z某热水采暖上供上回式垂直双管系统的改义造及其反思.doc
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1、某热水采暖上供上回式垂直双管系统的改造及其反思北京市建筑设计研究院 张锡虎 梁晶 葛昕总参工程兵第四设计研究院 刘露提要 本文介绍了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。关键词 热水采暖 上分式垂直双管系统 改造 反思1 工程概况北京地区某综合商业楼,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, 处于集中供暖管网某一
2、环路的末端,系统入口外网供回水压差约为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。系统型式如图1。图1 采暖系统示意图建成以后运行初期,就出现比较严重的垂直水力失调,表现为四层和三层的散热器热,二层特别是一层基本上不热。经仔细调节,即关小四层和三层散热器支管上的阀门开度,情况有所改善。但是,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。但由于干管、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
3、供热部门曾经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。2006年初,我们接受委托对该工程进行了改造设计,经实际运行检验证明,改造获得了成功。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,也不能满足采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)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”的水力平衡要求。以比较典型的24#立管(附图2)为例,计算压力损失如表1。图2 该工程的24#立管表1 各散热器环路之间的计算压力损失相
4、对差额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485.2Pa 68.3Pa416.9Pa三层散热器环路286.0Pa 38.0Pa248.0Pa 二层散热器环路146,8Pa54.2Pa92.6Pa 首层散热器环路146,2Pa0(2)采暖通风与空气调节设计规范4.8.9条还规定:机械循环系统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h15.83mm水柱/m155.8Pa/m,取其2/3,h100Pa/m。楼层平均高度按照3.6m计算
5、,每一楼层的自然作用压力值为360 Pa。以首层散热器中心为计算基准线,水力平衡状态如表2。表2 各散热器环路计及自然作用压力后的剩余压差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485.21080=1565.2Pa68.3Pa1496.9Pa三层散热器环路286.0720=1006.0Pa38 Pa968.0Pa 二层散热器环路146.8360=506.8Pa54.2Pa452.6Pa首层散热器环路146.8Pa0(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,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
6、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。而实际上安装的是普通的闸阀。(4)当采用下分式(下供下回)垂直双管系统形式时,各层散热器环路之间计算压力损失相对差额,有条件采用自然作用压力加以抵消。而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:在经过首层散热器环路与经过四层散热器环路的并联点(即附图2中之2和2),经四层散热器环路的计算压力损失,比经首层散热器环路小了416.9Pa,而又多得到了1080 Pa的自然作用压力,这样,四层散热器环路的剩余压差达到1565.2 Pa,是其环
