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双管热水供暖系统在高(多) 层建筑中应用的设计计算方法探讨


第 2 眷 第 6期  0

重 庆 建 筑 大 学 学 报 
j 啊越 o I   mgJ o fcl 眄.  i o   un_ i凹  ,

19 年 1   9 8 2月

v 2 d. 0 № .   6 D e.辨 8 e 1  

双 管热 水供 暖 系统在 高 ( 层  多) 建筑 中应用的设计计算 方法探 讨 
刘金 禅 
南京 2 00 ) 109 

T  3 f  -3  





在时鼠管热水供畦系统中 存在的水力失调和热力失调的分析计算基础上,指 出彳八  】

散热器散热面积修正后, 鼠管薄水供暖系统可以用于高屉和多层建筑中. 井得出了散热面积修正 
系数的计算套或覆教瓤 。  

关 键 词  鼠 管供畦 系统 . 最不利环蓐 , 力失调 , 水 修正 系敦 . 散热 器  

悃 法   旗

3 参   哇讹 。  



违锻  

供暖节能课题中一个重要因素是热能的计量与收费阐题 。资料 【】 出, I指 在新建节能住  宅中实现“ 热表到户 、 计量收费” 必将引发出的三个问题之一就是室内供暖系统要因安装热  ,
表和 温控 阀等装 置 而需作 根本 性 的变 动 . 用双 管 系统 。 如采  

与单管系统相 比,双管热水供暖系统不仅设计计算方法简单,散热器内热水平均温度 
高 , 需 的散热 面 积少 . 器舶 单独 调节对 其它 散热器 的影 响小 , 所 散热 而且 , 热量 与水量 的  由散 关 系 曲线 [ 可 以看 出 . 2 1 当散热 器进 出 口水温 差分别 为 5 ℃和 2℃时 , 5 水量均 由 0 一3% 变  % 0

化时 , 散热量的变化分别为 O % 9%和 O   6%。 0 % 0 由此 , 于单管系统 中的绝大多数散热  对
器 ,当水流量 在 3 % 一10 0 0 %范 围 内调 节 时 , 其散热 量变 化范 围只 有 1% , 双管 系统 由于  0 而

每组散热器的进 出口水温差大 . 水量与散热量的关系 比较敏感, 所以双管系统 中设置温控阀 
和热 表更 有利 于调 节和计 量 。但 由于 “ 垂直 失调 ” 的原 因 . 双管 热 水系统 一般 只用 于四层 以 

下的建筑物供暖剐, 对于多层和高层建筑物 , 宜采用单管热水供暖系统 。也正是这个原因,  
在我 国 , 层 和高层建 筑 热 水供暖 中 , 多 几乎是 清一 色 的单管 系统 。  

笔者对双管系统 中水力失调和热力失调及室 内温度偏差进行了较详细的分析和计算 ,   由此导出了一组用于进行散热器散热面积修正的计算公式和数据 ,得 出了在高层或多层建  筑中使用双管热水供暖系统的设计计算方法和可行性结论。  

一  

1 水力失调 的计算 
如图 1 为双管 热 水供暖 系统 中 的一 组 立管 。 总层数 为 j; 层 散热 器 中心距锅 炉 中心  设 v底
收蔷 日期 :98 6 7 1 9 —0 —1  宴 盎样 . ,94年生 , 师  吐 男 16 讲

■  -  . 第6 期 刘金洋 :双臂热水供厦系统在高( 屡建筑中应用的设计计算方法 探讨  多) 4  5

的垂直高度和各层层高均为 h i , , ; =1 2 ……, 为从下  Ⅳ,
到 上 的计算 层 ; 组散 热 器并联 在 o b两 点之 间 , 各 、 分别 组  成 了 蚺6的 Ⅳ 个 环路 。  

由垂直失调 ( 上热下冷) 的特点, 通过分析 . 假设垂直 
方 向上 几 何 高度 的中 间位 置上 的散 热器 在立 管 总 流量 保  持 不变 的条 件下 , 其不 会 发生 水力失 调 , 即考 虑失 调前 后  的相 对 流量 比等于 1由以 后得到 的计算 结果 ,这 一假设  ( 造 成 的立管 总流 量误 差不 超过 5 ) 这里用 带下 标 “. % 。 o1 表 

