摘要： 本文主要討論了計(jì)量收費(fèi)后單管跨越式供暖系統(tǒng)的特性、分流系數(shù)的影響以及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，并提出了一些設(shè)計(jì)新概念。實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量收費(fèi)后，供熱系統(tǒng)增加了可調(diào)性，各個(gè)散熱器和用戶(hù)安裝了溫控閥。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要，隨時(shí)調(diào)節(jié)散熱裝置的散熱量。供熱系統(tǒng)的基本情況發(fā)生了變化，因此應(yīng)對(duì)原來(lái)的供熱設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行修正，以適用熱計(jì)量收費(fèi)后的新情況。

關(guān)鍵詞： 計(jì)量收費(fèi) 單管跨越系統(tǒng) 分流系數(shù) 供回水參數(shù)

 

1 單管跨越系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

室內(nèi)單管采暖系統(tǒng)改造方案是指在現(xiàn)有的單管順流式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在各層散熱器的供回水間增加跨越管，散熱器供水支管上安裝溫控閥，由此構(gòu)成新的垂直串連單管跨越式系統(tǒng)。這種安裝跨越管和溫控閥的辦法同樣適用于單管形式的新建系統(tǒng)。其中，跨越管分流系數(shù)對(duì)于系統(tǒng)整體特性的影響較大，是問(wèn)題的核心。

1.1 分流系數(shù)的選擇對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性的影響

分流系統(tǒng)的大小直接影響流入散熱器流量的大小、進(jìn)出口溫差，進(jìn)而影響散熱器的調(diào)節(jié)特性。圖1顯示了隨分流系數(shù)變化，散熱器相對(duì)流量和相對(duì)熱量之間的關(guān)系。（橫軸為相對(duì)流量）

圖1分流系數(shù)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的影響 　 表1 在不同的分流系數(shù)下6個(gè)房間所需的散熱器片數(shù) 分流系數(shù) 90% 80% 70% 50% 30% 10% 散熱器片數(shù) 120 89 81 76 74 74

從圖中可以看出，分流系數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響是非線性的。隨著分流系數(shù)的增加，散熱器調(diào)節(jié)特性逐漸向線性逼近。但是，為了使室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，室內(nèi)設(shè)計(jì)散熱器片數(shù)要隨分流系數(shù)增加而增多。如表1所示某一建筑6個(gè)房間在不同分流系數(shù)下所需散熱器的片數(shù)。

1.2 單管順流改造成跨越管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

最有代表性的單管系統(tǒng)改造是加分流系數(shù)為70%的跨越管。如圖2所示一實(shí)例，五層住宅的立管上有五組散熱器，原來(lái)為單管順流系統(tǒng)，現(xiàn)在改造為單管跨越系統(tǒng)。各個(gè)參數(shù)如表2、3所示。我們根據(jù)加跨越管后系統(tǒng)流量的變化、散熱器散熱量的變化情況等性質(zhì)分別討論單管跨越系統(tǒng)的系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)問(wèn)題。

表2 各個(gè)房間熱負(fù)荷 樓層 1 2 3 4 5 圍護(hù)傳熱系數(shù)W/℃ 55.29 53.04 53.85 53.85 59.12 房間熱負(fù)荷W 1492.83 1432.08 1453.95 1453.95 1596.24

1.2.1 加跨越管后系統(tǒng)阻力的變化

表3 改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 室外設(shè)計(jì)溫度 室內(nèi)計(jì)算溫度 供水溫度 回水溫度 分流系數(shù) -9℃ 18℃ 95℃ 70℃ 0.31

如圖3加跨越管后，管路的總阻力系數(shù)發(fā)生了變化，設(shè)為S。設(shè)S₁為散熱器一側(cè)阻力數(shù)，S₂為旁通管一側(cè)的阻力數(shù)。則有：

表4 旁通前后阻力變化 管段號(hào) 流量Kg/h 長(zhǎng)度m 管徑mm 總壓降Pa 阻力數(shù)Pa/(m3/h)2 總阻力數(shù)Pa/(m3/h)2 溫降℃ 1 194.13 1 20 76.62 2033.081 1173 20.9 2 61.43 2 20 76.59 20296.48 1 255.56 2 20 323.4 4952.009 4952 5.02

