[科普中国]-机械循环热水供暖系统

机械循环热水供暖系统设置了循环水泵，为水循环提供动力。这虽然增加了运行管理费用和电耗，但系统循环作用压力大，管径较小，系统的作用半径会显然提高。机械循环上供下回式热水供暖系统设置了循环水泵、膨胀水箱、集气罐和散热器等设备。1

垂直式系统垂直式系统按供、回水干管布置位置不同，有下列几种形式：

(1)上供下回式双管和单管热水供暖系统；

(2)下供下回式双管热水供暖系统；

(3)中供式热水供暖系统；

(4)下供上回式(倒流式)热水供暖系统；

(5)混合式热水供暖系统。1

机械循环上供下回式热水供暖系统图1（ 1-热水锅炉；2-循环水泵；3-集气罐；4-膨胀水箱）所示为机械循环上供下回式热水供暖系统。图左侧为双管式系统，右侧为单管式系统。机械循环系统除膨胀水箱的连接位置与重力循环系统不同外，还增加了循环水泵和排气装置。

在机械循环系统中，水流速度往往超过自水中分离出来的空气气泡的浮升速度，为了气泡不致被带人立管，供水干管应按水流方向设上升坡度，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3，将空气排出系统外。供水及回水干管的坡度，宜采用0.003，不得小于0.003。回水干管的坡向与重力循环系统相同，应使系统水能顺利排出。

图1左侧的双管式系统，在管路与散热器连接方式上与重力循环系统没有差别。图1右侧立管Ⅲ是单管顺流式系统。单管顺流式系统的特点是立管中全部的水量顺次流进各层散热器。顺流式系统形式简单、施工方便、造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种形式。它最严重的缺点是不能进行局部调节。

图1右侧立管Ⅳ是单管跨越式系统。立管的一部分水量流进散热器，另一部分立管水量通过跨越管与散热器流出的回水混合，再流入下层散热器。与顺流式相比，由于只有部分立管水量流入散热器，在相同的散热量下，散热器的出水温度降低，散热器中热媒和室内空气的平均温差减小，因而所需的散热器面积比顺流式系统大一些。单管跨越式系统由于散热器面积增加，同时在散热器支管上安装了阀门，使系统造价增高，施工工序增多，因此，目前在国内只用于房间温度要求较严格、需要进行局部调节散热器热量的建筑中。

在高层建筑(通常超过6层)中，近年国内出现一种跨越式与顺流式相结合的系统形式——上部几层采用跨越式，下部采用顺流式(如图1右侧立管V所示)。通过调节设置在上层跨越管段上的阀门开启度，在系统试运转或运行时，调节进入上层散热器的流量，可适当地减轻供暖系统中经常会出现的上热下冷的现象。但这种折中形式，并不能从设计角度有效地解决垂直失调和散热器的可调节性能。

对一些要求室温波动很小的建筑(如高级旅馆等)，可在双管和单管跨越式系统的散热器支管上设置室温调节阀，以代替手动的阀门(见图1)。图1所示的机械循环上供下回式热水供暖系统的几种形式，也可用于重力循环系统上。上供下回式管道布置合理，是最常用的一种布置形式。1

机械循环下供下回式热水供暖系统系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器下面，在没有地下室的建筑物或在平屋顶建筑顶棚下难以布置供水管的场合，常采用下供下回式系统。

与上供下回式系统相比，它有如下特点：

(1)在地下室布置供水干管，管路直接散热给地下室，无效热损失小。

(2)在施工中，每安装好一层散热器即可开始供暖，给冬季施工带来很大方便。

(3)排除系统中的空气较困难。

下供下回式系统排除空气的方式主要有两种：通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气(见图2左侧)，或通过专设的空气管手动或自动集中排气(见图2右侧)。图2中，1-热水锅炉；2-循环水泵；3-集气罐；4-膨胀水箱；5-空气管；6-冷风阀。从散热器和立管排出的空气，沿空气管送到集气装置，定期排出系统外。集气装置的连接位置，应比水平空气管低h以上，即应大于图中a和b两点在供暖系统运行时的压差值，否则位于上部空气管内的空气不能起到隔断作用，立管水会通过空气管串流。因此，通过专设空气管集中排气的方法通常只在作用半径小或系统压降小的热水供暖系统中应用。1

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。下部系统呈上供下回式。上部系统可采用下供下回式(双管，见图3(a))，也可采用上供下回式(单管，见图3(b))。中供式系统可避免由于顶层梁底标高过低，致使供水干管挡住顶层窗户的不合理布置，并减轻了上供下回式楼层过多，易出现垂直失调的现象；但上部系统要增加排气装置。