7、路计算压力损失的22.9倍,必然会造成严重的水力失调。3 改造方案根据现场实际条件,我们共提出了以下四种改造方案:(1)干管系统可以基本不变动,调整各层连接散热器支管和阀门的直径,旨在减少上层散热器环路过多的剩余压差,相应增加下层散热器环路的流量。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,如表3。 表3 立管总流量在各层之间的概略分配比例所在层流量占立管总流量的比例四层40三层30二层20首层10如果将各层连接散热器支管和阀门的直径作如下改造,立管总流量在各层之间的概
8、略分配比例变化将对平衡较为有利,如表4。表4 支管和阀门变径后立管总流量在各层之间的概略分配比例所在层供水支管及阀门回水支管及阀门流量占立管总流量的比例四层DN15DN1525三层DN15DN2027二层DN20DN2030首层DN25DN2517如果再能将一至四层散热器供水支管闸阀,更换为高阻力的自力式温控阀,将会得到更好的效果。(2)各层连接散热器支管和阀门基本不变动,在首层顶板下增设回水水平干管,将首层(及二层)不热的散热器回水管,改为连接于该回水水平干管上,如图3。图3 在首层顶板下增设回水干管连接首、二层散热器的回水(3)利用2004年在楼外增设、已经被弃用的加压泵站,采用混水器与室
9、外供暖管网连接,在不改变建筑物热量和入口额定流量的前提下,使建筑物内部系统的循环流量增加23倍,相应使自然作用压力降低23倍,如图4。图4 采用混水器与室外供暖管网连接图室内采暖系统供回水温差如按10 计算,系统循环流量为:并联配置3台室内采暖系统二次水循环泵,G =3565m3 /h,H =13.810m,两用一备。 (4)在改造方案(3)的基础上,将三层和四层散热器的支管上两个DN20mm截止阀的其中一个(散热器支管上原有的阀门许多已经锈蚀难以转动),改为DN15mm的高阻力散热器恒温阀,后为节省改造费用,采用了高阻力散热器恒温阀不带温控器的阀座。上述方案(1)和(2),由于需要进入商户的
10、对外营业空间施工,并对已经形成的装修有较大影响,遭众多商户抵制未能实施。最后,确定并实施了对建筑内部影响较小的方案(3)和(4)。4 改造后运行效果改造后的该系统于2006年11月中旬开始试运行,经过现场测试情况如下:(1)在室外供暖管网正常运行的条件下,由于混水器所需压差很小,系统入口供回水压差不小于1m水柱,就可以满足本系统一次水37m3/h的额定流量。且一次水流量只取决于入口阀门的开度,而与二次水的循环流量无关。说明采用混水器连接不仅适合于系统入口供回水压差较小的情况,也不会干扰室外供暖管网的水力工况。(2)室内系统的主体水力失调现象已经基本消除,多年来从未热过的散热器也热了。(3)新安
11、装的室内采暖系统二次水循环泵实际出力不足,远未达到室内采暖系统二次水的预期循环水量。在一次水流量调节为40m3/h条件下,铭牌参数为G =3565m3/h、H =13.810m的水泵,单泵运行二次水实际循环流量仅为约52m3h,泵进出水两端压差约7m;两台并联运行,流量约74m3/h,泵进出水两端压差约为12m;三台并联运行,流量约82m3/h,泵进出水两端压差为14m。如果能够更换性能较佳的水泵,使之能达到预期的室内采暖系统循环水量,会取得更理想的效果。(4)仍有少量立管的首层散热器或更少量的二层散热器不热,而与此几乎完全对称的立管则无此现象,证明是由于局部管道堵塞所造成,经过认真冲洗以后,
12、也已经运行正常。以下是从立管根部DN20管道清理出来的部分堵塞物图片。5 结语(1)上供上回式垂直双管系统,由于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,存在先天性的水力失衡不利条件,应该尽量避免在多于一层的建筑中采用。(2)如果一定需要采用上供上回式垂直双管系统,应该进行仔细的水力平衡计算,并采取防止垂直水力失调的可靠技术措施。(3)上供上回式垂直双管系统的立管底部,容易积存污物造成阻塞,在管道被建筑装饰所覆盖隐蔽的条件下,很难进行冲洗排除。(4)采暖系统的设计,不仅要进行干管环路和立管之间的水力平衡计算,对于垂直双管系统,也要进行同一立管各层散热器环路之间的水力平衡计算。(
