采暖設(shè)計(jì)中常見的一些問題的討論

采暖設(shè)計(jì)中常見的一些問題的討論來源：呼死你/

在本采暖季，筆者對(duì)幾個(gè)運(yùn)行不正常的采暖系統(tǒng)－“問題工程”，進(jìn)行了補(bǔ)救處理，結(jié)合近年來對(duì)其它工程的調(diào)研和反思，發(fā)現(xiàn)有許多原因，源于設(shè)計(jì)理念方面的一些模糊認(rèn)識(shí)，現(xiàn)加以整理以供參考。1、熱媒設(shè)計(jì)溫度散熱器熱水采暖系統(tǒng)的熱媒設(shè)計(jì)溫度，一般根據(jù)熱舒適度要求、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性等原則確定。供水溫度不超過95℃，可確保熱媒在常壓條件下不發(fā)生汽化；適當(dāng)降低熱媒溫度，有利于提高舒適度，但要相應(yīng)增加散熱器數(shù)量。所以一般經(jīng)常采用95/70℃，例如：作為散熱器“標(biāo)準(zhǔn)工況”的64.5℃，就是水溫95/70℃的平均值與室溫18℃的傳熱溫差。許多采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算資料，也按此條件編制。當(dāng)然，熱媒設(shè)計(jì)溫度也要符合熱源條件的可能性和考慮其它因素。例如：以較低溫度的一次熱媒進(jìn)行換熱所得的二次熱媒，或采用戶式燃?xì)鉄崴膳癄t的水溫有限制，或采用塑料類管材為提高其耐用性時(shí)，也有采用85/60℃作為設(shè)計(jì)參數(shù)的。但是，再進(jìn)一步降低散熱器采暖的熱媒設(shè)計(jì)參數(shù)，顯然是不合理的。以95/70℃為比較基礎(chǔ)，熱媒平均溫度每降低10℃，散熱器數(shù)量約增加20％.當(dāng)前，存在不適當(dāng)?shù)剡^多降低散熱器采暖熱媒設(shè)計(jì)參數(shù)的傾向。原因是某些開發(fā)建設(shè)單位在提供設(shè)計(jì)條件時(shí)，按照熱源的實(shí)際運(yùn)行工況提出熱媒?jīng)]計(jì)參數(shù)，例如提出供水溫度只有70℃。如不加深入分析，就直接采用這樣的低參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，會(huì)使散熱器數(shù)量增加很多，會(huì)出現(xiàn)同一熱源的不同建筑，散熱器數(shù)量相差近一倍的現(xiàn)象，更加劇了系統(tǒng)的失調(diào)度。多年以前，就曾進(jìn)行過實(shí)態(tài)調(diào)查測定，結(jié)果表明：北京地區(qū)多數(shù)由城市熱網(wǎng)或小區(qū)集中鍋爐房供暖的住宅，即使設(shè)計(jì)水溫為95/70℃，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)室外溫度時(shí)，運(yùn)行水溫一般只要70/55℃左右，即可保證設(shè)計(jì)室內(nèi)溫度。如果再按70/55℃的水溫設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是否運(yùn)行水溫又可進(jìn)一步降低呢？似乎不應(yīng)陷入如此惡性循環(huán)的怪圈。為何實(shí)際運(yùn)行水溫遠(yuǎn)低于熱媒?jīng)]計(jì)溫度時(shí)，也可達(dá)到設(shè)計(jì)室溫？主要是由于實(shí)際配置的散熱面積，均不同程度地偏大于理論所需散熱面積。根據(jù)理論推導(dǎo)和實(shí)際工程運(yùn)行驗(yàn)證，對(duì)于設(shè)計(jì)水溫95/70℃的系統(tǒng)，當(dāng)散熱面積偏大10％時(shí)，運(yùn)行水溫約可為90/65℃；當(dāng)偏大20％時(shí)，運(yùn)行水溫約可為85/60℃；當(dāng)偏大30％時(shí)，運(yùn)行水溫約可為82.5/57.5℃；當(dāng)偏大40％時(shí)，運(yùn)行水溫約可為80/55℃。