建筑工程同程采暖系统与异程采暖系统在节能方面的比较

同程采暖系统与异程采暖系统在节能方面的比较摘要：利用对比沿程水头损失及局部水头损失的方法，分析同程系统和异程系统的总体能耗。得到如下结论：同程系统的能耗小于异程系统。关键词：能耗；同程系统；异程系统；水头损失在国家相关部门的大力倡导下，我国城市住宅室内采暖系统翻过了单户无法自主调节温度的单管垂直系统的老方案后，分户热计量的节能方案已经得到实施。但一户一表的系统到底是采用同程系统还是异程系统并没有明确的规定下来，在如今的新开工住宅项目中，同程系统与异程系统可谓是各得其所。以下就两个系统在能耗方面做出比较。室外同程系统与异程系统的能耗理论分析以下就同程系统与异程系统在能耗方面做出相应比较。图1外线图2室内1.1室外两个系统沿程水头损失及局部水头损失的比较：室外异程系统能耗为：如图示一所示，异程系统中换热站通过管路系统将热能送达单体楼A的沿程水头损失为热水流经管段1，管段=1\*ROMANI，管段=2\*ROMANII，管段6的能量损失hfA，同理将热能送达单体楼B的沿程水头损失为热水流经管段1，管段2，管段=1\*ROMANI，管段=2\*ROMANII，管段5，管段6的能量损失hfB；将热能送达单体楼C的沿程水头损失为热水流经管段1，管段2，管段3，管段=1\*ROMANI，管段=2\*ROMANII，管段4，管段5，管段6的能量损失hfC；而室外同程系统因换热站至各单体楼的管道长度相同，故所消耗的沿程损失基本相同。无论是异程系统还是同程系统，在最终调试过程中，均要将各楼的能量消耗调节至同一水平才能达到热平衡，但在异程系统中，因hfA＜hfB＜hfC，故须调整送往各单体楼的分路阀门a及阀门b，加大距离热源较近的单体楼的局部水头损失，使hjA＞hjB＞hjC，最终使（hfA+hjA）=（hfB+hjB）=（hfC+hjC）即hA=hB=hC。同程系统因沿程水头损失基本相同，故只需微调阀门的开度就可以控制各楼间的热平衡。1.2室外两个系统总体能耗比较：从各单体楼自换热站获得热量所消耗的能量损失之和，亦即整个系统运行的总体水头损失为：各管段的沿程水头损失之和加各楼分路阀门的局部水头损失之和。由上述的运转中的系统而言，异程系统的局部水头损失显然大于同程系统（系统内的热表、除污器及其它细小处如变径、三通、弯头等组件两种系统基本相同，故不做考虑），两者之差用Hj异-同表示，但同程系统中管段6长度较异程系统长，故同程系统的沿程水头损失大于异程系统，两者之差用Hf同-异表示。由于各小区单体楼设置千差万别，Hj异-同与Hf同-异的大小关系难以确定（决定运行费用），故为规避一次性投入过大风险，现小区外线采暖系统基本均为异程系统。户内同程系统与异程系统的能耗理论比较对于户内采暖系统，单一户内的同程系统与异程系统的水头损失情况，如图示2所示，异程系统中，由立管分支处将热能通过室内管路系统送达散热器A所消耗的沿程水头损失为hf散热器A异=hf1+hfⅠ+hfⅡ+hf6；同理将热能送达散热器B所消耗的沿程水头损失为：hf散热器B异=hf1+hf2+hfⅠ+hfⅡ+hf5+hf6；将热能送达散热器C所消耗的沿程水头损失为：hf散热器C异=hf1+hf2+hf3+hfⅠ+hfⅡ+hf4+hf5+hf6；同理可得到同程系统中，散热器A、B、C得到热量消耗的沿程水头损失分别为：hf散热器A同=hf1+hfⅠ+hfⅡ+hf4+hf5+hf6，hf散热器B同=hf1+hfⅠ+hfⅡ+hf2+hf5+hf6b，hf散热器C同=hf1+hfⅠ+hfⅡ+hf2+hf3+hf6。由沿程损失的公式可知,与沿程损失相关的变量为阻力系数λ，管段长度l，管道管径d及流速V（为常量）。