集中采暖住宅分户热计量采暖系统设计的几点体会

    
摘 要】本文通过定性分析分户热计量楼内采暖系统下供下回双管异程式，上供下回双管同程式，下供上回双管同程式等各系统的水力计算，得出较为直观的结论，以供参考。

 随着近几年节能意识的加强，国家颁发了好几本关于建筑节能的规范。分户热计量和收费，建立了用户的经济利益与能耗的直接关系，将会减少供热过量建筑采暖热量的无效消耗。同时，使开发商真正意识到建筑围护结构的热工性能的重要意义。自《采暖通风与空气调节规范》（GB50019）2001年实施以来，新建住宅热水集中采暖系统的分户热计量设计成为强制性条文。这几年笔者先后设计了好几幢高层住宅，均为集中采暖，且为分户热计量采暖系统。总体效果还可以，但多少都有一些垂直失调现象。

 为了缓解垂直失调现象，笔者做了一些回访与分析，总结了一点经验。由于此类设计均为双管系统，水力计算必须考虑自然循环压力，计算较为复杂，本文就此展开讨论分析。

 1．分析的前提条件<BR> 1)分析是在三层住宅楼内立管中进行，从中得出较普遍的规律。

2）假定温降只在户内散热器等散热设备中存在，而管道中没有温降。

 3）假设各层分户热计量户内系统总阻力相同（以符号Ha代替），立管中热媒流速（v）相同。

 4）室内水平干管和室外系统对于楼内同一组供回水立管的各个并联环路阻力相同（以符号Hb代替）。

  2．下供下回双管异程式采暖系统

 见图1，三个并联环路分别为：<BR> H1：A→1)→B H2：A→2)→B; H3：A→3)→B.<BR> 2．1 机械循环水力计算

用当量长度法计算局部压力损失，如图1，各管径局部阻力当量长度分别为：DN25<BR> 管径直流三通为0.8m,旁流三通为1.1m;DN32管径直流三通为1.1m,旁流三通为1.7m。

 H1=Ha+Hb+△Pm1+△Pi

  =Ha+Hb+2×1.2λρν2/2d+2×1.7λρν2/2d

  =Ha+Hb+5.8λρν2/2d.  H2=Ha+Hb+△Pm2+△Pi    =Ha+Hb+2（1.2+2.8）λρν2/2d±2×1+2×1.7λρν2/2d  　=Ha+Hb+13.6λρν2/2d<BR> H3=Ha+Hb+△Pm3+△Pi

 =Ha+Hb+2（1.2+2.8+2.8）λρν2/2d+6×1.1λρν2/2d

 =Ha+Hb+20.2λρν2/2d<BR> 则H3-H2=h3λρν2/d=6.6λρν2/d；H2-H1= h2λρν2/d=7.8λρν2/d<BR> 式中H1—第一环路总阻力 Pa；H2—第二环路总阻力 Pa；H3—第三环路总阻力 Pa；△Pm—沿程阻力损失 Pa；△Pi—局部阻力损失 Pa。

 仅从机械循环的角度看，H1环路阻力最小，H3环路阻力最大，即楼层越高，阻力越大。层高相同时，各相邻两层的总阻力差也总是维持在20%的范围内，当局部阻力相同时，各相邻两层的总阻力差也总是相同。

 2．2 自然循环水力计算    假设一层冷却中心（散热设备）到加热中心（锅炉）的垂直距离为Hc，各环路的自然作用压力分别为△P1，△P2，△P3，则 △P1=gHc(ρh-ρg);△P2=gHc(ρh-ρg)+gh2(ρh-ρg);△P3=gHc(ρh-ρg)+gh2(ρh-ρg)+gh3(ρh-ρg)<BR> △P3-△P2=gh3（ρh-ρg）=2.8g（ρh-ρg）；△P2-△P1=gh2（ρh-ρg）=2.8g（ρh-ρg）

仅从自然循环的角度看，H1环路自然作用压力最小，H3环路自然作用压力最大，即楼层越高，自然作用压力越大，其自然作用压力差当供回水温度不变时，只来自于层高。层高相同时，相邻两层的自然作用压力差也总是相同。

