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。

楼层数

R_sh≤60 Pa/m

R_sh≤120 Pa/m

R_sh≤200 Pa/m

恒温阀的预设值
H1 h3 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10

恒温阀的预设值
H1 h3 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10

恒温阀的预设值
H1 h3 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10

一层

1，3，4，4，4，1，4，4，4，4

1，3，4，4，4，1，4，4，4，4

1，3，4，5，4，2，4，4，4，3

三层

1，2，3，4，4，1，2，3，4，3

1，2，3，4，4，1，2，3，4，3

1，2，3，4，4，1，4，4，4，3

五层

1，3，4，4，4，1，3，4，4，4

1，3，4，5，5，2，4，4，4，4

1，2，4，5，5，2，4，4，4，4

七层

1，3，4，4，4，1，3，4，4，4

1，3，4，5，5，2，4，4，4，4

1，3，4，5，5，2，4，4，4，4

九层

1，3，4，4，4，1，3，4，3，4

1，3，4，5，5，2，4，4，4，4

1，3，4，5，5，2，4，4，4，4

十一层

1，4，4，5，4，1，4，4，5，4

1，4，4，7，6，3，5，5，5，4

1，4，4，6，6，2，5，5，5，4

十三层

1，4，4，5，5，2，4，4，5，4

1，4，4，7，7，4，6，6，5，4

1，4，4，7，7，4，6，6，5，4

十五层

1，4，4，6，5，2，4，4，5，4

1，4，4，4，4，5，7，6，5，4

1，4，4，7，7，4，7，6，5，4

楼层数

R_l≤60 Pa/m

R_l≤120 Pa/m

R_l≤200Pa/m

不平衡率（%）

不平衡率（%）

不平衡率（%）

一层

-

-

-

三层

0.2

1.1

0.1

五层

-8.2

-6.9

2.9

七层

12.1

1.2

0.3

九层

-12.2

1.2

0.3

十一层

-14.1

-0.6

-1.1

十三层

-17.5

-3.9

1.8

十五层

-20.6

-6.8

-0.4