进流系数对单管跨越式供暖系统的影响

进流系数对单管跨越式供暖系统的影响
摘要:为适应供暖系统室内温度的自主调控，单管供暖系统应设跨越管，本文主要是结合实际工程，定量分析了跨越管对垂直单管供暖系统设计计算的影响，通过计算说明在单管跨越式供暖系统的设计中核算散热器进流系数及恒温两通阀流通能力的必要性。

关键词：单管跨越式供暖系统进流系数供暖供回水温度散热器片数恒温两通阀
Abstract:In order to adapt to the independent control of the indoor temperature of heating system，Single pipe heating system should be set up across the tube, This paper , combined with the actual engineering, analyse the spanning pipe influence on calculating design of vertical single pipe heating system. The analysis for the estimation result showed that the radiator into the flow coefficient and constant temperature two way valve flow capacity was needful.
Keyword: Single pipe heating systemThe flow coefficient Supply and return water temperatureRadiator slices Constant temperature two way valve
单管系统不存在由于各层散热器自然作用压力不同造成的垂直失调，布管相对简单。

在现实的工程应用中，小于6层的公共建筑散热器供暖系统有相当一部分采用了单管跨越式系统。

垂直单管跨越式系统应设置恒温三通阀（图1）或者是恒温两通阀（图2）。

图1 图2
《民用建筑工程技术措施.暖通空调.动力》2.4.4条推荐优先采用两通恒温阀。

但在设计计算时，若采用恒温两通阀，应注意跨越管对系统的影响，下面结合淄博高新区第四小学设计做简单的介绍。

（一）进流系数的概述
在单管系统中，流进散热器的水流量与通过立管水流量的比值，称作散热器的进流系数α，可用下式表示α= G1/（Gl+G2）（1），
其中Gl——流进散热器的水流量，
G2——流过跨越管的水流量
根据当量局部阻力法计算：
散热器环路的阻力损失：（2）
跨越管环路的阻力损失：（3）
（4）
A1、A2---管径换算系数
ζZ1---散热器环路的当量局部阻力系数
ζZ2---跨越管环路的当量局部阻力系数
S1---散热器环路的阻力特性系数
S2---跨越管环路的阻力特性系数
将公式（2）（3）代入公式（1）可得：（5）
公式中（2）～（4）面积换算系数A及λ/d值如下表
（二）进流系数对散热器设计计算的影响
现在以淄博高新区第四小学办公楼的某一立管为例，分别计算α=1（单管顺流），α=0.3，α=0.15时，所需要的散热器片数。

（高新区第四小学主要由6栋功能相对独立的建筑组成。

办公、教学楼均为4层，一层层高3.9米，二～四层层高均为3.6米。

供暖设计供回水温度为80/60℃，室内设计温度18℃。

该立管各层负荷如图3所示，散热器采用铸铁柱翼780型散热器，单片散热量Q=A（ΔT）B ，A=0.821；B=1.248）
进流系数α=0.3时，四层散热器的计算过程如下：
立管总热负荷QZ=Q1+Q2+Q3+Q4=5260W
1)跨越管两端水温降℃
2) α=0.3时，散热器进出口水温差Δt’=α/Δt=18.13℃
3)散热器进口水温T4=80℃（设计供水温度）
4）散热器跨越管后回水温度（下层散热器进水温度）
T3=T4-Δt=74.56℃
5）散热器进出口平均水温与室内设计温度的差值
ΔT=T4-Δt’/2-tn=52.94℃
6)散热器单片散热量：Q= A（ΔT）B=116.3W/片图3
7）散热器片数
（β1=1.2，β2=β3=1.0，计算结果未取整）
参照以上计算方法，将其他各层的计算结果列入下表：
表1
从表1可以得出：垂直（水平）单管跨越式系统，对于有相同负荷分布的供暖立管，进流系数不同时，流经同一位置的散热器的流量和水温降不同，导致散热器的单位面积散热量和所需散热器（面积）片数不同。

随着进流系数的减小，散热器的数量将会大幅度的增加。

α=1时所需要的散热器的总片数57片，而α=0.15时所需要的散热器的总片数86片，散热器片数增加了50%。

为避免散热器面积（片数）增加的过多，必须保证进流系数不能过小。

（三）进流系数的核算
一般认为，散热器的进流系数应不小于0.3。

因此，在设计计算时，应对系统中的散热器进流系数进行核算，据公式（4）对散热器环路及跨越管环路的局部阻力系数计算如下表
表2
（温控阀按丹佛斯RTD-G15和RTD-G20两通恒温阀计算）
将当量局部阻力系数代入公式（5），分别计算连接散热器支管管经为DN20和DN25，跨越管管径为DN15和DN20时的进流系数，计算结果如下表
表3
连接散热器支管管径跨越管管径
以上温控阀的局部阻力系数按某品牌RTD-G15和RTD-G20两通恒温阀计算。

跨越管比连接散热器支管管径小一或二号时，能满足进流系数不小于0.3。

在计算过程中可以看出，恒温两通阀相对于散热器和其他管件来说，阻力较大，对进流系数的大小有决定性的作用。

为满足α≥0.3，所能允许的恒温阀局部阻力系数是多少呢？由公式（5）可得：
即散热器通路总的局部阻力当量系数：(6)
(7)
(8)
ζF——恒温阀局部阻力系数；ζZ1’——除恒温阀外散热器通路的当量局部阻力系数
据公式（8），计算满足如图2所示系统α=0.3时，恒温阀的局部阻力系数，结果如下表
表4
连接散热器支管管径跨越管管径
可见，不同的散热器支管与跨越管管径匹配组合，所允许的恒温阀的最大局部阻力系数是不同的。

在表4中的各种组合下，恒温阀的局部阻力不大于上表中相应的数值，才能满足如图2所示系统的进流系数α≥0.3。

但若系统改变，如图4所示在回水支管上增设阀门，以上计算结果也将不同。

因此，设计时应对散热器的进流系数及恒温阀的流通能力进行核算。

图4
但同时应注意，进流系数越大，散热器的进出口水温差越小即散热器中水流量越大，散热器流量变化对散热器散热量的影响越小。

进出口温差越大即散热器的水流量越小，流量的变化对散热量的影响越大。

当进流系数过大，如本工程α=1.0时，每层水温降大约在5℃左右，流量的变化（即阀的相对开度）对散热量变化的接近快开特性，恒温阀的调节性能大幅下降。

(四)结论
1）垂直单管跨越式系统不能按照传统的垂直单管顺流系统的计算方法，进行设计计算时，必须考虑跨越管对系统的影响。

2）垂直单管跨越式系统采用恒温两通阀时，散热器支管与跨越管管径不同的组合情况，对阀门流通能力的要求不同，应对恒温两通阀的流通能力进行核算。

参考文献：
【1】民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012
【2】全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调.动力（2009）
【3】实用供热空调设计手册陆耀庆主编
【4】供热工程贺平孙刚等
【5】暖通空调常见问题和新技术的合理应用张锡虎。