《建筑设备》本科课件06 第6章建筑供暖系统

1、第6章 建筑供暖系统学习目标1.了解建筑供暖系统的作用和发展状况；2.掌握建筑供暖系统的分类、主要组成部分；3.掌握各种供暖系统的特点和适用场合。本章导读为满足建筑室内保持冬季温暖舒适的生活环境及满足生产要求的生产环境，就必须安装适当的采暖系统，完善的供暖工程不但可以满足生产生活要求，更可以节约能源，达到绿色环保的目的。通过本章的学习，使读者了解并掌握建筑供暖工程的作用、分类、主要组成、特点和适用场合。第6章 建筑供暖系统目录CONTENTS6.1供暖系统设计热负荷6.2室内供暖系统6.3小区供暖系统6.4散热设备6.5室内供暖系统的管路布置和主要设备6.6高层建筑热水供暖系统6.7供暖系统的

2、敷设6.1供暖系统设计热负荷6.1.1 | 采暖建筑及室内外设计计算温度暖通空调动力技术措施中对设置全面采暖的建筑物，为了节约能耗，规定围护结构的传热热阻，应根据技术经济比较确定，而且应符合国家民用建筑热工设计规范和节能标准的要求。对于设置集中采暖的居住建筑，应严格执行民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)(JGJ 2695)。采暖建筑的热工要求6.1.1 | 采暖建筑及室内外设计计算温度室外空气计算温度建筑物冬季采暖室外计算温度，是在科学统计下，经过经济技术比较得出的。根据暖通空调动力技术措施的规定，冬季采暖室外计算温度采用历年平均不保证5天的日平均温度。室内空气计算温度室内空气计算温度的

3、选择主要取决于以下因素。(1)建筑房间使用功能对舒适的要求影响人舒适感的主要因素是室内空气温度、湿度和空气流动速度等。(2)地区冷热源情况、经济情况和节能要求等因素根据我国国家标准的规定，对舒适性采暖室内计算温度宜采用1624 C。室内外设计计算温度6.1.2 | 热负荷围护结构基本耗热量在计算基本耗热量时，由于室内散热不稳定，室外气温、日照时间、日辐射强度以及风向、风速等都随季节、昼夜或时刻而不断变化，因此，通过围护结构的传热过程是一个不稳定过程。但对一般室内温度容许有，一定波动幅度的建筑而言，在冬季将它近似按一维稳定传热过程来处理。围护结构附加耗热量围护结构的附加耗热量按其占基本耗热量的百

4、分率确定，包括朝向修正率、风力附加率和外门开启附加率等。围护结构传热面积的丈量围护结构外墙面积的丈量。高度从本层地面算到上层地面(地层除外对平屋顶的建筑物，最顶层的丈量是从最顶层的地面到平屋顶的外表面的高度。面对有闷顶的斜屋面，算到闷顶内的保湿层表面。外墙的平面尺寸，应按建筑物外部轮廓尺寸计算等两相邻房间以内墙中线为分界线。门、窗的面积丈量。门、窗的面积按外墙外面上的净空尺寸计算。6.1.2 | 热负荷门窗缝隙渗入冷空气的耗热量由于建筑物的窗、门缝隙宽度不同，风向、风速和频率因地点和朝向而不同。采暖设计热负荷的估算采暖设计热负荷的估算主要有面积热指标法和窗墙比公式法。应指出的是：建筑物的供暖耗

5、热量，最主要是通过垂直围护结构(墙、门、窗等)向外传递热量，而不是直接取决于建筑平面面积。供暖热指标的大小主要与建筑物的围护结构及外形有关，当建筑物围护结构的传热系数愈大、采光率愈大、外部体积愈小，或建筑物的长宽比愈大时，单位体积的热损失，亦即热指标值也愈大。分户计量和地板辐射采暖时的热负荷计算分户计量时房间供暖设计热负荷应按热源为连续供暖的条件进行计算。它分为两部分，一部分为基本热负荷，另一部分为户间传热负荷。6.2室内供暖系统6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点热水供暖热风供暖蒸汽供暖热水供暖系统的种类较多，后面章节将有具体阐述。热风供暖是比较经济的供暖方式之一。对流散热几乎占百分之百

