供暖系统常用的热媒有水、蒸汽、空气。以热水作为热媒的供暖系统称为热水供暖系统。

热水供暖系统的热能利用率高，输送时无效热损失较小，散热设备不易腐蚀，使用周期长，且散热设备表面温度低，符合卫生要求；系统操作方便，运行安全，易于实现供水温度的集中调节，系统蓄热能力高，散热均匀，适于远距离输送。

5.2.1.1　热水供暖系统分类

热水供暖系统，可按下述方法进行分类。

（1）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。

（2）按供、回水管连接方式的不同，可分为单管系统和双管系统。

（3）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。

（4）按热媒温度的不同，可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统。

5.2.1.2　各类热水供暖系统工作原理及特点

1.自然循环热水供暖系统

（1）自然循环热水供暖系统的组成。自然循环热水供暖系统由锅炉、散热器、供水管道、回水管道和膨胀水箱组成，如图5.1所示。

（2）自然循环热水供暖系统的工作原理。这种系统中不设循环水泵，仅靠供、回水的温度差而形成的密度差所产生的压力使水在系统中进行循环。在系统工作之前，先将系统中充满冷水，当水在锅炉内被加热后，它的密度减小，同时受着从散热器流回来密度较大的回水的驱动，使热水沿着供水干管上升，流入散热器，在散热器内水被冷却，再沿回水干管流回锅炉。这样，水连续被加热，热水不断上升，在散热器及管路中散热冷却后的回水又流回锅炉被重新加热，形成如图5.1中箭头所示的方向循环流动。这种水的循环称之为自然（重力）循环。

由此可见，自然循环热水供暖系统的循环作用压力的大小取决于水温在循环环路的变化状况。在分析作用压力时，先不考虑水在沿管路流动时的散热而使水不断冷却的因素，认为在图5.1中的循环环路内水温只在锅炉和散热器两处发生变化。

图5.1　自然循环热水供热系统

1—散热器；2—锅炉；3—供水管道具；4—回水管道；5—膨胀水管

假定图中最低点断面A-A 处有一假想阀门，若突然将阀门关闭，则断面A-A 两侧所受到的水柱压力之差就是驱使水进行循环流动的自然压头，其中，设热水密度为ρg，回水密度为ρh。

A-A 断面右侧：

A-A 断面左侧：

系统循环作用压力：

由式（5.3）可见，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密度差。如供回水温度为95℃/70℃，经查国际温标（ITS—90）的纯水密度表，则每米高差可产生的作用压力为：

（3）自然循环热水供暖系统的主要形式。

1）双管上供下回式。如图5.2（a）所示为双管上供下回式系统。其特点是各层散热器都并联在供、回水立水管上，水经回水立管、干管直接流回锅炉。如不考虑水在管道中的冷却，则进入各层散热器的水温相同。

上供下回式自然循环热水供暖系统管道布置的一个主要特点是：系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡度，其坡度宜采用0.5%～1.0%；散热器支管的坡度一般取1.0%。回水干管应有沿水流向锅炉方向下降的坡度。

2）单管上供下回式。单管系统的特点是热水送入立管后由上向下顺序流过各层散热器，水温逐层降低，各组散热器串联在立管上。每根立管（包括立管上各层散热器）与锅炉、供回水干管形成一个循环环路，各立管环路是并联关系，如图5.2（b）所示。

与双管系统相比，单管系统的优点是系统简单，节省管材，造价低，安装方便，上下层房间的温度差异较小；其缺点是顺流式不能进行个体调节。

（4）自然循环热水供暖系统的技术特点。

1）对于多层建筑，若各层房间的热负荷相同，采用的立、支管相同，则流经上层散热器的流量多于实际需要量，流经下层散热器的流量少于实际需要量，这会造成上层房间温度偏高，下层房间温度偏低，即垂直失调现象。

2）由于自然压头很小，为了保证输送所需的流量，系统管径不致过大，要求锅炉中心与散热器中心的垂直距离不小于2.5～3m。

图5.2　自然循环供暖系统

1—总立管；2—供水干管；3—供水立管；4—散热器供水支管；5—散热器回水支管；6—回水立管；7—回水干管；8—膨胀水箱连接管；9—充水管（接上水管）；10—泄水管（接下水管）；11—止回阀

3）在自然循环热水供暖系统中，由于水的流速较小（＜0.2m/s），水平供水干管可以逆流排气排入膨胀水箱，但要求水平供水干管必须有向膨胀水箱方向向上的坡度，且不得小于0.5%～1%。

4）因自然压头很小，故干管长度不宜过长，否则系统的管径就会过大。因此，系统的作用半径不宜大于50m。

5）自然循环热水供暖系统仅能用于有地下室、地坑的一些较小的独立的建筑。

2.机械循环热水供暖系统(www.daowen.com)

自然循环热水供暖系统虽然维护管理简单，不需要耗费电能，但由于作用压力小，管中水流动速度不大，所以管径就相对要大一些，作用半径也受到限制。如果系统作用半径较大，自然循环往往难以满足系统的工作要求。这时，应采用机械循环热水供暖系统。

（1）机械循环双管上供下回式热水供暖系统。如图5.3所示为机械循环双管上供下回式热水供暖系统示意图。该系统与每组散热器连接的立管均为两根，热水平行地分配给所有散热器，散热器流出的回水直接流回锅炉。供水干管布置在所有散热器上方，而回水干管在所有散热器下方，所以叫上供下回式。

