計(jì)量供熱新雙管系統(tǒng)主立管系統(tǒng)形式及水力工況分析

1、    計(jì)量供熱新雙管系統(tǒng)主立管系統(tǒng)形式及水力工況分析            作者：佚名時(shí)間：2007-11-24 16:05:00                     摘要 本文對計(jì)量供熱中建議要用的新雙管系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析，回答了困

2、擾計(jì)量供熱室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干問題，包括：1.最佳的主立管形式；2.在不額外設(shè)置水力平衡元件時(shí)，主立管可以負(fù)擔(dān)的合理最多層數(shù)；3.重力水頭、戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力及主立管比摩阻的合理取值。本文獲得的研究成果被天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)集中供熱住宅計(jì)量供熱設(shè)計(jì)規(guī)程采用。引言：隨著我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)改革的變化，逐步實(shí)現(xiàn)計(jì)量供熱勢在必行，而實(shí)現(xiàn)計(jì)量供熱必須有與之相適應(yīng)的室內(nèi)采暖系統(tǒng)形式，目前我國供熱界對新建住宅適合計(jì)量供熱的室內(nèi)采暖系統(tǒng)形式形成了共識(shí)，即新建住宅宜采用新雙管系統(tǒng)，以適應(yīng)計(jì)量供熱的需要。然而，有關(guān)新雙管系統(tǒng)尚缺乏較深入的分析與研究，主要內(nèi)容涉及：1.最佳的主立管形式；2.在不額外設(shè)置水力平衡元件時(shí)

3、，主立管可以負(fù)擔(dān)的合理最多層數(shù)；3.重力水頭、戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力及主立管比摩阻的合理取值。本文就上述問題進(jìn)行了較深入的分析與研究，其結(jié)論和數(shù)據(jù)已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，并被地方相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程采用。一、主立管形式：可能采用的主立管系統(tǒng)形式如圖（一）所示，其中（a）、（b）、（c）、（c）依次為上行下給異程式、上行上給異程式、下行下給異程式及下行下給同程式。在這種系統(tǒng)形式中我們判斷其優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是：在不額外設(shè)置阻力平衡元件的情況下，系統(tǒng)易于克服重力水頭的影響而實(shí)現(xiàn)較好的水力平衡。理論分析不在此贅述，下面僅就三種形式在同樣的條件下進(jìn)行水力平衡計(jì)算，對每一種形式首層并聯(lián)環(huán)路與頂層并聯(lián)環(huán)路進(jìn)行不平衡度計(jì)算，即：計(jì)

4、算A (1)圖（一）首先假定：每層的總阻力均相等，設(shè)為Puse=20kPa。每層總負(fù)荷15kW.系統(tǒng)參數(shù)95/70，重力水頭取標(biāo)準(zhǔn)值的2/3。每層用戶垂直高度2.8m。進(jìn)化論何種系統(tǒng)形式，水量相同的管段，則管徑相同。計(jì)算過程略，計(jì)算結(jié)果如下：（一）、上從下回異程系統(tǒng)及下行下給同程系統(tǒng)，圖（一）（a）、（b） （二）、上供上回系統(tǒng)，圖（一）（b） （三）、下供下回系統(tǒng)，圖（一）（c） 計(jì)算數(shù)據(jù)取值表 表-1 管段編號(hào) ' ' ' ' '流量kg/h2580206415481032516管徑mmDN50DN50DN40DN32DN25摩阻Pa/m31.562

5、0.9843.7238.243當(dāng)量長度*m1.91.91.10.80.6*直流三通對應(yīng)管徑下的當(dāng)量長度計(jì)算結(jié)果表明，在同等條件下，下行下給的立管形式在水力平衡方面具有明顯的優(yōu)勢，同時(shí)也減少了工程設(shè)計(jì)中水力平衡計(jì)算的工作量。二、在不額外設(shè)置水力平衡元件時(shí)，主立管可以負(fù)擔(dān)的合理最多層數(shù)：主立管的形式確定后，另一個(gè)工程實(shí)踐中關(guān)心的問題是一對立管究竟可以負(fù)擔(dān)多少層水平分環(huán)系統(tǒng)，換句話說，一對主立管負(fù)擔(dān)多少層水平分環(huán)系統(tǒng)是合理的？研究這一問題的基本出發(fā)點(diǎn)是，在滿足系統(tǒng)水力平衡要求，不設(shè)置額外水力平衡元件（如分層平衡閥），保證底層散熱器不超壓以及避免戶內(nèi)采用塑料管材時(shí)，因壓力過高而產(chǎn)生選型困難、壽命縮短等

