热水供暖垂直双管和单管系统失调分析

在双管系统中，各层散热器为并联关系，同时各层散热器与锅炉的相对位置不同，上层散热器环路较下层散热器环路多出二者高差形成的重力作用压力，而并联节点间的机械作用压力相等，因此上层散热器环路较下层散热器环路的作用压力大，如果上、下层环路设计一致，则上层散热器环路的流量高于下层散热器环路的流量，从而引起垂直失调现象。针对垂直失调，GB50736第5.9.14条规定，热水垂直双管供暖系统和垂直分层布置的水平单管串联跨越式供暖系统，应对热水在散热器和管道中冷却而产生自然作用压力的影响采取相应的技术措施（如采用下供下回式双管系统）。GB50736第5.10.4条规定，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；超过5 层的垂直双管系统宜采用有预设阻力调节功能的恒温控制阀。

垂直单管系统的底层散热器（或水平支路的末端散热器）供水温度较低，所需的散热器片数较多，有时造成散热器布置的困难。同时，上供下回的垂直单管系统，由于设计工况下不同楼层房间散热器的表面温度和传热系数不同，当供水温度或流量发生变化时也会发生垂直失调。

下面以示例予以说明双管及单管系统的垂直失调问题。

一、垂直双管系统

按照上层散热器与热源高差10m，底层散热器与热源高差0m。

1. 负荷不变，供回水温度不变（密度差不变，总流量不变），若机械作用压力为10kPa：

上层由于比下层的重力作用力大，所以设计通过增加并联散热器支路阻力的方法（各并联支路的作用力一致，即重力 机械力=上层的阻力）

（1）设计工况供回水温度为95℃/70℃，密度差16kg/m3。

上层的总作用力为10 1.57=11.57kPa，下层的总作用力（仅机械作用压力）为10kPa。

（2）当供回水温度调整为75℃/50℃，密度差为13kg/m3。

上层的总作用力为10 1.275=11.275kPa，下层的总作用力（仅机械作用压力）为10kPa。

结论：由于受到重力作用压力影响，上层对水温变化敏感。

2. 供回水温度不变为95℃/70℃（密度差不变为16kg/m3），若设计机械作用压力为10kPa，各层流量均为100m3/h：

（1）设计工况

1）上层的总作用力为10 1.57=11.57 kPa（重力作用压力占比13.57%），s1=11.57/(100)2

2）下层的总作用力为10kPa，s2=10/(100)2

（2）当因负荷变化（如降低），调整机械作用压力（如降低水泵转速）为7 kPa时。

1）上层总作用压力为7 1.57=8.57 kPa（重力作用压力占比18.32%），上层流量Q上=100×(8.57/11.57)0.5=86.1m3/h

2）下层总作用力为7kPa，下层流量流量Q下=100×(7/10)0.5=83.67m3/h

上述表明，减小机械作用压力，下层流量减小幅度大于上层流量减小幅度；反之，增加机械作用压力，下层流量增加幅度大于上层流量增加幅度。

结论：重力占比有利于减缓环路对机械作用压力变化的影响，底层对总流量变化的敏感度大于上层。

二、单管系统

同样，针对单管串联上供下回式系统

由于串联顺流式系统，同一根立管的水温逐渐降低，导致下层散热器的平均温度低于上层。所以在相同散热量的情况下，上层所需的散热器面积（片数）要小于下层。同时，下层散热器的水容量要大于上层。由于上层散热器片数少，散热量主要依赖于水温；同理，下层散热器片数多，散热量主要依赖于水量。于是，提高供水温度，导致上层室温高于下层；增加立管流量，下层室温高于上层。

结论：单管顺流上供下回系统，同样体现出上层对水温敏感，下层对流量敏感的趋势。

注：单管系统两种情况：1）恒热源：流量增加，供水温度下降，回水温度升高；流量减小，供水温度升高，回水温度降低；2）恒供水温度：流量增加，立管总回水温度升高。

本期完