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一、前言
地暖：即低溫熱水地面輻射供暖，以溫度不高于60℃的熱水為熱媒，在埋置于地面以下填充層中的加熱管內循環(huán)流動，加熱整個地板，通過地面以輻射和對流的熱傳遞方式向室內供熱的一種供暖方式。近年來隨著燃氣采暖熱水爐在我國分戶采暖市場得到廣泛使用，以及一批優(yōu)質地暖管的出現(xiàn)，使得壁掛爐加地暖的組合形式以其安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、美觀等特點深受廣大用戶喜愛，并逐漸成為一種趨勢。循環(huán)水泵作為整個地暖系統(tǒng)的動力來源，如果選擇不合理不但會造成水力失調，而且會使水泵偏離最佳工作點，效率降低，功耗增大，直接影響供暖的舒適度?！ ?/span>
二、循環(huán)水泵選型方法和實例計算
1 循環(huán)水泵選型方法
循環(huán)水泵選型的一般方法是根據水力計算的結果，得出地暖系統(tǒng)所需的水流量和克服地暖系統(tǒng)管網及壁掛爐本身阻力所需的揚程，綜合考慮循環(huán)水泵在地暖系統(tǒng)中的工作效率，選擇合適的循環(huán)水泵。
1.1 系統(tǒng)流量
G=3.6Q/C(Tg-Th) （1）
G—供暖管網所需流量，m3/h
Q—房屋所需采暖熱負荷，kW
C—水的比熱，kJ/(kg•℃)
Tg—供暖出水溫度，K
Th—供暖回水溫度，K
Q=K1K2qA （2）
Q—住房供暖所需熱負荷，kcal/h；
K1—考慮鄰居采暖不同步的安全系數，此處取1.2；
K2—考慮間歇供暖的安全系數，此處取1.2；
q—標準住宅熱指標估算值，kcal/㎡；
A—標準住宅建筑面積，㎡；
1.2 系統(tǒng)阻力
系統(tǒng)阻力分為沿程壓力損失、局部壓力損失及機器內阻，沿程壓力損失是指在管道中連續(xù)的、一致的壓力損失；局部壓力損失是指管道系統(tǒng)中特殊的部件，由于其改變了水流方向，或使局部水流通道變窄（比如縮徑、三通、閥門、接頭、過濾器等）所造成的非連續(xù)性壓力損失；機器內阻是機器本身的阻力。
1.2.1 沿程壓力損失
地暖管為圓管且內壁較為光滑，屬低粗糙程度，選擇沿程壓力損失的計算公式如下：
Hf=λ•L/D•V2/2g （3）
Hf—沿程壓力損失, mm/m
λ—摩擦阻力系數（并非定值）
L—環(huán)路水管長度，m
D—管道內徑,m
V—水平均流速m/s
Re<2300為層流流動：
λ=64/Re （4）
Re>2300為紊流流動:
λ=0.316Re-0.25 （5）
Re=VD/γ （6）
γ：動力粘度系數, m2/s
公式（6）用于判斷水流方式：層流或紊流
1.2.2 局部壓力損失
局部壓力損失主要受限于一些閥門、濾網的流通能力，選擇計算公式如下：
ΔP=102(G/KV0.01)2 （7）
ΔP；局部壓力損失，mmh2o
G—供暖管網所需水流量，l/h
KV0.01—流通能力（壓差等于0.01bar）, l/h
1.2.3 機器本身的內阻是一個實測值，由于壁掛爐行業(yè)起步較高，標準化程度較好，所以不同廠家的同一類型產品內阻相差不大。
1.3 循環(huán)水泵效率曲線
目前燃氣采暖熱水爐中所應用的水泵絕大部分為后向葉輪式離心泵，此種水泵效率較低，根據某水泵廠家提供資料，其效率與流量曲線，不同揚程的循環(huán)水泵效率相差不大，水泵運行的最高效率點在水泵流量為1.4m³/h處，最高效率接近20%?！ ?/span>
2 實例計算
例：這里以北京一套三室兩廳總面積120m2的住房為例，假設其采用冷凝壁掛爐加地暖形式采暖，三個房間、一個客廳(40m2)、一個廚房、外加一個衛(wèi)生間共六條并聯(lián)支路,采用ZF25F×15-6-CJ/T251型號的分集水器，設計供水溫度50℃，回水溫度40℃。當所有支路全部打開時，其沿程阻力最小，流量最大，當只打開其中最不利支路時，其沿程阻力最大，流量最小。
經分析可知，客廳面積最大，鋪設管路最長，該支路就是我們說的最不利支路，《地面輻射供暖技術規(guī)程》建議各環(huán)路長度不宜超過120m，這里假定客廳地暖管環(huán)路長度為120m(正常計算超過120m)，再加上機器到分集水器間的主管路長度約20m，那么整個環(huán)路總地暖管長度約140m。環(huán)路共有7個閥門，預估閥門Kv0.01為669L/h（機器進出水口2個、分水器進出水口2個、集水器進出水口2個、Y型過濾網一個）。
實測冷凝壁掛爐機器內阻：3.5m2ho。
分以下兩種極端情況計算：
2.1 當所有支路全部打開時，其環(huán)路阻力最小，流量最大，為最有利環(huán)路（由于管路粗細、長短不一，計算非常復雜，這里以大環(huán)路管徑為25mm計算）
2.1.1 流量計算：
將各參數代入公式（2）可得供暖負荷：
Q1=1.2×1.2×60kcal/m2×120m2=10368kcal/h=12kW/h
將各參數代入公式（1）可得水流量：
G1=3.6×12kW/h×4.1868×(50-40)℃=1.032m3/h
對應水流速為：V1=G/S=0.58m/s
