专利名称：高层建筑群多级热管采暖方法和系统配套装置的制作方法
技术领域：
本发明属于高层建筑群集中供热防寒采暖的方法和系统配套装置。
目前，高层建筑群集中供热防寒采暖是由热源锅炉向散热器供热水或水蒸汽。存在着耗能高、用水量大、热效率低、热传递速度慢、维修周期短、所需维修工作量大、基建投资费用高等不足。近几年，由于热管技术的发展，利用热管来采暖的方法和设备有一定推广，如已有专利90104025.8、89220009.X、90213231.8、90200696.7和91103204.5等，它们都有结构简单，实用节能的特点，但是他们共同的缺点是供热采暖面积较小，不适合大面积采暖，更不适合多层建筑采暖，特别不适合高层建筑群集中供热采暖。
本发明的目的是提供一种适合高层建筑群集中供热采暖，有较高热利用率，较快热传递速度，较大热传递量，较多节省能源和水及维护费用，较少的新建投资和较低的原设施改造费用的方法和系统装置。
本发明的目的是这样实现的其主要技术特征在于由普通锅炉、热输出管、分配集液器并由此向外引出多条输热干线，通向不同位置的建筑物，在每个建筑物的不同适当位置，设置输热次干线和与输热主次干线相通的换热散热器，并与贮液器、真空台阶提液器、组成第一级热管供热采暖系统。由换热散热器、输热管、散热器、限压逆止阀组成第二级热管供热采暖系统。每级工质独立运行，换热散热器既是一级热管采暖系统的冷凝器，又是二级热管采暖系统的蒸发器。二级热管采暖系统的工质沸点低于一级热管采暖系统的工质沸点。有地下建筑又需采暖的高层建物、在第一级热管采暖系统中，由输热次干线，散热器、分配集液器、真空台阶提液器、贮液器组成冷凝工质回路，也可由输热干线获得热源的热风发生器，向地下建筑输送热风通风采暖。
本发明与已有技术相比，具有以下特点和优点1.把热管技术的优点和普通水暖、蒸气暖优点相结合，解决了输热距离远、供热量大、传热速度快、热效益高、热源与与采暖建筑物平面位置可随意布置等问题。
2.避免了热管技术热源必须低于输热干线布置的缺点。常规供热输热干线都铺设在地面以下，若采用常规热管供热技术，热原只能向地下发展布置，这对施工建设和运行都带来诸多不便。本发明把重力热管、抗重力热管和电势热管相结合，使热源与输热干线空间位置随意安排，故地上高层建筑物与地下多层建筑物，均可使用同一热源。热源可安排建筑在地面上，既方便了施工和运行，又节省了工程造价。
3.目前，大量存在并运行的高层建筑物水暖、蒸汽暖采暖设施，稍加改造后，即可适用本发明方法供热采暖，改造费用在很短时间内，就可被本发明方法的优势所收回。
4.新建筑物基建投资费用，采用本发明方法也较常规采暖方法低，新建热源节省深水井投资，新增设施也比常规采暖设施简单、低廉，而且运行可靠，管理方便。
5.热效益高，节省燃料。用水量小、节水。基本不需要动力运行，节电。工质一次填入，可用十年。运行简单容易，降低维护费用，省钱。
6.工质无毒无污染，运行压力低，安全性高。
7.因工质含化学药剂，又呈蒸汽状态运行，避免了常规采暖中，私放热水，私接蒸汽、热量流失问题。
8.解决了超高层建筑物和高层建筑物，热水采暖中，需多次分级向上高压泵水的大量设施投资和占用建筑面积大及运行费用高问题。
9.因工质在真空下蒸发运行，方型散热器散热均匀，管线接法简单，无水暖采暖中的大小循环之虑。
10.由于工质溶点可配制成采暖当地最低气温以下，所以热管采暖系统，不存在象水暖采暖中设施冻裂毁坏之忧。
下面，结合附图和实施例，阐述本发明的工作原理和系统中的具体装置结构。
图1为实施例装置中最常见的10层楼以下建筑物热管采暖系统工作原理示意2为10层楼以上建筑物热管采暖系统各层区工作原理示意图。
图3为带有多层地下建筑物的热管采暖系统工作原理示意图。
图4为由一个热源向不同位置建筑物(21)供热的热管采暖系统原理示意图。
图5为换热散热器(5)结构示意图。
图6为真空台阶提液器(9)结构示意图。
图7为分配集液器(3)结构示意图。
