室内单双管采暖系统调节热特性的比较Word文件下载.docx
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而供回水设计温差愈大，即散热器设计流量越小，散热器流量变化对散热量的影响愈大（例如曲线4，供回水温差为40℃）。
从图3还可以看出，当散热器流量超过设计流量时，对于不同的供回水设计温差，相应散热量增加的幅度也不相同，其规律和流量不足的时候非常相似，设计流量越大，散热量随流量增大而增大的幅度越小，反之，设计流量越小，散热量随流量增大而增大的幅度越大。
需要指出的是，由于实际使用当中，散热器置于室内，其表现的情况和直接置于恒温的大气中有一些不同。
所以，ASHRAE给出的散热器热工特性和实际的热工特性不完全一致。
2.2实际工况下，100%设计流量和热量的关系
置于室内的单体散热器，根据1.1建立的数学模型计算分析[1]。
在设计流量范围内，当流量变化时，热量的变化如下图4所示。
选择的室外温度为0℃，室内设计温度为18℃。
其中，从左到右分别表示设计供回水温差5，10，15，20，25，30，35，40，45℃。
表1显示了散热器在不同设计温度温差下，相对热量随相对流量的变化。
表1不同设计温度下，单体散热器相对热量和相对流量之间的关系
相对
流量
设计温差
5
10
15
20
25
30
35
40
45
76.1
59.7
48.1
33.9
29.3
25.8
23.1
20.8
88.3
77.7
69.4
61.8
55.7
50.5
45.9
42.3
38.9
92.8
86.1
80.1
74.2
69.1
64.5
60.5
57
53.4
95.5
90.6
86.5
82.3
78.4
74.6
71
68
64.6
50
97.3
93.5
87.6
84.8
81.5
78.7
76.7
73.6
60
98
95.6
93.8
91.4
89.1
87.3
84.9
83.1
81.2
70
99
97.4
96
94.1
93
91.3
90.1
88.7
87
80
99.3
98.4
97.7
96.4
95.7
94.9
94
93.3
91.8
90
99.6
99.4
98.9
98.6
97.6
97
96.1
图4不同设计温度下，单体散热器相对热量和相对流量之间的关系
从图表中，我们可以看出供回水温差是影响热量和流量的主要原因。
根据前文提到的调节特性，单体散热器流量和热量之间的调节关系是典型的快开特性，尤其是大流量小温差的情况下，当散热器的流量稍微增加，其散热量快速提高达到设计散热量。
例如设计温差为5℃的散热器，流量为设计流量的10%，其相对热量已经达到设计热量的76.1%。
而温差大的散热器，其系统调节曲线接近于线性关系，调节性能大为改善。
虽然大温差提高系统调节特性，但是随着室外温度的降低，大温差会比较容易达到临界相对流量，即回水温度降为0℃的相对流量。
下表列出，随室外温度变化临界相对流量出现的位置。
例如，室外温度为-12℃时，设计供回水温差45℃在运行流量到达设计流量17.6%的时候，回水温度达到0℃附近，此时室内温度为-1.03℃，其相对热量为31.39%。
在这种条件下，如果再降低流量，则有可能冻结管道。
在同样室外温度条件下，设计供回水温差为5℃，在相对流量为1.5%时，出现回水温度达到0℃附近的情况，此时室内温度为-1.97℃，相对散热量为24.14%。
表2临界相对流量出现的位置
设计温差
室外温度
5
10
15
20
25
30
35
40
45
-12
1.5
3.3
4.8
6.9
8.5
11
12.9
14.5
17.6
-9
1.3
2.8
4.1
6
7.3
9.4
11.1
12.5
15.2
-6
1
2.3
5.8
7.6
8.8
9.8
11.9
-3
0.6
2.1
3.1
3.6
4.7
5.4
5.9
7.2
2.3实际工况，300%流量变化和热量的关系
根据建立的数学模型计算分析。
在流量超过300%设计流量范围内，当流量变化时，热量的变化如下图5所示。
表3显示了散热器在不同设计温度温差下，相对热量随相对流量的变化而增加的量。
表3不同设计温差下，单体散热器相对热量和300%相对流量之间的关系
相对流量
120
0.7
1.1
2.1
2.7
2.9
3.5
4.3
5.4
5.8
140
0.9
2.4
3.7
5.0
6.4
7.4
9.0
10.3
160
1.7
3.0
4.7
5.7
7.2
8.2
12.3
13.9
180
1.8
8.5
9.9
12.4
14.7
16.6
200
2.0
9.8
11.5
13.7
16.8
18.8
220
2.2
4.1
6.2
7.9
10.1
12.7
15.0
18.3
21.0
240
6.9
8.7
11.0
20.1
22.7
260
7.0
8.9
12.0
17.7
24.3
280
4.6
7.1
9.5
12.5
15.1
22.0
25.7
300
2.5
7.3
9.7
15.7
19.3
23.0
26.6
从图表中，可见增加200%的流量，而热量增加才到20%。
通过增加散热器流量提高不了多少散热量。
但是，为了满足用户室内温度要求，在不提高室内设计温度的情况下，可以考虑通过这种办法提高室内温度。
表4列出加大流量可以提高的室内温度。
室外温度为-9℃，室内设计温度为18℃。
其中可以看出，45℃设计温差下，散热器增加流量2倍室内温度才能达到25.2℃。
图5不同设计温差下，单体散热器相对热量和300%相对流量之间的关系
表4不同设计温差，流量增加对室内温度的影响
200
18.5
19.0
19.6
19.9
20.7
21.1
21.7
22.5
