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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，用以满足一个建筑群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70kPa）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=155.98Pa。

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。

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。

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。

图7-9机械回水低压蒸汽供暖系统示意图

1-宁水箱；

2-凝水泵；

3-止回阀；

4-空气管；

5-疏水器；

6-锅炉

2.低压蒸汽供暖系统

低压蒸汽供暖系统根据回水方式不同，分为重力回水系统和机械回水系统两类。

机械回水系统。

图7-9为机械回水低压蒸汽供暖系统示意图。

机械回水锅炉可不安装在底层散热器以下，只需将凝结水箱安装在低于底层散热器和凝结水管的位置，系统中的空气通过凝结水箱顶部的空气管排出。

注意凝结水管内汽、水呈逆向流动，尤其是在初期运行时凝结水很多，容易产生水击，噪声也大。

为了减轻水击现象，需要减小流速，增大立管管径，但又浪费了管材。

7.1.4热风采暖系统

以空气作为热媒的供暖称为热风供暖。

1.暖风机

暖风机是热风供暖的主要设备，它是由风机、电动机、空气加热器、吸风口和送风口等组成的通风供暖联合机组。

按风机的种类不同，可分为轴流式暖风机和离心式暖风机，如图7-10和图7-11所示。

2.热风采暖与热风幕

热风采暖与热风幕的热媒系统一般应独立设置。

如果必须与采暖系统合用时，应有可靠的水力平衡措施。

（1）热风采暖热风采暖的热媒宜用高于或等于90℃的热水或0.1～0.3MPa的蒸汽。

采用蒸汽时，每台机组应独立设置阀门和疏水器。

（2）热风幕民用建筑的热风幕可采用电加热或温度低于或等于90℃的热水。

下列场所宜用热风幕：

①建筑物出人频繁的无门斗的出人口内侧；

②两侧温度、湿度或洁净度相差较大，且有人员频繁出人的通道。

热风幕送风参数应符合下列要求：

①送风温度：

一般外门不宜高于50℃，高大外门不得高于70℃。

②送风速度：

公共建筑外门不宜大于6m/s，工业建筑外门不宜大于8m/s，高大外门不得大于25m/s。

7.1.5辐射采暖系统

辐射采暖是一种利用建筑内部的顶面、墙面、地面进行采暖的系统，是一种卫生条件好、舒适、标准较高的采暖方式。

与散热器采暖相比，其优点有：

舒适感最佳，人和物体直接受到热辐射，室内地面、墙面和物体表面温度高，减少了人对外界的热辐射，所以会感觉舒适；

无散热器，不占用建筑面积，便于家具布置；

温度分布均匀，温度梯度小，无效热损失少；

在同等舒适条件下，辐射采暖房间的设计温度可比散热器采暖降低2～30C，高温辐射时可以降低5～10℃，故节约采暖能耗。

1．辐射采暖的分类

按板面温度分为低温辐射、中温辐射和高温辐射三种。

低温辐射板面温度低于80℃；

中温辐射板面温度为80～120℃；

高温辐射板面温度为300～500℃。

按辐射板构造分为埋管式和组合式两种。

埋管式是以直径15～32mm的塑料管或发热电缆埋置于建筑地面构成辐射表面；

组合式是利用金属板焊接以金属管组成辐射板。

按辐射板位置不同分为顶面式和地面式。

顶面式是以顶棚作为辐射采暖面，辐射热可达70％左右；

地面式是以地面作为辐射采暖面，辐射热约占55%。

2．辐射采暖的形式

辐射采暖的形式主要有五种，其应用范围和特点如表7-1所示。

表7-1辐射采暖的形式

序号

形式

应用范围与特点

1

低温热水地板辐射采暖

技术成熟，适用于民用、公共建筑，如住宅应用较多

2

发热电缆地面辐射采暖

应用不多

3

顶棚电热膜辐射采暖

可用于民用、公共建筑中

4

热水吊顶辐射采暖

适用于工业建筑

5

燃气红外线采暖

对高大空间的厂房和室外局部供暖是一种较好的的采暖方式

图7-12地热采暖平面布置示意图

3．低温热水地面辐射采暖

（1）系统组成

在住宅建筑中，地板辐射采暖的加热管一般应按户划分独立的系统，并设置集配装置，如分水器和集水器，再按房间配置加热盘管，一般不同房间或住宅各主要房间宜分别设置加热盘管与集配装置相连。

