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第七章 集中供热系统
集中供热系统是由热源、热网和热用户三部分组成的。
第一节 热水供热系统
一、闭式热水供热系统
(—)供暖系统热用户与热水网路的连接方式
供暖系统热用户与热水网路的连接方式可分为 直接连接
间接连接
1．无混合装置的直接连接
当集中供热系统采用高温水供热，网路设计供水温度超过上述供暖卫生标准时，用直接连接方式就要采用装水喷射器或装混合水泵的型式。
2．装水喷射器的直接连接
水喷射器无活动部件、构造简单、运行可靠、网路系统的水力稳定性好。
3．装混合水泵的直接连接
应用较多的一种直接连接方式。
4．间接连接
造价高。
运行费用增加。
我国城市集中供热系统、供暖系统热用户与热水网路的连接，多年来主要采用直接连接方式。只有在热水网路与热用户的压力状况不适应时才采用间接连接方式。
(二)通风系统热用户与热水网路的连接
(三)热水供应热用户与热网的连接方式
热水供应热用户与热网的连接必须通过表面式水—水换热器。连接方式：
1．无储水箱的连接方式
2．装设上部储水箱的连接方式
3．装设容积式换热器的连接方式
4．装设下部储水箱的连接方式
二、闭式与开式热水供热系统的优缺点
闭式与开式热水供热系统，各自具有如下的一些优缺点：
1.闭式热水供热系统的网路补水量少。
2.在闭式热水供热系统中，网路循环水通过表面式热交换器将城市上水加热，热水供应用水的水质与城市上水水质相同且稳定。
3.在闭式热水供热系统中，在热力站或用户入口处，需安装表面式热交换器。热力站或用户引入口处设备增多，投资增加，运行管理也较复杂。
4.在利用低位热能方面，开式系统比闭式系统要好些。
在我国，城市供热系统主要是并联闭式热水供热系统。
第二节 蒸汽供热系统
蒸汽供热系统，广泛的应用于工业厂房或工业区域。
一、热用户与蒸汽网路的连接方式
二、凝结水回收系统
凝结水水温较高(一般为80℃一l 00℃左右)，同时又是良好的锅炉补水，应尽可能回收。
如按凝水的流动方式不同，可分为单相流和两相流两大类。
如按驱使凝水流动的动力不同，可分为重力回水和机械回水
1．非满管流的凝结水回收系统(低压自流式系统)
2．两相流的凝结水回收系统(余压回水系统)
3．重力式满管流凝结水回水系统
上面介绍的三种不同凝水流动状态的凝结水
回收系统，均属于开式凝结水回收系统。系
统中的凝结水箱或高位水箱与大气相通。
4．闭式余压凝结水回收系统
当二次汽压力过高时，二次汽从安全水封排出，在系统停止运行时，安全水封可防止空气进入。
5．闭式满管流凝结水回收系统
当生成的二次汽少于所需时，可通过减压阀补汽，满足需要和维持箱内压力。
6．加压回水系统
这种系统凝水流动工况呈满管流动，它可以是开式系统，也可是闭式系统，取决于是否与大气相通。
第三节 集中供热系统热源型式与热媒的选择
集中供热系统的热媒主要是热水或蒸汽。
在集中供热系统中，以水作为热媒与蒸汽相比，有下述优点：
1．热水供热系统的热能利用效率高。
2．以水作为热媒用于供暖系统时，可以改变供水温度来进行供热调节(质调节)，既能减少热网热损失，又能较好地满足卫生要求。
3．热水供热系统的蓄热能力高，。
4．热水供热系统可以远距离输送，供热半径大。
以蒸汽作为热媒，与热水相比，有如下一些优点：
1．以蒸汽作为热媒的适用面广。
2．，汽网中输送凝结水所耗的电能少得多。
3．蒸汽在散热器或热交换器中，可以减少散热设备面积，降低设备费用。
4．蒸汽在一些地形起伏很大的地区或高层建筑中，不会产生如热水系统那样大的水静压力。
对热电厂供热系统来说，应首先考虑以热水作为热媒。
蒸汽供热系统的蒸汽参数(压力和温度)的确定，比较简单，以区域锅炉房为热源时，蒸汽的起始压力主要取决于用户要求的最高使用压力。
第四节 热网系统型式
热网是集中供热系统的主要组成部分，担负热能输送任务。
一、蒸汽供热系统
在凝结水质量不符合回收要求或凝结水回收率很低，敷设凝水管道明显不经济时，可不设凝水管道，但应在用户处充分利用凝结水的热量。
二、热水供热系统
在确定热水供热系统型式时，应特别注意供热的可靠性，当部分管段出现故障后，热网具有后备供热的可能性问题。
枝状管网布置简单，供热管道的直径，随距热源越远而逐渐减小；
