第九章 热水供应系统

第九章建筑内部热水供应系统
§9-1 热水供应系统的分类、组成和供水方式
9.1.1 热水供应系统的分类
1 局部热水供应系统；
2 集中热水供应系统；
3 区域性热水供应系统
9.1.2 热水供应系统的组成
热水供应系统由下列部分
组成，见图。

1热媒系统（第一循环系
统）
发热设备——→加热设备
（热源
水加热器
热媒循环管）
2 热水系统（第二循环系
统）
加热设备——→用水设备
3.附件
（1）温度自动调节器
（2）减压阀
（3）膨胀管和膨胀水箱
（4）自动排气阀
（5）伸缩补偿器
9.1.3 热水供水方式
1 按加热方式
直接加热——热媒与冷
水直接混合；
间接加热——传热面传
递能量。

2 按循环与否
全循环——配水干管、立管均设回水管道，保证任意点水温；（见教材图P179T7.8）
半循环——只在干管设回水管道，保证干管水温。

（见教材图144t7.9）
3 按循环动力
自然循环——利用热网中配、回管网中的温度差形成自然循环作用水头，使管网维护一定的循环流量，以补偿热损失，保证一定的供水水温；
机械循环——利用水泵强制水在热水管网内循环，造成一定的循环流量。

4 按热水循环系统个循环环路的长度分
同程式热水供应系统
异程式热水供应系统
5 按供应时间长短
全日制供应方式
定时供应方式
6 按系统是否敞开
开式热水系统——配水点关闭，系统仍与大气相通（见教材图P142-T8-2）闭式热水系统——配水点关闭，系统不与大气相通（见教材图P142-T8-3）
§9-2 加热设备和管材
9.2.1 热水的加热方式
热水锅炉直接加热方式
蒸汽直接加热方式
间接加热方式
9.2.2 加热设备
1 小型锅炉
热水锅炉属于一次换热设备，可以分为三种类型：燃煤、燃气和燃油。

2 水加热器
1）容积式水加热器（二次换热设备）
容积式加热器是内部设有热媒导管的热水贮存器，具有加热冷水和贮存热水两种功能。

见图8-10画图8-10
组成：①贮水罐：钢板、密闭压力容器。

②盘管：铜、钢
热媒：蒸汽、高温水
特点：①具有较大的贮存、调节能力；②出水温度稳定；③水头损失小；④传热系数小，热交换效率低；⑤占地面积大，容积利用率低。

适用范围：用水温度要求均匀、需要贮存调节用水量的场所。

2）快速加热器
快速加热器就是热媒与被加热水通过较大速度的流动进行快速换热的一种间接加热设备。

类型：
按热媒：水——水：以高温水为热媒
汽——水：以蒸汽为热媒
按导管：单管式、多管式、板式、管壳式、波纹管式、螺旋管式多管式汽水快速加热器见下图：画图讲义10-6单管式汽水快速加热器见图：画图，教材10-7-6
特点：①效率高、体积小、安装搬运方便；②无调节能力、水头损失大、在热媒或被加热水的压力不稳定时，出水温度波动大。

3）半容积式水加热器
半容积式水加热器是带有适量贮存与调节容积的内藏式容积式水加热器。

国产的半容积式水加热器通常由贮热水罐和内藏式快速换热器组成。

（见下图）画图p148 8-13
组成：①贮水罐、②内藏式快速换热器、③内循环泵
工作过程：贮水罐与内藏的快速加热器分离，水在快速加热器中迅速被加热，通过配水管进入贮水罐。

