暖通工程師基礎(chǔ)知識(shí)采暖循環(huán)水量與室內(nèi)系統(tǒng)的關(guān)系

一、采暖循環(huán)水量與室內(nèi)系統(tǒng)的關(guān)系

在以往的供熱系統(tǒng)中，由于缺少簡(jiǎn)便易行的流量測(cè)試手段和可靠的流量控制元件，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，需要多少流量才能保證供熱的要求，我們沒有一個(gè)明確的數(shù)字;對(duì)于一個(gè)熱用戶而言，需要多少流量才能保證供熱的要求，我們也沒有一個(gè)明確的數(shù)字。

近幾年，不少供熱系統(tǒng)中使用了廊坊市愛能供熱設(shè)有限公司生產(chǎn)的“愛能牌”自立式流量控制閥，依靠該閥可靠的質(zhì)量和優(yōu)異的流量控制性能，有效地控制循環(huán)水量，即解決了供熱系統(tǒng)的平衡問題，又為我們正確的認(rèn)識(shí)循環(huán)水量提供了有力的依據(jù)。在十幾年數(shù)百個(gè)供熱單位的供熱實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)不同的室內(nèi)系統(tǒng)對(duì)于循環(huán)水量的要求是不同的。

一) 傳統(tǒng)的上給下回式室內(nèi)系統(tǒng)所需流量最少

上給下回式系統(tǒng)在我國屬于主流的室內(nèi)系統(tǒng)，即使在很多地區(qū)進(jìn)行大量的分戶改造的今天，這種系統(tǒng)的數(shù)量依然很多。對(duì)于這種系統(tǒng)，按供熱面積進(jìn)行計(jì)算，每平方米需要3公斤左右的循環(huán)水量，就可以滿足供熱的需要。對(duì)于比較寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的垂直失調(diào)解決得不是很好的地區(qū)，循環(huán)量要大一點(diǎn)，對(duì)于不太寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的垂直失調(diào)解決得比較好的地區(qū)，循環(huán)量可以小一點(diǎn)，變化的幅度可以在2.7-3.3之間。如哈爾濱市“哈飛”后勤處，2001年使用我公司的自立式流量控制閥，循環(huán)水量每平米3公斤，供暖效果良好。

二)原有住房改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng)

改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由于原設(shè)計(jì)時(shí)自頂樓至一樓是按溫降理論進(jìn)行的設(shè)計(jì)，按每層散熱器的不同進(jìn)口溫度配置的散熱器，而進(jìn)行一戶一環(huán)的改造時(shí)，散熱器還是原來的配置。在實(shí)際供熱運(yùn)行時(shí)，每層的散熱器進(jìn)口溫度都是相同的，由此造成了底層用戶比高層用戶熱得多的現(xiàn)象。對(duì)于這種系統(tǒng)，按同一進(jìn)口溫度統(tǒng)一配置各樓層的散熱器是最好的解決辦法。但是，最好的辦法不一定是可行的辦法，由于資金和改造難度的問題，這個(gè)辦法不可行。那么只有靠增大流量來解決，根據(jù)這幾年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于原有住房改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng)，循環(huán)水量一般4公斤左右，就可以滿足供熱的需要。對(duì)于比較寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得不是很好的地區(qū)，循環(huán)量要大一點(diǎn)，對(duì)于不太寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得比較好的地區(qū)，循環(huán)量可以小一點(diǎn)，變化的幅度可以在3.5-4.5之間。如沈陽市東陵區(qū)供熱公司，2001年使用我公司的自立式流量控制閥，流量設(shè)定為每平米3公斤時(shí)，效果略差，02年將流量設(shè)定為每平米3.5公斤，達(dá)到供熱的要求。

三)新建的一戶一環(huán)系統(tǒng)

