一個完整的獨立供暖系統,有熱源、散熱末端、管路輸配和系統控制四大部分。一般情況下,建築面積160㎡以內的地暖系統和300㎡以內的散熱器系統直接利用壁掛爐自帶的水泵就可以滿足系統運行要求,因此不需要額外設置循環水泵。對於大宅別墅或者大型建築,當選用商用鍋爐或採用二次循環系統時,為了保證管路輸配正常運行,往往需要我們額外配置水泵。
按供暖系統的水泵功能區分,一般有循環泵和補水泵。
補水泵的功能作用是給系統充水或注水。由於水暖管道的洩漏、蒸發、揮發等原因,會有部分水容量縮減,導致系統水壓下降,這就需要用補水泵來給管道補水來維持正常運行。一般家用的壁掛爐供暖系統或小型商業鍋爐採暖系統,不需要單獨配置補水泵,靠自來水的自然壓力就能滿足系統補水需求,但較大供暖系統就需要用到補水泵來補水了。
循環泵簡單地說,是為水提供循環動力的泵。系統通過加裝循環泵來實現水在整個管道的循環流動,循環泵的揚程一般比較小,只是用來克服水在循環管路的摩擦阻力,包括管道沿程阻力和局部阻力,局部阻力又包含管件、調節閥門、各種裝置和設備等阻力。
水泵型號的選擇主要看兩個參數,流量和揚程。本文將主要闡述水泵的選型計算。
一、補水泵的流量與揚程
1、補水泵的流量一般取小時流量,為4%~5%系統總水量。
2、補水泵的揚程為補水點壓力加30~50kPa(即3~5mH2O)。其間管道不長的話,可以疏忽其阻力。
3、開式系統一般都從補水箱補水,系統裡不用補水泵。如果補水箱不能自然上水情況下,所選用的補水泵的揚程只是克服補水點壓力和補水箱間的壓力差。
關於補水泵的選擇相對簡單,並且一般在家庭採暖系統中極少用到補水泵,因此本文在此不再多加贅述。
二、循環泵的流量與揚程
1、循環泵的流量計算
1)循環泵用於為熱水循環提供動力,通過循環水運載熱量,因此先計算出整個系統的熱負荷Q:
Q=A×q
其中:Q—總熱負荷,KW;
A—採暖面積,㎡;
q—單位面積熱負荷,kw/㎡;
2)已知熱負荷,再計算得出循環水流量,即為所需的循環泵流量G:
G=Q×0.86/△T
其中:G—循環水流量,m3/h;
Q—總負荷,KW;
△T—供回水溫差,℃(地暖系統供回水溫差取10℃,散熱器系統供回水溫差取20℃)
3)計算得出的流量,再乘以安全裕量,即為水泵的最終流量G0:
G0=G×(1.1~1.2),當水泵單臺工作時安全裕量取1.1;當兩臺或以上並聯工作時取1.2。
循環水泵流量確定表
2、循環泵的揚程計算
循環泵的揚程是用於克服熱水在系統中循環所受到的阻力,通常考慮最不利環路(阻力最大迴路)的阻力損失,即沿程阻力和局部阻力之和。其中沿程阻力是流經最不利環路時所產生的摩擦阻力,局部阻力又包含了循環水流經的熱源機組阻力、機組附件阻力、換熱器、水流分配、閥門管件、各種檢測、控制裝置等局部構件阻力的總和。
需要說明的是,閉式供暖系統水循環需要的循環泵揚程的大小與建築高度無關,即不用計入高差產生的循環阻力。由於流體具有溫度升高向上移動,溫度降低向下移動的自然特徵,所以在供暖系統中,當熱源置於系統最底部時,在供暖立管上會產生自然循環動力,在管徑配置滿足經濟比摩阻下,立管的沿程循環阻力可以忽略不計。
在不同需求和面積的建築供暖系統中,所採取的熱源、附件、管路情況不同,組合成系統後的阻力也有所區別,因此為了方便計算,普熱惠根據《供熱空調設計手冊》、《全國民用建築工程設計技術措施》、《供熱工程》等相關規範,整理出了如下常涉及的局部阻力範圍(規範中未給出明確數據的項目,均根據推薦係數及公式計算得出):
循環水泵揚程確定表
數據依據:
①參考《實用供熱空調設計手冊》第二版,和廠家樣冊流阻壓力降;
②參考廠家樣冊流阻壓力降;
③《實用供熱空調設計手冊》第二版 P42 1查表5.4.2、表5.5-2、當量計算得來;