由于設(shè)計(jì)保守等各種因素，一般系統(tǒng)的散熱面積均會(huì)偏大30％以上。[1]2、水力平衡比之散熱器數(shù)量的多少而言，采暖效果主要取決于系統(tǒng)的水力工況。但是，心中無底又不認(rèn)真進(jìn)行系統(tǒng)水力平衡計(jì)算的設(shè)計(jì)，近來常可見到。位于北京大興的一幢六層（局部帶躍層）單元式普通住宅，室內(nèi)采暖系統(tǒng)為干管異程的上供下回單管順序式，衛(wèi)生間和廚房采用高頻焊鋼制散熱器，其它為四柱型鑄鐵散熱器。上一個(gè)采暖季就反映室溫偏低，曾判斷為建筑保溫質(zhì)量不好，普遍均勻增加了散熱器20％。本采暖季一開始，在同一熱源供暖的其它建筑均供暖正常的情況下，本工程系統(tǒng)末端（尤其是下層）室溫仍偏低，引起部分住戶向市政府投訴。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行水力平衡驗(yàn)算，確實(shí)存在較大的不平衡度。衛(wèi)生間和廚房的立管管徑一律取DN15，其它立管管徑不論立管負(fù)荷大小，一律取DN20，入口處較有利的53號(hào)立管帶六層，散熱器27片，阻力損失僅為約580Pa，系統(tǒng)末端最不利的64號(hào)立管帶七層，散熱器63片，阻力損失高達(dá)約3700Pa，加上供回水干管的阻力損失，此兩根立管的不平衡度約高達(dá)800％。遠(yuǎn)超過《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.8.6條關(guān)于“熱水采暖系統(tǒng)的各并聯(lián)環(huán)路之間的計(jì)算壓力損失相對(duì)差額不應(yīng)大于15％”的規(guī)定。[2]各層均勻增加散熱器，更會(huì)加劇垂直失調(diào)。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，筆者會(huì)同幾位年輕設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，并建議運(yùn)行維修人員進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，雖已得以改善，但先天性的失調(diào)是難以徹底解決的。參與調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)人員的深切體會(huì)是：如果這種粗放設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也能正常供暖，則教科書和規(guī)范豈非都得重寫。同樣，北京某大學(xué)的兩幢六層單元式普通住宅，室內(nèi)采暖系統(tǒng)也是干管異程的上供下回單管順序式，采用四柱813型鑄鐵散熱器，衛(wèi)生間為DN32光管，由小區(qū)集中燃?xì)忮仩t房供暖。據(jù)使用單位和住戶反映，自投入使用以來，冬季室內(nèi)溫度達(dá)不到市政府規(guī)定16℃的最低標(biāo)準(zhǔn)，在嚴(yán)寒期內(nèi)，一至二層的室溫，大多在12℃以下，已嚴(yán)重影響居民的生活環(huán)境質(zhì)量。到現(xiàn)場對(duì)典型房間進(jìn)行調(diào)查，室溫和散熱器溫度，明顯低于由同一熱源供暖的其它建筑。據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)采暖負(fù)荷進(jìn)行驗(yàn)算，散熱器數(shù)量符合常規(guī)計(jì)算結(jié)果。