單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)在戶式供暖中的比較

1、單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)在戶式供暖中的比較北京市建筑設(shè)計研究院第三設(shè)計所王威摘要：根據(jù)現(xiàn)在戶式小型采暖爐供暖的特點，比較了單管水平系統(tǒng)和雙管水平系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性，穩(wěn)定性；對于不同的單管系統(tǒng)，由于各個房間的流經(jīng)順序不同，比較了散熱器的效率和片數(shù)。同時，也對于單管系統(tǒng)的跨越管旁通流量在設(shè)計中的比例進行了分析，得到了相關(guān)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：供暖單管系統(tǒng)雙管系統(tǒng)跨越管1. 問題概述隨著我國經(jīng)濟水平不斷提高，人民的居住環(huán)境也隨之不斷提高，居住者提出了更高的更為舒適的供暖要求。另一方面，能源問題也成為我國經(jīng)濟發(fā)展的制約，節(jié)約能源是我國的一項基本國策。對于建筑行業(yè)，供暖能耗是建筑能耗中的主要部分，可以說，控制好供暖能耗，

2、就可以有效的控制建筑能耗。因此，采取適當(dāng)?shù)墓┡到y(tǒng)，就成為控制能耗的關(guān)鍵。為了方便計量，現(xiàn)在比較常見的單元建筑，采取小型戶式采暖爐，獨立供暖系統(tǒng)。這樣做，目的是更好對各個單元進行獨立控制，單元（住戶）之間可以分別調(diào)節(jié)，互不影響，有效的避免了以前傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的垂直失調(diào)等問題。相對于每個單元，各個房間也是獨立調(diào)節(jié)的，同時每個房間的供暖要求是隨機的，因此，這種系統(tǒng)也要求有一定的可調(diào)節(jié)性和穩(wěn)定性。按照傳統(tǒng)的劃分方法，這種戶式供暖也可以分為單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)，以下就兩者的特點進行幾點比較。2. 單管和雙管系統(tǒng)的比較與樓宇的單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)連接形式相似，對于戶式系統(tǒng)，采用水平的單管串聯(lián)系統(tǒng)和雙管并聯(lián)系統(tǒng)

3、。兩者的優(yōu)勢與特點本文不再分析，這里先比較不帶跨越管的單管系統(tǒng)與雙管系統(tǒng)。一般講，雙管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性好。各個房間的散熱器均直接連接在戶式采暖爐的供回水管上，各散熱器并聯(lián)，各房間的供/回水溫度獨立，利于分別調(diào)節(jié)；單管水平串聯(lián)系統(tǒng)，由于各散熱器之間串聯(lián)連接，上游的散熱器的出口溫度影響下游的散熱器的入口溫度。在某一房間進行調(diào)節(jié)的時候，該房間散熱器的出口水溫也隨之發(fā)生變化，從而使其以后房間的供水溫度發(fā)生變化，即使下游房間的室內(nèi)負(fù)荷不變，也會造成散熱器的傳熱系數(shù)變化，從而改變供暖量，室溫也會發(fā)生變化，為了保持這個房間的溫度標(biāo)準(zhǔn)，就必須對相應(yīng)的散熱器進行調(diào)整。所以對于這種單管水平串聯(lián)系統(tǒng)，在負(fù)荷變化時，整體

4、的調(diào)節(jié)性較差，且在同一環(huán)路上的散熱器相互影響，使得室溫不穩(wěn)定。另一方面，由于單管系統(tǒng)的相互作用，熱負(fù)荷在水流上下游的分布，也影響了對散熱器片數(shù)。而相對于雙管系統(tǒng)，則不存在這樣的問題。單管系統(tǒng)鋪設(shè)時，相對于雙管系統(tǒng)可以僅采用一條干管，節(jié)省管才，但是有可能增加散熱器片數(shù)。為了便于對比說明，這里舉一個實際工程的情況，進行分析。該工程中，應(yīng)用的散熱器為銅鋁附和散熱器，根據(jù)廠商提供的散熱量計算公式為Q二6.82*AT1.296（10片）為了方便比較，對于單管和雙管系統(tǒng)，計算散熱器片數(shù)的相關(guān)系數(shù)，包括片數(shù)修正系數(shù)、連接方式修正系數(shù)、安裝形式修正系數(shù)，一律取做一致，取值為1。室內(nèi)溫度為20oC，戶式采暖爐供

