建筑室內(nèi)供暖系統(tǒng)運行工況技術(shù)分析以單、雙管熱水為例

展妍婷

0 引言

長期以來，我國的供熱系統(tǒng)在陳舊的理念和技術(shù)相對落后的基礎(chǔ)上存在著能源浪費現(xiàn)象，且能源消耗較大。其次，供暖系統(tǒng)相對于發(fā)達國家比較落后，供暖質(zhì)量差。供暖用戶室溫時高時低不穩(wěn)定，有的用戶室溫太高，開窗放熱造成能源浪費，有的用戶室溫達不到設(shè)計標(biāo)準，產(chǎn)生拒繳采暖費的糾紛，主要原因之一是缺乏科學(xué)合理的運行調(diào)節(jié)。

1 單管熱水供暖系統(tǒng)運行工況分析

采暖期內(nèi)，隨著室外溫度的變化，需要綜合調(diào)節(jié)供水溫度和循環(huán)水量達到室內(nèi)設(shè)計溫度。如表1 所示，某住宅小區(qū)集中供熱系統(tǒng)，熱源設(shè)計供水溫度，冬季室外溫度一天內(nèi)發(fā)生變化，采用質(zhì)調(diào)節(jié)時，隨著室外溫度的升高，由表中數(shù)據(jù)顯示，需降低供、回水溫度，供、回水溫差也隨之降低，系統(tǒng)運行期間循環(huán)水量保持不變。

表1 質(zhì)調(diào)節(jié)時熱源處調(diào)節(jié)供回水溫度

如圖1 所示，定性分析，隨著室外溫度的升高，采用集中量調(diào)節(jié)時，供熱系統(tǒng)的循環(huán)水量迅速減少，回水溫度也迅速下降。因此，隨著室外溫度的升高，單管系統(tǒng)需要降低供水溫度和循環(huán)水量。

圖1 對流散熱器量調(diào)節(jié)曲線

1.1 單管熱水供暖系統(tǒng)最佳運行工況

1.1.1 單管熱水供暖系統(tǒng)供水溫度和傳熱系數(shù)分析計算

供熱系統(tǒng)的最佳運行工況是 “按需供熱”。熱負荷因各種因素的影響而變化，如室外氣候的變化和人為的調(diào)節(jié)室溫等。如果不進行合理的調(diào)節(jié)，會引起系統(tǒng)水力失調(diào)，造成用戶冷熱不均的熱力失調(diào)。

單管系統(tǒng)室內(nèi)熱力失調(diào)是各層散熱器的傳熱系數(shù)隨散熱器平均水溫的變化引起的。以鑄鐵760 型散熱器為例，利用圖2中三層單管系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析計算：

圖2 雙管系統(tǒng)

各層散熱器的傳熱系數(shù)K 分別為：

1.1.2 單管熱水供暖系統(tǒng)供水溫度變化對供熱量的影響

由于上層散熱器的平均水溫較高，傳熱系數(shù)會較大，而下層散熱器的平均水溫較低，值會逐漸減小。因此，當(dāng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)時，隨著室外溫度的逐漸升高，供水溫度降低，上層散熱器的傳熱系數(shù)和放熱量會下降，且比下層下降的更多。此時，各層散熱器之間出現(xiàn)不按比例放熱的現(xiàn)象，形成“上冷下熱”的熱力失調(diào)。因此，為了補償傳熱系數(shù)不以同一比例減小的影響，單管熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工況與質(zhì)調(diào)節(jié)相比較，系統(tǒng)的供水溫度要高一些，回水溫度降低一些，使得供回水溫差增大，系統(tǒng)的循環(huán)水量減小。

1.1.3 單管熱水供暖系統(tǒng)供水流量變化對供熱量的影響

設(shè)計工況下，不同樓層散熱器的表面溫度和傳熱系數(shù)不同，一般上層比下層高；而散熱器的傳熱面積上層比下層小。當(dāng)用戶實際流量大于設(shè)計工況時，供暖房間的實際溫度會普遍升高，且下層相對于上層溫度會更高；當(dāng)用戶實際的流量小于設(shè)計工況時，供暖房間的溫度會普遍降低，且下層相對于上層室內(nèi)溫度降低更多。流量減少得更多，各層房間室溫偏差也會越大。因此，單管熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工況是質(zhì)——量調(diào)節(jié)的綜合結(jié)果。