当管网用水量<设计流量时，热水一部分落至贮水罐底部与补充水一道经内循环泵升压后再次进入贮水罐。

当管网用水量＝设计流量时，贮水罐内没有循环水，加热水连续送至管网。

循环泵作用：
①提高被加热水的流速，以增大传热系数和换热能力。

②克服水头损失。

③形成水的连续内循环，消除冷水区，提高贮罐利用率。

特点：体型小、加热快、换热充分、供热温度稳定、节水节能，但对循环泵要求质量高。

国产的HRV半容积换热器取消了内循环泵，用强制下降管将热水送到罐底部，保持整个罐内热水同温。

见下图：画图8-15
4）半即热式水加热器
半即热式水加热器是带有超前控制，具有少量贮存容积的快速式水加热
器。

构造见示意图画图8-16p150。

特点：①具有预测温控装置，出水温度稳定；
② 传热系数大，换热速度快；
③体积小，占地面极小，水流停留时间短，能有效的防止军团菌
滋生；
④ 自动除垢。

适用：各种不同负荷需要的机械循环热水供应系统
半即热式水加热器对热媒要求必须充足，热媒的供应量应按设计秒流量计算，同时冷水供水压力必须稳定。

5） 热水箱
①直接加热水箱：在水箱中安装蒸汽多孔管或蒸汽喷射器。

②间接加热水箱：在水箱中安装排管或盘管。

适用：公共浴室等用水量大而均匀的定时热水供应系统。

二 加热器材
1 自动温度调节装置：见图8-18
直接温度调节装置：温包——→自动调节阀——→控制热媒量
间接温度调节装置：温包——→电触点温度计——→变速开关阀门 2 减压阀
利用流体通过阀瓣产生阻力而减压。

型式：波纹管式、活塞式、膜片式等
选择：阀口截面面积，按下式计算：
f ——孔口截面积，cm 2； G c ——蒸汽流量，Kg/h ；
q c ——通过每平方厘米孔口截面的理论流量，Kg/cm 2·h ；
φ——流量系数，0.45～0.6。

3 疏水器
作用：保证冷凝水及时排放、防止蒸汽漏失
安装位置：安装于以蒸汽为热媒、间接加热，第一循环系统凝结水管道上。

型式: 浮筒式、吊桶式、热动力式。

选择计算：ΔP——疏水器前后压差，Pa;
ΔP>50Kpa ΔP ＝P 1-P 2
c c
q G f φ=
G ——疏水器排水量 G ＝ ,Kg/h ；
A ——排水系数；
d ——疏水器排水阀孔径。

4 自动排气阀
避免上行下给式管网中热水气化产生的气体，以保证管内热水畅通，在管网的最高处安装自动排气阀。

5 自然补偿管道和伸缩器
金属管道受热后伸长，采取补偿设置，避免管道承受巨大的应力，管路挠曲、变形、位移和接头开裂漏水。

钢管热伸长量为：
ΔL ＝0.012（t 2r -t 1r ）L
式中：ΔL——钢管热伸长量,mm ；
t 2r ——管中热水最高温度，℃；
t 1r ——管道周围环境温度，℃，一般取t 1r ＝5℃；
L ——计算管段长度，m ；
0.012——普通钢管的线膨胀系数，mm/m·℃.
补偿管道热伸长措施：
1 自然补偿：利用管路布置时形成L 、Z 型转向，在转弯前后的直线段上设置固定支架。

一般L 型和Z 型平行伸长臂不宜大于20～25m 。

画图讲义10-25
缺点：补偿量小，伸缩时管道产生横向位移，管道承受较大应力 2 伸缩器补偿：
套管伸缩器：适用于管径DN≥100mm ，伸长量250～400mm 。

方型伸缩器：安全可靠、不漏水，但占用空间大。

波型伸缩器：安装方便、节省面积、外形美观、耐高温。

6 膨胀管和膨胀罐
膨胀管高度计算：
式中：h ——膨胀管高出水箱水面地垂直高度，m ；
H ——锅炉、水加热器底部至高位水箱水面的高度，m ； ——冷水的密度，Kg/m 3;
p d A ∆⋅2⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=1r l H h ρρl ρ
——热水的密度，Kg/m 3。

