基于鴻業(yè)軟件的采暖水力平衡計(jì)算研究

朱 虹 劉春宏

（江蘇省化工設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京210014）

0 引言

目前在我國(guó)，水力失調(diào)是采暖系統(tǒng)中普遍存在的現(xiàn)象。它不僅使部分用戶(hù)室內(nèi)溫度過(guò)高，部分用戶(hù)室內(nèi)溫度過(guò)低，而且可能造成較大的能源浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，將建筑模型簡(jiǎn)化思想應(yīng)用于采暖水力計(jì)算，鴻業(yè)暖通設(shè)計(jì)軟件在采暖水力設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

1 水力失調(diào)理論分析

由于雙管制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)變流量控制，有利于節(jié)能，因此室內(nèi)采暖系統(tǒng)多采用雙管系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，熱網(wǎng)各熱用戶(hù)在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)水力失調(diào)現(xiàn)象［1］。如圖1所示，在供熱系統(tǒng)中，由于各環(huán)路的作用壓力與該環(huán)路本身所消耗的壓力之差不平衡；靠近主干線(xiàn)入口端的散熱器內(nèi)熱媒所通過(guò)的路途短，壓力損失小，有較大的剩余壓力，環(huán)路中熱媒流量就會(huì)偏大，從而超過(guò)實(shí)際所需要的值；遠(yuǎn)端散熱器內(nèi)熱媒所通過(guò)的路途長(zhǎng)，壓力損失大，通過(guò)遠(yuǎn)端環(huán)路上的熱媒流量就會(huì)減少，從而會(huì)出現(xiàn)有的環(huán)路過(guò)熱、有的環(huán)路不熱的水平失調(diào)現(xiàn)象。熱水供熱系統(tǒng)中，管段的阻力損失可用下式表示：

式中，ΔPy、ΔPj分別為沿程阻力損失、局部阻力損失（Pa）；ly、lj、lzh分別為沿程阻力管段折算長(zhǎng)度、局部阻力管段折算長(zhǎng)度、計(jì)算管段折算長(zhǎng)度（m）；R為比摩阻（Pa／m）。

圖1 上供下回式雙管采暖系統(tǒng)

在布置熱水采暖各并聯(lián)環(huán)路時(shí)，應(yīng)從水力平衡方面著眼，合理選擇各支、立干管的管徑，并相應(yīng)調(diào)節(jié)各個(gè)并聯(lián)環(huán)路上的控制閥門(mén)，使各環(huán)路間的壓力損失接近平衡，且管道的流速都在經(jīng)濟(jì)流速及經(jīng)濟(jì)比摩阻下，從而消除各環(huán)路間冷熱不均現(xiàn)象。

2 雙管垂直失調(diào)理論分析

當(dāng)采用雙管上供下回采暖系統(tǒng)時(shí)［2］，建筑上層散熱器過(guò)熱，下層散熱器過(guò)冷，通過(guò)上下層散熱器的熱媒流量相差較大，就會(huì)產(chǎn)生垂直失調(diào)，其主要是因供回水立管中熱水密度差異而造成，其計(jì)算公式為：

式中，ΔP為自然循環(huán)作用壓力（Pa）；h為各層散熱器中心距總回水管的距離（m）；ρ供、ρ回分別為供、回水密度（kg／m3）。

建筑物高度相差懸殊，自然循環(huán)作用壓力ΔP相差大，這時(shí)可在建筑物散熱器的進(jìn)水管加裝溫控閥，利用恒溫閥閥頭中的感溫元件來(lái)控制閥門(mén)開(kāi)度的大小，當(dāng)室溫升高時(shí)，感溫元件因熱膨脹壓縮閥桿使閥門(mén)關(guān)小，減少流入散熱器的水量，降低散熱器以控制室溫；當(dāng)室溫下降時(shí)，感溫元件因冷卻而收縮，閥桿彈回使閥體開(kāi)大，增加流入散熱器的水量，恢復(fù)室溫。溫控閥的調(diào)節(jié)作用能改變系統(tǒng)的總壓差。