6、，有热惰性小、能迅速提高空温的特点，对于人们短时间逗留的场所，如体育馆、商场、戏院、车站等最为适宜。蒸汽介质用于供暖空调主要是提供热能和水蒸气，对空气进行加热和加湿处理。另外在有些热水供暖系统中还利用蒸汽压力为热水系统定压。按使用的热媒分类6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点重力循环系统重力循环供暖系统是利用供水与回水的密度差而进行循环的。它不需要任何外界动力，只要锅炉生火，系统便开始运行，所以又称自然循环供暖系统。机械循环系统机械循环系统中水的循环动力来自于循环水泵4，膨胀水箱多接到循环水泵之前。在此系统中膨胀水箱不能排气，所以在系统供水干管末端设有集气罐5，干管向集气罐抬起。按系统的循

7、环动力分类6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点高温水供暖系统高温水供暖系统的热效率高，节省燃料，供回水温差大，管材与散热器的用量少，用于较大面积的集中供暖，降低输送热媒所消耗的电能，节省运行费用，具有投资少、效益高，能维持比较适宜的室内温度的优点，近年来在国内外都有很大的发展。低温水供暖系统但高温水采暖系统由于散热器表面温度高，易烫伤皮肤，烤焦有机灰尘，卫生条件及舒适度较差，主要用于对卫生要求不高的工业建筑及其辅助建筑中。低温水采暖系统的优缺点正好与高温水采暖系统相反，是民用及公用建筑的主要采暖系统形式。按供水温度分类6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点上供下回式下供下回式上供上回式下

8、供上回式供回水干管分别设置于系统最上面和最下面，布置管道方便，排气顺畅。是用得最多的系统形式。供回水干管均位于系统最下面。与上供下回式相比，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(沿竖向各房间的室内温度偏离设计工况称为竖向失调)。供回水干管均位于系统最上面。采暖下管不与地面设备及其他管道发生占地矛盾。但立管消耗管材量增加，立管下面均要设放水阀，主要用于设备和工艺管道较多、沿地面布置干管发生困难的工厂车间。供水干管在系统最下面，回水干管在系统最上面。与上供下回式系统相对照，被称为倒流式系统。按供暖系统的供回水方式分类6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点垂直式供暖系统垂直式采

9、暖系统是指不同楼层的各散热器用垂直立管连接的系统。水平式供暖系统水平式采暖系统是指同一楼层的散热器用水平管线连接的系统。按散热器的连接方式分类6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点单管系统单管系统是用一根管道将多组散热器依次串联起来的系统，如单管所关联的散热器位于不同的楼层，则形成垂直单管；如所关联的散热器位于同一楼层，则形成水平单管。双管系统双管系统是用两根管道将多组散热器相互并联起来的系统，分为垂直双管和水平双管。双管系统可单个调节散热器的散热量，管材耗量大、施工麻烦、造价高，易产生竖向失调。按连接散热器的管道数量分类6.2.1 | 室内供暖系统的分类和特点同程式系统热媒沿各循环环路流动

10、时其流程相同的系统(即各环路管路总长度基本相等的系统)称为同程式系统。异程式系统热媒沿各循环环路流动时流程不同的系统为异程式系统。按并联环路水的流程分类6.2.2 | 分户热计量供暖系统分户水平单管系统分户水平放射式系统分户水平双管系统分户水平单管系统可采用水平顺流式、散热器同侧接管的跨越式和异侧接管的跨越式。其中在水平支路上设关闭阀、调节阀和热表，可实现分户调节和计量热量，不能分室改变供热量，只能在对分户水平式系统的供热性能和质量要求不高的情况下应用。水平放射式系统在每户的供热管道入口设小型分水器和集水器，各散热器并联，从分水器4引出的散热器支管呈辐射状埋地敷设至各个散热器。散热量可单体调节