金属耗量小，基建投资小，运行管理简单。
但枝状管网不具后备供热的性能。
枝状管网是热水管网最普遍采用的方式。
管线上阀门的配置基本原则：对大型管网，在长度超过2km的输送干线(无分支管的干线)和输配干线（指有分支管线接出的主干线和支干线）上，还应配置分段阀门。《热网规范》规定：输送干线每隔2000一3000m，输配干线每隔1000一l 500rn宜装设一个分段阀门。
对具有几根输送干线的热网系统，宜在输送干线之间设置连通管。
增加干线之间的连通管的数目和缩短输送干线两个分段阀门之间的距离，
可以提高网路供热的可靠性。
多热源联合供热系统，主要有两种
热源组合方式：
1.热电厂与区域锅炉房联合供热；
2.几个热电厂联合供热。
环状管网和枝状管网相比，热网投资增大，运行管理更为复杂，热网要有较高的自动控制措施。
１、多热源联合供热的热水供热系统优点：
２、整个系统的供热安全率得到保证；
３、可以提高整个供热系统的热能利用率；
４、提高整个系统的供热后备能力。
５、比单热源系统复杂。
第八章 热水网路的水力计算和水压图
热水网路水力计算的主要任务是：
1．按已知的热媒流量和压力损失，确定管道的直径；
2．按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；
3．按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的流量。
第一节 热水网路水力计算的基本公式
在热水网路计算中，还经常采用当量长度法，亦即将管段的局部损失折合成相当的沿程损失。
１、当采用当量长度法进行水力计算时，热水网路中管段的总压降就等于
Pa
式中 —一管段的折算长度，m。
２、在进行估算时，局部阻力的当量长度可按管道实际长度的百分数来计算。即
第二节 热水网路水力计算
一、热水网路水力计算的方法及步骤：
1．确定热水网路中各个管段的计算流量
对只有供暖热负荷的热水供暖系统，用户的计算流量可用下式确定
t/h
对具有多种热用户的并联闭式热水供热系统，采用按供暖热负荷进行集中质调节时，网路计算管段的设计流量应按下式计算
t/h
2．确定热水网路的主干线及其沿程比摩阻
热水网路水力计算是从主干线开始计算。
网路中平均比摩阻最小的一条管线，称为主干线。在一般情况下，热水网路各用户要求预留的作用压差是基本相等的，所以通常从热源到最远用户的管线是主干线。
热水网路主干线的设计平均比摩阻，可取40一80Pa/m进行计算。
3．报据网路主干线各管段的计算流量和初步选用的平均比摩阻R值，确定主干线各管段的标准管径和相应的实际比摩阻。
4．确定各管段局部阻力的当量长度总和，以及管段的折算长度。
5．根据管段的折算长度以及比摩阻，计算主干线各管段的总比降。
6．进行热水网路支干线、支线等水力计算。
第三节 水压图的基本概念
水力计算只能确定热水管道中各管段的压力损失(压差)值，但不能确定热水管道上各点的压力(压头)值。
根据伯努利能量方程式，能量方程式为
Pa
伯努利方程式也可用水头高度的形式表示，即
mH2O
线AB称为总水头线；线CD称为测压管水头线。
在机械循环热水供暖系统中，膨胀水箱不仅起着容纳系统水膨胀体积之用，还起着对系统定压的作用；对热水供热(暖)系统其定压作用的设备，称为定压装置。膨胀水箱是最简单的一种定压装置。
第四节 热水网络水压图
一、热水网路压力状况的基本技术要求
热水供热系统在运行或停止运行时，系统内热媒的压力必须满足下列基本技术要求：
1、在与热水网路直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及其管道构件的承压能力。
2、在高温水网路和用户系统内，水温超过100℃的地点，热媒压力应不低于该水温下的汽化压力。
3、与热水网路直接连接的用户系统，无论在网路循环水泵运转或停止工作时，其用户系统回水管出口处的压力，必须高于用户系统的充水高度，以防止系统倒空吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。
4、网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出5mH2O，以免吸入空气。
