民用建筑采暖系统形式分析
2019-03-25王志杰
王志杰
[摘要]采暖系统设计是暖通空调专业发展以来的基本设计内容。随着城市化进程的加快，住宅采暖的需求也在不断扩大。采暖工程设计中，系统形式的设计如同房屋结构一样，是采暖工程的骨架，其合理性与否将会直接反应在使用者的温度感受上。在采暖系统运行状态下。有些工程会出现局部温度不达标的现象，使这一采暖系统出现了冷热不均的状态。学术上我们称这种现象为“水力失调”。本文捅讨对工程实晒叮的分析，了解重力压头对采暖系统产生的影响。解释双立管系统，上分式、中分式、下分式中水力失诱拍勺原因及原理，分析不同阶段中重力压头的变化及其对系统的影响程度。
[关键词]采暖系统;水力平衡;重力压头
引言
目前的设计工程以大面积工程居多。由于重力循环的采暖系统的作用半径有限，已经很少选用。机械循环热水采暖系统已经成为工程设计的首选形式。然而机械循环系统中，重力作用仍然存在，且对采暖系统中水力失调方面有很大的影响。因此，我们在工程设计过程中不要忽视掉重力压头的作用。重力压头是重力作用下通过供回水密度差形成的压力差。机械压头是水泵运转使系统中的水产生的动力。
一、重力压头的计算方法
在工程设计中，各层有各自的循环阻力，各层上的作用压力大于阻力才能进行有效的热水循环。各层作用压头如下：
△P=△PJ+△PZ
其中△P——各层的总作用压力
△PJ——水泵产生的机械作用压力
△PZ——重力产生的重力压头①
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
其中ρ1——回水温度下的密度kg/m3
ρ2——供水温度下的密度kg/m3
h——水的加热中心到水冷却中心的垂直距离
水流量计算方法如下：
G=0.86Q/△t
G——供水流量，kg/h
Q——热负荷，W
△t——供回水温差，℃②
二、重力循环在三种机械循环系统中的影响
（一）双管上分式系统（图1）
某6层公寓采用双管上分式机械循环热水系统。该酒店设计供回水温度为85/60摄氏度，为方便计算，假定每层的设计流量相同。因为该系统采用双管上分式系统，所以在实际运行过程中。会出现“上热下冷”的现象，如果在设计过程中不考虑重力压头的作用时，我们会认为该系统各层的阻力、流量相等。实际过程中，因为供回水的温降问题，水密度随温度变化，供水温度高、水密度低;回水温度低，水密度高。从而由温度差异产生了重力差异。
由水密度差造成重力压头可由下面公式得出：
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
h——水的加热中心到水冷却中心的垂直距离
从该公式中我们可以看出：重力压头取决于高度h，随着系统高度增大而增大，各层环路按照同行程，同管路，同设备布置。会导致各层的作用压力不一致，因为上层环路多了重力压头，出现了上热下冷的现象。这是双管上分式系统容易出现水力失调的主要原因。因此为了解决此类间题：需要调增大上层系统的阻力，以使增大阻力与其重力压头相抵消。
（二）双立管中分式系统（图2）
双立管中分式采暖系统也是一种常用的采暖形式，在某些二层商业建筑中，可采用此类型系统解决一些窗户遮挡问题。重力压头在此类系统中也是客观存在的。
某商業建筑共两层，二层的窗户设置较为高大，不利于进行在梁下设置水平干管，采用在一层顶部敷设的供回水干管，串接上下两层散热器，一层的低位散热器通过较长的支管连接到梁下的干管上。此系统在实际运行中产生卜热下冷现象，根据公式
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
我们可以知道上层比下层环路重力压头大，水流量增大。因此需要减小上层环路散热器管径，或增大上层环路阻力抵消重力压头的作用力。
（三）双管下分式系统（图3）
新建住宅小区普遍采用了双管下分式系统，如图3：
某住宅采用双立管下分式系统，我们假定各层负荷相近。把A点起经过最高环路2回到B点的计算阻力与自A点经过最低环路1回到B点的计算阻力相比，环路2的沿程阻力大于环路1的阻力。沿程阻力损失为环路2的供回水立管长度。可以很容易得到一简单的结论：由于异程系统原因环路1楼层低，环路短，阻力小，水流量增大。而环路2的水流量相应减小很多。然而在重力压头客观存在的情况下，环路2比环路1多了高度h，这样一来，根据公式
△PZ=gh（ρ1-ρ2）
△PA-1-B=△PA-2-B-△PZ
其中：△PA-1-B/，△PA-2-B分别为1、2两个环路的总作用压头，当各层户内系统的压力损失相近时，下分式异程系统的重力压头可以克服环路2立管上的沿程阻力和局部阻力。使得：
△P回+△P供=△PZ
△P回、△P供分别为环路2的供回水立管的阻力损失。③
综上所述，环路2的重力压头可以抵消掉环路2所受的沿程阻力，从而使热水有利于流向较高的楼层。
三、采暖运行阶段重力压头的分析
在采暖系统运行中，不同时期的重力压头是不稳定的，所以各层流量分配也不是一成不变的。在采暖的试水期和供暖季末期的时候，在供回水踢差卜不满足设计要求的情况下，垂直失调不明显，在系统运转正常时期，使得供回水密度差增大，垂直失调现象也会变得明显。
结语
在采暖系统设计上，选择系统形式是我们整个工程设日中的一个重要决策，而水力计算也是系统设计中的一个重要步骤，其中不可忽视的重力压头计算是十分重要的。我们在以上分析中得出了三种系统形式的利弊，从而帮助我们在实际工程设计中根据不同的建筑情况进行更合理地选择。
参考文献：
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