11、。支管采用铝塑复合管等管材，要增加楼板的厚度和造价。该系统一个住户内的各散热器并联，在每组散热器上装调节阀或恒温阀，以便分室进行控制和调节。水平供水管和回水管可采用多种方案布置。6.2.3 | 地板辐射供暖系统辐射供暖的特点和对流供暖系统相比，辐射供暖系统具有以下主要优点。(1)由于有辐射强度和温度的双重作用，造成了真正符合人体散热要求的热状态，因此，具有最佳的舒适感。(2)利用与建筑结构相结合的辐射供暖系统，不需要在室内布置散热器，也不必安装连接散热器的水平支管，所以，不但不占建筑面积，也便于布置家具。(3)室内沿高度方向上的温度分布比较均匀，温度梯度很小，无效热损失可大大减少。(4)由于提

12、高了室内表面的温度，减少了四周表面对人体的冷辐射，提高了舒适感。(5)不会导致室内空气的急剧流动，从而减少了尘埃飞扬的可能，有利于改善卫生条件。(6)由于辐射供暖将热量直接投射到人体，在建立同样舒适条件的前提下，室内设计温度可以比对流供暖时降低23 (高温辐射时可以降低510 )，从而可降低供暖能耗约10%20%。辐射供暖系统的热媒辐射采暖系统的热媒可用热水、蒸汽、空气和电；热水为首选热媒。与建筑结构结合的辐射板用热水加热时温升慢，混凝土板不易出现裂缝，可以采用集中质调节。6.2.4 | 供暖系统的选择应根据建筑的特点和使用性质、材料供应情况、区域热媒状况或城市热网工况等条件综合考虑，本着适用

13、、经济、节能、安全的原则进行确定。6.3小区供暖系统6.3.1 | 小区供应负荷集中供暖负荷的概念和特征小区集中供热系统是指以热水或蒸汽作为热媒，集中向一个具有多种热用户(供暖、通风、热水供应、生产工艺等热用户)的较大区域供应热能的系统。这些热用户热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的重要依据。上述热用户的热负荷，按其性质可以分为两大类。 季节性热负荷。供暖、通风、空气调节系统的热负荷是季节性热负荷。季节性热负荷的特点是，它与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射等气候条件密切相关，其中对它的大小起决定性作用的是室外温度，因而在全年中有很大的变化。 常年热负荷。生活用热(主要是热水供应)和生产工

14、艺系统用热属于常年热负荷。常年热负荷的特点是：与气候条件关系不大，它的用热状况在全日中变化较大。供热负荷的计算原则(1)从热源引出主干管总热负荷按热源最大生产能力计算(不计入备用热源及设备的热负荷)，当工程分期建设时，通过扩建区的主干管管径，一般按全部建成时的热负荷计算。(2)支干管的热负荷按各用户的最大耗热量之和乘以同时使用系数，再计入管网的损耗系数确定其综合最大耗热量。(3)直接与用户连接的支管按用户的最大耗热量计算。(4)当有特殊要求，不允许供热间断而采取环状布置时，环状管网根据各用户的最大耗热量的70%计算，且其中任何一条管道均应满足(不允许间断)用户的需要。6.3.2 | 集中供热系

15、统形式集中供热系统的热媒选择供热管道热源形式热水供热系统的定压方式其选择主要取决于热用户的使用特点和要求，也与热源形式有关。集中供热系统的热媒主要是水或蒸汽。根据供热管道的数目不同，可分为单管、双管、三管或四管等集中供热系统。确定集中供热系统方案时，首先需要解决的问题是供热系统的热源形式(热电厂还是区域锅炉房)以及热媒(水或蒸汽)的选择问题。集中供热系统热源形式的确定，涉及热电合供或热电分供的能源利用问题。热水供热系统可分为以下几种。(1)采用高架水箱定压的热水供热系统。采用高架水箱定压的热水供热系统，最常用于供热范围不大的低温水供暖场合。(2)采用补给水泵定压的热水供热系统。(3)采用惰性气

