暖系统作用压力的计算三、重力循环热水供暖系统作用压力的计算l重力循环热水供暖双管系统作重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算用压力的计算特点：各层散热器都并联在供、回水立管上，热水直接经供水干管、立管进入各层散热器，冷却后的回水，经回水立管、干管直接流回锅炉，进入各层散热器的水温相同。通过底层散热器的作用压力为：P1=gh1（hg）Pa 通过上层散热器作用压力为：P2=g（h1+h2）（hg）=P1+gh2（hg）重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算可以看出，通过上层散热器环路的作用压力

5、比下层环路的大。在双管重力循环系统中，虽然各层散热器的进出水温相同，但由于各层散热器到锅炉之间的垂直距离不同，就形成了上层散热器环路作用压力大于下层散热器环路的作用压力。如果在设计工况下，选用不同管径仍不能使上下各层阻力平衡，则在运行中，流量就会分配不均匀，必然会出现上层过热，下层过冷的垂直失调问题。楼层越多，垂直失调问题就越严重。在供热工程中，把这种同一竖向各层房间的室温不符合设计要求，而出现上、下层冷热不匀的现象，称为系统垂直失调系统垂直失调。三、重力循环热水供暖系统作用压力的计算l重力循环热水供暖单管系统作重力循环热水供暖单管系统作用压力的计算用压力的计算特点：热水送入立管后，由上向下按

6、顺序流过各层散热器，水温逐层降低，各组散热器串联在立管上。每根立管（包括立管上各层散热器）与锅炉、供回水干管形成一个循环路。散热器S1和S2串联在立管上，该立管循环环路的作用压力为:P=g(h1h+h21h1gh2g)=gh1(hg)+gh2(1g)如果有n层，则()1iigNpghi 重力循环系统的作用压力 计算重力循环系统的作用压力时，忽略了水在管路中的沿途冷却。但实际上，水的温度和密度沿途是不断变化的，散热器的实际进水温度比上述假设的情况下低，这会增加系统的循环作用压力。重力循环系统的作用压力一般不大，所以水在管路内冷却产生的附加压力不应忽略，重力循环系统的综合作用压力为：Pzh=P+P

7、f (1-6)附加压力Pf的大小可根据管道的布置情况、楼层高度、所计算的散热器与锅炉之间的水平距离查相关手册确定。【例题1-1】如图1-5所示，设h1=3.2m，h2=h3=3.0m，散热器:Q1=700W,Q2=600W,Q3=800W。供水温度tg=95，回水温度th=70，压力为100KPa，95和70水的密度分别为961.92 kg/m3和977.81 kg/m3，求：1.双管系统的循环作用压力。2.单管系统各层之间立管的水温。3.单管系统的重力循环作用压力。（计算作用压力时，不考虑水在管路中冷却因素）【例题1-1】【例题1-1】【解】1.求双管系统的重力循环作用压力通过各层散热器循环

8、环路的作用压力分别为：第一层：P1=gh1（gh）=9.813.2（977.81961.92）=498.8 Pa第二层：P2=g(h1+h2)（gh）=9.81(3.2+3.0)(977.81961.92)=966.5 Pa第三层：P3=g(h1+h2+h3)（gh）=9.81(3.2+3.0+3.0)(977.81961.92)=1434.1 Pa第三层与底层循环环路的作用压力差值为：P=P3P1=1434.1498.8=935.3 Pa 由此可见，楼层数越多，底层与最顶层循环环路的作用压力差越大。【例题1-1】求单管系统各层立管的水温 流出第三层散热器的水温流出第三层散热器的水温t3为：9

9、5800(9570)/2100=85.5 相应水的密度，3=968.32kg/m3 流出第二层散热器的水温流出第二层散热器的水温t2为：95(800+600)(9570)/2100=78.3 相应水的密度：3=972.88kg/m3 作用压力为作用压力为 gh1(hg)+h2(2g)+h3(3g)=9.813.2(977.81972.88)+6.2(972.88968.32)+9.2(968.32961.92)=1009.7 Pa()iigghNQiQtttt第二节 机械循环热水供暖系统 机械循环热水供暖系统设置了循环水泵，虽然增加了管理费用和电耗，系统的作用半径会明显提高。与重力循环系统相比

10、，主要区别如下：1.循环动力不同循环动力不同。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膨胀水箱的连接点和作用不同。3.排气方式不同排气方式不同。机械循环系统中水流速度较大，易将空气泡带入立管引起气塞。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设上升坡度。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，集中到集气罐处及时排放。回水干管也应采用沿水流方向下降的坡度。机械循环热水供暖系统分类机械循环热水供暖系统概述(1）优点：由于设置了循环水泵，作用压力加大，供暖范围扩大。(2）缺点：由于设置了循环水泵