2.1.2 阻力計算：
首先根據公式（6）計算雷諾數
Re=VD/γ=0.58×0.025/0.54×10-6=26852>2300為紊流流動
再根據公式（5）計算λ=0.316Re-0.25 =0.025
將各參數代入公式（3）可得沿程阻力：
H1=λ•L/D•V2/2g =0.025×140m×(0.58m/s)2/0.025m×2×9.8=0.235m
將各參數代入公式（7）可得局部阻力：
ΔP1=7×102(G/Kv0.01)2=7×102×（1032/669）2=156mm=0.156m
環(huán)路總阻力=沿程阻力+局部阻力+機器內阻=0.235m+0.156m+3.5m=3.9m
2.2 當只有客廳一條支路打開時，其環(huán)路阻力最大，流量最小，為最不利環(huán)路（該環(huán)路為一個管徑為15mm的管路環(huán)路）
2.2.1 流量計算：
將各參數代入公式（2）可得供暖負荷：
Q2=1.2×1.2×60kcal/m2×40m2=10368kcal/h=4kW/h
將各參數代入公式（1）可得水流量：
G2=3.6×4kW/4.1868×(50-40)℃=0.344 m3/h
對應水流速V=G/S=0.54m/s
2.2.2 阻力計算：
首先根據公式（6）計雷諾數
Re=VD/γ=0.54×0.015/0.54×10-6=15000>2300為紊流流動
再根據公式（5）計算λ=0.316Re-0.25 =0.028
將各參數代入公式（3）可得沿程阻力：
H2=λ•L/D•V2/2g=0.028×140m×(0.54m/s)2/0.015m×2×9.8=0.388m
將各參數代入公式（7）可得局部阻力：
ΔP2=7×102(G/Kv0.01)2=7×102×（344/669）2=188.8mm=0.188m
環(huán)路總阻力=沿程阻力+局部阻力+機器內阻=0.388m+0.188m+3.5m=4.08m
從以上兩種極端情況下的計算結果可以看出，該北京120m2的住房采用冷凝壁掛爐加低溫地板輻射采暖系統(tǒng)需要的最大流量為1.032m3/h，需要克服的最大系統(tǒng)阻力為4.3mH2O，理論上揚程為5m、6m、7m的循環(huán)水泵都可滿足要求。
3 循環(huán)水泵選型
根據液體在管路中流動的管路特性方程：
F=K+SG2
管道阻力與流量成二項式關系，將以上計算的點（Q、H）分別代入管路特性方程可得最有利和最不利環(huán)路的管路特性方程，其對應管道特性曲線如圖2所示：
曲線1為最不利管路阻力曲線，也就是單開客廳回路時的阻力曲線。
曲線2為最有利管路阻力曲線，也就是所有支路同時打開時的阻力曲線
該套北京120m2房子實際工作時的管路特性在曲線1和曲線2之間，其對應的5m揚程水泵實際工作點在AB兩點之間，流量區(qū)間是0.55～1.05m3/h，最大流速0.59m/s；對應6m揚程水泵實際工作點在C、D兩點之間，流量區(qū)間是0.6～1.45m3/h，最大流速0.82m/s；對應7m揚程水泵實際工作點在EF兩點之間，流量區(qū)間是0.65～1.8m3/h，最大流速1.0m/s。
參考圖1的水泵效率曲線，考慮5m揚程的水泵實際工作區(qū)間效率過低，不適用于該地暖系統(tǒng)；《地面輻射供暖技術規(guī)程》建議地暖回路最大水流速不宜超過0.8m/s,7m揚程的水泵最大流速明顯過大，不適用于該地暖系統(tǒng)；6m揚程的水泵最大流速雖然超過0.8m/s，但考慮隨著使用時間的增長，地暖系統(tǒng)阻力會相應增大，一般在設計之初都會使工作點向右適當偏移，而且6m揚程的水泵在該地暖系統(tǒng)中提供的流量最接近其最高工作效率點，所以綜合考慮：6m揚程的循環(huán)水泵最適合該套地暖系統(tǒng)。
三、結語
本文主要討論了低溫地板輻射采暖與循環(huán)水泵的適配性問題，地暖取暖一般采用并聯(lián)方式，用戶根據需要打開部分支路取暖，因此實際實用的管路特性在不斷變化。文章通過分析最有利和最不利環(huán)路的情況，提出了地暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的選擇方法，即在選擇循環(huán)水泵時應同時考慮以下四個條件：
?、龠x擇地暖系統(tǒng)最有利的環(huán)路來計算系統(tǒng)流量，循環(huán)水泵能提供的最大流量應大于該系統(tǒng)最有利環(huán)路的水流量；
?、谶x擇地暖系統(tǒng)最不利的環(huán)路來計算系統(tǒng)阻力，循環(huán)水泵所能提供的最大揚程應大于該系統(tǒng)最不利環(huán)路的系統(tǒng)阻力；
?、墼跐M足水流量和系統(tǒng)阻力的情況下，還應考慮循環(huán)水泵的工作效率，盡量使循環(huán)水泵工作在最高效率區(qū)間或接近最高效率區(qū)間。
?、艿嘏苈分兴魉俨灰诵∮?.25m/s，不宜大于0.8m/s，但考慮隨著管路使用時間的增加，阻力會相應增大，在設計之初應將設計工作點向右適當偏移。
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