自然循环热水采暖系统的工作原理
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pzh p p f
四、自然循环单管系统作用压力的计算
上供下回单管式系统中，散热器
S2和S1串联。引起重力循环作用
压力的高差是（h1+h2)m，冷却后
水的密度分别为 2， h ，其循环
作用压力值为
P
gh（1 h
2）
gh（2 2
）
h
第七讲 自然循环热水采暖系统
若循环环路中有N组串联的冷却中心(散热器) 时，其循环作用压力可用下面一个通式表示：
不考虑管道散热。
P左=g(ρhh0+ρgh+ρgh1)
P右=g(ρhh0+ρhh+ρgh1) ΔP =P右-P左
ρg
3
=g(ρhh-ρgh)
=gh (ρh-ρg)
2
循环作用压力ΔP取决于水温（密
度）变化，加热中心和冷却中 心的高度差。
A
h0
h
h1
1
4 ρh
起循环作用的只有散热器中心和锅
炉中心之间这段高度内的水柱 密度差。
第七讲 自然循环热水采暖系统
二、自然循环热水采暖系统的主要型式
双管式 单管式
i=0.5%～1% i=0.5%～1%
8
2
4
5
1
3
6 7
i=0.5%～1%
(a) 双管
11 9 10
(b) 单管
第七讲 自然循环热水采暖系统
上供下回式系统一个主要特点：
供水干管必须有向膨胀水 箱方向上升的流向。其 反向的坡度为0.5%~1 ％；空气逆流经供水干 管聚集到系统的最高处， 通过膨胀水箱排除。
=gh1(ρh-ρg)+gh2(ρh-ρg) = ΔP1 +gh2(ρh-ρg)
ΔP2 > ΔP1
通过上层散热器环路的作用压力 比通过底层散热器的大
第七讲 自然循环热水采暖系统
在双管系统中，由于各层散热器 与锅炉的高差不同，虽然进入和流出 各层散热器的供、回水温度相同(不 考虑管路沿途冷却的影响)，也将形 成上层作用压力大、下层作用压力小 的现象。如选用不同管径仍不能使各 层阻力损失达到平衡，由于流量分配 不均，必然要出现上热下冷的现象。
第七讲 自然循环热水采暖系统
热水采暖系统 以热水作为热媒的采暖系统。
适用： 民用建筑，生产厂房及辅助建筑。
特点： 系统简单，卫生，安全，蓄热能力好
第七讲 自然循环热水采暖系统
热
重力(自然)循环系统
水 1．按系统循环动力
供
机械循环系统。
暖
单管系统
系 2．按供、回水方式
统
双管系统
分
垂直式系统
类 3．按系统管道敷设方式 水平式系统
第七讲 自然循环热水采暖系统
自然循环设计计算注意事项
在讨论重力循环系统作用压力时，并没有考虑 水在管路中沿途冷却的因素，假设水温只在加热 中心和冷却中心发生变化。 在设计计算中，只考虑水在散热器内冷却时所 产生的作用压力，然后再根据不同情况，增加一 个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力。 总的重力循环作用压力，可用下式表示：
散热器支管的坡度一般取 1%。这是为了使系统 内的空气能顺利地排除， 因系统中若积存空气， 就会形成气塞，影响水 的正常循环。
回水干管应向锅炉方向有 向下的坡度。
i=0.5%～1%
5 6
i=0.5%～1%
(a) 双管
8
2
4
1 3
7
i=0.5%～1%
11 9 10
(b) 单管
第七讲 自然循环热水采暖系统
N
N
P
gh（i i g）
gH（i i
i
）
1
i 1
i 1
由作用压力计算公式可知，单管热水供暖系统 的作用压力与水温变化、加热中心到冷却中心 的高度差以及冷却中心的个数等因素有关 。
第七讲 自然循环热水采暖系统
自然循环单管系统立管水温的计算
为了计算单管系统重力循环作用压力，
低温水供暖系统
4．按热媒温度
高温水供暖系统
第七讲 自然循环热水采暖系统
一、自然循环热水采暖系统的工作原理
系统组成：
• 放热中心1 (散热器)
• 加热中心2 (锅炉)
• 供水管3 • 回水管4 • 膨胀水箱5
5
h1
ρg
3
2
h
1
4 ρh
h0
A
P左
P右
A
第七讲 自然循环热水采暖系统
一、自然循环热水采暖系统的工作原理
P左
P右
A
第七讲 自然循环热水采暖系统
• 自然循环热水采暖系统是最早采用的一种热水 供暖方式，已有约200年的历史，至今仍在应用。
• 系统特点 装置简单，运行时无噪音和不消耗电能。 但由于其作用压力小，管径大，作用范围受到 限制。重力循环热水采暖系统通常只能在单幢 建筑物中应用，其作用半径不宜超过50m。