示中间位置层 ;用带上标 …

表示考虑失调后 的各参数 
() 1  

值, 否则为表示不考虑失调的各参数值。由于 :  
AP=S? _  

式 中 s —各 瞥段 的 阻力 特 性系 数 ; —  

‘  

C ——各管段内的热水流量 ;   未考虑失调时 ,立管上任一散热器环路与 中问位置层散  热器环路的流量存着如下关系:  
c =c  o i ; o   田 1 厦管立管散热器环蓐 计算 示意 

() 2 

考 虑失 调后 :  

c   {△S{t { ㈤   豢:+ { 一一 S … 一 s一 -  .+       l 4 : △P ~    一 Po △P   △ Pi  &  
:  

s。  

由于 

= , 以    所

√  - +
将 () 2 式代 人( ) 4 式并 整理得 
=   =

?  
。  

(   )  
( 5 )  

√ 瓮  - +

式中:C _ 任一计算散热器环路考虑失调前后的相对流量 比; 广一  
△  P——计 算层 环 路 的 自然循 环作 用 压力 ,只 =i  ( — )  △ gh    ; △只 一△ 为计算 层相 对 于 中间位置 层 的 自然循 环 作用 压力 .    


△ — 一中闻位置层环路的 自然循郫作用压 力 ,  =gh( 一 )N+1/ ; — △     ( )2 

△ : 一 )^ 一)   (  g(   。      

△ ——表示不考虑失调时, P 并联在 o 6 、 两点之闻的任一散热器环路上的循环作用压  
力, 数值上等于 n 管段上的压力损失 . 自然循环系统, 为水在循环环 路的管段  曲 对 尉 中冷却产生 的附加压 力。  

4  6

重庆建筑大学学报 

第 2 卷  0

2 未修正 时水 力失调 引起 的热力 失调 的计算 
2 I 失调 前后散热 器 内热水放 出的热量之 比  .


。  




罟   h  f Q GIJ — —  一   =c = h
Q — Fb △ t  一 (|  +“一2t  2

( 6 )  
f  7 、

22 失调前后散 热器表 面散 热量之 比  .

£ :    

— ±  2      i=  2: 1

23 先调 前后 围护结构耗热 量之 比  .
  .

。  

p / =( 一 ) ( 一 )  Q     /     

-  

() 8 

() 8式 中 : 6 一()   .“, 上考 虑失 调 前后 散热 器出 口水温 , “_  


“_ 上考虑失调前后房间空气温度,  
  .

CG , L考虑 失 调前后 流 过散热 器 的水 流量 ,  
—一

冬季室 外 供暖计 算温 度 ,  


t  



散热 器 传热 系数 确定 的实验 系数 ;  
散 热器 进 口水 温 。  





由于热量 平衡 , 6 () 应相 等 , ()一 8 式 可用试算 法 求得 各相 对流量 下 的  、   “ 以及 Q /Q 的    值, 表 1 如 。其 中  =9 ̄   ;7o   5c. 0c, 一9c( o 北京 )  =fq, , 8C B=0 3  .。

表 1 水力失调引起 的熟力失调计 算蛄幕 

由表 1 可以看 出, 当立管上各并联的散热器环路发生水力失调时 , 由此会发生相应 的热 
力失 调 , 而 造成 房间空 气温 度偏 离设计 值 , 从 当c>09或 <11 ,   . 时 室温 的偏 差犬 于 05C, .o   超 过设 计允 许 范 围 。而 由公 式 () 5 可知 ,在双 管热水 供 暖系 统 申 , . 由于 立 管上 各并 联 的散热 

器环路作用压力不相等, 使得 同一立管上各绲1 蜘热器不可避免地存在着水力 失调 , 从而导致  热力失调, 由以后 的计算 ( 3 可 以看 出, 表 ) 当建筑锯届散超过三层时 , 立管上大部分散热器  的c>09或 <11即大部分房间的温度偏离设计值 0 5C以上 由此, . ., . ̄ 需对各散热器 的散热  积进行修正,以满足各房间的设计温度。本面带下标。 ” 5表示髓正后的实际参数 。  

3 散 热 器散 热 面积 的修 正 
3 1 修正后 的散 热 器 出口水温计算  .