11、，增加了系统的运行费用和维修工作量。(3）应用：用于单幢、多幢建筑，甚至区域热水供暖系统。(4）形式：垂直式、水平式一、垂直式系统，按供、回水干管布置位置不同，有下列几种型式：上供下回式双管和单管热水供暖系统；下供下回式双管热水供暖系统；中供式热水供暖系统；下供上回式(倒流式)热水供暖系统；混合式热水供暖系统。1.上供下回式系统213立 管I4IIIIIIVV31.上供下回式双管和单管热水供暖系统单管顺流式系统（b）的特点是：立管中全部的水量顺次流入各层散热器。顺流式系统型式简单、施工方面，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种形式。它最严重的缺点是不能进行局部调节单管跨越式系统与顺流式相比

12、，所需的散热器面积比顺流式系统大一些。目前在国内只用于房间温度较严格，需要进行局部调节散热器散热量的建筑上。31110i=0.5%1%6i=0.5%1%975i=0.5%1%1482(a)(b)2.下供下回式系统 适用场合：适用场合：供水干管和回水干管均敷设在所有散热器之下，当建筑物设有地下室或平屋顶建筑顶棚下不允许布置供水干管时可采用这种系统型式。2.下供下回式系统 运行时，必须解决好空气的排除问题。主要的排气方式有：1.在顶层散热器上部设置排气阀排气。2.通过空气管排气.与上供下回式系统相比，具有如下特点：1.主立管长度小，管路的无效热损失减小；2.上层作用压力虽然较大，但循环环路长阻力也

13、较大；下层作用压力虽然较小，但循环环路短，阻力也较小，这可以缓解双管系统的垂直失调问题；3.可安装好一层使用一层，能适应冬季施工的需要；4.排气较复杂，阀件、管材用量增加，运行维护管理不方便。3.中供式系统 中供式系统的特点：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。下部的上供下回式系统，由于层数减少，可以缓和垂直失调问题。适用场合：中供式系统适用于顶层梁下和窗户之间的距离不能布置供水干管时的情况。4.机械循环下供上回（倒流）式热水供暖系统倒流式系统特点：(1)无需设置集气罐等排气装置

14、。(2)底层散热器的面积减小，便于布置。(3)当采用高温水供暖系统时，可减少布置高架水箱的困难。(4)散热器的面积要比上供下回顺流式系统的面积增多。i12iii35.混合式热水供暖系统 该系统一般用在外网是高温水供暖且用户对卫生要求不是很高的民用建筑和生产厂房内。二、水平系统 水平单管顺流式系统 水平单管跨越式系统不同点不同点：是否可以对散热器进行个体调节。必须考虑好空气的排除问题，具体方法有：1）在每组散热器上设放气阀排空气；2）在同一楼层散热器上部串联水平空气管，通过空气管末端设置的放气阀集中排气。三、同程式和异程式系统 异程式系统 同程式系统 特点特点：通过各立管的循环环路总 同程式系统

15、各立管的循环长度不相等，各并联环路的阻力 环路总长度相等，阻力易于不易平衡。平衡 但同程式系统会增加干管的长度，需要精心考虑，布置得当。第三节 高层建筑热水供暖系统主要内容：主要内容：高层建筑热水供暖系统的特点、形式 如果按照多层建筑的供暖系统进行布置，则存在系统的水静压力较大水静压力较大。同时层数较多时，垂直失调问题垂直失调问题会更严重，所以必须合理地确定管路系统的型式。常用的供暖方式有：竖向分区式供暖系统 双线式 单、双管混合式一、竖向分区式供暖系统竖向分区式供暖系统：高层建筑热水供暖系统在垂直方向上分成两个或两个以上的独立系统。竖向分区供暖系统的低区低区通常直接与室外热网相连接，应考虑室

16、外管网的压力和散热器的承压能力，决定其层数的多少。高区高区与外网的连接形式主要有以下几种：1.设置热交换器的分区式系统2.设置双水箱的分区式系统3.设置阀前压力调节器的分区式系统4.设置断流器和阻旋器的分区式系统设置热交换器的分区式系统 设置双水箱的分区式系统 高区与外网的连接形式1）设置热交换器的分区式系统 高区水与外网水通过热交换器进行热量交换，热交换器作为高区热源，高区又设有水泵、膨胀水箱，使之成为一个与室外管网压力隔绝的、独立的完整系统。2）双水箱分区式供暖系统。将外网水直接引入高区，当外网压力低于该高层建筑的静水压力时，可在供水管上设加压水泵，使水进入高区上部的进水箱。高区的回水箱设