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行水力平衡驗(yàn)算，則同樣存在較大的不平衡度，不論立管負(fù)荷大小，雙側(cè)接散熱器的立管管徑一律取DN25×20，單側(cè)接散熱器的立管管徑一律取DN20×20，而無外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的衛(wèi)生間，則采用DN32的光立管。1號(hào)樓入口處最有利的7號(hào)立管阻力損失約僅為900Pa，系統(tǒng)末端最不利的25號(hào)立管阻力損失高達(dá)約3500Pa，加上供回水干管的阻力損失，此兩根立管的不平衡度約高達(dá)700％。而衛(wèi)生間立管阻力損失約僅為60Pa.加以環(huán)路劃分偏大，室內(nèi)系統(tǒng)水力失調(diào)現(xiàn)象必然會(huì)出現(xiàn)。筆者試圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但質(zhì)量低劣的鑄鐵閥門根本無法轉(zhuǎn)動(dòng)。除上述因素外，由于室外供暖管網(wǎng)的嚴(yán)重失調(diào)，致使1號(hào)樓和2號(hào)樓采暖流量不足，即使在入口處的有利環(huán)路，流量也明顯不足。3、系統(tǒng)補(bǔ)水某供暖建筑面積22萬多m2的居住小區(qū)，存在水力失調(diào)的室內(nèi)系統(tǒng)末端底層住戶，出現(xiàn)以下奇怪的現(xiàn)象：每到晚上八九點(diǎn)鐘后散熱器就開始降溫，到半夜就完全不熱，而次日早晨又會(huì)逐漸熱起來。據(jù)深入調(diào)查，重新熱起來是由于頂層住戶在每晚臨睡前和次日早晨起床后進(jìn)行了手動(dòng)放風(fēng)所致。經(jīng)改裝了質(zhì)量較好的自動(dòng)排氣閥后有所緩解，但系統(tǒng)中還是經(jīng)常因有空氣存在。顯然，應(yīng)徹底解決系統(tǒng)進(jìn)入空氣的問題。據(jù)查，系統(tǒng)未設(shè)置膨脹水箱，也未設(shè)置氣壓水罐等膨脹容積，只是依靠功率較大的補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水定壓，而補(bǔ)水泵則由電接點(diǎn)壓力表控制啟停，當(dāng)降至下限值時(shí)水泵啟動(dòng)，達(dá)到上限值時(shí)停泵。由于設(shè)置在管路上的壓力表，指針會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，上下限值的整定間距不能很小，因此，停泵后重新啟動(dòng)必然會(huì)有較長的時(shí)間間隔。在此時(shí)段內(nèi)，由于水的不可壓縮性和不可避免的系統(tǒng)泄漏，總會(huì)有空氣進(jìn)入系統(tǒng)，并積存于流量較小的系統(tǒng)末端頂點(diǎn)。由于該工程已無條件增設(shè)膨脹水箱和足夠容積的氣壓水罐，采取了增設(shè)一臺(tái)略大于系統(tǒng)泄漏量的小功率補(bǔ)水泵（0.75kW）的方法，使之連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)流量大于系統(tǒng)泄漏量時(shí)，通過限壓閥回流至軟水箱，基本上解決了問題。由此可得到啟示：用合理容積的膨脹水箱或氣壓水罐進(jìn)行定壓，是十分必要的，如無條件設(shè)置，則應(yīng)采用不間斷運(yùn)行的變頻補(bǔ)水泵，或像本工程所采取的簡易方法。4、豎向壓力分區(qū)與“分環(huán)”《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.9條規(guī)定：“建筑物的熱水采暖系統(tǒng)高度超過50m時(shí)，宜豎向分區(qū)設(shè)置”。