技术的合理应用(北京市建筑设计研究院1-1)

《暖通空调工程常见问题和若干新技术的合理应用》研讨班北京市建筑设计研究院张锡虎关于设计用室外气象资料《实用供热空调设计手册》186页中说：“表3.2-1列出了《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）规定统计出的270个台站的气象参数。……完全符合规范规定的统计要求。”由于《实用供热空调设计手册》表3.2-1的编制人对《采暖通风与空气调节设计规范》规定理解的偏差，数值有错误。因此，并未被大多数设计单位所认同和采用，在没有新的权威数值之前，仍沿用GBJ19-87附录中的数值是合适的。《实用供热空调设计手册》表3.2-1正在进行更正。其实，任何技术措施、设计手册、标准设计图之类的技术资料，并不应具备规范的同等效力。1采暖（空调）水系统的若干问题2水系统的定压和补水3水压试验压力4管道热伸长及其补偿5减振、降噪设计6各种调节阀门的正确使用7公共建筑通风的若干问题8防排烟设计中的若干“边缘”问题9合理选择热源、冷源和采暖空调方式10全空气末端变风量系统的是是非非11冷暖辐射空调采暖12解决内区和部分外区常年“供冷”问题13生物安全实验室的通风空调设计14常压锅炉15VRV系统及地面辐射采暖16塑料类管材17地源热泵和地热的梯级利用18对电热采暖的多角度思考19水泵的水力特性、常见故障和认识误区20若干环节的较佳调节控制方式一、采暖（空调）水系统的若干问题1.采暖（空调）工程的简单性与复杂性简单的解释采暖工程，就是实现冬季采暖房间的热平衡，使房间的失热量与得热量相平衡。舒适性空调比采暖麻烦一些的是除了热平衡以外，还需要实现湿平衡。采暖（空调）工程的复杂性在于：①要同时满足许多个（甚至非常多）建筑空间的热状态，这就是建立在系统水力平衡基础上的静态热平衡；②由于外界条件的变化，要随机满足热工性能各异采暖（空调）房间的热状态，这就是建立在对系统水力工况调节控制基础上的动态热平衡。2.采暖（空调）水系统的实际过程都不是等温降（升）的采暖和空调系统的设计计算，都建立在各环路供回水温差和平均水温相同的基础上，即认为热（冷）媒经过末端设备后的温降（升）是相同的。由于并联环路不可能达到完全的水力平衡，各并联环路的供水温度虽然都相同，但当实际流量与设计流量存在差异时，回水温度和供回水平均水温就会不相同，使末端设备的供热（冷）量偏离设计条件从而影响室温。因此任何水系统的实际过程，都是变温降（升）的。系统水力失调程度最直接的反应就是温降（升）的偏离幅度。水力平衡所追求的目标，无非就是达到或接近等温降（升）的效果。例如：按照85/60℃、温降25℃设计的热水采暖系统，如果系统水力平衡达不到要求，直接后果是回水温度偏离60℃而使供热量变化。由于单管热水采暖系统下游对于水温降的影响更加敏感，因此倾向于采用变温降法计算，即根据水力平衡度精确计算各环路的流量及其温降，各环路取不同的供回水平均温度确定散热器数量。变温降法的计算结果，更符合水系统的实际运行过程。但如果并联环路之间的水力平衡在规范允许的范围内，采用等温降法的计算结果，也可以比较接近于实际过程。同样，按照7/12℃、温升5℃设计的空调冷水系统，如果水力平衡达不到要求，直接后果是回水温度偏离12℃，室内空气状态（温度和相对湿度）就会偏离设计条件。但由于冷水平均温度的偏离，直接影响空气冷却过程的露点，即使调整末端设备容量（例如表冷器面积）也难以弥补。并联环路的水力平衡特性，对于采暖或空调水系统，其原理是相同的。如果能把“变温降法”的理念（而不是具体计算方法），灵活运用到所有的水系统中，理解和掌握达到等温降（升）的途径和原理，设计水平就能够上一个较大的台阶。由于采暖水系统的供、回水温差相对较大，传输相同热量的流量相对较小，所连带的问题相对较多，所以可以拿采暖水系统作为研究水力平衡特性的基础。遗憾的是，不主要依据水力平衡的原则，而是按照流速、比摩阻直接确定管径的错误做法甚为流行。以至于经常出现不论所在环路的许用压差大小，只要散热器数量相近，就选用相同管径，大量工程实例证明，这样的“设计”必然会出现严重的冷热不均。完全依靠进行调节可行吗？很难！