300
18.6
20.0
20.6
21.4
22.2
23.2
24.2
25.2
3不同供热形式的热特性关系
散热以不同形式放置于系统内，会表现出不同的热工特性。
按照基本数学模型，编制程序分析不同供热形式的热特性。
3.1单管系统
单管系统可以分为单管顺流系统和单管跨越系统，单管顺流系统可以看成分流系数为0的单管跨越管系统。
我们从以下几个方面进行讨论。
以一根单管系统的设计为例，根据不同分流系数设计四种系统，分流系数分别为从小到大0.25、0.5、0.75和0（单管顺流）。
其计算结果如图6所示，其中温差为每组散热器进水和出水温差。
其中每组散热器的负荷如下表5所示。
表5示例中各组散热器负担的热负荷
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组
负荷（W）
1800
1500
设计之后，改变该根立管的流量，得出每组散热器的散热量，比较得出分流系数对单管系统热特性的影响。
以下以第三组散热器的热特性为例，比较跨越管分流系数的影响。
图6不同分流系数的计算结果
表6分流系数对单管系统热特性的影响
分流系数
0.25
0.5
0.75
74.79
67.08
49.61
87.45
82.59
70.49
.92.15
89.5
80.81
94.78
92.71
86.79
50
96.45
95.16
90.98
60
97.52
96.42
94.05
70
98.35
97.48
96.11
80
98.99
98.48
97.42
90
99.37
99.25
98.9
图7分流系数对单管系统热特性的影响
通过计算可以得出，单管系统随着分流系数的增加，其调节性能逐步改善。
分析其内在原因，主要是分流系数增加，流经散热器的流量减少，散热器供回水设计温差加大，根据单体散热器的热特性可知，设计温差加大，则散热器热调节性能提高。
单管系统的结构特点是一系列散热器顺序连接到一根干管上，这就决定所有散热器的供水温度各不相同。
表7位置对系统热特性的影响
位置
1
2
3
4
6
74.58
73.28
72.12
71.06
69.92
68.02
87.12
86.4
86.07
85.33
84.65
83.71
92.23
92.15
91.32
91.05
90.45
89.9
94.69
94.65
94.19
94.26
93.55
93.16
96.55
96.34
96.15
96.04
95.53
95.49
97.22
97.78
97.38
97.01
96.64
98.15
98.37
98.06
98.29
98.04
98.07
98.74
99.11
98.92
98.77
98.63
98.84
99.29
99.78
99.69
99.61
99.54
99.42
根据这一特点按照前面的程序继续进行模拟计算。
将一根立管上的各个散热器的热特性计算出来，列如下表。
选择跨越管的分流系数为0.7。
可以看出，排列在后面的散热器，其调节特性比前面的调节特性略有改善。
分析其原因主要就是因为后面的散热器供水温度比前面供水温度低，致使散热器表面温度偏低，为了达到相同的散热量其设计温差必然大于前面高供水温度散热器的设计温差。
3.2双管系统
双管系统由于其供水温度和回水温度都是系统的供回水温度，所以单体散热器设计温差最大。
当室外温度提高，质调节引起的供回水温差减少，和单管系统一样，可以减低系统的调节特性。
因为双管系统的特点，它没有前后位置的问题，供水温度一致。
但是系统如果垂直布置，由于自然循环作用压头，会引起垂直水力失调。
图8双管系统热特性
3.3两种系统综合对比分析
将单管和双管系统综合比较，如下图9所示，我们可以看出，双管系统的调节性能普遍高于单管系统。
图9双管系统的调节特性普遍优于单管系统
但是单管系统的分流系数选择的足够大，例如超过0.9，那么此时单管的设计温差将超过双管，而相应的调节特性同样超过双管，但是同时散热器表面温度降低，会造成散热面积加大，会出现初投资超过双管系统的情况。
在这一系列的控制过程中，阀门开度、散热器流量和散热量构成了计量收费系统热调节过程中三个重要的环节。
其中相对流量和相对散热量之间的关系最为关键，上面已经讨论清楚。
而其中，阀门的开度和流量之间有如下三种关系。
图10阀门三种调节特性
所以，对于单管系统，如果温差过小，则需要调节阀门必须近似达到等百分比的调节特性。
这样至少两者相加，使得整体的调节特性达到线性的关系[2]。
图11阀门开度和相对热量之间调节关系的合成
对应于双管系统，则它的对调节阀门的调节性能的要求可以降低。
5结论
通过上面的分析与计算，可以得出影响系统调节热特性的关键问题是散热器设计温差，设计温差越大调节性能越好，反之，越差。
散热器流量的增加，对散热量的影响虽然不大，但是在大温差下，仍然可以使室内温度提高5℃以上。
单管系统随着分流系数的增加，调节热特性得到改善。
而一根管道上，按进水次序分，后面的散热器比前面的调节性能要好。
从总体上，双管系统调节性能优于单管系统。
但是计量收费系统的调节是阀门开度和相对热量之间的关系，所以热特性不好的单管系统还仍然可以通过使用调节特性好的阀门实现系统整体的良好调节。
而对于双管系统，对调节性能的要求可以降低，可以减少系统的初投资。
参考文献
1、《遗传算法在室内供暖系统水力计算中的应用及室内供暖系统计量收费的研究》，陈斌，清华大学毕业设计论文，1998.6。
2、《Variableflowchilledwatersystems》,WilliamJ.Coad，ASHRAEJOURNAL，1990.10。
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