新建的一戶一環(huán)系統(tǒng)，不論是單管式水平串聯(lián)系統(tǒng)，還是雙管式系統(tǒng)，由于按溫降理論進(jìn)行了合理的計(jì)算，散熱器的配置是經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)的，所以其循環(huán)水量也比較低，根據(jù)這幾年的經(jīng)驗(yàn)，一般設(shè)定為每平米3.3公斤循環(huán)水量，就可以滿足供熱的需要。對(duì)于比較寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得不是很好的地區(qū)，循環(huán)量要大一點(diǎn)，對(duì)于不太寒冷的地區(qū)或者是室內(nèi)系統(tǒng)的水平失調(diào)解決得比較好的地區(qū)，循環(huán)量可以小一點(diǎn)，變化的幅度可以在每平米3-3.5公斤之間。如吉林省城建物業(yè)公司，2002年使用我公司的自立式流量控制閥，流量設(shè)定為每平米3.5公斤時(shí)，效果很好，04年將流量設(shè)定為每平米3.3公斤，供暖也比較正常。

對(duì)于傳統(tǒng)的上給下回式室內(nèi)系統(tǒng)，根據(jù)文中推薦的每平米3公斤的循環(huán)水量，多數(shù)情況下都能滿足供暖需要，對(duì)于原有住房改造的一戶一環(huán)單管串聯(lián)系統(tǒng)和新建的一戶一環(huán)系統(tǒng)，由于地區(qū)不同和設(shè)計(jì)上的不同，建議先根據(jù)文中推薦的流量值進(jìn)行設(shè)定，觀察一段時(shí)間效果，然后再確定增加或者減小流量，并以此為依據(jù)，制定今后本地區(qū)的循環(huán)流 。

二、地源熱泵的埋管

1 土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟

(1)建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算

建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算方法相同，可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，在此不再贅述。

冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉?[2]計(jì)算：

kW (1)

kW (2)

其中 Q1'——夏季向土壤排放的熱量，kW

Q1——夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kW

Q2'——冬季從土壤吸收的熱量，kW

Q2——冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kW

COP1——設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)

COP2——設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)

一般地，水源熱泵機(jī)組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進(jìn)出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)從樣本中選用設(shè)計(jì)工況下的 COP1、COP2 。若樣本中無所需的設(shè)計(jì)工況，可以采用插值法計(jì)算。

( 2)地下熱交換器設(shè)計(jì)

這部分是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長(zhǎng)及豎井?dāng)?shù)目、間距確定，管道阻力計(jì)算及水泵選型等。

( 3)其它

2 地下熱交換器設(shè)計(jì)

2.1 選擇熱交換器形式

2.1.1 水平(臥式)或垂直(立式)

在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮現(xiàn)場(chǎng)可用地表面積、當(dāng)?shù)赝寥李愋鸵约般@孔費(fèi)用，確定熱交換器采用垂直豎井布置或水平布置方式。盡管水平布置通常是淺層埋管，可采用人工挖掘，初投資一般會(huì)便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，所以在實(shí)際工程中，一般采用垂直埋管布置方式。

根據(jù)埋管方式不同，垂直埋管大致有 3種形式：(1)U型管(2)套管型(3)單管型。套管型的內(nèi)、外管中流體熱交換時(shí)存在熱損失。單管型的使用范圍受水文地質(zhì)條件的限制。U型管應(yīng)用最多，管徑一般在50mm以下，埋管越深，換熱性能越好，資料表明：最深的U型管埋深已達(dá)180m。U型管的典型環(huán)路有3種，其中使用最普遍的是每個(gè)豎井中布置單U型管。

2.1.2 串聯(lián)或并聯(lián)

地下熱交換器中流體流動(dòng)的回路形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，串聯(lián)系統(tǒng)管徑較大，管道費(fèi)用較高，并且長(zhǎng)度壓降特性限制了系統(tǒng)能力。并聯(lián)系統(tǒng)管徑較小，管道費(fèi)用較低，且常常布置成同程式，當(dāng)每個(gè)并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時(shí)，其換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此，實(shí)際工程一般都采用并聯(lián)同程式。結(jié)合上文，即常采用單 U型管并聯(lián)同程的熱交換器形式。

2.2 選擇管材

一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴(yán)重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價(jià)格較低的管材。所以，土壤源熱泵系統(tǒng)中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯( PE)和聚丁烯(PB)管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上;而PVC管材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。

