民用建筑采暖系統形式分析
2019-03-25 10:06:46王志杰
活力 2019年2期
王志杰
[摘要]采暖系統設計是暖通空調專業發展以來的基本設計內容。隨著城市化進程的加快，住宅采暖的需求也在不斷擴大。采暖工程設計中，系統形式的設計如同房屋結構一樣，是采暖工程的骨架，其合理性與否將會直接反應在使用者的溫度感受上。在采暖系統運行狀態下。有些工程會出現局部溫度不達標的現象，使這一采暖系統出現了冷熱不均的狀態。學術上我們稱這種現象為“水力失調”。本文捅討對工程實曬叮的分析，了解重力壓頭對采暖系統產生的影響。解釋雙立管系統，上分式、中分式、下分式中水力失誘拍勺原因及原理，分析不同階段中重力壓頭的變化及其對系統的影響程度。
[關鍵詞]采暖系統;水力平衡;重力壓頭
引言
目前的設計工程以大面積工程居多。由于重力循環的采暖系統的作用半徑有限，已經很少選用。機械循環熱水采暖系統已經成為工程設計的首選形式。然而機械循環系統中，重力作用仍然存在，且對采暖系統中水力失調方面有很大的影響。因此，我們在工程設計過程中不要忽視掉重力壓頭的作用。重力壓頭是重力作用下通過供回水密度差形成的壓力差。機械壓頭是水泵運轉使系統中的水產生的動力。
一、重力壓頭的計算方法
在工程設計中，各層有各自的循環阻力，各層上的作用壓力大于阻力才能進行有效的熱水循環。各層作用壓頭如下：
△P=△PJ+△PZ
其中△P——各層的總作用壓力
△PJ——水泵產生的機械作用壓力
△PZ——重力產生的重力壓頭①
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
其中ρ1——回水溫度下的密度kg/m3
ρ2——供水溫度下的密度kg/m3
h——水的加熱中心到水冷卻中心的垂直距離
水流量計算方法如下：
G=0.86Q/△t
G——供水流量，kg/h
Q——熱負荷，W
△t——供回水溫差，℃②
二、重力循環在三種機械循環系統中的影響
（一）雙管上分式系統（圖1）
某6層公寓采用雙管上分式機械循環熱水系統。該酒店設計供回水溫度為85/60攝氏度，為方便計算，假定每層的設計流量相同。因為該系統采用雙管上分式系統，所以在實際運行過程中。會出現“上熱下冷”的現象，如果在設計過程中不考慮重力壓頭的作用時，我們會認為該系統各層的阻力、流量相等。實際過程中，因為供回水的溫降問題，水密度隨溫度變化，供水溫度高、水密度低;回水溫度低，水密度高。從而由溫度差異產生了重力差異。
由水密度差造成重力壓頭可由下面公式得出：
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
h——水的加熱中心到水冷卻中心的垂直距離
從該公式中我們可以看出：重力壓頭取決于高度h，隨著系統高度增大而增大，各層環路按照同行程，同管路，同設備布置。會導致各層的作用壓力不一致，因為上層環路多了重力壓頭，出現了上熱下冷的現象。這是雙管上分式系統容易出現水力失調的主要原因。因此為了解決此類間題：需要調增大上層系統的阻力，以使增大阻力與其重力壓頭相抵消。
（二）雙立管中分式系統（圖2）
雙立管中分式采暖系統也是一種常用的采暖形式，在某些二層商業建筑中，可采用此類型系統解決一些窗戶遮擋問題。重力壓頭在此類系統中也是客觀存在的。
某商業建筑共兩層，二層的窗戶設置較為高大，不利于進行在梁下設置水平干管，采用在一層頂部敷設的供回水干管，串接上下兩層散熱器，一層的低位散熱器通過較長的支管連接到梁下的干管上。此系統在實際運行中產生卜熱下冷現象，根據公式
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
我們可以知道上層比下層環路重力壓頭大，水流量增大。因此需要減小上層環路散熱器管徑，或增大上層環路阻力抵消重力壓頭的作用力。
（三）雙管下分式系統（圖3）
新建住宅小區普遍采用了雙管下分式系統，如圖3：
某住宅采用雙立管下分式系統，我們假定各層負荷相近。把A點起經過最高環路2回到B點的計算阻力與自A點經過最低環路1回到B點的計算阻力相比，環路2的沿程阻力大于環路1的阻力。沿程阻力損失為環路2的供回水立管長度。可以很容易得到一簡單的結論：由于異程系統原因環路1樓層低，環路短，阻力小，水流量增大。而環路2的水流量相應減小很多。然而在重力壓頭客觀存在的情況下，環路2比環路1多了高度h，這樣一來，根據公式
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
△PA-1-B=△PA-2-B-△PZ
其中：△PA-1-B/，△PA-2-B分別為1、2兩個環路的總作用壓頭，當各層戶內系統的壓力損失相近時，下分式異程系統的重力壓頭可以克服環路2立管上的沿程阻力和局部阻力。使得：
△P回+△P供=△PZ
△P回、△P供分別為環路2的供回水立管的阻力損失。③
綜上所述，環路2的重力壓頭可以抵消掉環路2所受的沿程阻力，從而使熱水有利于流向較高的樓層。
三、采暖運行階段重力壓頭的分析
在采暖系統運行中，不同時期的重力壓頭是不穩定的，所以各層流量分配也不是一成不變的。在采暖的試水期和供暖季末期的時候，在供回水踢差卜不滿足設計要求的情況下，垂直失調不明顯，在系統運轉正常時期，使得供回水密度差增大，垂直失調現象也會變得明顯。
結語
在采暖系統設計上，選擇系統形式是我們整個工程設日中的一個重要決策，而水力計算也是系統設計中的一個重要步驟，其中不可忽視的重力壓頭計算是十分重要的。我們在以上分析中得出了三種系統形式的利弊，從而幫助我們在實際工程設計中根據不同的建筑情況進行更合理地選擇。
參考文獻：
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