图7-12为采暖平面布置示意图。

对于其他建筑，可根据具体情况划分系统。

一般每组加热盘管的总长度不宜大于120m，盘管阻力不宜超过30kPa，住宅加热盘管间距不宜大于300mm。

加热盘管在布置时应保证地板表面温度均匀。

一般宜将加热盘管设在外窗或外墙侧，使室内温度分布尽可能均匀，其布置形式有多种，常见的形式如图7-13所示。

加热盘管安装如图7-14所示，图中基础层为地板，保温层控制传热方向，豆石混凝土层为结构层，用于固定加热盘管和均衡表面温度。

各加热盘管供、回水管应分别与集水器和分水器连接，每套集（分）水器连接的加热盘管不宜超过8组，且连接在同一集（分）水器上的长度、管径等应基本相等。

集（分）水器的安装如图7-15所示。

分水器的总进水管上应安装球阀、过滤器等；

在集水器总出水管上应设有平衡阀、球阀等；

各组盘管与集（分）水器连接处应设球阀，分水器顶部应设手动或自动排气阀。

（2）管材

加热盘管有钢管、铜管和塑料管。

常用的塑料管有耐热聚乙烯（PE-RT）管、交联聚乙烯（PE-X）管、聚丁烯（PB）管、交联铝塑复合（XPAP）管和无规共聚聚丙烯（PP-R）管，其共同的优点是耐老化、耐腐蚀、不结垢、承压高、无环境污染和沿程阻力小等。

（3）有关技术措施和施工安装要求

①加热盘管及其覆盖层与外墙、楼板结构层间应设绝热层。

②覆盖层厚度不宜小于50mm，并应设伸缩缝，肋管穿过伸缩缝时宜设长度不小于100mm的柔性套管。

③绝热层设在土壤上时应先做防潮层，在潮湿房间内加热管覆盖层上应做防水层。

④热水温度不应高于60℃，民用建筑供水温度宜为35～50℃。

⑤系统工作压力不应大于0.8MPa，否则应采取相应的措施。

当建筑物高度超过50m时，宜竖向分区。

⑥加热盘管宜在环境温度高于5℃条件下施工。

⑦加热盘管伸出地面时，穿过地面构造层部分和裸露部分应设硬质套管；

在混凝土填充层内的加热管上不得设可拆卸接头；

盘管固定点间距：

直管段小于或等于lm时宜为500～700mrn，弯曲管段小于0.35m时宜为200～300mm。

⑧细石混凝土填充层强度不宜低于C15，应掺人防龟裂添加剂；

应有膨胀补偿措施：

面积大于或等于30m2，每隔5～6m应设5～10mm宽的伸缩缝；

与墙、柱等交接处应设5～10mm宽的伸缩缝；

缝内应填充弹性膨胀材料。

浇捣棍凝土时，盘管应保持大于或等于0.4MPa的静压，养护48h后再卸压。

图7-16高层建筑分区式采暖系统

1-换热器；

2-循环水泵；

3-膨胀水箱

⑨调试与试运行：

初始加热时，热水温度应平缓。

供水温度应控制在比环境温度高10℃左右，但不应高于32℃，并应连续运行48h，随后每隔24h水温升高3℃，直到设计水温，并对与分水器、集水器相连的盘管进行调节，直到符合设计要求。

7.1.6高层建筑供暖

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。

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，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间题。

高区采暖系统与热网间接连接的分区式采暖系统，如图7-16所示，向高区供热的换热站可设在该建筑物的底层、地下室及中间技术层内，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。

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。

7.2供暖热负荷

7.2.1热负荷的基本知识

冬季，由于室外温度的降低，房间的热量会通过各种途径不断地散失掉。

这部分散失掉的热量称作房屋耗热量。

为了维持房间所要求的温度，必须在房间安装散热设备来补偿房间的耗热量，供暖系统所担负补偿供给室内的这部分热量就是供暖系统热负荷。

房屋耗热的途径

（l）通过围护结构传向室外的热量Q1：

图7-17传热过程

建筑围护结构是指门、窗、墙、地板、屋面这些建筑围挡物。

有温差就有传热，冬季由于室内外温度不同，室内的热量通过对流、辐射、导热的方式，经围护结构传向室外。

这部分传热量用Q1来表示，其传热过程如图7-17所示。

（2）冷空气渗入耗热量Q2：

冬季，在室外风力的作用下，冷空气会通过门窗缝隙渗入室内。

将这部分渗入室内的冷空气加热到室内温度所消耗的热量叫作冷空气渗入耗热量，用Q2来表示。

（3）外门冷风侵入耗热量Q3：

计算外门的传热量时是按照关闭状态进行的，而实际建筑外门是经常开启的。

当外门开启时，在风力和热压的作用下，会有大量的冷空气拥入室内，将这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量，用Q3来表示。

由以上分析得知，供暖系统热负荷就等于房间的总耗热量。

即：

Q=Ql+Q2+Q3

7.2.2围护结构的耗热量计算

建筑围护结构耗热量Q1可分为基本耗热量和附加耗热量两部分。

1．基本耗热量

建筑围护结构的传热计算是建立在稳定传热基础上的，其传热量为：

Q=K·

F·

（tn－tw）·

a（7—2）

式中Q——建筑物各部分围护结构的基本耗热量（W）；

K——建筑物各部分围护结构的传热系数（W/m2·

0C）；

tn——冬季室内供暖计算温度（0C）；

tw——冬季室外供暖计算温度（0C）;