在这种系统中，水在系统内循环，主要依靠水泵所产生的压头，但同时也存在自然压头，从而也会造成上层房间温度偏高，下层房间温度偏低的“垂直失调”现象。

（2）机械循环中供式热水供暖系统。从系统总立管引出的水平供水干管敷设在系统的中部，下部系统为上供下回式，上部系统可采用下供下回式，也可采用上供下回式。中供式系统可用于原有建筑物加建楼层或上部建筑面积小于下部建筑面积的场合，如图5.4所示。

图5.3　机械循环上供下回式热水供暖系统

1—膨胀水箱；2—热水锅炉；3—采暖供水管；4—采暖回水管

图5.4　机械循环中供式热水供暖系统

1—中部供水管；2—上部供水管；3—散热器；4—回水干管；5—集气罐

（3）机械循环下供上回式（倒流式）供暖系统。该系统的供水干管设在所有散热器设备的上面，回水干管设在所有散热器下面，膨胀水箱连接在回水干管上。回水经膨胀水箱流回锅炉房，再被循环水泵送入锅炉，如图5.5所示。倒流式系统具有如下特点。

1）水在系统内的流动方向是自下而上流动，与空气流动方向一致，可通过顺流式膨胀水箱排除空气，无需设置集中排气罐等排气装置。

2）对热损失大的底层房间，由于底层供水温度高，底层散热器的面积减小，便于布置。

3）当采用高温水供暖系统时，由于供水干管设在底层，这样可降低防止高温水汽化所需的水箱标高，减少布置高架水箱的困难。

4）供水干管在下部，回水干管在上部，无效热损失小。

这种系统的缺点是散热器的放热系数比上供下回式低，散热器的平均温度几乎等于散热器的出口温度，这样就增加了散热器的面积。但用于高温水供暖时，这一特点却有利于满足散热器表面温度不致过高的卫生要求。

（4）异程式系统与同程式系统。循环环路是指热水从锅炉流出，经供水管到散热器，再由回水管流回到锅炉的环路。如果一个热水供暖系统中各循环环路的热水流程长短基本相等，称为同程式热水供暖系统，如图5.6所示；热水流程相差很多时，称为异程式热水系统。在较大的建筑物内宜采用同程系统。同程式增加了回水管长度，使各分立管的循环环路的长度相等，有利于环路间的阻力平衡，热量分配易于达到设计要求。

图5.5　机械循环下供上回式供暖系统

1—锅炉；2—水泵；3—膨胀水箱

图5.6　机械循环同程式热水供暖系统

（5）水平式系统。水平式系统按供水与散热器的连接方式可分为顺流式（图5.7）和跨越式（图5.8）两类。

图5.7　水平顺流式热水供暖系统

1—关断阀；2—放气门；3—空气管

图5.8　水平跨越式热水供暖系统

1—关断阀；2—放气门；3—两通恒温阀；4—空气管

跨越式的连接方式可以有图5.8中上下两种。下面的连接形式虽然稍费一些支管，但增大了散热器的传热系数。由于跨越式可以在散热器上进行局部调节，它可以应用在需要局部调节的建筑物中。

水平式系统排气比垂直式上供下回系统要复杂，通常采用排气管集中排气。水平式系统的总造价要比垂直式系统少很多，但对于较大系统，由于有较多的散热器处于低水温区，尾端的散热器面积可能较垂直式系统的要多些。但它与垂直式（单管和双管）系统相比，还有以下优点：

1）系统的总造价一般要比垂直式系统低。

2）管路简单，便于快速施工。除了供、回水总立管外，无穿过各层楼管的立管，因此无需在楼板上打洞。

3）有可能利用最高层的辅助空间架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间。

4）沿路没有立管，不影响室内美观。

3.机械循环热水供暖系统与自然循环热水供暖系统的主要区别

（1）循环动力不同。机械循环热水供暖系统系统中设置了循环水泵，靠水泵提供的机械能使水在系统中循环。系统中的循环水在锅炉中被加热，通过总立管、干管、支管到达散热器。水沿途散热有一定的温降，在散热器中放出大部分热量，沿回水支管、立管、干管重新回到锅炉被加热。

（2）膨胀水箱的连接点和作用不同。在机械循环热水供暖系统系统中，循环水泵一般安装在回水干管上，并将膨胀水箱连在水泵吸入端。膨胀水箱位于系统最高点，它的主要作用是容纳因水受热后所膨胀的体积。当膨胀水箱连在水泵吸入端时，它可使整个系统处于稳定的正压（高于大气压）下工作，这就保证了系统中的水不致被汽化，从而避免了因水气存在而中断水的循环。

（3）排气途径不同。在机械供暖系统中，水流速度往往超过水中分离出来的空气气泡的浮升速度。为了使气泡不致被带入立管，供水干管应按水流方向设置上升坡度，使气泡随水流方向流动汇集到系统的最高点，通过在最高点设置排气装置——集气罐，将空气排出系统外。同时为了使回水能够顺利流回，回水干管应有向锅炉房方向向下的坡度。供回水干管坡度应在0.002～0.005范围内，一般采用0.003。