膨胀管最小管径：
膨胀罐：利用密闭膨胀罐的容积，调节热水管网中水受热后的膨胀量。

安装膨胀管不方便的时候，可采用膨胀罐
§9－3 热水管道的布置与敷设
9.3.1 热水管道的布置方式
1.上行下给式
①特点
Ⅰ 供水压力变化与用水压力相应，使用条件好、节能
Ⅱ 省了一根回水立管，省管井，方便管路布置
Ⅲ 供水、回水干管不同层增加建筑装饰要求
②适用于 顶层有条件敷设干管的建筑
2.下行上给式
①特点
Ⅰ供水压力的变化与用水压力相逆，使用条件较差
Ⅱ可利用最高配水龙头放气
Ⅲ供回干管集中下部空间、节省顶层空间
②适用 顶层无条件敷设干管的建筑
9.3.2 热水管道的敷设
敷设原则
⑴节能
首先考虑 工业余热、废热、地热和太阳能。

其次采用能保证全年供热能力的热力管网
最后区域性锅炉房或附近的锅炉房
⑵ 保证水质
⑶ 保证水压
①居住类建筑水压要稳定且小于0.35MPa 。

②冷水、热水的分区应一致，为了保证冷热水供水压力平衡，各区的水加热器、贮水器的进水，均应由同区的给水系统供给。

r
③单独设置或局部加热集中系统中用水量较大的用户、定时供水或用
水时间特殊的用户，宜设置单独的热水管网和局部加热设备。

④开式或稳压当给水管道的水压变化较大且用水点要求水压稳定时，
宜采用开式热水供应系统或采取稳压措施。

⑤冷、热水均宜采用上行下给式配水立管自上而下管径由大到小的变
化与水压由小到大的变化相应，有利于减少上、下层配水的压差，有利于保证同区最高层的供水压力。

同时，不需专设回水立管，既节省投资，又节约了管井的空间。

⑥进加热器的冷水管上无分支管避免供水的相互干扰，减少供水系统
的压力波动。

⑦加热器宜靠近负荷中心应尽量缩短热水供水管路长度.
⑷保证水温
①集中系统应设循环管道一般建筑,干管和立管设回水管，要求高的
建筑设回水支管
②宜采用机械循环使用方便舒适，节水，节能，
③宜设计成同程式循环系统不用调节，循环效果好、节约用水
④淋浴室应有保证出水水温稳定措施，（公共浴室，开式，企业学校浴
室单管）
⑸.安全运行
⑹.经济
9.4 水质、水温及热水用水量定额
9.4.1 热水水质
生活用热水的水质应符合我国现行的《生活饮用水卫生标准》
钙镁离子含量：日用水量<10m3(按60℃计算)的热水供应系统可不进行水质处理，日用水量≥10m3(按60℃计算)，且原水总硬度>357mg/L时，需要进行水质处理。

9.4.2 热水水温
冷水水温以当地最冷月平均水温为依据，可按表7－3计算
热水水温按表7－3计算。

9.4.3 用水定额
1． 根据建筑物的使用性质和内部卫生器具的完善程度来确定。

2． 根据建筑物的使用性质和内部卫生器具的单位用水量来确定。

9.5 热水量、耗热量、热媒耗量的计算
9.5.1 . 设计用水量计算
1. 按用水单位数计算：
24
h h
r m q k Q = （9－1） 式中：Q r ——设计小时用水量，L/h ； m ——用水计算单位数，人数或床位数；
K h ——热水小时变化系数，全天供应热水系统可按表采用； q r ——热水用水量定额，L/人·d 或L/床·d ，按表确定。

2 .按使用热水的卫生器具数计算
∑=b n q K Q h r r 0
（9－2） 式中：Q r ——设计小时用水量，L/h ；
q h ——卫生器具的热水小时小时用水定额，L/h ；
b ——同类卫生器具同时使用百分数；
K r ——热水混合系数。

根据混合水、冷水、热水以及水温之间的关系，按照热平衡方程式，求出冷热水混合百分数为：
l r l h r t t t t K --=
（9－3） 式中：t r ——热水系统供水温度℃；
t h ——混合后卫生器具出水温度，℃；
t L ——冷水计算温度，℃。

