民用建筑采暖系統(tǒng)形式分析

王志杰

[摘要]采暖系統(tǒng)設計是暖通空調(diào)專業(yè)發(fā)展以來的基本設計內(nèi)容。隨著城市化進程的加快，住宅采暖的需求也在不斷擴大。采暖工程設計中，系統(tǒng)形式的設計如同房屋結構一樣，是采暖工程的骨架，其合理性與否將會直接反應在使用者的溫度感受上。在采暖系統(tǒng)運行狀態(tài)下。有些工程會出現(xiàn)局部溫度不達標的現(xiàn)象，使這一采暖系統(tǒng)出現(xiàn)了冷熱不均的狀態(tài)。學術上我們稱這種現(xiàn)象為“水力失調(diào)”。本文捅討對工程實曬叮的分析，了解重力壓頭對采暖系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。解釋雙立管系統(tǒng)，上分式、中分式、下分式中水力失誘拍勺原因及原理，分析不同階段中重力壓頭的變化及其對系統(tǒng)的影響程度。

[關鍵詞]采暖系統(tǒng);水力平衡;重力壓頭

引言

目前的設計工程以大面積工程居多。由于重力循環(huán)的采暖系統(tǒng)的作用半徑有限，已經(jīng)很少選用。機械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)已經(jīng)成為工程設計的首選形式。然而機械循環(huán)系統(tǒng)中，重力作用仍然存在，且對采暖系統(tǒng)中水力失調(diào)方面有很大的影響。因此，我們在工程設計過程中不要忽視掉重力壓頭的作用。重力壓頭是重力作用下通過供回水密度差形成的壓力差。機械壓頭是水泵運轉使系統(tǒng)中的水產(chǎn)生的動力。

一、重力壓頭的計算方法

在工程設計中，各層有各自的循環(huán)阻力，各層上的作用壓力大于阻力才能進行有效的熱水循環(huán)。各層作用壓頭如下：

△P=△P_J+△P_Z

其中△P——各層的總作用壓力

△P_J——水泵產(chǎn)生的機械作用壓力

△P_Z——重力產(chǎn)生的重力壓頭①

△P_Z=gh（ρ₁-ρ₂）

其中ρ₁——回水溫度下的密度kg/m³

ρ₂——供水溫度下的密度kg/m³

h——水的加熱中心到水冷卻中心的垂直距離

水流量計算方法如下：

G=0.86Q/△t

G——供水流量，kg/h

Q——熱負荷，W

△t——供回水溫差，℃②

二、重力循環(huán)在三種機械循環(huán)系統(tǒng)中的影響

（一）雙管上分式系統(tǒng)（圖1）

某6層公寓采用雙管上分式機械循環(huán)熱水系統(tǒng)。該酒店設計供回水溫度為85/60攝氏度，為方便計算，假定每層的設計流量相同。因為該系統(tǒng)采用雙管上分式系統(tǒng)，所以在實際運行過程中。會出現(xiàn)“上熱下冷”的現(xiàn)象，如果在設計過程中不考慮重力壓頭的作用時，我們會認為該系統(tǒng)各層的阻力、流量相等。實際過程中，因為供回水的溫降問題，水密度隨溫度變化，供水溫度高、水密度低;回水溫度低，水密度高。從而由溫度差異產(chǎn)生了重力差異。

由水密度差造成重力壓頭可由下面公式得出：

△P_Z=gh（ρ₁-ρ₂）

h——水的加熱中心到水冷卻中心的垂直距離

從該公式中我們可以看出：重力壓頭取決于高度h，隨著系統(tǒng)高度增大而增大，各層環(huán)路按照同行程，同管路，同設備布置。會導致各層的作用壓力不一致，因為上層環(huán)路多了重力壓頭，出現(xiàn)了上熱下冷的現(xiàn)象。這是雙管上分式系統(tǒng)容易出現(xiàn)水力失調(diào)的主要原因。因此為了解決此類間題：需要調(diào)增大上層系統(tǒng)的阻力，以使增大阻力與其重力壓頭相抵消。