第6 新 

刘金 祥 :双若 热水供暖系统 在高 ( 层建筑 中应用 的设计计算方 法探讨  多)

胛 

考虑修正前后,散热器内热水散热量相等 , : 则  岛 ( 一 )   c  一“.      = ( 。 )
。 。   一 )/ G/ = 一( 一 )/C =‘一(   ( .C)        

() 9  (O  1)

32 散 热 器散 热 面积 修 正 系数  .
考虑 修 正前 后 , 散热 器表 面散热 量相 等 , : 则  
知  △  =   、 。△知 . 。   【 l  l}

令散 热 器散热 面积 惨 正 系数为  = / 则 :   F,   a=   =   (2  1)

将 (o式代人 (2式 , 1) 1) 并取  =9℃,   ℃, =1 ̄ 得到: 5 “=   8 C,  
a ;

【2/ 14 5  ̄9 (5 —2/c)   P“

(3  1)

3 3 C的 允许 范 围及 其 对应 的 a值  . 
由公式 (0 及散热器散热的机理可以看出, 、的高低决定着系统的经济性及技术上  1)   。

的合理性。在 “一定的条件下, 。 “.过高, 则设有充分利用供水 的热量, 增加了管道及水泵 
的费用 ; ,过低 , “. 散热器 内热水平均温度过低 , 降低散热效率。这里取 4 ℃≤ . 5 。≤8℃, 5  
则 有相 对 流量 比的范 围为 05 c ≤25 由此 , 据公 式 (o 和 (3 可 以得 出各 种相 对 流  .≤ .。 根 1) 1) 量 比对 应 的面 积修 正系数 和散 热 器 出水 温 度 , 表 2  见 。 表 2 不 同 对 应 的  和 “. .值 

4 计 算 方 法 的应 用 
由相 对流 量 比c≥O 5 公式 ()并 考虑第 一层 为最 不 利层 ,可 以得到 : .及 5,  
≤7 +6AP gh  一 ) / (     (4  1)

式 中  g —重力 加速 度 , 98 Ⅱ } — 取 .1   ;  
、   — —

^ —— 各层层 高 , 3m; 取    

供、 回水温 度下 的水 密度 , 9 19 gm 和 978k/l  取 6 .6k/  ̄ 7 . gn ;  ̄

对 自然循环系统, 为管道冷却附加压力;对机械循环系统 , 为计算立臂环路  两端间的作用压力; 由计算确定。   代人数据得到保证底层散热器 出水温度不低于 4  ̄ 5C时的建筑物最高层数的计算式为 :  
Ⅳ≤7 . 1  尸 +0 0 28△   如保 证J 蘑屡散 热器 出水温度 不 低 于 5 ̄ 0C,则此时 :   ( 5  1)

△P 一

≤55 .O  P . +0O96A  

(6  1)

4 1 自然循 环 系统  .
对 自然 循 环 系统 , AP 50P 代入 (5式 得 : 1. 即采 用 散热 器散 热 面积修 正  取   0 a 1) Ⅳ≤ 34。

4  8

重庆建筑大学学报 

第 ∞ 眷 

后,双管 自然循环热水供暖系统适用于 l 层以下的多层或高层建筑物 中使用 。根据公式  3 ( ) (3 , 5 和 1) 计算得到不 同建筑物层数时各计算层的散热器失调的相对流量 比G和 出水温度 
. . 。

以及 散 热面 积修正 系统  的值 分别 列 于表 3和表 4中。  

由表 3 和表 4 可看 出, 双管系统用于 l 层建筑时 , 3 底层散热器 出口水温为 4 . ℃, 5 7 散  热器 的面积增加 3 .%, 12 顶层 出I水温为 7 . ̄ 散热面积可减少5 : 1 0I C,  % I 1) , 由(6式 如在 1  0
表 3 奉 圊屡敷 时各计 算屡 的c和  .值  .

咖  
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105 1 1l 117 .8   . l   . 3  
IO o 1 0 9 1 晒 B   2   .8   .  

