淺談地暖系統(tǒng)在混接中的阻力計(jì)算

吳鳳英

0.引言

目前，地板采暖技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中，與散熱器采暖系統(tǒng)混接是經(jīng)常遇到的問題，通常散熱器需供水溫度為80℃左右，水系統(tǒng)壓力損失很小，而地板采暖供水溫度低于65℃，其末端阻力可達(dá)3米以上水柱。因此簡單地共用一個(gè)水系統(tǒng)是不行的。

然而，地板采暖目前在我國尚屬新興的采暖方式，它常常處于周圍全是散熱器采暖的包圍之中，很少能夠?yàn)榈匕宀膳瘑为?dú)安排熱源，而只能用散熱器采暖的高溫（相對而言）水熱源。例如城市熱網(wǎng)、區(qū)域鍋爐房等。

房屋開發(fā)商希望在散熱器采暖的樓中某幾層甚至某幾個(gè)房間安裝地板采暖，這種情況有時(shí)是由于補(bǔ)建、護(hù)建，更多情況是開發(fā)商對較新的事物有個(gè)認(rèn)識過程，非要親自看到效果才肯大推廣。作為工程設(shè)計(jì)人員簡單說“不”是不利于新技術(shù)推廣的。

但是，在具體的設(shè)計(jì)過程中卻遇到一個(gè)致命的問題：即資用壓力是否夠用，散熱器系統(tǒng)與地板采暖能否同時(shí)達(dá)到水力與熱力平衡，在保證地暖系統(tǒng)室內(nèi)溫度的同時(shí)，不影響散熱器系統(tǒng)，這是技術(shù)人員及熱用戶共同關(guān)心的問題。

正因?yàn)檫@種壓力問題的存在，使得眾多的設(shè)計(jì)人員在一種抽象的概念條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，將管長減短，管徑放大成為設(shè)計(jì)的主要措施，而實(shí)際情況卻表明，大多數(shù)工程均出現(xiàn)了過熱現(xiàn)象，而有個(gè)別工程室內(nèi)偏冷。

因此在混接系統(tǒng)中盲目地或定性地設(shè)計(jì)計(jì)算是不可以的，理應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行定量分析計(jì)算。

1.沿程阻力與局部阻力計(jì)算

沿程阻力計(jì)算與傳統(tǒng)型類似，根據(jù)管徑與設(shè)計(jì)流量查設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算過程如下：設(shè)布管間距S、管長L、其鋪設(shè)面積m=S×L，單位面積散熱量q、設(shè)計(jì)供回水溫度差△t、流量g=（0.86×q×m）/△t，則實(shí)際管徑Φ及流量g可以查得比摩阻R，故Py=R×L。

局部阻力計(jì)算，包括兩部分，一是分集水器及其進(jìn)出口閥門局部阻力ξ1，二是埋地塑料管的彎頭局部阻力ξ2。ξ1的計(jì)算較為復(fù)雜，而且不能精確計(jì)算，雖然閥及分集水器的局部阻力系數(shù)均有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是因?yàn)橄嗑嗵?，相互影響程度較大，只能將其作為一個(gè)局部整體處理，就目前來講尚無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。它的計(jì)算只能定性分析。

目前，埋地管有三種走向，分回字路型、S路型和L路型。在實(shí)際工程中，作者對這三種走向都有過實(shí)踐，但是在用S路型時(shí)，曾受到不少專家的否定，認(rèn)為S型局部阻力較另外兩種路型阻力大，不提倡。作者通過仔細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)際情況正好相反，S路型阻力較回字路及L型路偏小。

一定的管徑Φ在一定的流量條件g下，有一定的流速v，而彎頭的個(gè)數(shù)n曾是設(shè)計(jì)人員頭痛的問題，本文作者在此提出計(jì)算方法：若鋪設(shè)面積中長為a、寬為b，回字路型中n=（b/s）×2；S路型中n=b/s，L型較為復(fù)雜不作分析。取n=b/s，回字路型中是90°彎頭，S及L型路中是180°彎頭，180°彎頭的局部阻力系數(shù)若小于2倍的90°彎頭，可以作這樣的計(jì)算：

回字路型中彎頭局部阻力系數(shù)取ξ′=1.0，S及L型中局部阻力系數(shù)取ξ″=2.0，故PJ=（ρv2/2）×ξ×n。

2.實(shí)例計(jì)算

以世紀(jì)花園的兩棟樓為例進(jìn)行計(jì)算。其管間距S=0.2米，管長L=100米，單位面積散熱量q=100w/m2，管徑Φ20，供回水溫差△t=10℃，每環(huán)路流量g=192kg/h，流速v=0.2m/s，最不利房間寬b=4米，房間越寬，越不利。