9.5.2 .耗热量计算
r l r B Q t t C Q )(-= （9－4） 式中：Q ——设计小时耗热量，kJ/h ；
Q r ——设计小时热水量，L/h ；
C B ——水的比热，kJ/Kg·℃；
t r ——热水温度，℃；
t L ——冷水计算温度，℃。

9.5.3 .热媒耗量计算
1 .采用蒸汽直接加热：
(9-5) 式中： G m ——蒸汽直接加热热水时的蒸汽耗量，kg/h ；
Q ——设计小时耗热量，kJ/h ；
i ——蒸汽热焓，kJ/h ，按蒸汽绝对压力查表决定；
Q hr ——蒸汽与冷水混合后的热焓，kJ/h 。

2. 采用蒸汽间接加热：
(9-6)
式中：G mh ——蒸汽间接加热热水时的蒸汽耗量，kg/h ；
h γ——蒸汽的气化热，可查表决定；
Q ——设计小时耗热量，kJ/h 。

3 采用热水间接加热
(9-7) 式中：G ms ——蒸汽间接加热热水时的蒸汽耗量，Kg/h ；
t mc ——热媒热水供应温度，℃；
t mz ——热媒热水回水温度，℃
； Q 、C B 同上。

当热媒采用热力网热水时，t mc 与t mz 的温差不得小于10℃。

9.6 加热器及贮存设备的选择计算
9.6.1 加热设备的选择计算
1. 传热面积的计算
j P t K Q
F ∆⋅⋅⋅=εα (9-8) 式中： Fp ——水加热器的传热面积，m 2；
Q ——制备热水所需的热量，可按设计小时耗热量计算，W ；
ε——由于传热表面结垢影响传热效率的修正系数，一般采用ε＝0.6～0.8，采用软化水时取ε＝1.0；
α——热水系统的热损失附加系数，一般取α＝1.1～1.2 ；
()hr m Q i Q G -=2.1~1.1()h mh Q
G γ2.1~1.1=()()mz mc B ms t t C Q G -=2.1~1.1
K ——传热材料的传热系数，W/m 2•℃；
⊿t j ——热媒和被加热水的计算温差，℃；
t ∆的计算：
①容积式加热器——算术平均温度差：
22z c mz mc j t t t t t +-+=
∆ (9-9) 式中： t mc 、t mz ——容积式水加热器热媒的初温和终温，℃；
热媒为蒸汽，其压力大于0.07MPa 时，应按饱和蒸汽温度计算，其压力小于
0.07MPa 时，应按100℃计算； 热媒为热水时，应按热力管网供、回水的最低温度计算，但热媒的初温应比热水的终温高10℃以上；
t c 、t z ——被加热水的初温和终温，℃。

②快速式加热器——对数平均温度差：
min max min max ln t t t t t j ∆∆∆-∆=∆ (9-10) 式中：max t ∆——热媒和被加热水在水加热器一端的最大温差，℃； min t ∆——热媒和被加热水在水加热器另一端的最小温差，℃。

半容积式水加热器——按照容积式水加热器公式计算。

半即热式水加热器——按照快速式水加热器公式计算。

2 贮水器容积的计算
1）理论法：
根据建筑内热水用水曲线得逐时耗热曲线——→根据逐时耗热曲线绘出耗热积分曲线——→拟定供热曲线
2)经验法
贮水器的贮热量可按经验,由下表确定（画表表9-12p167jiaocai ）
9.7 热水管网的水力计算
第一循环系统：目的：确定热媒系统的D 、
∑h 第二循环系统：（配水管、回水管系统）确定热水系统的D 、∑h 介绍第二循环系统的计算
9.7.1 配水系统
内容：确定DN 及∑h 。

