申劍 張欣然
中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司
為提高散熱器供熱量的精確調(diào)節(jié),提高供暖質(zhì)量,減少供熱浪費(fèi),新建或改擴(kuò)建的民用、公共建筑的供暖系統(tǒng),大多采用雙管系統(tǒng),每個(gè)散熱器前設(shè)置兩通高阻恒溫閥。隨著《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB51245 的發(fā)布,根據(jù)“5.2.8 對(duì)于需要分室自動(dòng)控制室溫的散熱器供暖系統(tǒng),散熱器前應(yīng)安裝恒溫控制閥”,工業(yè)建筑也在逐步擴(kuò)大雙管供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì),但是,很多設(shè)計(jì)者認(rèn)為兩通高阻恒溫閥具有高阻力的特性,只要安裝它,就可以解決水力平衡問題而無(wú)需再進(jìn)行水力平衡計(jì)算,實(shí)際情況到底如何,下面將以某算例進(jìn)行具體分析。
為了簡(jiǎn)化計(jì)算,本文以一個(gè)有20 根立管的單層雙管供暖環(huán)路為算例,采用上供上回同程系統(tǒng),前10 組散熱器負(fù)荷為4 kW/組,后10 組散熱器負(fù)荷為2 kW/組,具體立管圖見圖1:
圖1 水平雙管供暖系統(tǒng)立管示意圖
選用的恒溫閥參數(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)圖17K408[1],具體參數(shù)見表1:
表1 恒溫閥參數(shù)
根據(jù)軟件計(jì)算(軟件默認(rèn)管路比摩阻取值范圍為40~100 Pa/m),各立管默認(rèn)管徑為DN15,此時(shí)系統(tǒng)阻力見表2:
表2 立支管管徑為DN15 時(shí)系統(tǒng)阻力及不平衡率
根據(jù)表2 可以看出,如果不進(jìn)行水力計(jì)算,只是簡(jiǎn)單直接安裝高阻力恒溫閥,不僅無(wú)法解決系統(tǒng)的水力平衡問題,還會(huì)加劇水力失調(diào),哪怕是在加裝恒溫閥前進(jìn)行了水力平衡達(dá)到15%,而在加恒溫閥后,水力失調(diào)度也會(huì)加劇到39.38%,其原因是恒溫閥的阻力是根據(jù)閥門值和流量確定的:P=(Q/Kv)2,通常阻力較大的環(huán)路流量也較大,所以如果所有支路選擇相同的閥門Kv 值,原來(lái)阻力比較大的環(huán)路阻力就會(huì)變得更大,加劇不平衡率。而如果根據(jù)系統(tǒng)的阻力和每個(gè)支管的流量,經(jīng)過計(jì)算選擇恒溫閥合理的Kv 值,就可以解決水力失調(diào)問題,如果在選擇恒溫閥之前,先進(jìn)行系統(tǒng)的水力初平衡,還可以降低系統(tǒng)的總阻力。
由于多年的使用習(xí)慣,東北地區(qū)很多項(xiàng)目,甲方要求散熱器立管不得小于DN20,當(dāng)立管管徑為DN20時(shí),系統(tǒng)阻力見表3:
表3 立支管管徑為DN20 時(shí)系統(tǒng)阻力及不平衡率
由表3 可以看出,加大立支管管徑僅能降低系統(tǒng)總阻力,對(duì)于系統(tǒng)的平衡作用不大,而都采用DN20 的恒溫閥將會(huì)增加初投資。
如果根據(jù)每個(gè)立管的流量選擇不同的管徑,有利于系統(tǒng)的平衡,將本算例中1~10 立管采用DN20、11~20 立管采用DN15 時(shí),系統(tǒng)阻力見表4:
表4 1~10 立管采用DN20、11~20 立管采用DN15 時(shí)系統(tǒng)阻力及不平衡率
根據(jù)以上計(jì)算可以看出兩通高阻恒溫閥的高阻力特性十分明顯,所以系統(tǒng)立管管徑、恒溫閥預(yù)設(shè)值的選擇,應(yīng)根據(jù)外管網(wǎng)情況、與其它環(huán)路的平衡情況等因素綜合考慮。
