采暖系统分类及选择-建筑设备施工工艺与识图

所有供暖系统都由热媒制备（热源）、热媒输送和热媒利用（散热设备）三个主要部分组成。根据三个主要组成部分的相互位置关系来分供暖系统可分为局部供暖系统和集中采暖系统。

热媒制备、热媒输送和热煤利用三个主要组成部分在构造上都在一起的供暖系统，称为局部供暖系统。如烟气供暖（火炉、火墙和火炕等）、电热供暖和燃气供暖等。虽然燃气和电能通常由远处输送到室内来，但热量的转化和利用都是在散热设备上实现的。

热源和散热设备分别设置，用热媒管道相连接.由热源向各个房间或各个建筑物供给热量的供暖系统，称为集中采暖系统。

集中采暖系统主要由远离采暖房间的热源、输送管网和散热设备三部分组成。热源泛指锅炉房、煤、重油、轻油、天然气、液化气、管道煤气等作为燃料在锅炉中燃烧，使矿物能转化为热能，将水加热成热水或水蒸气。热能以热水或水蒸气作为载体，通过输送管道、管网输送到各个用热房间和多个用热建筑，以供使用。在这种系统中，采暖工程不仅承担为房间加热的任务，还常常为房间内的其他生活、生产过程提供热量。

在集中采暖系统中，把热量从热源输送到散热器的物质叫做“热媒”，这些物质有热水、蒸汽和热空气等。

根据热媒性质的不同，集中式采暖系统可分为三种：热水采暖系统、蒸汽采暖系统和热风采暖系统。

（一）热水采暖系统

以热水作为热媒的采暖系统.称为“热水采暖系统”，它是目前广泛使用的一种采暖系统，不仅用于居住和公用建筑，而且也用在工业建筑中。

1.热水采暖系统的分类

按热水供暖循环动力的不同，可分为自然循环系统和机械循环系统。靠水的密度差进行循环的系统，称为自然循环系统。靠机械力进行循环的系统，称为机械循环系统。

按供回水方式的不同，可分为单管系统和双管系统。

按系统管道敷设方式的不同，可分为垂直式系统和水平式系统。

按热媒温度的不同.可分为低温水供暖系统（热水温度低于100°C）和高温水供暖系统（热水温度高于100℃）。

2.重力（自然）循环热水采暖系统

重力循环热水采暖系统工作原理如下：在系统工作之前.先将系统中充满冷水。当水在锅炉中被加热后，它的密度变小，同时受着从散热器流回来密度较大的回水的驱动，使得热水沿着供水干管流向散热器。这样，水连续被加热，热水不断上升，在散热器及管路中被散热冷却后的回水又流回锅炉被重新加热。

为了计算自然循环作用压力大小，假设水温只在两处发生变化，即锅炉内（加热中心）和散热器内（冷却中心）。设供水管水温为tg （°C），密度为ρg （kg／m3），冷却后的回水管水温为th （°C），密度为ρh （kg／m3），系统内各点之间的距离分别用h0、h、h1表示，假设循环环路最低点的断面处有一个假想阀门，若突然将阀门关闭，则在断面两侧受到不同的水柱压力，这两侧所受到水柱压力之差就是驱使水进行循环流动的作用压力。

断面左侧的水柱作用力为

断面右侧的水柱作用力为

断面两侧之差ΔP=PR-PL ，即系统内的作用压力，其值为

式中 ΔP—自然循环系统的作用力，Pa；

g—重力加速度，取9.81，m／s2；

h—锅炉中心到散热中心的垂直距离，Ff1；

ρg—供水热水的密度，kg／m3；

ρh—水冷却后回水的密度，kg／m3。

由式（2-3）可知，自然循环作用力取决于冷热水之间的密度差和锅炉中心到散热器中心的垂直距离。

在重力循环双管系统中，由于各层散热器与锅炉间形成独立的循环，因而随着从上层到下层，散热器中心与锅炉中心的高差逐渐减小，各层循环压力也出现由大到小的现象，上层作用压力大，因此流过上层散热器的热水流量大于实际需求量，流过下层散热器的热水流量小于实际需求量。这样会造成上层温度偏高，下层温度偏低。楼层越多，失调现象越严重。由于自然压头的数值很小，所以能克服的管路阻力也很小，为了保证输送所需的流量，又避免系统的管径过大，则要求作用半径（总立管至最远立管的水平距离）不宜超过50m。因此只有建筑物占地面积小，且可能有在地下室、半地下室或就近较低处设置锅炉时，才可采用重力循环热水采暖系统。

