第三章室内热水供暖系统1018

1、第三章第三章 采采 暖暖主要内容：概念：概念：用人工方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以创造适宜的生活或工作条件的技术。组成：组成：热媒制备(热源) 热媒输送 热媒利用(散热设备)第一节 传热学基本知识传热概念：传热概念：n 热量和温度是密切相关的，在物体与物体之间或物体各部位之间，只要有温度差的存在，就会有热量的转移现象，而且热能总是由高温物体向低温物体转移，这种热的传递现象叫做传热传热。n在自然界中，温度差是处处存在的，因此，热能的传递是普遍存在的，这是自然界中的基本规律之一。 采暖第一节 传热学基本知识供暖原理：供暖原理： n燃料的燃烧热媒（热水或蒸汽）通过管道传 热到房间（通过散

2、热器）室内温度提高 房间的围护结构散热到室外室内温度降低 本质：本质：温度差的存在而产生了热传递。 采暖第一节 传热学基本知识n热量的传递划分为三种基本方式：导热：导热：温度不同的物体直接接触，温度较高的物体把热能传给温度较低的物体，或在同一物体内部，热能从温度较高的部分传给温度较低部分 。热对流：热对流：依靠流体的运动，热量由一处传递到另一处 。热辐射：热辐射：物质是由分子、原子、电子等基本粒子组成的，原子中的电子受激或振动时，会产生交替变化的电场和磁场，能量以电磁波的形式向外传播 。 采暖第一节 传热学基本知识导热特点：导热特点： 传热过程中没有没有物质的迁移 ，热能的传递是靠分子(或其它

3、微观离子)的热运动来完成。 密实的固体中存在单纯的导热过程。在液体和气体中通过导热传递的热能很少。 采暖第一节 传热学基本知识n单层墙壁传热导热量：n通过墙壁传导的热量与墙壁的传热面积、壁面之间的温度差和导热时间成正比，与墙壁的厚度成反比，并与墙壁材料的导热性能有关 采暖FQ2121FQq第一节 传热学基本知识导热系数：导热系数：1、气体的导热系数最小，静止的空气具有很好的保温能力；2、液体的导热系数次之；3、金属的导热系数最大；4、绝大多数非金属建筑材料的导热系数介于0.33.5w(m)之间。 采暖第一节 传热学基本知识 工程中常把J0.23w(m0c)的材料称作保温隔热保温隔热材料材料，如

4、矿棉、泡沫塑料、珍珠岩等 。 各种材料的导热系数并不是固定不变的，它与材料的温度、湿度等因素有关。在通常情况下，材料的湿度增大，其导热系数将显著地增大。因此，保温材料一定要注意保持干燥。 采暖第一节 传热学基本知识热对流热对流n概念：概念：依靠流体的运动，热量由一处传递到另一处的现象。n本质：本质：当流体局部受热或冷却时，由于其密度将随之减小或增大，即要做上升或下降运动，其它地方的流体就会流过来补充，形成了流体分子的相对运动，热能由高温处向低温处发生了传递。n特点特点:传热过程中流体质点发生了相对位移。 采暖第一节 传热学基本知识n流体流动的起因流体流动的起因：n自然对流：自然对流：流体因各部

5、分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。n受迫对流：受迫对流：流体受外力，如泵、风机、水压头等作用产生的流动。n受迫对流的热交换速度较自然对流快n紊流较层流换热较好 采暖第一节 传热学基本知识n热辐射热辐射n概念：概念：物质原子中的电子受激或振动时，会产生交替变化的电场和磁场，能量以电磁波的形式向外传播，这就是辐射。n种类：种类：各类电磁波的波长可从几万分之一微米(1m110-6m)到数千米，包括一些射线、紫外线、伦琴射线、红外线、无线电波等。 采暖第一节 传热学基本知识n特点：特点：n(1) 不依靠物质的直接接触不依靠物质的直接接触而进行能量传递的。n(2) 伴随着能量形式的两次转化，即物体