6、問題的前提下，盡量提高立管可以負(fù)擔(dān)的層數(shù)，因?yàn)檫@樣可以節(jié)省寶貴的建筑空間，簡化管道系統(tǒng)。以下從三方面入手對這一問題進(jìn)行分析：（一）、主立管的水力平衡這里所討論水力平衡是在水平分環(huán)不額外加設(shè)平衡手段（如靜態(tài)平衡閥）時(shí)的水力平衡，基本判斷標(biāo)準(zhǔn)，在合理的管徑匹配下，首層與頂層水平分環(huán)系統(tǒng)的資用壓差不平衡率15%。分析簡圖見圖（二）。圖（二）部分?jǐn)?shù)據(jù)同本節(jié)"1"中算例。根據(jù)水力計(jì)算原理有下列各式： （2） （3）令 （4）并整理得： （5） （6）以上各式中：N-層數(shù)R-立管平均比摩阻Pa/mB-重力水頭系數(shù)Puser-分環(huán)系統(tǒng)額定資用壓頭Pa143-85/60條件下的重力水頭Pa

7、/m由式（6）可知N是一個(gè)關(guān)于Puser、B、R的多變函數(shù)，將Puser、B、R設(shè)定為不同數(shù)值，代入式（6），結(jié)果列入表-2。表-2 Puser =15KPaR303540506070N22141411118765554Puser =20KPaR303540506070N291819141411987665Puser =25KPaN362324817211114911810Puser =30KPaN442729212117141211998*上（下）行數(shù)據(jù)為B=2/3（1/2）時(shí)的計(jì)算結(jié)果并由表-2數(shù)據(jù)繪制出圖（三）、圖（四）圖（三）圖（四）表-2的計(jì)算結(jié)果及圖（三）、圖（四）的直觀圖示說明影

8、響N值的主要因素包括：采暖熱水參數(shù)，對系統(tǒng)的水力平衡有影響，因?yàn)樗鼪Q定了立管各層重力水頭的大小，重力水頭的大小對N值有較明顯的影響，而且重力水頭的大小，重力水頭的大小對N值有較明顯的影響，而且重力水頭系數(shù)B值宜選取下限值，因?yàn)樵趯?shí)際上過程中，重力水頭是變量，且多數(shù)情況下，低于理論計(jì)算值（即：低于設(shè)計(jì)工況下的重力水頭值），如果B值選取過高，將會(huì)使在大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，重力水頭對系統(tǒng)水力平衡實(shí)際影響嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況，從而惡化非設(shè)計(jì)工況時(shí)的水力平衡，結(jié)果是可能導(dǎo)致多數(shù)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)"下熱上冷"現(xiàn)象，所以我們在規(guī)程中規(guī)定B的取值范圍為1/22/3。立管平均比摩阻R的取值對N值影響較大

9、，且當(dāng)R50Pa/m時(shí)，其影響更明顯，理論的推導(dǎo)的結(jié)果表明一般室內(nèi)系統(tǒng)管道比摩阻取值6080Pa/m的作法，不適合下行下給的新雙管系統(tǒng)，對新雙管系統(tǒng)R值的合理取值范圍應(yīng)為3040Pa/m，且當(dāng)采用上限值時(shí)，Puser的取值也應(yīng)是上限值，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。各層分環(huán)系統(tǒng)的水力損失Puser，在其他條件確定時(shí)，對N值的影響非常明顯，如表-3所示，當(dāng)R=35Pa/m時(shí)，對應(yīng)于Puser =15KPa和Puser =30KPa的N值分別為14和29，相差達(dá)50%?？梢娪挂粚α⒐茇?fù)擔(dān)的層數(shù)較多時(shí)，Puser應(yīng)取的較大一些，工程計(jì)算的實(shí)踐證明一般宜取Puser =2530kPa，這一結(jié)論不難理解，因?yàn)檩^大的

