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散热器末端系统的设计、选型

2015-12-09
来源:合美云购-ZH
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[导读]暖通是涉及到流体力学、工程热力学和传热学的科学。说实话只要涉及到流体和热的事,就变得很复杂,任何一个外界条件的改变有可能颠覆我们之前预想的结果。

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板式散热器从上世纪70年代水道变得开始更细了,水容量大约是70年代产品的一半。但也并不是越细越好。

1)25mm水道间距,英国Quinn,德国迪诺DiaNorm、土耳其德美拉德等曾经都是25mm水道间距。但德国迪诺2007年以后取消了25mm毫米的水道间距做法,变为33mm。

2)33mm水道间距,这是欧洲最通用的水道宽度,瑞特格玻玛、德国凯美等都是这样的水道间距

3)40mm水道间距,欧洲市场目前Vogel&Noot产品是这样的水道间距

4)50mm水道间距,欧洲市场目前Radson、Finimetal、德国伯爵(部分产品)品牌是这样的水道间距。

目前欧洲市场有如下几种主流的水流通道:

3.水阻力会增大。

2.热水和钢的通道应该有足够的接触面积,以达到足够的散热面积,水流通道太小,接触面积不够;

1.为了散热器工作更稳定,水流通道应该保证水在内部是层流状况,水道太细可能出现紊流状况,那么在工况变化进行量调节时,内部水流在紊流和层流之间变化,散热器的会出现不稳定的散热量输出状况;

第二步、热负荷计算。每个房间按照稳态传热的方法(其实外墙等的传热是非稳态的)计算热负荷,也就是计算外墙体、窗户、屋顶、地面、邻室热损失多少,冷风渗透负荷多少。。

第一步、确定房屋所在地区的冬季采暖室外计算温度。规范GB50736-2012的4.1.2描述  “供暖室外计算温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度。”(两个关键词,一个是不保证5天,一个是日平均温度,所以室外计算温度不是该地区的历史最低温度!),GB50736-2012中有各个城市的冬季采暖室外计算温度,方便查找。

设计院的暖通设计主要参考规范:目前就是《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)、以及《供热计量技术规程》JGJ173-2009

设计院供暖设计的步骤:

暖通是涉及到流体力学、工程热力学和传热学的科学。说实话只要涉及到流体和热的事,就变得很复杂,任何一个外界条件的改变有可能颠覆我们之前预想的结果。所以暖通不是1+1=2的,很难真实地定量去分析和说明。我们必须依靠大量的实验和工程实践去总结经验,减小失败的概率。所以暖通是应用科学!暖通绝对不能走极端,只有趋于合理,没有绝对合理。

从上表可以看出,目前欧洲市场钢制板式产品最小的水容量和最大的水容量大概有1L/m的差距,差距并不大。而70年代容水量会达到12L/m。

1.围护结构(墙、窗、屋顶、地面等)的耗热量;

2.加热由外门、窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量; 3.加热由外门开启时经外门进入室内的冷空气耗热量

4.通风耗热量;

5. 通过其他途径散失或获得的热量。

冬季供暖通风系统的热负荷应根据建筑物下列散失和获得的热量确定:

其中围护结构的基本耗热量,应按下式计算:

Q=αFK(tn-twn)

式中:  Q ——围护结构的基本耗热量(W);

α——围护结构温差修正系数

F ——围护结构的面积(m2);

K——围护结构的传热系数[W/(m2·℃)];

tn ——冬季室内计算温度(℃),按规范GB50736-2012第3章采用; twn——供暖室外计算温度(℃),按规范GB50736-2012第4章采用。

当然计算散热量还有若干附加系数,我这里不赘述。

第三步、形成负荷计算书,进行建筑节能计算

第四步、设备选型,根据负荷计算书进行设备选型。这里就有一些变数了:

对于分户热计量、独立采暖、间歇式供暖,需要在计算热负荷的情况下增加附加系数20%~50%;

第四步、系统设计与布置,出系统布置图

第五步、水力计算书

第六步、施工图

那么我们分户采暖是不是也按这个程序呢?

