供热系统介绍：
供暖系统的组成：热源或供热装置、散热设备及供热管道。
热源或供热装置：热电厂、集中换热站、区域锅炉房、壁挂炉等。
热媒：输送热量的物质或带热体，一般采用水和蒸汽作为热媒。热媒在热源获得热量后，通过供热管道输配到各个用户或散热设备，由散热设备把热量发散到室内。
供热管道：钢管、铝塑复合管以及其他塑料管材。
散热设备：散热器、地板加热管、风机盘管和风道机。
热水供暖系统：以水作为热媒的供暖系统为目前最广泛实用的一种供暖系统。
按采暖系统循环动力分：自然循环系统、机械循环系统。
按提供热源的方式分：集中供暖式、集中分散式、分散式（壁挂炉采暖系统）【集中分散式和分散式供暖属分户采暖】。
按热媒参数分：低温水采暖系统（热媒参数低于100℃）、高温水采暖系统（热媒参数高于100℃）。
按末端散热设备分：暖气片系统、地板辐射采暖系统、风机盘管系统以及风道机系统。
按采暖管道布置方式分：上供下回系统、下供下回系统。
按采暖管道连接方式分：单管系统、单管跨越系统、双管系统。
供暖系统设计热负荷：
1.热负荷概念
供暖系统设计热负荷是供暖设计中最基本的数据，它的设计影响着供暖方案的选择，供暖管径的选择，散热设备的多少，关系着供暖系统的使用效果，同时也影响着锅炉设备的选择和供热管网管径的大小。
供暖系统的热负荷是指在一定的室外温度下，为了达到要求的室内温度，保持房间的热平衡时，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量，它随着建筑物房间的得失热量的变化而变化。供暖系统设计热负荷是指在设计室外温度下，为了达到上述同样要求时，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。
2.热负荷的计算
供暖系统设计热负荷通常包括围护结构基本耗热量（外门、外窗屋顶、地面基 本耗热量）、冷风渗透耗热量、冷风侵入耗热量以及围护结构的传热条件发生变化而产生的附件修正耗热量。
①围护结构基本耗热量：等于维护结构各部分基本耗热量的总和。Qj=∑KF(tn–t′w)a W
K：围护结构传热系数 W/㎡℃ ；t n：供暖室外计算温度 ℃；
F：围护结构面积 ㎡ ；t′w：冬季室内计算温度 ℃；
a：围护结构温差修正系数。
②附加耗热量：附加耗热量按基本耗热量的百分数考虑。考虑了各项附加后，某面维护物的耗热量为：
Q1=Qj(1 βch βf βli βm)(1 βfg)(1 βj)
βch：朝向修正% ；βm：窗墙面积比过大修正%；βf：风力修正%；βfg：房高修正，%；βli：两面外墙修正，% βj：间歇附加修正，%。
具体附加修正率的数值参考实用供热空调设计手册P84页。
③冷风渗透耗热量：
在风压及热压造成的室内外压差的作用下，室内的冷空气会通过门窗等缝隙渗入室内，被加热后又溢出室外，把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度，要消耗一定的热量，这部分热量称为冷风渗透耗热量。
Q2=0.278VρwC(tn–t′w)
Q2：冷风渗透耗热量 W；ρw：室外空气密度 Kg/m³；C：冷空气比热 C=1Kg/KJ℃；V：经门窗缝隙渗入的冷空气量 m³/h；0.278：单位换算系数（1KJ/h=0.278w）。
冷空气量V的计算参考实用供热空调设计手册P83页。
④冷风侵入耗热量： 在冬季，在风压和热压作用下，会有大量冷空气由开启的门、孔洞从室外或相邻房间侵入室内，把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。
Q3=0.278VwρwC (tn–t1)
Q3：冷风侵入耗热量，W；ρW：冷空气密度 Kg/m³；
Vw：流入的冷空气量 m³/h；t1：冷空气温度 ℃；
由于流入的冷空气量不易确定，通常采用百分数法或经验取值来估算冷风侵入耗热量。具体计算参考实用供热空调设计手册P128页。
3.热负荷的概算：Q=qwF
qw：建筑物供暖面积热指标；F：建筑物建筑面积，㎡。
供暖系统的水力计算：
1.热水供暖系统水力计算的基本原理
设计热水供暖系统为使系统中各管段的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都没有改变的一段管子称为管段。任何一个供暖系统的管路都是有许多并联和串联计算管段组成。
