供暖系統(tǒng)散熱面積偏大及其影響

1、PAGE PAGE 5刊于建筑設(shè)備1988年1期供暖系統(tǒng)散熱面積偏大及其影響北京市建筑設(shè)計院 張錫虎一、值得重視的一種普遍現(xiàn)象供暖系統(tǒng)中散熱面積偏大，是較為普遍的現(xiàn)象。北京地區(qū)室外采暖計算溫度為-9，在此條件下供暖系統(tǒng)的設(shè)計水溫為：供水95，回水70。根據(jù)多年以來運行經(jīng)驗，當(dāng)室外溫度到達-9時，保證室內(nèi)溫度18，小區(qū)集中鍋爐房的實際運行參數(shù)一般只要7055，只相當(dāng)于設(shè)計供熱量的70。這并非水溫?zé)簧先?，而是沒有必要。北京市建筑設(shè)計院內(nèi)的城市熱網(wǎng)的熱交換站，在嚴(yán)寒期間，內(nèi)部供暖系統(tǒng)的運行水溫最高為6555，6萬多平方米的供暖建筑，室溫大部分可以達到1820，只相當(dāng)于設(shè)計供熱量的60。多年以來所實

2、行的“低溫連續(xù)供暖”，住戶很舒適，也取得了明顯的節(jié)能效益。但是，從另一角度看，也說明了散熱器的利用效率是較低的。散熱面積偏大，除了浪費金屬、提高建筑造價之外，對于供暖系統(tǒng)本身的均勻性，是有利還是不利？需要加以分析。五層及以上的建筑物，大多采用單管順序式供暖系統(tǒng)。北京市建筑設(shè)計院曾于1981年冬季，結(jié)合對高層建筑供暖系統(tǒng)熱工性能的調(diào)查，測定和分析了單管順序式供暖系統(tǒng)在垂直方向的室溫狀況，發(fā)現(xiàn)了如下規(guī)律：室溫隨水流動方向遞減，上游室溫高、下游室溫低。上行下給式系統(tǒng)上層室溫高、底層室溫低。下行上給式系統(tǒng)則相反，底層室溫高、上層室溫低。其偏差的幅度，在流量正常、系統(tǒng)和運行沒有特殊缺陷的情況下，一般為4

3、左右。在有不保溫的干管在室內(nèi)通過的房間，則還要比相鄰的上下層房間高12甚至更多。由于單管順序式供暖系統(tǒng)房間的個別調(diào)節(jié)手段還不夠有效，勢必有一部分房間過熱，既不舒適，又浪費能源。單管順序式供暖系統(tǒng)出現(xiàn)垂直方向溫度偏差的規(guī)律，廣大住戶似乎也深有所感。單管順序式系統(tǒng)沿垂直方向溫度偏差的主要原因，實際上是由于供暖系統(tǒng)中散熱面積偏大所造成的。具體的說，是由于水在流動過程中的實際冷卻程度同計算溫降條件的差異。差異越大，垂直溫度偏差越大。因此，散熱面積偏大這種表面上看來似乎是提高設(shè)計安全度的因素，卻起到了使室溫均勻性變差的相反效果。二、散熱面積偏大對垂直溫度偏差的定量分析在單管順序式供暖系統(tǒng)中，當(dāng)各層散熱面

4、積均勻增大的情況下，造成水流方向的室溫偏差，可作以下定量分析。設(shè)k、f為散熱器的傳熱系數(shù)和面積，K、F為房間圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)和面積。則散熱器放熱和房間熱損失的一般熱平衡方程，可以表達為下式： （1）或： （2）在既定條件下，（kf）/（KF）為常數(shù)，可用C來表示。如忽略水溫對散熱器傳熱系數(shù)k的影響，式（2）經(jīng)移項，可得室溫隨水溫變化的一般關(guān)系式為： （3）以六層系統(tǒng)為例，且近似認(rèn)為各層的熱量相等，沿垂直方向兩端房間的C值可根據(jù)式（2）求出： （4） （5）當(dāng)流量不變，散熱面積如增大了A倍，立管總溫降也會相應(yīng)增大A倍。這樣，上下游散熱器的平均水溫變化為： （6） （7）以散熱面積的不同增大倍數(shù)

5、A值代入式（6）和式（7），可求得上、下游房間散熱器的平均水溫如表1：表1 不同增大倍數(shù)A值對應(yīng)的上、下游散熱器的平均水溫A=1.3A=1.4A=1.5上游散熱器平均水溫92.392.191.9下游散熱器平均水溫65.262.960.6由于散熱面積的增大，使設(shè)計條件下的C值也相應(yīng)增大A倍，式（3）應(yīng)修正為： （8）將表1中的散熱器平均水溫代入式（8），可得上、下游房間的室溫及垂直溫差如表2。表2 不同增大倍數(shù)A值對應(yīng)的上、下游房間室溫及垂直溫差A(yù)=1.3A=1.4A=1.5上游房間室溫23.324.926.4下游房間室溫20.220.620.8垂直溫差3.14.35.6從以上近似分析可見，散熱

