系统的循环作用压力:

Δ p＝ p右－p左 ＝gh（ρh－ρg） （1.1）

式中 Δ p —— 自然循环系统的作用压力，Pa ；

g —— 重力加速度，m／s２；

h —— 加热中心至冷却中心的垂直距离，m ；

ρh—— 回水密度，kg／m３；

ρg—— 供水密度，kg／m３。

从式（1.1）中可以看出，自然循环作用压力的大小与供水、回水的密度差和锅炉中心与散热器中心的垂直距离有关。低温热水采暖系统，供回水温度一定（如95℃／70℃ ）时，为了提高系统的循环作用压力，应尽量增大锅炉与散热设备之间的垂直距离。但自然循环系统的作用压力都不大，作用半径一般不超过50m。自然循环采暖系统比较简单，不消耗电能，水的流速小，无噪声，运行和维护管理较为方便 。

1.1.2自然循环热水采暖系统的基本形式

图1.2所示是自然循环热水采暖系统的两种主要形式。上供下回式系统的供水干管敷设在所有散热器之上，回水干管敷设在所有散热器之下 。

在自然循环系统中，水的循环作用压力较小，流速较低，水平干管中水的流速小于0.2m／s ，而干管中空气泡的浮升速度为0.1～0.2m／s。立管中气泡的浮升速度约为0.25m／s ，一般超过了水的流动速度，因此空气能够逆水流方向向高处聚集，通过膨胀水箱排除 。

自然循环上供下回式热水采暖系统的供水干管应顺水流方向设下降坡度，坡度值为0.005～0.01。散热器支管也应沿水流方向设下降坡度，坡度值应不小于0.01，以便空气能逆水流方向上升，聚集到供水干管最高处设置的膨胀水箱后被排除 。

回水干管应有向锅炉方向下降的坡度，以便于系统停止运行或检修时能通过回水干管顺利泄水。当采暖系统很大时，需要的作用压力也大，选择自然循环系统就满足不了要求，这时应采用机械循环采暖系统。

图1.2 自然循环热水采暖系统

（a）双管上供下回式系统 ；（b）单管上供下回式系统

1—总立管；2—供水干管；3—供水立管；4—散热器供水支管；5— 散热器回水支管；6—回水立管 ；7—回水干管 ；8—膨胀水箱连接管 ；9—充水管（接上水管） ；10— 泄水管（接下水道） ；11— 止回阀

1.1.3 设计注意事项

（１）一般情况下，重力循环系统的作用半径不宜超过50m。

（２）通常宜采用上供下回式，锅炉位置应尽可能降低，以增大系统的作用压力。

如果锅炉中心与底层散热器中心的垂直距离较小时，宜采用单管上供下回式重力循环系统，而且最好是单管垂直串联系统。

（３）不论采用单管系统还是双管系统，重力循环的膨胀水箱应设置在系统供水总立管顶部（距供水干管顶标高300～500mm处)。供水干管与回水干管均应具有0.005～0.01的坡度，坡向膨胀水箱。连接散热器的支管，亦应根据支管的不同长度，具有0.01～0.02的坡度，以便使系统中的空气能集中到膨胀水箱而被排至大气。

课题2 机械循环热水采暖系统

1.2.1机械循环热水采暖系统的工作原理

机械循环热水采暖系统设置了循环水泵，靠泵的机械能使水在系统中强制循环。这虽然增加了运行管理费用和电耗，但系统循环作用压力大，管径较小，系统的供热范围广。图 1.3所示为机械循环上供下回式系统，系统中设置了循环水泵 、膨胀水箱 、集气罐和散热器等设备。

图 1.3 机械循环上供下回式系统

１—热水锅炉；２—散热器；３—膨胀水箱；４—供水管；５—回水管；６—集气罐；７—循环水泵

机械循环系统与自然循环系统的主要区别：

（１）循环动力不同。机械循环系统靠水泵提供动力，强制水在系统中循环流动。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。机械循环系统膨胀水箱设置在系统的最高处，水箱下部接出的膨胀管连接在循环水泵入口前的回水干管上。其作用除了容纳水受热膨胀而增加的体积外，还能恒定水泵入口压力，保证采暖系统压力稳定。

（３）排气方式不同。机械循环系统中水流速度较大，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。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方向设上升坡度，坡度宜采用0.003,不得小于0.002。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，集中到集气罐处排除。回水干管也应采用沿水流方向下降的坡度 ，坡度宜采用0.003 ，不得小于0.002，以便于泄水 。

1.2.2　 机械循环热水采暖系统的形式

（１）按供回水干管布置的方式分类

采暖工程中，按供回水干管布置的方式不同，热水采暖系统可分为图1.4所示的上供下回式、上供上回式、下供下回式和下供上回式系统。此外，还有中供式系统 。

① 上供下回式系统

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。如图1.4（ａ）所示 。

② 上供上回式系统

供、回水干管均位于系统最上面。采暖干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。这种系统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。如图1.4（ｂ）所示。

③ 下供下回式系统

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垂直失调（沿垂直方向各房间的室内温度偏离设计工况称为垂直失调）。上层散热器环路重力作用压头大，但管路亦长，阻力损失大 ，有利于水力平衡；顶棚下没有干管，比较美观；可以分层施工，分期投入使用。底层需要设管沟或有地下室以便于布置两根干管，要在顶层散热器上设放气阀或空气管排除空气。如图1.4（ｃ）所示。

