單雙管混合式系統(tǒng)在多層辦公樓供暖系統(tǒng)中應(yīng)用

楊方德

上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司

北方多層辦公建筑中，散熱器供暖是常見的供暖系統(tǒng)方式，目前多層建筑中比較常見的散熱器供暖形式有：雙管上供下回式系統(tǒng)、雙管下供下回式系統(tǒng)、單管跨越式系統(tǒng)等。這些供暖系統(tǒng)在不同的建筑類型中均有運(yùn)用且有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，不存在絕對(duì)的熟優(yōu)熟劣，具體采用何種系統(tǒng)方式需要結(jié)合建筑本身的特點(diǎn)來考慮判斷。

1 各種系統(tǒng)特點(diǎn)分析

多層辦公建筑的建筑高度對(duì)散熱器采暖系統(tǒng)方式的選擇有較大影響，現(xiàn)對(duì)雙管上供下回式、雙管下供下回式、單管跨越式等各個(gè)供暖系統(tǒng)形式在多層辦公建筑中應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析比較。

1.1 雙管上供下回式系統(tǒng)

上供下回雙管式系統(tǒng)一般采用共用立管，豎向異程式，水平供回水橫干管布置。由于雙管系統(tǒng)，忽略豎向管道熱量損失，進(jìn)出各層散熱器的供回水溫度可近似認(rèn)為相同，散熱器可獲得較大的溫差，可提高散熱器的散熱量，有效的改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，同時(shí)雙管系統(tǒng)設(shè)置恒溫閥可以實(shí)現(xiàn)分室溫控。雙管上供下回系統(tǒng)還可以利用水平橫干管集中排氣，減少立管排氣閥的數(shù)量，缺點(diǎn)是對(duì)于層高不高的房間，上部橫干管布置可能受房間窗戶高度的限制。同時(shí)隨著建筑高度的升高，由于高度差hi產(chǎn)生的附加熱壓△P 為：

具有較為明顯的豎向垂直失調(diào)現(xiàn)象，在相同的條件下，上層散熱器具有較高的散熱量，層數(shù)越高豎向失調(diào)越嚴(yán)重。另外雙管系統(tǒng)布置相對(duì)單管系統(tǒng)施工復(fù)雜，成本較高。雙管上供下回系統(tǒng)（無恒溫控制閥）較多應(yīng)用于4 層及4 層以下建筑。雙管上供下回系統(tǒng)（設(shè)有恒溫控制閥）較多應(yīng)用于4 層以上建筑。

1.2 雙管下供下回式系統(tǒng)

雙管下供下回式系統(tǒng)與雙管上供下回式系統(tǒng)類似采用共用立管，豎向異程式布置，供回水干管設(shè)置于底層管溝或地下室頂板。由于上層管道增加的阻力損失，一部分抵消了下供下回系統(tǒng)由高度差引起的附加熱壓，一定程度上緩解豎向垂直失調(diào)現(xiàn)象，但是對(duì)于層數(shù)較高的建筑，這種抵消不足以降低垂直失調(diào)帶來的影響。下供下回系統(tǒng)還存在立管排氣閥數(shù)量較多問題，對(duì)于頂層層高不高的建筑，由于頂層房間上部無橫干管，因此下供下回系統(tǒng)布置不受頂層房間窗戶高度的影響。這種系統(tǒng)形式目前在各種類型特別是6層以下建筑中應(yīng)用較多。

1.3 單管跨越式系統(tǒng)

單管跨越式系統(tǒng)一般采用供水管順序流經(jīng)各層散熱器的形式，并在各層進(jìn)出水管中間增設(shè)跨越管和調(diào)節(jié)閥，同一建筑高度內(nèi)單管跨越式系統(tǒng)各層散熱器之間不存在供回水溫度差的問題，不考慮垂直失調(diào)的影響，布置簡單，帶跨越管及調(diào)節(jié)閥可實(shí)現(xiàn)分室調(diào)節(jié)。

流出第i 組散熱器水溫ti可按下式計(jì)算：

由于各層散熱器的供回水溫度不同，而散熱器進(jìn)出水溫度對(duì)散熱器性能起重要作用，因此隨著高度增加，底層散熱器進(jìn)水溫度計(jì)供回水溫差較低，影響散熱器散熱效果，層數(shù)越高，散熱器進(jìn)出水溫差越小，散熱器散熱效果越差。這種系統(tǒng)應(yīng)用受到建筑層高的制約。故單管跨越式系統(tǒng)應(yīng)用于不超過6 層的建筑中[1]。

1.4 各種系統(tǒng)應(yīng)用分析

從以上幾種管路系統(tǒng)形式的分析可以看出，在6層及以下建筑的布管形式選擇較為明確，6 層以下可以選擇雙管上供下回式、雙管下供下回式、單管跨越式等系統(tǒng)，具體根據(jù)布管空間，管道排氣及造價(jià)綜合權(quán)衡選擇。對(duì)于6 層及以上建筑，較多選用雙管下供下回式，采用異程式系統(tǒng)且采用預(yù)設(shè)阻力調(diào)節(jié)功能的恒溫控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，可一定程度上解決垂直失調(diào)帶來的影響，同樣可以采用綜合了以上各種系統(tǒng)特點(diǎn)的單雙管混合式系統(tǒng)，本文將著重針對(duì)6 層辦公樓中單雙管混合式系統(tǒng)應(yīng)用展開分析。