3 實(shí)例分析

綜上所述，以圖1為例，計(jì)算模型選定為樓層數(shù)為3的上供下回雙管系統(tǒng)，建筑樓層高為3m，系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度為95／70℃。在計(jì)算模型中，認(rèn)為每個(gè)用戶(hù)熱負(fù)荷需求是相同的，即流量相同，各工況下，將各用戶(hù)回水溫度的微小差異忽略，認(rèn)為所有用戶(hù)回水溫度都是相同的。

將計(jì) 算 模 型 合 理 地 簡(jiǎn) 化［3－4］，每根立管的總熱負(fù)荷則通過(guò)單根立管的熱水總流量為：

根據(jù)《實(shí)用供暖工程設(shè)計(jì)》附件5－2《室內(nèi)熱水采暖系統(tǒng)管徑計(jì)算表》查得R＝33Pa／m，供回水立管管徑均為DN20。在室外各環(huán)路即建筑物入口處采暖供水管路（或回水管路）上安裝平衡閥或其他水力平衡元件，并進(jìn)行水力平衡測(cè)試，立管理論分析如圖2、圖3所示。

圖2 雙管采暖系統(tǒng)立管水力平衡分析1

圖3 雙管采暖系統(tǒng)立管水力平衡分析2

通過(guò)第1層與第2層并聯(lián)環(huán)路的壓降不平衡率為：

式中，ΔPⅠ、ΔPⅡ分別為1樓、2樓的阻力損失（Pa）。

對(duì)于垂直失調(diào)通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)暮銣亻y預(yù)設(shè)壓力值，來(lái)保證各環(huán)路阻力平衡。

4 鴻業(yè)軟件在水力平衡分析中的應(yīng)用

鴻業(yè)軟件集當(dāng)今國(guó)內(nèi)外同類(lèi)專(zhuān)業(yè)軟件的優(yōu)點(diǎn)于一身，實(shí)現(xiàn)計(jì)算繪圖一體化，經(jīng)過(guò)多年不斷的完善和發(fā)展，以其貼近設(shè)計(jì)人員的思路、高智能化、高自動(dòng)化而受到廣泛好評(píng)。以圖1所示的管道連接方式為例，在鴻業(yè)水力計(jì)算程序中可以設(shè)定流速、比摩阻或管線(xiàn)承擔(dān)的負(fù)荷為依據(jù)，如圖4、圖5所示。

圖4 供暖系統(tǒng)形式

圖5 參數(shù)設(shè)置

按上述各式編制后，程序自動(dòng)計(jì)算其管徑、系統(tǒng)的阻力和不平衡率，計(jì)算結(jié)果如表1～表3所示。

根據(jù)GB507369—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要求通過(guò)各種措施使并聯(lián)環(huán)路之間的壓力損失相對(duì)差額不大于15%。計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足要求。

表1 采暖干管輸入

表2 采暖立管參數(shù)(以立管N1為例)

表3 采暖系統(tǒng)不平衡率(以立管N1為例)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水力平衡，為保障水暖供熱系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、節(jié)能、舒適提供了一種有效的解決方案，既滿(mǎn)足了工程設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，又實(shí)現(xiàn)了供熱水力系統(tǒng)的舒適性和節(jié)能性。

［1］賀平，孫剛，王飛，等．供熱工程［M］．第4版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009

［2］李寶林．關(guān)于室內(nèi)供熱高低樓層比例失調(diào)的分析與供熱系數(shù)調(diào)整［J］．黑河科技，2001（1）

［3］王海英，盧建津，張于峰．雙—雙管室內(nèi)供暖系統(tǒng)水力平衡性分析［J］．煤氣與熱力，2002（2）

［4］劉永鑫．供暖系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)與失調(diào)研究［D］．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007