④ 下供上回式系统 　

供水干管在系统最下面，回水干管在系统最上面。如果供水干管在一层地面明设时，其热量可加以利用，因而无效热损失小。与上供下回式相比，底层散热器平均温度升高，从而减少底层散热器面积，有利于解决某些建筑物中一层散热器面积过大而难以布置的问题。立管中水流方向与空气浮升方向一致，在四种系统形式中最有利于排气。当热媒为高温水时，底层散热器供水温度高，回水静压力也大，有利于防止水的汽化。如图1.4（ｄ）所示 。

⑤中供式系统

如图1.5所示，它是供水干管位于中问某楼层的系统形式。供水干管将系统垂直方向分为两部分，上半部分系统可为下供下回式系统(图1.5(a)的上半部分)或上供下回式系统(图1.5(b)的上半部分)，下半部分系统则为上供下回式系统。中供式系统可减轻垂直失调，但计算和调节都比较麻烦。

（２）按散热器的连接方式分类

按散热器的连接方式将热水采暖系统分为垂直式系统和水平式系统。垂直式采暖系统是指不同楼层的各散热器用垂直立管连接的系统，如图1.6（ａ）所示。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，如图1.6（ｂ）所示 。

图1.6　 垂直式与水平式采暖系统

（ａ）垂直式；（ｂ）水平式

1— 供水干管；2— 回水干管；3— 水平式系统供水立管；4— 水平式系统回水立管；5— 供水立管；6— 回水立管；7—水平支路管道；8— 散热器

水平式系统可用于公用建筑楼堂馆所等建筑物。用于住宅时便于设计成分户热计量的系统。设有膨胀水箱时，水箱的标高可以降低，便于分层控制和调节。用于公用建筑如水平管线过长时容易因胀缩引起漏水，因此要在散热器两侧设乙字弯，每隔几组散热器加乙字弯管补偿器或方形补偿器。水平顺流式系统中串联散热器组数不宜太多，可在散热器上设放气阀或多组散热器用串联空气管来排气，如图1.7所示 。

图1.7 　水平式系统的排气及热补偿措施

1—散热器；2—放气阀；3—空气管；4—方形补偿器；5—乙字弯管补偿器

（３）按连接散热器的管道数量分类

按连接相关散热器的管道数量将热水采暖系统分为单管系统与双管系统，如图1.8所示。

图1.8　单管系统与双管系统的基本组合体

（ａ）垂直单管；（ｂ）垂直双管；（ｃ）水平单管；（ｄ）水平双管

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，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。多个散热器与其关联管一起形成采暖系统的基本组合体。如所关联的散热器位于不同的楼层，则基本组合体形成垂直单管 ；如所关联的散热器位于同一楼层，则基本组合体形成水平单管。图1.8（ａ）表示垂直单管的基本组合体，其左边为单管顺流式，右边为单管跨越管式；图1.8（ｂ）为垂直双管基本组合体；图1.8（ｃ）为水平单管组合体,其上图为水平顺流式，下图为水平跨越管式；图1.8（ｄ ）为水平双管组合体。多个基本组合体形成系统 。

单管系统节省管材、造价低、施工进度快。顺流单管系统不能调节单个散热器的散热量，跨越管式单管系统采取多用管材（跨越管 ）、设置散热器支管阀门和增大散热器来达到散热量在一定程度上的可调性。单管系统的水力稳定性也比双管系统好，但采用上供下回式单管系统时，往往底层散热器较大，有时造成散热器布置困难。双管系统可单个调节散热器的散热量，但管材耗量大、施工麻烦、造价高，且易产生垂直失调 。

（４）按并联环路水的流程分类

按各并联环路水的流程，可将采暖系统划分为同程式系统与异程式系统。热媒沿各基本组合体流程相同的系统，即各环路管路总长度基本相等的系统称为同程式系统，如图1.9（ａ）所示。热媒沿各基本组合体流程不同的系统称为异程式系统，如图1.9（ｂ）所示 。

图1.9 　 同程式系统与异程式系统

（ａ）同程式系统;（ｂ）异程式系统

水力计算时，同程式系统各环路易于平衡，水力失调（沿水平方向各房间的室内温度偏离设计工况叫水平失调）较轻，布置管道合理时耗费管材不多。系统底层干管明设有困难时要置于管沟内。异程式系统节省管材、降低投资，但由于流动阻力不易平衡，常导致离热力入口附近立管的流量大于设计值、远处立管的流量小于设计值的现象，要力求从设计上采取措施解决远近环路的不平衡问题，如减小干管阻力、增大立支管路阻力或者在立支管路上采用性能好的调节阀等 。一般把从热力入口到最远基本组合体（图1.9中的基本组合体 ④）水平干管的展开长度称为采暖系统的作用半径。机械循环系统作用压力大，因此允许阻力损失大，系统的作用半径大。作用半径较大的系统宜采用同程式系统 。

1.2.3 设计注意事项

（１）机械循环系统作用半径大、适应面广、配管方式多,系统选择应根据卫生要求和建筑物形式等具体情况进行综合技术经济比较后确定。

（２）在系统较大时，宜采用同程式，以便于压力平衡，参见图1.9 。

（３）由于机械循环系统水流速度大，易将空气泡带入立管造成局部散热器不热，故水平敷设的供水干管必须保持与水流方向相反的坡度，以便空气能顺利地和水流同方向集中排除。

（４）管道内水的冷却而产生的作用压力一般可不予考虑，但散热器内水的冷却而产生的作用压力却不容忽视。一般应按下述情况考虑：对于双管系统，由于立管本身连接的各层散热器均为并联循环环路，故必须考虑各层不同的重力作用压力，以避免水力的竖向失调。重力循环的作用压力可按设计水温条件下最大压力的2／3计算。对于单管系统，若建筑物各部分层数不同，则各立管所产生的重力循环作用压力亦不相同，故该值也应按最大值的2／3计算；当建筑物各部分层数相同，且各立管的热负荷相近似时，重力循环作用压力可不予考虑。

