王志杰

[摘要]采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)是暖通空調(diào)專業(yè)發(fā)展以來的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容。隨著城市化進(jìn)程的加快，住宅采暖的需求也在不斷擴(kuò)大。采暖工程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)如同房屋結(jié)構(gòu)一樣，是采暖工程的骨架，其合理性與否將會(huì)直接反應(yīng)在使用者的溫度感受上。在采暖系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下。有些工程會(huì)出現(xiàn)局部溫度不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，使這一采暖系統(tǒng)出現(xiàn)了冷熱不均的狀態(tài)。學(xué)術(shù)上我們稱這種現(xiàn)象為“水力失調(diào)”。本文捅討對(duì)工程實(shí)曬叮的分析，了解重力壓頭對(duì)采暖系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。解釋雙立管系統(tǒng)，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(duì)系統(tǒng)的影響程度。

[關(guān)鍵詞]采暖系統(tǒng);水力平衡;重力壓頭

引言

目前的設(shè)計(jì)工程以大面積工程居多。由于重力循環(huán)的采暖系統(tǒng)的作用半徑有限，已經(jīng)很少選用。機(jī)械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)已經(jīng)成為工程設(shè)計(jì)的首選形式。然而機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)中，重力作用仍然存在，且對(duì)采暖系統(tǒng)中水力失調(diào)方面有很大的影響。因此，我們?cè)诠こ淘O(shè)計(jì)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(jī)械壓頭是水泵運(yùn)轉(zhuǎn)使系統(tǒng)中的水產(chǎn)生的動(dòng)力。

一、重力壓頭的計(jì)算方法

在工程設(shè)計(jì)中，各層有各自的循環(huán)阻力，各層上的作用壓力大于阻力才能進(jìn)行有效的熱水循環(huán)。各層作用壓頭如下：

△P=△P_J+△P_Z

其中△P——各層的總作用壓力

△P_J——水泵產(chǎn)生的機(jī)械作用壓力

△P_Z——重力產(chǎn)生的重力壓頭①

△P_Z=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(jì)算方法如下：

G=0.86Q/△t

G——供水流量，kg/h

Q——熱負(fù)荷，W

△t——供回水溫差，℃②

二、重力循環(huán)在三種機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)中的影響

（一）雙管上分式系統(tǒng)（圖1）

某6層公寓采用雙管上分式機(jī)械循環(huán)熱水系統(tǒng)。該酒店設(shè)計(jì)供回水溫度為85/60攝氏度，為方便計(jì)算，假定每層的設(shè)計(jì)流量相同。因?yàn)樵撓到y(tǒng)采用雙管上分式系統(tǒng)，所以在實(shí)際運(yùn)行過程中。會(huì)出現(xiàn)“上熱下冷”的現(xiàn)象，如果在設(shè)計(jì)過程中不考慮重力壓頭的作用時(shí)，我們會(huì)認(rèn)為該系統(tǒng)各層的阻力、流量相等。實(shí)際過程中，因?yàn)楣┗厮臏亟祮栴}，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(chǎn)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：

△P_Z=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(tǒng)高度增大而增大，各層環(huán)路按照同行程，同管路，同設(shè)備布置。會(huì)導(dǎo)致各層的作用壓力不一致，因?yàn)樯蠈迎h(huán)路多了重力壓頭，出現(xiàn)了上熱下冷的現(xiàn)象。這是雙管上分式系統(tǒng)容易出現(xiàn)水力失調(diào)的主要原因。因此為了解決此類間題：需要調(diào)增大上層系統(tǒng)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(tǒng)（圖2）

雙立管中分式采暖系統(tǒng)也是一種常用的采暖形式，在某些二層商業(yè)建筑中，可采用此類型系統(tǒng)解決一些窗戶遮擋問題。重力壓頭在此類系統(tǒng)中也是客觀存在的。

某商業(yè)建筑共兩層，二層的窗戶設(shè)置較為高大，不利于進(jìn)行在梁下設(shè)置水平干管，采用在一層頂部敷設(shè)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(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生卜熱下冷現(xiàn)象，根據(jù)公式

△P_Z=gh（ρ₁-ρ₂）

我們可以知道上層比下層環(huán)路重力壓頭大，水流量增大。因此需要減小上層環(huán)路散熱器管徑，或增大上層環(huán)路阻力抵消重力壓頭的作用力。

（三）雙管下分式系統(tǒng)（圖3）

新建住宅小區(qū)普遍采用了雙管下分式系統(tǒng)，如圖3：

某住宅采用雙立管下分式系統(tǒng)，我們假定各層負(fù)荷相近。把A點(diǎn)起經(jīng)過最高環(huán)路2回到B點(diǎn)的計(jì)算阻力與自A點(diǎn)經(jīng)過最低環(huán)路1回到B點(diǎn)的計(jì)算阻力相比，環(huán)路2的沿程阻力大于環(huán)路1的阻力。沿程阻力損失為環(huán)路2的供回水立管長度?？梢院苋菀椎玫揭缓唵蔚慕Y(jié)論：由于異程系統(tǒng)原因環(huán)路1樓層低，環(huán)路短，阻力小，水流量增大。而環(huán)路2的水流量相應(yīng)減小很多。然而在重力壓頭客觀存在的情況下，環(huán)路2比環(huán)路1多了高度h，這樣一來，根據(jù)公式

△P_Z=gh（ρ₁-ρ₂）

△P_A-1-B=△P_A-2-B-△P_Z

其中：△P_A-1-B/，△P_A-2-B分別為1、2兩個(gè)環(huán)路的總作用壓頭，當(dāng)各層戶內(nèi)系統(tǒng)的壓力損失相近時(shí)，下分式異程系統(tǒng)的重力壓頭可以克服環(huán)路2立管上的沿程阻力和局部阻力。使得：

△P_回+△P_供=△P_Z

△P_回、△P_供分別為環(huán)路2的供回水立管的阻力損失。③

綜上所述，環(huán)路2的重力壓頭可以抵消掉環(huán)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(yùn)行階段重力壓頭的分析

在采暖系統(tǒng)運(yùn)行中，不同時(shí)期的重力壓頭是不穩(wěn)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(shí)候，在供回水踢差卜不滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，垂直失調(diào)不明顯，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)期，使得供回水密度差增大，垂直失調(diào)現(xiàn)象也會(huì)變得明顯。

結(jié)語

在采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，選擇系統(tǒng)形式是我們整個(gè)工程設(shè)日中的一個(gè)重要決策，而水力計(jì)算也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟，其中不可忽視的重力壓頭計(jì)算是十分重要的。我們?cè)谝陨戏治鲋械贸隽巳N系統(tǒng)形式的利弊，從而幫助我們?cè)趯?shí)際工程設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的建筑情況進(jìn)行更合理地選擇。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張錫虎.工程設(shè)計(jì)問答（3）[J].暖通空調(diào)，2010，40（03）：54-55+106.