12   123 12 O .38 .6   . 0   t 1 o L [ 7 Ll6   . 3   l4   14 . 1 0 2  1 o 6 1 1   .7 .8   .oo 1o6 107 109 . 3  .4  .5 

0.8   1.o   l 1   94 o o  o 5

09 1 094 .8   .6     7  0 9 7
0垒6 09   .5  .醴

1O O 1 0 . l   .∞

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o 9 1 Io o I0 7 . 9  . o   .0   o 9 6 . 8  o 9 2 . 7  o 9 4   9   o 9 4 .7  09 7 . 6  o 9 1 .7  
o 9 4 o.6   0.6    5   9 l 97 0 9 5 o. 5  o.5   .4   9 2 98

o  .

o.5   90
o.4   93

1o o I 0 5 I  .o   - 0   -

IOl   1 O 6 . 3 l .1. 呦


7 1.2 0 3  1o ̄


Io 9 I ( 2 1 0 4 .3   . 2   . 3   .3  1 o 6 1

第6 期 

刘盒样 :双管搏水供暖系统 在高 { 层建筑中应用柏设计计算方法探讨  多)

曲 

层的建筑物中使用, 其底层散热器 的出水温度不低于 5℃。由修正系数的平均值可以看出, o   修正 后立 管上 散热 器 面积增 加 总量不 大 于 3 9 所 以 , . %, 面积修 正 不会 增加 较 多 的散热 器 。  

由散热器出1水温平均值可以看出, 2 I 对立管而言 , 回水温度接近系统盼回水温废 4 船  其 Q
4 2 机 械 循 环 系统  . .   .  

对于机械循环双管热水供暖系统 , 由于环路作用压力较大 , 随着层数的增加 , P也随  A 之增大。显然 , 双管 系统 可以用于高层建筑中热水供暖。此时 自然循环作用压力引起的房间 
热 力失 调可 以通 过对 散热 器 散热 面积 的修 正来 避免 。 由公式 () 以看 出 , 时 由于 A 5可 此 P较 

大,G较小 ,所 以机械循环系统中散热面积修正系统 的值将远远小于同规模 的自然循环 系  统 。设计 时 , 以根据 水力 计算 结 果确定 的 A 可 P值 , 公式 () 1) 算 n值 。由于受篇 幅  利用 5 (3计
限制 , 文未 列 出计算结 果 。 本  

5 结 论 
… l  

1? ■ 。  

1 双管 热 水供 暖系统垂 直 热力 失 调 是 由水 力 失 调 引起 的 ,而水 力 失 调 的 大小 不 仅 取  ) 决 于 自然循 环作 用 压力差 的大小 , 自然循 环 系统还 取决 于管 路冷却 附加作 用 压力 , 机 械  对 对

循环系统主要取决于立管环路上的机械循环作用压力 ,在建筑物层数一定时 , 作用压力越 
大, 则失 调越 轻 。  

2 双 管热 水 供暖 系统 直接 用 于超 过 三层 的建 筑物 中时 ,立 管上 大 部 分房 间 由 于失 调  )

将使其空气温度偏离设计值 05 .℃以上, 有时会达 4 ℃左右。   3 在系统供 回水温度、室内供暖设计温度及散热器形式等 定的条件下 , ) 散热器 的  积修正 系数主要取决于失调前后散热器环路的相对流量 比G 一G lJ ,     越大, I , { 别     也  a 越 大 , 热 面积增 加 或减少 得越 多 。 即散   。 - . .         4 引人散热器面积修正 系统后 , ) 在允许 的散热器 回水温度范 围内, 4 ℃ ( 5 ℃) ? 如 5 或 o ,  

双管热水供暖系统 可用于十三层 ( 或十层) 的高层或多层建筑物中。修正后:   立管末靖的固  
水 温度接 近 7℃ ,增加 的散 热器 散热 面积 不超 过 39 ,一 般 情况 下 基本 不会 增 加 散热 面 。 0 .%  
积。  

5 )对于机械循环双管热水供暖系统 ,由于 自然循 环作用压力所 占立管拜路 总作用压  力的份额较小 , 故引入修 正后 , 能用于高层建筑供暖中, 其修正的 幅度远远小于同规模 的自  
然 循 环系统 。  

参 考 文 献 
1温 爵 . 对推进我国供热节能韵看法和建议 暖通空调, 9, i)1 7 1 82 i:.   9 s
2 涂逢样等  建筑 节能技 术 北京 : 中国计 划出版杜 。96 15—16 19 .4 4  