（５）在单管水平串联系统中，设计时应考虑水平管道热胀补偿的措施。此外，串联环路的大小一般以串联管管径不大于ＤＮ32mm为原则 。

1.2.4　高层建筑热水采暖系统

高层建筑楼层多，采暖系统底层散热器承受的压力加大，采暖系统的高度增加，更容易产生垂直失调。在确定高层建筑热水采暖系统与集中热网相连的系统形式时，不仅要满足本系统最高点不倒空、不汽化，底层散热器不超压的要求，还要考虑该高层建筑采暖系统连到集中热网后 ，不会导致其他建筑物采暖散热器超压。高层建筑采暖系统的形式还应有利于减轻垂直失调。在遵照上述原则下，高层建筑热水采暖系统可采取多种形式。

（１）分区式高层建筑热水采暖系统

分区式高层建筑热水采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，即将系统分为高、低区或高、中、低区，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。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垂直失调的问题。低区部分可与集中热网直接或问接连接，高区部分可根据外网的压力选择下述形式。

① 高区采用间接连接的系统

高区采暖系统与热网间接连接的分区式采暖系统如图1.10所示，向高区供热的换热站可设在该建筑物的底层、地下室或中间技术层内，还可设在室外的集中热力站内。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。

图1.10 　高层建筑分区式采暖系统（高区间接连接 ）

１ — 换热器 ；２ — 循环水泵 ；３ — 膨胀水箱

② 高区采用双水箱或单水箱的系统

高区采用双水箱或单水箱的系统如图1.11所示，在高区设两个水箱，用泵１将供水注入供水箱３，依靠供水箱３与回水箱２之间的水位差（图1.11（ａ）中的ｈ）或利用系统最高点的压力（图 1.11（ｂ））作为高区采暖的循环动力。系统停止运行时，利用水泵出口止回阀使高区与外网供水管断开，高区高静水压力传递不到底层散热器及外网的其他用户。由于回水竖管６的管内水高度取决于外网回水管的压力大小，回水箱高度超过了用户所在外网回水管的压力。竖管６上部为非满管流，起到了将系统高区与外网分离的作用。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。该系统简单，省去了设置换热站的费用。但建筑物高区要有放置水箱的地方，建筑结构要承受其载荷，水箱为开式，系统容易进空气，增大了氧化腐蚀的可能。

图2.11 　高区双水箱或单水箱高层建筑热水采暖系统

（ａ）高区双水箱；（ｂ）高区单水箱

１—加压水泵；２—回水箱；３—进水箱；４—供水箱溢流管；５—信号管；６—回水箱溢流管

此外，还有不在高区设水箱，在供水总管上设加压泵，回水总管上安装减压阀的分区式系统；也有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。

（２）双线式采暖系统

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器超压的问题，可分为垂直双线系统和水平双线系统，如图1.12所示 。

①垂直双线热水采暖系统

图1.12（ａ）所示为垂直双线热水采暖系统，图中虚线框表示出立管设置于同一楼层一个房间中的散热器，按热媒流动方向每一个立管由上升和下降两部分构成。各层散热器的平均温度近似相同，减轻了垂直失调。立管阻力增加，提高了系统的水力稳定性。这种系统适用于公用建筑一个房间设置两组散热器或两块辐射板的情形。

图2.12 　双线式热水采暖系统

（ａ）垂直双线系统；（ｂ）水平双线系统

1— 供水干管；1— 回水干管；3— 双线立管；4— 双线水平管；5— 散热设备；6— 节流孔板；7— 调节阀；8— 截止阀；9— 排水阀

② 水平双线热水采暖系统

图1.12（ｂ）所示为水平双线热水采暖系统，图中虚线框表示出水平支管设置于同一房间的散热器，与垂直双线系统类似。各房间散热器平均温度近似相同，减轻了水平失调。在每层水平支线上设调节阀７和节流孔板６，实现分层调节和减轻垂直失调。

（３）单双管混合式系统

图1.13所示为单双管混合式系统，该系统中将散热器沿垂直方向分成组，每组为双管系统，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可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垂直失调严重的倾向，但不能解决系统下部散热器超压的问题。

（４）热水和蒸汽混合式系统

对于特高层建筑（如高度大于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），可将建筑物沿垂直方向分成若干个区，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，低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。该系统如图1.14所示，图中低区采用间接连接。这种系统既可解决系统下部散热器超压的问题，又可减轻垂直失调。

图2.13 　 单双管混合式系统

图2.14 　 特高层建筑热水采暖系统

1— 膨胀水箱；2—循环水泵；3—汽唱水换热器 ；4— 水唱水换热器

课题3 热水采暖系统管道布置和敷设

1.3.1 管道布置的基本原则

管道布置的基本原则是使系统构造简单，节省管材，各个并联环路压力损失易于平衡，便于调节热媒流量、排气、泄水，便于系统安装和检修，以提高系统使用质量，改善系统运行功能 ，保证系统正常工作。