6、面積均勻增大3050，足以引起35的垂直溫差。這與實際運行情況的測定結(jié)果是一致的。三、引起散熱面積增大的主要因素供暖系統(tǒng)中散熱面積的偏大，有主觀上愿意把設(shè)計做得偏安全一些的原因，例如：圍護結(jié)構(gòu)熱損失計算各項參數(shù)取值對不利因素考慮過多，而對有利因素忽略不計。但是，更多的是由于現(xiàn)行計算方法不夠完善以及系統(tǒng)應(yīng)變性較差所形成。在單管順序式系統(tǒng)溫降計算中，一般忽略了以下兩個實際情況：第一，管道散熱造成的溫降；第二，選擇散熱器的規(guī)格進位使散熱面積增大造成的額外溫降。在理論計算時所忽略的以上兩點，實際上有較大的影響。第一，管道散熱。一個（3m左右開間）南向標(biāo)準(zhǔn)房間的計算熱負(fù)荷約為400500kcal/h，而

7、長度3m、DN15管道平均散熱量為156 kcal/h，要占房間計算熱負(fù)荷的35。一個（3m左右開間）北向標(biāo)準(zhǔn)房間的計算熱負(fù)荷約為8001000kcal/h，而長度3m、DN20管道平均散熱量為196 kcal/h，要占房間計算熱負(fù)荷的22。第二，散熱器的規(guī)格進位。以四柱813鑄鐵散熱器為例，取每片散熱量的1/3計，約可占南向房間計算熱負(fù)荷的10，占北向房間計算熱負(fù)荷的5。以上兩項相加，如看作散熱面積的均勻增大，則南向約增大45，北向約增大27。在實際運行情況的測定中，發(fā)現(xiàn)南向的垂直溫差大于北向，管道較多的單雙管系統(tǒng)的垂直溫差大于單管系統(tǒng)，也說明了上述影響。四、ISO標(biāo)準(zhǔn)臺測定結(jié)果直接引用于工

8、程計算的后果新編的實用供暖通風(fēng)設(shè)計手冊已經(jīng)出版發(fā)行，其中所給出的各種散熱器的散熱量數(shù)值，均采用了ISO標(biāo)準(zhǔn)臺測定結(jié)果。以四柱813鑄鐵散熱器為例，在標(biāo)準(zhǔn)工況（計算溫差64.5）下給定的每片散熱量為142W，比老手冊給定的散熱量140kcal/h少13，比中國建筑科學(xué)研究院1965年的實測資料少16。對于四柱813鑄鐵散熱器，北京地區(qū)使用廣泛，從未發(fā)現(xiàn)由于散熱量不足造成的問題，如按新編手冊計算，無疑均使散熱面積進一步偏大。其他各種型式的散熱器也相類似，據(jù)廠家和有關(guān)科研設(shè)計單位論證，ISO標(biāo)準(zhǔn)臺測得的散熱量數(shù)據(jù)，均比散熱器在工程條件下的實際散熱量為低。其相差幅度約為1030。鑒于上述情況，有必要在

9、ISO標(biāo)準(zhǔn)臺測試的基礎(chǔ)上，另行修正為工程實際條件下的可靠數(shù)據(jù)。這不僅對于建筑造價和金屬消耗量有相當(dāng)影響，更重要的是對于系統(tǒng)的均勻性也會造成較大影響。 五、節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施以后的一些新問題國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ26-86民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分），已頒布試行。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，1990年的目標(biāo)是在19801981年的基礎(chǔ)上，使建筑能耗降低30，其中建筑耗熱量降低20，采暖系統(tǒng)效率提高10。建筑耗熱量這個基數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)的要求降低以后，供暖系統(tǒng)以往存在的那些使散熱面積偏大的因素，如果不變甚至進一步加大，均會使增大比例上升。例如：原來南向房間管道散熱因素使散熱面積增大35，由于房間保溫改善使計算熱負(fù)荷降為80，則散熱面積增大比例將增為43.8。此外，為了降低目前普遍存在的供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵偏大造成的過量電力消耗，標(biāo)準(zhǔn)對循環(huán)水泵的功率作了限制。過去，由于散熱面積偏大而導(dǎo)致的垂直失調(diào)，許多情況下為系統(tǒng)的大流量所掩蓋。對水泵功率限制以后，實際上將對系統(tǒng)