表4為計(jì)算所得的數(shù)值。其中，1’為原單管順流系統(tǒng)的管段。1和2是單管跨越系統(tǒng)中的散熱器管段和旁通管段。2管段的長(zhǎng)度為2m，1管段的長(zhǎng)度為1m?？梢钥闯黾涌缭焦芎螅枇?shù)和壓降都減少到原來(lái)的23.69%。從一個(gè)計(jì)算單元推廣到整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)阻力減少到原來(lái)的25%左右。

1.2.2 加跨越管后散熱器散熱量的變化

加跨越管后，散熱器流量減少，出口溫度降低，導(dǎo)致散熱量降低。但是散熱器的供回水溫差加大，抵消了部分流量減少所帶來(lái)的散熱量減少。從圖4中各樓層散熱量的變化可以看出：在設(shè)計(jì)工況下，加設(shè)跨越管，散熱器的水流量減少了70%，可是散熱量最多也只降低了8%。其原因主要是因?yàn)檫M(jìn)出口水溫的大溫差彌補(bǔ)了因?yàn)樗髁康拇罅繙p少而降低的熱量散失。

圖4 加裝跨越管后，各層散熱器散熱量變化

1.2.3 加跨越管后室內(nèi)溫度的變化

根據(jù)散熱量的變化來(lái)計(jì)算各層室內(nèi)溫度。原設(shè)計(jì)室內(nèi)溫度為18℃，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改造后各層溫度都在16.5℃左右，全都不符合標(biāo)準(zhǔn)，偏離室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度近2℃。

表5 改造后室內(nèi)溫度（在改造前散熱面積和流量富余量不同的條件下）

1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1.12 1.00 16.34 16.59 17.08 17.31 17.50 17.85 18.20 1.50 17.03 17.41 17.78 18.15 18.51 18.87 19.22 2.00 17.46 17.83 18.20 18.57 18.94 19.20 19.45

目前實(shí)際在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都偏于保守，設(shè)計(jì)散熱面積偏大，而且運(yùn)行單位也一般采用大流量運(yùn)行，因此現(xiàn)在較為保守的散熱器設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)散熱量的輕微減少而保證室溫達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由表5表示了在大于設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)面積的條件下，增加分流系數(shù)70%的跨越管后，室內(nèi)溫度的變化情況?？梢钥闯觯?dāng)實(shí)際散熱面積超過(guò)理論設(shè)計(jì)面積的10%以上，即使系統(tǒng)循環(huán)水量不變，改造后的室內(nèi)溫度也可以滿(mǎn)足要求。

1.2.4 加跨越管后同程系統(tǒng)的穩(wěn)定性

單管順流加跨越管后，系統(tǒng)的流通面積大大提高。根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的水力計(jì)算，跨越安裝前后立管阻力會(huì)減少80%以上。立管阻力過(guò)小，會(huì)造成嚴(yán)重的水平失調(diào)現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的校核計(jì)算。

1.3 單管跨越管系統(tǒng)的新建設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)計(jì)量收費(fèi)之后，系統(tǒng)必須具備可調(diào)節(jié)性，雙管系統(tǒng)調(diào)節(jié)性?xún)?yōu)于單管系統(tǒng)。但是單管系統(tǒng)占用空間少，管道簡(jiǎn)單，適用性較廣。如圖5，左邊系統(tǒng)入戶(hù)干管布置在天花板下，各組散熱器順次連接，可以避免系統(tǒng)管道過(guò)門(mén)。右面系統(tǒng)管道可以布置在下一層天花板上，或埋入用戶(hù)水泥墊層內(nèi)，管道布置簡(jiǎn)單美觀。從經(jīng)濟(jì)上分析，雖然散熱器片數(shù)比雙管系統(tǒng)要多，但是少使用了一根管道，所以總體造價(jià)少。

圖5 單管跨越系統(tǒng)室內(nèi)布置圖

1.3.1 跨越管管徑的選擇

對(duì)跨越管管徑的選擇有兩種意見(jiàn)，一種認(rèn)為應(yīng)該比散熱器支路管徑小一號(hào)，一種認(rèn)為兩者的管徑應(yīng)該保持一致。使用不等溫降進(jìn)行分析計(jì)算，觀察這兩種方案下的散熱器溫降。