个人意见:有条件的情况下,可以参照设计院的方式,因为现在的负荷计算、水力计算都有软件帮助完成,很容易进行。

但不做这些功课可不可以?我的个人看法:除非有特殊的情况,大多数的居住建筑可以估算。

因为设计院负荷计算的目的是确定整座建筑的供热负荷容量以及做节能计算;而我们分户采暖系统的负荷计算仅仅是为了选设备。目的是有一些不同的。

好,我们就大多数情况来看看怎么估算设备负荷。南方很多人会用120w/m2来估算。

我觉得可以稍微变化一点因为我们的房子的位置可能不同,比如在顶层的负荷就会大一点

南方区域,我通常用以下方式来估算房间负荷(王氏经验1):

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以上只是我个人的一些经验数据。举个例子:

一个房间,只有一面外墙,有落地玻璃,朝向东方,不在顶层也不再底层,邻居都不采暖,如果用壁挂炉间歇采暖,则散热负荷取80*1.2*1.2*1.1=127w

一个房间,三面外墙,在顶层,邻居都不采暖,如果用壁挂炉间歇采暖,则散热负荷取80*1.2*1.2*1.2*1.1*1.1=167w

以上是建筑层高不超过3m的情况。如果超过3m,则需要附加高度系数。

以上方式仅供参考。

总之散热器负荷可以适量选大一些,这样1)升温迅速,2)即便选择型号较大的散热器,在温控阀的配合下不会浪费能量。

现在谈一个问题:散热器的散热量怎么来的?

我们往往从产品样本中会查到散热器的散热量,也知道散热器的散热量跟供水温度、回水温度和室温有关。但这个散热量怎么来的呢?给大家简单说明一下。

第一、散热器的散热量是实验室测试拟合出来的,跟实际工况不一样。

第二、欧洲的测试标准与中国不同,因此测试的数据也不一样。

欧洲的散热器根据EN442在散热器性能实验室进行测试,欧洲的测试标准:供水75℃,回水65℃,室温20℃。


在中国,散热器的性能测试依据《采暖散热器散热量测试方法》GB/T13754-92进行测试:标准散热量的温度是:供水95℃,回水70℃,室温18℃,算术平均温差(过余温度)   ΔT=64.5℃得到的。

算术平均温差ΔT=(t供水+t回水)/2-t室温

根据以上数据,散热器中国标准散热量的算术平均温差ΔT=(95+70)/2-18=64.5℃

目前该标准正在修订,新的供回水测试温度可能为75,50

在实验室里会做三个工况的散热量数据,用这三个数据拟合出一条曲线和一个公式。

Q=a(ΔT)n

Q – 散热器的散热量(w)

a – 系数(测试拟合得到)

n – 指数(测试拟合得到)

每一种散热器都有一个a和n, 只要知道了进出口水温和室温,就可以算出实际工况的散热量。

我们以22-600-1000来说好了,实验室测出的a=12.688,n=1.267

那我们就知道22-600-1000的标准散热量=12.688

x 64.5^1.267=2489w

例1:如果在壁挂炉80℃、60℃、20℃的工况,22-600-1000的散热量是多少呢?

22-600-1000的实际工况散热量(80/60/20)=12.688 x 50^1.267=1803w

例2:如果在冷凝锅炉70℃、40℃、20℃的工况,22-600-1000的散热量是多少呢?

22-600-1000的实际工况散热量(70/40/20)=12.688 x 50^1.267=1147w

例2里隐藏了一个小秘密,我们常说的80/60二十度的进出口水温不是圣经。散热器可以在更大的温差下运行,比如70度供水,40度回水。只不过散热器需要选大一些。

还有一个问题:如果散热器的供回水温差很小,比如80/75/20,根据计算该散热器此工况的散热量2152瓦,比1803大了20%,这种现象可能出现吗?代价是什么?这个问题留给大家讨论。

当我们计算出房间负荷后,并且了解了散热器的散热量。下一步就是系统设计与设备选型。

对于户内的采暖系统(无论集中供暖还是壁挂炉供暖),设计院最喜欢系统就以下几种选项:

东北的设计院普遍喜欢采用水平单管系统或水平单管跨越式系统。

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散热器

首先,这种系统方式在欧洲是一种几乎淘汰的方式。但在中国规范中,水平单管跨越式系统勉强还能用。这种系统有如下优缺点:

