《热水供暖系统》课件

热水供暖系统热水供暖系统是现代建筑环境控制的核心技术之一，以热水作为传热介质，通过管网输送和散热设备将热量传递到室内空间本课件将全面介绍热水供暖系统的基本原理、系统分类、设计方法、运行维护以及节能优化等关键技术内容，为建筑环境与能源应用工程专业学生和从业人员提供系统性的理论知识和实践指导热水供暖系统具有温度适宜、热稳定性好、易于调节控制等优点，是目前应用最为广泛的供暖方式随着节能环保要求的提高和智能化技术的发展，热水供暖系统正朝着更加高效、智能、绿色的方向发展课程目录1热水供暖系统基础知识2系统类型与分类方法系统定义、发展历史、基本原理、热负荷计算和热舒适度按循环动力、供回水方式、管道敷设方式和热媒温度等不理论等基础理论知识同标准进行系统分类3系统组成部分详解4设计与布置原则热源设备、输配系统、末端散热设备和控制设备等各组成水力计算、热力计算、管网布置和设备选型等设计要点和部分的技术特点技术要求5调试与运行维护6节能与优化措施系统调试步骤、运行管理和常见故障分析处理等运维技术节能设计技术、控制优化方法和可再生能源利用等先进技术第一部分热水供暖系统基础知识理论基础系统认知计算方法掌握传热学基本原理、热力学定律和理解热水供暖系统的基本概念、发展学习热负荷计算方法和热舒适度评价流体力学基础，建立供暖系统分析的历程和技术特点，形成系统性认识标准，为系统设计提供理论依据理论框架热水供暖系统定义工作原理应用范围技术特点利用℃热水作广泛应用于住宅、办公具有供暖舒适、温度调60-95为热媒，通过管网循环楼、学校、医院等民用节灵活、系统稳定性好、输送热量到各供暖房间，建筑和部分工业建筑的便于分户计量等显著优实现室内温度控制冬季供暖点环保优势相比蒸汽供暖，热损失小，运行安全可靠，便于实现节能减排和清洁能源利用供暖系统发展历史古代采暖公元前世纪古罗马发明火地暖系统，中国古代炕床技术，利用烟道1传热原理实现室内采暖蒸汽时代世纪工业革命后蒸汽供暖系统兴起，世纪在欧美国家大型建筑1819中得到广泛应用热水普及世纪初热水供暖技术成熟，因其安全性和舒适性优势逐步取代蒸20汽供暖成为主流智能控制世纪数字化技术融入供暖系统，实现智能调节、远程监控和节能21优化控制热水供暖基本原理传导传热对流传热固体材料内部分子振动传递热量，如管流体运动携带热量传递，包括强制对流壁传热和散热器金属导热过程和自然对流两种形式循环原理辐射传热热水密度差或循环泵作用下形成闭式循电磁波形式传递热量，不需要传热介质，环，实现热量连续输送和系统热平衡地板辐射供暖主要利用此原理供暖系统热负荷计算基础耗热量根据建筑围护结构传热系数、面积和室内外温差计算各房间基础耗热量，包括墙体、屋面、地面、门窗等部分传热损失空气渗透耗热量考虑门窗缝隙、不严密处冷空气渗入造成的热损失，按换气次数或缝隙长度计算渗透风量及其耗热量附加耗热量朝向修正、风力附加、间歇供暖附加等因素造成的额外热损失，一般按基础耗热量的百分比计算设计热负荷各项耗热量之和即为房间设计热负荷，是散热器选型和系统设计的重要依据热舒适度理论指标体系温度梯度与舒适性PMV-PPD预测平均投票值（）和预测不满意百分比（）是国际垂直温度梯度对人体舒适度有重要影响，脚部温度应高于头部温PMV PPD标准化组织制定的热舒适度评价指标值在到之度℃地板辐射供暖系统温度分布符合人体生理需求，头PMV-