6、的内能首先转化为电磁波能发射出去，当此波射及另一物体表面并被吸收时，电磁波能又转化为物体的内能。n(3)一切物体只要其湿度高于绝对零度，都会不停地向外发射热射线。辐射换热是两物体互相辐射的结果。 采暖第一节 传热学基本知识n黑体：黑体：能吸收全部热射线的物体(1) n白体：白体：能反射全部热射线的物体(1) n透明体：透明体：能透过全部热射线的物体(n1)n自然界中绝对的黑体、白体、透明体是不存在的，它们都是物体热辐射的极限情况。 采暖第一节 传热学基本知识n小结：小结：n 建 筑 物 围 护 结 构 和 换 热 设 备 的 传 热过 程，实 际 上 是 三 种 基 本 方 式 都 存 在 的

7、 复 杂 的 换 热 过 程。 采暖第一节 传热学基本知识n墙内侧对流换热墙内侧对流换热：n墙壁的导热量墙壁的导热量：n墙外侧对流换热墙外侧对流换热：n这三个阶段的能量相等，将三式左边相加可得：nK传热系数，含义是当避免两侧流体的温度差为1K时，单位时间内通过没平方米的壁面所传递的热量。 采暖)(111tq)(21q)(222tq)(11212121ttKttq传热过程传热过程第三章 室内热水供暖系统 热水供暖系统:以热水作为热媒的供暖系统。 所有采暖系统都是由以下三个主要部分组成的。 （1） 热源 使燃料燃烧产生热，将热媒加热成热水或蒸汽的部分，如锅炉房、热交换站等。 （2） 输热管道 供热

8、管道是指热源和散热设备之间的连接管道，将热媒输送到各个散热设备。 （3） 散热设备 将热量传至所需空间的设备，如散热器、暖风机等。采暖系统的组成与原理采暖系统的组成与原理 如左图所示的热水采暖系统表示出了热源、输热管道和散热设备三个部分之间的关系。 根据三个组成部分的相互位置关系，供热系统可分为局部供热系统和集中供热系统。 热源、输热管道和散热设备三个组成部分在构造上连在一起的供热系统称为局部供热系统； 热源、散热设备分别设置，用管网将其连接，由热源向散热设备供应热量的供热系统称为集中供热系统。 系统中的水在锅炉中被加热到所需要的温度，并用循环水泵作动力使水沿供水管流入各用户，散热后回水沿水管

9、返回锅炉，水不断地在系统中循环流动。系统在运行过程中的漏水量或被用户消耗的水量由补给水泵把经水处理装置处理后的水从回水管补充到系统内，补水量的多少可通过压力调节阀控制。膨胀水箱设在系统最高处，用以接纳水因受热后膨胀的体积。1按热媒种类分类 （1） 热水采暖系统 以热水为热媒的采暖系统，主要应用于民用建筑。 （2） 蒸汽采暖系统 以水蒸气为热媒的采暖系统，主要应用于工业建筑。 （3） 热风采暖系统 以热空气为热媒的采暖系统，主要应用于大型工业车间 。采暖系统的分类采暖系统的分类2按设备相对位置分类 （1） 局部采暖系统 热源、热网、散热器三部分在构造上合在一起的采暖系统，如火炉采暖、简易散热器采

10、暖、煤气采暖和电热采暖。 （2） 集中采暖系统 热源和散热设备分别设置，用热网相连接，由热源向各个房间或建筑物供给热量的采暖系统。 （3） 区域采暖系统 以区域性锅炉房作为热源，供一个区域的许多建筑物采暖的供暖系统。 热水作为热媒的特点：采暖系统常用的热媒有水、蒸汽、空气。以热水作为热媒的采暖系统称为热水采暖系统。 热水采暖系统的热能利用率高，输送时无效热损失较小，散热设备不易腐蚀，使用周期长，且散热设备表面温度低，符合卫生要求；系统操作方便，运行安全，易于实现供水温度的集中调节，系统蓄热能力高，散热均匀，适于远距离输送。热水供暖系统分类：n1按系统循环动力的不同，可分为重力(自然)循环系统和

