摘要:本文分析了新雙管系統與傳統雙管系統的不同，提出了確定新雙管系統平均比摩阻聯值的方法，并通過水力計算，確定并驗證了新雙管系統中立管與水平支路的平均比摩阻的取值，為新雙管系統水力設計計算提供參考。

關鍵詞　　自然循環作用壓力；水力平衡；恒溫閥預設值；不平衡率

一、引言
　　
　　新雙管系統又稱雙－雙管系統，其水平支管連接用戶室內的散熱器，各層水平支路阻力遠大于傳統雙管系統的各層支管阻力，自然循環作用相對減弱，各層水平支路的不平衡率相對較小，垂直失調狀況得到改善。在新雙管系統設計時，　各層水平支路的平均比摩阻應較大，使水平支路的阻力盡量大，立管的平均比摩阻較小，使立管阻力盡量小。
　　
二、新雙管系統平均比摩阻取值的確定方法
　　
　　在新雙管系統水力計算中，考慮自然循環作用壓力的影響，天津市集中供熱住宅計量供熱設計規程規定，自然循環作用壓力按其值的1/2～2/3范圍取值，本文的計算是按2/3取值。
　　平均比摩阻取值要滿足系統平衡的要求，在雙管系統水力計算中，我們判斷系統平衡的標準為：
　　（1）各層水平支路的各恒溫閥預設值大多數不小于3。
　　大目前國內的熱水水質條件下，閥門開度過低，在系統調試階段，容易造成恒溫閥的堵塞。同時，閥門開度過低，很可能產生噪聲，并且對閥門本身造成損害。因此推薦恒溫閥預設值不小于3。對于個別值為2或1的情況，是因為其散熱器的熱負荷較小，也即流量較小而造成的，這種情況有時是不可避免的。為了使恒溫閥保持良好的工作狀態，可以將其預設值調至3或以上，剩余的壓降可依靠加設手動閥門來承擔。
　　最不利環路與其它并聯環路之間的平衡率不大于15%。
　　不平衡率的計算方法如下：
　　　　　　　　　
　　式中：ΔP1----第一層水平支路的阻力，Pa;
　　　　　Δ_Pn----第n層水平支路的阻力，Pa；
　　　　　ΔP_Zn----第n層水平支路的自然循環作用壓力，Pa；
　　　　　ΔP_Ln----第一層與第n層之間的立管阻力，Pa。
　　
三、新雙管系統平均比摩阻取值的確定
　　
　　 以實際工程為例，此工程的基本參數為：
　　（1）層數16；層高3m；每層水平支路散熱器5組；室內系統管材為鋁復合管；
　　（2）立管為下供下回式；室內系統為異程式；設計供回水溫度95℃/70℃。
　　通過設定不同的立管和各層水平支路的平均比摩阻，來比較不同取值對系統平衡的影響程度，以確定合理的平均比摩阻。在計算過程中，兩者分別按下面三種情況取值；
　　（1）立管平均比摩阻R₁=≤40， ≤80， ≤120(Pa/m)
　　（2）各層水平支咱平均比摩阻R_sh=≤60，≤120，≤200(Pa/m)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 水力計算結果(R₁≤40Pa/m，R_sh≤Pa/m)

樓層數 不考慮自然循環作用每層環路阻力(Pa) 考慮自然循環作用每層環路阻力(Pa) 每層環路的恒溫閥需要消耗眒的壓差(Pa)
1 2 3 4 5 每層環路的恒溫閥預設值
　H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
(%) 一層 9974 5322 2291，1310， 1053，639，596 4， 5， 6， 7， 7 　 三層 9508 5476 3224，2467， 2312，1951，1912 2， 4， 4， 5， 5 3.1 五層 9157 5745 3224，2467， 2312，1951，1912 2， 4， 4， 5， 4 7.8 七層 8309 5517 3265，2508， 2353，1992，1953 2， 4， 4， 5， 5 .8 九層 7740 5568 3317，2559， 2404，2044，2005 2， 4， 4， 5， 5 5.0 十一層 7076 5525 3273，2516， 2361，2000，1961 2， 4， 4， 5， 5 4.9 十三層 6737 5807 3555，2798， 2643，2282，2243 2， 4， 4， 5， 4 8.9 十五層 6269 5959 3707，2950， 2795，2434，2395 2， 4， 4， 5， 4 11.6