0.5+

0.52-3间时，小于，表示大多数人感到热舒适凉脚暖的温度场分布提高了热舒适度PPD10%该指标体系综合考虑了空气温度、相对湿度、空气流速、平均辐不同供暖方式下室内温度分布差异显著，影响人体热感觉和舒适射温度、人体代谢率和服装热阻等六个影响因素度评价第二部分系统类型与分类方法分类标准多维度分类体系技术特征不同类型技术特点适用范围工程应用选择依据按循环动力分类自然循环系统机械循环系统利用热水密度差产生的浮力作为循环动力，系统简单可靠，无需采用循环泵提供循环动力，克服管网阻力实现热水循环系统灵外加动力设备适用于小型低层建筑，但循环动力小，输送距离活性高，输送距离远，调节控制方便，是现代建筑供暖的主要形有限式无运行费用输送能力强••运行可靠性高调节控制灵活••系统调节性能差适应性强••建筑高度受限需要电力消耗••重力循环热水供暖系统密度差原理热水密度小于冷水，形成重力循环动力小型建筑应用适用于层住宅或小型公建2-3系统局限性循环动力小，调节困难，管径大重力循环系统的循环动力取决于系统的循环高度和供回水温差循环压头计算公式为₁₂₁₂，其中Δp=ρgh-ρgh=ghρ-ρ₁为回水密度，₂为供水密度，为循环高度由于循环动力有限，系统最大循环半径一般不超过米，建筑高度不宜超过层ρρh503机械循环热水供暖系统循环泵驱动适用范围广控制灵活利用循环泵克服管网阻适用于各种规模建筑，可实现变流量调节、分力，提供强制循环动力，从单体住宅到大型建筑区控制、定压控制等多实现远距离热水输送和群，高度可达几十层，种运行模式，系统响应精确流量控制服务半径可达数公里速度快，调节精度高经济效益虽有电耗成本，但系统效率高，管径小，投资省，运行维护方便，综合经济性优良按供回水方式分类单管系统双管系统供回水通过同一根立管连接，散热器串联在立管上分为顺流式设置独立的供水管和回水管，散热器并联连接可采用上供下回、和逆流式两种连接方式顺流式供回水方向一致，逆流式供回水下供上回、中供式等多种形式方向相反双管系统各散热器进水温度相同，温度分布均匀，调节性能好，单管系统造价低，施工简便，但温度分布不均匀，调节困难，一是高品质建筑的首选方案般用于要求不高的建筑单管系统详解结构特点散热器通过跨越管串联在立管上，部分热水流经散热器，其余热水继续向下流动温度特性沿程温度逐渐降低，上层散热器进水温度高，下层温度低，温差可达℃10-15经济优势管材用量少，施工简单，初投资低，适用于经济性要求高的项目技术局限水力失调严重，分层控制困难，系统调节性能差，难以实现按需供热双管系统详解水力平衡温度均匀各散热器并联连接，通过管网优化设计各层散热器进水温度基本相同，室内温和调节阀门实现水力平衡，流量分配均度分布均匀，热舒适性好匀运行经济调节灵活系统效率高，可按需供热，虽初投资较可实现分层、分房间温度控制，支持分高但运行费用低，生命周期成本优户计量，适应个性化需求按管道敷设方式分类垂直式系统水平式系统混合式系统立管垂直布置，水平支管较短适用主要管道水平敷设，通常沿楼板或地垂直和水平布置相结合，根据建筑特于多层和高层建筑，便于分层控制和面布置便于分户控制和计量，适合点和使用要求灵活选择，实现系统优维护管理分户供暖化垂直式供暖系统立管布置立管沿建筑竖井或墙面垂直敷设，穿越各层楼板，形成垂直输送主干道，便于集中管理和维护支管连接各层水平支管从立管引出，长度较短，减少水力损失，支管可沿墙面或楼板敷设压力分布系统静压按高度变化，需考虑静压对系统运行的影响，高层建筑需设置减压措施应用特点适用于多层高层建筑，便于分层控制，但分户计量困难，投资相对较低水平式供暖系统分户独立每户设独立环路，便