3.机械循环热水采暖系统

机械循环热水采暖系统与重力循环热水采暖系统的主要区别是在系统中设置了循环水泵，主要靠水泵的机械能使水在系统中强制循环。

机械循环下供下回式热水采暖系统适用于平屋顶建筑物的顶层难以布置干管的场合，以及有地下室的建筑。在这种系统中，供、回水干管敷设在底层散热器之下，系统内的排气较为困难，可以通过专设的空气管或顶层散热器上的跑风门进行排气。这种系统适用于室温有调节要求且顶层不能敷设干管时的四层以下建筑，缓和了上供下回系统的垂直失调现象。

机械循环中供式热水采暖系统适用于顶层无法设置供水干管或边施工边使用的建筑。水平供水干管布置在系统的中部。这种系统减轻了上供下回系统楼层过高易引起的垂直失调的问题，同时可避免顶层梁底高度过低致使供水干管挡住窗户而妨碍开启等问题。

机械循环下供上回式热水采暖系统的供水干管设置在下部，回水干管设置在上部，顶部有顺流式膨胀水箱，排气方便，可取消集气装置。水的流向与系统中空气的流动方向一致，都是由下而上。

水平串联式热水采暖系统，由一根立管水平串联起多组散热器的布置形式。由于系统串联的散热器较多，因此易出现前端过热、末端过冷的水平失调现象，因而一般每个环路散热器组数以8～12 为宜。这种系统的排气可以采用在每个散热器的上部设置专门的空气管，最终集中在一个散热器上由放气阀集中排气；当设置空气管有碍建筑使用和美观时，可在每个散热器上装一个排气阀进行局部排气。

水平跨越式热水采暖系统，可以在散热器上进行局部调节，适用于需要进行局部调节的建筑物，它的放空气措施与水平串联式系统相同。

4.同程式与异程式采暖系统

在以上介绍的各个系统中，通过各立管所构成的循环环路的管道总长度是不相等的，因此都可称为“异程系统”。靠近总立管的分立管，其循环环路较短；而远离总立管的分立管，其循环环路较长。因此造成各个环路水头损失不相等，最远环路与最近环路之间的压力损失相差也很大，压力平衡很困难，最终导致热水流量分配失调，造成靠近总立管的供水量过剩，系统末端供水不足的现象。图2-7所示为同程式机械循环热水采暖系统，即增加回水管长度，使每个循环环路的总长度近似相等，因此每个环路水头损失也近似相等，这样环路间的压力损失易于平衡，热量分配也易达到设计要求。因此在较大建筑物中，当采用异程式系统压力难以达到平衡时，可采用同程式系统，只是同程式系统对管材的需求量较大.因此系统管道初始投资较大。

图2-1　同程式机械循环热水采暖系统

（二）高层建筑热水采暖系统

目前，国内高层建筑热水采暖系统主要有以下几种方式。

1.分区采暖系统

将高层建筑热水采暖系统在垂直方向上分成若干个相互独立的系统，如图2-2所示。系统高度的划分（即下层系统的高度）取决于散热器、管材的承压能力和室外热力管网的压力情况，而且下层系统一般直接与室外热力管网相连。上层系统与室外热力管网采用间接连接，使上层系统的水压与外网的水压状况没有联系，互不影响.热能的交换是在水一水换热器中进行的。当采用一般的铸铁散热器时，因为其承压能力较低，多采用这种间接连接的方法。