第七讲 自然循环热水采暖系统
系统垂直失调
在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的室 温不符合设计要求的温度，而出现上、下层 冷热不匀的现象，通常称作系统垂直失调。
双管系统的垂直失调，是由于通过各层的循 环作用压力不同而出现的；而且楼层数越多， 上下层的作用压力差值越大．垂直失调就会 越严重。
第七讲 自然循环热水采暖系统
需要求出各个冷却中心之间管路中水的密
度 也就 i是首先要确定各散热器之间管路
的水温 ，
（在t i散热器一章）。
N
Qi
ti tg
i
Q
（t
g
t
）
h
第七讲 自然循环热水采暖系统
第七讲 自然循环热水采暖系统
在单管系统运行期间，当立管的供水温度 或流量不符合设计要求时，也会出现垂直失调 现象。但在单管系统中，影响垂直失调的原因， 不是如双管系统那样，由于各层作用压力不同 造成的．而是由于各层散热器的传热系数K随 各层散热器平均计算温度差的变化程度不同而 引起的。
膨胀水箱的作用
• 容纳膨胀体积 • 排气 • 定压
i=0.5%～1%
8
2
4
5
1
3
6
i=0.5%～1%
7
i=0.5%～1%
11 9
(a)
10
(b)
第七讲 自然循环热水采暖系统
三、自然循环双管系统作用压力的计算
两个并联环路和两个冷却中 心。作用压力分别为：
ΔP1 =gh1 (ρh-ρg) ΔP2 =g(h1+h2) (ρh-ρg)
5
工作原理：
系统工作前先充满冷水。
当水在锅炉内被加热后，
h1
密度减小，同时受着
1
从散热器流回来密度
ρg
3
较大的回水的驱动，
4
使热水沿供水干管上
h
ρh
升，流人散热器。在
2
散热器内水被冷却，
h0
再沿回水干管流回锅
A
炉。
P左
P右
A
第七讲 自然循环热水采暖系统
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一、自然循环热水采暖系统的工作原理
5
循环作用压力：
四、自然循环单管系统作用压力的计算
上供下回单管式系统中，散热器
S2和S1串联。引起重力循环作用
压力的高差是（h1+h2)m，冷却后
水的密度分别为 2， h ，其循环
作用压力值为
P
gh（1 h
2）
gh（2 2
）
h
第七讲 自然循环热水采暖系统
若循环环路中有N组串联的冷却中心(散热器) 时，其循环作用压力可用下面一个通式表示：
不考虑管道散热。
P左=g(ρhh0+ρgh+ρgh1)
P右=g(ρhh0+ρhh+ρgh1) ΔP =P右-P左
ρg
3
=g(ρhh-ρgh)
=gh (ρh-ρg)
2
循环作用压力ΔP取决于水温（密
度）变化，加热中心和冷却中 心的高度差。
A
h0
h
h1
1
4 ρh
起循环作用的只有散热器中心和锅
炉中心之间这段高度内的水柱 密度差。
第七讲 自然循环热水采暖系统
二、自然循环热水采暖系统的主要型式
双管式 单管式
i=0.5%～1% i=0.5%～1%
8
2
4
5
1
3
6 7
i=0.5%～1%
(a) 双管
11 9 10
(b) 单管
第七讲 自然循环热水采暖系统
上供下回式系统一个主要特点：
供水干管必须有向膨胀水 箱方向上升的流向。其 反向的坡度为0.5%~1 ％；空气逆流经供水干 管聚集到系统的最高处， 通过膨胀水箱排除。
=gh1(ρh-ρg)+gh2(ρh-ρg) = ΔP1 +gh2(ρh-ρg)
ΔP2 > ΔP1
通过上层散热器环路的作用压力 比通过底层散热器的大
第七讲 自然循环热水采暖系统
在双管系统中，由于各层散热器 与锅炉的高差不同，虽然进入和流出 各层散热器的供、回水温度相同(不 考虑管路沿途冷却的影响)，也将形 成上层作用压力大、下层作用压力小 的现象。如选用不同管径仍不能使各 层阻力损失达到平衡，由于流量分配 不均，必然要出现上热下冷的现象。
第七讲 自然循环热水采暖系统
热水采暖系统 以热水作为热媒的采暖系统。
适用： 民用建筑，生产厂房及辅助建筑。
特点： 系统简单，卫生，安全，蓄热能力好
第七讲 自然循环热水采暖系统
热
重力(自然)循环系统
水 1．按系统循环动力
供
机械循环系统。
暖
单管系统
系 2．按供、回水方式
统
双管系统
分
垂直式系统
类 3．按系统管道敷设方式 水平式系统
第七讲 自然循环热水采暖系统
自然循环设计计算注意事项
