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1、课程名称：供热工程教学对象：建环专业讲课章节：分户计量热水供暖系统教学目的：了解热计量的意义，掌握热计量的方式方法与系统形式，了解目前热计量存在问题教学方法与手段：采用多媒体教学，针对内容特点采用案例教学、对比教学、拓展教学等方法,Chap3 室内热水供暖系统,主要内容,热水供暖系统概述重力循环热水供暖系统机械循环热水供暖系统高层建筑热水供暖系统分户计量热水供暖系统室内热水供暖系统管路布置和主要设备附件,概述,以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。热水供暖系统的分类：1.按热媒温度的不同：低温水供暖系统（低于100）和高温水供暖系统（高于100）2.按系统循环动力的不同：重力（自然）循环
2、系统和机械循环系统 3.按系统管道敷设方式的不同：垂直式和水平式 4.按散热器供、回水方式的不同：单管系统和双管系统5.按管道连接及热媒流经路程不同：同程式系统和异程式系统,Chap3 室内热水供暖系统,重力循环热水供暖系统,一、工作原理及其作用压力 对断面A-A处的假想阀门进行受力分析。,图 3-1 重力循环热水供暖系统,重力循环热水供暖系统靠水的密度差进行循环。推动热水流动的力量叫作用压头。,Chap3 室内热水供暖系统,Pa,Pa,断面A-A两侧压力之差值，即系统的循环作用压力为：,Pa,式中 g 重力循环系统的作用压力，Pa；h 重力加速度，m/s2,取9.81 m/s2；冷却中心至加
3、热中心的垂直距离，m；回水密度，/m3；供水密度，/m3。,影响因素：冷热中心高差h；供回水温差-密度差。,左侧,右侧,Chap3 室内热水供暖系统,二、重力循环热水供暖系统的主要型式 重力循环热水供暖系统主要分双管和单管两种型式。,Chap3 室内热水供暖系统,三、重力循环热水供暖双管系统作用压力的计算1.循环作用压力的计算 在双管系统中，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：,Pa,Pa,一层：,二层：,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均的现象。双管系统垂直失调的原因：通过各层
4、的循环作用压力不同。楼层数越多，垂直失调越严重，所以垂直双管系统不宜用在超过4层的系统中。,2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）垂直失调严重，机械循环系统也是如此。,四、重力循环热水供暖单管系统的作用压力的计算 在图3-3所示的上供下回单管式系统中，散热器串联。,1.循环作用压力的计算,Pa,若循环环路中N组串联的散热器时，其循环作用压力可用一个通式来表示：,Chap3 室内热水供暖系统,2.特点 单管热水供暖系统的作用压力与水温变化、加热中心与冷却中心的高度差以及冷却中心的个数等因素有关。（1）每一根立管只有一个重力
5、循环作用压力，即使最低层散热器低于锅炉中心，也可能使水循环流动。（2）各层散热器的进出口水温不相等，各层散热器的传热系数值也不相等。（3）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。,3.单管系统散热器出水温度的求法,(1)计算依据：在整根立管中，流过每一管段和每组散热器的流量都相等。(2)公式推导：假设供回水温度分别为tg，th。建筑物为八层，每层散热器的散热量分别为Q1,Q2，.,Q8，即立管的热负荷为：,通过立管的流量，按其所担负的全部热负荷计算，可用下式确定：,流出某一层（如第二层）散热器的水温t2，根据上述热平衡方式，同理，可
6、按下式计算,根据上述方法，串联N组散热器的系统，流出第i组散热器的水温ti，可按下式计算：,五、附加作用压力的计算,考虑水在管路中沿途冷却的因素所产生的作用压力，工程计算中总的重力循环作用压力：式中自然循环系统中,水在散热器中冷却所产生的作用压力,Pa；水在循环环路管道中冷却产生的附加压力。（与系统供水管路的布置状况、楼层高度、所计算的散热器与锅炉之间的水平距离等因素有关）附录3-2,六、重力循环系统的特点及应用,优点：装置简单，运行时无噪声，不消耗电能。缺点：作用压力小，管径大，作用范围受到限制。应用：只能用在单幢建筑中，且作用范围不宜超过50m。,机械循环热水供暖系统,机械循环热水供暖系统
7、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。,优点：由于设置了循环水泵，作用压力加大，供暖范围扩大。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。形式：垂直式、水平式,Chap3 室内热水供暖系统,一、垂直式系统,垂直式系统，按供、回水干管布置位置不同，有下列几种型式：,1.机械循环上供下回式热水供暖系统,图3-7，有双管式、单管式两种形式，最常用的一种形式,Chap3 室内热水供暖系统,2.机械循环下供下回式热水供暖系统（图3-8）,Chap3 室内热水供暖系统,3.机械循环中供式热水供
