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地暖系統輪回水泵的公道選型

作者:網站管理員 來源:本站原創 日期:2013-4-25 10:22:30 點擊:1720 屬于:公司新聞

本文主要并針對地暖管路最大阻力和最小阻力兩種極端情況下的流量及阻力計算,綜合考慮輪回水泵的運行效率,提出了地暖系統中輪回水泵的選型方法。

寧波地源熱泵

摘要


 

樞紐詞:流量  阻力  效率


 

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輪回活動,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。近年來跟著燃氣采暖熱水爐在我國分戶采暖市場得到廣泛使用,以及一批優質地暖管的泛起,使得壁掛爐加地暖的組合形式以其安全、恬靜、節能、環保、美觀等特點深受泛博用戶喜愛,并逐漸成為一種趨勢。輪回水泵作為整個地暖系統的動力來源,假如選擇不公道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,直接影響供暖的恬靜度。


 

二、輪回水泵選型方法和實例計算:


 

1 輪回水泵選型方法


 

輪回水泵選型的一般方法是根據水力計算的結果,得出地暖系統所需的水流量和克服地暖系統管網及壁掛爐本身阻力所需的揚程,綜合考慮輪回水泵在地暖系統中的工作效率,選擇合適的輪回水泵。


 

1.1 系統流量


 

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—尺度住宅熱指標估算值,kcal/m2


 

A—尺度住宅建筑面積,m2


 

 


 


 

1.2 系統阻力


 

系統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的、一致的壓力損失;局部壓力損失是指管道系統中特殊的部件,因為其改變了水流方向,或使局部水暢通流暢道變窄(好比縮徑、三通、閥門、接頭、過濾器等)所造成的非連續性壓力損失;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,屬低粗拙程度,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—環路水管長度,m


 

D—管道內徑,m


 

V—水均勻流速m/s


 

Re<2300為層流活動:


 

λ=64/Re                           (4)


 

Re>2300為紊流活動: 


 

λ=0.316Re-0.25                      (5)


 

Re=VD/γ                            (6)


 

γ:動力粘度系數, m2/s


 

公式(6)用于判定水流方式:層流或紊流


 

 表2 水溫及先關水活動力粘度


 


 

 


 

1.2.2 局部壓力損失


 

局部壓力損失主要受限于一些閥門、濾網的暢通流暢能力,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—暢通流暢能力(壓差即是0.01bar), l/h


 

1.2.3 機器本身的內阻是一個實測值,因為壁掛爐行業起步較高,尺度化程度較好,所以不同廠家的統一類型產品內阻相差不大。


 

1.3 輪回水泵效率曲線


 

目前燃氣采暖熱水爐中所應用的水泵絕大部門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,其效率與流量曲線如圖1所示:


 


 由圖1看出,不同揚程的輪回水泵效率相差不大,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%。


 

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、外加一個衛生間共六條并聯支路,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,該支路就是寧波地暖說的最不利支路,《地面輻射供暖技術規程》建議各環路長度不宜超過120m,這里假定客廳地暖管環路長度為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,那么整個環路總地暖管長度約140m。環路共有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,其環路阻力最小,流量最大,為最有利環路(因為管路粗細、是非不一,計算非常復雜,這里以大環路管徑為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為紊流活動


 

在根據公式(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,其環路阻力最大,流量最小,為最不利環路(該環路為一個管徑為15mm的管路環路)


 

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為紊流活動


 

在根據公式(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需要的最大流量為1.032m3/h,需要克服的最大系統阻力為4.3mH2O,理論上揚程為5m、6m、7m的輪回水泵都可知足要求。


 

3 輪回水泵選型


 

根據液體在管路中活動的管路特性方程:


 

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屋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間效率過低,不合用于該地暖系統;《地面輻射供暖技術規程》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顯著過大,不合用于該地暖系統;6m揚程的水泵最大流速固然超過0.8m/s,但考慮跟著使用時間的增長,地暖系統阻力會相應增大,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揚程的輪回水泵最適合該套地暖系統。


 


 

 


 

三、結語


 

本文主要討論了低溫地板輻射采暖與輪回水泵的適配性題目,地暖取暖一般采用并聯方式,用戶根據需要打開部門支路取暖,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路的情況,提出了地暖系統輪回水泵的選擇方法,即在選擇輪回水泵時應同時考慮以下四個前提:


 

①選擇地暖系統最有利的環路來計算系統流量,輪回水泵能提供的最大流量應大于該系統最有利環路的水流量;


 

②選擇地暖系統最不利的環路來計算系統阻力,輪回水泵所能提供的最大揚程應大于該系統最不利環路的系統阻力;


 

③在知足水流量和系統阻力的情況下,還應考慮輪回水泵的工作效率,盡量使輪回水泵工作在最高效率區間或接近最高效率區間。


 

④地暖管路中水流速不宜小于0.25m/s,不宜大于0.8m/s,但考慮跟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。寧波中央空調

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