按回字路型計(jì)算是：

n=（b/s）×2，n=40（個(gè)）

其沿程阻力為：Py=RL=100×160Pa/m=1.6m水柱；

其局部阻力為：PJ=ρv2/2ξ×N+P′=800Pa+ P′

其中P′為閥門及分集水器的局部阻力，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：P′=1200Pa=1.2米水柱，則PJ=0.2米水柱。

通過上面計(jì)算發(fā)現(xiàn)，局部阻力較沿程阻力小很多，若占15%左右，而通過大量計(jì)算也發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問題，局部阻力始終只占總阻力的20%到10%之間，當(dāng)然計(jì)算的前提條件是管長L=100米。

綜上計(jì)算的結(jié)果有：

P=Py+Pj

=1.6m+0.2m

=1.8米水柱

以上P=1.8米水柱，不包括室內(nèi)管網(wǎng)阻力，僅從單元戶入口到單元戶出口這一部分。

3.混接系統(tǒng)阻力匹配

本文最終的目的除了闡述水頭損失計(jì)算的方法以外，另一個(gè)較特殊的論述是地板采暖系統(tǒng)與散熱器供暖系統(tǒng)的阻力匹配問題，如前所述，地板采暖系統(tǒng)一般沒有單獨(dú)的熱源，實(shí)際的熱源是針對散熱器系統(tǒng)，因而資用壓力能否夠用，是設(shè)計(jì)人員不能回避的問題。

實(shí)際的外網(wǎng)資用壓力為4米水柱左右，而地暖系統(tǒng)從分水器到集分水器就達(dá)1.8米水柱，再加上室內(nèi)管網(wǎng)的水頭損失，符合資用壓力，室內(nèi)管網(wǎng)阻力很大，原因是地暖系統(tǒng)是在小溫差大流量條件下運(yùn)行，地暖系統(tǒng)的流量應(yīng)是散熱器系統(tǒng)流量的2倍。

假如資用壓力不夠怎么辦？眾多的專家及設(shè)計(jì)人員提出，要求將管長減小到60米左右，將室內(nèi)管網(wǎng)管徑放大，而本文作者認(rèn)為是完全沒有必要的。

僅管資用壓力不夠用，但是我們忽略了外網(wǎng)是高溫水這一重要有利條件。既然外網(wǎng)是高溫水，若啟用混水泵，將供水與回水混合后再供入室內(nèi)，那么，混水泵必起加壓泵作用，就算是大于5m的水頭損失也不存在的問題，若不用混水泵，利用高溫供水在減小流量增大溫差的條件下運(yùn)行，是完全能保證系統(tǒng)正常供暖。

不妨作一個(gè)小的實(shí)例計(jì)算，若在10℃溫差條件下地暖阻力損失按5m水柱考慮，當(dāng)在20℃溫差條件下運(yùn)行時(shí)，流量要減小一半，此時(shí)壓力損失將由5m水柱減少到1.25米水柱，可以根據(jù)P=SG2計(jì)算出。

綜上所述，地暖系統(tǒng)的阻力在5m水柱以內(nèi)時(shí)，即便超過外網(wǎng)資用壓力，將管長減少，管網(wǎng)管徑放大，只能是一種初投資的浪費(fèi)，在高溫供水條件下，可以從下表中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外網(wǎng)資用壓力小到0.3m水柱時(shí)，也能保證室內(nèi)溫度，這就是為什么不少用戶將自家散熱器取消而直接連接上地暖，而室內(nèi)更暖、更舒適的原因，當(dāng)然，高溫供水，大溫差運(yùn)行是會(huì)有不良后果的，在此不作具體分析。

阻力計(jì)算表

4.結(jié)論與展望

通過上述分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，地暖系統(tǒng)的水力計(jì)算可以由抽象到具體，由定性到定量，只要保證在10℃溫差條件下的水頭損失不超過5m水柱，將地暖系統(tǒng)與散熱器系統(tǒng)混接在一起，是不存在不熱問題的。

雖然地暖系統(tǒng)在國外已是非常成熟的技術(shù)，但在國內(nèi)仍處于起步階段，因我國實(shí)際情況的不同，眾多地方需要去創(chuàng)新發(fā)展，混接這一問題是現(xiàn)階段邁出的第一步，系統(tǒng)的阻力計(jì)算，兩系統(tǒng)的相互匹配是很重要的問題，直接影響到系統(tǒng)的工程造價(jià)及經(jīng)濟(jì)性。具體計(jì)算方法的分析，相關(guān)理論的提出都具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，但還需要進(jìn)一步的深入探討。