暖通空调-工程设计问答1~45

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1、工程设计问答( 1)编者按 近期, 北京市建筑设计研究院张锡虎教授级高工以“暖通设计中常见问题和若干新技术的合理应用”为题,针对近年来工程设计中最常见而又难于事后处理的 20 个问题,为一些工程设计人员讲授了相关的经验、教训、体会和具体做法 ,激起了听众极大的兴趣和积极的反响。张锡虎高工的上述讲授内容有些已经成文发表于暖通空调等刊物 。本刊拟从本期开始, 将尚 未正式发表过的一些内容以“工程设计问答”的形式陆续编辑整理刊登出来 ,意在为广大从事工程设计的专业人员提供直接沟通的互动园地 ,使大家关注的工程设计问题得到持续深入的探讨,使有益的经验得到广泛的推广应用 。这一园地中的交流内容, 我们强

2、调的是对工程问题提供有参考价值的具体经验和实用有效的解决方案及其适用条件 ,而不过分追求其系统性 、 理论性和文 字形式。“工程设计问答”将作为本刊不定期但是经常性的内容板块 ,选登典型问题和解答。希望大家积极关注并参与提问和讨论 ,可以将相关问题发至电子信箱 lilp cadg . cn。我们还将努力约请更多具有丰富工程实践经验的专业人员为广大读者的提问提供参考解答 。问题 1 供暖和空调水系统的实际过程是等温降( 升) 的吗 ? 解答专家( 北京市建筑设计研究院张锡虎教授级高 工,下同) : 供暖和空调工程出现概率最大的问题是达不到设计室温( 过冷或过热) 。达不到设计室温有多 种原因,如

3、总体供热( 冷) 量不足、 设备故障、 调节手 段缺失、 管路( 杂物或空气) 堵塞、 亏水、末端设备配 置数量与负荷不匹配 、 围护结构建筑热工不佳 、 运行操作不当等, 但其中比较主要、且难以判断和处 理的问题 ,是系统的水力失调 ,经常需要花费很大 的精力和代价来加以挽救 。 供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 于并联环路之间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温度就会不相同 ,使末端设备的供热(

4、 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,按照供回水温度 85 /60 、温降 25 设计的热水供暖系统,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。由于单管热水供暖系统下游对水温降更加敏感,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

5、失调程度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实际过程。同样,按照供回水温度 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温度 ,即 使调整末端设备容量( 如表冷器面积) 也难以弥补 。 并联环路的水力平衡特性,对于供暖或空调水 系统来说 ,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

6、阶 。 由于供暖水系统的供回水温差相对较大,传输 相同热量需要的水流量相对较小 ,所连带的问题相对较多, 所以可以拿供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多大, 只要散热器数量相近 ,就选用相同管径的现象 。 大量工程实例证明 ,这样的设计必然会导致严重的 冷热不均 。 完全依靠调节可行吗 ? 很难! 集中供暖系统不但要满足单个房间散热量和供热量之间的热平45 暖通空调 HV 回水管则相反,F-E 的流量小于 E-D,但管径相同,因此水力坡降先平后陡 。

7、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 ,在水压图上就体现为“两头大、 中间小”的资用压差。可 以清楚地看到, 2 #楼的资用压差相对最小。由于室内系统均相同,因此其得到的流量相对最少。 这是同程式系统的一种常见现象。如果 A-B段水力坡降过大 ,而 F-E 段水力坡降过小, 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” ,即资用压差为负值。这在异程式系统中是不会发生的。1 并联环路的水力特性在热水供暖循环系统的设计中,要解决的最困 难问题, 实质上是无数并联环路之间流量的合理分配问题。异程式系统与同程式系统并存,并各自为不同的设计单位所侧重选

8、用 ,其中的一个重要原因就是这两种系统在解决并联环路流量合理分配方 面各有其优势 。任意并联环路之间的流量分配都遵循下列水力学的基本原则: 并联点的水头差相同, 此水头差 为H =SG2( 1)式中 H 为水头差 ; S 为环路的阻抗, 它综合了环路的长度 、 管径和局部阻力因素; G 为流量。 并联环路的典型图示见图 2 ,3 。图 2 ,3 中的 A 和 B 为并联环路 1 和2 的公共并联点 ,由于 A 和 B 之间的水头差 ,不管是经由 环路 1 还是环路2 都只能是同一个值 , 所以两个环路之间的流量分配比为G1 G2=S2 S1( 2)式( 2) 说明 ,并联环路之间的流量分配比与

9、环路阻抗的平方根成反比, 阻抗小 , 流量大 ; 反之亦然。其中有一个重要概念: 两个并联环路之间的压 差即水头差总是相等的 ,阻力特性的不同会通过流62工程设计问答 暖通空调 HV 2)供、 回水管的水力坡降线尽量 远离,即尽量减小“共同段”阻力损失所占的比例。那么 ,对于目前受节能设计标准的影响和制约, 已成为供暖系统形式“主旋律”的竖直双管系统设计 ,又应该注意哪些关键问题呢 ? 将在下一次问 答中介绍 。 简讯 注册公用设备工程师注册工作将开展住房和城乡建设部办公厅于 2010 年 1 月 6 日发布了关于开展注册公用设备工程师 、注册电气工程师、注册化工工程师注册工作的通知( 建办市

