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与《民用建筑暖通设计规范》内容有关的常见问题和若干新技术的合理应用北京市建筑设计研究院张锡虎2011.3南京zhangxihu@x263.net《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》编制工作进展情况1）进度2010年4月完成了征求意见稿；2010年6月15日前将意见返回；2010年底前完成报批稿。参编单位2003标准新标准设计、科研、院校1720企业318参编单位的构成3）删除的内容①围护结构最小传热阻；②工业通风部分。4）增加了若干新技术或新理念①“毛细管网辐射供暖”；②温湿度独立控制；③蒸发冷却；④户式燃气炉；⑤复合通风；⑥区域供冷；⑦燃气冷热电三联供；⑧锅炉房与热力站；⑨附录A“室外空气计算参数”和附录B“室外空气计算参数简化方法”；⑩引入了JGJ173-2009《供热计量技术规程》的大段文字。5）可能会引起争论的若干理念①5.2.5条条文说明之4，“设计人员也可以根据经验对两面外墙和窗墙面积比过大进行修正……有两面以上外墙的，将外墙、窗、门的基本耗热量增加5％……窗墙面积比超过1∶1时，将窗的基本耗热量增加10％”。②5.3.1条，“散热器集中供暖系统宜按热媒温度60-45℃连续供暖进行设计”；③5.3.4条，“垂直单管跨越式系统的垂直层数不宜超过6层，水平单管跨越式系统的散热器阻数不宜超过6组”；④关于调控阀门的设置。⑤对人员密集场合的最小新风量，按照人员密度PF值（人/m2）分别规定。与《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》编制内容有关的常见问题和若干新技术的合理应用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调节阀门的正确使用6公共建筑通风的若干问题7防排烟设计的若干“边缘”问题8全空气末端变风量系统的是是非非9冷暖辐射空调10解决内区和部分外区常年“供冷”问题11低温热水地面辐射供暖的利弊得失12塑料类管材的特性和选择计算13循环泵的水力特性、常见故障和认识误区14系统若干环节的较佳调节控制方式※稳定传热公式，热量、传热系数与传热面积的关系；※水力学基本公式，阻力损失(或资用压差)、流量与管道阻力特性的关系；※能量转换基本公式，热量、温差与传输介质流量的关系。2GSPtKFQ水力学基本公式式传热学稳定传热基本公把热量、供回水温差和流量联系在一起，可以派生出另外一个相关公式：Q=G（t1-t2）或：G=Q/(t1-t2）一、采暖（空调）水系统的若干问题1.一种甚为流行的倾向不主要依据水力平衡原则，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。2.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。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，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。※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。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）。LPi8.07.0④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。”3.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。4.关于重力（自然作用压力）的处理《某热水采暖上供上回式垂直双管系统的改造及其反思》(《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：机械循环双管热水采暖系统和分层布置的水平单管热水采暖系统，应考虑水在散热器和管道中冷却而产生的自然作用压力的影响采取相应的技术措施。根据设计热媒参数95/70℃计算，供、回水立管的自然作用压力值为15.83mm水柱/m＝155.8Pa/m，取其2/3，楼层平均高度按照3.6m计算，每一楼层的自然作用压力值为360Pa。以首层散热器中心为计算基准线，水力平衡状态如下表。所在部位许用压差＋自然作用压力散热器环路计算压力损失剩余压差四层散热器环路485.2＋1080=1565.2Pa68.3Pa1496.9Pa三层散热器环路286.0＋720=1006.0Pa38Pa968.0Pa二层散热器环路146.8＋360=506.8Pa54.2Pa452.6Pa首层散热器环路146.8Pa0各散热器环路计及自然作用压力后的剩余压差（3）增大散热器环路支管的计算压力损失，有利于各散热器环路之间的水力平衡，设计虽然采用了阻力相对较大的截止阀，但由于管径为DN20mm，散热器环路的阻力损失仍然较小。最大的一个散热器环路（包括散热器、连接支管和两个截止阀）的计算压力损失，仅占立管总计算压力损失的6.9％。而实际安装的是普通的闸阀。（4）当采用上供上回式垂直双管系统，各层散热器环路计算压力损失相对差额与自然作用压力是叠加的。例如：在首层散热器环路与四层散热器环路的并联点（即附图中之2和2＇），四层散热器环路的计算压力损失，比首层散热器环路小416.9Pa，而又多得到1080Pa的自然作用压力，四层散热器环路的许用压差达到了1565.2Pa，剩余压差达到了1496.9Pa，许用压差是其环路计算压力损失的22.9倍，必然会造成严重的水力失调。对本工程多数采用DN25mm立管和DN20mm散热器支管的立管，按照计算压力损失相对差额和自然作用压力综合影响，采用不等温降方法计算，立管总流量在各层之间的概略分配比例，如下表。立管总流量实