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。 通常散熱器的供水溫度需達到80℃左右, 其對水系統壓力的損失才會最小, 而地板採暖的供水溫度需低於65℃, 那麼就會使其末端阻力達3m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,
一、沿程阻力與局部阻力計算
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,
局部阻力計算, 包括兩部分, 一是分集水器及其進出口閥門局部阻力ξ1, 二是埋地塑膠管的彎頭局部阻力ξ2, ξ1的計算較為複雜, 而且不能精確計算, 雖然閥門及分集水器的局部阻力係數均有實驗資料, 但是因為相距太近, 相互影響程度較大, 只能將其作為一個局部整體處理, 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型局部阻力較另外兩種路型阻力大, 不提倡。 通過仔細的研究發現, 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,
二、實例計算
以某社區的兩棟樓為例進行計算。 其管間距S=0.2m,管長L=100m,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=4m,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;
其局部阻力為:
Pj=ρv2/2ξ×N+P′=800Pa+ P′
其中P′為閥門及分集水器的局部阻力,取經驗資料為:
P′=1200Pa=1.2m水柱,則Pj=0.2m水柱。
通過上面計算發現,局部阻力較沿程阻力小很多,占15%左右,而通過大量計算也發現這樣一個問題,局部阻力始終只占總阻力的20%到10%之間,當然計算的前提條件是管長L=100m。
綜上計算的結果有:P=Py+Pj=1.6m+0.2m=1.8m水柱,以上P=1.8m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。
三、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,是設計人員不能回避的問題。
實際該社區的外網資用壓力為1.25m水柱左右,而地暖系統從分水器到集分水器就達1.8m水柱,再加上室內管網的水頭損失,若1.8m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運行,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60m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,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運行,是完全能保證系統正常供暖。
不妨作一個小的實例計算,若在10℃溫差條件下地暖阻力損失按5m水柱考慮,當在20℃溫差條件下運行時,流量要減小一半,此時壓力損失將由5m水柱減少到1.25m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,這就是為什麼不少用戶將自家散熱器取消而直接連接上地暖,而室內更暖、更舒適的原因,當然,高溫供水,大溫差運行是會有不良後果的,在此不作具體分析。
四、結論與展望
通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。
其管間距S=0.2m,管長L=100m,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=4m,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;
其局部阻力為:
Pj=ρv2/2ξ×N+P′=800Pa+ P′
其中P′為閥門及分集水器的局部阻力,取經驗資料為:
P′=1200Pa=1.2m水柱,則Pj=0.2m水柱。
通過上面計算發現,局部阻力較沿程阻力小很多,占15%左右,而通過大量計算也發現這樣一個問題,局部阻力始終只占總阻力的20%到10%之間,當然計算的前提條件是管長L=100m。
綜上計算的結果有:P=Py+Pj=1.6m+0.2m=1.8m水柱,以上P=1.8m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。
三、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,是設計人員不能回避的問題。
實際該社區的外網資用壓力為1.25m水柱左右,而地暖系統從分水器到集分水器就達1.8m水柱,再加上室內管網的水頭損失,若1.8m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運行,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60m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,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運行,是完全能保證系統正常供暖。
不妨作一個小的實例計算,若在10℃溫差條件下地暖阻力損失按5m水柱考慮,當在20℃溫差條件下運行時,流量要減小一半,此時壓力損失將由5m水柱減少到1.25m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,這就是為什麼不少用戶將自家散熱器取消而直接連接上地暖,而室內更暖、更舒適的原因,當然,高溫供水,大溫差運行是會有不良後果的,在此不作具體分析。
四、結論與展望
通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。