2 以某6 層辦公建筑為例

北京某辦公樓，總建筑面積7682 m2，建筑高度23.7 m，地上共6 層，地下一層為換熱機(jī)房和設(shè)備房，1～6 層為辦公室及其他附屬用房，原采暖系統(tǒng)采用下供下回雙管異程系統(tǒng)，供回水干管設(shè)于地下室內(nèi)，房間采用鑄鐵TFD2-6-6 型輻射對(duì)流散熱器，單片標(biāo)準(zhǔn)散熱量[2]：

原采暖系統(tǒng)供回水溫度85/60 ℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18 ℃，△T=54.5 ℃，單片標(biāo)準(zhǔn)散熱量118 W/片，建于2000 年，原辦公樓采暖系統(tǒng)如圖1 所示。本辦公樓在使用過程中發(fā)現(xiàn)，冬季底層間溫度低，頂層溫度高等現(xiàn)象，擬在近期進(jìn)行大樓裝修，并對(duì)其采暖系統(tǒng)一并改造。以此6 層辦公建筑為例，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)采用單管跨越式系統(tǒng)，散熱器進(jìn)出水管的溫差約為4.17 ℃，溫差較低，流經(jīng)散熱器的流量減少，散熱器散熱量降低，導(dǎo)致各層散熱器的散熱量均減少。采用雙管下供下回式系統(tǒng)時(shí)，6 層散熱器相對(duì)于1 層散熱器的附加熱壓為2535 Pa，6 層散熱器相對(duì)于1 層散熱器的管道阻力損失為1280 Pa，由此可見下供下回雙管系統(tǒng)垂直方向阻力損失不足以抵消高層散熱器附加熱壓帶來損失。

圖1 原采暖系統(tǒng)圖

2.1 單雙管混合系統(tǒng)

為避免單純雙管系統(tǒng)和單管系統(tǒng)帶來的弊端，采用單雙管混合式系統(tǒng)，供回水立管豎向布置，上部各層與供回水立管單管跨越式連接，底部各層采用雙管連接，保持了原雙管系統(tǒng)的總體布置，在各層散熱器與立管連接方式上做了調(diào)整，局部增加立管。如圖2所示。

圖2 單雙管混合式系統(tǒng)圖

2.2 單雙管混合式系統(tǒng)的性能分析

保持原系統(tǒng)供回水溫度85/60 ℃，散熱器型式及片數(shù)不變。假定室內(nèi)熱負(fù)荷及散熱器單片散熱量保持不變，由于4、5、6 層采用了采用單管跨越式系統(tǒng)，1、2、3 層為雙管系統(tǒng)，散熱器進(jìn)出水管的平均溫差約為8.33 ℃，小于系統(tǒng)溫降，散熱器的流量修正系數(shù)β4將減小。相對(duì)于單純的單管跨越式系統(tǒng)，單雙管混合式系統(tǒng)很明顯提高了末端散熱器進(jìn)水溫度，提高散熱器散熱散熱量。相對(duì)于雙管系統(tǒng)，散熱器進(jìn)水溫度降低，散熱量下降。不同樓層散熱器進(jìn)水溫度與單片散熱量關(guān)系如圖3 所示。

單雙管混合式系統(tǒng)豎向附加壓力計(jì)算高度由原來的17.7 m，降低為8.8 m，3 層散熱器豎向附加熱壓變?yōu)?267.6 Pa。3 層散熱器相對(duì)于1 層散熱器的管道阻力損失為1280 Pa，系統(tǒng)末端附加熱壓與管道增加的阻力基本相等，因此基本實(shí)現(xiàn)了較好的水力穩(wěn)定性。同時(shí)，單雙管混合式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)分室調(diào)節(jié)。不增加管道布置難度，適用于舊系統(tǒng)改造以及新建建筑。

圖3 各層散熱器進(jìn)水溫度與單片散熱量關(guān)系圖

3 結(jié)論

本文首先對(duì)雙管上供下回式、雙管下供下回式、單管跨越式等各個(gè)系統(tǒng)在多層辦公建筑中應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，認(rèn)為6 層以下可以選擇雙管上供下回式、下供下回式、單管跨越式系統(tǒng)，對(duì)于6 層及以上辦公建筑，提出了單雙管混合式系統(tǒng)，并以某具體辦公建筑改造系統(tǒng)為例，具體分析了單雙管混合式系統(tǒng)在該建筑內(nèi)的實(shí)際使用效果。

并提出：1）單雙管混合式系統(tǒng)，相對(duì)于單管跨越式系統(tǒng)提高了末端散熱器的進(jìn)水溫度及散熱器進(jìn)出水溫差，有利于增加散熱器的散熱量。相對(duì)于雙管系統(tǒng)有效的降低了系統(tǒng)的豎向垂直失調(diào)，基本實(shí)現(xiàn)了附加熱力與管道阻力的平衡，具有較好的水力特性。2）單雙管混合式系統(tǒng)，綜合了單純雙管系統(tǒng)和單管系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在原系統(tǒng)布置改動(dòng)不大的前提下，特別適合6 層及以上辦公建筑的舊有采暖系統(tǒng)的改造以及新建建筑的散熱器采暖系統(tǒng)的布置。