图2-2　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；4—集气罐

2.双线式系统

双线式采暖系统分为垂直式和水平式系统，垂直双线单管热水采暖系统是由竖向的Ⅱ形单管式立管组成，如图2-3所示。一根是上升立管，另一根是下降立管，因此各层散热器的平均温度近似地可认为相同，可以减轻垂直失调。散热器采用蛇形管或辐射板式（单块或砌入墙内的整体式）结构。由于单管立管的阻力较小，容易引起水平失调，可以在下降立管上设置节流孔板来增大阻力，或者采用同程式系统来消除水平失调现象。双线式采暖系统不能解决下部散热器超压的问题。

图2-3　双线式热水采暖系统

1—供水干管；2—回水干管；3—双线立管；4—双线水平管；5—散热设备；6—节流孔板；
7—调解阀；8—截止阀；9—排水阀(www.xing528.com)

3.单、双管混合式系统

单、双管混合系统在垂直方向上分为若干组，每组为若干层，每组为双管系统，而各组之间采用单管连接.这就是所谓的单、双管混合系统。这种系统避免了因楼层高单纯采用双管系统所造成的严重垂直失调现象；而且支管管径均比单管系统中的支管管径小得多；由于局部系统都是双管系统，可在支管上装设调节阀门来调节散热器的流量。因此单、双管混合系统对单、双管系统的特点兼而有之，是应用较多的一种热水采暖方式。

（三）蒸汽采暖系统

1.蒸汽采暖系统的优点

蒸汽汽化潜热比起每千克水在散热器中靠降温放出的热量要大得多，因此对相同热负荷，蒸汽采暖系统的蒸汽流量比热水采暖系统所需的热水流量要少得多。较之热水，蒸汽采用的流速较高，因此可采用较小管径的管道，所以在管道初投资方面.蒸汽采暖系统较经济。

蒸汽质量体积大、容重小，因此不会像热水采暖系统一样，给系统带来很大的静压。对设备的承压要求不高。

蒸汽采暖系统散热器内热媒的温度一般等于或高于100°C，比一般热水采暖系统热媒温度高，且蒸汽系统的传热系数也比热水系统的传热系数要高，因此蒸汽系统所用的散热器面积比热水采暖系统也要小，节省了散热器初始投资。

当蒸汽采暖系统蒸汽流速与热水采暖系统热水流动速度相同时.蒸汽采暖系统形成的阻力损失比热水流动时所形成的阻力损失要小。

2.蒸汽采暖系统与热水采暖系统相比的不足之处

蒸汽与凝结水状态变化较大，使得蒸汽采暖系统设计和运行管理会出现困难，处理不当时，系统中易出现蒸汽的“跑、冒、滴、漏”，造成能源的浪费，也影响系统设备的正常运行工作。

由于蒸汽采暖系统散热器表面温度高，散热器上的有机灰尘易剧烈升华或被烘烤，影响室内卫生。因此对卫生要求较高的建筑物，如住宅、学校、医院等不宜采用蒸汽采暖系统，而宜采用热水采暖系统。

一般的蒸汽采暖系统不能调节蒸汽温度。当室外温度高于采暖室外设计温度时，蒸汽采暖系统必须运行一段时间，停止一段时间，即采用间歇调节，这样易造成管内蒸汽与空气交替出现，与热水采暖系统相比，管道更易被氧化腐蚀，所以蒸汽采暖系统比热水采暖系统的使用寿命相对要短.尤其是凝结水管更易损坏。

在真空蒸汽采暖系统中，蒸汽的饱和温度低于100°C。且蒸汽压力越低，蒸汽的饱和温度也就会越低。南于系统压力低于大气压力，所以系统要求的密封性很高，并需要有抽气设备和专门的保持真空的自控设备。这使得真空蒸汽采暖系统应用范围不广。

此外，蒸汽采暖系统由于系统的热惰性小，供气时热得快，停气时冷得也较快，因此非常适用于人群短时间迅速集散，需要间歇调节的建筑。由于间歇调节会使房间温度波动较大，因此不适用于有人长期停留的建筑物。