优点:地下无接头,安全性高,管道、管件用量少。

缺点:1)属于定流量系统,节能意义不大。2)每组散热器的进出口水温都不同,散热量计算难度非常大。3)散热负荷计算必须精确,一组散热器负荷计算偏差可能造成整个系统失败。

东北的做法,为了避免失败,就拼命加大管径和加大散热器尺寸,用浪费的方法去弥补可能出现的不热现象。

其它北方的设计院多采用水平双管同程式系统(变流量系统)。

散热器

这种系统看似非常合理:水流经过每一组散热器的途径都一样长,因此就很容易水力平衡。这种系统如同圣经一般融入中国北方设计院的设计基本思路。


但在欧洲的采暖系统里很难找到水平双管同程式系统。

除非一个户型不同房间的负荷完全相同,散热器尺寸和型号都一样大,否则水管长度一样,水力也无法平衡。为啥?因为每一组散热器的负荷不同,所需要的水流量是不同的,阻力也不同。即便水流途径一样长,水力依然不平衡。举个例子:

散热器

每个房间的负荷都不同,在同样的供回水温度下,每组散热器所需的循环水量差别很大。流量越大的散热器水阻力越大,这样即便主管管路系统水阻力相同,设备的阻力是不同,总体的结果就是流经每组散热器的水阻力不同,系统依然不平衡。

因此在分户采暖系统中我们推荐以下两种系统:

散热器

我们俗称的章鱼式系统

这是一种很不容易失误的系统,以多年的经验来看,几乎没出现过某组散热器不热的现象

建议一般安装商采用这种系统

优点:

现场施工简单方便;

地下没有任何接头,安全性高;

分水器后可以全部使用16x2甚至14x2的管道,即满足水流量,而且没有三通、变径等,现场管理方便,订货简单。

美观程度高;

水力平衡方便,由于管道阻力在整个系统中占比很小,只要散热器阻力调平衡,各分枝系统就平衡了。

散热器

第二个系统是:异程式双管系统(变流量系统)

这个系统对安装商的要求稍高一些

需要有调试能力

优点:1.管道用量比同程式系统少,系统布置简单;

2.如果使用了高阻温控阀,每个环路不平衡可以非常容易调节;

3.温控阀具有预设定功能,即便有不平衡,也可以通过预设定调节。

这个系统要求一定要使用散热器恒温阀

散热器恒温控制阀(TRV)

在目前的集成商中至少70%以上的在使用散热器手动阀。说实话,如果用手动阀的话,欧洲先进的钢制板式散热器一半的优势都发挥不出来。钢制板式散热器除了散热以外,毫无节能意义。应该批评这种省钱的行为!


散热器

大家看,基本没有调节性能

1.散热器型号是根据最大的热负荷来选择的,整个冬季绝大多数时间处于部分负荷运行,在10%~80%之间波动,如果没有恒温阀控制,那么绝大多数时间散热器就会过热运行,浪费能源。

2.房间中有很多的自由热,比如阳光、人员(多一个人就多140w左右)、电器散发的热量等,这些都是免费的热量。如果没有恒温阀,你将无法利用这些自由热。

3.房间温度波动很大,不舒适。

4.手动阀的特性非常陡峭,很难将其调节到需要值,它要不就关闭,要不就全开,对散热器起不到调节作用。

而使用恒温控制阀以后


散热器

调节曲线立马不同

1.自动恒定房间温度充分利用自由热

调节曲线好

平衡各末端的阻力

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中5.10.4  新建和改扩建的居住建筑或以散热器为主的公共建筑的室内供暖系统应安装散热器恒温控制阀或其他自动温度控制阀进行室温调控。散热器恒温控制阀的选用和设置应符合下列要求:


规范强调,“应”安装恒温控制阀

所以,还是请大家按规范执行

当室内供暖系统为垂直或水平双管系统时,应在每组散热器的供水支管上安装高阻恒温控制阀;且宜具有预设功能。

规范写的很清楚:散热器恒温控制阀或其他自动温度控制阀不是可以商量的,是必须安装的!

当安装了散热器恒温控制阀(带预设的装置)后,散热器系统水力平衡非常容易实现!


散热器

带预设定的恒温控制阀,带水力平衡阀的散热器系统。每组散热器能发挥设计的散热效果。

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