10、分環(huán)阻力不僅對改善水力平衡、加強(qiáng)水力穩(wěn)定性有利，也對消費(fèi)重力水頭的影響有得。傳統(tǒng)的雙管系統(tǒng)顯然很難滿足分環(huán)系統(tǒng)高阻力的要求，而共用立管的水平分環(huán)系統(tǒng)較易實(shí)現(xiàn)較高的Puser值，不過有一點(diǎn)值得注意：Puser值的確定與戶內(nèi)系統(tǒng)的管徑選擇有直接關(guān)系，以住戶內(nèi)系統(tǒng)管徑確定是以平均比摩阻6080Pa/m為依據(jù)的，但以此為依據(jù)確定的系統(tǒng)管徑規(guī)格，無法保證理想Puser值，除非附加阻力裝置，否則Puser過小，而且過小的比摩阻取值也給室內(nèi)管道系統(tǒng)的安裝帶來困難，建議戶內(nèi)系統(tǒng)平均比摩阻取值為100150Pa/m。本節(jié)分析證明，單純從立管系統(tǒng)水力平衡角度，一對立面    

11、;管所負(fù)擔(dān)的水平分環(huán)系統(tǒng)層數(shù)宜16層。此時(shí)對應(yīng)的各參數(shù)值范圍為B=1/21/3，Puser =2030kPa，R=3060Pa/m，且各參數(shù)的確切取值應(yīng)通過計(jì)算確定。（二）、關(guān)于散熱器承壓： 由于材料科學(xué)的發(fā)展、制造工藝的進(jìn)步，我國生產(chǎn)的鑄鐵散熱器承壓能力從以往的不超過0.4MPa，提高到0.6 MPa，而其它類型的散熱器，如鋼制散熱器、鋁制散熱器、銅鋁復(fù)合散熱器的平均承壓能力均可實(shí)現(xiàn)0.8 MPa。由采暖系統(tǒng)的水壓分布規(guī)律可知，系統(tǒng)底層散熱器承受的水壓通常最高，其數(shù)值接近系統(tǒng)的定壓值，而系統(tǒng)的定壓值由系統(tǒng)最大壓差加23m水柱安全量確定（對于從水溫度95的系統(tǒng)。）如果我們假定某個(gè)采暖系統(tǒng)底層散

12、熱器承受的水壓小于0.6 MPa，則根據(jù)前述的系統(tǒng)定壓值確定原則，該系統(tǒng)的最高點(diǎn)距底層散熱器的垂直高度h0.6x100-(23)=5857m。一般住宅建筑的層高為2.83.0m，則h/2.83.0=1921層，即：即便散熱器承壓只有0.6 MPa，理論上它所在采暖系統(tǒng)的總層數(shù)亦可達(dá)1921層，考慮25%的承壓值安全余量，對于承壓能力分別為0.6 MPa和0.8MPa的散熱器，其所在采暖系統(tǒng)的層數(shù)分別為N15和N24。（三）關(guān)于塑料管材與采暖系統(tǒng)層數(shù)的關(guān)系： 由常規(guī)金屬管材與金屬管件組成的戶內(nèi)管道系統(tǒng)的承壓能力高于散熱器的承壓能力，因此當(dāng)戶內(nèi)采暖系統(tǒng)采用常規(guī)金屬管材時(shí)，一般不會(huì)對采暖系統(tǒng)的定壓值

13、提出限制性要求，即，不會(huì)因采暖系統(tǒng)層數(shù)的增加而對管材壁厚提出特殊要求，導(dǎo)致投資加大，然而在計(jì)量供熱系統(tǒng)中，由于多種原因，戶內(nèi)系統(tǒng)采用塑料管材的情況日漸增多，塑料管材的特性與金屬管材有較大區(qū)別，其管材規(guī)格的確定與采暖熱水溫度、管材承受的工作壓力有密切關(guān)系，有關(guān)塑料管材具體特性的分析將有專門論述，這里僅做一簡單說明。對于塑料管材當(dāng)熱水溫度確定后，在保證管材使用壽命的前提下，管材承受的工作壓力越高，所要求的管材壁厚就愈厚，如對于PP-R管材，當(dāng)工作壓力為0.6 MPa和0.8MPa時(shí)，所選管材的最小壁厚分另為1.9m和2.8mm，而且當(dāng)工作壓力超過0.8MPa時(shí)將很難選擇到適合計(jì)量供熱系統(tǒng)使用的塑料管村。因此當(dāng)戶內(nèi)系統(tǒng)采用塑料管材時(shí)，不希望其管內(nèi)熱水工作壓力超過0.6MPa。對應(yīng)于住宅建筑的采暖系統(tǒng)，這一數(shù)值代表著一個(gè)立管所負(fù)擔(dān)的水平分環(huán)層數(shù)N1920。三個(gè)方面的分析表明：在計(jì)量供熱系統(tǒng)中，一對立管所負(fù)擔(dān)水平分環(huán)