2.蒸汽采暖系统的分类

蒸汽采暖系统按供汽压力的大小可分为：高压蒸汽采暖系统（供气压力大于70kPa）；低压蒸汽采暖系统（供气压力等于或低于70kPa）；真空蒸汽采暖系统（供气压力低于大气压）。蒸汽采暖系统按干管布置方式的不同，可分为上供式、中供式和下供式蒸汽采暖系统。按立管布置特点的不同，可分为单管式和双管式蒸汽采暖系统。

按回水动力的不同，可分为重力回水和机械回水蒸气采暖系统。

（1）低压蒸汽采暖系统低压蒸汽采暖系统的凝水流回锅炉有以下两种形式。

①重力回水。在系统运行前，锅炉中充水至锅炉中间平面被加热后产生一定压力和温度的蒸汽，蒸汽在自身压力作用下克服流动阻力，沿供气管道输送到散热器内，进行热量交换后，凝水靠自重作用沿凝水管路返回锅炉中。

②机械回水。凝水靠重力流进入专用的凝结水箱，然后通过凝结水泵将凝结水箱内的凝结水送入锅炉重新加热产生蒸汽。

（2）高压蒸汽采暖系统

高压蒸汽采暖系统供气压力大，与低压蒸汽系统相比，它的作用面积较大，蒸汽流速也大，管径小，在相同的热负荷情况下，初投资较小。散热器表面温度非常高，并容易烫伤人，所以这种系统一般只在工业厂房中使用。

高压蒸汽和凝结水在遇到阀门等改变流速方向的构件时，有时在立管中会反向流动发出噪声、产生“水击”等现象。为了避免这一现象，在管道内最好使凝结水和蒸汽同方向流动，所以一般高压蒸汽采暖系统均采用双管上供下回式系统。

由于凝结水温度高，在凝结水通过疏水器减压后，部分凝结水可能会汽化，产生二次蒸汽。因此为了降低凝结水的温度和减少凝结水管的含汽率，可以设置二次蒸发器.二次蒸发器中产生的低压蒸汽可以应用于附近的低压蒸汽采暖系统或热水采暖系统。

高压蒸汽采暖系统在启停过程中，管道温度的变化比热水采暖系统和低压蒸汽采暖系统大，故应考虑采用自然补偿、设置补偿器来解决管道热胀冷缩的问题。

（四）辐射采暖系统

辐射采暖是一种利用建筑物内的屋顶面、地面、墙面或其他表面的辐射散热器设备散出的热量来达到房间或局部工作点采暖要求的采暖方法。

辐射采暖技术于20 世纪30年代应用于发达国家一些高级住宅，由于它具有卫生、经济、节能、舒适等一系列优越性，所以很快就被人们所接受而得到迅速推广。近二十年来，几乎各类建筑都有应用辐射采暖，而且使用效果也比较好。在我国建筑设计中，近年来辐射采暖方式也逐步推广应用，特别是低温热水地板辐射采暖技术，目前在我国北方广大地区已有相当规模的应用，甚至在有的地区已形成热点。

辐射采暖具有辐射强度和温度的双重作用，创造了真正符合人体散热要求的热环境，体现了以人为本的理念。

1.辐射采暖的特点

（1）优点

①舒适性强。室内地表温度均匀.温度梯度合理，室温自下而上逐渐递减，给人以脚暖头凉的感觉.符合人体生理需要；整个地板作为蓄热体，热稳定性好，在间歇采暖条件下，温度变化缓慢；地板采暖需敷设地面保温层，既减少了层间传热，又增强了隔声效果。

②节能。实践证明，在相同舒适感（实感温度相同）的情况下，辐射采暖的室内温度可比对流采暖方式的室内温度低（2～3℃），减少了采暖热负荷。

③可方便地实施按户热计量，便于物业管理。

④为住户二次装修创造了条件。地板采暖，室内无暖气片和外露管道，既增大了用户使用面积，又节省了做暖气罩、隐蔽管道的费用；便于在室内设置落地窗或矮窗；用户不受传统挂墙散热器限制，可遵照自己的意愿灵活设置轻质隔墙，改变室内布局。