17、非满管流动的溢流管与外网回水管相连，利用进水箱与回水箱之间h的水位差克服高区阻力，使水在高区内重力循环流动。高区与外网的连接形式3）设置阀前压力调节器的分区系统）设置阀前压力调节器的分区系统 高区供水管上设加压水泵，水泵出口处设有止回阀，高区回水管上安装阀前压力调节器。系统正常工作时，阀前压力调节器的阀孔开启，高区水与外网直接连接，高区正常供暖；停止工作时，阀前压力调节器的阀孔关闭，与止回阀一起将高区水与外网水隔断，避免高区水倒空。特点特点：高、低区水温相同，在高层建筑的低温水供暖用户中可以取得较好的供暖效果，且便于运行调节。高区与外网的连接形式4）设置断流器和阻旋器的分区供暖系统。高区采用倒

18、流式系统型式，可减少高层建筑供暖系统上热下冷的垂直失调问题。断流器安装在回水管路的最高点处。阻旋器串联设置在回水管路中，设置高度应为室外管网静水压线的高度。水流入断流器内，使水高速旋转，流速增加压力降低，下落到阻旋器处，水流停止旋转，流速恢复正常，使该点压力维持室外管网的静水压力，以使阻旋器之后的回水压力能够与低区系统压力平衡。图1-18 设置断流器和阻旋器的分区式热水供暖系统1-加压控制系统；2-断流器；3-阻旋器；4-连通管二、双线式系统之一垂直水平双线系统垂直双线单管式供暖系统1-供水干管；2-回水干管；3-双线立管；4-散热器或加热盘管；5-截止阀；6-排水阀；7-节流孔板；8-调节阀

19、 特点：各层散热器的热媒平均温度近似相同，这有利于避免垂直方向的热力失调。缺点：由于各立管阻力较小，易引起水平方向的热力失调，可在每根回水立管末端设置节流孔板，或采用同程式系统减轻水平失调现象。二、双线式系统之二水平双线系统 水平双线单管式供暖系统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-调节阀特点：水平方向的各组散热器内热媒平均温度近似相同，可避免水平失调问题。缺点：但容易出现垂直失调现象，可在每层供水管线上设置调节阀进行分层流量调节，或在每层的水平分支管线上设置节流孔板三、单、双管混合式l 特点：系统既能避免双管系统在楼层数过多时产生垂直失调问题

20、，又能避免单管顺流式散热器支管管径过大的缺点，而且能进行散热器的个体调节。l 该系统垂直方向串联散热器的组数，取决于底层散热器的承压能力。第四节 室内热水供暖系统管路布置及主要设备 主要内容主要内容 室内热水供暖系统的管路布置 室内热水供暖系统的管路敷设要求 室内热水供暖系统的主要设备一、室内热水供暖系统的管路布置一、室内热水供暖系统的管路布置 管路短，省材料，便管理。二、室内热水供暖系统的管路敷设要求应尽量明设，有特殊要求或影响室内整洁美观时，才考虑暗设。1）供回水干管的坡度和集气罐的设置要求。2）避免局部向上凸起形成气塞。在局部高点处设置排气装置。3）回水干管过门时考虑好泄水和排空气问题。

21、4）立管应尽量设置在外墙角处。有冻结危险的场所，应单独设置立管，如果立管与散热器支管相交，立管应煨弯绕过支管。室内供暖系统的引入管、出户管上应设阀门 5.立管的上、下端应各设一个阀门，以便于检修、关闭。6.散热器的供、回水支管应考虑避免散热器上部积存空气或下部放水时放不净。7.供暖管道在穿过建筑物基础、变形缝、隔墙和楼板时应注意保证安全。8.合理设置管卡或支、吊架、补偿器，适当位置设固定支架。.供暖管道多采用水煤气钢管，可采用螺纹连接、焊接和法兰连接。同时考虑防腐和保温的要求。三、室内热水供暖系统的主要设备（一）膨胀水箱 作用作用：容纳水受热膨胀而增加的体积（有时有定压和排气的作用）连接点连接点：在重力循环上供下回式热水供暖系统中，膨胀水箱连接在供水总立管的最高处；机械循环系统中，连接在水泵的吸入口处。膨胀水箱上接有膨胀管、循环管、信号管（检查管）、溢流管和排水管等。膨胀水箱有效容积（即检查管至溢流管之间的容积）的计算maxcVtV 三、室内热水供暖系统的主要设备（二）排气装置1.集气罐 集气罐一般设于系统供水干管末端的最高点处，根据如下要求选择集气罐的规格尺寸：集气罐的有效容积应为膨胀水箱有效容积的1%；集气罐的直径应大于或等于干管直径的1.5-2倍；应使水在集气罐中的流速不超过0.05m/s 2.排气阀 排气阀分为手动排气阀和自动排气阀两种。