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采暖(空調)水系統的若干問題

發布時間:2016-03-18 14:15:11    作者:

一、采暖(空調)水系統的若干問題

1.采暖(空調)工程的簡單性與復雜性

  簡單的解釋采暖工程,就是實現冬季采暖房間的熱平衡,使房間的失熱量與得熱量相平衡。

  舒適性空調比采暖麻煩一些的是除了熱平衡以外,還需要實現濕平衡。

   采暖(空調)工程的復雜性在于:

① 要同時滿足許多個(甚至非常多)建筑空間的熱狀態,這就是建立在系統水力平衡基礎上的靜態熱平衡;

② 由于外界條件的變化,要隨機滿足熱工性能各異采暖(空調)房間的熱狀態,這就是建立在對系統水力工況調節控制基礎上的動態熱平衡。

2.采暖(空調)水系統的實際過程都不是等溫降(升)的

  采暖和空調系統的設計計算,都建立在各環路供回水溫差和平均水溫相同的基礎上,即認為熱(冷)媒經過末端設備后的溫降(升)是相同的。

    由于并聯環路不可能達到完全的水力平衡,各并聯環路的供水溫度雖然都相同,但當實際流量與設計流量存在差異時,回水溫度和供回水平均水溫就會不相同,使末端設備的供熱(冷)量偏離設計條件從而影響室溫。

    因此任何水系統的實際過程,都是變溫降(升)的。系統水力失調程度最直接的反應就是溫降(升)的偏離幅度。

  水力平衡所追求的目標,無非就是達到或接近等溫降(升)的效果。

  例如:按照85/60℃、溫降25℃設計的熱水采暖系統,如果系統水力平衡達不到要求,直接后果是回水溫度偏離60℃而使供熱量變化。

  由于單管熱水采暖系統下游對于水溫降的影響更加敏感,因此傾向于采用變溫降法計算,即根據水力平衡度精確計算各環路的流量及其溫降,各環路取不同的供回水平均溫度確定散熱器數量。

    變溫降法的計算結果,更符合水系統的實際運行過程。但如果并聯環路之間的水力平衡在規范允許的范圍內,采用等溫降法的計算結果,也可以比較接近于實際過程。

  同樣,按照7/12℃、溫升5℃設計的空調冷水系統,如果水力平衡達不到要求,直接后果是回水溫度偏離12℃,室內空氣狀態(溫度和相對濕度)就會偏離設計條件。但由于冷水平均溫度的偏離,直接影響空氣冷卻過程的露點,即使調整末端設備容量(例如表冷器面積)也難以彌補。

   并聯環路的水力平衡特性,對于采暖或空調水系統,其原理是相同的。如果能把“變溫降法”的理念(而不是具體計算方法),靈活運用到所有的水系統中,理解和掌握達到等溫降(升)的途徑和原理,設計水平就能夠上一個較大的臺階。

    由于采暖水系統的供、回水溫差相對較大,傳輸相同熱量的流量相對較小,所連帶的問題相對較多,所以可以拿采暖水系統作為研究水力平衡特性的基礎。

      遺憾的是,不主要依據水力平衡的原則,而是按照流速、比摩阻直接確定管徑的錯誤做法甚為流行。以至于經常出現不論所在環路的許用壓差大小,只要散熱器數量相近,就選用相同管徑,大量工程實例證明,這樣的“設計”必然會出現嚴重的冷熱不均。

     完全依靠進行調節可行嗎?很難!

