新双管计量供热系统平均比摩阻取值问题分析

Analysis of Mean Friction Resistance for New Two-pipe Heat Metering System

一、引言
　　
　　新双管系统又称双－双管系统，其水平支管连接用户室内的散热器，各层水平支路阻力远大于传统双管系统的各层支管阻力，自然循环作用相对减弱，各层水平支路的不平衡率相对较小，垂直失调状况得到改善。在新双管系统设计时，　各层水平支路的平均比摩阻应较大，使水平支路的阻力尽量大，立管的平均比摩阻较小，使立管阻力尽量小。
　　
二、新双管系统平均比摩阻取值的确定方法
　　
　　在新双管系统水力计算中，考虑自然循环作用压力的影响，天津市集中供热住宅计量供热设计规程规定，自然循环作用压力按其值的1/2～2/3范围取值，本文的计算是按2/3取值。
　　平均比摩阻取值要满足系统平衡的要求，在双管系统水力计算中，我们判断系统平衡的标准为：
　　（1）各层水平支路的各恒温阀预设值大多数不小于3。
　　大目前国内的热水水质条件下，阀门开度过低，在系统调试阶段，容易造成恒温阀的堵塞。同时，阀门开度过低，很可能产生噪声，并且对阀门本身造成损害。因此推荐恒温阀预设值不小于3。对于个别值为2或1的情况，是因为其散热器的热负荷较小，也即流量较小而造成的，这种情况有时是不可避免的。为了使恒温阀保持良好的工作状态，可以将其预设值调至3或以上，剩余的压降可依靠加设手动阀门来承担。
　　最不利环路与其它并联环路之间的平衡率不大于15%。
　　不平衡率的计算方法如下：
　　　　　　　　　
　　式中：ΔP1----第一层水平支路的阻力，Pa;
　　　　　Δ_Pn----第n层水平支路的阻力，Pa；
　　　　　ΔP_Zn----第n层水平支路的自然循环作用压力，Pa；
　　　　　ΔP_Ln----第一层与第n层之间的立管阻力，Pa。
　　
三、新双管系统平均比摩阻取值的确定
　　
　　 以实际工程为例，此工程的基本参数为：
　　（1）层数16；层高3m；每层水平支路散热器5组；室内系统管材为铝复合管；
　　（2）立管为下供下回式；室内系统为异程式；设计供回水温度95℃/70℃。
　　通过设定不同的立管和各层水平支路的平均比摩阻，来比较不同取值对系统平衡的影响程度，以确定合理的平均比摩阻。在计算过程中，两者分别按下面三种情况取值；
　　（1）立管平均比摩阻R₁=≤40， ≤80， ≤120(Pa/m)
　　（2）各层水平支咱平均比摩阻R_sh=≤60，≤120，≤200(Pa/m)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 水力计算结果(R₁≤40Pa/m，R_sh≤Pa/m)

　　　　　　　　　　　　　　　　表2 不同立管平均比摩阻的水力计算结果比较(R_sh≤120Pa/m)

　　　　　　　　　　　　　　表3 不同立管平均比摩阻的水力计算结果比较(R_sh≤60Pa/m)

　　1.立管平均比摩阻取值比较
　　由表1、表2、表3可以看出，立管平均比摩阻如按40Pa/m取值，第一层与各层水平环路之间的不平衡率基本上都小于10%，同时恒温阀预设值的设定比较合理，说明立管平均比摩阻取40 Pa/m是适合的。对于按80 Pa/m和120 Pa/m取值，系统的不平衡率和恒温阀预设值的设定都不太理想。
　　经计算，立管平均比摩阻如按80 Pa/m或120 Pa/m取值（R_sh≤120Pa/m），各层水平支路的阻力相差很大，第一层与顶层的阻力差值为3926 Pa或6996 Pa，这说明立管阻力与自然循环作用压力不能相互抵消，立管阻力大于自然循环作用压力，第一层水平支路恒温阀需要承担更大的剩余压头，才能保持系统平衡。对于立管平均比摩阻按40 Pa/m取值（R_sh≤120），各层水平支路的阻力相差不大（见表1），第一层比顶层阻力差值仅小783 Pa，立管阻力与自然循环作用压力可近似抵消。由于立管阻力小于自然循环作用压力，当适当增大立管平均比摩阻时，立管阻力亦增大，与自然循环作用压力逐渐接近，直至相互抵消，此时系统平衡性最好。若立管平均比摩阻继续增大，而且建筑下面几层（如第2和第3层）水平支路恒温阀因承担过大的剩余压头而预设值过小时，立管平均比摩阻的取值将不再适合。经计算分析可知，立管平均比摩阻的取值范围为30～60 Pa/m。
　　以上是各层水平支路采取异程式形式时的情况，水平支路如为同程式，则每层用户各恒温阀所承担的剩余压头相差不大，经计算，其值与异程式中第三个恒温阀消耗的压差值对应相似，小于各层的最近环路即第一个恒温阀所消耗的压差值。因此其恒温阀预设值在R_l≤80Pa/m时，仍然可以基本满足不小于3的要求，同时不平衡率也基本小于15%。经验证，对于各层水平支路为同程式形式，立管平衡比摩阻的取值范围为30～90 Pa/m。