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摘要 本文提出了热水地板辐射采暖系统混接在散热器采暖系统中时遇到的问题；通过实例进行了定量水力分析；得出了只要保证在供、回水温差不小于10℃、水头损失不超过5米水柱的条件下，低温热水地板辐射采暖系统混接在散热器采暖系统中可以实现水力平衡的结论。
关键词 低温热水地板辐射采暖系统； 散热器采暖系统；混接 ；水力平衡 ；水力分析
abstract： this paper puts forward the hot water floor radiant heating system in the radiator heating system by mixing the problems when; By examples quantitative hydraulic analysis; As long as the guarantee that the supply and return water temperature difference is not less than 10 ℃, head loss is no more than 5 meters under the condition of the water column, low temperature hot water floor radiant heating system then in a mixed system of heating radiator can realize hydraulic balance conclusion.
key words ：low temperature hot water radiant floor heating system; radiator heating system; mixed then; hydraulic balance; hydraulic analysis
中图分类号：TU832.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
1 引言
近年来，热水地板辐射采暖系统（以下简称为地暖系统）在住宅和各种公共建筑中得到了得到了越来越广泛的应用。在它的设计、施工和使用中，经常会遇到如下一些情况：同一座建筑大部分区域采用散热器采暖系统，一小部分区域采用地暖系统；有些采用散热器采暖系统的住宅住户入住后自行改为地暖系统。还有其他一些类似情况，即地暖系统混接在散热器采暖系统中。在这些情况下，人们会产生这样的疑问：散热器采暖水系统压力损失很小，地暖水系统压力损失很大，其末端阻力可达3米水柱以上，地暖系统和散热器采暖系统能否达到水力平衡；地暖系统一般没有单独的热源，实际的热源和外网一般是针对散热器采暖系统设置的，外网的资用压力能否满足地暖系统的需要，是否应该为地暖系统单独设置热源和外网。于是，为了解决水力平衡问题，有些技术人员采取将地暖系统管长减短，管径放大的措施。而实际情况却表明，这样做大多数情况下出现了过热现象，而有个别工程室内偏冷。因此，有必要根据实际情况进行定量水力分析。
2 沿程阻力与局部阻力计算
沿程阻力计算根据管径与设计流量查有关资料，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。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，笔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。该小区采用散热器采暖系统，现某住户自行改装地暖系统。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=1.6米水柱；其局部阻力为：Pj=ρv²/2ξ×N+P′=800Pa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。綜上计算的结果有：P= Py +Pj =1.6m+0.2m=1.8米水柱
以上P=1.8米水柱，不包括室内管道阻力，仅从分水器到集水器这一部分。
3 混接系统阻力匹配
下面分析地暖系统与散热器采暖系统的阻力匹配问题。如前所述，地暖系统一般没有单独的热源，实际的热源和外网是针对散热器采暖系统设置的。因而资用压力能否够用，是设计人员不能回避的问题。
该小区散热器采暖系统的外网资用压力为1.25米水柱左右，而地暖系统从分水器到集水器就达1.8米水柱，再加上室内管道的水头损失，总阻力损失将达到3、4米水柱左右，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？有人认为，可以将管长减小到60米左右，将室内管道管径放大，而笔者认为是完全没有必要的。
尽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。若要采取低温供水、小温差运行，可使用混水泵，将供水与回水混合后再供入室内。这时，混水泵起加压泵作用，即使是大于5米水柱的水头损失也不存在问题。若要采取高温供水、大温差运行，可不用混水泵，直接使高温供水在小流量大温差的条件下运行，是完全能保证系统正常供暖的。
这里做一个小的实例计算，若在供回水10℃温差条件下地暖系统总阻力损失按5米水柱考虑，当在供回水20℃温差条件下运行时，流量要减小一半。根据P=Sg²，此时压力损失将由5米水柱减少到1.25米水柱。详见下表：
综上所述，地暖系统的阻力在5米水柱以内时，即便超过外网资用压力，也不必将管长减少、管径放大。从上表中可以发现，在高温供水条件下，当外网资用压力小到0.3米水柱时,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、大温差运行是会有其他不良后果的，这里只讨论水力平衡问题，对此不作具体分析。
4 结论与展望
通过上述分析计算发现，只要保证在供回水温差不小于10℃、水头损失不超过5米水柱的条件下，将地暖系统混接在散热器系统中，可以实现水力平衡，可以使设地暖系统的房间的室内温度满足要求，也不必为地暖系统单独设置热源和外网。
目前，地暖系统在我国仍处于起步阶段，众多地方尚需要去创新发展。系统的水力分析，和其他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还需要进一步的深入探讨。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词 低温热水地板辐射采暖系统； 散热器采暖系统；混接 ；水力平衡 ；水力分析
abstract： this paper puts forward the hot water floor radiant heating system in the radiator heating system by mixing the problems when; By examples quantitative hydraulic analysis; As long as the guarantee that the supply and return water temperature difference is not less than 10 ℃, head loss is no more than 5 meters under the condition of the water column, low temperature hot water floor radiant heating system then in a mixed system of heating radiator can realize hydraulic balance conclusion.