⑤使用寿命长，日常维护工作量小。

⑥运立住宅商品化需要，提高住宅的品质和档次。

（2）缺点

①集中供热用户一般要换热降低供水温度以满足塑料管对温度的限制，增加了投资和运行管理的工作量，也属于不合理的用能方式。

②增加了楼板厚度，室内净高减小，结构荷载增加。

③采暖费用较普通采暖系统高，另外还要增加混凝土垫层投资，且由于荷载增加必须提高结构强度的投资。

④室内地面装饰材料和家具摆放的位置、数量都影响地板采暖的效果，而这些在设计阶段是难以考虑周全的。

⑤虽然地板采暖使用寿命长，但一旦损坏，维修难度很大。

辐射采暖的种类和形式很多，按辐射体表面温度可分为：低温辐射采暖系统，即辐射板面温度低于80℃的采暖系统；中温辐射采暖系统，即辐射板面温度一般为80～120℃的采暖系统；高温辐射采暖系统，即辐射板面温度介于300～500℃的采暖系统。按照辐射板构造可分为：埋管式和组合式。按照辐射板位置可分为：顶面式、地面式和墙面式。按热媒种类可分为：低温热水辐射采暖系统、高温热水辐射采暖系统、电热式辐射采暖系统和燃气式辐射采暖系统。

目前，低温辐射采暖使用较多。它是把加热管直接埋设在建筑物构件内而形成散热面，散热面的主要形式有顶棚式、墙面式和地面式等。低温地板辐射采暖的一般做法是，在建筑物地面结构层上，首先铺设高效保温隔热材料，然后用DN15 或DN20 的通水管（通水管用盘管一般为蛇形管形状，近年来采用新型塑料管、铝塑复合管，一般为每根120m），按一定管间距固定在保温材料上，最后回填碎石混凝土，经夯实平整后再做地面面层。

从地面辐射供暖的安全、寿命和舒适考虑，规定供水温度不应超过60℃，供回水温差为5～10℃。从舒适及节能考虑，地面供暖供水温度宜采用较低数值。国内外经验表明，35～45℃是比较合适的范围。保持较低的供水温度，有利于延长化学管材的使用寿命，有利于提高室内的热舒适感；控制供回水温差，有利于保持较大的热媒流速，方便排除管内空气。也有利于保证地面温度的均匀。严寒和寒冷地区应在保证室内温度的基础上选择设计供水温度，严寒地区回水温度推荐不低于30°C。

（五）热风采暖系统

热风采暖系统是以空气作为热媒，首先将空气加热，然后将高于室温的热空气送入室内，与室内空气进行混合换热，以达到加热房间、维持室内气温达到采暖使用要求的目的。在这种系统中，空气可以通过热水、蒸汽或高温烟气来加热。

热风采暖是比较经济的采暖方式之一，它具有热惰性小、升温快、室内温度分布均匀、温度梯度较小、设备简单和投资较小等优点。因此，在既需要采暖又需要通风换气的建筑物内通常采用能送较高温度空气的热风采暖系统；在产生有害物质很少的工业厂房中，广泛应用暖风机来采暖；在短时间内聚散，需间歇调节的建筑物，如影剧院、体育馆等，也广泛采用热风采暖系统；以及由于防火防爆和卫生要求必须采用全新风的车间等都适合采用热风采暖系统。

暖风机是由空气加热器、通风机和电动机组合而成的一种采暖通风联合机组。由于暖风机具有加热空气和传输空气两种功能，因此省去了敷设大型风管的麻烦。暖风机采暖是靠强迫对流来加热周围的空气，与一般散热器采暖相比，它作用范围大、散热量大，但消耗电能较多、维护管理复杂且费用高。