于分户控制计量方便易于安装分户热计量装置维护简便户内管道维护不影响其他用户水力平衡需重视楼层间水力平衡调节水平式系统的主要优势在于实现分户控制和计量，符合供热体制改革要求每户可根据需要调节室温，实现按需用热但系统管道较长，需要在楼板或地面敷设分户管道，对建筑结构要求较高按热媒温度分类℃115高温热水适用于大型集中供暖系统，输送距离远，但安全要求高℃95中温热水传统供暖系统标准温度，应用最为广泛℃70低温热水舒适性好，便于利用低品位热源和可再生能源℃40超低温热水专用于地板辐射供暖，热舒适度高，节能效果显著低温热水地板辐射供暖系统温度特性系统构造供水温度℃，回水温度℃，由保温层、反射膜、加热管、填充层和地面35-4530-35地面表面温度控制在℃之间装饰层组成完整的辐射供暖结构24-28舒适体验节能优势符合人体生理特点，无风感，无噪音，空气辐射传热效率高，室内温度分布合理，可降洁净度高，舒适性最佳低室温℃，节能率2-315-20%分户供暖系统系统组成技术优势分户供暖系统由户用热源（壁挂炉）、户内管网、散热设备和控分户供暖实现了供热的个性化和精细化管理，用户可根据实际需制装置组成每户独立运行，自主控制供暖时间和温度要灵活调节，避免了集中供暖的统一性限制燃气壁挂炉按需供热，节能明显••户内管道系统分户计量，费用透明••温控器安装灵活，不受热网限制••安全保护装置维护简便，责任明确••中央空调系统与热水供暖集成风机盘管系统热水通过风机盘管实现热风送风供暖，结合新风系统保证室内空气品质，适用于高档建筑热泵技术应用水源热泵、地源热泵等技术在供暖系统中的应用，提高能源利用效率，实现绿色供暖智能控制集成统一的楼宇自控系统同时管理供暖和空调，实现最优化运行和能耗控制第三部分系统组成部分详解系统集成各部件协调运行设备选型关键设备技术参数组成要素热源、输配、末端、控制热源部分锅炉房设计锅炉房应满足安全、环保、经济、维护等要求需考虑设备布置、通风排烟、给排水、电气控制等系统设计热交换站一次热网与二次热网间的能量转换枢纽，包括换热器、循环泵、补水装置、控制系统等关键设备新型热源热泵、太阳能、地热能、生物质能等可再生能源在供暖系统中的应用日益广泛容量确定根据建筑热负荷、同时使用系数、管网损失等因素确定热源设备容量和备用系数锅炉类型与选择燃气锅炉电锅炉与热泵冷凝式燃气锅炉通过回收烟气中水蒸气潜热，热效率可达电锅炉直接利用电能加热，清洁无污染但运行成本高热泵技术95%以上非冷凝式锅炉结构简单，投资较低，热效率一般为能效比高，可利用空气、土壤、水等低品位热源88-92%电锅炉维护简单，控制精确•清洁环保，污染物排放少•空气源热泵适应性强•自动化程度高，操作简便•地源热泵效率稳定•启停迅速，调节灵活•水源热泵效率最高•热力站设计热交换设备循环系统控制系统板式换热器传热一次侧循环泵克温度控制、压力效率高，管壳式服一次管网阻力，控制、流量控制换热器适用于大二次侧循环泵为等自动控制系统温差工况，选型用户侧提供循环确保热力站安全需考虑传热量、动力，需要合理高效运行阻力损失和经济匹配流量和扬程性安全保障安全阀、爆破片、超温超压保护等安全装置防止设备损坏和人身伤害输配系统管网布置原则管材选择管道走向应简洁合理，避免不必要的弯曲和起伏，便于施根据温度、压力、介质特性和经济性选择合适管材，常用工、运行和维护钢管、塑料管、复合管等保温措施水力平衡管道保温减少热损失，提高系统效率，保温材料应具备导通过管径优化设计和调节阀门实现各支路水力平衡，保证热系数小、耐温性好等特点系统正常运行管材与管件钢管系统塑料与复合管普通钢管价格低廉，强度高，但易腐蚀需防腐处理无缝钢管质管耐温性好，适用于热水系统，热熔连接可靠管PP-R