单管系统和双管系统在户式供暖中的比较

单管系统和双管系统在户式供暖中的比较北京市建筑设计研究院第三设计所王威摘要：根据现在户式小型采暖炉供暖的特点，比较了单管水平系统和双管水平系统的调节性，稳定性；对于不同的单管系统，由于各个房间的流经顺序不同，比较了散热器的效率和片数。同时，也对于单管系统的跨越管旁通流量在设计中的比例进行了分析，得到了相关的结论。关键词：供暖单管系统双管系统跨越管1.问概述随着我国经济水平不断提高，人民的居住环境也随之不断提高，居住者提出了更高的更为舒适的供暖。另一方面，能源问题也成为我国经济发展的制约，节约能源是我国的一项基本国策。对于建筑行业，供暖能耗是建筑能耗中的主要部分，可以说，控制好供暖能耗，就可以有效的控制建筑能耗。因此，采取适当的供暖系统，就成为控制能耗的关键。为了方便计量，现在比较常见的单元建筑，采取小型户式采暖炉，独立供暖系统。这样做，目的是更好对各个单元进行独立控制，单元（住户）之间可以分别调节，互不影响，有效的避免了以前传统供暖系统的垂直失调等问题。相对于每个单元，各个房间也是独立调节的，同时每个房间的供暖要求是随机的，因此，这种系统也要求有一定的可调节性和稳定性。按照传统的划分，这种户式供暖也可以分为单管系统和双管系统，以下就两者的特点进行几点比较。2.单管和双管系统的比较与楼宇的单管系统和双管系统连接形式相似，对于户式系统，采用水平的单管串联系统和双管并联系统。两者的优势与特点本文不再分析，这里先比较不带跨越管的单管系统与双管系统。一般讲，双管系统的调节性好。各个房间的散热器均直接连接在户式采暖炉的供回水管上，各散热器并联，各房间的供/回水温度独立，利于分别调节；单管水平串联系统，由于各散热器之间串联连接，上游的散热器的出口温度影响下游的散热器的入口温度。在某一房间进行调节的时候，该房间散热器的出口水温也随之发生变化，从而使其以后房间的供水温度发生变化，即使下游房间的室内负荷不变，也会造成散热器的传热系数变化，从而改变供暖量，室温也会发生变化，为了保持这个房间的温度标准，就必须对相应的散热器进行调整。所以对于这种单管水平串联系统，在负荷变化时，整体的调节性较差，且在同一环路上的散热器相互影响，使得室温不稳定。另一方面，由于单管系统的相互作用，热负荷在水流上下游的分布，也影响了对散热器片数。而相对于双管系统，则不存在这样的问题。单管系统铺设时，相对于双管系统可以仅采用一条干管，节省管才，但是有可能增加散热器片数。为了便于对比说明，这里举一个实际的情况，进行分析。该工程中，应用的散热器为铜铝附和散热器，根据厂商提供的散热量计算公式为为了方便比较，对于单管和双管系统，计算散热器片数的相关系数，包括片数修正系数、连接方式修正系数、安装形式修正系数，一律取做一致，取值为1。室内温度为20oC，户式采暖炉供水温度为80oC，回水温度为60oC。散热器片数尾数取舍原则为：单管系统，上游（1/3），中游（1/3）及下游（1/3）散热量数量计算尾数分别不超过所需散热量的7.5%，5.0%及2.5%是可舍去，反之应进位；双管系统，但尾数散热量不超过所需散热量的5.0%时可舍去，大于或等于5.0%时应进位。根据计算，实例中单元各个房间的热负荷分别为886W，905W，1245W，3865W。由于单管系统的连接方式，使得上下游的散热器进出水温度不同，因此这里选取最有利的典型例子（工况A），即较大的热负荷设置在系统的上游，这样做，可以使得较高温度的热水先经过负荷大的房间，加大散热器的传热系数，提高单片散热器的散热量，以减少总的散热器片数。而双管水平系统无论如何布置，散热器的总片数都是一定的。根据计算，单管系统和双管系统的比较见1表1双管系统与单管系统（工况A）比较项目热负荷双管系统单管系统单片散热量温差片数单片散热量温差片数单位WWoC片WoC片3865108.65035121.154311245108.65011100.24712905108.650891.74410886108.650884.74111从表1可以看到，对于这种比较有利于单管系统的布置方式，双管系统的散热器总片数为62片，而单管系统的散热器总片数为64片。从散热器片数分布来讲，由于单管系统水平串联，在上游区域，供水回水温度较高，使得与室内温度的温差相对与双管系统较大，因此，散热器的传热系数大，单片散热器的散热效率高，散热量大。相反在下游区域，供水回水温度较低，使得温差小，单片散热器的散热量小。在上游的房间，单管系统的散热器片数少于双管系统，而在下游，单管系统的散热器片数多与双管系统。两者总体上单管系统略多于双管系统。