8、暖系统（图3-9）,Chap3 室内热水供暖系统,4.机械循环下供上回式热水供暖系统（图3-10）,Chap3 室内热水供暖系统,5.机械循环混合式热水供暖系统（图3-11）,二、水平式系统（图3-13、3-14）,按供水管与散热器的连接方式不同：单管式、双管式 单管式：顺流式和跨越式；双管式,单管水平串联式,单管水平跨越式,Chap3 室内热水供暖系统,水平式系统与垂直式系统相比，具有如下优点：（a）系统的总造价，一般要比垂直式系统低；（b）管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方便；（c）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
9、仅降低了建筑造价，还不影响建筑物外形美观。,Chap3 室内热水供暖系统,三、同程式系统与异程式系统,1.异程式系统异程式系统：通过各个立管的循环环路的总长度并不相等的系统形式。特点：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DN15mm，仍有很多的剩余压力。初调节不当时，就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”。,通过各个立管的循环环路的总长度相等的系统形式，称为同程式系统。优点
10、：可消除或减轻系统的水平失调。缺点：金属消耗量大。应用：用于较大的建筑中。,2.同程式系统,四、机械循环热水供暖系统作用压力,机械循环热水供暖系统中的循环作用压力由水泵提供的机械作用压力和因密度差引起的重力作用压力两部分组成 重力循环作用压力一般不考虑水在管路中冷却产生的作用力，只考虑水在散热器中因冷却产生的作用力重力循环作用压力按设计水温条件下最大压力的2/3计算,机械循环与自然循环系统的主要区别：1.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：连接点：机械循环系统：设置在系统的最高处，水箱下部接出的膨胀管连接在
11、循环水泵入口前的回水干管上。自然循环系统：水箱的膨胀管连接在供水总立管的最高处。,作用：（1）吸纳系统水温升高时热胀而多出的水量，补充系统水温降低和泄漏时短缺的水量；（2）稳定系统的压力。（3）排除系统中的空气,3.排气方式不同：机械循环系统中水流速较大，一般都超过水中分离出的空气泡的浮升速度，易将空气泡带入立管引起气塞。供水干管：沿水流设上升坡度（抬头走），坡度值不小于0.002，一般为0.003，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，集中到集气罐处排空气。回水干管：应采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003，以便集中泄水。,重力循环系
12、统：供水干管：沿水流设下降坡度（低头走），坡度值一般0.5%-1%，（水流速小于0.2m/s，空气气泡的浮升速度为0.1-0.2m/s,而在立管中约为0.25m/s，气水逆向流动，通过膨胀水箱排除空气)；散热器支管（1%-2%）；回水干管：向下坡向锅炉房（0.5%-1%），便于排水（停运和检修时）和排除空气,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：热负荷的确定：考虑风压热压的共同影响系统形式的确定：注意解决水静压力和垂直失调问题系统与室外热水网路的连接问题：由于静水压较高，需考虑散热器的承压能力和外网的压力状况（不仅要满足本系统最高点不倒空、不汽化，低层散热器不超压的要求，还
13、要考虑该高层建筑采暖系统连到集中热网后不会导致其它建筑物采暖散热器超压）目前国内高层建筑热水供暖系统，有如下几种型式。,Chap3 室内热水供暖系统,一、分层（区）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（区）式供暖系统。分层（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。1高区采用间接连接的系统 如图3-23，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水加热器隔绝式连接。室外热网在用户处提供的资用压力较大、供水温度较高时可采用高区间接连接的系统。,Chap3 室内热水供暖系
