焦宏照

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供暖空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡

焦宏照

（鄭州大學綜合設計研究院有限公司 鄭州 450007）

對供暖空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡相關的規(guī)范進行了引用，闡述了水力平衡在工程設計的重要意義。以某辦公樓水平同程管路的空調(diào)水系統(tǒng)為例，通過計算得出，在管路水力平衡設計時，沒有必要嚴格要求所有末端設備保持同程。以某小學散熱器供暖系統(tǒng)的兩個環(huán)路之間平衡為例，當管路服務半徑較大時，可以將服務對象劃分為若干個區(qū)塊的并聯(lián)，同時將較不利區(qū)塊中，管道較長區(qū)塊的管道比摩阻控制為較小值。以某小區(qū)地下車庫街區(qū)熱水供熱管網(wǎng)為例，在異程式系統(tǒng)中，根據(jù)各個三通處的資用水頭，計算各個三通處兩個管路之間的平衡，可以確保達到水力平衡。

散熱器系統(tǒng)；地板輻射供暖系統(tǒng)；空氣調(diào)節(jié)；街區(qū)熱水供熱管網(wǎng)；水力平衡；資用水頭

0 范圍

0.1 室內(nèi)散熱器供暖系統(tǒng)或地板輻射供暖系統(tǒng)

散熱器系統(tǒng)：利用散熱器向室內(nèi)傳熱的供暖方式。以熱水或熱風為熱媒。引自文獻[1]第3.1.16。

地板輻射供暖系統(tǒng)：以輻射方式，由地面向室內(nèi)進行供暖的系統(tǒng)。引自文獻[1]第3.3.8條。

0.2 室內(nèi)集中空調(diào)系統(tǒng)

空氣調(diào)節(jié)：使服務空間內(nèi)的空氣溫度、濕度、清潔度、氣流速度和空氣壓力梯度等參數(shù)達到給定要求的技術，簡稱空調(diào)。引自文獻[1]第2.1.29條。

0.3 街區(qū)熱水供熱管網(wǎng)

街區(qū)熱水供熱管網(wǎng)：自熱力站或用戶鍋爐房、熱泵機房、直燃機房等小型熱源至建筑物熱力入口，設計壓力小于或等于1.6MPa，設計溫度小于或等于95℃，與熱用戶室內(nèi)系統(tǒng)連接的室外熱水供熱管網(wǎng)。引自文獻[2]第2.1.10條。也稱為二級管網(wǎng)，在設置一級換熱站的供暖系統(tǒng)中，由換熱站至熱用戶的供熱管網(wǎng)。引自文獻[3]第5.1.13條。

1 相關規(guī)范條文

（1）文獻[4]第5.9.11條：“室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的設計應進行水力平衡計算，并應采取措施使設計工況時各并聯(lián)環(huán)路之間（不包括共用段）的壓力損失相對差額不大于15%?！?/p>

（2）文獻[4]第8.5.14條：“空調(diào)水系統(tǒng)布置和選擇管徑時，應減少并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失的相對差額。當設計工況時并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失的相對差額超過15%時，應采取水力平衡措施?！?/p>

（3）文獻[4]第8.8.4條第3款：“區(qū)域供冷管網(wǎng)的設計應符合下列規(guī)定：3應進行管網(wǎng)的水力工況分析及水力平衡計算，并通過經(jīng)濟技術比較確定管網(wǎng)的計算比摩阻。管網(wǎng)設計的最大水流速不宜超過2.9m/s。當各環(huán)路的水力不平衡率超過15%時，應采取相應的水力平衡措施?！?/p>

（4）文獻[5]第5.3.10條：“施工圖設計時，應嚴格進行室內(nèi)供暖管道的水力平衡計算，確保各并聯(lián)環(huán)路間(不包括公共段)的壓力損失差額不大于15%；在水力平衡計算時，要計算水冷卻產(chǎn)生的附加壓力，其值可取設計供、回水溫度條件下附加壓力值的2/3?！?/p>

（5）文獻[5]第5.2.13條：“室外管網(wǎng)應進行嚴格的水力平衡計算。當室外管網(wǎng)通過閥門截流來進行阻力平衡時，各并聯(lián)環(huán)路之間的壓力損失差值，不應大于15%。當室外管網(wǎng)水力平衡計算達不到上述要求時，應在熱力站和建筑物熱力入口處設置靜態(tài)水力平衡閥?！?/p>

（6）文獻[6]第4.3.2條：“集中供暖系統(tǒng)的熱力入口處及供水或回水管的分支管路上，應根據(jù)水力平衡要求設置水力平衡裝置?！?/p>

（7）文獻[6]第4.3.6條：“空調(diào)水系統(tǒng)布置和管徑的選擇，應減少并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失的相對差額。當設計工況下并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失的相對差額超過15%時，應采取水力平衡措施。”

