大空间建筑凭借自身的先天优势深受现在人们的偏爱,供暖管路作为供暖系统中至关重要的部分,要求设计人员探索更好的供暖方式,提出更优的设计方案。为此,本文针对大空间建筑供暖设计的需求、散热器供暖系统管路的设计、热风供暖风管的布置三方面进行了如下分析。
大空间建筑供暖主要有两个特点:第一,因大空间建筑的体积比普通供暖房间要大很多,围护结构比普通房间复杂的多,所以室内实际温度会对人体热舒适产生不同程度的影响,散热设备的承压能力须满足供暖系统的要求;第二,因大空间建筑的特点,供暖管路需结合建筑本身的功能合理地布置,将供暖系统进行细致的分区、分环。
围绕这两个特点,大空间建筑供暖系统管路的设计包括两个方面,第一是在设计时,各类散热末端的供暖承压要与设计要求相符,且各类散热末端设备要达到规定的节能要求;第二是在供暖系统设计时,管路要简洁、宜按需调节,降低其敷设长度,严格控制安装造价、节约运行成本。
由于大空间建筑所需散热器数目多,加之具体设置时的局限性,会造成散热器布置较分散。大空间建筑因为供暖半径大,系统管路也复杂,为了让室内达到预期的供暖效果, 无论是散热器还是供暖管道的设置,都需要在管路设计时选定合理的系统,尽量减少干管的管线长度 。
大空间建筑中散热器的设置是按照采暖空间负荷的精准计算及具体墙体、外窗的位置进行科学设置的。因大空间建筑外围护结构非常大,在温度极低的季节,即使设有新风值班供暖,仍有很大的热负荷。因此,在室内须设置较多的散热器末端才能达到规定的供暖温度。从经济性的角度分析,要对散热器的数量进行严格控制,否则就会增加投资。在具体工程设计时,可以把散热器以集中的方式,设置在外墙、外窗附近,这样会阻挡冷空气的进入,提高散热器的散热效率,保证人体热舒适。
在大空间建筑里,供暖系统的干管一般于结构梁下按供暖环路敷设,再将干管与散热器支管连接。
首先,水平单管串联式系统
,即
供水管把并排设置的散热器串联起来,热水由供水干管输送到支管,有顺序地流经每组散热器,再通过回水干管集中流回热源。这种连接方式的显著特点是无需安装放空气阀,便实现了连续排气,减少了管材和安装工程量,同时也可以避免系统的垂直失调。但该系统也有缺点,即局限性很强,具体设计时须考虑水平管道的热膨胀补偿措施。
其次,水平双管异程式系统
(如图1)。该系统是供回水干管按最不利环路敷设到最末端的散热器,若干组散热器形成了多个
并联环路,每组散热器通过供回水支管与供回水干管连接。这种连接会对回路的阻力产生不同作用,且每组散热器进出口水温的算术平均温差相等,继而散热量达到了最大,效率最高。但也有一定的缺点,由于各组散热器所在的并联环路长度不同,各并联环路的阻力不易平衡,易出现水平失调的情况。若要解决这一问题,在管道设计时,可采用同程式系统,也可对支干管的管径进行合理调整,同时也要在分支环路上设置截止阀和调节阀,这样能为后期解决水力失调打下良好的基础。
最后,水平双管同程式系统 (如图2)。与水平双管异程式系统相比,水平双管同程式要多敷设一条回水干管,使每组散热器所在并联环路长度相等,沿程阻力也会达到均等。但也有不利方面,即散热器底部空间有限,要同时布置供水干管和两条回水干管,会显得管路繁杂,而且对建筑物的整体美观性也会有影响。
主要风管的安排布置以及风管管径大小的确定会直接影响大空间建筑热风采暖效果。因此,在对大空间建筑的热风供暖设计时,设计者首先需要对空间功能进行合理的划分,按照不同的需求进行供暖热负荷的计算。其次,根据热负荷结果确定所需热源的台数,以及风管的尺寸。最后,选定合理的气流组织形式,根据每个区域需求的风量计算末端风口的尺寸。
热风供暖系统要保证人员活动区的温度场、速度场均匀分布。在设计时,各个送风口的规格需保持一致,这样系统的并联管路阻力会得到平衡,也为后期的施工与调试创造良好的条件。同时,为了保证各个风口处理风量的均匀,在管道设计时,要保持各风口静压相等,并增大风管中的静压与动压之比、增大出流角度。不仅如此,还可以采用高效的送风末端,如采用喷口或旋流风口。为了让每个风口的风速近似,在风管系统设计时,还需要对风管的阻力损失以及供暖设备的风压进行必要的校核计算。
大空间的房屋建筑高度一般在7m以上,建筑上部分的空间不是工作区域。在此期间,考虑到热空气较强的浮升效应,结合分层空调的设计模式,需要根据热风采暖主风管的形态特点来选择适合的送风方式。在确定主要风管高标准度的时候要综合考虑风口的规格大小,具体实施所需要参考的因素如下:
第一,热空气射流长度和降落的高度是否能够完全覆盖工作人员的活动区域。按照规范的标准要求,工作人员活动区域的风速不能够超过每秒0.3m。第二,为了能够体现分层送风的节能效果,主要风管敷设以及风口安装高度不能太高,因为如果风管安装较高就会无端导致一些热量的损失。
大空间建筑热风采暖设计要充分考虑区域范围内人们的热舒适要求,通过热风采暖设计确保区域范围内人员活动温度场、速度场分布均匀。在此期间,为了方便施工人员的后期施工,实现建筑施工和周围环境的适应性,需要保证各个送风口的尺寸规格相同,即 在风管设计中要保证风口风量和出口速度接近 。
第一,为了能够确保各个风口的出力均匀,水平方向上的送风口要和主风管相垂直。在设计管径大小的时候要适当的增加风口风速和主要风管的比值。为了能够达到该目标,在设计的时候可以巧妙地使用一些方法来进行送风,比如使用喷口或者旋流风口完成送风,在风口上设置导向叶片,在风口接入端安装短管。
第二,为了确保每个风口的出口风速类似,在风管系统设计中需要精准地计算主风管静压。 截面位置上的主风管静压=风口出口动压+风口出口静压+风口局部阻力损失。 在风口规格一定时,为了能够确保每个风口送风量和出口的风速保持一致,主风管在各个风口分支上的静压要保持在相似的状态。
在对主风管空气压力进行计算的时候,需要遵循以下计算规则,即3截面位置上的主
风管静压+3截面位置上主风管动压=4截面位置上的主风管静压+4截面位置上的主风管动压+3截面到4截面位置上主风管压力损失。
按照这样的计算规则,3截面位置上主风管静压=4截面位置上主风管静压+4截面位置上主风管动压+3截面到4截面位置上主风管压力损失-3截面主风管动压。
在具体实施操作时为了确保3断面位置的静压和4断面位置的静压相等,需要在3断面位置上增加更多的动压值,通过利用该动压值来实现其和两边气流阻力损失的相互抵消。
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