热水采暖系统

（一）自然循环热水采暖系统

自然循环热水采暖系统由热源（锅炉）、散热器、供水管道、回水管道和膨胀水箱等组成。

图3-2所示为自然循环热水采暖系统工作原理。自然循环热水采暖系统工作前先充满冷水，当水在锅炉内被加热后，密度减小，同时受到从散热器流回来密度较大的回水的驱动，使热水沿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。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，按图3-2中箭头所示的方向循环流动。

自然循环热水采暖系统可分为双管上供下回式和单管上供下回式两种。

图3-2 自然循环热水采暖系统工作原理图

1—散热器；2—锅炉；3—供水管道；

4—回水管道；5—膨胀水箱

1.双管上供下回式

双管上供下回式采暖系统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。如果不考虑水在管道中的冷却，则进入各层散热器的水温相同，如图3-3所示。

图3-3 自然循环上供下回式热水采暖系统

上供下回式自然循环热水采暖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0.005～0.010；散热器支管的坡度一般取0.010。回水干管应有沿水流向锅炉方向下降的坡度。

2.单管上供下回式

单管系统的热水送入立管后以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。

单管系统的优点是系统简单，节省管材，造价低，安装方便，上下层房间的高度差异较小；其缺点是顺流式不能进行个体调节。

（二）机械循环热水采暖系统

自然循环热水采暖系统虽然维护管理简单，不需要耗费电能，但由于作用压力小，管中水流动速度不大，所以管径就相对要大一些，作用半径也受到限制（不宜超过50m）。如果系统作用半径较大，自然循环往往难以满足系统的工作要求，这时应采用机械循环热水采暖系统。机械循环热水采暖系统是由热水锅炉、供水管道、散热器、回水管道、循环水泵、膨胀水箱、排气装置、控制附件等组成，如图3-4所示。

图3-4 机械循环上供下回式热水采暖系统

1—锅炉；2—总立管；3—供水干管；4—供水立管；5—散热器；

6—回水立管；7—回水干管；8—水泵；9—膨胀水箱；10—集气罐

机械循环系统运行前，先打开给水管上的阀门，向系统内充水，此时系统内的空气从排气装置排出；系统充满水后，启动锅炉，水在锅炉中被加热后，沿总立管、供水干管、供水立管进入散热器，放热后沿回水干管由水泵送回锅炉。

机械循环热水采暖系统的水泵通常设于回水干管上，为系统中的热水循环提供动力。膨胀水箱设于系统的最高处，可容纳系统中多余的膨胀水和给系统定压，膨胀水箱的连接管连接在水泵的吸入口处，可以使整个系统均处于正压工作状态，避免系统中热水因汽化而影响其正常循环。为了顺利地排除系统中的空气，供水干管应按水流方向设有向上的坡度，并在供水干管的最高处设排气装置（集气罐）。

机械循环热水采暖系统的采暖方式有以下几种。

1.机械循环双管上供下回式

机械循环双管上供下回式热水采暖系统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，如图3-5所示。供水干管布置在所有散热器上方，回水干管在所有散热器下方。

图3-5 机械循环双管上供下回式热水采暖系统

1—膨胀水箱；2—采暖供水管；3—采暖回水管；4—热水锅炉

在这种系统中，水在系统内循环，主要依靠水泵所产生的压力，但同时也存在自然压力，它使流过上层散热器的热水多于实际需要量，而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.机械循环双管下供下回式

系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器下面，如图3-6所示。该系统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。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，以免为了冬季施工的需要，特别装置临时采暖设备。该系统的缺点是排除空气比较困难。

图3-6 机械循环双管下供下回式热水采暖系统

3.机械循环中供式

机械循环中供式热水采暖系统，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，如图3-7所示。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

机械循环下供上回式采暖系统，其供水干管设在所有散热设备的上面，回水干管设在所有散热器下面，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，所以又称为倒流式系统，如图3-8所示。

图3-7 机械循环中供式热水采暖系统

图3-8 机械循环下供上回式热水采暖系统

倒流式系统的优点是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，无须设置集中排气罐等排气装置。

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；当采用高温水采暖系统时，由于供水干管设在底层，因此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；供水干管在下部，回水干管在上部，无效热损失小。

倒流式采暖系统的缺点是散热器的放热系数比上供下回低，散热器的平均温度几乎等于散热器的出口温度，这样就增加了散热器的面积。但用高温水采暖时，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。

（三）异程式系统与同程式系统

1.异程式系统

热水在各环路所走路程不等的系统称为异程式系统（图3-9），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。异程式系统优点是造价低、投资少，其缺点是易出现近热远冷水平失调现象。

图3-9 异程式系统

2.同程式系统

同程式系统是通过各个立管的循环环路的总长度都相等，如图3-10所示。同程式系统的优点是供热效果较好，其缺点是工程初期投资较大，常用于较大的建筑中。

图3-10 同程式系统

1—膨胀水箱；2—采暖供水管；3—采暖回水管；4—热水锅炉

（四）高层建筑热水采暖系统

随着科技的发展与建筑高度的增加，采暖系统内的静水压力也增加，而散热设备、管材的承压能力是有限的，因此，建筑物高度超过50m时，应竖向分区供热，为减轻垂直失调，一个垂直管道采暖系统所供的楼层数不应大于12层。

1.分层式采暖系统

分层式采暖系统是在垂直方向上分成两个或两个以上相互独立的系统，如图3-11所示。该系统高度的划分取决于散热器、管材的承压能力及室外供热管网的压力。下层系统通常直接与室外管网连接，上层系统通过加热器与外网隔绝式连接。目前，高层建筑常用这种分层式采暖系统。

图3-11 分层式采暖系统

1—膨胀水箱；2—循环水泵；3—换热器

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。双线式采暖系统分为垂直双线系统和水平双线系统。

垂直双线式单管热水采暖系统由竖向的Ⅱ形单管式立管组成，其散热器常用蛇形管或辐射板式结构，如图3-12所示。其优点是各层散热器的平均温度基本相同，有利于避免系统垂直失调，对于高层建筑其优点明显。其缺点是立管的阻力小，易产生水平失调。

图3-12 垂直双线式单管热水采暖系统

1—供水干管；2—回水干管；3—双线立管；4—双线水平管；

5—散热器；6—节流孔板；7—截止阀；8—排水阀

图3-13所示为水平双线式热水采暖系统。图中虚线框表示出水平支管上设置于同一房间的散热器，与垂直双线系统类似。其优点是各房间散热器平均温度近似相同，减轻水平失调，在每层水平支线上设调节阀和节流孔板，实现分层调节和减轻垂直失调。

图3-13 水平双线式热水采暖系统

1—供水干管；2—回水干管；3—双线水平管；

4—散热设备；5—节流孔板；6—调节阀；7—截止阀

3.单双管混合式采暖系统

图3-14所示为单双管混合式系统。该系统中将散热器沿竖向分成组，每组为双管系统，组与组之间采用单管连接。其优点是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特征，减轻了双管系统层数多时重力作用压头（即自然压头）引起的垂直失调严重的倾向。其缺点是不能解决系统下部散热器超压的问题。

图3-14 单双管混合式采暖系统