（8）文獻[2]第7.3.3條：“熱水熱力網(wǎng)支干線、支線應按允許壓力降確定管徑，但供熱介質(zhì)流速不應大于3.5m/s。支干線比摩阻不應大于300Pa/m，連接一個熱力站的支線比摩阻可大于300Pa/m?！?/p>

（9）文獻[2]第14.2.5條：“用于采暖、通風、空調(diào)系統(tǒng)的管網(wǎng)，支線管徑應按允許壓力降確定，比摩阻不宜大于400Pa/m。”

水力平衡在供暖空調(diào)系統(tǒng)中起到至關重要的作用，讓每個系統(tǒng)、每個設備達到設計流量，同時根據(jù)使用情況、室外氣象參數(shù)實時變化，滿足建筑使用功能的要求。水力平衡讓每個系統(tǒng)、每個設備按需分配流量，保證使用效果，且不浪費，從而達到節(jié)能的目的。

2 設計工程案例及其分析

2.1 案例A

圖1 A建筑某層空調(diào)水A～B管段局部平面圖

以A辦公樓的某層平面圖為例，原設計在平面A～B管段處，設計者按照同程式的設計思路進行設計，按照控制比摩阻100～300Pa進行計算，A～B之間的管路總阻力為19.8kPa，計算見表1，相關附圖見圖1。但此設計顯然是不太合理的，調(diào)整后圖紙見圖2，按照控制比摩阻100～300Pa進行計算，A～B之間的管路總阻力為7.2kPa，計算見表2。同時對此處異程式空調(diào)管段進行水力計算，按照控制比摩阻50～150Pa進行計算，此處管道總阻力4.4kPa，對于風機盤管系統(tǒng)來講，水力平衡較容易，管道的管徑見圖2，計算見表3。

表2 修改后A～B之間管段水力計算表

表3 異程式空調(diào)管段水力計算表

根據(jù)以上的計算和分析，可以得出以下結論：在管路水力平衡設計時，沒有必要嚴格要求所有末端設備保持同程，可僅使多數(shù)設備的管路同程，把同程環(huán)路控制在較小的半徑內(nèi)；同時在異程管路處，選擇較大管徑，控制較小的比摩阻，異程管路也便于水力平衡。從而減少環(huán)路半徑，減少管材。減少環(huán)路半徑為選擇較小的水泵揚程提供了條件，達到節(jié)能的目的。

2.2 案例B

以B小學的某層平面圖為例，在一個小學中，一般包括多個教學樓、辦公樓等，如果設計時采用完全同程的形式，環(huán)路的半徑將很大，在環(huán)路干管相連接的三通將很多，系統(tǒng)阻力太大。設計時可以將樓棟劃分為若干個區(qū)塊的并聯(lián)，同時將較不利區(qū)塊中，長于其它區(qū)塊的管道比摩阻控制為較小值，此管道比摩阻控制為較小值時，管道的當量長度較小，從而利于各個區(qū)塊之間的平衡，從而減小服務半徑，降低系統(tǒng)阻力；平面圖見附圖3，系統(tǒng)圖見附圖4。圖中三通1與三通2之間，三通3與三通4之間，都是兩個區(qū)塊并聯(lián)。為了區(qū)塊之間的水力平衡，三通1與三通2之間、三通3與三通4之間的供水管道是較不利區(qū)塊，長于其它區(qū)塊的管道，為了減少其阻力，控制較小的比摩阻，三通1與三通2之間的供水管道采用DN50，而不是DN32，三通3與三通4之間的供水管道采用DN65，而不是DN40，這樣區(qū)塊之間就很容易平衡了。

圖3 B小學一層供暖平面圖

圖4 供暖系統(tǒng)圖

根據(jù)以上分析，可以得出以下結論：當管路服務半徑較大時，可以將服務對象劃分為若干個區(qū)塊的并聯(lián)，同時將較不利區(qū)塊中，管道較長區(qū)塊的管道比摩阻控制為較小值，利于各個區(qū)塊之間的平衡，從而減小服務半徑，降低系統(tǒng)阻力。

2.3 案例C

圖5 地下車庫熱力管道平面圖

以C小區(qū)地下車庫街區(qū)熱水供熱管網(wǎng)為例，根據(jù)文獻[2]第14.3.5條，街區(qū)熱水供熱管網(wǎng)宜采用枝狀布置，平面圖見圖5，步驟如下：

（1）標注每個熱力入口的阻力和負荷。

（2）確定最不利環(huán)路，對管路和三通進行編號，編號應從末端到熱源的方向編寫。

（3）計算最不利環(huán)路阻力（按照規(guī)范的要求，應進行經(jīng)濟比較確定控制的比摩阻，推薦比摩阻為60～100Pa/m）。本例按照60～100Pa/m，計算見表4。