5、水溫度為80C,回水溫度為60C。散熱器片數(shù)尾數(shù)取舍原則為：單管系統(tǒng)，上游（1/3），中游（1/3）及下游（1/3）散熱量數(shù)量計算尾數(shù)分別不超過所需散熱量的7.5%，5.0%及2.5%是可舍去，反之應(yīng)進位；雙管系統(tǒng)，但尾數(shù)散熱量不超過所需散熱量的5.0%時可舍去，大于或等于5.0%時應(yīng)進位。根據(jù)計算，實例中單元各個房間的熱負(fù)荷分別為886W，905W,1245W,3865W。由于單管系統(tǒng)的連接方式，使得上下游的散熱器進出水溫度不同，因此這里選取最有利的典型例子（工況A）,即較大的熱負(fù)荷設(shè)置在系統(tǒng)的上游，這樣做，可以使得較高溫度的熱水先經(jīng)過負(fù)荷大的房間，加大散熱器的傳熱系數(shù)，提高單片散熱器的散熱

6、量，以減少總的散熱器片數(shù)。而雙管水平系統(tǒng)無論如何布置，散熱器的總片數(shù)都是一定的。根據(jù)計算，單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)的比較見表1表1雙管系統(tǒng)與單管系統(tǒng)（工況A）比較項目熱負(fù)荷雙管系統(tǒng)單管系統(tǒng)單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單位WWC片WC片3865108.65035121.154311245108.65011100.24712905108.650891.74410886108.650884.74111從表1可以看到，對于這種比較有利于單管系統(tǒng)的布置方式，雙管系統(tǒng)的散熱器總片數(shù)為62片，而單管系統(tǒng)的散熱器總片數(shù)為64片。從散熱器片數(shù)分布來講，由于單管系統(tǒng)水平串聯(lián)，在上游區(qū)域，供水回水溫度

7、較高，使得與室內(nèi)溫度的溫差相對與雙管系統(tǒng)較大，因此，散熱器的傳熱系數(shù)大，單片散熱器的散熱效率高，散熱量大。相反在下游區(qū)域，供水回水溫度較低，使得溫差小，單片散熱器的散熱量小。在上游的房間，單管系統(tǒng)的散熱器片數(shù)少于雙管系統(tǒng)，而在下游，單管系統(tǒng)的散熱器片數(shù)多與雙管系統(tǒng)。兩者總體上單管系統(tǒng)略多于雙管系統(tǒng)。對比另一種單管系統(tǒng)的典型情況，即把負(fù)荷大的房間設(shè)置在系統(tǒng)的下游，筆者稱之為工況B。根據(jù)以上的計算條件，得到表2表2雙管系統(tǒng)與單管系統(tǒng)（工況B）比較項目熱負(fù)荷雙管系統(tǒng)單管系統(tǒng)單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單位WWoC片WoC片886108.6508133.7597905108.650

8、812665011117.153113865108.6503596.34640根據(jù)以上表2分析，雙管系統(tǒng)工況不變，而單管系統(tǒng)，由于水流最后流過負(fù)荷較大的房間，使得散熱器的傳熱系數(shù)減少，單片散熱器的散熱量減少，散熱器片數(shù)增加很多。相對于工況A,熱負(fù)荷最大的房間在系統(tǒng)上游時采用31片散熱器，在系統(tǒng)下游采用40片散熱器，增加了29%?？傮w上，增加不多，為65片。比雙管系統(tǒng)增加5%。產(chǎn)生這個變化的原因是，雖然整體單元的熱負(fù)荷相同，但是由于單管系統(tǒng)的散熱器布置順序不同，使得高溫?zé)崴攘鬟^負(fù)荷低的房間，而較低溫度的熱水流過負(fù)荷高的房間，這樣，在負(fù)荷高的房間，散熱器的平均溫差小，傳