当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其与管壁间的摩擦，就要损失能量， 这部分能量损失称为沿程损失。
当流体流过管道的一些附件（阀门、弯头、三通、散热器）时，由于流动方向或速度的改变产生局部旋涡和撞击而产生的能量损失，称为局部损失。
热水供暖系统中阻力损失包括沿程损失和局部损失，可用下式表示：
ΔP=ΔPy ΔPj=Rl ΔPj Pa
ΔPy：计算管道沿程损失 Pa；
R：每米管道沿程损失（比摩阻）Pa/m；
ΔPj：计算管道局部损失 Pa；l：管段长度，m。
2.热水供暖系统水力的计算
系统管路的水力计算从系统的最不利环路，也就是从允许比摩阻R最小的一个环路开始。选择适当的R值来决定管径，是一个技术经济的问题。如选用较大的R值，则管径可缩小，但系统阻力损失增大，水泵电能消耗增加，同时，为了各循环环路易于平衡，最不利环路Rpj不易选择太大，一般取值为60-120Pa/m。
附加耗热量：附加耗热量按基本耗热量的百分数考虑。考虑了各项附加后，某面维护物的耗热量为：
Q1= Qj(1 βch βf βli βm)(1 βfg)(1 βj)
βch：朝向修正，%；βm：窗墙面积比过大修正，%；
βf：风力修正，%；βfg：房高修正，%；
βli：两面外墙修正，%；βj：间歇附加修正，%。
具体附加修正率的数值参考实用供热空调设计手册P84页。
计算步骤（等温差法）：
①根据已知热负荷和规定的供回水温差，计算出每段管道的流量。G=0.86Q/Δt Kg/h
G：流量，Kg/h；Q：热负荷，W；Δt：供回水温差，℃。
②根据已算出的流量在允许的流速范围内，选择最不利环路各管段的管径。当系统压力损失有限制时，应先算出平均比摩阻再选取管径。
Rpj=aΔP/Σ1 Pa/m
Rpj：平均比摩阻 Pa/m；ΔP：系统允许的总压力损失，Pa；a ：沿程损失占总压力损失的百分比，热水系统为0.5；l：最不利环路的总长度，m。
③根据流量和选择好的管径，计算出各管段的压力损失。
v：热媒在管中的流速m /s；
Σξ：管段中总局部阻力系数。
④将算出的各管段压力损失，进行各并联环路中的压力平衡如不能满足平衡要求，再调整管径，知道平衡为止。即： ＞规定值。
Σ△P1：第一环路总压力损失Pa；
Σ△P2：第一环路总压力损失Pa。
户式散热器供暖系统：
1.散热器的类型及特点
散热器是户内供热系统的基本设备，也是民用采暖系统中的末端装置。散热器按其材质主要可分为铸铁散热器、钢制散热器、铝合金散热器以及铜铝复合散热器等。按其结构形式可分为柱型、翼型、管型、平板型散热器等。按其传热方式可分对流型和辐射型散热器。
铸铁散热器由于具有耐腐蚀，适用范围广等优点，长期以来被广泛使用，但由于外表不美观以及内腔含铸沙等原因已经越来越不能适应我国计量供热系统的发展。 GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》5.3.6.5明确规定：“安装热量表和恒温阀的热水采暖系统，不宜采用水流通道内含有粘沙的散热器。”新型钢制散热器质轻而薄、热工性能好、承压能力高、外表新颖美观逐渐被人们接受和认可，近几年来在国内发展很快。
常用民用散热器的性能比较
2.散热器的选型计算
散热器的选型计算步骤如下：
①首先确定散热器的进回水温度 对于燃气壁挂炉的户式采暖系统，散热器立支管采用双管系统的连接方式，每组散热器进水温度为Tg=80℃，回水温度为Th=60℃。
②再计算散热器的算术平均温差ΔTn；
ΔTn=(Tg Th)/2-Tn=(80 60)/2-20=50℃。其中Tn为冬季房间的室内温度。
③根据散热器的算术平均温差和相关的散热器技术样本查表确定每单片散热器的散热量。
④由房间热负荷除以散热器单片散热量求得所需规格的散热器片数。
⑤暗装散热器会降低散热器的能量使用率，选用散热器时，应考虑相应的修正系数。
3.散热器的接口方式和布置
常见散热器的接口方式见如下图示：
当散热器与供热系统的支管连接方式不同时，其散热效果也有所不同。上供下回式连接方式为标准接口方式，散热效果最佳，传热系数也最大，下进下出的连接方式散热效果相对较差，在温差相同时，其传热系数与上进下出同侧连接时相差15%左右。有些散热器厂家选择在散热器底部设置挡水板来强制改变散热器内热水流过的途径，可达到与上进下出接口方式同样的散热效果。