因室内供暖系统设计基本均为同径，即d相同，现假定各管段长度即l相同，则在同一个分系统中，同一时段，同一管材的情况下，沿程损失阻力系数λ及流速V均相同，则同称系统中各散热器所消耗的沿程水头损失相同，即hf散热器A同=hf散热器B同=hf散热器C同，而异程系统中的各沿程损失的关系为：hf散热器A异＜hf散热器B异＜hf散热器C异。参照外线采暖系统的调试分析可知，为达到异程系统的热平衡，必须使hj散热器A异＞hj散热器B异＞hj散热器C异。从系统消耗能源角度考虑，在管路长度相同情况下，异程系统与同程系统的沿程水头损失相同，异程系统的局部水头损失大于同程系统，即Hf同-异=0，Hj异-同＞0，由此可知，异程系统比同程系统消耗的能量多。2.1户内同程系统可行性分析：在以上论述中，我们得出结论的前提是抛开图示一中两个系统所示管段6长度不等这一因素。在具体设计施工中，如将设备竖井置于楼内中部，完全可以实现管段6的长度相等，达到此条件即可得出异程系统能耗大于同程系统的结论，即户内同程系统更经济、可行。2.2户内两个系统的工程实例：以下为北京市沙河高教园区住宅及配套工程的工程实例：小区采用集中供热且分户热计量的散热器供暖系统，其中2＃楼户内采暖原设计为De25的PB管异程布置，在施工过程中接到将异程系统改为同程系统的设计变更，但因其6层管道已施工完毕，故未做改动，其余各层均改为同程系统，如图3、4所示。图3同程系统（6层外）图4异程系统（6层）如图3及图4所示，同程系统与异程系统在沿程损失方面，因只有管段长度L是变量，而两个系统内L1-2,L2-3,L3-4,L4-5,L5-6均相同，唯L1-井＞L6-井，故导致同程系统的沿程损失略大于异程系统；同时由上一段换热站和单体楼的分析得知，因异程系统散热器②、散热器③、散热器④、散热器⑤、散热器⑥上的散热器温控阀开度依次变小，导致异程系统的沿程损失略大于同程系统，但由于散热器温控阀的局部水头损失量超过了管段不相同所带来的沿程损失,故而同程系统的水头损失仍小于异程系统的水头损失。从实际运行状况看，6层的流量要稍小于其它层的流量，即6层的流量基本为0.25m3/h左右，其它层的流量为0.30m3/h左右（因系统流量会随时改变，它受供回水温度，系统压力，各户阀门开启度大小等因素影响，始终是一个变量）。在具体调试过程中，因散热器底部的温控阀为手动式，无预设定功能，且单一户内系统带动6组暖气片，这些给末两组散热器的调温工作带来巨大困难。室内立管及地下室干管部分的同程系统可行性分析对于室内管道井内采暖立管及地下室采暖干管而言，如图5所示，因同程系统中较异程系统多出了“回水管一”，这增加了总体管路长度，亦即增加了同程系统的沿程损失,这就形成了hf异程＜hf同程，同时hj异程＞hj同程的情况，h异程是否大于h同程就难以断定了。故而，室内管道井内采暖立管及地下室采暖干管的同程系统与异程系统的选择要视层高以及单元之间的间距等具体情况而定，而不能一语定之。图5室内系统立、干管同程、异程示意图结论由前述分析可知，户内采暖系统的能量损耗方面，同程明显优于异程，同程系统在节约能耗的同时节省了调试系统平衡的大量人力、精力（对于户内系统，如今政府提倡安居工程，单户房间数量亦即户内系统所带暖气片数量较多，这给异程系统的调试带来更大的困难）。对于室内采暖立管及干管（现大部分均采用分单元入户，原理与室内干管分支相同）及外线采暖系统要视具体情况，不能盲目的采用同程系统。在如今全球资源短缺，大力倡导节约型社会，推行节能建筑的大背景下，对于供暖系统末端的组件——散热器温控阀，国家先后出台散热器恒温阀标准JG/T195-2007及其设计标准DBJ11-602-2006、验收标准GB50411-2007，且其实施已有年余，然对于整个系统而言，在新建住宅供暖系统的设计、施工规范或相关图集中，仍未废除户内的异程系统。对于采暖系统的稳定性同程劣于异程的问题，由于散热器恒温控