布置热水采暖系统管道时，必须考虑建筑物的具体条件（如平面形状和构造尺寸等）、系统连接形式、管道水力计算方法、室外管道位置或运行等情况，恰当地确定散热设备的位置、管道的位置和走向、支架的布置、伸缩器和阀门的设置、排气和泄水措施等。

设计热水采暖系统时一般先布置散热设备，然后布置干管，再布置立支管。对于系统各个组成部分的布置，既要逐一进行，又要全面考虑，即布置散热设备时要考虑到干管、立支管、膨胀水箱、排气装置、泄水装置、伸缩器、阀门和支架等的布置，布置干管和立支管时也要考虑到散热设备等附件的布置。

1.3.2环路划分

为了合理地分配热量，便于运行控制、调节和维修，应根据实际需要把整个采暖系统划分为若干个分支环路，构成几个相对独立的小系统。划分时，尽量使热量分配均衡，各并联环路阻力易于平衡，便于控制和调节系统。条件许可时，建筑物采暖系统南北向房间宜分环设置。

下面是几种常见的环路划分方法 。

图1.15　无分支环路的同程式系统

图1.16 两个分支环路的异程式系统

图1.15 所示为无分支环路的同程式系统，它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；图1.16所示为两个分支环路的异程式系统；图1.17所示为两个分支环路的同程式系统。与异程式相比，同程式中间增设了一条回水管和地沟，两大分支环路的阻力容易平衡，故多被采用。

图2.17　 两个分支环路的同程式系统

1.3.3 　管路敷设要求

室内采暖管道有明装和暗装两种方式。一般民用建筑与工业区规划厂房宜明装，在装饰要求较高的建筑中用暗装。敷设时应考虑：

（1）上供下回式系统的顶层梁下和窗顶之间的距离应满足供水干管的坡度（图 1.18）和集气罐的设置要求。集气罐应尽量设在有排水设施的房间，以便于排气 。

图1.18 　在楼板下方敷设的管道应保证一定的坡度

回水干管如果敷设在地面上，底层散热器下部和地面之间的距离也应满足回水干管敷设坡度的要求。如果地面上不允许敷设或净空高度不够时，应设在半通行地沟或不通行地沟内。

供 、回水干管的敷设坡度应满足《暖通空调规范》的要求。

（2）管路敷设时应尽量避免出现局部向上凹凸现象，以免形成气塞。在局部高点处应考虑设置排气装置，局部最低点处应考虑设置排水阀。

（3）回水干管过门时，如果下部设过门地沟或上部设空气管，应设置泄水和排空装置。具体做法如图1.19和图1.20所示。

两种做法中均设置了一段反坡向的管道，目的是为了顺利排除系统中的空气。

（4）立管应尽量设置在外墙角处，以补偿该处过多的热损失，防止该处结露。楼梯问或其他有冻结危险的场所应单独设置立管，该立管上各组散热器的支管均不得安装阀门。

（5）室内采暖系统的供一个阀门，立管的上、下端应各设一个阀门，以便于检修时关闭。

热水采暖系统热力入口处的供、回水总管上应设置温度计、压力表和除污器，必要时还应装设热量表。

图1.19 回水干管下部过门 图1.20 回水干管上部过门

（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，应沿水流方向设下降的坡度，如图1.21所示，坡度不得小于0.01。

（7）穿过建筑物基础、变形缝的采暖管道，以及埋设在建筑结构里的立管，应采取防止由于建筑物下沉而损坏管道的措施。

图1.21 　散热器支管的坡向

当采暖管道必须穿过防火墙时，在管道穿过处应采取防火封堵措施，并在管道穿过处采取固定措施，使管道可向墙的两侧伸缩。采暖管道穿过隔墙和楼板时，宜装设套管。采暖管道不得同输送蒸汽燃点低于或等于120℃的可燃液体或可燃、腐蚀性气体的管道在同一条管沟内平行或交叉敷设。

（8）采暖管道在管沟或沿墙、柱、楼板敷设时，应根据设计、施工与验收规范的要求，每隔一定间距设置管卡或支、吊架。为了消除管道受热变形产生的热应力，应尽量利用管道上的自然转角进行热伸长的补偿，管线很长时应设补偿器，适当位置设固定支架。

热水采暖供、回水管道固定与补偿应符合下列要求：

①干管管道的固定点应保证管道分支接点由管道胀缩引起的最大位移不大于40ｍｍ，连接散热器的立管应保证管道分支接点由管道胀缩引起的最大位移不大于20ｍｍ。

②计算管道膨胀量取用的管道安装温度应考虑冬季安装环境温度，宜取－5～0℃。

③ 室内采暖系统供、回水干管环管布置应为管道自然补偿创造条件。没有自然补偿条件的系统宜采用波纹管补偿器，补偿器设置位置及导向支架设置应符合产品技术要求。

④ 采暖系统主立管应按要求设置固定支架，必要时应设置补偿器，宜采用波纹管补偿器。

⑤ 垂直双管系统散热器立管、垂直单管系统中带闭合管或直管段较长的散热器立管应按要求设置固定支架，必要时应设置补偿器，宜采用波纹管补偿器。

⑥ 管径大于或等于ＤＮ50mm 的管道固定支架应进行支架推力计算，并验算支架强度。

立管固定支架荷载力计算应考虑管道膨胀推力和管道及管内水的重力荷载。采用自然补偿的管段应进行管道强度校核计算。

⑦ 采暖管道多采用水、煤气钢管，可采用螺纹连接、焊接或法兰连接。管道应按施工与验收规范要求进行防腐处理。敷设在管沟、技术夹层、闷顶、管道竖井或易冻结地方的管道应采取保温措施。

