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采暖(空调)水系统的若干问题

发布时间:2016-03-18 14:15:11    作者:

一、采暖(空调)水系统的若干问题

1.采暖(空调)工程的简单性与复杂性

  简单的解释采暖工程,就是实现冬季采暖房间的热平衡,使房间的失热量与得热量相平衡。

  舒适性空调比采暖麻烦一些的是除了热平衡以外,还需要实现湿平衡。

   采暖(空调)工程的复杂性在于:

① 要同时满足许多个(甚至非常多)建筑空间的热状态,这就是建立在系统水力平衡基础上的静态热平衡;

② 由于外界条件的变化,要随机满足热工性能各异采暖(空调)房间的热状态,这就是建立在对系统水力工况调节控制基础上的动态热平衡。

2.采暖(空调)水系统的实际过程都不是等温降(升)的

  采暖和空调系统的设计计算,都建立在各环路供回水温差和平均水温相同的基础上,即认为热(冷)媒经过末端设备后的温降(升)是相同的。

    由于并联环路不可能达到完全的水力平衡,各并联环路的供水温度虽然都相同,但当实际流量与设计流量存在差异时,回水温度和供回水平均水温就会不相同,使末端设备的供热(冷)量偏离设计条件从而影响室温。

    因此任何水系统的实际过程,都是变温降(升)的。系统水力失调程度最直接的反应就是温降(升)的偏离幅度。

  水力平衡所追求的目标,无非就是达到或接近等温降(升)的效果。

  例如:按照85/60℃、温降25℃设计的热水采暖系统,如果系统水力平衡达不到要求,直接后果是回水温度偏离60℃而使供热量变化。

  由于单管热水采暖系统下游对于水温降的影响更加敏感,因此倾向于采用变温降法计算,即根据水力平衡度精确计算各环路的流量及其温降,各环路取不同的供回水平均温度确定散热器数量。

    变温降法的计算结果,更符合水系统的实际运行过程。但如果并联环路之间的水力平衡在规范允许的范围内,采用等温降法的计算结果,也可以比较接近于实际过程。

  同样,按照7/12℃、温升5℃设计的空调冷水系统,如果水力平衡达不到要求,直接后果是回水温度偏离12℃,室内空气状态(温度和相对湿度)就会偏离设计条件。但由于冷水平均温度的偏离,直接影响空气冷却过程的露点,即使调整末端设备容量(例如表冷器面积)也难以弥补。

   并联环路的水力平衡特性,对于采暖或空调水系统,其原理是相同的。如果能把“变温降法”的理念(而不是具体计算方法),灵活运用到所有的水系统中,理解和掌握达到等温降(升)的途径和原理,设计水平就能够上一个较大的台阶。

    由于采暖水系统的供、回水温差相对较大,传输相同热量的流量相对较小,所连带的问题相对较多,所以可以拿采暖水系统作为研究水力平衡特性的基础。

      遗憾的是,不主要依据水力平衡的原则,而是按照流速、比摩阻直接确定管径的错误做法甚为流行。以至于经常出现不论所在环路的许用压差大小,只要散热器数量相近,就选用相同管径,大量工程实例证明,这样的“设计”必然会出现严重的冷热不均。

     完全依靠进行调节可行吗?很难!

    集中采暖系统不但要满足单个房间散热量和供热量的热平衡,还要同时满足非常多个建筑空间的热状态。亲自处理过“问题工程”就会体会到,完全依靠调节实现水力平衡是十分困难的。

    而层层设置自动调节配件“武装到牙齿”的复杂配置,既不符合现实经济条件,弄得不好还会发生负面效应。

3.系统水力平衡的基本要求和措施

※ GB 50019-2003 《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.6条规定:热水采暖系统的各并联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于15%;6.4.9条规定:空气调节水系统布置和选择管径时,应减少并联环路之间的压力损失的相对差额,当超过15%时,应配置调节装置。

  为什么是15%呢?《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.6条的条文说明中,延续了“基于保证采暖系统的运行效果,参照国内外资料规定”的说法。而对空调水系统为何也采用15%?6.4.9条的条文说明并没有正面应对。

  这个15%的规定是相当严格的。并联环路计算压力损失相对差额不大于15%,最大只会引起的流量偏差8%左右,引起平均水温和散热量偏差2%左右,即使是对水温降影响比较敏感的单管系统下游,引起平均水温和散热量偏差也只有5%左右。 

      我在调试过程中发现,即使并联环路之间计算压力损失相对差额达到20%,最大只会引起的流量偏差11%左右,引起平均水温和散热量偏差3%左右,单管系统下游引起平均水温和散热量偏差7%左右,也不至于出现严重的冷热不均。

        因此,我对调试只要求例如流量偏差不大于10%左右或即使再稍大些,也可认为“流量大体够”,就应该不出现严重的冷热不均。

  而达到这个标准,通过下述途径和步骤的正常设计,是应该能够做到的。 

如何判断“流量大体够”?

例如可以采用:

※ 热量表或流量计

※ 压力表, 测量供回水压差

※ 温度计,测量供回水温度

※ 用手感比较回水温度

※ 循环水泵进出口的压差

※ 循环水泵电机的电流和电压

※ 使计算压力损失相对差额不大于15%的基本途径和步骤无非是:

A 合理划分和均匀布置环路:所有并联的循环系统,则应以均衡和水力平衡为布置的基本原则。例如:环路不宜过长、较大负荷不宜布置在环路末端。 

B 按照增大末端设备、减小公共段阻力比例的原则,合理选择确定各段的管径和比摩阻。

C 在计算的基础上,根据水力平衡要求配置必要的水力平衡装置。

※ 总压力损失和比摩阻取值及其分配

    比较合理的方法应该是:

① 根据GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》对集中热水采暖系统热水循环水泵的耗电输热比(EHR)和空气调节冷热水系统的输送能效比(ER)的,合理确定循环水泵的扬程。

② 循环水泵扬程减去冷(热)源设备系统和末端设备(包括末端设备的调节阀)的阻力,即为最不利环路的许用压力损失(ΔP)。

③ 将最不利环路许用压力损失(ΔP),除以最不利环路供回水干管总长度(ΣL),如考虑局部阻力约为总阻力的0.2-0.3,可得最不利环路的平均比摩阻(i)。


④ 在使用“平均比摩阻”时,在同一环路内,末端管段应取较小比摩阻,起始管段应取较大比摩阻。

⑤ 根据水力平衡的原则,与最不利环路并联的其他环路,根据与最不利环路并联点的供回水压差(许用压力损失),确定其平均比摩阻。但最大流速不应超过有关规范的规定。

⑥ 为有利于并联环路间的水力平衡,许用压力损失的分配,应尽量减少“共同段”阻力损失所占的比例。

  例如:北京市《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》中,作出了以下规定:“用户二次水侧室外管网最不利环路管道的比摩阻, 宜不大于60Pa/m, 且其压力损失, 宜不大于热源出口处总压差的1/4。”

⑦ 当并联环路的压力损失计算差大于15%时,应对计算压力损失较小的环路配置适当的调节装置,且标记出所需要的调节量。这样的环路应该是局部的, 而不是全部或大多数。 

  例如:北京市《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》中,作出了以下规定:“应计算室外管网在每一建筑供暖入口的资用压差, 以对照室内系统的总压力损失, 正确选择入口调节装置。


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