在讨论重力循环系统作用压力时，并没有考虑 水在管路中沿途冷却的因素，假设水温只在加热 中心和冷却中心发生变化。 在设计计算中，只考虑水在散热器内冷却时所 产生的作用压力，然后再根据不同情况，增加一 个考虑水在循环管路中冷却的附加作用压力。 总的重力循环作用压力，可用下式表示：
散热器支管的坡度一般取 1%。这是为了使系统 内的空气能顺利地排除， 因系统中若积存空气， 就会形成气塞，影响水 的正常循环。
回水干管应向锅炉方向有 向下的坡度。
i=0.5%～1%
5 6
i=0.5%～1%
(a) 双管
8
2
4
1 3
7
i=0.5%～1%
11 9 10
(b) 单管
第七讲 自然循环热水采暖系统
N
N
P
gh（i i g）
gH（i i
i
）
1
i 1
i 1
由作用压力计算公式可知，单管热水供暖系统 的作用压力与水温变化、加热中心到冷却中心 的高度差以及冷却中心的个数等因素有关 。
第七讲 自然循环热水采暖系统
自然循环单管系统立管水温的计算
为了计算单管系统重力循环作用压力，
低温水供暖系统
4．按热媒温度
高温水供暖系统
第七讲 自然循环热水采暖系统
一、自然循环热水采暖系统的工作原理
系统组成：
• 放热中心1 (散热器)
• 加热中心2 (锅炉)
• 供水管3 • 回水管4 • 膨胀水箱5
5
h1
ρg
3
2
h
1
4 ρh
h0
A
P左
P右
A
第七讲 自然循环热水采暖系统
一、自然循环热水采暖系统的工作原理
P左
P右
A
第七讲 自然循环热水采暖系统
• 自然循环热水采暖系统是最早采用的一种热水 供暖方式，已有约200年的历史，至今仍在应用。
• 系统特点 装置简单，运行时无噪音和不消耗电能。 但由于其作用压力小，管径大，作用范围受到 限制。重力循环热水采暖系统通常只能在单幢 建筑物中应用，其作用半径不宜超过50m。
第七讲 自然循环热水采暖系统
系统垂直失调
在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的室 温不符合设计要求的温度，而出现上、下层 冷热不匀的现象，通常称作系统垂直失调。
双管系统的垂直失调，是由于通过各层的循 环作用压力不同而出现的；而且楼层数越多， 上下层的作用压力差值越大．垂直失调就会 越严重。
第七讲 自然循环热水采暖系统
需要求出各个冷却中心之间管路中水的密
度 也就 i是首先要确定各散热器之间管路
的水温 ，
（在t i散热器一章）。
N
Qi
ti tg
i
Q
（t
g
t
）
h
第七讲 自然循环热水采暖系统
第七讲 自然循环热水采暖系统
在单管系统运行期间，当立管的供水温度 或流量不符合设计要求时，也会出现垂直失调 现象。但在单管系统中，影响垂直失调的原因， 不是如双管系统那样，由于各层作用压力不同 造成的．而是由于各层散热器的传热系数K随 各层散热器平均计算温度差的变化程度不同而 引起的。
膨胀水箱的作用
• 容纳膨胀体积 • 排气 • 定压
i=0.5%～1%
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3
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i=0.5%～1%
7
i=0.5%～1%
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(a)
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(b)
第七讲 自然循环热水采暖系统
三、自然循环双管系统作用压力的计算
两个并联环路和两个冷却中 心。作用压力分别为：
ΔP1 =gh1 (ρh-ρg) ΔP2 =g(h1+h2) (ρh-ρg)
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工作原理：
系统工作前先充满冷水。
当水在锅炉内被加热后，
h1
密度减小，同时受着
1
从散热器流回来密度
ρg
3
较大的回水的驱动，
4
使热水沿供水干管上
h
ρh
升，流人散热器。在
2
散热器内水被冷却，
h0
再沿回水干管流回锅
A
炉。
P左
P右
A
第七讲 自然循环热水采暖系统
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一、自然循环热水采暖系统的工作原理
5
循环作用压力：