散热器的布置方式：散热器的布置原则应以容易造成室内冷暖空气的对流；室内侵入的冷空气加热迅速，人们的停留区域温暖和舒适以及少占用室内有效空间和使用面积。通常，房间有外窗时，散热器一般应安装在每个外窗的窗台下。这样散热器上升的对流热气流就能阻止和改善从玻璃窗下降的冷空气和玻璃冷辐射的影响，使流经工作区的空气温暖和舒适。有时为了方便家具的布置，也考虑选用高款且占地少的散热器布置在房间靠近玻璃窗的内墙侧。在进深相对小的房间内，易使空气形成环路，增强对流换热。
4.散热器温控阀
1）温控阀构造及工作原理
散热器的温控阀是有恒温控制器，流量调节阀以及一对连接件组成。恒温控制器的核心部件是传感器单元，即温包。温包内充有感温介质，能够感应环境温度，随感应温度的变化产生体积变化，带动调节阀阀芯产生位移，进而调节散热器的通过水量来改变散热器的散热量。恒温阀设定温度可人为调节，恒温阀会按照设定要求自动控制和调节散热器的热水供应。
2）温控阀在采暖系统中的节能原理
通常采暖设备的选型是按照在冬季较低的计算温度下满足室内温度需要的原则来确定的。但室外气温是不断波动变化的，热耗量也随之波动，如不及时控制采暖设备的出力，就会造成能量浪费。温控阀能够随气候变化动态调节出力，控制室温恒定，从而达到节能和提高采暖舒适度的效果。
5.户式散热器系统形成
1.户式采暖系统形成，按照支管与散热器的连接方式以及管路的布置，系统形式可分为：
①单管顺流式系统；②下分式双管系统；③下分式单管跨越系统；④上分式双管系统；⑤上分式单管跨越系统；⑥章鱼式双管系统。
上述介绍的各种系统，当散热器立管距离热源的水平距离不相等时，通过各散热器立管的循环环路之总长度也不相等，这种系统称之为异程系统。在机械循环系统中系统作用半径长，因而各立管环路总长度相差较大，各环路之间压力损失难以平衡。为了消除和减轻这种现象，可采用同城系统，同程系统的特点是各立管环路的总长相等，因而压力损失易于平衡。在户式采暖系统中，应根据系统的特点综合各方面因素进行采暖管路的设计。
壁挂炉采暖系统形式及特点：
从力学意义上讲，户式系统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，即每组散热器的散热量可调。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。主要体现在两个方面：
第一：双管系统有良好的变流量特性，即户内系统的瞬间流量总是等于各组散热器瞬时流量之和，系统变流量成都为100%；而对于单跨越式系统，即使每组散热器均为零，户内系统均有一定的流量，而且旁通流量还很大。
第二：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。
2.管材的连接方式
下分式系统②③的供回水管位于散热器的下面，按照具体情况，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，不同塑料管应采取不同的连接方式，对于PB管，PP-C管和PP-R管，根据管材特点，除分支管连接件外，垫层内不易设其他关键，且埋入垫层内的应与管道同材质，可采用热熔连接的方式，水平管与散热器分支管的连接方式见图“PB，PP-C和PP-R管材的水平管和散热器分支管的连接方式示意图”所示。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，水平管和散热器分支管连接时，只能在垫层外用铜制管件连接，连接方式见图“PEX和XPAP管材的水平管和散热器分支管的连接方式示意图”。
6.散热器安装
散热器安装步骤：
1.检查散热器包装内散热器及安装配件是否完好无损；
2.准确测量数据，并考虑整体布局的美观，确定散热器安装位置；
3.散热器支管安装时，应保持1%的坡度以方便系统排气；
4.散热器挂片安装时，注意保护散热器表面喷涂层，避免划伤磕碰；
5.散热器及管道安装完毕后，需对系统进行打压试验；
6.清洗采暖系统以防止有污染物和杂物阻塞管道及设备；
7.施工完毕后，将现场清理干净，挪动物品复位。
工程项目举例—散热器系统：
例1：一户式公寓，标准层，建筑面积100㎡，冬季室外温度-9℃，采用钢制板式 散热器采暖，是确定锅炉功率，进行管路的水力计算，并同时校核循环水泵扬程。
步骤如下：
1）估算散热器采暖热负荷，取采暖热指标为80W/㎡。
Qs=qF=80×100=8000W；选取锅炉型号RBS-26UCA
2）选择双管同程系统，供回水管埋地敷设，散热器上进下出带温控调节连接，采暖系统管路布置见下图所示。