⑧ 采暖系统供水、供汽干管的末端和回水干管始端的管径不宜小于20ｍ，低压蒸汽的供汽干管可适当放大。

⑨ 室内采暖管道与电气、燃气管道间距应符合表2.1的规定。

表1.1 　室内采暖管道与电气、燃气管道最小净距（mm）

室内采暖管道一般应避免设置于管沟内。当必须设置在管沟时，应符合下列要求 ：

①宜采用半通行管沟，管沟净高应不低于1.2ｍ，通道净宽应不小于0.6ｍ。支管连接处或有其他管道穿越处通道净高宜大于0.5ｍ 。

② 管沟应设置通风孔，通风孔间距不大于20ｍ 。

③ 应设置检修人孔，人孔间距不大于30ｍ，管沟总长度大于20ｍ时人孔数不少于2个。

检修阀处应设置人孔。人孔不应设置在人流主要通道上、重要房间、浴室、厕所和住宅户内，必要时可将管沟延伸至室外设人孔。

④ 管沟不得与电缆沟、通风道相通。

课题4 分户热计量采暖系统

【知识目标】

１.掌握分户热计量采暖系统的负荷计算方法；

２.了解常见的热计量装置的构造；

３.掌握适合分户热计量的各种系统形式；

４.掌握散热器的布置原则及适合分户热计量系统的各种管材。

【能力目标】

１.能够正确进行分户热计量采暖系统的负荷计算、散热器的布置；

２.能够进行住宅分户热计量采暖系统形式的确定；

３.能够正确进行分户热计量采暖系统各种管材的选用。

分户热计量是指以住宅建筑的户（套）为单位，计量集中供暖热用户实际消耗热量的供暖方式。《民用建筑节能管理规定》和《中华人民共和国节约能源法》规定:新建居住建筑的集中采暖系统应当使用双管系统。”

因而，分户热计量通过对用户进行公平收费，实现供热市场化、商品化，能够有效实现建筑节能。同时，分户热计量通过温控阀等措施可为用户提供调节控制手段，用户可以根据自己的需要调节室温、控制采暖量，提高了建筑的热舒适度，改善了热网供热质量 。

集中供热按户计量的主导方式是采用热量表和热量分配表计量，而采用热量表或热量分配表按户进行计量对采暖系统形式的要求却大不相同。无论采用哪种计量方法，对采暖系统的要求都要既能满足计量需要，又应具有调控室内温度的功能。

1.4.1适合热量表的采暖系统

热量表是根据测量采暖系统入户的流量和供、回水温度来计算热量的，因此，分户计量要求采暖系统在设计时每一户要单独布置成一个环路。只要满足这一要求，对于户内的系统采用何种形式，则可由设计人员根据实际情况确定。对于多层和高层住宅建筑来说，若想每一户自成一个环路，系统首先应具有与各户环路连接的供、回水立管，然后户内可根据情况设计成双管水平串联、单管水平跨越式、双管水平并联式、上供下回式、上供上回式或地板辐射采暖等系统形式 。

（1）下分式双管系统如图1.22所示。

（2）下分式单管跨越式系统如图1.23所示。

图1.22 下分式双管系统示意图 图1.23 下分式单管跨越系统示意图

（ａ）双管异程式系统；（ｂ）双管同程式系统

1—温控阀 ；2—户内热力入口；3—散热器 1—温控阀；2—户内热力入口；3—散热器

上述两种下分式系统的供、回水水平支管均位于本层散热器下。根据具体情况，管道可采取明装方式，即沿踢脚板敷设，亦可采取暗敷方式。暗敷时常用以下两种方法：① 暗敷在本层地面下沟槽内或垫层内；② 镶嵌在踢脚板内 。

采用暗敷方式时，需注意不同管材的连接方式。不同塑料管材应采取不同的连接方式 。

对于PB管和PPR管，根据管材特点，除分支管连接件外，垫层内不宜设其他管件，且埋入垫层内的管件应与管道同材质，可采用热熔连接的方式；而对于PEX 管和XPAP管，不能采用热熔连接的方式，而且垫层内不应有任何管件和接头，水平管与散热器分支管连接时，只能在垫层外用铜制管件连接。

（3）上分式双管系统如图1.24所示。

（4）上分式单管跨越式系统如图1.25所示。

图1.24　上分式双管系统示意图 图1.25　上分式单管跨越系统示意图

（ａ）双管异程式系统；（ｂ）双管同程式系统

1—温控阀 ；2—户内热力入口；3—散热器 1—温控阀；2—户内热力入口；3—散热器

从水力学意义上讲，户内形式为双管系统和单管跨越式系统时均可实现分室控温的功能，即每组散热器散热量可调。但是从变流量特性角度分析，户内系统采用双管形式要优于单管跨越式系统。主要体现在以下两个方面：

① 双管系统具有良好的变流量特性，即户内系统的瞬时流量总是等于各组散热器瞬时流量之和，系统变流量程度为100％；而对于单管跨越式系统，即使每组散热器流量均为零时，户内系统仍有一定的流量，而且旁通流量还很大。