條文說明作如下解釋：其主要目的是為了減小散熱器及配件所承受的壓力，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。暖通規(guī)范作上述限定十分必要。近年以來，高層建筑（尤其是高層住宅）的熱水采暖系統(tǒng)因滲漏而使家裝破壞的事故，時(shí)有發(fā)生。除散熱器或其它構(gòu)件的質(zhì)量和施工安裝隊(duì)伍素質(zhì)等因素外，主要由于承壓過高。某二十五層高層住宅，原室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系是按豎向分區(qū)設(shè)置的，但由另一單位設(shè)計(jì)的熱源，卻為同一系統(tǒng)。在第一個(gè)采暖季，開發(fā)建設(shè)單位就因滲漏向住戶賠償家裝破壞損失的費(fèi)用高達(dá)十幾萬元，不得不進(jìn)行了困難的改造。有些設(shè)計(jì)在熱源處設(shè)置分集水器，對(duì)高低環(huán)分別接出供回水管路，將“分環(huán)”當(dāng)作豎向壓力分區(qū)，這是概念上的錯(cuò)誤?！胺汁h(huán)”可能有利于水力平衡和調(diào)節(jié)，但不可能對(duì)高區(qū)和低區(qū)分別實(shí)施定壓，并不能克服低區(qū)所承受的較高靜水壓力。豎向壓力分區(qū)最好能從熱源上就分別設(shè)置。不宜分設(shè)時(shí)，一般采用間接換熱的方法。間接換熱雖比較穩(wěn)妥，但換熱后二次水的溫度將有所降低，致使散熱器數(shù)量增加。

因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，也有采用加壓和減壓的方法，即：熱源系統(tǒng)按低區(qū)定壓。高區(qū)系統(tǒng)供水經(jīng)加壓進(jìn)入，回水則減壓接回低區(qū)系統(tǒng)。從理論上分析，高區(qū)熱媒循環(huán)水泵的工作揚(yáng)程，要附加高低區(qū)系統(tǒng)的幾何高差，不利于節(jié)能，但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合分析，可能仍有可取之處。但采用此種方法，要特別注意減壓閥的“動(dòng)靜壓差特性”，即：當(dāng)高區(qū)系統(tǒng)水泵停止時(shí)，減壓閥后的設(shè)定壓力會(huì)升高一個(gè)動(dòng)靜壓差值，此值在閥的額定流量條件下約為5m，造成低區(qū)開式膨脹水箱的溢流，并同時(shí)使高區(qū)系統(tǒng)虧水和空氣進(jìn)入。雖然性能較好的減壓閥動(dòng)靜壓差較小，但最好還是采用閉式膨脹水箱，或采用不間斷運(yùn)行的變頻補(bǔ)水泵定壓。5、散熱器的選擇國家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》有針對(duì)性地提到散熱器的選擇問題。規(guī)定“應(yīng)采用體型緊湊、便于清掃、使用壽命不低于鋼管的型式”。目前，散熱器品種繁多，市場競爭劇烈，有從容選擇的余地，但也要看到各種散熱器在應(yīng)用實(shí)踐中都出現(xiàn)過不同性質(zhì)的問題。關(guān)鍵是要針對(duì)系統(tǒng)的特性，較為適當(dāng)?shù)貞?yīng)用，要用其所長，避其所短。系統(tǒng)的運(yùn)行、保養(yǎng)和水質(zhì)控制等環(huán)節(jié)水平的提高，要有一個(gè)漸進(jìn)的過程，一種有生命力的產(chǎn)品，應(yīng)該提高其適應(yīng)客觀條件的性能，而不是對(duì)客觀條件的苛求。鑄鐵散熱器是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的品種，它的主要弊病是：體型不緊湊，如鑄鐵四柱或鑄鐵長翼型等陳舊型號(hào)，顯然與節(jié)能的、裝飾要求較高的建筑環(huán)境很不協(xié)調(diào)；由于價(jià)格競爭，偷工減料，常達(dá)不到額定散熱量；內(nèi)腔粘砂成為系統(tǒng)堵塞的重要原因；落后的鑄造工藝和加工粗劣，組對(duì)接口容易漏水。