④《全國民用建築工程設計技術措施》3.4.2第4條P50;阻力損失=管長度×比摩阻;
⑤《全國民用建築工程設計技術措施》 2.5.9第7條P37;阻力損失=管長度×比摩阻;
⑥《供熱工程》5.3.1.2 P96;查戶內最不利環路平均比摩阻;
⑦《全國民用建築工程設計技術措施》;查P37公式2.9.3、表2.9.6-1、當量計算得來;
⑧《實用供熱空調設計手冊》第二版P373;查表得來;
⑨《輻射供暖供冷技術規程》JGJ 142-2012 P80;查附錄D得來;
⑩《實用供熱空調設計手冊》第二版P444;圖集《供熱工程》12N1溫控閥性能表P218;閥門開度取80%~90%;
《實用供熱空調設計手冊》第二版P380;查表5.4.4、表5.4.6 、當量計算得來;
3、水泵的選型:
科學的水泵選型應該嚴格按照水泵的水力曲線進行選擇,流量和揚程之間相互影響,最終也要根據系統的運行情況來最終確定。
水泵特性曲線
15-6水泵
25-8水泵
32-10水泵
本文綜合供暖系統常用循環水泵的流量、阻力和效率關係,總結出如下供暖系統常用水泵選型表,以方便大家選型參考。
供暖系統常用水泵選型表
註:表格中的適用面積推薦依據如下:
(1)管內流速取0.4~0.6m/s(經濟流速),水泵額定流量取1.9m/h、3m/h和7.83m/h進行的計算。
(2)①是16*2.0地暖管,鋪設間距150mm時的推薦範圍;②是1620地暖管,鋪設間距200mm。
(3)如果實際採暖系統的流量或所需揚程更大,則可以採用多臺水泵串聯或者並聯方式。但在對水泵進行選型的時候有以下注意事項:
①兩臺相同的泵並聯:流量=單臺額定流量*2*0.9;
②兩臺泵串聯:揚程=單臺額定揚程*2*0.9;
③閉式系統優先考慮流量,其次滿足揚程;
④開式系統優先考慮揚程,其次滿足流量。
關於不同應用場合的循環水泵,我們可以利用上文推薦的公式,也可以利用整理好的《循環水泵流量確定表》、《循環水泵揚程確定表》和《供暖系統常用水泵選型表》,來快速的確定系統所需要的水泵流量和揚程。
案例一:
某集中供暖用戶,其末端為地暖系統,供暖面積150平米,怎麼確定戶內的循環水泵流量和揚程?
(一)確定流量G:
方法1、用計算公式選取:按100w/㎡散熱量計
(1)Q=A×q =150㎡×100w/㎡
=15000w=15kw;
(2)G0=1.1×G=Q×0.86/△T×1.1(安全裕量)=15kw×0.86/10℃×1.1=1.42m/h。
方法2、查循環水泵流量確定表選取,每平米地暖系統所需流量8.6L/h㎡:
(1)系統中的水流量G:
8.6L/h㎡×150㎡=1290L/h=1.29m/h;
(2)所需水泵的流量G0:
G0=1.1×G=1.1×1.29m/h=1.42m/h。
(二)確定揚程H:
參照上文中《循環水泵揚程確定表》計算:水泵要克服的阻力:管路、分水器及閥門、地暖管。
(1)按20*2.0地暖盤管的阻力△P:也需要以最不利環路進行計算,地暖盤管支路總長不宜超過120m,
△P=R×L=72.075Pa/m×120m=8.6KPa。
(2)管路取1m:
1m×120Pa/m=0.12KPa。
(3)分水器及閥門取0.5KPa。
(4)按1mH2O≈10KPa折算,
水泵揚程約1mH2O。
(三)水泵選型:
水泵流量1.42m3/h,揚程1mH2O,因此水泵型號UPB15-6就可以滿足系統要求。
案例二:
某四層別墅用戶總建築面積1000平米,層高3.3米,一、二層為地暖系統,每層面積為300平米,三、四層為散熱器系統,每層面積為200平米,熱源選用三臺壁掛爐並聯,有板換,設計方案如下,二次循環泵的揚程和流量如何估算?