方法：同冷水，但因水温高，γ和粘滞系数小于冷水，且考虑结垢等因素，水力计算采用热水水力计算表，mm d s m v 20,/2.1min ≥≤　。

9.7.2 回水管系
作用：保证让管系内有循环流量在流动，以保证供水温度。

循环方式：自然、机械循环
1. 自然循环计算 （插图见教材热水管网的自然压力上行下给图）
内容：确定管网循环作用水头、回水管经、循环流量及循环流量在配水、回水管路中的水头损失。

实现自然循环的条件：H zr >1.35H x
()1210γγ-∆=h H zr （9－11）
式中：H zr ——第二循环系统的自然循环压力值，Pa ；
H X ——循环流量通过配水回水管路的水头损失Pa ；
⊿h ——锅炉或水加热器的中心至立管顶部的标高差，m ；
γ2——最远处立管管段中点的水的比重，kg/m 3；
γ1——配水主立管管段中点的水的比重，kg/m 3。

(1) 管网循环流量
管段的热损失： )2
)(
1(j z c s t t t DLK Q -+-=ηπ （9－12） 式中 Q s ——计算管段热损失,W ； K ——无保温时管道的传热系数，W/m 2•℃；
η——保温系数，无保温时η=0，简单保温时η=0.6，较好保温时η=0.7～
0.8；
t j ——计算管段周围空气温度，℃；
D ——管道的外径，m ；
L ——计算管段的长度，m ；
t c ——计算管段的起点水温，℃；
t z ——计算管段的终点水温，℃。

管段的循环流量：)
(z c s x t t C Q Q -⋅=
（9－13） 式中：Q x ——循环流量，L/s ；
C ——水的比热， 一般取C=4.19kJ/kg•℃；
t c 、t z ——计算管路起点、终点的水温，℃；
Q s ——计算管段的热损失，W 。

(2) 计算方法与步骤：
1） 选择计算管路（管路最长、水头损失最大）。

2） 按冷水计算方法确定配水管路的管径。

3） 初选回水管径，比相应配水管小1#~2#。

4） 选定计算管路水温降落值C T 15~5=∆。

（从加热器出口到最不利配
水点）。

5） 求配水管路的各管段的热损失及循环流量。

①求出各管段的水温降落值。

假设水温落与管道表面积成正比，近似算出单位面积的温降值。

F T t ∆=∆ （9-14） f t t t c z ∑∆-= （9-15）
式中： Δt ——配水管网中的面积比温降，℃/m 2；
ΔT ——配水环路起点和终点的温差，一般ΔT =5～15℃；
F ——计算管路的总外表面积，m 2；
t c 、t z ——计算管路起点、终点的水温，℃；
Σf ——计算管段的散热面积，m 2，可查表计算。

②按式（9－12）求管段热损失。

③热水管网分支环路的循环流量确定
按循环流量与热损失成比例的原则，计算各配水管段管段的所通过的循环流量。

（计算用图见教材图预计算最好在一页）
节点1：
流入节点1时携带的热量为W 1-2+W 2-3+W A +W B +W c
循环流量流离节点2时携带的热量为 C B W W W W +++32 C B A C B W W W W W W W W W Q Q +++++++=-----32213221121 132********Q W W W W W W W W W Q C B A C B ⋅+++++++=----- Q 1=Q x 流入A 管段的循环流量Q A 携带的热量为A W 2
132********Q Q Q W W W W W Q W W W W W Q Q A c B A A C B A A -=+++=+++=-----流量守恒： 节点2：
流入节点2的流量所携带的热量为C B W W W ++-32
流入节点2流量为322-+=Q Q Q B 32-Q 用来补充热损失C W W +3 C W W W W W Q Q +++=--3232
3
222323232-----=⋅+++=Q Q Q Q W W W W W Q B C B C
6） 计算配水管网的热损失∑s W ，求总循环流量。

∑s W =W s1+ W s2+……+ W sn (9-16)
将∑W s 代入下式求解热水系统的总循环流量Q x ：
)(z c s
x t t C W Q -⋅=∑ (9-17)
7） 复核各管段终点的水温 t t q C W t t c x B x c Z ∆-=-=' (计算结果) f t t t c z ∑∆-= （按面积比温降值初定的） 结果如与原来确定的温差较大，t”=2'z z t t +作为各管段终点水温，重新计算。