3）取热媒供回水温度为86/60℃，温差为20℃。计算各管段流量。
4）供回水管采用铝塑复合管2025，为施工和安全考虑，各管段不改变管径，计算采暖管路沿程损失。各管段阻力损失计算如下表。
采暖管路沿程损失计算表：
5）计算最不利环路沿程阻力损失：
△Py=△Py1 △Py2 △Py3 △Py4 △Py5 △Py6 △Py7=3410Pa
6）计算采暖环路总损失，设末端散热器预留压差为5000Pa；△P=1.3△Py 5000=9433Pa。
7）每组暖气片安装温控阀，调节通过各散热器环路的流量和平衡阻力。
8）校核壁挂炉循环水泵。在系统水流量为344Kg/m时，循环水泵扬程为4.8m水柱，径校核满足系统要求。
9）校核壁挂炉的膨胀水箱，先计算系统的容水量，系统容水量包括锅炉，管道和散热器容水量。散热器容水量有厂家提供。设共计为50L。系统中使用铝塑复合管2025长度为150米，其容水量有厂家提供或通过公式简单计算。
系统容水量计算如下：
Vs= V Vg Vr=47 2 50=99L。
Vs：系统水流量L ；V：加热管水容量 L；Vg：锅炉水流量L；Vr：散热器水流量L。
再计算系统水膨胀量 循环水系统温升波动值为70℃（从10℃到80℃），由下列公式计算系统膨胀水量：
△V=α△tVs=0.0006×70×△V =0.042Vs=4.2L。
△V：系统水的膨胀量L ；α：水的体积膨胀系数α=0.0006；Vs：系统的容水量L；△t：所取水温的波动值△t=70℃。
最后计算膨胀水箱容积，并同时校准壁挂炉内自带膨胀水箱是否满足要求。取安全系数为2，则膨胀水箱容积为8升。径校准满足要求。
例2：一两层单体别墅，其建筑面积300㎡，冬季室外温度为-9℃，采用钢制板式散热器采暖，试确定锅炉功率，进行管路的水力计算，并同时校核循环水泵扬程。
步骤如下：
1）估算散热器采暖热负荷，取采暖热指标为100W/㎡。
Qs=qF=100×300=30000W；选取锅炉型号RBS-36UCA。
2）设集分水器，采用章鱼式异程采暖方式，散热器上进下出连接，进口安装温控阀，采暖系统管路布置见下图所示。
3）选择最不利环路，确定最不利环路各管段管长和流量。取热媒供回水温度为80/60℃，温差为20℃。
4）计算最不利环路沿程损失。最不利环路各管段阻力损失计算见下表。
最不利环路沿程损失计算表
5）计算最不利环路沿程阻力损失
△Py1-3=△Py1 △Py2 △Py3=6440Pa
6）计算采暖环路总损失，设末端散热器预留压差为5000Pa：△P=1.3△Py 5000=13372Pa
7）同理，计算其它环路的总阻力损失，保证不平衡率小于15%。多余的压头通过环路上安装的阀门节流销售掉。
8）计算主管道流量。
9）查表确定主管路钢管管径DN32及其比摩阻63Pa/m，计算采暖系统主管路总压力损失。
△P0=1.3R0l0=1.3×63×30=2457Pa
l0：系统主管道供回水总长度m。
10）确定系统管路总损失。
△P=13372 2457=15829Pa
11）校核壁挂炉循环水泵。查水泵工作曲线图，在管道流量为1290Kg/h时，水泵扬程为2.8m水柱。满足系统要求。
12）校核壁挂炉的膨胀水箱 先计算系统的容水量，系统容水量包括锅炉，管道和散热器容水量。散热器容水量 有厂家提供。设共计为120L。系统中使用铝塑复合管1418长度为400米，钢管DN32长度为30m其容水量有厂家提供或通过公式简单计算。
系统容水量计算如下：
Vs= V Vg Vr=85.6 2 120=207.6L。
Vs：系统水流量L ；V：加热管水容量 L；Vg：锅炉水流量L；Vr：散热器水流量L。
再计算系统水膨胀量：
采暖水系统温升波动值为70℃（从10℃到80℃），由下列公式计算系统膨胀水量：
△V=α△tVs=0.0006×70×△V =0.042Vs=8.7L。
△V：系统水的膨胀量L ；α：水的体积膨胀系数α=0.0006；Vs：系统的容水量L；△t：所取水温的波动值△t=70℃。
最后计算膨胀水箱容积，并同时校准壁挂炉内自带膨胀水箱是否满足要求。考虑2倍的安全系数，则系统的总膨胀水量为17L。而壁挂炉自带10L膨胀水箱，故应在系统回水管上增加一个8升膨胀水箱以满足系统对水膨胀量的要求。
本文素材来源于互联网，作者：上海雅驷热能设备；暖通南社整理编辑。
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