11、机械循环系统。 前者是靠水的密度差进行循环的系统，由于作用压力小，目前在集中式采暖中很少采用；后者是靠机械力（水泵）进行循环的系统。 n2按供、回水方式的不同，可分为单管系统和双管系统。n3按系统管道敷设方式的不同，可分为垂直式和水平式系统。n4按热媒温度的不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统。热水采暖系统按热媒温度的不同可分为低温系统和高温系统。低温热水采暖系统的供水温度为95，回水温度为70；高温热水采暖系统的供水温度多采用120130，回水温度为7080。 第一节 重力(自然)循环热水供暖系统hhhAA2g35右01h41左PP一、系统工作原理及其一、系统工作原理及其作用压力作用压

12、力 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，它的密度减小，同时受着从散热器流回来密度较大的回水的驱动，使热水沿着供水干管上升，流入散热器。在散热器内水被冷却，再沿回水干管流回锅炉。n这样，水连续被加热，热水不断上升，在散热器及管路中散热冷却后的回水又流回锅炉被重新加热，形成如图5-2中箭头所示的方向循环流动。这种水的循环称之为自然(重力)循环。n 由此可见，自然循环热水采暖系统的循环作用压力的大小取决于水温在循环环路的变化状况。在分析作用压力时，先不考虑水在沿管路流动时的散热而使水不断冷却的因素，认为在图5-2中的循环环路内水温只在锅炉和散热器两处发生变化。 n n当水在锅炉

13、内加热后，水的密度减小，上升；在散热器内被冷却后，水的密度增加，沿回水管道返回锅炉。整个系统的循环动力即供回整个系统的循环动力即供回水的密度差。水的密度差。维持该系统循环流动的压力称为自然作用压力自然作用压力。 n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。 n作用压力 l断面A-A左侧的水柱压力为 )(g2gh1hhhgPLl断面A-A右侧的水柱压力为 )(g2hh1hhhgPR)(gh21ghPPPhhhAA2g35右01h41左PPn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。如果取供水温度95，回水70；则每m高差可产生的作用压力

14、为：n9.811（977.81961.92）=156 Pa。n重力循环热水供暖系统优点：维护管理简单，不需消耗电能。但由于其作用压力小、管中水流速度不大，所以管径就相对大一些，作用范围也受到限制。n自然循环热水供暖系统通常只能在单幢建筑物中使用，作用半径不宜超过50m。二、自然循环热水供暖系统的形式及作用压力重力循环热水供暖系统主要分双管和单管两种型式 。自然循环热水采暖系统的主要形式1、 双管上供下回式 如图5-3所示为双管上供下回式系统。其特点是各层散热器都并联在供、回水立水管上，水经回水立管、干管直接流回锅炉。如不考虑水在管道中的冷却，则进入各层散热器的水温相同。 上供下回式自然循环热水

15、采暖系统管道布置的一个主要特点是：系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡度，其坡度宜采用0.51.0；散热器支管的坡度一般取1.0。回水干管应有沿水流向锅炉方向下降的坡度。图5-4 双管系统Back图5-3 自然循环热水系统（左边为双管式，右边为单管式）2、 单管上供下回式 单管系统的特点是热水送入立管后由上向下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环路，各立管环路是并联关系。 与双管系统相比，单管系统的优点是系统简单，节省管材，造价低，安装方便，上下层房间的温度差异较小；其缺点是顺流式不能进行个体调节。3不

16、同高度散热器环路的作用压力 双管系统中，由于供水同时在上、下两层散热器内冷却，形成了两个并联环路和两个冷却中心。它们的作用压力分别为 P1=gh1(h-g) (5-2) P2=g(h1+h2)(h-g) =P1+gh2(h-g) (5-3)重力循环热水供暖双管系统的垂直失调 n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上热下冷的现象。 系统垂直失调n在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的室温不符合

17、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。n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大垂直失调就会越严重。n上供下回式重力循环热水供暖系统管道布置的一个主要特点是：因系统中若积存空气，就会形成气塞，影响水的正常循环。系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的流向。其反向的坡度为0510；散热器支管的坡度一般取1%。这是为了使系统内的空气能顺利地排除，在上供下回重力循环热水供暖系统充水和运行时，空气能逆着水流方向，经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。四、重力循环热水供暖单管系统的作用压力的