5、在热水网路的热力站或用户引入口处，供、回水管的资用压差，应满足热力站或用户所需的作用压力。
二、绘制热水网路水压图的步骤和方法
1、以网路循环水泵的中心线的高度（或其它方便的高度）为基准面，在纵坐标上按一定的比例尺作出标高的刻度。
2、选定静水压曲线的位置。
3、选定回水管的动水压曲线的位置。
4、选定供水管动水压曲线的位置。
三、用户系统的压力状况和与热网连接方式的确定
（1）不会出现汽化。
（2）不会出现倒空
第五节 热水网络水力工况
1.水力失调和水力失调度
2.管道的阻力数和通导数
3.水力工况分析
4.水力工况计算
5.提高水力稳定性方法
第九章 集中供热系统的热力站及其主要设备
集中供热系统的热力站是供热网路与热用户的连接场所。
根据热网输送的热媒不同，可分为热水供热热力站和蒸汽供热热力站；根据服务对象不同，可分为工业热力站和民用热力站。
根据热力站的位置和功能的不同，可分为：
1、用户热力站（点）——也称为用户引入口。
2、小区热力站（常简称为热力站）从集中热
力站向各热用户输送热能的网路，通常称为
二级供热管网。
3、区域性热力站——它用于特大型的供热网
路，设置在供热主干线和分支干线的连接点处。
第一节 民用热力站
民用热力站的服务对象是民用用热单位（民用建筑及公共建筑），多属于热水供热热力站。
热力点在用户供、回水总管进出口处设置截断阀门、压力表和温度计，同时根据用户供热质量的要求，设置手动调节阀或流量调节器，以便于对用户进行供热调节。用户进水管上应安装除污器，以免污垢杂物进入局部供暖系统。
引入用户支线较长，宜在用户供、回水管总管的阀门前设置旁通管。
第二节 工业热力站
一、 工业热力站的服务对象是工厂企业用热单位，多为蒸汽供热热力站。
热网蒸汽先进入分汽缸——分别输送出去。
二、凝结水回收设备是蒸汽供热热力站的重要组成部分，主要包括凝结水泵以及疏水器、安全水封等附件。
１、凝结水箱有开式（无压）和闭式（有压）两种
１）开式水箱多为长方形（图12-5）。开式水箱附件一般应有人孔盖、水位计、温度计、进、出水管、空气管和泄水管等。当水箱高度大于1.5m时，应设内、外扶梯。
２）闭式水箱）为承压水箱。水箱应做成圆筒形。闭式水箱附件一般应有人孔盖、水位计、进、出水管、泄水管、压力表、取样装置和安全水封等。
闭式水箱上应设置安全水封。它的作用有：
a、防止水箱压力过高；
b、防止空气进入箱内；
c、兼作溢流管用。
第三节 热 水 换 热 器
第十一章 供热管线的敷设和构造
供热管线的构造包括：供热管道及其附件、保温结构、补偿器、管道支座以及地上敷设的管道支架、操作平台和地下敷设的地沟、检查室等构筑物。
第一节 供热管网布置原则
供热管线平面位置的确定，即定线，应遵守如下基本原则：
1.经济上合理 主干线力求短直，主干线尽量走热负荷集中区。
2.技术上可靠。应尽量避开土质松软地区、地震断裂带、滑坡危险地带以及地下水位高等不利地段。
3.周围环境影响少而协调 供热管线应少穿主要交通线。
一般平行于道路中心线并应尽量敷设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿着街道的一侧敷设。地上敷设的管道，不应影响城市环境美观，不妨碍交通。供热管道与各种管道、构筑物应协调安排，相互之间的距离，应能保证运行安全、施工及检修方便。
第二节 室外供热管道的敷设方式
供热管道的敷设型式，可分为地上（架空）敷设和地下敷设两类。
一、 地上敷设
（一） 低支架。
适用场合：在不妨碍交通，不影响厂区扩建的场合，可采用低支架敷设，通常是沿着工厂的围墙或平行于公路或铁路敷设。
做法：为了避免雨雪的的侵袭，低支架敷设，供热管道保温结构底距地面净高不得小于0.3米。
（二） 中支架。
适用场合：在人行频繁和非机动车辆通行地段，可采用中支架敷设。
做法：管道保温结构底距地面净高为2.0~4.0米。
（三） 高支架。管道保温结构底距地面净高为4米以上，一般为4.0~6.0米。在跨越公路、铁路或其他障碍物时采用。
地上敷设的供热管道可以和其他管道敷设在同一支架上，但应便于检修，且不得架设在腐蚀性介质管道的下方。
地上敷设所用的支架按其构成材料可分为：砖砌、毛石砌、钢筋混凝土结构（预制或现场浇灌）、钢结构和木结构等。
支架按力学特点可分为：刚性支架