8） 计算循环管网的总水头损失
j x p h H H H ++=)( （9－18）
式中：H ——循环管网的总水头损失，kP a ；
H p ——循环流量通过配水计算管路的沿程和局部水头损失，kP a ；
H x ——循环流量通过回水计算管路的沿程和局部水头损失，kP a ；
h j ——循环流量通过水加热器的水头损失，kP a 。

9） 计算环路的自然循环作用水头
10） 比较H zr 、H x 判断能否实现自然循环
若不能实现自然循环则采用机械循环。

机械循环：全日制循环
定时循环
① 全日制循环——计算方法、步骤同自然循环。

循环水泵的流量按下式计算：
Q b = Q x + Q f （9－19）
式中：Q x —循环流量，L/s ；
Q f —循环附加流量，一般取设计小时用水量的15%，L/h 。

()设
水温降低，故提出位常循环而使系统其它部可能会影响全系统的正在某些配水点配水时，Q Q f %33~%15= 循环水泵扬程按下式计算： x p x f
x b H H Q Q Q H ++=2)( （9－20）
式中：kPa H b 循环水泵的扬程，-；
k P a
H P 头损失，配水管路循环流量的水-; k P a
H x 头损失，回水管路循环流量的水-; Q x 、Q f ——同式（9－17）。

②定时供应热水的循环管网计算
定时循环方式——每日定时热水供应之前，将管网中已凉冷的水抽回并补充以热水的循环方式。

循环水泵的流量按下式计算： Q b ≥
s gs t V 60 (9-21) 循环水泵扬程按下式计算： H b ≥H p +H x +H j (9-22)
式中：V gs ——循环管网的全部容积，L ；
t s ——在最长配水和回水环路中，循环一次所需时间，t s =15~30min 。

举例：热水供应系统如图（插图见讲义）
1） 选择计算管路，管道节点编号J A ~。

2） 按给水管网方法确定配水管管径。

3） 初选定回水管径，比相应的给水管径小1~2#。

4） 选定水温降落值。

C T T T Z C
85260=∆-- 最不利点，加热器出口，
5) 按面积比温降法算出计算管段z c t t 、水温，∑∆-=f t t t c z 。

⎫⎛-z c t t
① 总循环流量 h l C T C T Q x /40018621=⨯=⋅∆=⋅∆=∑ ② 各管段的循环流量：按循环流量与热损失成正比原则求各管段的循环流
量。

热水到达B 点时携带热量为：W 2+W 3+W 4+W 5+W 6, W 1 已损失掉。

65432212W W W W W W Q Q ++++= h l W W W W W W Q Q /5.47250320035040065432212=-⨯=++++⋅= ()h l Q Q Q /5.3525.47400213=-=-= 1
.962.1441125.352/2.14411004505.352/11211003505.352/5.35235026005.4754366545356544342654323=--=--==⨯=++⋅==⨯=++⋅==⨯=+++⋅=Q Q Q Q h l W W W W Q Q h l W W W W Q Q h l W W W W W Q Q 或
9） 复核各配水点水温 Q C W t ⋅=∆ 10) 计算循环流量的水头损失 m l i h h h j l 524.2018.225.1)3.1~2.1(=⨯=⋅=+=∑∑∑∑
11) 循环作用水头
()O mmH h H r L Zr 2 γγ-=
已知：m r m r m h 24.98315.98766052===，，
()，不能实现自然循环∑<<=⨯=-⨯=h H O mmH H zr zr 25.2391.3624.98315.9876 12）循环泵选择
循环附加流量 循环流量， 循环泵流量，---+≥f x b f x b Q h l Q h l Q Q Q Q // 循环泵的扬程时的水头损失
循环流量通过回水管路时的水头损失循环流量通过配水管路---+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+≥b h p h p x f x b H H H H H Q Q Q H 2。