② 双管系统中散热器具有较好的调节特性，进入双管系统中散热器的流量明显小于进入单管跨越式系统中散热器的流量，相对而言，更接近或处于散热器调节敏感区。

（５）章鱼式双管异程式系统如图1.26所示 。

（６）地板辐射采暖如图1.27所示 。

图1.26章鱼式双管异程式系统示意图 图1.27地板辐射采暖系统示意图

1—温控阀 ；2—户内热力入口；3—散热器 1—温控阀；2—集、分水器；3—户内热力入口

地板辐射采暖系统供、回水方式为双管系统，因此，只需在各户的分水器前安装热量表即可实现按户计量，如在每个房间支环路上增设恒温阀便可实现分室控温。但是，考虑到地板辐射采暖系统的特点，其构造层的热惰性很大，个体调节流量后达到稳定的时间较长。因此，设置分户的温控装置宜慎重。

1.4.2适合热分配表的采暖系统

目前我国绝大多数采暖住宅（多层或高层）普遍采用下行下给的单管或混合单双管热水采暖系统，每户都有几根采暖立管分别通过房间，不可能在该户各房间中的散热器与立管连接处设置热量表，这样不仅造成系统过于复杂，而且费用昂贵。对于这类传统的采暖系统，则宜在各组散热器上设置分配表，结合设于楼口的热量总表的总用热量数据，就可以得出各组散热器的散热分配量。热分配表的方式在每户自成系统的新建工程中不宜采用，但对采暖系统为上下贯通形式的旧有建筑，用热量分配表配合总管热量表是一种可行的计量方式，在西欧已使用多年，而且近些年东欧各国供热改革也成功地采用了此种计量方式。

其使用方法是：在每个散热器上安装热分配表，测量计算每个住户用热比例，通过总表来计算热量；在每个采暖季结束后，由工作人员来读表，根据计算，求得实际耗热量。

（1）垂直式单管系统

改原有顺流式单管系统为带跨越管、温控阀的可调节系统，这是旧系统改造最容易而可行的一种方式。一般有两种形式：一种是加两通温控阀(图1.28)，另一种是加三通温控阀(图1.29)。这两种形式已分别在北京、天津、烟台、哈尔滨等地进行了试点，都取得了明显的节能效果，同时也改善了垂直失调的现象。

图1.28 加两通温控阀的垂直单管系统 图1.29加三通温控阀的垂直单管系统

（2）垂直式双管系统

由于双管系统存在着垂直重力失调现象，往往只应用于４层及以下采暖系统。在每组散热器入口处安装温控阀（图1.30）不仅可使系统具有可调性，而且增大了末端阻力。温控阀一般推荐的压降约为10kPa，而每米高差的“自然作用压力”只有约160Pa（供、回水温度为95℃／70℃），相对温控阀而言非常小。所以，对于设有温控阀的双管系统，楼层数对系统水力工况影响很小 。

总的来说，靠安装于散热器上的热分配表和建筑入口的热量表进行分摊供热量的计量，其计算方法复杂，同时热分配表的应用推广还需要结合国内的散热器进行测试试验，该工作需由专门的检测机构进行配套检测，试验的工作量很大。由于热分配表读数并不是反映实际用热量，所以实际应用上会出现当年与往年同样的刻度而所交付费用却不同的现象，引起收费的混乱。热分配表的最大优势是，对于大量现有传统形式的单管采暖系统，可以仅在各组散热器前增加跨越管和温控阀，即可采用热量分配表实行供热计量。对于新建系统推广按户分环，必须采用户型热量表。而电子式热分配表适用于任何形式的采暖系统，其价格可能是制约因素之一。

图1.30 加温控阀的双管系统

1.4.3共用立管和户内管道

根据工程实践，共用主立管的形式可以采用上供下回同程式、上供上回异程式、下供下回异程式和下供下回同程式，如图所示。

图1.31　 主立管系统形式示意图

（ａ）上供下回同程式系统；（ｂ）上供上回异程式系统；（ｃ）下供下回异程式系统；（ｄ）下供下回同程式系统

众所周知，双管系统的最大缺点是垂直失调问题。因此，从垂直失调角度来判断上述四种系统形式的优劣，即在不额外设置阻力平衡元件的情况下，寻求易于克服重力水头影响，能实现较好水力平衡的系统。

从定性的角度分析，楼层越高重力作用附加压头越大。下供下回异程式系统上层环路长，刚好对上层较大的重力作用压头起一个抵消作用，而下层重力作用压头小，下层较短的环路所需克服的阻力亦小。因此，可以得出结论：在同等条件下，下供下回异程式双管系统在水力平衡方面优于其他三种形式。

课题5　 辐射采暖系统

1.5.1　 辐射采暖的定义

散热器采暖是多年来建筑物内常见的一种采暖形式。随着社会经济不断向前发展，人们生活水平的不断提高，新材料、新技术日益推广应用，这种传统采暖形式的弊端日益突出，如舒适性差、能耗大、耗钢材多、不便于按热计量、不便于分户分室控温等。而辐射采暖便是克服这些弊端的更好方式。散热器主要是靠对流方式向室内散热，对流散热量占总散热量的50％以上。而辐射采暖是利用建筑物内部顶棚、墙面、地面或其他表面进行供暖的系统。辐射采暖系统主要靠辐射散热方式向房间供应热量，其辐射散热量占总散热量的50％以上。