图8为输热干线管(4)内部结构示意图。
图9为竖置输热次干线管(13)内部结构示意图。
图10为限压逆止阀(17)结构示意图。
图11为贮液器(7)结构示意图。
图12为毛细管束(8)结构示意图。
图13为环形支撑铁(18)结构示意图。
图1描述的10层或10层以下楼房热管采暖系统，它是由锅炉(1)、热输出管(2)、分配集液器(3)、输热干线管(4)、换热散热器(5)、贮液器(7)、毛细管束(8)、压力补液管(6)真空台阶提液器(9)、散热器(15)等主要部件组成。
具体结构描述如下锅炉(1)是一普通的热水或蒸汽锅炉，从上方引出热输出管(2)通向分配集液器(3)，图7是分配集液器(3)的结构示意图，可引出多条内里下部敷设数根不同较细直经的空管的输热干线管(4)，图8是输热干线管(4)内部构造示意图。输热干线(4)通向建筑物，至少须保证有1%的上升坡度。在楼房一层每个需采暖的房间，在原安装散热器的位置，安装换热散热器(5)，由管道与输热干线(4)相连，形成循环通路。图5是换热散热器(5)的结构示意图，其外形以长、扁、窄形状为宜，尽量减少占地面积，不影响采光、美观和人的起居活动。在分配集液器(3)的下方直通贮液器(7)，图11是贮液器(7)的结构示意图，它由过滤层(12)分成两部分。贮液器(7)有压力补液管(6)与锅炉(1)相通。压力补液管(6)设有逆止装置。贮液器(7)另有毛细管束(8)与真空台阶提液器(9)相通，图12是毛细管束(8)的结构示意图，由多根内装玻璃微珠并在上下两端分别加一直流安全电压的细管，围着一根设有逆止阀(22)和电加热装置(23)的较粗空管组成。压力补液管(6)及毛细管束(8)均穿过贮液器(7)的上层直达距下层较近处。图6是真空台阶提液器(9)结构示意图，上设吸真空阀门(10)下设出液管通过阀门(11)与锅炉相通。另有真空泵，通过管线与真空台阶提液器(9)的阀门(10)及换热散热器(5)的不冷凝汽体排出管相通。图1中省略不画，这些装置组成了一级热管采暖系统。换热散热器(5)、传热管、散热片(15)或散热管(16)限压逆止阀(17)及与真空泵相连经过阀门与传热管相通的吸真空管线、图1中省略不画，组成了二级热管采暖系统。限压逆止阀(17)用来保证供热前的真空，供热中的必须压力及超过规定压力后不冷凝气体的排放。
在整个热管采暖系统工作前，依据采暖面积一次性添加工质。在一级热管采暖系统，贮液器(7)必须要有一定的容量，除满足锅炉中受热蒸发及整个系统中循环供热的需要及锅炉熄火时，能容下所有冷凝回流的工质外，尚需要一定的安全保险系数。在二级热管采暖系统，换热散热器(5)中工质的静态容量除应保证工质沸腾开始时，有一定的蒸发空间外，还要满足供热循环的需要。当所需工质量与换热散热器容量不能协调时，以降低二级热管采暖系统的供热楼层数，增加整座建筑物的二级热管采暖系统层数来解决。
热管采暖系统工作前的真空度，是热管采暖系统能否正常起动运行的关键，必须有良好的密封性和承压性。对需在运行中开闭的装置，必须有良好的气密性。采暖前需启动真空泵，使系统中真空度要达到10-2-10-3托。
热管采暖系统工作中的真空度及工质纯度，特别是工质与容器不容而产生的以氢气为主的不冷凝气体的积聚，直接关系到供热效果和热利用率。当换热散热器(5)及散热器(15)或(16)的表面温度明显下降，说明换热散热器(5)及散热器(15)中不冷凝气体积聚过多，阻止工质进入换热或散热，必须启动真空泵，及时排出。排出时，要按热管采暖系统分别逐级逐段排出。
