2014年暖通工程师基础知识采暖循环水量与室内系统的关系

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　　一、采暖循环水量与室内系统的关系

　　在以往的供热系统中，由于缺少简便易行的流量测试手段和可靠的流量控制元件，对于一个系统而言，需要多少流量才能保证供热的要求，我们没有一个明确的数字;对于一个热用户而言，需要多少流量才能保证供热的要求，我们也没有一个明确的数字。

　　近几年，不少供热系统中使用了廊坊市爱能供热设有限公司生产的“爱能牌”自立式流量控制阀，依靠该阀可靠的质量和优异的流量控制性能，有效地控制循环水量，即解决了供热系统的平衡问题，又为我们正确的认识循环水量提供了有力的依据。在十几年数百个供热单位的供热实践中，我们发现不同的室内系统对于循环水量的要求是不同的。

　　一) 传统的上给下回式室内系统所需流量最少

　　上给下回式系统在我国属于主流的室内系统，即使在很多地区进行大量的分户改造的今天，这种系统的数量依然很多。对于这种系统，按供热面积进行计算，每平方米需要3公斤左右的循环水量，就可以满足供热的需要。对于比较寒冷的地区或者是室内系统的垂直失调解决得不是很好的地区，循环量要大一点，对于不太寒冷的地区或者是室内系统的垂直失调解决得比较好的地区，循环量可以小一点，变化的幅度可以在2.7-3.3之间。如哈尔滨市“哈飞”后勤处，2001年使用我公司的自立式流量控制阀，循环水量每平米3公斤，供暖效果良好。

　　二)原有住房改造的一户一环单管串联系统

　　改造的一户一环单管串联系统，这种系统由于原设计时自顶楼至一楼是按温降理论进行的设计，按每层散热器的不同进口温度配置的散热器，而进行一户一环的改造时，散热器还是原来的配置。在实际供热运行时，每层的散热器进口温度都是相同的，由此造成了底层用户比高层用户热得多的现象。对于这种系统，按同一进口温度统一配置各楼层的散热器是最好的解决办法。但是，最好的办法不一定是可行的办法，由于资金和改造难度的问题，这个办法不可行。那么只有靠增大流量来解决，根据这几年的经验，对于原有住房改造的一户一环单管串联系统，循环水量一般4公斤左右，就可以满足供热的需要。对于比较寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得不是很好的地区，循环量要大一点，对于不太寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得比较好的地区，循环量可以小一点，变化的幅度可以在3.5-4.5之间。如沈阳市东陵区供热公司，2001年使用我公司的自立式流量控制阀，流量设定为每平米3公斤时，效果略差，02年将流量设定为每平米3.5公斤，达到供热的要求。

　　三)新建的一户一环系统

　　新建的一户一环系统，不论是单管式水平串联系统，还是双管式系统，由于按温降理论进行了合理的计算，散热器的配置是经过严格设计的，所以其循环水量也比较低，根据这几年的经验，一般设定为每平米3.3公斤循环水量，就可以满足供热的需要。对于比较寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得不是很好的地区，循环量要大一点，对于不太寒冷的地区或者是室内系统的水平失调解决得比较好的地区，循环量可以小一点，变化的幅度可以在每平米3-3.5公斤之间。如吉林省城建物业公司，2002年使用我公司的自立式流量控制阀，流量设定为每平米3.5公斤时，效果很好，04年将流量设定为每平米3.3公斤，供暖也比较正常。

　　对于传统的上给下回式室内系统，根据文中推荐的每平米3公斤的循环水量，多数情况下都能满足供暖需要，对于原有住房改造的一户一环单管串联系统和新建的一户一环系统，由于地区不同和设计上的不同，建议先根据文中推荐的流量值进行设定，观察一段时间效果，然后再确定增加或者减小流量，并以此为依据，制定今后本地区的循环流 。

　　二、地源热泵的埋管

　　1 土壤源热泵系统设计的主要步骤

　　(1)建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算

　　建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。

　　冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式 [2]计算：

　　kW (1)

　　kW (2)

