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同程系统不是万能的

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-12-18 14:42:00

摘 要:很多朋友喜欢将采暖系统的水平干管或立管设计成同程式。本文就同程系统和朋友们一起学习,探讨这种系统需要注意的问题。

同程系统;中间大阻力;重力附加

 

正  文:

 

一个朋友设计地暖,接我过去进行指导。不经意间看到他设计的另外一套图,风机盘管水系统平面图。他采用的是同程系统,于是我想到了很多朋友在设计管路的时候都会优先选择同程系统。和异程系统相比,同程系统真的就那么好吗?下面我们就一起探讨这个问题。

 

室外热水供暖干管同程系统中,1#2#3#楼的室内系统均相同,如供水管段A-BB-C和回水管段D-EE-F的管径和长度均相同,又不进行调节,各楼流量是否相同?

 

这是一个同程系统。三栋楼,热水经过的管路这样的:供水管路→楼1→管段FE→管段ED→回水管网;供水管路→管段AB→楼2→管段ED→回水管网;供水管路→管段AB→管段BC→楼3→回水管网。我们看到,每栋楼供回水与热网有相同的接点,并且每栋楼都经过两段相同长度的管段。因此,我们说三栋楼的热水走过相同长度的路程,属同程系统。

 

我们暂时忽略弯头,三通等管件的局部阻力,仅考虑与长度有关的沿程阻力。沿程阻力=单位长度的管段阻力×管段长度。三个热用户热水经过了相同的路程,但是他们的阻力就一定相同吗?我们还要看单位长度的管段阻力。那么单位长度阻力又和什么有关系呢?

 

根据达西公式 我们可以得到,单位长度阻力与速度的二次方成正比。由体积流量=管道横截面积×流速,我们只要看看流量是否一样就可以定性得出结论了。

 

管段AB承担了用户2和用户3的供水流量;管段BC承担了用户3的供水流量;管段EF承担了用户1的回水流量;管段ED承担了用户1和用户2的回水流量;其中管段AB和管段ED承担了两个用户的流量,管段BC和管段FE承担了一个用户的流量。很明显,同样的用户,同样的管径,同样的时间内,承担两个用户流量的管段要比承担一个用户流量的流量要大,管段阻力也要大。

 

而上面我们已经推演过各用户经过的管段。用户1,管段FE和管段DE;用户2,管段AB和管段DE;用户3,管段AB和管段BC

从上边可以看出,2#楼所在的管段承担的负荷要大些,因此阻力要大些,流量相应会小些。即中间楼要比边上的阻力大,流量小。负荷大就需流量大,相应管径要大,管径大,但管径相同。

沿水流方向,供水管自AB的流量大于BC,但如管径相同,因此水力坡降先陡后平;回水管则相反,自FE的流量小于ED,但如管径相同,因此水力坡降先平后陡。先陡后平的供水管水力坡降线,与先平后陡的回水管水力坡降线,画在水压图上,形成“两头大、中间小”的资用压差。通过以上分析,可清楚地看到2#建筑的许用压差相对很小。由于“室内系统均相同”,因此其得到的流量相对很少。这也是同程系统的一种常见现象。

 

为减少这种“流量中间小,两边大”的不利情况,可以适当加大公共管段的管径,以便使得各段供、回水管的水力坡降(比摩阻)相近;在必要时使用阀门等人为干预各楼阻力,使阻力平衡率合格,以便让各楼实际流量满足计算工况的要求。

接下来,我们再看另外一种同程系统,上供下回的双管系统。

 

通过上文的讨论,本着“流量中间小,两边大”的原则,我们是否可以得出很上和很下的热用户的流量大,中间用户的流量小呢?答案是否定的。因为我们忽略了重力的影响。

 

朋友们是否还记得土暖气的工作原理?土暖气是没有循环泵的,它是靠什么使得热水在系统中循环的呢?对,是由供水管和回水管中热水的密度差。我们也许还记得,采暖炉和散热器高度差大些,采暖效果比较好。

 

重力作用引起的压力=(回水的密度-供水的密度)×重力加速度×高差

 

根据上式计算就可以计算由于密度差不同,不同水温下重力引起的附加循环动力。

 

我们再看看下边的下分三管同程式,此热用户组可以是我们常见的住宅同程式立管,或者某个办公大楼的一组同程式干管。此时使用同程系统和上述的上供下回的效果是一样的,“流量中间小,两边大”,底层用户得到的重力附加作用力很大,也很容易偏离设计流量值,产生垂直失调。

 

相比之下,下分双管异程式,从干管到末端用户,让各层用户随着管段阻力不断增加的阻力,削弱甚至抵消重力作用。即越往上管段阻力越大,但是重力作用力也越大。可以通过选取合理的单位长度阻力,让二者相互抵消。

 

下面我们直接引用网传张锡虎老师《民用建筑暖通空调设计的若干问题》中的数据:

 

供回水温度为95/70℃的重力作用压力值为:Δγ=15.83mmH2O/m155.8Pa/m,考虑到各种实际运行工况,我们取0.67的系数,Δγ≌100Pa/m,供回水立管各分1/2,Δγ≌ 50Pa/m。再考虑局部阻力因素,故平均比摩阻取:R40Pa/m

 

经过许多工程设计及实际运行检验,这样做可以大体上实现理想的水力平衡。

 

供回水温度为85/60℃的重力作用压力值为:Δγ=14.59mmH2O143.1Pa,与95/70℃基本相同,仍可取比摩阻:R40Pa/m

 

供回水温度为60/50℃的重力作用压力值为:Δγ=4.83mmH2O47.8Pa,故系统立管比摩阻只能取:R20Pa/m

 

很多朋友可能会用同程系统以逃避水力计算。他们认为同程了,效果就好,其实不一定。我们根据工程实际选择合理的系统形式。通过科学计算、合理取值才能把系统设计的更好。

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