18、计算F原理：原理： 依靠供回水温度不同、密度不同所依靠供回水温度不同、密度不同所产生的容重差作为热水在管内流动产生的容重差作为热水在管内流动的动力。的动力。重力(自然)循环热水供暖系统n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。F系统特点系统特点 它装置简单，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。第二节 机械循环热水供暖系统n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。n设置了循环水泵，增加了系统的经常运行电费和维修工

19、作量；但由于水泵所产生的作用压力很大，因而供暖范围可以扩大。机械循环热水供暖系统不仅可用于单幢建筑物中。也可以用于多幢建筑，甚于发展为区域热水供暖系统。n机械循环热水供暖系统成为应用最广泛的一种供暖系统。机械循环热水供暖系统的主要型式 n垂直式系统n水平式系统机械循环热水供暖系统的主要型式 垂直式系统，按供、回水干管布置位置不同，有下列几种型式：n 上供下回式双管和单管热水供暖系统；上供下回式双管和单管热水供暖系统；n 下供下回式双管热水供暖系统；下供下回式双管热水供暖系统；n 中供式热水供暖系统；中供式热水供暖系统；n 下供上回式下供上回式(倒流式倒流式)热水供暖系统；热水供暖系统；n 混合

20、式热水供暖系统。混合式热水供暖系统。1机械循环双管上供下回式热水采暖系统 图5-5所示为机械循环双管上供下回式热水采暖系统示意图。该系统与每组散热器连接的立管均为两根，热水平行地分配给所有散热器，散热器流出的回水直接流回锅炉。由图可见，供水干管布置在所有散热器上方，而回水干管在所有散热器下方，所以叫上供下回式。 在这种系统中，水在系统内循环，主要依靠水泵所产生的压头，但同时也存在自然压头，它使流过上层散热器的热水多于实际需要量，并使流过下层散热器的热水量少于实际需要量；从而造成上层房间温度偏高，下层房间温度偏低的“垂直失调”现象。2机械循环下供下回式双管系统 系统的供水和回水干管都敷设在底层散

21、热器下面，如图5-6所示。与上供下回式系统相比，它有如下特点： （1） 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。 （2） 在施工中，每安装好一层散热器即可采暖，给冬季施工带来很大方便。免得为了冬季施工的需要，特别装置临时供暖设备。 （3） 排除空气比较困难。3机械循环中供式热水采暖系统(图5-7) 从系统总立管引出的水平供水干管敷设在系统的中部，下部系统为上供下回式，上部系统可采用下供下回式，也可采用上供下回式。中供式系统可用于原有建筑物加建楼层或上部建筑面积小于下部建筑面积的场合。4机械循环下供上回式（倒流式）采暖系统 该系统的供水干管设在所有散热器设备的上面，回水干管设在

22、所有散热器下面，膨胀水箱连接在回水干管上。回水经膨胀水箱流回锅炉房，再被循环水泵送入锅炉，如图5-8所示。倒流式系统具有如下特点： （1） 水在系统内的流动方向是自下而上流动，与空气流动方向一致，可通过顺流式膨胀水箱排除空气，无需设置集中排气罐等排气装置。 （2） 对热损失大的底层房间，由于底层供水温度高，底层散热器的面积减小，便于布置。 （3） 当采用高温水采暖系统时，由于供水干管设在底层，这样可降低防止高温水汽化所需的水箱标高，减少布置高架水箱的困难。 （4） 供水干管在下部，回水干管在上部，无效热损失小。 这种系统的缺点是散热器的放热系数比上供下回式低，散热器的平均温度几乎等于散热器的出