PE-X量好，适用于高压系统螺纹连接简便，焊接连接强度高柔韧性好，适用于地暖系统铝塑复合管兼具金属和塑料优点镀锌钢管耐腐蚀性好，但不宜用于热水系统不锈钢管耐腐蚀性能优异，但成本较高，多用于高档建筑管耐温性能最好，柔韧性佳，但价格较高管材选择需综合PB考虑温度、压力、使用寿命和经济性等因素循环泵选型参数计算变频技术根据系统流量和扬程要求选择循环泵，变频调速技术实现流量连续调节，适应流量按热负荷和供回水温差计算，扬程负荷变化，显著降低能耗，提高系统运按管网阻力确定行效率节能控制并联备用按需调节泵的运行台数和转速，避免大重要系统应设置备用泵，并联运行时注流量小温差运行，提高输送效率意流量分配，确保系统运行可靠性膨胀系统与定压设备闭式膨胀罐现代供暖系统常用闭式膨胀罐，由气囊和水室组成，利用气体压缩性补偿水的热膨胀，计算容积需考虑系统水容量和温度变化范围开式膨胀水箱传统开式系统使用膨胀水箱，设置在系统最高点，起到膨胀补偿、定压、排气、补水等作用，但易产生腐蚀和污染定压方式定压点一般选在循环泵吸入口，定压值应保证系统最高点不汽化，最低点不超压，一般为静压+30-50kPa系统充水排气系统充水应缓慢进行，同时开启排气阀排除空气，充水压力应达到定压值，确保系统正常运行末端散热设备散热器类型散热原理铸铁散热器热稳定性好，散热器通过对流和辐射两种方式•耐腐蚀向室内传热，对流散热约占，70%辐射散热约占散热量与散钢制散热器散热效率高，30%•热器表面积、传热系数和温差成外形美观正比铝制散热器导热好，重量•轻铜铝复合导热快，耐腐蚀•安装要求散热器应安装在外墙窗下，利用冷空气下沉形成对流循环安装高度距地面，距墙面，确保空气流通100-150mm30-50mm地板辐射供暖构造结构层次由下至上结构楼板、保温层、反射膜、加热管、填充层（豆石混凝土）、地面装饰层管材布置采用、或管，管间距，供回水管呈PE-X PE-RT PB150-300mm回字形或螺旋形均匀布置保温设计保温层厚度，边界保温条厚度，有效减少向20-50mm10-20mm下和侧向的热损失面层选择瓷砖、石材导热性好，实木地板需选择专用地暖地板，地毯会影响散热效果热计量与控制设备温度控制器调节阀门计量装置室内温控器感测室热力入口设置平衡分户热计量表测量温变化，控制电动阀和调节阀，散热耗热量，配合温控阀开度调节流量，器配置温控阀，实装置实现按用热量维持设定温度，分现系统和末端的流收费，促进节能意为机械式和电子式量调节控制识两种智能控制物联网技术实现远程监控，手机APP控制，数据分析优化，提升用户体验和管理效率第四部分设计与布置原则计算理论掌握水力热力计算方法设计流程规范化设计程序步骤技术要求满足相关标准规范供暖系统设计流程热负荷计算根据建筑围护结构参数、室内外设计温度、朝向修正等因素计算各房间设计热负荷，确定系统总热负荷系统方案确定根据建筑特点、使用要求、投资预算等因素选择合适的系统形式和热源方案管网布置设计确定管道走向、敷设方式，进行管径计算，绘制系统图和平面布置图设备选型配置选择热源设备、循环泵、散热器等主要设备，确定规格型号和技术参数水力计算方法基本计算理论平衡调节方法管道摩阻损失按达西公式计算，其中水力平衡是系统正常运行的关键，设计时应控制各环路压力损失Δp=λL/Dρv²/2λ为摩阻系数，与雷诺数和管壁粗糙度相关局部阻力损失差异在以内可通过管径优化、调节阀门设置等方式实现Δp=15%，为局部阻力系数ζρv²/2ζ管径选择需控制流速在经济流速范围内，一般主干管比例法平衡调试是常用方法，按各支路设计流量比例调节阀门开