1.5.2　 辐射采暖的特点

辐射采暖是一种卫生条件和舒适标准都比较高的供暖形式。与对流采暖相比，辐射采暖具有以下特点 ：

（1）对流采暖系统中，人体的冷热感觉主要取决于室内空气温度的高低。而辐射采暖时，人或物体受到辐射照度和环境温度的综合作用，人体感受的实感温度可比室内实际环境温度高2～3℃，即在具有相同舒适感的前提下,辐射采暖的室内空气温度可比对流采暖时低2～3℃。

（2）从人体的舒适感方面看，在保持人体散热总量不变的情况下，适当地减少人体的辐射散热量，增加一些对流散热量，人会感到更舒适。辐射采暖时人体和物体直接接受辐射热，减少了人体向外界的辐射散热量。而辐射采暖的室内空气温度又比对流采暖时低，正好可以增加人体的对流散热量，因此，辐射采暖对人体具有最佳的舒适感。

（3）辐射采暖时沿房间高度方向上温度分布均匀，温度梯度小，房间的无效损失减小，而且室温降低的结果可以减少能源消耗。

（４）辐射采暖不需要在室内布置散热器，少占室内的有效空间，也便于布置家具。

（５）减少了对流散热量，室内空气的流动速度也降低了，避免室内尘土的飞扬，有利于改善卫生条件。

（６）辐射采暖比对流采暖的初投资高。

1.5.3　 辐射采暖的分类

按照不同的分类标准，辐射采暖的形式比较多，如表1.2所示。

表1.2　辐射采暖系统分类

1.5.3.1　 低温辐射采暖

低温辐射采暖的主要形式有金属顶棚式，顶棚、地面或墙面埋管式，空气加热地面形式，以及电热顶棚式和电热墙式等，其中低温热水地板辐射采暖近几年得到了广泛的应用。低温辐射采暖比较适合于民用建筑与公共建筑中考虑安装散热器会影响建筑物协调和美观的场合。

低温热水地板辐射采暖是指在冬季以温度不超过60℃、系统工作压力不大于0.8MPa的低温热水为热媒 ，通过分水器与埋设在建筑物内楼板构造层的加热管进行不间断的热水循环，热量由地板辐射向室内空间散热，以达到取暖的目的。地板辐射采暖热源广泛，对集中供热热源采用二次水交换，也可单设独立热源（如燃油燃气锅炉、分户壁挂炉等），还可采用其他供回水、余热水、地热水等作为热源。

低温热水地板辐射采暖是辐射采暖形式中应用最广泛、设计安装技术最成熟的形式，它具有舒适、卫生、不占面积、高效节能、热稳定性能好、使用寿命长、运行费用低等优点，有逐渐取代散热器采暖的趋势 。

1.5.3.2　 中温辐射采暖

中温辐射采暖通常利用钢制辐射板散热。根据钢制辐射板长度的不同，可分成块状辐射板和带状辐射板两种形式。带状辐射板是将单块的块状辐射板按长度方向串联而成，通常沿房屋长度方向布置，长度可达数十米，水平吊挂在屋顶或屋架下弦的下部。带状辐射板适用于大空间建筑，其排管较长，加工安装没有块状辐射板方便，而且其排管的膨胀性、排气及凝结水的排除问题等较难解决。如果在钢制辐射板的背面加保温层，可以减少背面的散热损失，让热量集中在板前辐射出去，这种辐射板称为单面辐射板。其背面方向的散热量大约只占板面总散热量的10％。如果钢制辐射板背面不加保温层，就成为双面辐射板。双面辐射板的散热量可比同样的单面辐射板增加30％左右。

钢制辐射板的特点是采用薄钢板，钢板厚度一般为0.5～1.0mm，加热管通常为水煤气钢管，管径有 DN15mm、DN20mm和DN25mm，主要应用在高大的生产厂房和一些大空间的民用建筑中（如商场、展览厅、车站等），也可用于公共建筑的局部区域或局部工作地点采暖。

1.5.3.3　 高温辐射采暖

高温辐射采暖按能源类型的不同可分为电红外线辐射采暖和燃气红外线辐射采暖。

电红外线辐射采暖设备中应用较多的是石英管或石英灯辐射器。石英管红外线辐射器的辐射温度可达 990℃，其中辐射热占总散热量的78％。

燃气红外线辐射采暖系统由一个或多个独立的真空系统组成，每个真空系统包括一台真空泵、控制系统、一定数量的发生器和热交换器。系统的热交换器由100mm直径的钢管连接成的管路及覆盖在其上方的高效铝合金反射板构成，该系统采用天然气、液化石油气或煤气等气体作热源，经发生器燃烧后，加热发生器中的空气，形成800~900℃的高温，借助于离心风机或真空泵的作用，将加热后的空气及燃烧后的产物输送到辐射管内，加热辐射管产生远红外线，向外传递热量。

燃气红外线辐射采暖适用于燃气丰富而价廉的地方，它具有构造简单、辐射强度高、外形尺寸小、操作简单等优点，适用于大空间建筑的采暖。如果条件允许，可用于工业厂房或一些局部工作点的采暖，是一种应用较广泛、效果较好的采暖形式，但使用时应注意防火、防爆和通风换气。

1.5.4　 低温热水地板辐射采暖系统

1..5.4.1 低温热水地板辐射采暖的加热管

敷设于地面填充层内的加热管，应根据耐热年限、热媒温度和工作压力、系统水质、材料供应条件、施工技术和投资费用等因素来选择管材。目前国内用于低温热水地板辐射采暖的管材中，主要有交联铝塑复合管（PAP、XPAP）、聚丁烯管（PB）、交联聚乙烯管（PEX）、无规则共聚聚丙烯管（PPR）。