一些發(fā)達(dá)國家自己不生產(chǎn)但仍樂于采用，并看作為高檔產(chǎn)品，當(dāng)然不是這樣粗陋的品種。如不開發(fā)新的品種，必然會(huì)陷入困境?？上驳氖?，外型可類似于高檔鋼制散熱器、內(nèi)腔無粘砂的鑄鐵散熱器，已開發(fā)成功并已形成生產(chǎn)能力，由于它對(duì)各種系統(tǒng)及運(yùn)行管理水平的適應(yīng)性強(qiáng)，可望有較大的發(fā)展空間。鋼板材質(zhì)的鋼制散熱器體型較薄且較美觀，國外較多采用，引進(jìn)并廣泛應(yīng)用以后，由于材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、運(yùn)行水質(zhì)等因素失控，八十年代后期曾發(fā)生大量腐蝕而造成過很大損失，至今，仍有過頭的商業(yè)宣傳誤導(dǎo)用戶，不斷造成此類腐蝕現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生。引進(jìn)國外材料或生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的一些高檔散熱器，在發(fā)生腐蝕現(xiàn)象以后，提出了一系列對(duì)于較大的集中供暖系統(tǒng)幾乎無法達(dá)到的苛刻要求，例如：嚴(yán)格控制熱媒含氧量、限定采用隔膜式膨脹罐定壓方式、非采暖季滿水保護(hù)、檢修時(shí)只能局部放水、塑料管設(shè)阻氧層、內(nèi)掛鎂棒即采用“犧牲陽極保護(hù)”等。說明其形成腐蝕的主客觀因素并未能根本解決，因此仍應(yīng)慎用。但是，它還是可以應(yīng)用于以燃?xì)鉄崴膳癄t或電熱水采暖爐等分散熱源的戶式系統(tǒng)中。按壽命不低于鋼管的耐腐蝕界定標(biāo)準(zhǔn)，早期開發(fā)的鋼管材質(zhì)的鋼制串片管式散熱器和后期開發(fā)的繞片式（包括高頻焊或強(qiáng)繞）鋼制散熱器，仍是鋼制散熱器中可放心選用的主體品種。但此類散熱器水阻較大，但又常不能提供準(zhǔn)確的水阻特性數(shù)據(jù)，在單管系統(tǒng)中應(yīng)用，尤其是采用兩通恒溫閥加跨越管的做法時(shí)，會(huì)發(fā)生散熱器進(jìn)流量過小的問題。此外，此類散熱器的熱工性能和特定形式的外罩有關(guān)，外罩的成本占其價(jià)格的相當(dāng)比例，但外觀難以滿足用戶的裝飾要求，“罩外加罩”十分常見。鋁制散熱器是一種高效的散熱器，同樣也發(fā)生過腐蝕穿孔問題，除材質(zhì)外，堿性水質(zhì)和超量的氯化物都會(huì)對(duì)鋁產(chǎn)生腐蝕，雖對(duì)此種散熱器提出了內(nèi)防護(hù)要求，但工藝上難以實(shí)施，也不便于檢驗(yàn)。因?yàn)闊崴仩t水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求鍋水的PH值應(yīng)為10—12，說明此種散熱器不能用于以鍋爐為直接熱源的集中供暖系統(tǒng)，但可在熱網(wǎng)集中供熱、用戶側(cè)為經(jīng)熱交換的二次熱媒系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于以燃?xì)鉄崴膳癄t或電熱水采暖爐等分散熱源的戶式系統(tǒng)。有些產(chǎn)品改進(jìn)為采用銅鋁復(fù)合，可能是鋁制散熱器的主要出路。6、關(guān)于分室溫度控制無論是實(shí)施分戶熱計(jì)量的住宅戶內(nèi)采暖系統(tǒng)，還是其它建筑傳統(tǒng)的垂直單管或雙管系統(tǒng)，從節(jié)能和提高熱舒適度出發(fā)，分室溫度控制都是十分必要的。