 95℃/70℃低温热水在单位高度上的自然作用压力△P为：<BR> △P=gh（ρh-ρg）=9.81×1×（977.81-961.92）=155.88Pa<BR> 60℃/50℃低温热水在单位高度上的自然作用压力△P为：   △P=gh(ρh-ρg)=9.81×1×（988.07-983.24)=47.38Pa

2.3 总压力损失 通过以上计算分析，在机械循环下供下回双管异程式采暖系统中，机械循环和自然循环是相互补充的。当H3-H2=△P3-△P2，H2-H1=△P2-△P1，即6.6λρν2/d=2.8g（ρh-ρg），7.8λρν2/d=2.8g（ρh-ρg）时，系统可达到较完全的水力平衡（以上计算出现了三个密度，笔者认为ρ可按(ρh+ρg)/2近似计算）

 根据经验，当低温热水为95℃/70℃时，立管单位摩擦压力损失应控制在50-60Pa；当低温热水为60℃/50℃时,立管单位摩擦压力损失应控制在15-25Pa。如果远离这个范围，不管是偏大还是偏小，均会出现垂直失调现象；大于以上范围时自然循环将被遏制，相应机械循环作用明显，下层可能过热；相反，小于以上范围时机械循环将被遏制，相应自然循环作用明显，则上层可能过热。   仅从数据上分析，低温热水为95℃/70℃时，立管单位摩擦压力损失比较容易达到，低温热水为60℃/50℃时，立管单位摩擦压力损失较难达到。而实际情况是，低温地板辐射部分的压力一般在1×104Pa,热计量装置压力一般为3×104Pa。立管上的阻力（不大于103Pa）与之相比显得微乎其微，所以60℃/50℃热水立管系统也很容易达到水力平衡。

   3．双管同程式采暖系统   双管同程式采暖系统分上供下回双管同程式采暖系统和下供上回双管同程式采暖系统。两种形式： 上供下回双管同程式采暖系统见图2，三个并联环路分别为： H1：A→B→1)→C;H2：A→B→2)→C;   H3：A→B→3)→C。

 下供上回双管同程式采暖系统见图3，三个并联环路分别为： H1：A→1)→B→C;H2：A→2)→B→C;   H3：A→3)→B→C。

 3.1 机械循环水力计算   在假定条件下，如果忽略局部阻力的影响（由图可见，在同程系统中各环路局部阻力影响很小）。应有H1≈H2≈H3≈Hb+Ha+△Pm1+△Pi=Hb+Ha+2(h1+h2+h3)λρν2/2d+ξρν2/2    即仅从机械循环的角度看，各环路阻力基本相同。

 3.2 自然循环水力计算   双管同程式自然循环水力计算结论与异程式完全相同，其自然作用压力差当供回水温度不变时，只来自于层高。层高相同时，相邻两层的自然作用压力差也总是相同。 

 3．3 总压力损失     通过以上计算分析，在机械循环双管同程式采暖系统中，自然作用压力是附加在已经平衡的立管系统中的。由于自然作用压力随楼层的增加呈正比加大，所以很容易造成上热下凉的垂直失调，且难以调节。 这种采暖系统多一趟供（回）水立管，各层管井的面积均需相应增大，由于调节水力平衡所增加的阻力给系统的良好运行带来负面影响（随着层数的增加，这种影响越大）；同时循环泵的功率需要增大（增加机械循环作用力，消除自然作用的影响，同时消除增加立管的阻力），基建费和运行费均要上浮。

 4．小结 4．1 通过以上计算分析，分户热计量楼内共用立管系统应尽可能采用下供下回双管异程式采暖系统，避免同程式立管系统，杜绝上供上回异程式立管系统。

 4．2 如果解决了系统底层的承压问题，下供下回双管异程式采暖立管可以有很多个并联环路，即高层建筑可不必分区。换句话说，高层建筑下供下回双管异程式采暖立管分区的原因应是系统的承压限制，而不是水力平衡的限制。-------新疆建筑设计研究院 黄 艳