　　　　　　　　　　　　　　　　表2 不同立管平均比摩阻的水力計算結果比較(R_sh≤120Pa/m)

樓層數 Rt≤40Pa/m Rt≤80Pa/m Rt≤120Pa/m 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
（%） 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
（%） 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
（%） 一層 4，5，6，7，7 - 1，2，3，4，4 - 1，2，2，3，2 - 三層 2，4，4，5，5 3.1 1，2，2，4，3 4.6 1，2，2，2，2 17.5 五層 2，4，4，5，4 7.8 1，2，2，4，3 1.3 1，2，2，3，2 -2.1 七層 2，4，4，5，5 3.8 1，2，3，4，4 3.8 1，2，2，4，2 -7.3 九層 2，4，4，5，5 5.0 1，2，3，4，4 1.3 1，2，2，4，3 -11.7 十一層 2，4，4，5，5 4.9 1，2，3，4，4 1.3 1，2，2，4，3 -19.7 十三層 2，4，4，5，4 8.9 1，3，4，4，4 12.4 1，2，3，4，4 -16.3 十五層 2，4，4，5，4 11.6 1，3，4，4，4 10.4 1，3，4，4，4 -5.9

　　　　　　　　　　　　　　表3 不同立管平均比摩阻的水力計算結果比較(R_sh≤60Pa/m)

樓層數 Rt≤40Pa/m Rt≤80Pa/m Rt≤120Pa/m 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
（%） 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
（%） 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 不平衡率
（%） 一層 4，5，6，6，7 - 1，2，3，4，4 - 1，2，2，3，2 - 三層 3，4，4，6，5 2.1 1，2，2，4，3 0.2 1，2，2，2，2 13.8 五層 2，4，4，6，5 7.6 1，2，3，4，4 5.5 1，2，2，3，2 -2.2 七層 2，4，4，6，5 2.9 1，2，3，4，4 1.1 1，2，2，4，3 -12.1 九層 2，4，4，6，5 3.2 1，3，4，4，4 16.2 1，2，2，4，3 -16.7 十一層 2，4，4，6，5 3.0 1，3，4，4，4 15.6 1，2，3，4，4 -14.7 十三層 2，4，4，6，5 8.9 1，4，4，5，4 7.9 1，2，3，4，4 -1.9 十五層 2，4，4，5，5 12.1 1，4，4，5，4 5.8 1，4，4，5，4 -10.7

　　1.立管平均比摩阻取值比較
　　由表1、表2、表3可以看出，立管平均比摩阻如按40Pa/m取值，第一層與各層水平環路之間的不平衡率基本上都小于10%，同時恒溫閥預設值的設定比較合理，說明立管平均比摩阻取40 Pa/m是適合的。對于按80 Pa/m和120 Pa/m取值，系統的不平衡率和恒溫閥預設值的設定都不太理想。
　　經計算，立管平均比摩阻如按80 Pa/m或120 Pa/m取值（R_sh≤120Pa/m），各層水平支路的阻力相差很大，第一層與頂層的阻力差值為3926 Pa或6996 Pa，這說明立管阻力與自然循環作用壓力不能相互抵消，立管阻力大于自然循環作用壓力，第一層水平支路恒溫閥需要承擔更大的剩余壓頭，才能保持系統平衡。對于立管平均比摩阻按40 Pa/m取值（R_sh≤120），各層水平支路的阻力相差不大（見表1），第一層比頂層阻力差值僅小783 Pa，立管阻力與自然循環作用壓力可近似抵消。由于立管阻力小于自然循環作用壓力，當適當增大立管平均比摩阻時，立管阻力亦增大，與自然循環作用壓力逐漸接近，直至相互抵消，此時系統平衡性最好。若立管平均比摩阻繼續增大，而且建筑下面幾層（如第2和第3層）水平支路恒溫閥因承擔過大的剩余壓頭而預設值過小時，立管平均比摩阻的取值將不再適合。經計算分析可知，立管平均比摩阻的取值范圍為30～60 Pa/m。
　　以上是各層水平支路采取異程式形式時的情況，水平支路如為同程式，則每層用戶各恒溫閥所承擔的剩余壓頭相差不大，經計算，其值與異程式中第三個恒溫閥消耗的壓差值對應相似，小于各層的最近環路即第一個恒溫閥所消耗的壓差值。因此其恒溫閥預設值在R_l≤80Pa/m時，仍然可以基本滿足不小于3的要求，同時不平衡率也基本小于15%。經驗證，對于各層水平支路為同程式形式，立管平衡比摩阻的取值范圍為30～90 Pa/m。

