雙管下供下回供熱系統的應用

張曉波 劉秀峰

(1.中方森特建筑工程設計研究院，山西 太原 030002； 2.中鐵十七局集團有限公司勘察設計院，山西 太原 030001)

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雙管下供下回供熱系統的應用

張曉波1劉秀峰2

(1.中方森特建筑工程設計研究院，山西 太原 030002； 2.中鐵十七局集團有限公司勘察設計院，山西 太原 030001)

介紹了雙管下供下回供熱系統的原理，論述了該系統在設計中需注意的問題，并分析了其所具有的優勢，指出雙管下供下回供熱系統是一種平衡極佳的系統，可以在多層建筑中推廣應用。

供熱系統，下供下回，水力平衡，節能

1 概述

伴隨著我國快速的城市化進程，新建民用、工業建筑日益增多，由此帶來的建筑物設備配套問題也日益突出，在北方城市中，建筑冬季低耗能采暖問題成為重中之重。除了外墻保溫、合理的窗墻比等節能措施外，良好的建筑供暖系統對于建筑節能與減碳的實現也具有非常重要的意義。

雙管下供下回供熱系統雖是一種傳統的采暖系統，但就其系統本身及其原理在現行的采暖系統尤其是公共建筑采暖系統中還是有廣泛的應用及優勢。比如：供熱干管裸露的幾率減少了，在傳統的上供下回采暖系統中，供熱干管會置于建筑的頂層，回水管位于一層地溝或地下室。這種系統中回水干管可以隱藏起來，但供水干管卻很難做到隱藏，影響美觀。此外上供下回系統會要求建筑頂層的層高適當的增加，窗戶頂與梁下要求要有一定的安裝空間。而現在大多數窗戶又直接在梁下開設，這個矛盾導致的結果就是在窗戶的上方再設一道過梁，以便在窗戶的上方留出管道安裝的空間。這最終是浪費工期和工程投資。再比如：水在不同的溫度下，其對應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)

從表1不難看出，在低溫水采暖系統中，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的水力失調，也可以抵消阻力使系統運行更經濟。在下供下回雙立管系統中就是利用這個特點，抵消熱媒經過不同路徑時產生的不同的阻力。

2 系統

2.1 系統的描述

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

雙管下供下回系統在設計中，要注意的是它的排氣問題，其排氣方式主要是分散式和集中式。分散式是在系統的頂層散熱器上均設排氣閥(如圖1a)所示)，其特點是排氣效果好，立管間不易串水，但也有明顯的不足：系統控制分散，成本和故障率均高，尤其是使用國產自動排氣產品時，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排氣閥排除(如圖1b)所示)，應注意的是，集氣罐或自動排氣閥應設在水平空氣管下，且這個高度差不應小于300 mm。此作用主要是避免各立管中的熱媒通過空氣管串流，破壞系統的壓力平衡。

2.2 系統的優勢

1)簡化設計參數，系統受外界溫度變化的影響不大(如圖2所示)。以三層系統為例，不考慮立管自身的散熱量：按上供下回系統(如圖2a)所示)設計時，我們會先確定每層的負荷，再確定熱媒流經第3管段、第2管段、第1管段的水溫，根據第三組、第二組、第一組散熱器與室內溫度的算術平均溫差確定第三組、第二組、第一組散熱器的傳熱系數(這個傳熱系數與平均溫差成冪函數關系)，由此確定散熱器的片數，整個過程計算相對比較復雜。設計手冊上的數據是在特定的條件下得出的，在我省建筑節能新標準出臺后，屋面的傳熱系數、地面的傳熱系數都有很大的變化，不同的工程，其屋面的傳熱系數、地面的傳熱系數偏差也比較大，所以這個數據在現實設計中是不可取的，僅能作為參考；按下供下回系統(如圖2b)所示)設計時，熱媒流經第三組、第二組、第一組散熱器，流經第3管段、第2管段、第1管段的溫度都是供水溫度，參數單一，直接參考標準散熱量就可以選定散熱器的片數；上供下回順流系統中，熱媒在流過第三組散熱器后，熱媒溫度會降低，然后再進入第二組散熱器，如此逐級下去，其結果是底層散熱器散熱效率低，且采暖效果不佳，為了有效緩解這個問題，熱媒在進入頂層散熱器前要加跨越管(如圖2c)所示)。這一結果就是在設計中，確定混流后第3管段、第2管段、第1管段的水溫相當復雜，且意義不大，因為采暖系統是個動態的過程，熱媒的參數會隨室外溫度、燃料燃燒、熱媒循環效果等發生變化，系統在計算條件下是平衡的，當偏離計算條件時，系統就會出現不平衡，造成水力失調，老住宅中常出現的頂層熱，低層冷大都是這個原因。

2)適當考慮放大供回水管徑，可在以后的建筑擴建中帶來很多方便，也不用考慮系統的不平衡，且不用對已有系統進行大范圍的改造(見圖3)。對于臨街的商業建筑，在主體還沒有完成前，采暖系統就可以正常進行運行，商業提前投入運營。

3)平衡效果好，基本不需要進行水力平衡。由于采暖系統中熱媒在散熱后溫度降低，回水管中水溫會比供水管水溫低，這樣在系統中會產生一個附加的壓力差，這個壓力差利用的好壞對系統的節能，平衡都至關重要。利用的好，系統不但運行良好，對節能也大有好處。若是處理的不當，會造成系統水力失調，出現冷熱不均的現象。下供下回采暖系統很好地利用這一物理現象，不但增

加了系統的穩定性，還把這一壓力差利用到克服自身系統阻力上面。可謂“變廢為寶”。以供水溫度75 ℃，回水溫度50 ℃考慮，壓力差計算結果如下(見圖4a))：

ΔP=P1-P2=gh(ρh-ρg)。

其中，ΔP為垂直系統產生的壓力差；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：在立管系統阻力小于62 Pa/m的異程系統中，是不需要刻意地以增加動力為代價來進行阻力平衡的。這在常規的多層采暖系統中，立管的比摩阻也不會大于這個值。

嚴格意義上說圖4a)系統并非同程式，圖4b)系統為同程式，但圖4a)的系統平衡要比圖4b)的系統平衡好很多，這也是為什么圖4b)中系統只適用在4層及以下的建筑中。

3 結語

雙管下供下回式系統是平衡極佳的系統，不需要為了阻力平衡增加額外的動力，在節能減排的大形勢下可以在多層建筑中大力推廣。其原理也可大力推廣，如現行分戶熱計量后，供回水立管均設于管井內，此立管系統完全沒有必要“畫蛇添足”似的設為同程，只要立管比摩阻控制合適，這種異程系統本身就是很好的平衡系統。

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

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

[3] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.中國建筑工業出版社，2011.

[4] 陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[5] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2013.

[6] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[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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