雙管下供下回供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

張曉波 劉秀峰

(1.中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002； 2.中鐵十七局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001)

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雙管下供下回供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

張曉波1劉秀峰2

(1.中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002； 2.中鐵十七局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001)

介紹了雙管下供下回供熱系統(tǒng)的原理，論述了該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題，并分析了其所具有的優(yōu)勢(shì)，指出雙管下供下回供熱系統(tǒng)是一種平衡極佳的系統(tǒng)，可以在多層建筑中推廣應(yīng)用。

供熱系統(tǒng)，下供下回，水力平衡，節(jié)能

1 概述

伴隨著我國(guó)快速的城市化進(jìn)程，新建民用、工業(yè)建筑日益增多，由此帶來(lái)的建筑物設(shè)備配套問(wèn)題也日益突出，在北方城市中，建筑冬季低耗能采暖問(wèn)題成為重中之重。除了外墻保溫、合理的窗墻比等節(jié)能措施外，良好的建筑供暖系統(tǒng)對(duì)于建筑節(jié)能與減碳的實(shí)現(xiàn)也具有非常重要的意義。

雙管下供下回供熱系統(tǒng)雖是一種傳統(tǒng)的采暖系統(tǒng)，但就其系統(tǒng)本身及其原理在現(xiàn)行的采暖系統(tǒng)尤其是公共建筑采暖系統(tǒng)中還是有廣泛的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)。比如：供熱干管裸露的幾率減少了，在傳統(tǒng)的上供下回采暖系統(tǒng)中，供熱干管會(huì)置于建筑的頂層，回水管位于一層地溝或地下室。這種系統(tǒng)中回水干管可以隱藏起來(lái)，但供水干管卻很難做到隱藏，影響美觀。此外上供下回系統(tǒng)會(huì)要求建筑頂層的層高適當(dāng)?shù)脑黾?，窗戶頂與梁下要求要有一定的安裝空間。而現(xiàn)在大多數(shù)窗戶又直接在梁下開(kāi)設(shè)，這個(gè)矛盾導(dǎo)致的結(jié)果就是在窗戶的上方再設(shè)一道過(guò)梁，以便在窗戶的上方留出管道安裝的空間。這最終是浪費(fèi)工期和工程投資。再比如：水在不同的溫度下，其對(duì)應(yīng)的密度也是不一樣的，如表1所示。

表1 水在各種溫度下的密度(壓力100 kPa時(shí))

從表1不難看出，在低溫水采暖系統(tǒng)中，水的密度是隨溫度的升高而降低的。密度的差異可以引起系統(tǒng)的水力失調(diào)，也可以抵消阻力使系統(tǒng)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。在下供下回雙立管系統(tǒng)中就是利用這個(gè)特點(diǎn)，抵消熱媒經(jīng)過(guò)不同路徑時(shí)產(chǎn)生的不同的阻力。

2 系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的描述

雙管下供下回式供暖系統(tǒng)是指供水干管和回水干管均敷設(shè)在所有散熱器下面的一種傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)(如圖1所示)，其特點(diǎn)是供回水干管均位于建筑的底層，頂層沒(méi)有供水干管。對(duì)于大多存在地下室，且外窗直接開(kāi)于邊框梁或圈梁下的當(dāng)前的建筑，此系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)上供下回采暖系統(tǒng)值得優(yōu)先考慮。

雙管下供下回系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，要注意的是它的排氣問(wèn)題，其排氣方式主要是分散式和集中式。分散式是在系統(tǒng)的頂層散熱器上均設(shè)排氣閥(如圖1a)所示)，其特點(diǎn)是排氣效果好，立管間不易串水，但也有明顯的不足：系統(tǒng)控制分散，成本和故障率均高，尤其是使用國(guó)產(chǎn)自動(dòng)排氣產(chǎn)品時(shí)，第一年的效果還可以，以后一年不如一年。集中式是在供水立管上部接出空氣管，將空氣匯集到空氣管末端的集氣罐或自動(dòng)排氣閥排除(如圖1b)所示)，應(yīng)注意的是，集氣罐或自動(dòng)排氣閥應(yīng)設(shè)在水平空氣管下，且這個(gè)高度差不應(yīng)小于300 mm。此作用主要是避免各立管中的熱媒通過(guò)空氣管串流，破壞系統(tǒng)的壓力平衡。