2.3 確定管徑

在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求：(1)管道要大到足夠保持最小輸送功率;(2)管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然，上述兩個(gè)要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、 40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下,對(duì)更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mH2O /100m當(dāng)量長(zhǎng)度以下。

2.4 確定豎井埋管管長(zhǎng)

地下熱交換器長(zhǎng)度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。

文獻(xiàn) [2]介紹了一種計(jì)算方法共分9個(gè)步驟, 很繁瑣，并且部分?jǐn)?shù)據(jù)不易獲得。在實(shí)際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計(jì)算管長(zhǎng)。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長(zhǎng)的換熱量，一般垂直埋管為 70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管長(zhǎng))，水平埋管為20～40W/m(管長(zhǎng))左右[3]。

設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35W/m(管長(zhǎng))，具體計(jì)算公式如下：

(3) 其中 Q1'——豎井埋管總長(zhǎng)，m

L ——夏季向土壤排放的熱量，kW

分母“35”是夏季每m管長(zhǎng)散熱量，W/m

2.5 確定豎井?dāng)?shù)目及間距

國外，豎井深度多數(shù)采用 50～100m，設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度H，代入下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目:

(4) 其中 N——豎井總數(shù)，個(gè)

L——豎井埋管總長(zhǎng)，m

H——豎井深度，m

分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管管長(zhǎng)約等于豎井深度的2倍。

然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計(jì)算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本大大增加。

關(guān)于豎井間距有資料指出： U型管豎井的水平間距一般為4.5m[3]，也有實(shí)例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m[4]。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置來節(jié)約占地面積。

2.6 計(jì)算管道壓力損失

在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機(jī)組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進(jìn)行阻力計(jì)算?？刹捎卯?dāng)量長(zhǎng)度法，將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長(zhǎng)度，和管道實(shí)際長(zhǎng)度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)量度，再乘以不同流量、不同管徑管段每 100m管道的壓降，將所有管段壓降相加，得出總阻力。

三、防火閥，排煙閥如何選擇

防火閥包括：

1.防火閥、防火調(diào)節(jié)閥，常開，70度關(guān)閉，一般安裝在風(fēng)管穿越防火墻處，起火災(zāi)關(guān)斷作用，可以設(shè)置輸出電訊號(hào)，煙感超過70度時(shí)閥門關(guān)閉，連鎖送(補(bǔ))風(fēng)機(jī)關(guān)閉;

2.防煙防火調(diào)節(jié)閥，常開，70度關(guān)閉，同一，不過多一個(gè)電訊號(hào)輸入，可由消控室遠(yuǎn)程控制關(guān)閉，一般用于平時(shí)送風(fēng)、火災(zāi)補(bǔ)風(fēng)共用風(fēng)管系統(tǒng)中，火災(zāi)時(shí)可控制關(guān)閉不需要補(bǔ)風(fēng)的房間;

3.防火閥，280度熔斷關(guān)閉，常開，輸出電訊號(hào)，這種和1相似，只是熔斷溫度不同，一般應(yīng)用于火災(zāi)排煙管穿越防火墻處，煙氣溫度超過280度時(shí)自動(dòng)熔斷關(guān)閉，可連鎖關(guān)閉排煙風(fēng)機(jī)。

排煙閥：

1.排煙防火閥(常閉，電訊號(hào)開啟，280度熔斷關(guān)閉，或手動(dòng)關(guān)閉)一般應(yīng)用于排煙系統(tǒng)中，可在排煙風(fēng)機(jī)吸入口安裝一個(gè)，火災(zāi)時(shí)由消控室控制開啟，關(guān)閉時(shí)也可連鎖關(guān)閉該排煙風(fēng)機(jī)。

2.排煙閥，同上述3，各個(gè)單位叫法不同，有的根據(jù)它的動(dòng)作溫度叫做排煙閥，有的根據(jù)它的用途性質(zhì)叫做防火閥，但是對(duì)于設(shè)備方只是把普通防火閥的熔斷金屬換成280度熔斷的那一種.

排煙口：

如果你在管路上安裝了必要的排煙閥，就用普通的單層百葉風(fēng)口即可;否則需用板式排煙口，它同時(shí)帶有排演防火閥的機(jī)構(gòu)。