16、体(氮气)定压的热水供热系统。6.3.3 | 热力管网及热力引入口用户热力站区域性热力站集中热力站它设置在建筑用户的地沟入口或该用户的地下室或底层处。室内供暖系统的热媒参数和室外热力管网的热媒参数不可能完全一致，在每一幢建筑或几幢建筑联合设立一个热力引入口，在热力引入口中，装有专门的设备和自动控制装置，采用不同的连接方式来解决热媒参数之间的矛盾。它用在大型的供热网路上，设置在供热干线与分支干线连接点处。供热网路通过集中热力站向一个街区或多幢建筑分配热能。这种热力站大多是单独的建筑物，也可设置在某一幢建筑物内。集中供热系统的热力站6.3.3 | 热力管网及热力引入口热水热力管网与用户的连接方式室

17、内热水供暖系统与室外热水热力管网连接方式室内热水供暖系统与室外热水热力管网可采用两种连接方式：直接连接和间接连接。用户系统与热水管网的连接形式确定原则用户系统与热水管网的连接形式按下列原则确定。第一，当用户采暖系统设计供水温度等于热网设计供水温度，且热网水力工况能保证用户内部系统不汽化和不超过用户散热器的允许压力时，可采用直接连接。第二，当在下列情况之一时，用户采暖系统与热网应采用间接连接。 建筑物采暖高度高于热水管网供水压力线或静水压力线时。 采暖系统承压能力低于热水管网回水压力。 热水管网供、回水压差低于用小采暖系统的阻力量又不宜采用加压泵时。 位于热水管网末端，采用直接连接会影响外部热水

18、管网运行工况的高层建筑。 对采暖参数有特殊要求的用户。6.3.3 | 热力管网及热力引入口闭式系统在闭式热水供热系统中，热水网路实际只供给热水供应所需的热量，因此热水供应热用户与网路的连接必须通过水加热器。开式系统开式供热系统中，热水供应系统与热水网路不再通过水加热器连接，而是直接从网路中取出热水，供用户的热水供应系统使用。热水供应系统、通风系统与室外热网的连接6.4散热设备6.4.1 | 散热器的基本要求及种类散热器是采暖系统重要的、基本的组成部件。水在散热器内降温向室内供热达到采暖的目的。散热器的金属耗量和造价对采暖系统造价的影响很大，因此，正确选用散热器对系统的经济指标和运行效果有很大的

19、影响。对散热器的要求是多方面的，可归纳为以下4个方面。(1)热工性能。同样材质散热器的传热系数越高，其热工性能越好，可采用增加散热面积、提高散热器周围空气流动速度、强化散热器外表面辐射强度和减少散热器各部件间的接触热阻等措施改善散热器的热工性能。(2)经济指标。散热器单位散热器的成本(元/W)及金属耗量越低，其经济指标越好。安装费用越低、使用寿命越长，其经济性越好。(3)安装使用和工艺要求。散热器应具有一定的机械强度和承受能力，安装组对简单，便于安装和组合成所需的散热面积，尺寸应较小，少占用房间面积和空间。安装和使用过程不易破损。制造工艺简单、适于批量生产。(4)卫生和美观方面的要求。散热器表

20、面应光滑，方便和易于消除灰尘，外形应美观协调。散热器的基本要求6.4.1 | 散热器的基本要求及种类 以传热方式分当对流方式为主时(占总传热量的60%以上)，为对流型散热器，如管型、柱型、翼型、钢串片型等；以辐射方式为主时(占总传热量的60%以上)，为辐射型散热器，如辐射板、红外辐射器等。 以形状分有管型、翼型、柱型和平板型等。 以材料分有金属(钢、铁、铝、铜等)和非金属(陶瓷、混凝土、塑料等)。我国目前常用的是金属材料散热器，主要散热器按材质分为铸铁散热器、钢制散热器、铝合金散热器以及塑料散热器等。散热器的划分6.4.1 | 散热器的基本要求及种类铸铁散热器钢铝、铜铝复合型散热器钢制散热器低

