热水系统同程及异程管道布置比较分析

热水系统同程及异程管道布置比较分析

吴曼涛

吴曼涛

中机中联工程有限公司上海分公司上海200120

摘要：在集中供热热水系统设计过程中，管道布置方式采用管道同程布置的设计方式可有效防止热水系统中的热水短路循环，且对于节水、节能有着重要的作用；而采用管道异程布置的设计方式，其供水管、回水管中的水流方向相反，每一环路的管长不相等，因此管路简单，同一系统中异程管道布置水力稳定性较同程布置好[1]，且管道较短，节省管材，减少项目初期投资，对项目投资控制有利。

关键词：集中供热；同程布置；异程布置；水力稳定；投资控制。

1导言

在目前热水系统管网设计中，管道布置方式采用同程布置还是异程布置需根据项目的实际情况进行比较分析后确定。但在现实设计过程中，绝大多数设计人员仅为了满足规范要求，或者走经验主义道路，不管项目的规模、形式及甲方的资金状况等实际情况，均采用同程布置，因此存在一定的弊端。本篇论文主要就热水系统中管道同程布置及异程布置各自优缺点比较分析，确定采用何种布置形式。分析方法采用对比法，分析内容主要为两种布置形式的热水循环效果分析、两种布置形式的水力稳定性分析、两种布置形式的经济性分析三个方面，通过分析来确定两种布置形式的优劣。

2热水循环效果分析

热水循环流量的分配是热水循环系统的重要环节，循环系统的效果主要由热水循环系统的方向和分配流量的大小决定，对热水循环效果分析的前提是同一工况下任一管段的循环水流方向均由供水端流向回水端，且是在管段水流方向唯一的情况下进行的。但在实际工程中，由于系统工况的不唯一，循环流量并不完全按设计线路补偿配水管道的热力损失，常有回水管道向用户供水的情况，造成部分配水管道使用效果不理想，而达不到预期的设计循环目的。接下来就对双立管均配水工况进行同程布置和异程布置的热水循环效果进行分析，其他多立管配水工况可参考此分析。

2.1同程布置热水循环效果分析

如下图1所示，工况为双立管配水同程布置，首先假定H1-2-b≥H1-a（反之亦然），由于双向配水的水头损失小于单向配水水头损失，因此仅当（P1-P2'）>H1-a时，才可实现两根立管均配水的工况，据此判断，可得：

由图1可知，两根立管配水时循环方向有3种，①两根配水立管均有流量通过；②配水阻力较大的立管（2-2’）仅有配水流量通过；③配水阻力较大的立管（2-2’）由供回水干管双向供水。因此，只有当供水端与回水端的压差大于两立管中配水阻力H较大时，才能保证两根配水立管中均有循环流量通过。

2.2异程布置热水循环效果分析

如下图2所示，工况为双立管配水异程布置，同同程布置，首先假定H1-2-b≥H1-a，双向配水的水头损失小于单向配水水头损失，因此当（P1-P1‘）>H1-a时，方可实现两根立管均配水的工况，据此判断，可得：

图3双立管均配水异程布置循环方向

①P1-P1'>H1-2-b≥H1-a，循环方向如图1（a）；

②P1-P1'=H1-2-b≥H1-a，循环方向如图1（b）；

③H1-2-b≥P1-P1'>H1-a，循环方向如图1（c）。

由图2可知，同同程布置相同，两根立管配水时循环方向有3种，且只有当供水端与回水端的压差大于两立管中配水阻力H较大时，才能保证两根配水立管中均有循环流量通过。但与同程布置相比，由于异程布置各供水立管至回路路程不同，阻力相差较大，即水损H1-2-b与H1-a差别较大，环路阻力不平衡，易出现短路现象，则两根立管的热效果相差较大，出现过热或不热现象，因此总体循环效果不如同程布置。

注：上述式中，P1为节点1处水压，如P1>P2，则水流由节点1流向节点2；H1-2为节点1-节点2间管道的水头损失，如H1-2=S1q12-S2q22，S为管道摩阻，q为通过节点处流量。

3水力稳定性分析[1]

液体输送系统中，各支路间、用户间、末端设备间流量的耦合干扰问题就是水力稳定性问题。本论文依次关闭各支路，然后计算未关闭的支路的流量，通过对其他支路比关闭前后流量的比值，来分析和对比异程系统与同程系统的稳定性：

假定qi为第i条支路的工况设计流量，qi'为该条支路的新流量，令Xi=qi'/qi。Xi越接近于1，则说明相对于主动调节支路，第i条支路的稳定性越好；反之，则说明该条支路稳定性越差。依次关闭各支路，然后计算未关闭支路的流量及流量的偏离系数，来进行稳定性的对比和分析。对于第i条支路，当其他支路分别关闭时，流量偏离系数平均值为：，式中K为系统的支路数，各支路值相对大小，则说明了各支路稳定性的相对顺序，值大则稳定性差，值小则稳定性好。分析中假定同程与异程布置均采用同种设计工况，设计中共有6条支路，且每条支路设计流量均为4m3/h。

同程系统支路的稳定性具有对称性，即系统网路中间的支路水力稳定性最差，越往两端，支路的稳定性越好；而异程系统支路的稳定性具有阶梯性，即从离热源最近的支路到最远的支路，稳定性依次变差。且上图中，如果将各支路的按大小进行排序，热水系统管道同程布置支路中有两条管支路小于异程系统，四条支路大于异程系统；若增加回水母管长度，则同程系统所有支路的值均大于异程系统。由此可知，总体而言，同程系统的各支路稳定性不如异程系统。

4经济性分析

同程管道布置中由于回水母管长度的增加，管材费用相应需增加；与此同时，对于大型公共建筑，采用同程管道布置，管道长度的增加也加大了热水在循环过程中的热力损失、温降加大，对管道的保温要求也相应增加，循环泵参数及加热设备相对于异程布置较大，同时增加了部分设备的费用；相对于管路简单的异程系统，同程布置管路较大，环路较多，后期的维护费用也相应会增加。

异程管道布置相对于同程布置可以节省管材及部分设备费用，并降低后期维护费用。但由于异程布置系统的循环效果不佳，环路阻力不平衡，易出现短路现象，用户节点处热书分布不均匀，降低了用户使用的舒适性，需采取措施避免此类情况出现。采取的措施同样增加了异程布置系统的阀门附件费用及后期安装的措施费。

4结论

集中热水供应系统中，管道采用同程布置或异程布置需根据项目规模、规范要求及初级建设费用等因素共同决定。对于小型项目、初期建设资金较少项目，管道应优先采用异程布置，同时按照规范要求采取相应措施保证热水循环效果；对于环形建筑、较大项目及对热水使用要求较高的项目，管道布置则需按照规范要求采用同程布置方式。

参考文献：

[1]符永正（武汉科技大学城市建设学院院长，二级教授）.同程系统与异程系统的水力稳定性比较.武汉科技大学学报（自然科学版），2006年06月.