表7 調(diào)整管徑滿(mǎn)足不同負(fù)荷 房間編號(hào) 1 2 3 4 5 20（同號(hào)） 19.45 18.7 37.88 18.95 20.8 調(diào)整后的溫降 19.45 18.7 22.15 18.95 20.8 表6負(fù)荷如表2時(shí)不同方案下散熱器溫降 跨越管管徑 1 2 3 4 5 15（小一號(hào)） 13.6 13.05 13.25 13.25 14.55 20（同號(hào)） 21.6 20.7 21 21 23.1

通過(guò)計(jì)算，如表6，可以看出小一號(hào)選擇的溫降小，這會(huì)使散熱器流量變大（與其他分流系數(shù)情況比較），熱調(diào)節(jié)特性不好。而選擇同管徑，其溫降合適，調(diào)節(jié)特性改善。負(fù)荷同時(shí)增加或減少時(shí)，各散熱器的溫降不變，仍然使用同號(hào)管徑最合適。

當(dāng)部分散熱器負(fù)荷改變（如第三組熱負(fù)荷增加一倍），若仍按同管徑設(shè)計(jì)，各個(gè)散熱器溫降如表7第一列所示，第三組散熱器溫降過(guò)大。所以，對(duì)于第三組散熱器必須選擇小一號(hào)的旁通管。調(diào)整后，溫降如下表第二行所示。

因此，對(duì)于實(shí)際設(shè)計(jì)而言，選擇什么樣的跨越管管徑，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析。

1.3.2 溫控閥選擇

目前溫控閥有兩種形式，一種是普通的高阻力閥門(mén)，一種是新興的低阻力單管用溫控閥。選擇的標(biāo)準(zhǔn)是看是否滿(mǎn)足阻力和溫降的要求。

表8 使用高阻力溫控閥散熱器溫降 房間編號(hào) 1 2 3 4 5 負(fù)荷一致 25.8 24.7 25.1 25.1 27.5 負(fù)荷不一致 21.55 20.7 42 21 23

當(dāng)負(fù)荷不一致，即同一立管上各組散熱器熱負(fù)荷相差很大，如表7中負(fù)荷大于其他散熱器一倍的散熱器3選擇同號(hào)管徑的溫降為37.88℃。而如表8，選擇溫控閥系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于單管系統(tǒng)，盡量使用低阻力單管用溫控閥是必要的。

2 室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的選擇

實(shí)現(xiàn)計(jì)量收費(fèi)后，供熱系統(tǒng)要滿(mǎn)足用戶(hù)的各種調(diào)節(jié)需要，對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的選擇，現(xiàn)在有兩種觀點(diǎn)，一種是應(yīng)該提高室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，以滿(mǎn)足用戶(hù)的調(diào)節(jié)要求。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為不需改變，不同用熱量的要求可以通過(guò)流量的變化來(lái)彌補(bǔ)調(diào)節(jié)。

從滿(mǎn)足用熱要求的角度來(lái)考慮，作為大多數(shù)的乙類(lèi)住宅，供熱系統(tǒng)保證的室內(nèi)溫度為18℃，最高時(shí)可達(dá)21℃，這是所有供熱用戶(hù)都在使用時(shí)的情況。實(shí)際上，還存在大量和用戶(hù)作息時(shí)間相反的公共建筑，例如學(xué)校以及一些社區(qū)服務(wù)機(jī)構(gòu)。同時(shí)，計(jì)量收費(fèi)后，用戶(hù)自己控制熱量消耗，為了節(jié)省費(fèi)用，常常只打開(kāi)部分房間的散熱器。而且即使用戶(hù)打開(kāi)自己房間內(nèi)所有的散熱器，也不一定就要求每個(gè)房間室內(nèi)溫度都在18℃以上（例如廚房、衛(wèi)生間和儲(chǔ)藏室等）。這樣不需要正常供熱的用戶(hù)的流量會(huì)向其他需要正常供熱的用戶(hù)分配，而分配的數(shù)量和外網(wǎng)和用戶(hù)的水力特性有關(guān)。假若散熱器流量能增加2倍，室內(nèi)溫度可以提高3℃左右。采用增大系統(tǒng)循環(huán)流量和這種用戶(hù)之間的流量互補(bǔ)現(xiàn)象，可以滿(mǎn)足用戶(hù)的部分需要。但是為了系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)考慮，可以根據(jù)熱網(wǎng)熱用戶(hù)的用熱時(shí)間特征，提高設(shè)計(jì)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度1-2℃，