21、温热水地板辐射供暖设备铸铁散热器的特点是结构简单，防腐性能好，使用寿命长，热稳定性好，价格便宜。复合材料的散热器与钢质散热器类型相近。主要有柱翼型散热器、翅片管散热器、铜管铝串片式等形式。钢制散热器金属耗量少，耐压强度高，外形美观整洁，占地小，便于布置。低温热水地板辐射采暖主要由三部分构成：热源、热媒集配系统、地板辐射采暖。热风供暖设备热风供暖系统以空气作为热媒。其主要设备是暖风机，它由通风机、电动机、空气加热器组成。散热器的种类6.4.2 | 对流辐射式散热器的布置散热器的布置应该力求做到使室内冷暖空气易形成对流，从而保持室温均匀；室外侵入房间的冷空气能迅速被加热，减小对室内的影响。散热器的

22、布置应使管道便于敷设，缩短管道长度，以节约管材；同时减少热损失和阻力损失，散热器布置在室内要尽量少占空间，与室内装修协调一致，美观可靠。6.5室内供暖系统的管路布置和主要设备6.5.1 | 室内热水供暖系统的管路布置室内热水供暖系统管路布置，直接影响到系统造价和使用效果。因此，系统管道走向布置应合理，以节省管材，便于调节和排除空气，而且要求各并联环路的阻力损失易于平衡。供暖系统的引入口宜设置在建筑物热负荷对称分配的位置，一般宜在建筑物中部。系统应合理的设置若干支路，而且尽量使各支路的阻力易于平衡。室内热水供暖系统的管路一般应明装，有特殊要求时，可采用暗装。应将立管布置在房间的角落，对于上供下回

23、式系统，供水干管多设在顶层顶棚下。回水干管可敷设在地面上，地面上不宜敷设(如过门时)或净空高度不够时，回水干管设置在半通行地沟或不通行地沟内。地沟上每隔一定距离应设活动盖板，过门地沟也应设活动盖板，以便于检修。当敷设在地面上的回水干管过门时，回水干管可从门下小管沟内通过，此时要注意坡度以便于排气。6.5.2 | 室内热水供暖系统的主要设备和附件膨胀水箱膨胀水箱的作用是用来贮存热水供暖系统加热的膨胀水量。在自然循环上供下回式系统中，它还起着排气作用，膨胀水箱的另一作用是恒定供暖系统的压力。膨胀水箱一般用钢板制成，通常是圆形或矩形。按位置高低可由高位水箱和低位水箱。以圆形膨胀水箱构造图为例。箱上连

24、有膨胀管、溢流管、信号管、排水管及循环管等管路。图6-20 圆形膨胀水箱1溢流管；2排水管；3循环管；4膨胀管；5信号管；6箱体；7内人梯；8玻璃管水位计；9人孔；10外人梯6.5.2 | 室内热水供暖系统的主要设备和附件集气罐冷风阀自动排气阀集气罐用直径DN100250 mm的短管制成，它有立式和卧式两种。顶部连接直径D15 mm的排气管。在机械循环上供下回式系统中，集气罐应设在系统各分支环路供水干管末端的最高处。在系统运行时，定期手动打开阀门，将热水中分离出来并聚集在集气罐内的空气排除。冷风阀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。目前国内生产的

25、自动排气阀形式较多。它的工作原理，很多都是依靠水对浮体的浮力，通过杠杆机构传动力，使排气孔自动启闭，实现自动阻水排气的功能。热水供暖系统排除空气的设备6.5.3 | 室内蒸汽供暖系统的管路布置室内蒸汽供暖系统管道布置大多采用上供下回式。当地面不便布置凝水管时，也可采用上供上回式。实践证明，上供上回式布置方式不利于运行管理。在蒸汽供暖管路中，要注意排除沿途凝水，以免发生“水击”在蒸汽供暖系统中，沿管壁凝结的凝结水有可能被高速蒸汽流重新掀起，形成“水塞”，并随蒸汽一起高速流动。在遇到阀门、拐弯或向上的管段等部件时，使流动方向改变，水滴或水塞在高速下与管件或管子撞击，就产生“水击”，出现噪声、振动或