集中采暖系统不但要满足单个房间散热量和供热量的热平衡，还要同时满足非常多个建筑空间的热状态。亲自处理过“问题工程”就会体会到，完全依靠调节实现水力平衡是十分困难的。而层层设置自动调节配件“武装到牙齿”的复杂配置，既不符合现实经济条件，弄得不好还会发生负面效应。3.系统水力平衡的基本要求和措施※GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.6条规定：热水采暖系统的各并联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于15％；6.4.9条规定：空气调节水系统布置和选择管径时，应减少并联环路之间的压力损失的相对差额，当超过15％时，应配置调节装置。为什么是15％呢？《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.6条的条文说明中，延续了“基于保证采暖系统的运行效果，参照国内外资料规定”的说法。而对空调水系统为何也采用15％？6.4.9条的条文说明并没有正面应对。这个15％的规定是相当严格的。并联环路计算压力损失相对差额不大于15%，最大只会引起的流量偏差8%左右，引起平均水温和散热量偏差2%左右，即使是对水温降影响比较敏感的单管系统下游，引起平均水温和散热量偏差也只有5%左右。我在调试过程中发现，即使并联环路之间计算压力损失相对差额达到20%，最大只会引起的流量偏差11%左右，引起平均水温和散热量偏差3%左右，单管系统下游引起平均水温和散热量偏差7%左右,也不至于出现严重的冷热不均。因此，我对调试只要求例如流量偏差不大于10%左右或即使再稍大些，也可认为“流量大体够”，就应该不出现严重的冷热不均。而达到这个标准，通过下述途径和步骤的正常设计，是应该能够做到的。如何判断“流量大体够”?例如可以采用:※热量表或流量计※压力表,测量供回水压差※温度计,测量供回水温度※用手感比较回水温度※循环水泵进出口的压差※循环水泵电机的电流和电压※使计算压力损失相对差额不大于15％的基本途径和步骤无非是：A合理划分和均匀布置环路：所有并联的循环系统，则应以均衡和水力平衡为布置的基本原则。例如：环路不宜过长、较大负荷不宜布置在环路末端。B按照增大末端设备、减小公共段阻力比例的原则，合理选择确定各段的管径和比摩阻。C在计算的基础上，根据水力平衡要求配置必要的水力平衡装置。※总压力损失和比摩阻取值及其分配比较合理的方法应该是：①根据GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》对集中热水采暖系统热水循环水泵的耗电输热比（EHR）和空气调节冷热水系统的输送能效比（ER）的，合理确定循环水泵的扬程。②循环水泵扬程减去冷（热）源设备系统和末端设备（包括末端设备的调节阀）的阻力，即为最不利环路的许用压力损失（ΔP）。③将最不利环路许用压力损失（ΔP），除以最不利环路供回水干管总长度（ΣL），如考虑局部阻力约为总阻力的0.2-0.3,可得最不利环路的平均比摩阻（i）。LPi8.07.0④在使用“平均比摩阻”时，在同一环路内，末端管段应取较小比摩阻，起始管段应取较大比摩阻。⑤根据水力平衡的原则，与最不利环路并联的其他环路，根据与最不利环路并联点的供回水压差（许用压力损失），确定其平均比摩阻。但最大流速不应超过有关规范的规定。⑥为有利于并联环路间的水力平衡，许用压力损失的分配，应尽量减少“共同段”阻力损失所占的比例。例如：北京市《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》中，作出了以下规定：“用户二次水侧室外管网最不利环路管道的比摩阻,宜不大于60Pa/m,且其压力损失,宜不大于热源出口处总压差的1/4。”⑦当并联环路的压力损失计算差大于15%时，应对计算压力损失较小的环路配置适当的调节装置，且标记出所需要的调节量。这样的环路应该是局部的,而不是全部或大多数。例如：北京市《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》中，作出了以下规定：“应计算室外管网在每一建筑供暖入口的资用压差,以对照室内系统的总压力损失,正确选择入口调节装置。”