13、5)对任何双管系统,适当减小散热器环路支管的管径和采用高阻力阀门(或采用高阻力散热器恒温阀),以增大散热器环路的计算压力损失,有利于各散热器环路之间的水力平衡。(6)从理论上讲,任何水力失调的系统都有可能采用阀门调节得以改善。但是,设置于散热器上阀门的作用,是为用户在一定范围内自主选择室温,不应该、也不可能要求或限制用户根据自己的需要,对阀门自行进行调节,采用散热器阀门调节作为解决水力失调的设计措施,是不合理的。(7)在建筑物采暖系统入口采用混水器与室外供暖管网连接,在不改变建筑物热量和入口流量的前提下,增加建筑物内部系统的循环流量和降低自然作用压力因素对水力平衡的不利影响,对存在缺陷系统的改
14、造,也是一种有效的办法。(8)某些水泵的性能达不到额定指标,在一些工程中屡见不鲜,应该引起设计选型和工程采购的重视。下面是余秋雨经典励志语录,欢迎阅读。 不需要的朋友可以编辑删除! 关于年龄1.一个横贯终生的品德基本上都是在青年时代形成的,可惜在那个至关重要的时代,青年人受到的正面的鼓动永远是为成功而搏斗,而一般所谓的成功总是带有排他性、自私性的印记。结果,脸颊上还没有皱纹的他们,却在品德上挖下了一个个看不见的黑洞。2.我不赞成太多地歌颂青年,而坚持认为那是一个充满陷阱的年代。陷阱一生都会遇到,但青年时代的陷阱最多、最大、最险。3.历史上也有一些深刻的哲人,以歌颂青年来弘扬社会的生命力。但这里
15、显然横亘着一种二律背反:越是坚固的对象越需要鼓动青年去对付,但他们恰恰因为年轻,无法与真正的坚持相斡旋。4.青年时代的正常状态是什么,我想一切还是从真诚的谦虚开始。青年人应该懂得,在我们出生之前,这个世界已经精精彩彩、复复杂杂地存在过无数年,我们什么也不懂,能够站正脚下的一角建设一点什么,已是万幸。5.中年是对青年的延伸,又是对青年的告别。这种告别不仅仅是一系列观念的变异,而是一个终于自立的成熟者对于能够随心所欲处置各种问题的自信。6.中年人的当家体验是最后一次精神断奶。你突然感觉到终于摆脱了父母、兄长、老师的某种依赖,而这种依赖在青年时代总是依稀犹在的;对于领导和组织,似乎更贴近了,却又显示
16、出自己的独立存在,你成了社会结构网络中不可缺少的一个点;因此你在热闹中品尝了有生以来真正的孤立无援,空前的脆弱和空前的强大集于一身。7.中年人一旦有了当家体验,就会明白教科书式的人生教条十分可笑。当家管着这么一个大摊子,每个角落每时每刻都在涌现着新问题,除了敏锐而又细致地体察实际情况,实事求是地解开每一个症结,简直没有高谈阔论、把玩概念的余地。这时人生变得很空灵,除了隐隐然几条人生大原则,再也记不得更多的条令。8.中年人的坚守,已从观点上升到人格,而人格难以言表,他们变得似乎已经没有顶在脑门上的观点。他们知道,只要坚守着自身的人格原则,很多看似对立的观点都可相容相依,一一点化成合理的存在。于是
17、,在中年人眼前,大批的对峙消解了,早年的对手找不到了,昨天的敌人也没有太多仇恨了,更多的是把老老少少各色人等照顾在自己身边。请不要小看这“照顾”二字,中年人的魅力至少有一半与此相关。9.中年人最可怕的是失去方寸。这比青年人和老年人的失态有更大的危害。中年人失去方寸的主要特征是忘记自己的年龄。一会儿要别人像对待青年那样关爱自己,一会儿又要别人像对待老人那样尊敬自己,他永远活在中年之外的两端,偏偏不肯在自己的年龄里落脚。10、某个时期,某个社会,即使所有的青年人和老年人都中魔一般荒唐了,只要中年人不荒唐,事情就坏不到哪里去。最怕的是中年人的荒唐,而中年人最大的荒唐,就是忘记了自己是中年。11、中年
18、太实际、太繁忙,在整体上算不得诗,想来难理解;青年时代常常被诗化,但青年时代的诗太多激情而缺少意境,按我的标准,缺少意境就算不得好诗。12、一般情况下,老年岁月总是比较悠闲,总是能够没有功利而重新面对自然,总是漫步在回忆的原野,而这一切,都是诗和文学的特质所在。老年人可能不会写诗或已经不再写诗,但他们却以诗的方式生存着。看街市忙碌,看后辈来去,看庭花凋零,看春草又绿,而思绪则时断时续,时喜时悲,时真时幻。13、老人的年龄也有积极的缓释功能,为中青年的社会减轻负担。不负责任的中青年用不正当的宠溺败坏了老人的年龄,但老人中毕竟还有冷静的智者,默默固守着年岁给予的淡然的尊严。14、只有到了老年,沉重
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