F——围护结构传热面积（m2）;

A——围护结构的温差修正系数。

为了正确地计算围护结构的传热量，下面将公式中各项逐一介绍。

（1）室内供暖计算温度tn：

tn是供暖必须保证的室内温度，它是指房间距地面1.5～2m之内，人活动区的空气平均温度，在计算中如何确定，主要取决于建筑物的性质与用途。

常用的民用及公共建筑以

及工业辅助建筑的室内供暖计算温度见暖通设计规范

（2）室外供暖计算温度tw：

由公式Q=K·

a可以看出，通过围护结构的传热量是与室内外温度差成正比的，而室外温度又是时刻变化着的，计算供暖热负荷时，必须要取一个有代表性的温度，这一温度就称作室外供暖计算温度。

目前，我国《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ—87）规定采用历年平均每年不保证五天的日平均温度作为冬季室外供暖计算温度。

（3）温差修正系数a:

在计算某一围护结构的耗热量时，如果它的外侧不是室外，而是一些不供暖的房间或空间，由于冷房间的温度难以确定，仍用tw来代替，这时对温差Δt要乘以一个根据经验而决定的修正系数a（a＜1）。

供暖房间与相邻房间的温差大于5℃时，应计算相邻结构的传热量。

（4）围护结构的传热系数K值

外墙、屋面以及门窗都属于多层或单层平壁，其传热在整个传热面上是均匀的，其传热系数的确定可利用传热系数公式计算或查有关的传热系数表

地板的传热与以上结构不同，靠近室外的地面由于热流经过的路程短，热阻小，而距外墙较远的地面，其热阻大，传热系数就小，所以地板的传热系数与其距外墙的距离有关。

一般可将地面沿外墙平行向里划分地带，每两米宽为一地带，共划分四个地带。

各地带传热系数为：

第一地带Kl=0.47w/m2·

0C；

第二地带K2=0.23w/m2·

第三地带K3=0.12w/m2·

；

第四地带K4=0.07w/m2·

0C。

上述为非保温地板的传热系数值。

地板分保温地板与非保温地板两种。

当地板各层材料的总导热系数λ＜1.16w/m2·

0C时，即为保温地板，由于加了保温材料，保温地板的传热系数比非保温地板的要小。

（5）围护结构的传热面积F

围护结构的传热面积要根据建筑图纸所给尺寸进行计算，原则就是要计算完整。

一般门窗以最小洞口尺寸计算，外墙、地板、屋面是以轴线或内外表面尺寸计算。

2.附加耗热量

附加耗热量又叫修正耗热量，是对基本耗热量的修正。

一般按基本耗热量乘以一个百分率进行计算。

其中包括朝向附加、风力附加和高度附加。

（1）朝向附加：

围护结构朝向不同，所获得太阳辐射热不同，获得热量的结构由于外表面比较干燥，传热减小。

实测知南向比北向结构多得太阳辐射热占总耗热量的15％～30％。

实际上朝向修正是对围护结构传热的修正，不同朝向的修正率规范中作如下规定：

北、东北、西北0％～10%

东、西－5%

东南、西南－10％～－15%

南－15％～－30%

朝向附加，要在垂直围护结构的基本耗热量上进行修正。

（2）风力附加：

考虑到冬季室外风速的变化对围护结构外表面放热系数aw的影响，而导致传热系数K和传热量的变化。

《规范》规定：

建造在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区特别高的建筑物，予以风力附加，其附加方法是在垂直外围护结构基本耗热量上附加5％～10%。

（3）高度附加：

当房间高度较大时，由于对流作用使热空气上升而工作地点温度不能保证，所以高度附加实际是对tn的修正。

当房间高度大于4m时，每增高1m附加2%,但总的附加率不大于15％。

楼梯间不进行高度附加。

高度附加应附加在外围护结构的基本耗热量和其他附加耗热量之上。

7.2.3加热进入室内冷空气所需要的热量

1．冷风渗入耗热量Q2

供暖房间的门、窗缝隙不采取封闭措施时，冷空气会通过门窗缝隙渗人室内。

由于门窗缝隙的宽度、门窗的朝向以及室外风速、风向的不同，由门窗缝隙进人室内的冷空气量很难准确计算。

对于多层和高层民用建筑及生产辅助建筑物，加热由门窗缝隙渗人室内的冷空气耗热量可按下式计算：

Q=a·

CP·

L·

l·

ρw·

m（7—3）

式中Q——由门窗缝隙进人室内的冷空气耗热量（W）;

CP——空气的定压比热容（1kJ/kg·

0C）;

A——单位换算系数