以一個(gè)6 層垂直雙管供暖系統(tǒng)為算例,采用上供下回系統(tǒng),每組散熱器負(fù)荷為2 kW/組,具體立管圖見圖2:
圖2 垂直雙管供暖系統(tǒng)立管示意圖
垂直雙管系統(tǒng)中,由于水冷卻產(chǎn)生的重力作用壓力是引起垂直失調(diào)的重要原因之一,本算例按供回水溫度80/55 ℃計(jì)算,散熱器負(fù)荷為2000 W,重力作用壓力按ρgh×2/3 計(jì)算[2],水力計(jì)算結(jié)果見表5:
表5 立管采用DN20、支管采用DN15 時(shí)各環(huán)路阻力及不平衡率(系統(tǒng)不進(jìn)行水力平衡)
根據(jù)表5 可以計(jì)算出:無(wú)恒溫閥的系統(tǒng)考慮重力作用時(shí)不平衡率為120.82%,采用無(wú)預(yù)設(shè)阻力型恒溫閥的系統(tǒng)不平衡率為45.47%,采用帶預(yù)設(shè)阻力型恒溫閥的系統(tǒng)不平衡率為10.83%。本系統(tǒng)的平衡完全是靠增加恒溫閥阻力實(shí)現(xiàn)的,結(jié)果會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加較大,根據(jù)文獻(xiàn)[3]的建議“應(yīng)將高環(huán)路多得到的自然作用壓力,用以克服低環(huán)路的相對(duì)不利因素,即回水立管的管徑要小于供水立管的管徑,使回水立管的阻力大于供水立管的阻力”,現(xiàn)將系統(tǒng)改為圖三所示,其水力計(jì)算結(jié)果見表6:
表6 調(diào)整供回水立、支管管徑后各環(huán)路阻力及不平衡率
圖3 改進(jìn)后垂直雙管供暖系統(tǒng)立管示意圖
根據(jù)表6 可以計(jì)算出:無(wú)恒溫閥的系統(tǒng)考慮重力作用時(shí)不平衡率為159.97%,采用無(wú)預(yù)設(shè)阻力型恒溫閥的系統(tǒng)不平衡率為46.49%,采用帶預(yù)設(shè)阻力型恒溫閥的系統(tǒng)不平衡率為12.94%。即經(jīng)過人為調(diào)整,系統(tǒng)的總阻力約為2 kPa 就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡。因此。只有經(jīng)過計(jì)算確定合適的管徑和恒溫閥Kv 值(設(shè)定值),才能解決供暖系統(tǒng)的水力平衡問題。
1)不經(jīng)過水力計(jì)算,隨意的設(shè)置恒溫閥將加大供暖系統(tǒng)的水力失調(diào),只有選擇合適的恒溫閥Kv 值,才有利于系統(tǒng)平衡。
2)進(jìn)行系統(tǒng)水力平衡計(jì)算,同時(shí)選擇合適的恒溫閥Kv 值,有利于降低系統(tǒng)總阻力。
3)恒溫閥Kv 值是合理選擇閥門的重要參數(shù),而每個(gè)廠家產(chǎn)品的Kv 值是不同的,所以應(yīng)在設(shè)計(jì)中明確每個(gè)恒溫閥需求的Kv 值(或預(yù)設(shè)檔位),并保證現(xiàn)場(chǎng)安裝正確。
4)恒溫閥Kv 值的確定是因人而異的,根據(jù)表四可以看出,同樣的系統(tǒng),不同的配管設(shè)計(jì),會(huì)導(dǎo)致恒溫閥Kv 值選擇的不同,未經(jīng)過水力平衡的系統(tǒng),11~20立管預(yù)設(shè)定閥門檔位為5,而經(jīng)過水力平衡的系統(tǒng),11~20 立管預(yù)設(shè)定閥門檔位為6。
5)本文僅對(duì)采用兩通高阻恒溫閥的雙管系統(tǒng)水力平衡進(jìn)行了闡述,而工業(yè)建筑的散熱器供暖系統(tǒng)是否都應(yīng)該采用雙管加高阻力恒溫閥的設(shè)計(jì),還需要根據(jù)廠區(qū)外網(wǎng)情況確定,如老舊廠區(qū)的供暖改造或新老建筑共用管網(wǎng)等情況。當(dāng)廠區(qū)外網(wǎng)資用壓頭本身不富裕時(shí),或許采用單管跨越加兩通低阻恒溫閥或單管系統(tǒng)加三通低阻恒溫閥是更好的選擇。