01
前言
地暖：即低溫?zé)崴孛孑椛涔┡詼囟炔桓哂?0℃的熱水為熱媒，在埋置于地面以下填充層中的加熱管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，加熱整個(gè)地板，通過地面以輻射和對(duì)流的熱傳遞方式向室內(nèi)供熱的一種供暖方式。
近年來隨著燃?xì)獠膳療崴疇t在我國分戶采暖市場得到廣泛使用，以及一批優(yōu)質(zhì)地暖管的出現(xiàn)，使得壁掛爐加地暖的組合形式以其安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、美觀等特點(diǎn)深受廣大用戶喜愛，并逐漸成為一種趨勢。
02
循環(huán)水泵選型方法和實(shí)例計(jì)算
1、循環(huán)水泵選型方法
循環(huán)水泵選型的一般方法是根據(jù)水力計(jì)算的結(jié)果，得出地暖系統(tǒng)所需的水流量和克服地暖系統(tǒng)管網(wǎng)及壁掛爐本身阻力所需的揚(yáng)程，綜合考慮循環(huán)水泵在地暖系統(tǒng)中的工作效率，選擇合適的循環(huán)水泵。
1.1系統(tǒng)流量
G=3.6Q/C(Tg-Th)（1）
G—供暖管網(wǎng)所需流量，m3/h
Q—房屋所需采暖熱負(fù)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(fù)荷，kcal/h；
K1—考慮鄰居采暖不同步的安全系數(shù)，此處取1.2；
K2—考慮間歇供暖的安全系數(shù)，此處取1.2；
q—標(biāo)準(zhǔn)住宅熱指標(biāo)估算值，kcal/m2；
A—標(biāo)準(zhǔn)住宅建筑面積，m2；
1.2系統(tǒng)阻力
系統(tǒng)阻力分為沿程壓力損失、局部壓力損失及機(jī)器內(nèi)阻，沿程壓力損失是指在管道中連續(xù)的、一致的壓力損失；局部壓力損失是指管道系統(tǒng)中特殊的部件，由于其改變了水流方向，或使局部水流通道變窄（比如縮徑、三通、閥門、接頭、過濾器等）所造成的非連續(xù)性壓力損失；機(jī)器內(nèi)阻是機(jī)器本身的阻力。
1.2.1沿程壓力損失
地暖管為圓管且內(nèi)壁較為光滑，屬低粗糙程度，選擇沿程壓力損失的計(jì)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(shù)（并非定值）
L—環(huán)路水管長度，m
D—管道內(nèi)徑,m
V—水平均流速m/s
Re2300為層流流動(dòng)：
λ=64/Re（4）
Re2300為紊流流動(dòng):
λ=0.316（5）
Re=VD/γ（6）
γ：動(dòng)力粘度系數(shù),m2/s
公式（6）用于判斷水流方式：層流或紊流
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(wǎng)的流通能力，選擇計(jì)算公式如下：
ΔP=102(G/)2（7）
ΔP；局部壓力損失，mmH2O
G—供暖管網(wǎng)所需水流量，l/h
—流通能力（壓差等于0.01bar）,l/h
1.2.3內(nèi)阻
機(jī)器本身的內(nèi)阻是一個(gè)實(shí)測值，由于壁掛爐行業(yè)起步較高，標(biāo)準(zhǔn)化程度較好，所以不同廠家的同一類型產(chǎn)品內(nèi)阻相差不大。
1.3循環(huán)水泵效率曲線
目前燃?xì)獠膳療崴疇t中所應(yīng)用的水泵絕大部分為后向葉輪式離心泵，此種水泵效率較低，根據(jù)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(yáng)程的循環(huán)水泵效率相差不大，水泵運(yùn)行的最高效率點(diǎn)在水泵流量為1.4m3/h處，最高效率接近20%。
2實(shí)例計(jì)算
例：這里以北京一套三室兩廳總面積120m2的住房為例，假設(shè)其采用冷凝壁掛爐加地暖形式采暖，三個(gè)房間、一個(gè)客廳(40m2)、一個(gè)廚房、外加一個(gè)衛(wèi)生間共六條并聯(lián)支路,采用ZF25F×15-6-CJ/T251型號(hào)的分集水器，設(shè)計(jì)供水溫度50℃，回水溫度40℃。當(dāng)所有支路全部打開時(shí)，其沿程阻力最小，流量最大，當(dāng)只打開其中最不利支路時(shí)，其沿程阻力最大，流量最小。
經(jīng)分析可知，客廳面積最大，鋪設(shè)管路最長，該支路就是我們說的最不利支路(公眾號(hào):泵管家)，《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》建議各環(huán)路長度不宜超過120m，這里假定客廳地暖管環(huán)路長度為120m(正常計(jì)算超過120m)，再加上機(jī)器到分集水器間的主管路長度約20m，那么整個(gè)環(huán)路總地暖管長度約140m。環(huán)路共有7個(gè)閥門，預(yù)估閥門為669L/h（機(jī)器進(jìn)出水口2個(gè)、分水器進(jìn)出水口2個(gè)、集水器進(jìn)出水口2個(gè)、Y型過濾網(wǎng)一個(gè)）。
實(shí)測冷凝壁掛爐機(jī)器內(nèi)阻：3.5
分以下兩種極端情況計(jì)算：
2.1當(dāng)所有支路全部打開時(shí)
其環(huán)路阻力最小，流量最大，為最有利環(huán)路（由于管路粗細(xì)、長短不一，計(jì)算非常復(fù)雜，這里以大環(huán)路管徑為25mm計(jì)算）
2.1.1流量計(jì)算：
將各參數(shù)代入公式（2）可得供暖負(fù)荷：
Q1=1.2×1.2×60kcal/m2×120m2=10368kcal/h=12kW/h
將各參數(shù)代入公式（1）可得水流量：
G1=3.6×12kW/h×4.1868×(50-40)℃=1.032m3/h
對(duì)應(yīng)水流速為：V1=G/S=0.58m/s
2.1.2阻力計(jì)算：
首先根據(jù)公式（6）計(jì)算雷諾數(shù)