(一)確定流量G:
方法1、用計算公式選取,按100w/㎡散熱量、地暖△T=10℃、散熱器△T=20℃計
(1)熱負荷計算:
一、二層熱負荷:
Q1= Q2 =A×q =300㎡×100w/㎡=30kw;
三、四層熱負荷:Q3= Q4=20kw。
(2)流量計算:
一、二層水泵流量:
G1=G2=1.1×G=Q×0.86/△T×1.1(安全裕量)
=30kw×0.86/10℃×1.1=2.84m/h;
三、四層水泵流量:G3=G4=0.95m/h。
方法2、查《循環水泵流量確定表》選取,每平米地暖系統所需流量8.6L/h㎡,散熱器的是4.3L/h㎡:
一、二層地暖水泵流量:
G1=G2=1.1×8.6L/h㎡×300㎡
=2580L/h=2.58m/h;
三、四層散熱器水泵流量:
G3=G4=1.1×4.3L/h㎡×200㎡
=946L/h=0.94m/h;
(二)確定揚程H:
水泵要克服的阻力有板換、主管路、戶內系統,參照上文中《循環水泵揚程確定表》,
(1)地暖系統,總阻力(取二層地暖系統為最不利環路):
板換30KPa+主管道
(30m×60Pa/m=1.8KPa)
+戶內地暖系統(≤30KPa)
≤62KPa=6.2mH2O;
(2)暖氣片系統,總阻力(取四層暖氣片系統為最不利環路):
板換30KPa+主管道
(30m×60Pa/m=1.8KPa)
+支管路(50m×120Pa/m=6KPa)
+溫控閥(1.6KPa×2)+散熱器(1.5KPa)
=41KPa=5.6mH2O;
(三)水泵選型:
一、二層地暖共用一臺水泵,流量5.16m3/h,揚程約6.2mH2O,選用型號UPB32-10的水泵;
三、四層地暖共用一臺水泵,流量1.88m3/h,揚程約5.6mH2O,選用型號UPB25-8的水泵。
案例三:
某別墅總建築面積700平米,地下一層、地上4層,每層層高3.3米,全屋地暖系統,熱源選用一臺商用鍋爐,簡易設計方案如下,循環泵的揚程和流量如何估算?
(一)確定流量G:
方法1、用計算公式選取,按100w/㎡散熱量、地暖△T=10℃計
(1)熱負荷Q 計算:
Q =A×q =700㎡×100w/㎡=70kw;
(2)水泵流量G0計算:
G0=1.1×G=Q×0.86/△T×1.1(安全裕量)=70kw×0.86/10℃×1.1=6.62m/h;
方法2、查《循環水泵流量確定表》選取,每平米地暖系統所需流量8.6L/h㎡
水泵流量:G0=1.1×G=1.1×8.6L/h㎡×700㎡=2580L/h=6.62m/h;
(二)確定揚程H:
水泵要克服的阻力有商用鍋爐、主管路、戶內系統,參照上文中《循環水泵揚程確定表》,
(1)地暖系統,總阻力(取五層地暖系統為最不利環路):
商用鍋爐60KPa+主管道
(50m×60Pa/m=3KPa)+戶內地暖系統(≤30KPa)≤62KPa=9.3mH2O;
(三)水泵選型:
流量6.62m3/h,揚程約9.3mH2O,當系統共用一臺水泵,可選用型號UPB32-10的水泵。但需要注意的是,此時的計算條件是「主管路取50m,比摩阻取60Pa/m」,若實際案例中主管路更長,系統的總阻力就超出了UPB32-10的額定揚程,就要在滿足流量的前提下選擇一臺揚程更大的水泵,或者選用兩臺同型號的小流量大揚程的水泵串聯使用。
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