2.2 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)參數(shù)，系統(tǒng)受外界溫度變化的影響不大(如圖2所示)。以三層系統(tǒng)為例，不考慮立管自身的散熱量：按上供下回系統(tǒng)(如圖2a)所示)設(shè)計(jì)時(shí)，我們會(huì)先確定每層的負(fù)荷，再確定熱媒流經(jīng)第3管段、第2管段、第1管段的水溫，根據(jù)第三組、第二組、第一組散熱器與室內(nèi)溫度的算術(shù)平均溫差確定第三組、第二組、第一組散熱器的傳熱系數(shù)(這個(gè)傳熱系數(shù)與平均溫差成冪函數(shù)關(guān)系)，由此確定散熱器的片數(shù)，整個(gè)過(guò)程計(jì)算相對(duì)比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)是在特定的條件下得出的，在我省建筑節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，屋面的傳熱系數(shù)、地面的傳熱系數(shù)都有很大的變化，不同的工程，其屋面的傳熱系數(shù)、地面的傳熱系數(shù)偏差也比較大，所以這個(gè)數(shù)據(jù)在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中是不可取的，僅能作為參考；按下供下回系統(tǒng)(如圖2b)所示)設(shè)計(jì)時(shí)，熱媒流經(jīng)第三組、第二組、第一組散熱器，流經(jīng)第3管段、第2管段、第1管段的溫度都是供水溫度，參數(shù)單一，直接參考標(biāo)準(zhǔn)散熱量就可以選定散熱器的片數(shù)；上供下回順流系統(tǒng)中，熱媒在流過(guò)第三組散熱器后，熱媒溫度會(huì)降低，然后再進(jìn)入第二組散熱器，如此逐級(jí)下去，其結(jié)果是底層散熱器散熱效率低，且采暖效果不佳，為了有效緩解這個(gè)問(wèn)題，熱媒在進(jìn)入頂層散熱器前要加跨越管(如圖2c)所示)。這一結(jié)果就是在設(shè)計(jì)中，確定混流后第3管段、第2管段、第1管段的水溫相當(dāng)復(fù)雜，且意義不大，因?yàn)椴膳到y(tǒng)是個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，熱媒的參數(shù)會(huì)隨室外溫度、燃料燃燒、熱媒循環(huán)效果等發(fā)生變化，系統(tǒng)在計(jì)算條件下是平衡的，當(dāng)偏離計(jì)算條件時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)不平衡，造成水力失調(diào)，老住宅中常出現(xiàn)的頂層熱，低層冷大都是這個(gè)原因。

2)適當(dāng)考慮放大供回水管徑，可在以后的建筑擴(kuò)建中帶來(lái)很多方便，也不用考慮系統(tǒng)的不平衡，且不用對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行大范圍的改造(見(jiàn)圖3)。對(duì)于臨街的商業(yè)建筑，在主體還沒(méi)有完成前，采暖系統(tǒng)就可以正常進(jìn)行運(yùn)行，商業(yè)提前投入運(yùn)營(yíng)。

3)平衡效果好，基本不需要進(jìn)行水力平衡。由于采暖系統(tǒng)中熱媒在散熱后溫度降低，回水管中水溫會(huì)比供水管水溫低，這樣在系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的壓力差，這個(gè)壓力差利用的好壞對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能，平衡都至關(guān)重要。利用的好，系統(tǒng)不但運(yùn)行良好，對(duì)節(jié)能也大有好處。若是處理的不當(dāng)，會(huì)造成系統(tǒng)水力失調(diào)，出現(xiàn)冷熱不均的現(xiàn)象。下供下回采暖系統(tǒng)很好地利用這一物理現(xiàn)象，不但增

加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還把這一壓力差利用到克服自身系統(tǒng)阻力上面。可謂“變廢為寶”。以供水溫度75 ℃，回水溫度50 ℃考慮，壓力差計(jì)算結(jié)果如下(見(jiàn)圖4a))：

ΔP=P1-P2=gh(ρh-ρg)。

其中，ΔP為垂直系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力差；g為重力加速度，取9.81 m/s2；h為冷卻中心至加熱中心的垂直距離，m；ρh為回水密度，kg/m3;ρg為供水密度，kg/m3。

參考表1中的供回水密度，每米高差可產(chǎn)生的壓力差為：

gh(ρh-ρg)=9.81×1×(988.04-975.44)=123.48 Pa。

可抵消供回水管比摩阻62 Pa/m，也就是說(shuō)：在立管系統(tǒng)阻力小于62 Pa/m的異程系統(tǒng)中，是不需要刻意地以增加動(dòng)力為代價(jià)來(lái)進(jìn)行阻力平衡的。這在常規(guī)的多層采暖系統(tǒng)中，立管的比摩阻也不會(huì)大于這個(gè)值。

嚴(yán)格意義上說(shuō)圖4a)系統(tǒng)并非同程式，圖4b)系統(tǒng)為同程式，但圖4a)的系統(tǒng)平衡要比圖4b)的系統(tǒng)平衡好很多，這也是為什么圖4b)中系統(tǒng)只適用在4層及以下的建筑中。

3 結(jié)語(yǔ)

雙管下供下回式系統(tǒng)是平衡極佳的系統(tǒng)，不需要為了阻力平衡增加額外的動(dòng)力，在節(jié)能減排的大形勢(shì)下可以在多層建筑中大力推廣。其原理也可大力推廣，如現(xiàn)行分戶熱計(jì)量后，供回水立管均設(shè)于管井內(nèi)，此立管系統(tǒng)完全沒(méi)有必要“畫(huà)蛇添足”似的設(shè)為同程，只要立管比摩阻控制合適，這種異程系統(tǒng)本身就是很好的平衡系統(tǒng)。

[1] 李娥飛.工程設(shè)計(jì)通病及解決辦法[J].暖通空調(diào)，2013，43(1)：77-78.

[2] 賀 平，孫 剛.供熱工程[M].第3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[3] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] 陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調(diào)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2013.

[6] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On application of double-pipe downside supply and return heat-supply system

Zhang Xiaobo1Liu Xiufeng2

(1.ZhongfangSenteArchitecturalEngineeringDesignInstitute,Taiyuan030002,China； 2.SurveyandDesignInstituteof17thChinaRailwayBureauGroup,Taiyuan030001,China)

The paper introduces the principle for the double-pipe downside supply and return heat-supply system, indicates some problems in the design of the system, analyzes its advantage, and points out the heat-system is the balanced one which can be adopted in multiple-story buildings.

heat-supply system, downside supply and return, hydraulic balance, energy-saving

1009-6825(2016)28-0126-02

2016-07-22

張曉波(1980- )，男，工程師; 劉秀峰(1982- )，女，碩士，工程師

TU833

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