柔性支架
铰接支架。
二、地下敷设
地下敷设不影响市容和交通。
（一）地沟敷设
1.通行地沟
通行地沟内，可采用单侧布管或双侧布管两种方式。通行地沟人行通道的高度不低于1.8米，宽度不低于0.6米，并应允许地沟最大直径的管道通过通道。
2.半通行地沟。 在半通行地沟内，留有高度约1.2~1.4米，宽度不小于0.5米的人行通道。
3.不通行地沟 。不通行地沟的横截面较小，只需保证管道施工安装的必要尺寸。
不通行地沟的造价低，占地较小，是城镇供热管道经常采用的地沟敷设类型。其缺点是管道检修时必须掘开地面。
（二）无沟（直埋）敷设
供热管道直接埋设于土壤中的敷设型式。
目前，最多采用的型式是供热管道、保温层和保护外壳三者紧密粘结在一起，形成整体式的预制保温管道结构型式。
1）整体式预制保温管道直埋敷设与地沟敷设相比较的优点：
1.无沟敷设节省供热管网的投资费用。
2.无沟敷设占地小，易于与其他地下管道和设施相协调。
3.整体式预制保温管可保证其使用寿命达50年以上，远高于地沟敷设。
4.可以不设置补偿器和固定支座，简化了管网系统和节省基建费用。
5.以聚氨酯作为保温结构材料，导热系数小，供热管道散热小于地沟敷设。
6.预制保温管结构简单，采用工厂预制，易于保证工程质量。
2）问题：
1、国内聚氨酯原材料价格高；
2、现场预制保温管的质量有待提高；
3、直埋敷设的使用寿命待实践验证；
4、发现直埋敷设管道泄漏技术的开发等等。
第三节 供热管道及其附件
一、供热管道
供热管道通常采用钢管。
钢管的最大优点是能承受较大的内压力和动荷载，管道连接简单；
缺点是钢管内部及外部易受腐蚀。
种类：
室内供热管道常采用水煤气管或无缝钢管；
室外供热管道都采用无缝钢管和钢板卷焊管。
二、阀门
在供热管道上，常用的阀门型式有：截止阀、闸阀、蝶阀、止回阀和调节阀等。
1、截止阀流动阻力大，产品公称通径不大于200mm。
2、闸阀
截止阀和闸阀主要起开闭管路的作用。由于其调节性能不好，不适于用来调节流量。
3、涡轮转动型蝶阀。
蝶阀阀体长度很小，流动阻力小，调节性能稍优于截止阀和闸阀，但造价高。
4、止回阀,常用的止回阀主要有旋启式和升降式。
三、管道的放气、排水及疏水装置
1、地下敷设供热管道宜设坡度，其坡度不小于0.002。
2、放气装置应设置在热水、凝结水管道的高点处。放气阀门的管径一般采用Φ15~32mm。
3、热水、凝结水管道的低点处，应安装放水装置。
热水管道的放水装置应保证一个放水段的排水时间不超过下面的规定：
1、对DN≤300mm的管道，放水时间为（2~3）h；
2、对DN350~500mm，为（4~6）h；
3、对DN≥600mm，为（5~7）h。
放水时间主要是考虑在冬季出现事故时能迅速放水，缩短抢修时间，以免供暖系统和网路冻结。
为排除蒸汽管道的沿途凝水，蒸汽管道的低点和垂直升高的管段前应设起动疏水和经常疏水装置。
同一坡向的管段，在顺坡情况下每隔400~500m，逆坡时每隔200~300m应设起动疏水和经常疏水装置。
第四节 补偿器
为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小关闭的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。
利用补偿器材料的
变形来吸收热伸 自然补偿
长方形补偿
波纹管补偿器
套筒补偿器 利用管道的位移来吸收热伸长
球形补偿器
一、自然补偿
二、方形补偿器
缺点是介质流动阻力大，占地多。
三、波纹管补偿器
利用波纹变形进行管道热补偿。多用不锈钢制造。
优点是占地小，不用专门维修，介质流动阻力小；
缺点：造价较贵些。
四、套筒（管）补偿器
套筒补偿器的补偿能力大，一般可达250~400mm，占地小，介质流动阻力小，造价低，但其压紧、补充和更换填料的维修工作量大，同时管道地下敷设时，为此要增设检查室。
五、球形补偿器
球形补偿器的球体与外壳间的密封性能良好，寿命较长。它的特点是能作空间变形，补偿能力大，适用于架空敷设上。
六、管道的热伸长计算
管道的热伸长量计算方法:
△ X=a*(T1-T2)*L
△ X——管道的热伸长量,mm;
t1——热媒温度,℃,
t2——管道安装时的温度, ℃,温度不能确定时，一般按最能月平均气温。.