23、口温度，这样就增加了散热器的面积。但用于高温水供暖时，这一特点却有利于满足散热器表面温度不致过高的卫生要求。5异程式系统与同程式系统 循环环路是指热水从锅炉流出，经供水管到散热器，再由回水管流回到锅炉的环路。如果一个热水采暖系统中各循环环路的热水流程长短基本相等，称为同程式热水采暖系统，如图5-9所示；热水流程相差很多时，称为异程式热水系统。 在较大的建筑物内宜采用同程系统。6水平式系统 水平式系统按供水与散热器的连接方式可分为顺流式(图5-10)和跨越式（图5-11）两类。 跨越式的连接方式可以有图5-11中1、2两种。第2种的连接形式虽然稍费一些支管，但增大了散热器的传热系数。由于跨越式可

24、以在散热器上进行局部调节，它可以采用在需要局部调节的建筑物中。 水平式系统排气比垂直式上供下回系统要麻烦，通常采用排气管集中排气。 水平式系统的总造价要比垂直式系统少很多，但对于较大系统，由于有较多的散热器处于低水温区，尾端的散热器面积可能较垂直式系统的要多些。但它与垂直式（单管和双管）系统相比，还有以下优点： （1） 系统的总造价一般要比垂直式系统低。 （2） 管路简单，便于快速施工。除了供、回水总立管外，无穿过各层楼管的立管，因此无需在楼板上打洞。 （3） 有可能利用最高层的辅助空间架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间。 （4） 沿路没有立管，不影响室内美观。图5-5 机械循环

25、双管上供下回式热水采暖系统Back图5-6 机械循环双管下供下回式热水采暖系统Back图5-7 机械循环中供式热水采暖系统Back图5-8 机械循环下供上回Back图5-9 同程式热水采暖系统Back图5-10 水平单管顺流式系统 Back12(2)(1)(1)(2)21图5-11 水平单管跨越式系统 3.3 高层建筑供暖系统特点 n高层建筑供暖的特点高层建筑供暖的特点 热负荷的变化 （1）高层部分围护结构的传热系数增大（2）高层部分冷风渗透量增加（3）高层建筑体形系数较小，热容量偏小 1.2.管道布置宜竖向分区高层建筑热水采暖系统的形式高层建筑热水采暖系统的形式 n竖向分区式供暖系统 设热交

26、换器的分区式系统 设双水箱的分区式系统 设阀前压力调节器的分区式系统1.设断流器和阻旋器的分区式系统 高层建筑热水采暖系统的形式高层建筑热水采暖系统的形式 高层建筑热水采暖系统的形式高层建筑热水采暖系统的形式 高层建筑热水采暖系统的形式高层建筑热水采暖系统的形式n双线式系统 高层建筑热水采暖系统的形式高层建筑热水采暖系统的形式n单、双管混合式系统 一、室内热水供暖系统的管路布置n有两个分支环路的同程式系统布置形式。n一般宜将供水干管的始端放置在朝北向侧，而末端设在朝南向一侧。 4热水采暖系统的设备（1） 膨胀水箱 膨胀水箱的作用是用来贮存热水采暖系统加热的膨胀水量，在自然循环上供下回式系统中还

27、起着排气作用。膨胀水箱的另一个作用是恒定采暖系统的压力。 膨胀水箱一般用钢板制成，通常是圆形或矩形。箱上连有膨胀管、溢流管、信号管、排水管及循环管等管路。 膨胀水箱在系统中的安装位置如图5-30所示。 膨胀管 膨胀水箱设在系统最高处，系统的膨胀水通过膨胀管进入膨胀水箱。 循环管 为了防止水箱内的水冻结，膨胀水箱需设置循环管。 溢流管 用于控制系统的最高水位，当水的膨胀体积超过溢流管口时，水溢出就近排入排水设施中。 信号管 用于检查膨胀水箱水位，决定系统是否需要补水。 排水管 用于清洗、检修时放空水箱用，可与溢流管一起就近接入排水设施，其上应安装阀门。（2） 集气罐 集气罐一般是用直径100250的钢管焊制而成的，分为立式和卧式两种，如图5-31。 集气罐一般设于系统供水干管末端的最高处，供水干管应向集气罐方向设上升坡度以使管中水流方向与空气气泡的浮升方向一致，以有利于空气聚集到集气罐的上部，定期排除。当系统充水时，应打开排气