　　其中 Q1'――夏季向土壤排放的热量，kW

　　Q1――夏季设计总冷负荷，kW

　　Q2'――冬季从土壤吸收的热量，kW

　　Q2――冬季设计总热负荷，kW

　　COP1――设计工况下水源热泵机组的制冷系数

　　COP2――设计工况下水源热泵机组的供热系数

　　一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的 COP1、COP2 。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。

　　( 2)地下热交换器设计

　　这部分是土壤源热泵系统设计的核心内容，主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长及竖井数目、间距确定，管道阻力计算及水泵选型等。

　　( 3)其它

　　2 地下热交换器设计

　　2.1 选择热交换器形式

　　2.1.1 水平(卧式)或垂直(立式)

　　在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程中，一般采用垂直埋管布置方式。

　　根据埋管方式不同，垂直埋管大致有 3种形式：(1)U型管(2)套管型(3)单管型。套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失。单管型的使用范围受水文地质条件的限制。U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，资料表明：最深的U型管埋深已达180m。U型管的典型环路有3种，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管。

　　2.1.2 串联或并联

　　地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，实际工程一般都采用并联同程式。结合上文，即常采用单 U型管并联同程的热交换器形式。

　　2.2 选择管材

　　一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。所以，土壤源热泵系统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，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上;而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。

　　2.3 确定管径

　　在实际工程中确定管径必须满足两个要求：(1)管道要大到足够保持最小输送功率;(2)管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH2O/100m当量长度以下。

　　2.4 确定竖井埋管管长

　　地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。

　　文献 [2]介绍了一种计算方法共分9个步骤, 很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m(管长)左右[3]。

　　设计时可取换热能力的下限值，即35W/m(管长)，具体计算公式如下：

　　(3) 其中 Q1'――竖井埋管总长，m

　　L ――夏季向土壤排放的热量，kW

　　分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m

　　2.5 确定竖井数目及间距

　　国外，竖井深度多数采用 50～100m，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:

　　(4) 其中 N――竖井总数，个

　　L――竖井埋管总长，m

　　H――竖井深度，m

　　分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。

　　然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。

　　关于竖井间距有资料指出： U型管竖井的水平间距一般为4.5m[3]，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m[4]。若采用串联连接方式，可采用三角形布置来节约占地面积。

　　2.6 计算管道压力损失

　　在同程系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量度，再乘以不同流量、不同管径管段每 100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。

　　三、防火阀，排烟阀如何选择

　　防火阀包括：

　　1.防火阀、防火调节阀，常开，70度关闭，一般安装在风管穿越防火墙处，起火灾关断作用，可以设置输出电讯号，烟感超过70度时阀门关闭，连锁送(补)风机关闭;

　　2.防烟防火调节阀，常开，70度关闭，同一，不过多一个电讯号输入，可由消控室远程控制关闭，一般用于平时送风、火灾补风共用风管系统中，火灾时可控制关闭不需要补风的房间;

　　3.防火阀，280度熔断关闭，常开，输出电讯号，这种和1相似，只是熔断温度不同，一般应用于火灾排烟管穿越防火墙处，烟气温度超过280度时自动熔断关闭，可连锁关闭排烟风机。

　　排烟阀：

　　1.排烟防火阀(常闭，电讯号开启，280度熔断关闭，或手动关闭)一般应用于排烟系统中，可在排烟风机吸入口安装一个，火灾时由消控室控制开启，关闭时也可连锁关闭该排烟风机。

　　2.排烟阀，同上述3，各个单位叫法不同，有的根据它的动作温度叫做排烟阀，有的根据它的用途性质叫做防火阀，但是对于设备方只是把普通防火阀的熔断金属换成280度熔断的那一种.

　　排烟口：

　　如果你在管路上安装了必要的排烟阀，就用普通的单层百叶风口即可;否则需用板式排烟口，它同时带有排演防火阀的机构。