目前,地板採暖技術在推廣應用過程中,與散熱器採暖系統混接是經常遇到的問題,通常散熱器需供水溫度80℃左右,水系統壓力損失很小,而地板採暖需供水溫度低於65℃,其末端阻力可達3米以上水柱。因此簡單地共用一個水系統是不行的。
然而,地板採暖目前在我國尚屬新興的採暖方式,它常常處於周圍全是散熱器採暖的包圍之中,很少能夠為地板採暖單獨安排熱源,而只能用散熱器採暖的高溫(相對而言)水熱源。例如城市熱網、區域鍋爐房等。
房屋開發商希望在散熱器採暖的樓中某幾層甚至某幾個房間安裝地板採暖,這種情況有時是由於補建、擴建,更多情況是開發商對較新的事物有個認識過程,非要親自看到效果才肯大面積推廣。作為工程設計人員簡單說“不”是不利於新技術推廣的。
但是,在具體的設計過程中卻遇到一個致命的問題:即資用壓力是否夠用,散熱器系統與地板採暖能否同時達到水力與熱力平衡,在保證地暖系統室內溫度的同時,不影響散熱器系統,這是技術人員及熱使用者共同關心的問題。
正因為這種壓力問題的存在,使得眾多的設計人員在一種抽象的概念條件下進行設計安裝,將管長減短,管徑放大成為設計的主要措施,而實際情況卻表明,大多數工程均出現了過熱現象,而有個別工程室內偏冷。
因此在混接系統中盲目地或定性地設計計算是不可以的,理應根據實際情況進行定量分析計算。
2.沿程阻力與區域性阻力計算
沿程阻力計算與傳統型類似,根據管徑與設計流量查設計標準,其計算過程如下:設布管間距S、管長L、其鋪設面積m=S×L、單位面積散熱量q、設計供回水溫度差Δt、流量g=(0.86×q×m)/Δt,則實際管徑Φ及流量g可以查得比摩阻R,故Py=R×L。
區域性阻力計算,包括兩部分,一是分集水器及其進出口閥門區域性阻力ξ1,二是埋地塑膠管的彎頭區域性阻力ξ2,ξ1的計算較為複雜,而且不能精確計算,雖然閥及分集水器的區域性阻力系數均有實驗資料,但是因為相距太近,相互影響程度較大,只能將其作為一個區域性整體處理,就目前來講尚無實驗資料。它的計算只能定性分析。
目前,埋地管有三種走向,分回字路型、S路型和L路型。在實際工程中,作者對這三種走向都有過實踐,但是在用S路型時,曾受到不少專家的否定,認為S型區域性阻力較另外兩種路型阻力大,不提倡。作者透過仔細的研究發現,實際情況正好相反,S路型阻力較回字路及L型路偏小。
一定的管徑Φ在一定的流量條件g下,有一定的流速v,而彎頭的個數n曾是設計人員頭痛的問題,本文作者在此提出計算方法:若鋪設面積中長為a、寬為b,回字路型中n=(b/s)×2;S路型中n=b/s,L型較為複雜不作分析。取n=b/s,回字路型中是900彎頭,S及L型路中是1800彎頭。1800彎頭的區域性阻力系數若小於2倍的900彎頭,可以作這樣的計算: 暖通吧真人網HVAC8.com
回字路型中彎頭區域性阻力系數取ξ′=1.0,S及L型中區域性阻力系數取ξ″=2.0,故PJ=(ρv2/2)×ξ×n。
3.例項計算
以某小區的兩棟樓為例進行計算。其管間距S=0.2米,管長L=100米,單位面積散熱量q=100w/m2,管徑Φ20,供回水溫差Δt=10℃,每環路流量g=192kg/h,流速v=0.2m/s,最不利房間寬b=4米,房間越寬,越不利。
按回字路型計算是:
n=(b/s)×2,n=40(個)
其沿程阻力為:Py=RL=100×160Pa/m=1.6m水柱;
其區域性阻力為:Pj=ρv2/2ξ×N+P′=800Pa+ P′
其中P′為閥門及分集水器的區域性阻力,取經驗資料為:P′=1200Pa=1.2米水柱,則Pj=0.2米水柱。
透過上面計算發現,區域性阻力較沿程阻力小很多,若佔15%左右,而透過大量計算也發現這樣一個問題,區域性阻力始終只佔總阻力的20%到10%之間,當然計算的前提條件是管長L=100米。
綜上計算的結果有:
P= Py +Pj =1.6m+0.2m=1.8米水柱
以上P=1.8米水柱,不包括室內管網阻力,僅從單元戶入口到單元戶出口這一部分。
4.混接系統阻力匹配
本文最終的目的除了闡述水頭損失計算的方法以外,另一個較特殊的論述是地板採暖系統與散熱器供暖系統的阻力匹配問題,如前所述,地板採暖系統一般沒有單獨的熱源,實際的熱源是針對散熱器系統,因而資用壓力能否夠用,是設計人員不能迴避的問題。
實際該小區的外網資用壓力為1.25米水柱左右,而地暖系統從分水器到集分水器就達1.8米水柱,再加上室內管網的水頭損失,若1.8米水柱,遠遠超過資用壓力,室內管網阻力很大,原因是地暖系統是在小溫差大流量條件下執行,地暖系統的流量應是散熱器系統流量的2倍。
資用壓力不夠怎麼辦?眾多的專家及設計人員提出,要求將管長減小到60米左右,將室內管網管徑放大,而本文作者認為是完全沒有必要的。
僅管資用壓力遠遠不夠用,但是我們忽略了外網是高溫水這一重要有利條件。既然外網是高溫水,若啟用混水泵,將供水與回水混合後再供入室內,那麼,混水泵必起加壓泵作用,就算是大於5m的水頭損失也不存在任何問題,若不用混水泵,利用高溫供水在減小流量增大溫差的條件下執行,是完全能保證系統正常供暖。
不妨作一個小的例項計算,若在10℃溫差條件下地暖阻力損失按5m水柱考慮,當在20℃溫差條件下執行時,流量要減小一半,此時壓力損失將由5m水柱減少到1.25米水柱,可以根據P=SG2計算出。
綜上所述,地暖系統的阻力在5m水柱以內時,即便超過外網資用壓力,將管長減少,管網管徑放大,只能是一種初投資的浪費,在高溫供水條件下,可以從下表中發現,當外網資用壓力小到0.3m水柱時,也能保證室內溫度,這就是為什麼不少使用者將自家散熱器取消而直接連線上地暖,而室內更暖、更舒適的原因,當然,高溫供水,大溫差執行是會有不良後果的,在此不作具體分析。
5.結論與展望
透過上述分析計算發現,地暖系統的水力計算可以由抽象到具體,由定性到定量,只要保證在10℃溫差條件下的水頭損失不超過5m水柱,將地暖系統與散熱器系統混接在一起,是不存在不熱問題的。
雖然地暖系統在國外已是非常成熟的技術,但在國內仍處於起步階段,因我國實際情況的不同,眾多地方需要去創新發展,混接這一問題是現階段邁出的第一步,系統的阻力計算,兩系統的相互匹配是很重要的問題,直接影響到系統的工程造價及經濟性。具體計算方法的分析,相關理論的提出都具有很大的現實意義,但還需要進一步的深入探討。
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