4.关于同程与异程那么，采用使各并联环路的路程长度相同的同程系统，是否可以免除上述复杂过程而达到“自然平衡”的效果呢？认为同程系统“天然平衡”是片面的，而且吃过不少亏。举例：※顺义一中宿舍楼干管同程上供下回单管顺序式※马家堡高层住宅的户内同程系统下图所示室外热水采暖干管同程系统中，1#、2#、3#楼的室内系统均相同，而供水管段A-B、B-C和回水管段D-E、E-F的管径均相同，如果不进行调节，试判断哪一幢建筑得到的流量相对最少？123ABCFED这是一个同程系统供水管的末端，又是回水管的起始端。沿水流方向，供水管自A→B的流量大于B→C，但管径相同，因此水力坡降先陡后平；回水管则相反，自F→E的流量小于E→D，但管径相同，因此水力坡降先平后陡。先陡后平的供水管水力坡降线，与先平后陡的回水管水力坡降线，画在水压图上，不就是很形象的“两头大、中间小”的资用压差吗？在水压图上，可清楚地看到2#建筑的许用压差相对最小。由于“室内系统均相同”，因此其得到的流量相对最少。这也是同程系统的一种常见的现象。如果A→B水力坡降过大，而F→E水力坡降过小，有可能使两根水力坡降线相交，与2#楼的连接点还有可能出现“逆循环”，即许用压差为负值。这在异程系统是不会发生的。同程式系统的设计要点：A使供、回水管的水力坡降（比摩阻）相近；B使供、回水管的水力坡降线尽量远离，即尽量减少“共同段”阻力损失所占的比例。3）关于重力（自然）作用压力问题受节能设计标准的影响和制约，双管系统已经成为采暖系统制式的“主旋律”。而正确处理好重力（自然）作用压力，是双管系统成败的关键问题之一。末端高阻；利用重力（自然）作用压力的下分式垂直双管系统。以下介绍两个工程实例来说明应对方法：※顺义商业楼※立管的水力平衡某热水采暖上供上回式垂直双管系统的改造及其反思(刊于《暖通空调》2007年1月期)介绍某热水采暖上供上回式垂直双管系统的设计和实际运行过程发生的问题，在分析了产生问题原因的基础上，提出了若干个解决办法和实施方案，经采用其中便于实施的方案进行改造以后，取得了预期效果，通过反思得到了一些可供设计借鉴的经验。1工程概况北京某综合商业楼，建筑面积约14500㎡，地上四层，首层和二层临街为对外营业的商户，三层和四层为众多公司的营业用房。设计采暖负荷1077kW，额定流量37m3/h，处于供暖管网某一环路的末端，系统入口供回水压差约为2m水柱。该工程于2000年设计，受工程条件所限，采用了上供上回式垂直双管系统形式，供、回水干管设置在四层顶板下的吊顶内。系统型式如下图。1234建成后运行初期，就出现比较严重的垂直水力失调，四层和三层的散热器热，二层特别是一层基本上不热。经关小四层和三层散热器支管阀门开度，情况有所改善。但在商户入住、自行进行精细装修过程中，对采暖系统进行装饰性包覆，并作了局部改动，特别是改变了散热器支管阀门调节后的开度，又回复到严重的垂直水力失调状态。由于干管、立管和散热器几乎全部被包覆，十分难以进行调节和检修。2004年，当地供热部门斥资数十万元在楼外增设加压泵站进行加压以增加流量，虽略有效果，但由于影响附近其他住宅采暖系统而无法运行，改造未获成功。2故障原因分析这是垂直双管系统比较典型的垂直水力失调。主要原因是：（1）立管沿垂直方向各散热器环路，即使不考虑自然作用压力，也不满足《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.6条关于“各并联环路之间的计算压力损失相对差额不应大于15％”的要求。以比较典型的24#立管2为例，计算压力损失如下表。所在部位许用压差散热器环路计算压力损失剩余压差四层散热器环路485.2Pa68.3Pa416.9Pa三层散热器环路286.0Pa38.0Pa248.0Pa二层散热器环路146.8Pa54.2Pa92.6Pa首层散热器环路146.2Pa0各散热器环路之间的计算压力损失相对差额（2）《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.9条还规定：机械循环系统双管热水采暖系统和分层布置的