14、统,分层式热水供暖系统,Chap3 室内热水供暖系统,2高区采用双水箱或单水箱连接的系统,双水箱系统见图3-24，高区采用双水箱。在高区设两个水箱，用泵将供水注入供水箱，依靠供水箱与回水箱之间的水位高差(图中的h)作为高区采暖的循环动力。单水箱系统利用系统最高点的压力作为高区采暖的循环动力。两个水箱替代了热交换器起隔绝压力的作用。简化了入口设备，降低了系统造价。采用了开式水箱，易使空气进入系统，造成系统的腐蚀。,室外热网在用户处提供的资用压力较小、供水温度较低时可采用这种系统。,双水箱分层式热水供暖系统,单水箱分层式热水供暖系统,此外，还有不在高区设水箱，在供水总管上设加压泵，回水总管上安装减
15、压阀的分区式系统和高区采用下供上回式系统，回水总管上设“排气断流装置”代替水箱的分区式系统（图3-28）。,双线式系统有垂直式图3-25和水平式图3-26两种型式。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。,水平双线式单管热水供暖系统,二、双线式供暖系统,Chap3 室内热水供暖系统,垂直双线式热水供暖系统,Chap3 室内热水供暖系统,三、单、双管混合式系统 该系统中将散热器沿垂向分组，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
16、散热嚣超压的问题。,单双混合式系统,Chap3 室内热水供暖系统,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（图3-29）。对特高层建筑(例如全高大于160m的建筑)，最高层的水静压力已超过一般的管路附件和设备的承压能力(一般为1.6MPa)。可将建筑物沿竖向分区，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。,Chap3 室内热水供暖系统,特高层建筑供暖系统,Chap3 室内热水供暖系统,分户计量热水供暖系统,为什么要热计量?,分户热计量供暖系统
17、：是指以集中供热为前提，通过一定的供热调控和计量手段，实现用热量的按户计量与收费。,体现了“热”的商品特性；有利于节能；省钱,一、分户热计量方法,测量热用户从采暖系统中取用热量测量用户散热设备散出热量测量用户热负荷来计算计量用热量,如何实现热计量?,二、热计量设备,热量表：由流量计、温度传感器及积算仪组成。采用第一种方式计量,3-34,立式热量表,2.热分配表：有电子式和蒸发式两种，用第二种方式计量,1.垂直式系统既有系统改造时常用旧有系统在改造时采取一些措施(如单管顺流式系统加跨越管、散热器支管加恒温阀等)，起到节能和改善供暖效果。图3-25、3-26：,三、热计量的系统形式,2、水平式新建
18、建筑多采用,图中：1.温控阀 2.户内系统热力入口 3.散热器,旧有系统改造费用谁出？定价问题：基础热价+计量热价测量是否准确等问题集中供热系统配套设施、运行管理水平能否适应？,存在问题,http:/,推荐阅读：,一、管路布置 室内热水供暖系统管路布置合理与否，直接影响到系统造价和使用效果。应根据建筑物的具体条件（如建筑的外形、结构尺寸等），与外网连接的形式以及运行情况等因素来选择合理的布置方案,室内热水供暖系统管路布置和主要设备及附件,1.原则：运行安全有效、构造简单、省管材、经济、便于调节和排除空气。2.引入口的位置：原则：热负荷和管路长度对称，便于阻力损失平衡，一般设1个引入口，设在建筑
19、物中部。3.常见的环路划分方法：一般将供水干管的始端放置在朝北向一侧，而末端设在朝南向一侧。,（a）四个分支环路的异程式系统（b）两个分支环路的同程式系统,特点：系统南北分环，容易调节，各环的供回水干管管径较小，且左右环路压力损失容易平衡。但如果各环的作用半径过大，则容易出现水平失调。经验证明，每一环的立管数，以不超过68根为宜。同程式与异程式相比，中间增设了一条回水管和地沟，但两大分支环路的阻力容易平衡，故多被采用。,为了有效的排出系统内的空气，所有水平供水干管应具有不小于0.002的坡度（坡向根据重力循环或机械循环而定）。如因条件限制，机械循环系统的热水管道可无坡度敷设，但管中的水流速度不
20、得小于0.25m/s。,适用于小型系统或引入口的位置不易平分成对称热负荷的系统中。,二、主要设备及附件 1、膨胀水箱1)开式高位膨胀水箱构造 膨胀水箱有圆形和矩形两种型式，一般是由薄钢板焊接而成。主要接管：膨胀管、循环管、信号管、溢流管、排水管。除排水管设在箱底之外，其余各管都应设在管壁以防堵塞。膨胀管连接水箱与系统，供系统水进出之用。溢流管用于水箱充水或系统水量过多时溢流、排水之用，溢流管接到附近的排水设备上方。,信号管用来检查膨胀水箱是否存水。一般将信号管引到管理人员便于观察和操作的排水设备上方，信号管末端有关闭阀循环管用于使水箱内的水不冻结之用。排水管用于清扫膨胀水箱时，排除箱内污水用。