從恢復(fù)室內(nèi)溫度的時(shí)間來(lái)考慮。當(dāng)在不同時(shí)間段內(nèi)設(shè)定不同室內(nèi)溫度時(shí)，例如上班時(shí)家中溫度設(shè)定為10℃，下班后希望升到18℃，此時(shí)必須考慮室內(nèi)溫度的恢復(fù)時(shí)間。在不同的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度情況下（周?chē)块g的溫度為18℃，墻體為普通內(nèi)墻），30分鐘內(nèi)室內(nèi)空氣溫度都能恢復(fù)到15-16℃左右，并且恢復(fù)時(shí)間相差不大。這主要由于室內(nèi)空氣的熱容較小，升溫速度比較快，而家具墻壁等固態(tài)密實(shí)物體的升溫比較慢。所以完全恢復(fù)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可能需要2-3個(gè)小時(shí)，而恢復(fù)到15-16℃的只需要半個(gè)小時(shí)。當(dāng)然原室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度選取的越高，恢復(fù)到18℃室內(nèi)溫度所需要的時(shí)間就越短。所以適當(dāng)提高室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可以加快室內(nèi)溫度的恢復(fù)到18℃左右的速度。

以上提到可以適當(dāng)提高室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度以滿(mǎn)足計(jì)量收費(fèi)的新情況。但是如果一味的提高室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度必將造成系統(tǒng)初投資的大量增加，所以應(yīng)該按照系統(tǒng)的實(shí)際情況選擇室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。

3 供回水參數(shù)的選擇

供熱系統(tǒng)沿用供回水溫度95/70℃的設(shè)計(jì)模式多年，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)供水溫度一般不超過(guò)80℃。對(duì)于這種情況，有人認(rèn)為設(shè)計(jì)溫度不應(yīng)選擇95/70℃，不僅浪費(fèi)能源，而且造成輸配系統(tǒng)的熱損失增加，應(yīng)該選擇75/50℃左右的溫度作為熱媒設(shè)計(jì)參數(shù)。另外，還有人認(rèn)為應(yīng)該降低回水溫度以提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 供水溫度的降低對(duì)系統(tǒng)的影響

表9和圖6顯示了供回水溫度降低對(duì)散熱器片數(shù)和系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的影響?？梢钥闯觯档凸┗厮疁囟?，對(duì)散熱器的調(diào)節(jié)特性改善很有限，并且是以增加系統(tǒng)初投資即散熱器片數(shù)為代價(jià)的。同時(shí)，對(duì)于現(xiàn)在的低溫運(yùn)行情況，是由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、過(guò)分保守的設(shè)計(jì)造成的，和設(shè)計(jì)參數(shù)無(wú)關(guān)。至于輸送熱消耗的問(wèn)題，完全和系統(tǒng)管理以及維護(hù)水平有關(guān)。所以，降低供回水溫度沒(méi)有必要。

3.2 降低回水溫度對(duì)系統(tǒng)的影響

如果系統(tǒng)采取大流量運(yùn)行會(huì)使運(yùn)行效率低下。因此，為了使系統(tǒng)高效運(yùn)行，增大供回水設(shè)計(jì)溫度，采用小流量運(yùn)行比較可行。

表9 不同供回水溫度時(shí)散熱器片數(shù)(熱負(fù)荷1500W)

供水溫度（℃） 95 85 75 65 回水溫度（℃） 70 60 50 40 四柱散熱器片數(shù) 9 11 14 18 　 圖6 供回水溫度對(duì)散熱器調(diào)節(jié)性能的影響

4 結(jié)束語(yǔ)

供熱計(jì)量收費(fèi)是一項(xiàng)新興的政策，它對(duì)供熱系統(tǒng)提出了許多新的問(wèn)題。其中，對(duì)原系統(tǒng)的改造是一個(gè)重要部分，許多問(wèn)題都比較復(fù)雜煩瑣，本篇主要分析了單管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改造，真正要把供熱計(jì)量收費(fèi)工作作好，還需要進(jìn)一步通過(guò)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解決，使新的系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足計(jì)量收費(fèi)的要求。