　2．各層水平支路平均比摩阻比較
　　在立管平均比摩阻R_l≤40Pa/m的情況下，比較各層水平支路平均比摩阻不同取值的水力計算結果（見表2和表3）。對于R_sh≤200 Pa/m的水力計算結果，由于其與R_sh≤200 Pa/m的各管段計算管徑相同，各層阻力、不平衡率及恒溫閥預設值均相同，所以未列出。由表可以看出，R_sh≤120 Pa/m（或R_sh≤200 Pa/m）和R_sh≤600 Pa/m時，系統基本上滿足平衡條件。兩者不同之處在于前者的各層水平支路的資用壓力較大。
　　考慮此系統的各用戶散熱器組數（5組）較少，熱負荷較小，第一層、中間層和頂層用戶的熱負荷分別為5285W、4535W和5774W，無法對R_sh≤120 Pa/m和R_sh≤200 Pa/m的水力計算結果進行比較。我們假設一個各層10組散熱器的同程式系統，對其在R_sh≤60 Pa/m和不同的水平支路平均比摩阻下進行水力計算，結果見表4和表5。

　　　　　　　表4　不同的水平支路平均比摩阻的水力計算結果（恒溫閥預設值）比較（R_sh≤60 Pa/m） 樓層數 R_sh≤60 Pa/m R_sh≤120 Pa/m R_sh≤200 Pa/m 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 恒溫閥的預設值
H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 一層 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 三層 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 五層 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 七層 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 九層 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 十一層 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 十三層 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 十五層 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

　　　　　　　　　　　　表5 不同的不平支路平均比摩阻的水力計算結果（不平衡率R_l≤60 Pa/m）比較

樓層數 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（%） 一層 - - - 三層 0.2 1.1 0.1 五層 -8.2 -6.9 2.9 七層 12.1 1.2 0.3 九層 -12.2 1.2 0.3 十一層 -14.1 -0.6 -1.1 十三層 -17.5 -3.9 1.8 十五層 -20.6 -6.8 -0.4

　　注：計算選用丹佛期恒溫閥
　　由表4，三個不同的水平支路平均比摩阻計算得出的各層恒溫閥預設值不小于3的最小比率為：R_sh≤60 Pa/m ：40%；R_sh≤120 Pa/m ：60%；R_sh≤200 Pa/m：60%。R_sh≤120 Pa/m和R_sh≤200 Pa/m的恒溫閥預設值整體上比R_sh≤60Pa/m更符合不小于3的要求。由表5可知，R_sh≤200 Pa/m的不平衡率最小，R_sh≤120 Pa/m次之，兩者均滿足不平衡率小于15%的要求，R_sh≤600 Pa/m的不平衡率較大。不平衡率的不同是由于三者的第一層水平支路的阻力（即系統的資用壓力）不同，R_sh≤200 Pa/m的系統資用壓力為13704Pa，分別是R_sh≤600 Pa/m和R_sh≤120 Pa/m的系統資用壓力的144%和130%，由不平衡率計算公式，R_sh≤200 Pa/m的不平衡率應最小。經驗證，各層水平支路平衡比摩阻應按小于200 Pa/m取值。
　　
四．結論
　　
　　在新雙管系統的設計中，立管平均比摩阻的取值，應在保護系統平衡的前提下使立管阻力盡量小，對于各層水平支路為同程式形式，宜為30～90 Pa/m；對于各層水平支路為異程式形式，宜為30～60 Pa/m。各層水平支路平均比摩阻應在保持系統平衡的前提下使水平支路阻力盡量大，宜按小于200 Pa/m取值。
　　
參考文獻
　　
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　　3．石兆玉，供熱系統運行調節與控制，清華大學出版社，1994，1
　　4．王曉霞，分戶水平式供暖系統減輕豎向失調的水力計算方法，暖通空調，2001，6