26、局部高压，严重时能破坏管件接口的严密性和管路支架。为了减轻水击现象，水平敷设的供汽管路，必须具有足够的坡度，并尽可能保持汽、水同向流动。蒸汽干管汽水同向流动时，坡度i宜采用0.003，不得小于0.002。进入散热器支管的坡度i=0.010.02。6.5.4 | 室内蒸汽供暖系统的主要设备和附件机械型疏水器热静力型（恒温型）疏水器热动力型疏水器利用蒸汽和凝水的密度不同，形成凝水液位，以控制凝水排水孔自动启闭工作的疏水器。主要产品有浮筒式、钟形浮子式、自由浮球式、倒吊筒式疏水器等。利用蒸汽和凝水的温度不同引起恒温元件膨胀或工作的流水器。主要产品有波纹管式、双金属片式和液体膨胀式疏水器等。利用蒸汽和

27、凝水热动力学(流动)特性的不同来工作的疏水器。主要产品有圆盘式、脉冲式、孔板或迷宫式疏水器等。6.6高层建筑热水供暖系统6.6.1 | 分区式高层建筑热水供暖系统分区式高层建筑热水供暖系统是将系统沿垂直方向分成两个或两个以上独立系统的形式，其分界线取决于集中热网的压力工况、建筑物总层数和所选散热器的承压能力等条件。低区可与集中热网直连或间接连接，高区部分可根据外网的压力选择下述形式。分区式系统可同时解决系统下部散热器超压和系统易产生竖向失调的问题。6.6.2 | 其他类型的高层建筑热水供暖系统双线式供暖系统热水和蒸汽混合式系统单双管混合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

28、器超压的问题。分为垂直双线和水平双线系统。可将建筑物沿竖向分成三个区，最高区利用蒸汽做热媒向位于最高区的汽水换热器供给蒸汽。下面的分区采用热水作为热媒，根据集中热网的压力和温度决定采用直接连接或间接连接。 该系统中将散热器沿垂向分成组，组内为双管系统，组与组之间采用单管连接。利用了双管系统散热器可局部调节和单管系统提高系统水力稳定性的优点，减轻了双管系统层数多时，重力作用压头引起的竖向失调严重的倾向，但不能解决系统下部散热器超压的问题。6.7供暖系统的敷设6.7.1 | 用户入口的敷设(1)管网与用户连接处均装设关断阀门。在供、回水阀门前设旁通管，其管径应为供水管的0.3倍；在供水管上设除污器

29、或过滤器；在供，回水管上设温度计、压力表。(2)在与热网连接的回水管上应装设热量计。(3)应根据热网系统大小及水力稳定性等因素分析是否设调节装置，调节装置应以自力式为主。(4)设置平衡阀需注意以下几点。 平衡阀的安装位置：管网所有需要保证设计流量的环路都应安装平衡阀，一般装在回水管路；当系统工作压力较高，且供水管的资用压头余量大时宜装在供水管。为使阀门前后的水流稳定，保证测量精度，尽可能安装在直管段处。 平衡阀阻力系数比一般阀门高，当应用平衡阀的新管路连接于旧衬采暖管网时，须注意新管路与旧系统的平衡问题。6.7.2 | 供热管道的布置枝状布置辐射状布置环状布置枝状管网的优点是管网构造简单、造价较低、运行管理较方便，其管径随距离热源距离的增加而减小。枝状管网的缺点是没有供热的后备能力，即当管路上某处发生故障，在损坏地点以后的所有热用户的供热就会中断，甚至造成整个系统停止供热，进行检修。对于热用户较多，分布区域较广的供热系统，可将热源设于供热区域的中心，供热管道按辐射状布置，即从热源分别引出供热管道向四周供热。环状管网的主干线呈环形，其优点是具有供热的后备性能。但环状管网的主要缺点是投资大，金属耗量高，设计计