基于鸿业软件的采暖水力平衡计算研究

朱 虹 刘春宏

（江苏省化工设计院有限公司，江苏 南京210014）

0 引言

目前在我国，水力失调是采暖系统中普遍存在的现象。它不仅使部分用户室内温度过高，部分用户室内温度过低，而且可能造成较大的能源浪费。随着计算机技术的不断发展，将建筑模型简化思想应用于采暖水力计算，鸿业暖通设计软件在采暖水力设计中得到了广泛应用。

1 水力失调理论分析

由于双管制系统可以实现变流量控制，有利于节能，因此室内采暖系统多采用双管系统，当系统正常运行时，热网各热用户在运行中会出现水力失调现象［1］。如图1所示，在供热系统中，由于各环路的作用压力与该环路本身所消耗的压力之差不平衡；靠近主干线入口端的散热器内热媒所通过的路途短，压力损失小，有较大的剩余压力，环路中热媒流量就会偏大，从而超过实际所需要的值；远端散热器内热媒所通过的路途长，压力损失大，通过远端环路上的热媒流量就会减少，从而会出现有的环路过热、有的环路不热的水平失调现象。热水供热系统中，管段的阻力损失可用下式表示：

式中，ΔPy、ΔPj分别为沿程阻力损失、局部阻力损失（Pa）；ly、lj、lzh分别为沿程阻力管段折算长度、局部阻力管段折算长度、计算管段折算长度（m）；R为比摩阻（Pa／m）。

图1 上供下回式双管采暖系统

在布置热水采暖各并联环路时，应从水力平衡方面着眼，合理选择各支、立干管的管径，并相应调节各个并联环路上的控制阀门，使各环路间的压力损失接近平衡，且管道的流速都在经济流速及经济比摩阻下，从而消除各环路间冷热不均现象。

2 双管垂直失调理论分析

当采用双管上供下回采暖系统时［2］，建筑上层散热器过热，下层散热器过冷，通过上下层散热器的热媒流量相差较大，就会产生垂直失调，其主要是因供回水立管中热水密度差异而造成，其计算公式为：

式中，ΔP为自然循环作用压力（Pa）；h为各层散热器中心距总回水管的距离（m）；ρ供、ρ回分别为供、回水密度（kg／m3）。

建筑物高度相差悬殊，自然循环作用压力ΔP相差大，这时可在建筑物散热器的进水管加装温控阀，利用恒温阀阀头中的感温元件来控制阀门开度的大小，当室温升高时，感温元件因热膨胀压缩阀杆使阀门关小，减少流入散热器的水量，降低散热器以控制室温；当室温下降时，感温元件因冷却而收缩，阀杆弹回使阀体开大，增加流入散热器的水量，恢复室温。温控阀的调节作用能改变系统的总压差。

3 实例分析

综上所述，以图1为例，计算模型选定为楼层数为3的上供下回双管系统，建筑楼层高为3m，系统设计供回水温度为95／70℃。在计算模型中，认为每个用户热负荷需求是相同的，即流量相同，各工况下，将各用户回水温度的微小差异忽略，认为所有用户回水温度都是相同的。

将计 算 模 型 合 理 地 简 化［3－4］，每根立管的总热负荷则通过单根立管的热水总流量为：

根据《实用供暖工程设计》附件5－2《室内热水采暖系统管径计算表》查得R＝33Pa／m，供回水立管管径均为DN20。在室外各环路即建筑物入口处采暖供水管路（或回水管路）上安装平衡阀或其他水力平衡元件，并进行水力平衡测试，立管理论分析如图2、图3所示。

图2 双管采暖系统立管水力平衡分析1

图3 双管采暖系统立管水力平衡分析2

通过第1层与第2层并联环路的压降不平衡率为：

式中，ΔPⅠ、ΔPⅡ分别为1楼、2楼的阻力损失（Pa）。

对于垂直失调通过设置适当的恒温阀预设压力值，来保证各环路阻力平衡。

4 鸿业软件在水力平衡分析中的应用

鸿业软件集当今国内外同类专业软件的优点于一身，实现计算绘图一体化，经过多年不断的完善和发展，以其贴近设计人员的思路、高智能化、高自动化而受到广泛好评。以图1所示的管道连接方式为例，在鸿业水力计算程序中可以设定流速、比摩阻或管线承担的负荷为依据，如图4、图5所示。

图4 供暖系统形式

图5 参数设置

按上述各式编制后，程序自动计算其管径、系统的阻力和不平衡率，计算结果如表1～表3所示。

根据GB507369—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》设计标准，要求通过各种措施使并联环路之间的压力损失相对差额不大于15%。计算结果满足要求。

表1 采暖干管输入

表2 采暖立管参数(以立管N1为例)

表3 采暖系统不平衡率(以立管N1为例)

5 结语

通过调节系统水力平衡，为保障水暖供热系统的高效、稳定、节能、舒适提供了一种有效的解决方案，既满足了工程设计和规范要求，又实现了供热水力系统的舒适性和节能性。

［1］贺平，孙刚，王飞，等．供热工程［M］．第4版．北京：中国建筑工业出版社，2009

［2］李宝林．关于室内供热高低楼层比例失调的分析与供热系数调整［J］．黑河科技，2001（1）

［3］王海英，卢建津，张于峰．双—双管室内供暖系统水力平衡性分析［J］．煤气与热力，2002（2）

［4］刘永鑫．供暖系统质调节运行参数与失调研究［D］．哈尔滨工业大学，2007