3贺 平等 供热工寝( 第三砬)北京: 建筑工   中国 业出版杜。9 4— 3 4  1 3 7 5, 一 9  6
4 G ,9 - ;   B1  ̄ 7 果暖通风与空气j节设计规蓖 . 1 8 ' 呵 北京 : 中国建筑土业 出 杜 ,  版 f ’  

∞ 

重庆建筑大学学报 

第2 0卷 

I v s i a in it   sg   fT - p   t a e   a ig n e t t  n o De i n o   wo- e Ho   t rHe t   g o Pi W n

Sy t m o  gh ie o   l— t r y d Bul ig   se f rHi r   rMut S o e e   i n s s i d
L uJn in   i  ixa g
(   . Ct c n   i 咖 y Ab ta t B sd蛳 Ⅲ  src  ae   ,   n ^ ci h e& N g fh l   慨 I a d c luaig te n   ac l n     t h E g I 吨 l tN I  t09  Dhe 盯 i ,   l 20 0 ) n s ca d tnm0yI i lo lri   n  h dT c ds ̄e  锄 n¨  p   e

ht a r et s蚰n,is t hth  yt Crb sdil  s   nts t e I凼q o wt   a eh  ̄ y tte a tissm a eue n l eo ndite dbd 学   a st s e l i r -o y 1
atrc n f  0 Ⅸ 锄 frteae   md咖 B h  q ̄ o sa dd t fh   岫 e o h  ra i .T ee l n n  aao te   0 fe ̄ 肿   n at .  

脚 Wod to ieha ̄ s t ne iut q l / re, r ci at ,r i ̄  rs w.p et y e p s  ̄,i xcci  ̄ ids drc r tnf c a a d r ,t c o o e o c ̄ d t

( 接第 1 页 ) 上 l  

参 考 文 献 
l藤 田贤二 . 快滤 池反 冲洗诸问题的水力学研究 .日本 . 水道协舍杂志 ,92 8 l7 .  2李 圭白 , . 等 滤池气水反冲洗机理探讨 . 暗尔碾建筑工程学院学报 ,926 19 , 

3 ∞ T ̄ U,dg ‘    G 咿 c g U n  d 峨 b
A WA, 9 3 5 W l 8 , 

k e ̄ 协 I aaee  ̄ hn   d l t   1 td n t ai a   ni 日 *   n w n

B rs l  11fr i i  ̄m, 岫 l 工 t 知  
  .

4 周夹仁 主编 . 流体力学 . 泵与风机 . 北京 : 中国建 筑工程出版杜  9 9 17  5 严J 世 , l 范瑾初主编 . l I 给水 工程 { 三版 ) 北京 : 第 . 中国建筑工程 出版社 .9' 19  5 6 刘荣光 。 滤池气承反冲洗的机理问腰 . 研究生课教材  97 1  19 ,2

Su mma ia in a d Pr I n r  s u so   n Me h ns r t   n   ei a y Dic s in o   c a im  z o mi
o   ie     rW a e   c wa hn   fF l rs Ai t ? t rBa k s i g
L u Ro g u n /   n g a g  L o Hur n u   io g 

W n i a g W   i Xog C o n   LoJ   a gY in   u   i  u eg q X n f u i a
(| F∞  0 d  0 f ml   U c c E?   T  ∞  , Q 踟  血mh  m e ̄y OO 5  IU vr t,40 4 ) l
  .

Asat ad btc s ∞ p r  B e e 丑0  Ⅻ吐   lb

a fe ,oeiad Ie , H曲a   n o ̄ d s  i巾c 1坦  dr m t r 】n c n n 岫
h v  lob e   ei n r dm m e aeas  en l ai i     d
.  

i e sar tr d ah ft ' l-ae hIbfs  w t ae ln ,w t i s邮 r n   i lr w i hw lr o e i ar c 'a d w t a h   h伽mb  0  f i n ae  i n o ara dw t r
h v  en B曲Ⅲ d 丑  丑| a eb e  y cl I m  捌 ,evrl f 4 e ea  曲   p

K yWod   lr Ib 她 e rs ft ,kc 忸 ie I

wt i h伽mb i ∞ o iadw t , e  蛐 .   f r n a r m c a  e  


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