建筑室内供暖系统运行工况技术分析以单、双管热水为例

展妍婷

0 引言

长期以来，我国的供热系统在陈旧的理念和技术相对落后的基础上存在着能源浪费现象，且能源消耗较大。其次，供暖系统相对于发达国家比较落后，供暖质量差。供暖用户室温时高时低不稳定，有的用户室温太高，开窗放热造成能源浪费，有的用户室温达不到设计标准，产生拒缴采暖费的纠纷，主要原因之一是缺乏科学合理的运行调节。

1 单管热水供暖系统运行工况分析

采暖期内，随着室外温度的变化，需要综合调节供水温度和循环水量达到室内设计温度。如表1 所示，某住宅小区集中供热系统，热源设计供水温度，冬季室外温度一天内发生变化，采用质调节时，随着室外温度的升高，由表中数据显示，需降低供、回水温度，供、回水温差也随之降低，系统运行期间循环水量保持不变。

表1 质调节时热源处调节供回水温度

如图1 所示，定性分析，随着室外温度的升高，采用集中量调节时，供热系统的循环水量迅速减少，回水温度也迅速下降。因此，随着室外温度的升高，单管系统需要降低供水温度和循环水量。

图1 对流散热器量调节曲线

1.1 单管热水供暖系统最佳运行工况

1.1.1 单管热水供暖系统供水温度和传热系数分析计算

供热系统的最佳运行工况是 “按需供热”。热负荷因各种因素的影响而变化，如室外气候的变化和人为的调节室温等。如果不进行合理的调节，会引起系统水力失调，造成用户冷热不均的热力失调。

单管系统室内热力失调是各层散热器的传热系数随散热器平均水温的变化引起的。以铸铁760 型散热器为例，利用图2中三层单管系统数据进行分析计算：

图2 双管系统

各层散热器的传热系数K 分别为：

1.1.2 单管热水供暖系统供水温度变化对供热量的影响

由于上层散热器的平均水温较高，传热系数会较大，而下层散热器的平均水温较低，值会逐渐减小。因此，当采用质调节时，随着室外温度的逐渐升高，供水温度降低，上层散热器的传热系数和放热量会下降，且比下层下降的更多。此时，各层散热器之间出现不按比例放热的现象，形成“上冷下热”的热力失调。因此，为了补偿传热系数不以同一比例减小的影响，单管热水供暖系统的最佳调节工况与质调节相比较，系统的供水温度要高一些，回水温度降低一些，使得供回水温差增大，系统的循环水量减小。

1.1.3 单管热水供暖系统供水流量变化对供热量的影响

设计工况下，不同楼层散热器的表面温度和传热系数不同，一般上层比下层高；而散热器的传热面积上层比下层小。当用户实际流量大于设计工况时，供暖房间的实际温度会普遍升高，且下层相对于上层温度会更高；当用户实际的流量小于设计工况时，供暖房间的温度会普遍降低，且下层相对于上层室内温度降低更多。流量减少得更多，各层房间室温偏差也会越大。因此，单管热水供暖系统的最佳调节工况是质——量调节的综合结果。

设计工况下，传热温差小的散热器，当偏离设计工况时，供热量变化对于流量会更加“敏感”，即流量的变化对于传热温差小的散热器的散热量影响较大。当系统的循环水量增大时，使得供回水温差减小，上下层散热器的传热系数值不按同一比例下降的影响相对减轻，对于减轻系统的竖向热力失调有利。因此，采暖系统运行中无论是单管还是双管系统，增大系统流量对于改善热力失调是有利的。

2 双管热水供暖系统运行工况分析

2.1 双管热水供暖系统最佳运行工况

2.1.1 双管热水供暖系统循环作用压力分析计算

上层环路作用压力大于下层。如果不能使得上、下层的阻力平衡，就会导致流量分配不均，从而导致上、下层冷热不均，出现“上热下冷”垂直失调。楼层越多，垂直失调越明显。双管系统引起竖向热力失调的本质原因是各层重力循环作用压力的不同[3

2.1.2 双管热水供暖系统供水温度变化对供热量的影响

双管系统供、回水温差增大，供回水密度差增大，系统的重力循环作用压差也增大。对于机械循环供暖系统，重力循环作用压差占系统总压力的比例也会随之增大。如果系统不按最佳调节工况进行调节，很容易引起热力失调现象。反之，如果减小供、回水温差，供回水密度差减小，系统的重力循环作用压差减小。因此，增大系统的循环流量，有利于减轻系统的热力失调。

当系统的供水温度升高时，系统整体的供热量会增加，上层相对于下层会增加得更多，导致上层房间温度比下层高。反之，当系统的供水温度降低，系统整体的供热量降低，且上层降低得更多。

热水供暖系统采用质调节时，双管系统的初调节应选在采暖中期的平均室外温度时进行。

2.1.3 双管热水供暖系统供水流量变化对供热量的影响

当实际流量大于设计工况时，双管系统整体的供热量增加，由于上层环路作用压力大于下层，所以上层环路增加的更多。相反，当实际流量小于设计流量时，整体的供热量降低，上层环路降低得更多。当室外温度升高时，房间所需的热量也会降低。双管系统需要降低供水温度或者供水流量来保证室内温度。降低供水温度时，上层的供热量降低得更多，产生“上冷下热”的垂直失调，这时如果要保证上层房间的温度，则会导致底层房间的供热量超过所需的供热量，房间温度会过高；相反，如果要保证底层房间的温度，顶层房间的供热量小于实际需要的供热量，房间温度会低于设计值。因此，在调节过程中需要进行仔细认真的分析，看实际需要保证“谁”的温度。

3 结束语

供热系统运行普遍存在冷热不均的现象，主要原因是水力失调。水力失调导致热力失调，热力失调的结果既不能满足用户的室温需求，又造成能源浪费。进行供热系统的调节就是为了消除水力失调，使系统达到水力平衡和保证按需供热，从而保证供暖质量。因此，采取合理的设计和运行调节，才能从根本上解决热力失调，节约能源和投资。