对于低温热水地板辐射采暖管材的要求有以下几个方面：

（1）加热管管材生产企业应向设计、安装和建设单位提交下列文件：

① 国家授权机构提供的有效期内的符合相关标准要求的检验报告；

② 产品合格证；

③ 有特殊要求的管材，厂家应提供相应说明书。

（2）低温热水系统的加热管应根据其工作温度、工作压力、使用寿命、施工和环保性能等因素，经综合考虑和技术经济比较后确定。

（3）塑料管或铝塑复合管的公称外径、壁厚与偏差见表1.3，加热管质量必须符合国家现行标准中的各项规定。

表1.3　 塑料管或铝塑复合管的公称外径、壁厚与偏差（mm）

（4）加热管外壁标识应按相关管材标准执行，有阻氧层的加热管宜注明。与其他采暖系统共用同一集中热源的热水系统，且其他采暖系统采用钢制散热器等易腐蚀构件时，塑料管宜有阻氧层或在热水系统中添加除氧剂。

（5）加热管的内外表面应光滑、平整、干净，不应有可能影响产品性能的明显划痕、凹陷、气泡等缺陷。

（6）铜制金属连接件与管材之间的连接结构形式宜为卡套式或卡压式夹紧结构。连接件的物理力学性能测试应采用管道系统适用性试验的方法，管道系统适用性试验条件及要求应符合管材国家现行标准的规定。

总的来说，所有根据国家现行管材标准生产的合格产品，不仅都有完善的测试数据和质量控制标准 ，而且都已经过实践检验，可以放心地用做加热管。设计选材时，应结合工程的具体情况确定。同时，随着人们环保意识的增强，在选择管材时，应考虑管材是否能被回收利用的问题，以防止对环境造成新的污染。

铜管也是一种适用于低温热水地板辐射采暖系统的加热管材，具有导热系数高、阻氧性能好、易于弯曲且符合绿色环保要求等特点，正逐渐为人们所接受。

1.5.4.2 低温热水地板辐射采暖系统的管路系统

住宅建筑中按户划分系统，可以方便地实现按户热计量，各主要房间分环路布置加热管，便于实现分室控制温度。限制每个环路的加热管长度不超过120ｍ和要求各环路加热管的长度接近相等，以有利于水力平衡。对可自动控温的系统，各环路管长可有较大差异。对于壁挂炉系统，加热管长度应根据壁挂炉循环水泵的扬程经计算确定。

加热管采取不同布置形式时，会导致地面温度分布不相同。布管时，应本着保证地面温度均匀的原则进行，将高温管段优先布置于外窗、外墙侧，使室内温度分布尽可能均匀。加热管的布置形式很多，通常有图1.32、图1.33和图1.34所示的几种形式。

图1.32 直列形 图1.33回转形 图1.34往复形

地面散热量的计算建立在加热管间距均匀布置的基础上，实际上房间的热损失主要发生在与室外空气邻接的部位，如外墙、外窗、外门等处。为了使室内温度分布尽可能均匀，在靠近外窗、外墙等区域，管间距可以适当地缩小 ，而在其他区域则可以将管间距适当放大。但是，为了使地面温度分布不会有过大的差异，最大间距不宜超过300mm。

加热管的敷设是无坡度的。根据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019第4.4.8条的规定，热水管道无坡度敷设时，管内的水流速度不得小于0.25ｍ/ｓ。地暖管中水流速度也应达到这个要求，其目的是使水流能把空气裹携带走，不让它浮升积聚。

小　结

本单元主要介绍了自然循环热水采暖系统的原理与形式，机械循环热水采暖系统的原理与形式，适合分户热计量的系统形式、辐射采暖系统等知识。

通过学习，使学生了解自然循环和机械循环热水采暖系统工作原理，掌握自然循环和机械循环热水采暖系统的基本形式。掌握适合分户热计量的系统形式、辐射采暖系统等知识，重点是机械循环热水采暖、分户热计量系统、辐射采暖系统等知识。

可通过参观和课程设计进行学习，增加感性认识和实际工作能力。

思考题与习题:

1.1 什么是自然循环采暖系统？什么是机械循环采暖系统？

1.2 简述自然循环采暖系统、机械循环采暖系统的工作原理。试比较两者的不同之处。

1.3 自然循环单管采暖系统、双管采暖系统的循环作用压力如何计算？

1.4 单管系统和双管系统的形式各有什么特点？

1.5 常见的白然循环采暖系统、机械循环采暖系统形式有哪些?各有什么特点?

1.6 什么是同程式采暖系统和异程式采暖系统?

1.7 什么是垂直失调和水平失调?为何产生垂直失调和水平失调?

1.8 分户热计量采暖方式有什么特点？为什么要进行住宅采暖的分户热计量？

1.9 常见的分户热计量的系统形式有哪几种？有什么区别？

1.10 适应分户热计量的管材通常有哪几种？如何选用？

1.11 什么叫辐射采暖方式?辐射采暖与对流采暖相比有哪些优缺点?

1.12 常见的辐射采暖有哪儿种形式?各适应于什么建筑?

1.13 低温热水地板辐射采暖系统常用的管材有哪儿种?它们的性能有什么区别?

1.14 热水辐射采暖系统加热管的布置通常有哪儿种形式?

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