对比另一种单管系统的典型情况，即把负荷大的房间设置在系统的下游，笔者称之为工况B。根据以上的计算条件，得到表2表2双管系统与单管系统（工况B）比较项目热负荷双管系统单管系统单片散热量温差片数单片散热量温差片数单位WWoC片WoC片886108.6508133.7597905108.6508126.15671245108.65011117.153113865108.6503596.34640根据以上表2分析，双管系统工况不变，而单管系统，由于水流最后流过负荷较大的房间，使得散热器的传热系数减少，单片散热器的散热量减少，散热器片数增加很多。相对于工况A，热负荷最大的房间在系统上游时采用31片散热器，在系统下游采用40片散热器，增加了29%。总体上，增加不多，为65片。比双管系统增加5%。产生这个变化的原因是，虽然整体单元的热负荷相同，但是由于单管系统的散热器布置顺序不同，使得高温热水先流过负荷低的房间，而较低温度的热水流过负荷高的房间，这样，在负荷高的房间，散热器的平均温差小，传热效率低，不得不以增加散热器片数来弥补较高的散热量需要。这一点，将随着单元各个房间的热负荷相差悬殊和供水回水温度增大而加剧。3.单管系统加跨越管设计分析单管系统为了便于调节，设置了连接在供水和回水管之间的跨越管。跨越管一般采用比干管小一号的管径，在设计散热器片数时，应该按照热水完全流经散热器选择，即跨越管中的旁通流量为0。这是因为，在设计中，如果考虑了旁通水量，相对于水流全部经过散热器的工况，流经散热器的流量变小，在供水温度不变的情况下，出水温度低于没有跨越管的工况，与室内的温差减少，这样必将增大散热器片数以达到供暖要求。因此，在考虑跨越管流量的设计工况中，散热器的片数一定大于水流完全流经散热器的设计片数，造成不必要的浪费。根据以上的分析，可以以同一种房间热负荷条件计算两个工况，工况B，同以上分析，是不计算跨越管的流量的；工况C，考虑跨越管的旁通因素，并且设定旁通的比例为30%，即全部水流的70%流经散热器。计算得到表3表3单管系统工况B（跨越管流量为0）与工况C（跨越管流量为30%）比较项目热负荷工况B（跨越管0）工况C（跨越管30%）单片散热量温差片数单片散热量温差片数单位WWoC片WoC片886133.7597132.1587905126.1567124.45671245117.15311114.95211386596.3464089.84343从表中可以看到，当流量30%旁通的时候，散热器与室内温差减小，传热系数变小，单片散热器的散热量减少，片数增加。为了更加说明这一变化，再次选取跨越管流量是50%的工况，称为工况D，进行比较。见表4表4单管系统工况C（跨越管流量为30%）与工况D（跨越管流量为50%）比较项目热负荷工况C（跨越管30%）工况D（跨越管50%）单片散热量温差片数单片散热量温差片数单位WWoC片WoC片886132.1587129.9577905124.4567122.35571245114.95211111.95111386589.8434381.34047另一方面，在采暖设计中，参照的室内热负荷是根据设计日计算的，从某种意义上讲，是最大供暖条件下的参数，是最不利的。而增加跨越管的目的是为了在非设计日，也就是需要的供暖不是最大工况的条件时进行调节。因此，在单管带跨越管系统中，在非设计日调节时，只能是把旁通流量增大，这个调节是单向的。即实际工况所需的供暖量越小，则跨越管的旁通流量越大，流经散热器的流量越小。如果考虑跨越管的旁通水量进行设计，则在以后的非设计日调节中只能增大旁通流量，这样不仅无法实现低于设计旁通流量的水流，而且降低了旁通管的调节范围。以上面的30%旁通量为例，如果设计时按照这个比例来选取散热器片数，不仅在其他非设计日时，无法实现低于30%的旁通流量（一旦实现，就说明出现了比设计日需求更大的供热量），而且把原来跨越管的旁通调节范围从0-100%减少到30%-100%，显然，这是不合理的，因此，在设计中，应不计算旁通管的流量。4.小结通过以上分析，可以看到对于户式采暖炉水平系统，双管系统的散热器布置与热水流向无关，系统稳定，易于调节，但是要多敷设一条回水干管。而单管系统，由于上游对下游的影响，因此，散热器的片数分布是不同的，应尽量使得热水先流经热负荷大的房间。总体上说，单管系统比双管系统散热器片数稍有增加。如果设置以调节供热量为目的跨越管，则在设计计算中，不应计算跨越管中的旁通流量，这样可以最大限度的保持跨越管的调节能力。第一着者：王威性别：男出生年月：1975.03技术职称：工程师通讯地址：北京市西城区南礼士路62号北京市建筑设计研究院第三设计所邮编：100045电子邮件：