（4）根據(jù)計算結果，確定最不利環(huán)路上各個三通處的資用壓頭。并標注在圖紙中，本例中為三通1～11處的資用壓頭。

（5）在異程式系統(tǒng)中，按照規(guī)范要求，“確保各并聯(lián)環(huán)路間（不包括公共段）的壓力損失差額不大于15%?！逼鋵嵕褪且_保每個三通處兩個管路之間的平衡。根據(jù)三通處的資用水頭，首先利用管路進行平衡，但根據(jù)文獻[2]第14.2.5條，支線的比摩阻不應超過400Pa/m，當利用管段消除阻力后仍有阻力需要消除，應設置其它平衡措施。三通1～11處平衡計算數(shù)據(jù)，以三通1和三通11為例，見表5、6。

表4 最不利環(huán)路水力計算表

表5 三通1水管平衡水力計算表

（6）在最不利管路上三通平衡計算中，應同時計算支干線各個三通的資用壓頭，按照同樣的方法，計算支干線各個三通處的平衡。

根據(jù)以上計算：在異程式系統(tǒng)中，根據(jù)各個三通處的資用水頭，計算各個三通處兩個管路之間的平衡，可以確保達到水力平衡，同時可以有效的減小有利環(huán)路的管道管徑，達到降低造價的目的。

表6 三通11水管平衡水力計算表

3 結論

經(jīng)過以上分析和計算，有以下結論：

（1）在管路水力平衡設計時，沒有必要嚴格要求所有末端設備保持同程，可僅使多數(shù)設備的管路同程，把同程環(huán)路控制在較小的半徑內(nèi)；同時在異程管路處，選擇較大管徑，控制較小的比摩阻，異程管路也便于水力平衡。從而減少環(huán)路半徑，減少管材。減少環(huán)路半徑為選擇較小的水泵揚程提供了條件，達到節(jié)能的目的。

（2）管路服務半徑較大時，可以將服務對象劃分為若干個區(qū)塊的并聯(lián)，同時將較不利區(qū)塊中，管道較長區(qū)塊的管道比摩阻控制為較小值，利于各個區(qū)塊之間的平衡，從而減小服務半徑，降低系統(tǒng)阻力。

（3）在異程式系統(tǒng)中，根據(jù)各個三通處的資用水頭，計算各個三通處兩個管路之間的平衡，可以確保達到水力平衡，同時可以有效的減小有利環(huán)路的管道管徑，達到降低造價的目的。

[1] GB/T 50155—2015,供暖通風與空氣調(diào)節(jié)術語標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[2] CJJ 34—2010,城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[3] CJJ/T 55—2011,供熱術語標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[4] GB 50736—2012,民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[5] JGJ 26—2010,嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[6] GB 50189—2015,公共建筑節(jié)能設計標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[7] 焦宏照,楊志剛,李英.平衡閥設置問題的討論[J].建筑節(jié)能,2011,39(12):29-33.

[8] 焦宏照.低溫地板輻射供暖熱用戶前的混水設計[J].暖通空調(diào),2012,42(11):105-108.

[9] 焦宏照,李英,王娜.低溫地熱井+熱泵機組供暖的經(jīng)濟性分析[J].建筑節(jié)能,2016,44(4):108-113.

Hydraulic Balance of the Heating and Air Conditioning Water System

Jiao Hongzhao

( Zhengzhou University Multi-functional Design and Rescarch Academy Limited Company, Zhengzhou, 450007)

Reference to the relevant regulations for hydraulic balance of heating air-conditioning water systems. This article explains the importance of hydraulic balance in engineering design. Taking the air-conditioning water system of an office building with the same level of pipeline as an example, it is calculated that in the hydraulic balance design of the pipeline, it is not necessary to strictly require all the end equipment to maintain the same distance. Taking the balance between two loops of a radiator heating system in a primary school as an example, when the service radius of the pipeline is large, the service object can be divided into parallel connection of several blocks. At the same time,the pipe specific frictional resistance of the the longer block can be controled at a lower value in the more unfavorable blocks. Take the hot water heating pipe network in the underground garage area of a certain residential area as an example. In the direct return system, the balance between the two pipes at the three outlets can be calculated according to the water heads at the three outlets to ensure that the hydraulic balance is achieved.

radiator heating; floor heating system; air conditioning; block hot-water heating network; hydraulic balance; available differential pressure

TU832

A

1671-6612（2019）02-152-07

焦宏照（1979.12-），男，本科，高級職稱，E-mail：apple0159@126.com

2018-05-02