9、熱效率低，不得不以增加散熱器片數(shù)來彌補較高的散熱量需要。這一點，將隨著單元各個房間的熱負(fù)荷相差懸殊和供水回水溫度增大而加劇。3. 單管系統(tǒng)加跨越管設(shè)計分析單管系統(tǒng)為了便于調(diào)節(jié)，設(shè)置了連接在供水和回水管之間的跨越管?？缭焦芤话悴捎帽雀晒苄∫惶柕墓軓?，在設(shè)計散熱器片數(shù)時，應(yīng)該按照熱水完全流經(jīng)散熱器選擇，即跨越管中的旁通流量為0。這是因為，在設(shè)計中，如果考慮了旁通水量，相對于水流全部經(jīng)過散熱器的工況，流經(jīng)散熱器的流量變小，在供水溫度不變的情況下，出水溫度低于沒有跨越管的工況，與室內(nèi)的溫差減少，這樣必將增大散熱器片數(shù)以達到供暖要求。因此，在考慮跨越管流量的設(shè)計工況中，散熱器的片數(shù)一定大于水流完全流經(jīng)散

10、熱器的設(shè)計片數(shù)，造成不必要的浪費。根據(jù)以上的分析，可以以同一種房間熱負(fù)荷條件計算兩個工況，工況B同以上分析，是不計算跨越管的流量的；工況C，考慮跨越管的旁通因素，并且設(shè)定旁通的比例為30%,即全部水流的70%流經(jīng)散熱器。計算得到表3表3單管系統(tǒng)工況B（跨越管流量為0）與工況C（跨越管流量為30%）比較項目熱負(fù)荷工況B（跨越管0）工況C（跨越管30%）單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單位WWoC片WoC片886133.7597132.1587905126.1567124.45671245117.15311114.95211386596.3464089.84343從表中可以看到，當(dāng)

11、流量30%旁通的時候，散熱器與室內(nèi)溫差減小，傳熱系數(shù)變小，單片散熱器的散熱量減少，片數(shù)增加。為了更加說明這一變化，再次選取跨越管流量是50%的工況，稱為工況D，進行比較。見表4表4單管系統(tǒng)工況C（跨越管流量為30%）與工況D（跨越管流量為50%）比較項目熱負(fù)荷工況C（跨越管30%）工況D（跨越管50%）單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單片散熱量、/曰辛.片數(shù)單位WWoC片WoC片886132.1587129.9577905124.4567122.35571245114.95211111.95111386589.8434381.34047另一方面，在采暖設(shè)計中，參照的室內(nèi)熱負(fù)荷是根據(jù)設(shè)計日計算的，從某種

12、意義上講是最大供暖條件下的參數(shù)，是最不利的。而增加跨越管的目的是為了在非設(shè)計日，也就是需要的供暖不是最大工況的條件時進行調(diào)節(jié)。因此，在單管帶跨越管系統(tǒng)中，在非設(shè)計日調(diào)節(jié)時，只能是把旁通流量增大，這個調(diào)節(jié)是單向的。即實際工況所需的供暖量越小，則跨越管的旁通流量越大，流經(jīng)散熱器的流量越小。如果考慮跨越管的旁通水量進行設(shè)計，則在以后的非設(shè)計日調(diào)節(jié)中只能增大旁通流量，這樣不僅無法實現(xiàn)低于設(shè)計旁通流量的水流，而且降低了旁通管的調(diào)節(jié)范圍。以上面的30%旁通量為例，如果設(shè)計時按照這個比例來選取散熱器片數(shù)，不僅在其他非設(shè)計日時，無法實現(xiàn)低于30%的旁通流量（一旦實現(xiàn)，就說明出現(xiàn)了比設(shè)計日需求更大的供熱量），而且把原來跨越管的旁通調(diào)節(jié)范圍從0-100%減少到30%-100%，顯然，這是不合理的，因此，在設(shè)計中，應(yīng)不計算旁通管的流量。4. 小結(jié)通過以上分析，可以看到對于戶式采暖爐水平系統(tǒng)，雙管系統(tǒng)的散熱器布置與熱水流向無關(guān)，系統(tǒng)穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，但是要多敷設(shè)一條回水干管。而單管系統(tǒng)，由于上游對下游的影響，因此，散熱器的片數(shù)分布是不同的，應(yīng)盡量使得