地暖系统在混接中的水力计算

　　目前，地板采暖技术在推广应用过程中，与散热器采暖系统混接是经常遇到的问题，通常散热器需供水温度80℃左右，水系统压力损失很小，而地板采暖需供水温度低于65℃，其末端阻力可达3米以上水柱。因此简单地共用一个水系统是不行的。
　　然而，地板采暖目前在我国尚属新兴的采暖方式，它常常处于周围全是散热器采暖的包围之中，很少能够为地板采暖单独安排热源，而只能用散热器采暖的高温（相对而言）水热源。例如城市热网、区域锅炉房等。
　　房屋开发商希望在散热器采暖的楼中某几层甚至某几个房间安装地板采暖，这种情况有时是由于补建、扩建，更多情况是开发商对较新的事物有个认识过程，非要亲自看到效果才肯大面积推广。作为工程设计人员简单说“不”是不利于新技术推广的。
　　但是，在具体的设计过程中却遇到一个致命的问题：即资用压力是否够用，散热器系统与地板采暖能否同时达到水力与热力平衡，在保证地暖系统室内温度的同时，不影响散热器系统，这是技术人员及热用户共同关心的问题。
　　正因为这种压力问题的存在，使得众多的设计人员在一种抽象的概念条件下进行设计安装，将管长减短，管径放大成为设计的主要措施，而实际情况却表明，大多数工程均出现了过热现象，而有个别工程室内偏冷。
　　因此在混接系统中盲目地或定性地设计计算是不可以的，理应根据实际情况进行定量分析计算。

　　沿程阻力计算与传统型类似，根据管径与设计流量查设计标准，其计算过程如下：设布管间距S、管长L、其铺设面积m=S×L、单位面积散热量q、设计供回水温度差Δt、流量g=(0.86×q×m)/Δt，则实际管径Φ及流量g可以查得比摩阻R，故Py=R×L。
　　局部阻力计算，包括两部分，一是分集水器及其进出口阀门局部阻力ξ1，二是埋地塑料管的弯头局部阻力ξ2，ξ1的计算较为复杂，而且不能精确计算，虽然阀及分集水器的局部阻力系数均有实验数据，但是因为相距太近，相互影响程度较大，只能将其作为一个局部整体处理，就目前来讲尚无实验数据。它的计算只能定性分析。
　　目前，埋地管有三种走向，分回字路型、S路型和L路型。在实际工程中，作者对这三种走向都有过实践，但是在用S路型时，曾受到不少专家的否定，认为S型局部阻力较另外两种路型阻力大，不提倡。作者通过仔细的研究发现，实际情况正好相反，S路型阻力较回字路及L型路偏小。
　　一定的管径Φ在一定的流量条件g下，有一定的流速v，而弯头的个数n曾是设计人员头痛的问题，本文作者在此提出计算方法：若铺设面积中长为a、宽为b，回字路型中n=（b/s）×2；S路型中n=b/s，L型较为复杂不作分析。取n=b/s，回字路型中是900弯头，S及L型路中是1800弯头。1800弯头的局部阻力系数若小于2倍的900弯头，可以作这样的计算：
　　回字路型中弯头局部阻力系数取ξ′=1.0，S及L型中局部阻力系数取ξ″=2.0，故PJ=（ρv2/2）×ξ×n。

　　以某小区的两栋楼为例进行计算。其管间距S=0.2米，管长L=100米，单位面积散热量q=100w/m2，管径Φ20，供回水温差Δt=10℃，每环路流量g=192kg/h，流速v=0.2m/s，最不利房间宽b=4米，房间越宽，越不利。
　　按回字路型计算是：

n=（b/s）×2，n=40（个）

　　其沿程阻力为：Py=RL=100×160Pa/m=1.6m水柱；
　　其局部阻力为：Pj=ρv2/2ξ×N+P′=800Pa+ P′
　　其中P′为阀门及分集水器的局部阻力，取经验数据为：P′=1200Pa=1.2米水柱，则Pj=0.2米水柱。
　　通过上面计算发现，局部阻力较沿程阻力小很多，若占15%左右，而通过大量计算也发现这样一个问题，局部阻力始终只占总阻力的20%到10%之间，当然计算的前提条件是管长L=100米。
　　综上计算的结果有：

P= Py +Pj =1.6m+0.2m=1.8米水柱

　　以上P=1.8米水柱，不包括室内管网阻力，仅从单元户入口到单元户出口这一部分。

　　本文最终的目的除了阐述水头损失计算的方法以外，另一个较特殊的论述是地板采暖系统与散热器供暖系统的阻力匹配问题，如前所述，地板采暖系统一般没有单独的热源，实际的热源是针对散热器系统，因而资用压力能否够用，是设计人员不能回避的问题。
　　实际该小区的外网资用压力为1.25米水柱左右，而地暖系统从分水器到集分水器就达1.8米水柱，再加上室内管网的水头损失，若1.8米水柱，远远超过资用压力，室内管网阻力很大，原因是地暖系统是在小温差大流量条件下运行，地暖系统的流量应是散热器系统流量的2倍。
　　资用压力不够怎么办？众多的专家及设计人员提出，要求将管长减小到60米左右，将室内管网管径放大，而本文作者认为是完全没有必要的。
　　仅管资用压力远远不够用，但是我们忽略了外网是高温水这一重要有利条件。既然外网是高温水，若启用混水泵，将供水与回水混合后再供入室内，那么，混水泵必起加压泵作用，就算是大于5m的水头损失也不存在任何问题，若不用混水泵，利用高温供水在减小流量增大温差的条件下运行，是完全能保证系统正常供暖。
　　不妨作一个小的实例计算，若在10℃温差条件下地暖阻力损失按5m水柱考虑，当在20℃温差条件下运行时，流量要减小一半，此时压力损失将由5m水柱减少到1.25米水柱,可以根据P=SG2计算出。
　　综上所述，地暖系统的阻力在5m水柱以内时，即便超过外网资用压力，将管长减少，管网管径放大，只能是一种初投资的浪费，在高温供水条件下，可以从下表中发现，当外网资用压力小到0.3m水柱时,也能保证室内温度，这就是为什么不少用户将自家散热器取消而直接连接上地暖,而室内更暖、更舒适的原因，当然，高温供水，大温差运行是会有不良后果的，在此不作具体分析。

　　通过上述分析计算发现，地暖系统的水力计算可以由抽象到具体，由定性到定量，只要保证在10℃温差条件下的水头损失不超过5m水柱，将地暖系统与散热器系统混接在一起，是不存在不热问题的。

　　虽然地暖系统在国外已是非常成熟的技术，但在国内仍处于起步阶段，因我国实际情况的不同，众多地方需要去创新发展，混接这一问题是现阶段迈出的第一步，系统的阻力计算，两系统的相互匹配是很重要的问题，直接影响到系统的工程造价及经济性。具体计算方法的分析，相关理论的提出都具有很大的现实意义，但还需要进一步的深入探讨