并联系统的失效率公式推导_供暖系统水力平衡率对室温的影响

摘要：热水供暖系统设计，为了保证室内能够达到设计温度，必须使流进散热器的热水流量与房间的热负荷相匹配，散热器才能散发足够热量以弥补由于建筑物围护结构散失的热量，保证室内温度。供暖系统设计只有通过正确的水力计算，才能保证流进各散热器的热水流量达到设计要求。室内供暖系统各并联环路之间不同的水力平衡率是造成室温差别的重要因素之一，控制水力平衡率是保证室内供暖达到设计要求的重要手段之一。

关键词：供热系统；水力平衡；室内温度

1、引言

寒冷季节由于室内与室外环境之间存在较大的温差，建筑物由于围护结构的散热将会使室内温度降低。为保证室内人们生活工作的需要，在北方地区，散热器热水对流供暖系统是一种常见的室内供暖方式。每年供暖季节开始之初，由于室内温度达不到要求，或者同一建筑物内，室温差别较大引起的投诉也经常被曝光。究其原因，在热负荷和散热器数量正确的前提下，各并联环路之间的水力平衡率是造成室内温差过大的主要因素之一。

2、水力平衡对室温的影响

2.1 水力平衡率对流量的影响

相关计算公式可按照下列公式计算

式中:P为管路的压力损失，Pa；S为管道的阻力特性系数，Pa/(kg/h)²,G为管道的水量，kg/h； ⊿%为并联环路的平衡率；K为实际工况流量系数；上述公式中，带上标＇的为实际运行工况参数。

热水供暖系统通常采用离心式水泵提供循环动力，离心式水泵运行时，其流量和扬程会根据系统管路的阻力特性最终达到稳定，即每个并联环路实际的⊿%均等于0。在实际项目中，由于设计及安装的多种因素，供暖系统运行时，各并联环路并不一定能够按照室内供暖需求的流量分配，为避免造成过大的影响，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》^[1](GB50736-2012)5.9.11条规定：“室内热水供暖系统的设计应进行水力平衡计算，并应采取措施使设计工况时各并联环路之间(不包括共用段)的压力损失相对差额不大于15%”。

对于供暖系统，一般情况下系统允许的总控制阻力(资用压力)是已知的，即使是独立的供热系统，其循环水泵也是已知的，可以根据其允许的总控制阻力，通过计算机编程采用迭代方法计算出不同设计工况平衡率对应的实际工况流量系数K。计算结果详图1。

从图中可以看出，即使按照规范要求⊿%不大于15%设计的系统，实际工况下，其实际工况流量系数K仍然在1.085～0.933之间变化，当⊿%更大时，K也将变大。这种变化势必造成部分环路实际运行时不能完全按照设计分配，终将对室内温度造成影响。2.2 K对室内温度的影响散热器通过对流方式将管道内热水的热量传递给室内，用以补充室内向环境所散失的热量，从而保证室内的温度需求。不论管道内流量不足或过大，终将维持室内外传热的热平衡，达到稳定的室内温度。通过计算机编程采用迭代计算，可以计算出稳定后的室内温度t_n＇。相关计算公式如下：式中:Q为房间热负荷，W；C为建筑采暖热负荷综合值，W/℃；t_n为室内设计温度，℃；t_wn为室外采暖计算温度，℃；t_pj为散热器表面平均温度，℃；t_sg为热水供水温度，℃；t_sh为热水回水温度，℃；A,B为散热器特性系数；上述公式中，带上标＇的为实际运行工况参数。下面分别以双管系统和单管系统为例，进行计算，初始设计工况详表1。表1 设计参数

系统形式	房间编号	tn	tsg	tsh
系统形式	房间编号	℃	℃	℃
双管系统		18	85	60
单管系统	Ⅰ	22	85
	Ⅱ	20
	Ⅲ	18
	Ⅳ	25
	Ⅴ	16
	Ⅵ	14		60

双管系统计算结果详图2，单管系统计算结果详图3～图8。3、结论综上所述，供暖系统运行时通过对并联环路流量的重新分配，从而导致室内温度产生差异；从计算结果中可以看出，双管系统影响较小，但是单管系统特别是靠近回水段即使不平衡率在±15%以内，室内温度也将产生较大差异。供暖系统设计时，应严格控制并联环路的水力平衡率。

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