設(shè)計工況下，傳熱溫差小的散熱器，當(dāng)偏離設(shè)計工況時，供熱量變化對于流量會更加“敏感”，即流量的變化對于傳熱溫差小的散熱器的散熱量影響較大。當(dāng)系統(tǒng)的循環(huán)水量增大時，使得供回水溫差減小，上下層散熱器的傳熱系數(shù)值不按同一比例下降的影響相對減輕，對于減輕系統(tǒng)的豎向熱力失調(diào)有利。因此，采暖系統(tǒng)運行中無論是單管還是雙管系統(tǒng)，增大系統(tǒng)流量對于改善熱力失調(diào)是有利的。

2 雙管熱水供暖系統(tǒng)運行工況分析

2.1 雙管熱水供暖系統(tǒng)最佳運行工況

2.1.1 雙管熱水供暖系統(tǒng)循環(huán)作用壓力分析計算

上層環(huán)路作用壓力大于下層。如果不能使得上、下層的阻力平衡，就會導(dǎo)致流量分配不均，從而導(dǎo)致上、下層冷熱不均，出現(xiàn)“上熱下冷”垂直失調(diào)。樓層越多，垂直失調(diào)越明顯。雙管系統(tǒng)引起豎向熱力失調(diào)的本質(zhì)原因是各層重力循環(huán)作用壓力的不同[3

2.1.2 雙管熱水供暖系統(tǒng)供水溫度變化對供熱量的影響

雙管系統(tǒng)供、回水溫差增大，供回水密度差增大，系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓差也增大。對于機械循環(huán)供暖系統(tǒng)，重力循環(huán)作用壓差占系統(tǒng)總壓力的比例也會隨之增大。如果系統(tǒng)不按最佳調(diào)節(jié)工況進行調(diào)節(jié)，很容易引起熱力失調(diào)現(xiàn)象。反之，如果減小供、回水溫差，供回水密度差減小，系統(tǒng)的重力循環(huán)作用壓差減小。因此，增大系統(tǒng)的循環(huán)流量，有利于減輕系統(tǒng)的熱力失調(diào)。

當(dāng)系統(tǒng)的供水溫度升高時，系統(tǒng)整體的供熱量會增加，上層相對于下層會增加得更多，導(dǎo)致上層房間溫度比下層高。反之，當(dāng)系統(tǒng)的供水溫度降低，系統(tǒng)整體的供熱量降低，且上層降低得更多。

熱水供暖系統(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)時，雙管系統(tǒng)的初調(diào)節(jié)應(yīng)選在采暖中期的平均室外溫度時進行。

2.1.3 雙管熱水供暖系統(tǒng)供水流量變化對供熱量的影響

當(dāng)實際流量大于設(shè)計工況時，雙管系統(tǒng)整體的供熱量增加，由于上層環(huán)路作用壓力大于下層，所以上層環(huán)路增加的更多。相反，當(dāng)實際流量小于設(shè)計流量時，整體的供熱量降低，上層環(huán)路降低得更多。當(dāng)室外溫度升高時，房間所需的熱量也會降低。雙管系統(tǒng)需要降低供水溫度或者供水流量來保證室內(nèi)溫度。降低供水溫度時，上層的供熱量降低得更多，產(chǎn)生“上冷下熱”的垂直失調(diào)，這時如果要保證上層房間的溫度，則會導(dǎo)致底層房間的供熱量超過所需的供熱量，房間溫度會過高；相反，如果要保證底層房間的溫度，頂層房間的供熱量小于實際需要的供熱量，房間溫度會低于設(shè)計值。因此，在調(diào)節(jié)過程中需要進行仔細認真的分析，看實際需要保證“誰”的溫度。

3 結(jié)束語

供熱系統(tǒng)運行普遍存在冷熱不均的現(xiàn)象，主要原因是水力失調(diào)。水力失調(diào)導(dǎo)致熱力失調(diào)，熱力失調(diào)的結(jié)果既不能滿足用戶的室溫需求，又造成能源浪費。進行供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)就是為了消除水力失調(diào)，使系統(tǒng)達到水力平衡和保證按需供熱，從而保證供暖質(zhì)量。因此，采取合理的設(shè)計和運行調(diào)節(jié)，才能從根本上解決熱力失調(diào)，節(jié)約能源和投資。