L——计算管道长度m;
a一般取0.012——钢铁的线膨胀系数,mm/m℃
第五节 管道支座（架）
一、活动支座（架）
二、固定支座（架）
第六节 检查室与操作平台
地下敷设管道安装有套筒补偿器、阀门、放水、排气和除污装置等管道附件处，应设检查室（井）。
检查室的净空尺寸要尽可能紧凑，但必须考虑便于维护检修。检查室的净空高度不得小小1.8 m，人行通道宽度不小于0.6m。
检查室还用来汇集和排除渗入地沟或由管道放出的网路水。为此，检查室地面应低于地沟底，其值不小于0.3m.,同时，检查室内至少设一个集水坑，并应置于人孔下方，以便将积水抽出。
第七节 管道应力
内压引起的应力；
持续外载引起的应力
热胀冷缩引起的应力
管道应力计算应采用应力分类法。管道由内压、持续外载引起的一次应力验算采用弹性分析和极限分析；管道由热胀冷缩及其他位移受约束产生的二次应力和管件上的峰值应力采用满足必要疲劳次数的许用应力范围进行验算
第八节 供热管道的保温
一、 管道的保温结构
保温材料的基本要求：
导热系数不大于0.12W/m 0C
密度不应大于400Kg/m3
有一定的抗压强度
管道的保温结构是由保温层和保护层两部分组成。
供热管道保护层的作用主要是防止保温层的机械损伤和水分侵入，有时它还兼起美化保温结构外观的作用。保护层是保证保温结构性能和寿命的重要组成部分，需要具有足够的机械强度和必要的防水性能。
十一章 集中供热系统的热源
目前采用的热源型式有：热电厂、区域锅炉房、核能、地热、工业余热和太阳能等，最广泛应用的热源形式是热电厂和区域锅炉房。
第一节 热电厂
热电厂是联合生产电能和热能的发电厂。
供热汽轮机主要主要分两大类型：
第二节 区域锅炉房
区域锅炉房是城镇集中供应热能的热源。
它的效率低于热电厂的热能利用效率，但区域锅炉房中使用燃煤锅炉的热效率也能达到80%以上，比分散的小型锅炉房的热效率（50%-60%）高得多。
区域锅炉房与热电厂相比，其投资低，建设周期短，厂址选择容易。
区域锅炉房根据其制备热媒的种类不同，分为蒸汽锅炉房和热水锅炉房。
一、 蒸汽锅炉房
可分为两种主要型式。
1. 向集中供热系统的所有热
用户供应蒸汽的型式。
2. 在蒸汽锅炉房内同时制备
蒸汽和热水热媒的型式。
通常蒸汽供应生产工艺用热，热
水作为热媒，供应供暖、通风等热用户。
根据在蒸汽锅炉房集中制备热水的方式不同，有：
（1）采用集中热交换站的型式；
（2）采用蒸汽喷射装置的型式；
（3）采用淋水式换热器的型式。
二、 热水锅炉房
热水供热系统的定压，通常多在热源处实施。热水锅炉房的集中供热系统定压方式，主要有下列几种方式。
（1） 采用高架水箱定压；
（2） 采用补给水泵定压；
（3） 采用气体定压；
（4） 采用蒸汽定压
第三节 集中供热系统的其他热源型式
一、工业余热
二、地热水供热
作为供热的热源，地热水具有如下一些特点：
（1）在不同条件下，地热水的参数（温度、压力等）及成份会有很大的差别。
（2）地热水的参数与热负荷无关。对于一个具体的水井，地热水的温度几乎是全年不变的，地热水的参数不能适应热负荷变化的特性，使得利用地热能的系统变得复杂。
（3）一次性利用。地热水热能被利用后通常就要被废弃。为了最大限度的利用其能位，就要采用分级利用地热水热能的利用方式，使系统复杂和费用增大。
三、 核能供热
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