本发明是这样工作的在一级热管采暖系统中，工质由锅炉(1)受热蒸发，经输热管(2)到分配集液器(3)，沿输热干线管(4)输送到换热散热器(5)中的冷凝端，释放热量冷凝后，流回输热干线管(4)，沿输热干线管(4)内下部的空管组成的导流助流群流回分配集液器(3)。空心管内腔引流远端冷凝工质，一则减少冷凝工质与气相工质的对流阻力，二则减少相互间的热量交换，避免携带高热的气相工质热量过早释放，影响传热效果。而空心管外壁又增加了工质导流的截面积，提高了回流速度和回流量。冷凝工质经分配集液器(3)进入贮液器(7)，经过滤层(12)进入工质待提升区，污物沉淀在贮液器(7)中的过滤层(12)前，待机排出。一级热管采暖系统，在运行前，或运行中内部气相工质压力较低时，由毛细管束(8)向真空台阶提液器(9)靠毛细力提升工质，而加在毛细管内两端的直流安全电压是为了增加毛细力的辅助方式，中间空心管及内部的逆止阀(22)和电加热装置(23)，一来利用真空台阶提液器(9)与贮液器(7)之间的压力差，自然提升工质，二来逆止装置是防止工质提升多了后重力增加而倒流。当运行中一级热管采暖系统内部压力增高时，为了提高补液速度，保证锅炉安全运行正常供热，利用压力工质由压力补液管(6)直接向锅炉(1)补液。管经应有较大流量的通过能力，并设有逆止装置，防止工质倒流。真空台阶提液器(9)内部由三级台阶提液装置构成，靠毛细管束(8)提升的工质被电加热器(23)加热经一级台阶盛工质容器下部的管子与二级台阶毛细管束相连，依同理二级与三级相连三级容器下部的管子经控制阀门(11)与锅炉相连，靠工质重力补充工质。真空台阶提液器(9)应保证有一定的提升高度和提升量，与压力补液管(6)配合来满足锅炉(1)中工质蒸发量的补充需要。锅炉(1)中工质填充量不能过多过少，既要留有工质蒸发空间，又要保证锅炉安全运行。换热散热器(5)既是一级热管采暖系统的冷凝端，又是二级热管系统的蒸发端。在不工作状态时，所装二级热管系统工质要留有一定的蒸发空间。为保证换热效果所装工质的沸点要低于一级热管系统工质的沸点。换热散热器(5)有两个作用，一是为本层二级热管采暖系统各上方楼层房间靠本级工质蒸发供热，二是利用换热散热器本身的热量散失为本房间供热采暖。输热管将散热器单路组接，散热器(15)是方型铸铁翼片式，散热器(16)是钢管镙旋片式，以适应不同需要。末端有管向上引出，上置限压逆上阀(17)，用于排放不冷凝气体。也可通过阀门及管线，经热源处的真空泵吸排。真空泵吸排的不冷凝气体，因含有氢气，应排向大气中。二级热管采暖系统，各级间工质独立运行，用换热散热器(5)连接传热。在一级热管采暖系统中，把重力热管、抗动热管和电势热管技术结合在一起，克服了重力热管供热传热，热源锅炉必须低于输热管线的制约。
图2为10层楼以上建筑物热管采暖系统各层级工作原理示意图。
超过10层结构的建筑物，可以根据楼层数，划分为若干层独立的热管采暖区，每层热管采暖系统的工作原理和方式同图1。所不同的是输热次干线管(14)近乎平置于穿过换热散热器(5)而保持向上的倾斜角，一端与从输热干线(4)向上竖置的输热次干线管(13)相通，组成各层热管采暖区通路。平置输热次干线管(14)为保证工质回流坡度，因地形限制不能太长，只有通过增加竖置输热次干线管(13)根数而减少平置输热次干线管的长度而解决。平置输热次干线管(14)内同输热干线管(4)一样设有提高导流速度的空心管。竖置输热次干线管(13)为提高导流速度，沿内壁分布钢筋，由支撑环铁(18)而固定，如图9。支撑环铁园周上凹槽深度略大于钢筋半径，面积尽量要小，让下流的冷凝工质顺利通过。每隔一段设置一个，既增加冷凝工质下落导流的截面积，又防止钢筋在竖置输热干线次管(13)内下落。
图3为带有多层地下建筑物的热管采暖系统工作原理示意图。有地下室又需采暖的建筑，可在输热干线管(4)的上部向下弯引光壁输热次干线管，直接对散热器(15)供热。可穿过多层地下室，直至最下层平置输热次干线管(14)，并通过向地下室集液器(19)，集液器中的冷凝工质，由真空台阶提液器(9)提升到高于输热干线管(4)的地下室贮液器(20)，流回输热干线管(4)。也可用从输热干线管(4)获得热源的热风发生器，向地下室输送热风采暖。