21、见图3-28,3-28,b.作用贮存热水供暖系统加热的膨胀水量。在重力循环系统中，还起着排气作用。恒定供暖系统的压力。,3-29,注意：膨胀管、溢流管和循环管上严禁安装阀门，以防误操作使系统超压、水溢出水箱或冻结。在不采暖房间的水箱应保温，减少无效热损失和防冻。,C.膨胀水箱容积的计算,膨胀水箱应吸纳和补偿温度变化最大时系统中的水容量。工程设计中常用下式计算水箱容积：,Vp膨胀水箱的有效容积（即由信号管到溢流管之间的容积），L；水的体积膨胀系数，=0.0006，L/C；Vc系统内的水容量，L；tmax考虑系统内水受热和冷却时水温的最大波动值，一般以20C水温算起。,2）闭式低位膨胀水箱,闭式低
22、位膨胀水箱又称为压力罐、气压罐、缓冲罐等。在闭式系统中起到容纳膨胀水量及补水定压的作用。有囊式和隔膜式两种。能自动补水、自动排气、自动泄水、自动过压保护 气压罐的选用应以系统补水量为主要参数选取，一般系统的补水量可取总容水量的4%,2、热水供暖系统排除空气的设备,集气罐：一般是用直径 100250mm 的短管制成，分为立式和卧式两种，如图3-30所示。顶部连接直径15mm的排气管，集气罐的安装如图3-31所示。立式贮气空间大，卧式用于系统管道上部高度较小的场所。,1）气体来源 水被加热时分离出空气来；系统停止运行时，空气会通过系统不严密处渗入系统；供暖期刚开始系统充水后系统内未排净的残留空气2
23、）排气设备种类,集气罐一般应设在系统末端的最高处，干管逆坡设置，水流与空气泡浮升方向一致，有利排气。当安装位置有困难，干管顺坡设置时，要适当放大干管管径，降低水流速度，使其流速不超过0.2m/s，小于气泡浮升速度，使气泡可逆流排出。在系统运行时，应定期打开集气罐排气阀门将空气排除。,可根据如下要求选择集气罐的尺寸：,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1.52倍；应使水在集气罐中的流速不超过0.05m/s。,机械循环上供下回式系统集气罐安装位置示意图1-卧式集气罐；2-立式集气罐；3-末端立管；4-DN15放气管,b.自动排气阀,自动排气阀分立式和卧式
24、两种。其原理都是利用水对浮体的浮力，通过杠杆机构传动，自动打开和关闭阀孔而达到排气的目的。它安装简便，体积小巧，且避免了人工操作管理的麻烦，在热水供暖系统中被广泛应用。自动排气阀常会因水中污物堵塞而失灵，需要拆下清洗或更换，因此，在排气阀前应设阀门。,C.冷风阀,冷风阀即手动放风阀，又称手动放气阀,适用于工作压力p600kPa，工作温度t130的热水或蒸汽供暖系统的散热器或管道上。多为铜制，冷风阀多用在水平式或下供下回式系统中。用于热水时，应装在散热器上部丝堵的顶端；用于低压蒸汽系统时，则应装在散热器下部1/3的位置上,3、散热器温控阀 散热器温控阀是一种自动控制进入散热器热媒流量的设备。它由
25、两部分组成，一部分为阀体部分，另一部分为感温元件控制部分。当室内温度高于给定的温度之时，感温元件受热，其顶杆就压缩阀杆，将阀口关小；进入散热器的水流量减小，室温下降。当室内温度下降到低于设定值时，感温元件开始收缩，其阀杆靠弹簧的作用，将阀杆抬起，阀孔开大，水流量增大，散热器散热量增加，室内温度开始升高，从而保证室温处在设定的温度值上。温控阀控温范围在1328之间，控温误差为1。,散热器温控阀,散热器温控阀具有恒定室温，节约热能等优点，但其阻力较大(阀门全开时，局部阻力系数可达18.0左右)温控调节阀按照连接方式分为两通型（直通型、角型）和三通型。其中两通型调节阀根据是否具备流通能力预设，还可分
26、为预设定型和非预设定型两种。根据温包位置不同有温包内置和温包外置两种形式,三通温控阀,4、热计量仪表,热量表由流量计、温度传感器和积分仪组成,3-34,立式热量表,流量计用于测量流经系统的体积流量，应用于热量表的流量计的形式主要有：机械流速式、文丘里管式、电磁式、超声波式流量计等,温度传感器用来测量供水温度和回水温度。积分仪根据流量计提供的流量与温度传感器的温度信号积算消耗的热量，并累计流量和显示其他相关参数。通常积算仪至少能够计算、显示和贮存如下数据：累计热量，累计流量，瞬时流量，功率，供水温度、回水温度和供回水温差，累计运行时间。,5、热分配表,蒸发式和电子式两种，对系统形式没有特殊要求，特别适于旧有采暖系统改造，但热量计量计算比较复杂,6、平衡阀,平衡阀与普通阀门的不同之处在于有开度指示、开度锁定装置、阀体上有两个测压小阀。平衡阀通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的阻力。,7、自力式控制阀,自力式控制阀是一种无需外来能源，依靠被调介质自身的压力、温度、流量变化自动调节的智能仪表，具有测量、执行、控制的综合功能。热水供暖系统中常用的自力式控制阀主要有：,自力式流量控制阀（定流量阀）,Chap3 室内热水供暖系统,自力式压差控制阀,自力式温度控制阀,