    集中采暖系統不但要滿足單個房間散熱量和供熱量的熱平衡,還要同時滿足非常多個建筑空間的熱狀態。親自處理過“問題工程”就會體會到,完全依靠調節實現水力平衡是十分困難的。

    而層層設置自動調節配件“武裝到牙齒”的復雜配置,既不符合現實經濟條件,弄得不好還會發生負面效應。

3.系統水力平衡的基本要求和措施

※ GB 50019-2003 《采暖通風與空氣調節設計規范》4.8.6條規定:熱水采暖系統的各并聯環路之間的計算壓力損失相對差額不應大于15%;6.4.9條規定:空氣調節水系統布置和選擇管徑時,應減少并聯環路之間的壓力損失的相對差額,當超過15%時,應配置調節裝置。

  為什么是15%呢?《采暖通風與空氣調節設計規范》4.8.6條的條文說明中,延續了“基于保證采暖系統的運行效果,參照國內外資料規定”的說法。而對空調水系統為何也采用15%?6.4.9條的條文說明并沒有正面應對。

  這個15%的規定是相當嚴格的。并聯環路計算壓力損失相對差額不大于15%,最大只會引起的流量偏差8%左右,引起平均水溫和散熱量偏差2%左右,即使是對水溫降影響比較敏感的單管系統下游,引起平均水溫和散熱量偏差也只有5%左右。 

      我在調試過程中發現,即使并聯環路之間計算壓力損失相對差額達到20%,最大只會引起的流量偏差11%左右,引起平均水溫和散熱量偏差3%左右,單管系統下游引起平均水溫和散熱量偏差7%左右,也不至于出現嚴重的冷熱不均。

        因此,我對調試只要求例如流量偏差不大于10%左右或即使再稍大些,也可認為“流量大體夠”,就應該不出現嚴重的冷熱不均。

  而達到這個標準,通過下述途徑和步驟的正常設計,是應該能夠做到的。 

如何判斷“流量大體夠”?

例如可以采用:

※ 熱量表或流量計

※ 壓力表, 測量供回水壓差

※ 溫度計,測量供回水溫度

※ 用手感比較回水溫度

※ 循環水泵進出口的壓差

※ 循環水泵電機的電流和電壓

※ 使計算壓力損失相對差額不大于15%的基本途徑和步驟無非是:

A 合理劃分和均勻布置環路:所有并聯的循環系統,則應以均衡和水力平衡為布置的基本原則。例如:環路不宜過長、較大負荷不宜布置在環路末端。 

B 按照增大末端設備、減小公共段阻力比例的原則,合理選擇確定各段的管徑和比摩阻。

C 在計算的基礎上,根據水力平衡要求配置必要的水力平衡裝置。

※ 總壓力損失和比摩阻取值及其分配

    比較合理的方法應該是:

① 根據GB 50189-2005《公共建筑節能設計標準》對集中熱水采暖系統熱水循環水泵的耗電輸熱比(EHR)和空氣調節冷熱水系統的輸送能效比(ER)的,合理確定循環水泵的揚程。

② 循環水泵揚程減去冷(熱)源設備系統和末端設備(包括末端設備的調節閥)的阻力,即為最不利環路的許用壓力損失(ΔP)。

③ 將最不利環路許用壓力損失(ΔP),除以最不利環路供回水干管總長度(ΣL),如考慮局部阻力約為總阻力的0.2-0.3,可得最不利環路的平均比摩阻(i)。


④ 在使用“平均比摩阻”時,在同一環路內,末端管段應取較小比摩阻,起始管段應取較大比摩阻。

⑤ 根據水力平衡的原則,與最不利環路并聯的其他環路,根據與最不利環路并聯點的供回水壓差(許用壓力損失),確定其平均比摩阻。但最大流速不應超過有關規范的規定。

⑥ 為有利于并聯環路間的水力平衡,許用壓力損失的分配,應盡量減少“共同段”阻力損失所占的比例。

  例如:北京市《新建集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程》中,作出了以下規定:“用戶二次水側室外管網最不利環路管道的比摩阻, 宜不大于60Pa/m, 且其壓力損失, 宜不大于熱源出口處總壓差的1/4。”

⑦ 當并聯環路的壓力損失計算差大于15%時,應對計算壓力損失較小的環路配置適當的調節裝置,且標記出所需要的調節量。這樣的環路應該是局部的, 而不是全部或大多數。 

  例如:北京市《新建集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程》中,作出了以下規定:“應計算室外管網在每一建筑供暖入口的資用壓差, 以對照室內系統的總壓力損失, 正確選擇入口調節裝置。


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