供暖系统散热面积偏大及其影响

1、PAGE PAGE 5刊于建筑设备1988年1期供暖系统散热面积偏大及其影响北京市建筑设计院 张锡虎一、值得重视的一种普遍现象供暖系统中散热面积偏大，是较为普遍的现象。北京地区室外采暖计算温度为-9，在此条件下供暖系统的设计水温为：供水95，回水70。根据多年以来运行经验，当室外温度到达-9时，保证室内温度18，小区集中锅炉房的实际运行参数一般只要7055，只相当于设计供热量的70。这并非水温烧不上去，而是没有必要。北京市建筑设计院内的城市热网的热交换站，在严寒期间，内部供暖系统的运行水温最高为6555，6万多平方米的供暖建筑，室温大部分可以达到1820，只相当于设计供热量的60。多年以来所实

2、行的“低温连续供暖”，住户很舒适，也取得了明显的节能效益。但是，从另一角度看，也说明了散热器的利用效率是较低的。散热面积偏大，除了浪费金属、提高建筑造价之外，对于供暖系统本身的均匀性，是有利还是不利？需要加以分析。五层及以上的建筑物，大多采用单管顺序式供暖系统。北京市建筑设计院曾于1981年冬季，结合对高层建筑供暖系统热工性能的调查，测定和分析了单管顺序式供暖系统在垂直方向的室温状况，发现了如下规律：室温随水流动方向递减，上游室温高、下游室温低。上行下给式系统上层室温高、底层室温低。下行上给式系统则相反，底层室温高、上层室温低。其偏差的幅度，在流量正常、系统和运行没有特殊缺陷的情况下，一般为4

3、左右。在有不保温的干管在室内通过的房间，则还要比相邻的上下层房间高12甚至更多。由于单管顺序式供暖系统房间的个别调节手段还不够有效，势必有一部分房间过热，既不舒适，又浪费能源。单管顺序式供暖系统出现垂直方向温度偏差的规律，广大住户似乎也深有所感。单管顺序式系统沿垂直方向温度偏差的主要原因，实际上是由于供暖系统中散热面积偏大所造成的。具体的说，是由于水在流动过程中的实际冷却程度同计算温降条件的差异。差异越大，垂直温度偏差越大。因此，散热面积偏大这种表面上看来似乎是提高设计安全度的因素，却起到了使室温均匀性变差的相反效果。二、散热面积偏大对垂直温度偏差的定量分析在单管顺序式供暖系统中，当各层散热面

4、积均匀增大的情况下，造成水流方向的室温偏差，可作以下定量分析。设k、f为散热器的传热系数和面积，K、F为房间围护结构的传热系数和面积。则散热器放热和房间热损失的一般热平衡方程，可以表达为下式： （1）或： （2）在既定条件下，（kf）/（KF）为常数，可用C来表示。如忽略水温对散热器传热系数k的影响，式（2）经移项，可得室温随水温变化的一般关系式为： （3）以六层系统为例，且近似认为各层的热量相等，沿垂直方向两端房间的C值可根据式（2）求出： （4） （5）当流量不变，散热面积如增大了A倍，立管总温降也会相应增大A倍。这样，上下游散热器的平均水温变化为： （6） （7）以散热面积的不同增大倍数

5、A值代入式（6）和式（7），可求得上、下游房间散热器的平均水温如表1：表1 不同增大倍数A值对应的上、下游散热器的平均水温A=1.3A=1.4A=1.5上游散热器平均水温92.392.191.9下游散热器平均水温65.262.960.6由于散热面积的增大，使设计条件下的C值也相应增大A倍，式（3）应修正为： （8）将表1中的散热器平均水温代入式（8），可得上、下游房间的室温及垂直温差如表2。表2 不同增大倍数A值对应的上、下游房间室温及垂直温差A=1.3A=1.4A=1.5上游房间室温23.324.926.4下游房间室温20.220.620.8垂直温差3.14.35.6从以上近似分析可见，散热

6、面积均匀增大3050，足以引起35的垂直温差。这与实际运行情况的测定结果是一致的。三、引起散热面积增大的主要因素供暖系统中散热面积的偏大，有主观上愿意把设计做得偏安全一些的原因，例如：围护结构热损失计算各项参数取值对不利因素考虑过多，而对有利因素忽略不计。但是，更多的是由于现行计算方法不够完善以及系统应变性较差所形成。在单管顺序式系统温降计算中，一般忽略了以下两个实际情况：第一，管道散热造成的温降；第二，选择散热器的规格进位使散热面积增大造成的额外温降。在理论计算时所忽略的以上两点，实际上有较大的影响。第一，管道散热。一个（3m左右开间）南向标准房间的计算热负荷约为400500kcal/h，而

7、长度3m、DN15管道平均散热量为156 kcal/h，要占房间计算热负荷的35。一个（3m左右开间）北向标准房间的计算热负荷约为8001000kcal/h，而长度3m、DN20管道平均散热量为196 kcal/h，要占房间计算热负荷的22。第二，散热器的规格进位。以四柱813铸铁散热器为例，取每片散热量的1/3计，约可占南向房间计算热负荷的10，占北向房间计算热负荷的5。以上两项相加，如看作散热面积的均匀增大，则南向约增大45，北向约增大27。在实际运行情况的测定中，发现南向的垂直温差大于北向，管道较多的单双管系统的垂直温差大于单管系统，也说明了上述影响。四、ISO标准台测定结果直接引用于工

8、程计算的后果新编的实用供暖通风设计手册已经出版发行，其中所给出的各种散热器的散热量数值，均采用了ISO标准台测定结果。以四柱813铸铁散热器为例，在标准工况（计算温差64.5）下给定的每片散热量为142W，比老手册给定的散热量140kcal/h少13，比中国建筑科学研究院1965年的实测资料少16。对于四柱813铸铁散热器，北京地区使用广泛，从未发现由于散热量不足造成的问题，如按新编手册计算，无疑均使散热面积进一步偏大。其他各种型式的散热器也相类似，据厂家和有关科研设计单位论证，ISO标准台测得的散热量数据，均比散热器在工程条件下的实际散热量为低。其相差幅度约为1030。鉴于上述情况，有必要在

9、ISO标准台测试的基础上，另行修正为工程实际条件下的可靠数据。这不仅对于建筑造价和金属消耗量有相当影响，更重要的是对于系统的均匀性也会造成较大影响。 五、节能设计标准实施以后的一些新问题国家行业标准JGJ26-86民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分），已颁布试行。根据标准要求，1990年的目标是在19801981年的基础上，使建筑能耗降低30，其中建筑耗热量降低20，采暖系统效率提高10。建筑耗热量这个基数按照标准的要求降低以后，供暖系统以往存在的那些使散热面积偏大的因素，如果不变甚至进一步加大，均会使增大比例上升。例如：原来南向房间管道散热因素使散热面积增大35，由于房间保温改善使计算热负荷降为80，则散热面积增大比例将增为43.8。此外，为了降低目前普遍存在的供暖系统循环水泵偏大造成的过量电力消耗，标准对循环水泵的功率作了限制。过去，由于散热面积偏大而导致的垂直失调，许多情况下为系统的大流量所掩盖。对水泵功率限制以后，实际上将对系统