中供式系统可用于加建楼层的原有建筑物或“品”字形建筑(上部建筑面积小于下部建筑的面积)的供暖上。1

机械循环下供上回式(倒流式)热水供暖系统机械循环下供上回式(倒流式)热水供暖系统如图4(1-热水锅炉；2-循环水泵；3-膨胀水箱)。系统的供水干管设在下部，而回水干管设在上部，顶部还设置有顺流式膨胀水箱。立管布置主要采用顺流式。

倒流式系统具有如下特点：

(1)水在系统内是自下而上的流动，与空气流动方向一致。可通过顺流式膨胀水箱排除空气，无须设置集气罐等排气装置。

(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)倒流式系统散热器的传热系数远低于上供下回式系统。散热器热媒的平均温度几乎等于散热器的出水温度。在相同的立管供水温度下，散热器的面积要比上供下回顺流式系统的面积大。1

机械循环混合式热水供暖系统如图5所示，混合式系统是由下供上回式(倒流式)和上供下回式两组串联组成的系统。水温为t'g。的高温水自下而上进入I组系统，通过散热器水温降到t'm后，再引入Ⅱ组系统，系统循环水温度再降到t'n。后返回热源。

进入Ⅱ组系统的供水温度t'm，根据设计的供、回水温度，可按两个串联系统的热负荷分配比例来确定；也可以预先给定进人Ⅱ组系统的供水温度t'm。来确定两个串联系统的热负荷分配比例。由于两组系统串联，系统的压力损失大些。这种系统一般只宜使用在连接于高温热水网路上的卫生要求不高的民用建筑或生产厂房中。1

异程式系统与同程式系统上述介绍的各种图式(图5除外)，在供、回水干管走向布置方面都有一个特点，即通过各个立管的循环环路的总长度并不相等。如图1右侧所示，通过立管Ⅲ循环环路的总长度，就比通过立管V的短。这种布置形式称为异程式系统。

异程式系统供、回水干管的总长度短，但在机械循环系统中，由于作用半径较大，连接立管较多，因而通过各个立管环路的压力损失较难平衡。有时靠总立管最近的立管，即使选用了最小的管径咖15mm，仍有很多的剩余压力。初调节不当时，就会出现近处立管流量超过要求，而远处立管流量不足的问题。在远近立管处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象，称为系统的水平失调。

为了消除或减轻系统的水平失调，在供、回水干管走向布置方面，可采用同程式系统。同程式系统的特点是通过各个立管的循环环路的总长度都相等。如图6(1-热水锅炉；2-循环水泵；3-集气罐；4-膨胀水箱)所示，通过最近立管I的循环环路与通过最远处立管Ⅳ的循环环路的总长度相等，因而压力损失易于平衡，由于同程式系统具有上述优点，在较大的建筑物中，常采用同程式系统。但同程式系统管道的金属消耗量通常要多于异程式系统。1

水平式系统水平式系统按供水管与散热器的连接方式同样可分为顺流式,见图7(1-冷风阀；2-空气管)和跨越式,见图8(1-冷风阀；2-空气管)两类。这些连接图式，在机械循环系统和重力循环系统中都可应用。

水平式系统的排气方式要比垂直式上供下回系统复杂些。它需要在散热器上设置冷风阀分散排气，或在同一层散热器上部串联一根空气管集中排气。对较小的系统，可用分散排气方式。对散热器较多的系统，宜用集中排气方式。

水平式系统与垂直式系统相比，具有如下优点：

(1)系统的总造价一般要比垂直式系统低；

(2)管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方便；

(3)有可能利用最高层的辅助空间(如楼梯间、厕所等)架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间。这样不仅降低了建筑造价，还不影响建筑物外形美观。

因此，水平式系统也是在国内应用较多的一种形式。此外，对一些各层有不同使用功能或不同温度要求的建筑物，采用水平式系统更便于分层管理和调节。但单管水平式系统串联散热器很多时，运行时易出现水平失调，即前端过热而末端过冷现象。1

机械循环系统与自然循环系统的主要区别(1)循环动力不同。机械循环系统靠水泵提供动力，强制水在系统中循环流动。循环水泵一般设在锅炉入口前的回水干管上，该处水温最低，可避免水泵出现气蚀现象。

(2)膨胀水箱的连接点和作用不同。机械循环系统膨胀水箱设置在系统的最高处，水箱下部接出的膨胀管连接在循环水泵入口前的回水干管上。其作用除了容纳水受热膨胀而增加的体积外，还能恒定水泵入口压力，保证供暖系统压力稳定。

(3)排气方式不同。机械循环系统中水流速度较大，一般都超过水中分离出的空气泡的浮升速度，易将空气泡带入立管引起气塞。所以机械循环上供下回式系统水平敷设的供水干管应沿水流设上升坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003。在供水干管末端最高点处设置集气罐，以便空气能顺利地和水流同方向流动，集中到集气罐处排空气。回水干管也应采用沿水流方向下降的坡度，坡度值不小于0.002，一般为0.003，以便于集中泄水。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学