基于鴻業軟件的采暖水力平衡計算研究

朱 虹 劉春宏

（江蘇省化工設計院有限公司，江蘇 南京210014）

0 引言

目前在我國，水力失調是采暖系統中普遍存在的現象。它不僅使部分用戶室內溫度過高，部分用戶室內溫度過低，而且可能造成較大的能源浪費。隨著計算機技術的不斷發展，將建筑模型簡化思想應用于采暖水力計算，鴻業暖通設計軟件在采暖水力設計中得到了廣泛應用。

1 水力失調理論分析

由于雙管制系統可以實現變流量控制，有利于節能，因此室內采暖系統多采用雙管系統，當系統正常運行時，熱網各熱用戶在運行中會出現水力失調現象［1］。如圖1所示，在供熱系統中，由于各環路的作用壓力與該環路本身所消耗的壓力之差不平衡；靠近主干線入口端的散熱器內熱媒所通過的路途短，壓力損失小，有較大的剩余壓力，環路中熱媒流量就會偏大，從而超過實際所需要的值；遠端散熱器內熱媒所通過的路途長，壓力損失大，通過遠端環路上的熱媒流量就會減少，從而會出現有的環路過熱、有的環路不熱的水平失調現象。熱水供熱系統中，管段的阻力損失可用下式表示：

式中，ΔPy、ΔPj分別為沿程阻力損失、局部阻力損失（Pa）；ly、lj、lzh分別為沿程阻力管段折算長度、局部阻力管段折算長度、計算管段折算長度（m）；R為比摩阻（Pa／m）。

圖1 上供下回式雙管采暖系統

在布置熱水采暖各并聯環路時，應從水力平衡方面著眼，合理選擇各支、立干管的管徑，并相應調節各個并聯環路上的控制閥門，使各環路間的壓力損失接近平衡，且管道的流速都在經濟流速及經濟比摩阻下，從而消除各環路間冷熱不均現象。

2 雙管垂直失調理論分析

當采用雙管上供下回采暖系統時［2］，建筑上層散熱器過熱，下層散熱器過冷，通過上下層散熱器的熱媒流量相差較大，就會產生垂直失調，其主要是因供回水立管中熱水密度差異而造成，其計算公式為：

式中，ΔP為自然循環作用壓力（Pa）；h為各層散熱器中心距總回水管的距離（m）；ρ供、ρ回分別為供、回水密度（kg／m3）。

建筑物高度相差懸殊，自然循環作用壓力ΔP相差大，這時可在建筑物散熱器的進水管加裝溫控閥，利用恒溫閥閥頭中的感溫元件來控制閥門開度的大小，當室溫升高時，感溫元件因熱膨脹壓縮閥桿使閥門關小，減少流入散熱器的水量，降低散熱器以控制室溫；當室溫下降時，感溫元件因冷卻而收縮，閥桿彈回使閥體開大，增加流入散熱器的水量，恢復室溫。溫控閥的調節作用能改變系統的總壓差。

3 實例分析

綜上所述，以圖1為例，計算模型選定為樓層數為3的上供下回雙管系統，建筑樓層高為3m，系統設計供回水溫度為95／70℃。在計算模型中，認為每個用戶熱負荷需求是相同的，即流量相同，各工況下，將各用戶回水溫度的微小差異忽略，認為所有用戶回水溫度都是相同的。

將計 算 模 型 合 理 地 簡 化［3－4］，每根立管的總熱負荷則通過單根立管的熱水總流量為：

根據《實用供暖工程設計》附件5－2《室內熱水采暖系統管徑計算表》查得R＝33Pa／m，供回水立管管徑均為DN20。在室外各環路即建筑物入口處采暖供水管路（或回水管路）上安裝平衡閥或其他水力平衡元件，并進行水力平衡測試，立管理論分析如圖2、圖3所示。

圖2 雙管采暖系統立管水力平衡分析1

圖3 雙管采暖系統立管水力平衡分析2

通過第1層與第2層并聯環路的壓降不平衡率為：

式中，ΔPⅠ、ΔPⅡ分別為1樓、2樓的阻力損失（Pa）。

對于垂直失調通過設置適當的恒溫閥預設壓力值，來保證各環路阻力平衡。

4 鴻業軟件在水力平衡分析中的應用

鴻業軟件集當今國內外同類專業軟件的優點于一身，實現計算繪圖一體化，經過多年不斷的完善和發展，以其貼近設計人員的思路、高智能化、高自動化而受到廣泛好評。以圖1所示的管道連接方式為例，在鴻業水力計算程序中可以設定流速、比摩阻或管線承擔的負荷為依據，如圖4、圖5所示。

圖4 供暖系統形式

圖5 參數設置

按上述各式編制后，程序自動計算其管徑、系統的阻力和不平衡率，計算結果如表1～表3所示。

根據GB507369—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》設計標準，要求通過各種措施使并聯環路之間的壓力損失相對差額不大于15%。計算結果滿足要求。

表1 采暖干管輸入

表2 采暖立管參數(以立管N1為例)

表3 采暖系統不平衡率(以立管N1為例)

5 結語

通過調節系統水力平衡，為保障水暖供熱系統的高效、穩定、節能、舒適提供了一種有效的解決方案，既滿足了工程設計和規范要求，又實現了供熱水力系統的舒適性和節能性。

［1］賀平，孫剛，王飛，等．供熱工程［M］．第4版．北京：中國建筑工業出版社，2009

［2］李寶林．關于室內供熱高低樓層比例失調的分析與供熱系數調整［J］．黑河科技，2001（1）

［3］王海英，盧建津，張于峰．雙—雙管室內供暖系統水力平衡性分析［J］．煤氣與熱力，2002（2）

［4］劉永鑫．供暖系統質調節運行參數與失調研究［D］．哈爾濱工業大學，2007