图4为由一个热源向不同位置建筑物(21)供热的热管采暖系统原理示理图。只是由热源的分配集液器(3)引出的输热干线管(4)通向不同位置的建筑物(21)。每座建筑物热管采暖系统同上。只是热源不宜选在地面的高处建设，最好选在低处，最次也要选在平地建设。本发明特别适合地面有坡度的建筑群集中供热采暖。
权利要求
1.一种高层建筑群多级热管采暖的方法和系统配套装置。它由锅炉(1)、热输出管(2)、分配集液器(3)、输热干线(4)、换热散热器(5)、压力补液器(6)、贮液器(7)、毛细管束(8)、真空台阶提液器(9)、真空泵及吸真空线路组成一级热管采暖系统。由换热散热器(5)、散热器(15)或(16)、限压逆止阀(17)及管线组成二级热管采暖系统。其特征在于采用多种热器技术、使锅炉建在地面上，输热次干线(13)和(14)，把建筑物分成若干层采暖区，每层内再采用多级热管采暖系统，级间用换热散热器(5)衔接，把热管与水暖技术优点结合，一个热源锅炉(1)用热管技术为多座高层建筑供热采暖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是热源处和地下室采暖处，热管采暖系统环形运行，而地上建筑热管采暖系统单路运行。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是原普通水暖、汽暖锅炉直接改为热管采暖系统的热源锅炉(1)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是分配集液器(3)引出多条输热干线管(4)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是输热干线管(4)和输热干线次管(14)内置三根导流管。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是换热散热器(5)直接作为所在房间的散热器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是贮液器(7)设过滤层(12)。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征是压力补液管(6)管内设逆止装置。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征是毛细管束(8)由多根填充玻璃微珠的细管围着一根装有逆止阀(22)和电加热装置(23)的空管组成。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征是一级热管采暖系统中真空台阶提液器(9)由三级提升冷凝工质的台阶组成。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征是设在热源处的真空泵能为两级热管采暖系统抽真空。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征是竖置输热次干线管(14)内管壁分布钢筋。
13.根据权利要求1和9所述的装置，其特征是毛细管束(8)的两端加一直流安全电压。
14.根据权利要求1和12所述的装置，其特征是用支撑环铁(18)固定竖置输热次干线管内分布的钢筋。
全文摘要
一种高层建筑群多级热管采暖方法和系统配套装置。它由锅炉、分配集液器、输热干线管、换热散热器、贮液器、真空台阶提液器组成一级采暖系统。由换热散热器、散热器、限压逆止阀组成二级采暖系统。带有多层地下室的高层建筑由输热次干线管分成若干层采暖区。其主要特征在于采用多种热管技术，由多级热管采暖系统组成，用换热散热器衔接，锅炉建在地面上，把热管与水暖技术优点结合，解决了一个热源为多座高层建筑供热的热管采暖技术问题。
文档编号F24D3/00GK1090637SQ9311805
公开日1994年8月10日 申请日期1993年10月9日 优先权日1993年10月9日
发明者高忠原, 高超嬴, 高超民 申请人:高忠原, 高超嬴, 高超民