建筑供暖系统
第7章 建筑供暖系统
工程概述：
供暖就是用人工方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以创作适宜的生活条件或工作条件的技术。常见供暖系统主要以热水和蒸汽为热媒的建筑物供暖系统和集中供热系统。本章主要介绍的内容有采暖系统分类；热水采暖系统自然循环的原理、组成、形式，热水采暖系统机械循环的原理、组成、形式，高低压蒸汽采暖系统，散热器与附件；管网布置与安装；辐射采暖；热计量；热风采暖与热风幕；采暖热负荷计算概述；室外供热与热源。
学习目标：
掌握建筑室内热水采暖系统的分类与组成，了解散热器及管网附件、材料与设备的性质特点，了解蒸汽采暖的原理和回水特点；了解辐射采暖的分类，掌握低温热水地板辐射采暖系统组成、形式及典型的加热管布置方式；了解热风采暖与热风幕，理解住宅集中热水采暖系统与热计量；了解传热学知识与采暖热负荷计算知识；了解室外供暖管道敷设与锅炉及锅炉房工艺基本知识。
学习要求
知识要点
能力要点
室内供暖系统
熟悉常见供热系统的分类、工作原理、形式、组成构造、适用条件和优缺点。
供暖热负荷
掌握供暖的基本概念及其要素；熟悉计算过程和步骤；
供暖系统管材、管件、阀门及散热设备
掌握供暖系统管材、管件、阀门及散热设备的构造、用途、安装方法及技术要求
供暖系统的管路布置、加工与连接
能进行常见供暖管路的合理布置，能进行各种采暖管路的加工连接。
供暖系统的主要设备与安装
掌握供暖系统的主要设备的作用及类型，能进行规范安装
高层建筑供暖系统的特点
了解高层建筑供暖系统的组成、系统形式和；了解高层建筑供暖系统降低耗热量的基本措施和方法。
管道防腐与保温
掌握供暖管路的防腐保温方法，熟悉采暖工程防腐保温工作的规范要求。
7．1 室内供暖系统
冬季室外气温较低，室内的热量会通过围护结构和冷风渗透不断地传到室外。为了保持室内所要求的供暖温度就需要用人工方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以保证室内适宜的生活条件或工作条件。供暖系统主要热源、供暖管路 、散热设备三部分组成。
7.1.1 采暖系统的分类
1.按供暖的作用范围分类
（1）局部供暖系统 当热源、管道与散热器连成整体而不能分离时，称为局部供暖系统。如火炉供暖、电热供暖、煤气红外线辐射器等。
（2）单户供暖系统 它是仅为单户或几户小住宅而设置的一种供暖方式。
（3）集中供暖系统 采用锅炉或水加热器对水集中加热，通过管道同时向多个房间供暖的系统，称为集中供暖系统。其特点是供热量和范围大，距离长，热效率高、节省燃料、减少污染，机械化程度高。
（4）区域供暖系统 以集中供热的热网作为热源，用以满足一个建筑或一个区域供暖用热需要的系统，称为区域供暖系统。它的供热规模比集中供暖要大得多，实质上它是集中供暖的一种形式。
目前，集中供暖已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的主要组成部分，已在全国许多城市实施。
2.按热媒的不同分类
在供暖系统中，把热量从热源输送到散热设备的物质称为热媒。在供暖系统中，可把热水、蒸汽、热空气、烟气等作为热媒。
（1）热水供暖系统  它是以热水作为供暖系统的热媒。一般认为，凡是温度低于100℃ 的水称为低温水，高于100℃ 的水称为高温水。低温水供暖系统供回水的设计温度通常为70～95℃，由于低温水供暖系统卫生条件较好，目前被广泛用于民用建筑中。
（2）蒸汽供暖系统  它是以饱和蒸汽作为供暖系统的热媒，按蒸汽的压力不同，可分为低压蒸汽供暖系统（蒸汽压力小于或等于70kPa）、高压蒸汽供暖系统（蒸汽压力大于70 kP
a）和真空蒸汽供暖系统（蒸汽压力低于大气压力）。
（3）热风供暖系统  它是以热空气作为供暖系统的热媒，即把空气加热到适当的温度（一般为35～50℃）直接送入房间，用以满足供暖要求。
图7-1  自然循环热水采暖系统示意图
（4）烟气供暖系统  它是直接利用燃料在燃烧时所产生的高温烟气在流动过程中向房间散出热量，以满足供暖要求。
7.1.2 热水采暖系统
1.自然循环热水供暖系统
（1）自然循环热水采暖工作原理
图7-1 是自然循环热水供暖系统的工作原理图。系统有散热器和一个加热锅炉，用供水管和回水管把锅炉与散热器相连接，在系统的最高处连接一个膨胀水箱，用它容纳水在受热后膨胀而增加的体积。运行前整个系统要注入冷水至最高处，系统工作时水在锅炉内加热，水受热体积膨胀，密度减小，热水沿供水管进入散热器，在散热器内的水放热冷却，密度增大，密度较大的回水再返回锅炉重新加热，这种密度的差别形成了推动整个系统中的水沿管道流动的动力。在热水供暖系统中，这种动力又称为作用压头，简称压头。
图7-1是一个最简单的只有一个散热器的自然循环热水供暖系统。假设热水在管道里损失的热量可以忽略不计，那么，图中A—A 以上左右两边管道的水温都是供水温度tg，在B—B位置以下左右两边管道的水温都是回水温度th，因此它们在系统中产生的压力相互抵消。起作用的只有散热器中心（A—A）和锅炉中心（B—B）之间的这一段高度h，它产生的压力差（压头）为：
P=gh（ρh－ρg )            (6—1)     