key words ：low temperature hot water radiant floor heating system; radiator heating system; mixed then; hydraulic balance; hydraulic analysis
中图分类号：TU832.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
1 引言
近年来，热水地板辐射采暖系统（以下简称为地暖系统）在住宅和各种公共建筑中得到了得到了越来越广泛的应用。在它的设计、施工和使用中，经常会遇到如下一些情况：同一座建筑大部分区域采用散热器采暖系统，一小部分区域采用地暖系统；有些采用散热器采暖系统的住宅住户入住后自行改为地暖系统。还有其他一些类似情况，即地暖系统混接在散热器采暖系统中。在这些情况下，人们会产生这样的疑问：散热器采暖水系统压力损失很小，地暖水系统压力损失很大，其末端阻力可达3米水柱以上，地暖系统和散热器采暖系统能否达到水力平衡；地暖系统一般没有单独的热源，实际的热源和外网一般是针对散热器采暖系统设置的，外网的资用压力能否满足地暖系统的需要，是否应该为地暖系统单独设置热源和外网。于是，为了解决水力平衡问题，有些技术人员采取将地暖系统管长减短，管径放大的措施。而实际情况却表明，这样做大多数情况下出现了过热现象，而有个别工程室内偏冷。因此，有必要根据实际情况进行定量水力分析。
2 沿程阻力与局部阻力计算
沿程阻力计算根据管径与设计流量查有关资料，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。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，笔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。该小区采用散热器采暖系统，现某住户自行改装地暖系统。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=1.6米水柱；其局部阻力为：Pj=ρv²/2ξ×N+P′=800Pa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。綜上计算的结果有：P= Py +Pj =1.6m+0.2m=1.8米水柱
以上P=1.8米水柱，不包括室内管道阻力，仅从分水器到集水器这一部分。
3 混接系统阻力匹配
下面分析地暖系统与散热器采暖系统的阻力匹配问题。如前所述，地暖系统一般没有单独的热源，实际的热源和外网是针对散热器采暖系统设置的。因而资用压力能否够用，是设计人员不能回避的问题。
该小区散热器采暖系统的外网资用压力为1.25米水柱左右，而地暖系统从分水器到集水器就达1.8米水柱，再加上室内管道的水头损失，总阻力损失将达到3、4米水柱左右，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？有人认为，可以将管长减小到60米左右，将室内管道管径放大，而笔者认为是完全没有必要的。
尽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。若要采取低温供水、小温差运行，可使用混水泵，将供水与回水混合后再供入室内。这时，混水泵起加压泵作用，即使是大于5米水柱的水头损失也不存在问题。若要采取高温供水、大温差运行，可不用混水泵，直接使高温供水在小流量大温差的条件下运行，是完全能保证系统正常供暖的。
这里做一个小的实例计算，若在供回水10℃温差条件下地暖系统总阻力损失按5米水柱考虑，当在供回水20℃温差条件下运行时，流量要减小一半。根据P=Sg²，此时压力损失将由5米水柱减少到1.25米水柱。详见下表：
综上所述，地暖系统的阻力在5米水柱以内时，即便超过外网资用压力，也不必将管长减少、管径放大。从上表中可以发现，在高温供水条件下，当外网资用压力小到0.3米水柱时,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、大温差运行是会有其他不良后果的，这里只讨论水力平衡问题，对此不作具体分析。
4 结论与展望
通过上述分析计算发现，只要保证在供回水温差不小于10℃、水头损失不超过5米水柱的条件下，将地暖系统混接在散热器系统中，可以实现水力平衡，可以使设地暖系统的房间的室内温度满足要求，也不必为地暖系统单独设置热源和外网。
目前，地暖系统在我国仍处于起步阶段，众多地方尚需要去创新发展。系统的水力分析，和其他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还需要进一步的深入探讨。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。