10、函 2010 9 号) 。通知指出: 为了加强对注册公用设备工程师、注册电气工程师 、注册化工工程师等专业技术人员的管理, 根据勘察设计注册工程师管理规定( 建设部令第 137 号)和关于建设部机关直接实施的行政许可事项有关规定和内容的公告( 建设部公告第 278 号) 的规定, 决定于2010 年 4 月 1 日起开展注册公用设备工程师、注册电气工程师、注册化工工程师等专业的注册工作。申请注册的人员应当具备以下条件: 1) 通过考试、考核认定方式取得注册公用设备工程师、注册电气工程师、注册化工工程师等执业资格证书; 2) 只受聘于中华人民共和国境内建设工程勘察 、设计 、施工 、监理、招标代

11、理 、造价咨询、施工图审查、城乡规划编制等其中一个单位; 3) 达到继续教育要求。( 本刊摘自 http: www. mohurd. gov . cn/ zcfg/jswj/jzsc / 201001/ t20100115 199300. htm)63 暖通空调 HV 为单位高差的自然作用压力 , Pa/m 。 当各层户内系统阻力损失相近时 ,下分式异程系统的自然作用压力用以克服上层环路立管的阻力损失, 即 p回+p供h( 2) 式中 p供, p回分别为上层环路供、回水立管的 阻力损失 ,Pa。供、回水温度为 95 /70 时单位高差的自然作用压力值为 =155 . 8 Pa/m , 取其 2

12、/3 , 近似为 100 Pa/m ,供回水立管各分 1/2 , 即 50 Pa/ m ,再考虑局部阻力因素 ,故取比摩阻 R 40 Pa/m ,经过许多工程设计及实际运行检验 , 这样做可以大体上实现理想的水力平衡。 4)怎样来理解“也可采用上分式双管系统 ,但应采取克服重力作用水头影响防止垂直失调的措施”呢?图 5 为上分同程式双管系统的原理图。仍以 其中最高与最低的两个并联环路加以分析 : A 点与B 点是两个并联环路的两个并联点 ,对于同程式系图 5 上分同程式双管系统原理图( 下转第 106 页)55 暖通空调 HV 2)汽车出入频率一般的普通建筑,按 5 h-1换气选取; 3)出入

13、频率较小的住宅类等建筑,按 4 h-1换气选取; 4)当层高20 m 时 , 应采取补偿措施。 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调动力( 2003 年版) 第 2 . 8 . 8 条建议 ,水平管或总立管固定点的布置,“应保证管道分支接点由 管道胀缩引起的最大位移不大于 40 mm ; 连接散热器的立管应保证管道分支接点由管道胀缩引起的最大位移不大于 20 mm 。 ”而在全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调 动力( 2009 年版) 第 2 . 4 . 11 条中,除了仍沿用上述建议外, 又新 增了“垂直双管及跨越管与立管同轴的单管系统的散热器立管, 长度20 m 时 ,可在立管中间设

14、固定卡; 长度 20 m 时,应采取补偿措施 。 ”上述所谓水平管或总立管,是指管道分支接点 较少的管段, 垂直双管及跨越管与立管同轴的单管系统显然是指管道分支接点较多的管段,所以引起 位移的允许最大值要小一些 ,实际上是要求不大于10 mm 。而对于无分支接点的管段,北京市建筑设计研究院的建筑设备专业技术措施和全国民用建筑 工程设计技术措施 暖通空调动力都提出,“间距应保证伸缩量不大于补偿器或自然补偿所能吸收的最大补偿量”。 问题 3: 一个空调冷却水系统的 DN300 立管上设置了波纹管补偿器, 在进行水压试验时, 固定支架和补偿器都损坏了 ,而过去设置的弯管补偿器却没 有发生过这样的事故

15、,这是为什么 ?解答专家 :应该认真计算补偿器对固定支架的作用力 。 固定支架承受的水平荷载包括: 1) 活动支架因热伸缩引起的摩擦反力; 2) 补偿器因热伸缩引起的弹性反力 ; 3) 因内压不平衡产生的推力 。 力是矢量 ,有方向性 , 应在得到数值的同时明确其方向 。应以每个固定支架为对象 ,分析来自补偿器的弹性力 、 滑动支架的摩擦力和内压不平衡推 力作用的方向和数值。方向相同叠加 ,方向相反抵消, 判断哪些是平衡的固定支架 ,哪些是受力的固定支架。还应研究和比较哪些力是在热态运行时产生的, 哪些力是在冷态水压试验时产生的 。取热 态运行或冷态水压试验时的较大值,作为固定支架强度设计的依

16、据。活动支架的摩擦反力和补偿器的弹性反力对 固定支架产生的作用力的大小和方向 ,弯管补偿器或波纹管补偿器是相同的,但内压不平衡产生的推力则有显著的区别。这是波纹管补偿器常出现工142工程设计问答 暖通空调 HV 指向弯管补偿器的轴向力( 即 盲板力) 作用于固定支架的左侧, 大小为内压 p 乘以管道断面积, 方向为水平向左; 指向弯头的轴向力作用于固定支架右侧, 方向为水平向右。由于两个力大小相等而方向相反 ,弯管补偿器内压对固定 支架的合力为零 。波纹管补偿器是弹性元件 ,与弯管补偿器依靠整体构件的变形以形成补偿量不同 ,需要用波纹管本身的变形以形成补偿量 。热伸缩和内压作用都 会引起波纹管本身的变形 。波纹管补偿器右侧固定支架因内压力的受力( 见图 2) 分析如下 。内压 p 均匀作用于管内各表图 2 波纹管补偿器固定支架受力示意面。其中 : 环向力作用于管壁 ,由管壁材料