浅谈民用建筑采暖系统形式分析获奖科研报告

浅谈民用建筑采暖系统形式分析获奖科研报告摘要：采暖系统设计是暖通空调专业发展以来的基本设计内容。随着城市化進程的加快，住宅采暖的需求也在不断扩大。采暖工程设计中，系统形式的设计如同房屋结构一样，是采暖工程的骨架，其合理性与否将会直接反应在使用者的温度感受上。在采暖系统运行状态下。有些工程会出现局部温度不达标的现象，使这一采暖系统出现了冷热不均的状态。学术上我们称这种现象为“水力失调”。本文捅讨对工程实晒叮的分析，了解重力压头对采暖系统产生的影响。解释双立管系统，上分式、中分式、下分式中水力失衡原因及原理，分析不同阶段中重力压头的变化及其对系统的影响程度。

关键词：采暖系统；水力平衡；重力压头

引言

目前的设计工程以大面积工程居多。由于重力循环的采暖系统的作用半径有限，已经很少选用。机械循环热水采暖系统已经成为工程设计的首选形式。然而机械循环系统中，重力作用仍然存在，且对采暖系统中水力失调方面有很大的影响。因此，我们在工程设计过程中不要忽视掉重力压头的作用。重力压头是重力作用下通过供回水密度差形成的压力差。机械压头是水泵运转使系统中的水产生的动力。

一、重力压头的计算方法

在工程设计中，各层有各自的循环阻力，各层上的作用压力大于阻力才能进行有效的热水循环。各层作用压头如下：

△P=△PJ+△PZ

其中△P——各层的总作用压力

△PJ——水泵产生的机械作用压力

△PZ——重力产生的重力压头①

△PZ=gh（ρ1-ρ2）

其中ρ1——回水温度下的密度kg/m3

ρ2——供水温度下的密度kg/m3

h——水的加热中心到水冷却中心的垂直距离

水流量计算方法如下：

G=0.86Q/△t

G——供水流量，kg/h

Q——热负荷，W

△t——供回水温差，℃②

二、重力循环在三种机械循环系统中的影响

（一）双管上分式系统（图1）

某6层公寓采用双管上分式机械循环热水系统。该酒店设计供回水温度为85/60摄氏度，为方便计算，假定每层的设计流量相同。因为该系统采用双管上分式系统，所以在实际运行过程中。会出现“上热下冷”的现象，如果在设计过程中不考虑重力压头的作用时，我们会认为该系统各层的阻力、流量相等。实际过程中，因为供回水的温降问题，水密度随温度变化，供水温度高、水密度低；回水温度低，水密度高。从而由温度差异产生了重力差异。

由水密度差造成重力压头可由下面公式得出：

△PZ=gh（ρ1-ρ2）

h——水的加热中心到水冷却中心的垂直距离

从该公式中我们可以看出：重力压头取决于高度h，随着系统高度增大而增大，各层环路按照同行程，同管路，同设备布置。会导致各层的作用压力不一致，因为上层环路多了重力压头，出现了上热下冷的现象。这是双管上分式系统容易出现水力失调的主要原因。因此为了解决此类间题：需要调增大上层系统的阻力，以使增大阻力与其重力压头相抵消。

（二）双立管中分式系统（图2）

双立管中分式采暖系统也是一种常用的采暖形式，在某些二层商业建筑中，可采用此类型系统解决一些窗户遮挡问题。重力压头在此类系统中也是客观存在的。

某商業建筑共两层，二层的窗户设置较为高大，不利于进行在梁下设置水平干管，采用在一层顶部敷设的供回水干管，串接上下两层散热器，一层的低位散热器通过较长的支管连接到梁下的干管上。此系统在实际运行中产生卜热下冷现象，根据公式

△PZ=gh（ρ1-ρ2）

我们可以知道上层比下层环路重力压头大，水流量增大。因此需要减小上层环路散热器管径，或增大上层环路阻力抵消重力压头的作用力。

（三）双管下分式系统（图3）

新建住宅小区普遍采用了双管下分式系统，如图3：

某住宅采用双立管下分式系统，我们假定各层负荷相近。把A点起经过最高环路2回到B点的计算阻力与自A点经过最低环路1回到B点的计算阻力相比，环路2的沿程阻力大于环路1的阻力。沿程阻力损失为环路2的供回水立管长度。可以很容易得到一简单的结论：由于异程系统原因环路1楼层低，环路短，阻力小，水流量增大。而环路2的水流量相应减小很多。然而在重力压头客观存在的情况下，环路2比环路1多了高度h，这样一来，根据公式

△PZ=gh（ρ1-ρ2）

△PA-1-B=△PA-2-B-△PZ

其中：△PA-1-B/，△PA-2-B分别为1、2两个环路的总作用压头，当各层户内系统的压力损失相近时，下分式异程系统的重力压头可以克服环路2立管上的沿程阻力和局部阻力。使得：

△P回+△P供=△PZ

△P回、△P供分别为环路2的供回水立管的阻力损失。③

综上所述，环路2的重力压头可以抵消掉环路2所受的沿程阻力，从而使热水有利于流向较高的楼层。

三、采暖运行阶段重力压头的分析

在采暖系统运行中，不同时期的重力压头是不稳定的，所以各层流量分配也不是一成不变的。在采暖的试水期和供暖季末期的时候，在供回水踢差卜不满足设计要求的情况下，垂直失调不明显，在系统运转正常时期，使得供回水密度差增大，垂直失调现象也会变得明显。

结语

在采暖系统设计上，选择系统