北京市建筑设计研究院暖通空调常暖通空调常见问题和若干新技术的合理应用(1-1)解析

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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（GB 50019-2003）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GBJ 19- 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

2、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 15 VRV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

3、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： 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； 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

4、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

5、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

6、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

7、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 GB 50019-2003 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

8、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%

9、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

10、，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： 根据GB 50189-2005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。 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（P）。 将最

11、不利环路许用压力损失（P），除以最 不利环路供回水干管总长度（L），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）。 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。 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。 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

12、 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。” 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

13、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？ 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AB的流量大于BC ，但管径相同，因此水力坡降先陡后平；回水 管则相反，自FE的流量小于ED，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“

14、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AB水力坡降过大，而FE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 ”

15、。 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

16、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。 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，