（二）雙立管中分式系統(tǒng)（圖2）

雙立管中分式采暖系統(tǒng)也是一種常用的采暖形式，在某些二層商業(yè)建筑中，可采用此類型系統(tǒng)解決一些窗戶遮擋問題。重力壓頭在此類系統(tǒng)中也是客觀存在的。

某商業(yè)建筑共兩層，二層的窗戶設置較為高大，不利于進行在梁下設置水平干管，采用在一層頂部敷設的供回水干管，串接上下兩層散熱器，一層的低位散熱器通過較長的支管連接到梁下的干管上。此系統(tǒng)在實際運行中產(chǎn)生卜熱下冷現(xiàn)象，根據(jù)公式

△P_Z=gh（ρ₁-ρ₂）

我們可以知道上層比下層環(huán)路重力壓頭大，水流量增大。因此需要減小上層環(huán)路散熱器管徑，或增大上層環(huán)路阻力抵消重力壓頭的作用力。

（三）雙管下分式系統(tǒng)（圖3）

新建住宅小區(qū)普遍采用了雙管下分式系統(tǒng)，如圖3：

某住宅采用雙立管下分式系統(tǒng)，我們假定各層負荷相近。把A點起經(jīng)過最高環(huán)路2回到B點的計算阻力與自A點經(jīng)過最低環(huán)路1回到B點的計算阻力相比，環(huán)路2的沿程阻力大于環(huán)路1的阻力。沿程阻力損失為環(huán)路2的供回水立管長度。可以很容易得到一簡單的結論：由于異程系統(tǒng)原因環(huán)路1樓層低，環(huán)路短，阻力小，水流量增大。而環(huán)路2的水流量相應減小很多。然而在重力壓頭客觀存在的情況下，環(huán)路2比環(huán)路1多了高度h，這樣一來，根據(jù)公式

△P_Z=gh（ρ₁-ρ₂）

△P_A-1-B=△P_A-2-B-△P_Z

其中：△P_A-1-B/，△P_A-2-B分別為1、2兩個環(huán)路的總作用壓頭，當各層戶內(nèi)系統(tǒng)的壓力損失相近時，下分式異程系統(tǒng)的重力壓頭可以克服環(huán)路2立管上的沿程阻力和局部阻力。使得：

△P_回+△P_供=△P_Z

△P_回、△P_供分別為環(huán)路2的供回水立管的阻力損失。③

綜上所述，環(huán)路2的重力壓頭可以抵消掉環(huán)路2所受的沿程阻力，從而使熱水有利于流向較高的樓層。

三、采暖運行階段重力壓頭的分析

在采暖系統(tǒng)運行中，不同時期的重力壓頭是不穩(wěn)定的，所以各層流量分配也不是一成不變的。在采暖的試水期和供暖季末期的時候，在供回水踢差卜不滿足設計要求的情況下，垂直失調(diào)不明顯，在系統(tǒng)運轉正常時期，使得供回水密度差增大，垂直失調(diào)現(xiàn)象也會變得明顯。

結語

在采暖系統(tǒng)設計上，選擇系統(tǒng)形式是我們整個工程設日中的一個重要決策，而水力計算也是系統(tǒng)設計中的一個重要步驟，其中不可忽視的重力壓頭計算是十分重要的。我們在以上分析中得出了三種系統(tǒng)形式的利弊，從而幫助我們在實際工程設計中根據(jù)不同的建筑情況進行更合理地選擇。

參考文獻：

[1]武博，李述偉.淺談重力壓頭對機械循環(huán)采暖系統(tǒng)水力平衡的影響[J].建筑設計管理，2009，26（03）：53-55.

[2]陸耀慶.《實用供熱空調(diào)設計手冊》修編信息[J].暖通空調(diào)，2008（01）：1.

[3]張錫虎.工程設計問答（3）[J].暖通空調(diào)，2010，40（03）：54-55+106.