分室溫度控制可以是自動(dòng)的，也可以是手動(dòng)的。在這方面的商業(yè)誤導(dǎo)表現(xiàn)為：將分室溫度控制等同于采用散熱器恒溫閥，并認(rèn)為采用恒溫閥就無需進(jìn)行水力平衡計(jì)算。這種誤導(dǎo)造成了一些系統(tǒng)的失調(diào)和對(duì)恒溫閥的負(fù)面影響。采用質(zhì)量較好的手動(dòng)兩通或三通調(diào)節(jié)閥實(shí)施分室溫度控制，可能更適合于投資條件受限和供暖不足的普遍實(shí)際情況。即使有條件采用恒溫閥時(shí)，也應(yīng)該在弄清楚其水力特性基礎(chǔ)上，正確地加以應(yīng)用。散熱器兩通恒溫閥的高阻水力特性，適合于雙管系統(tǒng)。為適應(yīng)我國市場的需要，國外又推出了針對(duì)單管系統(tǒng)的三通恒溫閥和低阻兩通恒溫閥。因此，我們要面對(duì)三類恒溫閥，而不是不加區(qū)別。用于雙管系統(tǒng)的高阻兩通恒溫閥，又按不同的預(yù)置設(shè)定功能分成若干型號(hào)，其口徑一般情況下應(yīng)采用DN15，少量需采用DN20，無區(qū)別地采用較大口徑不利于水力平衡。而用于單管系統(tǒng)的三通恒溫閥和低阻兩通恒溫閥，則必須有DN15、DN20、DN25甚至更大的口徑，以根據(jù)串接散熱器的負(fù)荷適當(dāng)選配。雙管系統(tǒng)高阻兩通恒溫閥應(yīng)用中的主要問題是極易堵塞，因此對(duì)總體供熱不足和運(yùn)行管理粗放的系統(tǒng)，似利少弊多。恒溫閥在單管系統(tǒng)中應(yīng)用，則發(fā)生問題較多，最突出的是采用兩通恒溫閥加跨越管的做法時(shí)，不適當(dāng)?shù)赜昧烁咦韬銣亻y。單管系統(tǒng)即使采用低阻兩通恒溫閥加跨越管的做法，也應(yīng)該核算散熱器的進(jìn)流系數(shù)。散熱器的進(jìn)流系數(shù)，取決于散熱器通路和跨越管通路的阻力比，與恒溫閥、散熱器和兩個(gè)通路的管徑匹配有關(guān)，有一個(gè)較為復(fù)雜的計(jì)算過程。有些工程因散熱器的進(jìn)流量過小，不得不在跨越管段上再加閥門，這是一種很不合理的處置。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，北京市分戶熱計(jì)量試用圖集中，提出了一個(gè)界定標(biāo)準(zhǔn)，即進(jìn)流系數(shù)應(yīng)不小于30％，已被許多方面包括恒溫閥生產(chǎn)廠所接受，有些國外的低阻兩通恒溫閥新一代產(chǎn)品，又降低了水阻力。7、關(guān)于塑料類管材在實(shí)施住宅分戶熱計(jì)量的戶內(nèi)采暖系統(tǒng)中，已大量采用塑料類管材，與金屬管件接頭處漏水成為一大公害，尤以交聯(lián)鋁塑復(fù)合（XPAP）管和交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管為甚。XPAP管由于其良好的阻氧性能，相對(duì)于其它塑料類管材，本來更適合于采用鋼制散熱器的戶內(nèi)埋地管道。有一種說法：接頭處漏水是由于管道的縱向膨脹所引起，這是不確切的。管道受熱后縱向膨脹形成的膨脹力，是伸長量、管材的彈性模量和管道截面積的乘積。鋼管的線膨脹系數(shù)是0.012（mm/m.K），而塑料類管材線膨脹系數(shù)的概略值，按從小到大排列如下：XPAP管0.025；PB管0.130；PP-R管0.180；PE-X管0.200，當(dāng)然，線膨脹系數(shù)大的管材受熱作用后會(huì)有較大的熱伸長量。但塑料類管材的彈性模量遠(yuǎn)小于鋼管，鋼管的彈性模量為20.6×103kN/cm2，而例如PP-R管，在20℃時(shí)僅為80kN/cm2，95℃時(shí)又降低為25kN/cm2.因此，在管道截面積相同時(shí)，塑料類管材的膨脹力會(huì)遠(yuǎn)