Re=VD/γ=0.58×0.025/0.54×10-6=268522300為紊流流動(dòng)
在根據(jù)公式（5）計(jì)算λ=0.316=0.025
將各參數(shù)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(shù)代入公式（7）可得局部阻力：
ΔP1=7×102(G/)2=7×102×（1032/669)2=156mm=0.156m
環(huán)路總阻力=沿程阻力+局部阻力+機(jī)器內(nèi)阻
=0.235m+0.156m+3.5m=3.9m
2.2當(dāng)只有客廳一條支路打開時(shí)
其環(huán)路阻力最大，流量最小，為最不利環(huán)路（該環(huán)路為一個(gè)管徑為15mm的管路環(huán)路）
2.2.1流量計(jì)算：
將各參數(shù)代入公式（2）可得供暖負(fù)荷：
Q2=1.2×1.2×60kcal/m2×40m2=10368kcal/h=4kW/h
將各參數(shù)代入公式（1）可得水流量：
G2=3.6×4kW/4.1868×(50-40)℃=0.344m3/h
對(duì)應(yīng)水流速V=G/S=0.54m/s
2.2.2阻力計(jì)算：
首先根據(jù)公式（6）計(jì)雷諾數(shù)
Re=VD/γ=0.54×0.015/0.54×10-6=150002300為紊流流動(dòng)
在根據(jù)公式（5）計(jì)算λ=0.316=0.028
將各參數(shù)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(shù)代入公式（7）可得局部阻力：
ΔP2=7×102(G/)2=7×102×（344/669)2=188.8mm=0.188m
環(huán)路總阻力=沿程阻力+局部阻力+機(jī)器內(nèi)阻
=0.388m+0.188m+3.5m=4.08m
從以上兩種極端情況下的計(jì)算結(jié)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(tǒng)需要的最大流量為1.032m3/h，需要克服的最大系統(tǒng)阻力為4.3mH2O，理論上揚(yáng)程為5m、6m、7m的循環(huán)水泵都可滿足要求。
3水泵選型
根據(jù)液體在管路中流動(dòng)的管路特性方程：
F=K+SG2
管道阻力與流量成二項(xiàng)式關(guān)系，將以上計(jì)算的點(diǎn)（Q、H）分別代入管路特性方程可得最有利和最不利環(huán)路的管路特性方程，其對(duì)應(yīng)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(shí)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(shí)打開時(shí)的阻力曲線
該套北京120m2房子實(shí)際工作時(shí)的管路特性在曲線1和曲線2之間，其對(duì)應(yīng)的5m揚(yáng)程水泵實(shí)際工作點(diǎn)在AB兩點(diǎn)之間，流量區(qū)間是0.55～1.05m3/h，最大流速0.59m/s；對(duì)應(yīng)6m揚(yáng)程水泵實(shí)際工作點(diǎn)在C、D兩點(diǎn)之間，流量區(qū)間是0.6～1.45m3/h，最大流速0.82m/s；對(duì)應(yīng)7m揚(yáng)程水泵實(shí)際工作點(diǎn)在EF兩點(diǎn)之間，流量區(qū)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(yáng)程的水泵實(shí)際工作區(qū)間效率過低，不適用于該地暖系統(tǒng)；《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》建議地暖回路最大水流速不宜超過0.8m/s,7m揚(yáng)程的水泵最大流速明顯過大，不適用于該地暖系統(tǒng)；6m揚(yáng)程的水泵最大流速雖然超過0.8m/s，但考慮隨著使用時(shí)間的增長，地暖系統(tǒng)阻力會(huì)相應(yīng)增大，一般在設(shè)計(jì)之初都會(huì)使工作點(diǎn)向右適當(dāng)偏移，而且6m揚(yáng)程的水泵在該地暖系統(tǒng)中提供的流量最接近其最高工作效率點(diǎn)，所以綜合考慮：6m揚(yáng)程的循環(huán)水泵最適合該套地暖系統(tǒng)。
03
結(jié)語
本文主要討論了低溫地板輻射采暖與循環(huán)水泵的適配性問題，地暖取暖一般采用并聯(lián)方式，用戶根據(jù)需要打開部分支路取暖，因此實(shí)際實(shí)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(huán)路的情況，提出了地暖系統(tǒng)循環(huán)水泵的選擇方法，即在選擇循環(huán)水泵時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮以下四個(gè)條件：
①選擇地暖系統(tǒng)最有利的環(huán)路來計(jì)算系統(tǒng)流量，循環(huán)水泵能提供的最大流量應(yīng)大于該系統(tǒng)最有利環(huán)路的水流量；
②選擇地暖系統(tǒng)最不利的環(huán)路來計(jì)算系統(tǒng)阻力，循環(huán)水泵所能提供的最大揚(yáng)程應(yīng)大于該系統(tǒng)最不利環(huán)路的系統(tǒng)阻力；
③在滿足水流量和系統(tǒng)阻力的情況下，還應(yīng)考慮循環(huán)水泵的工作效率，盡量使循環(huán)水泵工作在最高效率區(qū)間或接近最高效率區(qū)間。
④地暖管路中水流速不宜小于0.25m/s，不宜大于0.8m/s，但考慮隨著管路使用時(shí)間的增加，阻力會(huì)相應(yīng)增大，在設(shè)計(jì)之初應(yīng)將設(shè)計(jì)工作點(diǎn)向右適當(dāng)偏移。