式中 P——压头，Pa；
g——重力加速度， g=9.81m/s2 ;
h——散热器与锅炉中心高差，m ;
ρh——回水密度，kg / m3;
ρg——供水密度，kg / m3。
当tg=95℃，th＝70℃， h= 1m时，P = 155.98 Pa。即在供水温度为95℃、回水温度为70℃的热水供暖系统中，每米高差所产生的作用压头为：
P= gh（ρh－ρg ) = 9.81×1×（977.81－961.92 ) = 155.98 ( Pa )
热水供暖系统中，由于水被加热而水温升高，溶解在水中的空气会析出，逐渐聚集在管路某个部位形成气塞，影响水正常流动。散热器内存有空气，会减小散热面积，而且空气中的氧对管道有腐蚀作用。在系统的最高处连接一开式膨胀水箱，可以起到排除空气的作用。为了便于排气，供水干管一般应有0.005的坡度，坡向膨胀水箱。水被加热时其体积会膨胀，膨胀水箱还可以容纳系统中水受热膨胀而增加的体积。
实际工程中，设备的安装位置和供、回水的温度均有一定限度，自然循环的作用压力是很
小的，这种供暖方式只适用于作用半径不大的小型低层建筑。
2. 机械循环热水供暖系统
（1）机械循环热水供暖系统的工作原理
机械循环热水供暖系统主要由热水锅炉、供暖管道、散热设备、膨胀水箱、放气装置和循环水泵等组成，如图7-2所示。它与自然循环热水供暖系统的主要区别是在管路上安装了循环水泵，系统中水的流动依靠水泵来提供动力。在系统运行前，同样先充满水（同时排气），启动循环水泵，水在锅炉中被加热，沿供水管流人散热器，散热后的回水沿回水管重新回到锅炉，并不断循环。
图7-2  机械循环热水供暖系统工作原图
1-锅炉；2-散热器；3-膨胀水箱；4-供水管；
5-回水管；6-排气装置；7-循环水水泵
水泵一般设置在靠近锅炉进口前的回水干管上，可以使水泵处于水温较低的状态下工作，同时也便于锅炉房设备的集中管理。
在机械循环热水供暖系统中，膨胀水箱通常连接在循环水泵吸水口的回水干管上，不论系统是否运行，连接点的压力总是处于静水压力作用之下保持不变，该点称为恒压点，控制系统（恒压点）的压力恒定。
供水水平干管一般应有0.003的沿水流方向上升的坡度，使气、水同向流动，在末端最高点设放气装置，以便集中排除系统中的空气。
与自然循环热水供暖系统相比，机械循环热水供暖系统的主要优点是作用半径大，管径较小，锅炉的安装位置不受限制，系统布置灵活。但因设置循环水泵增加了投资，耗电量大，而且运行管理复杂。
（2）机械循环热水供暖系统的主要形式
①双管上供下回式  双管上供下回式机械循环热水采暖系统的组成如图7-3所示。该系统的特点是各层散热器并联在立管上，可用支管上的阀门对散热器进行单独调节。但自然循环作用压力的影响仍存在，上层散热器环路作用压力大，底层环路作用压力小，上、下层环路的阻力往往难以平衡，以致上热下冷的热力失调现象较严重。
②双管下供下回式  机械循环双管下供下回式系统如图6-4所示。
图7-4  机械循环双管下供下回系统
图7-3  双管上供下回式机械循环热水采暖系统
该系统一般将供、回水干管敷设在底层地沟内，或都敷设在底层散热器下面，系统内空气的排除较为困难。排气方法主要有两种：一种是通过顶层散热器的冷风阀，手动分散排气；另一种是通过专设的空气管，手动或集中自动排气。
③单管上供下回式  图7-5所示为单管上供下回式机械循环热水供暖系统，由于单管式系统节省管材，安装方便，造价较低，在多层建筑热水供暖中应用较普遍。
图7-5  单管上供下回式热水供暖系统            图7-6  双管下供上回式热水供暖系统
④双管下供上回式如图7-6所示，双管下供上回式系统的供水干管设在下部，回水干管
设在上部，水自下而上流动，因此也称倒流式。左侧为双管系统，右侧为单管系统。
⑤单管水平式  单管水平式包括水平顺流式和水平跨越式两种。水平顺流式系统是由一条水平管道将同一层的几种散热器串联在一起的敷设方式，也称水平串联式，可分为上串联式和下串联式，如图7-7所示。水平顺流式系统与其他几种形式相比，最节省管材，造价低，弯道穿越楼板少，便于施工和维护。
水平跨越式系统是在同一层的几组散热器下部敷设一条水平管道，用支管分别与每组散热器连接，也称水平并联式，如图7-8所示。水平跨越式系统的每组散热器可以通过进水支管上的阀门来调节热媒流量。
图7-8  单管水平跨越式热水供暖系统
图7-7  单管水平顺流式热水供暖系统
7.1.3 蒸汽采暖系统
1.蒸汽供暖原理
根据蒸汽压力不同，分为低压蒸汽采暖系统和高压蒸汽采暖系统。压力大于供70kPa的蒸汽为高压蒸汽，小于等于70kPa为低压蒸汽。
图7-12所示为简单的蒸汽供暖系统原理图。水在蒸汽锅炉里被加热而形成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽靠自身压力通过管道流人散热器，在散热器内放出热量，并经过散热器
壁面传给房间；蒸汽则由于放出热量而凝结成水，经疏水器（起隔水阻汽作用）然后沿凝结水管道返回热源的凝结水箱内，经凝结水泵注人锅炉再次被加热变为蒸汽，如此连续不断地工作。

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