0.8-，支管，既保证经济性又避免噪声度，使实际流量分配接近设计值

1.5m/s

0.5-

0.8m/s热力计算方法1散热器选择计算根据房间热负荷和散热器单位散热量确定散热器片数或面积，考虑连接方式、安装位置等修正系数供回水温度确定常用℃、℃、℃等温度制度，温差越大输送能耗95/7085/6075/50越低，但散热器造价增加系统效率优化通过降低供水温度、增大温差、改善水力平衡等措施提高系统热效率，降低运行能耗4热平衡验算校核各房间散热量与热负荷匹配情况，确保室内温度满足舒适性要求管网布置技术要求排气排水热补偿措施系统高点设置排气阀，低点设直管段超过应设置补偿器，20m置泄水阀，确保系统正常运行避免热应力损坏管道和支架坡度设置和维护支架设置水平管道应有合理设置固定支架和滑动支架，

0.002-

0.005的坡度，便于排气排水，坡向控制管道热位移，保证系统安应与水流方向一致或相反全运行设备间布置原则空间布局要求设备基础设计设备间应有足够的操作和检修空动设备需设置减振基础，基础应间，主要通道宽度不小于，高出地面，防止

1.5m100-200mm设备间净高不低于，大型设积水重型设备基础需进行承载3m备需预留吊装孔力验算管道连接布置主要管道应沿墙或梁下敷设，避免跨越通道阀门应设置在便于操作的位置，重要阀门应有明显标识第五部分调试与运行维护运行管理规范化运维程序调试验收系统性能测试验证基础准备安装完成质量检查系统调试步骤冲洗与水压试验用清水冲洗管网，排除杂质和空气，然后进行倍工作压力的水压试验，保

1.5压小时无泄漏24热态水力平衡系统正常运行后测试各支路流量和温度，调节平衡阀开度实现设计流量分配温控参数设定3调整各控制器参数，测试自动控制功能，确保温度控制精度满足要求性能功能测试测试系统启停时间、温度响应速度、节能效果等关键性能指标水力平衡调试方法流量测试使用超声波流量计或平衡阀自带流量计测量各支路实际流量，与设计流量对比分析偏差情况比例法调节按各支路设计流量比例关小过大支路的调节阀，逐步调整至各支路流量比例接近设计值压差法平衡测量各节点压差，通过调节平衡阀开度使各并联环路压力损失基本相等，实现流量平衡温度验证调试完成后测试各房间温度分布，检验水力平衡效果，必要时进行微调系统运行管理启停操作程序运行监测管理系统启动前检查设备状态，按先启动辅助设备再启动主设备的顺建立运行记录制度，每日记录供回水温度、压力、流量等关键参序操作停机时先停主设备，延时停辅助设备，避免水温骤降数设置报警系统，及时发现异常情况定期检查设备运行状态，包括循环泵振动噪声、阀门密封性、仪季节性启停时需要缓慢升降温，避免温度冲击损坏设备初次启表准确性等，发现问题及时处理动前应充分排气，确保系统循环正常常见故障分析与排除水力不平衡温控失效噪声振动表现为各房间温度不均，温控器故障、电动阀卡循环泵气蚀、管道水击、原因包括设计计算偏差、阻、传感器位置不当等支架共振等引起噪声，施工安装问题、调试不导致温度控制不准，需需检查泵入口压力、消到位等，需重新调试平检查控制回路和设备状除空气、加强固定衡阀态泄漏腐蚀管道接头松动、密封失效、电化学腐蚀等造成泄漏，需定期检查维护，使用缓蚀剂第六部分节能与优化措施设计节能智能控制采用低温热水、变流量系统等先进技术利用自动控制技术实现系统优化运行降低系统能耗可再生能源余热利用太阳能、地热能等清洁能源应用回收废热提高能源利用效率。