王家海
(江都市建筑工程設(shè)計(jì)院，江蘇 江都 225200)

　　摘要：在建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算容積式水加熱器的客積偏大，通過對熱水供應(yīng)系統(tǒng)貯熱量分采用貯熱量極限值分析的方法，得出以45min最大時(shí)耗熱量確定的加熱器貯熱量值偏大，應(yīng)適當(dāng)減小的結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞：貯熱量；最大時(shí)耗熱量；最高時(shí)平均秒耗熱量；最高時(shí)耗熱量變化曲線；極限值；設(shè)計(jì)秒耗熱量
　　中圖分類號：TU822　　 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B　　 文章編號：1009—2455(2004)01—0025-03

1 問題提出

　　民用建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中容積式水加熱器容積偏大，以致部分加熱器使用效率不高，閑置的現(xiàn)象比較突出。其主要原因有3個(gè)：
　　①根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2003的規(guī)定，容積式水加熱器貯熱量取45min最大時(shí)耗熱量偏高^[1]。
　　②小時(shí)耗熱量的計(jì)算中往往把建筑物內(nèi)各個(gè)熱水用戶的小時(shí)耗熱量簡單累加，太偏安全^[2]。
　　③按時(shí)變化系數(shù)計(jì)算最高時(shí)耗熱量比國外的按器具小時(shí)耗熱量法計(jì)算偏大。

2 容積式水加熱器貯熱量時(shí)間取值偏大問題分析

　　本文主要分析第一個(gè)原因，即貯熱量時(shí)間取值偏大問題，并在分析中依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2003的規(guī)定，最高時(shí)總耗熱量Q_h的值是準(zhǔn)確而合適的。
　　容積式水加熱器為調(diào)節(jié)熱水供應(yīng)系統(tǒng)水壓、水溫不均勻性而設(shè)置的，建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)中最高時(shí)的貯熱量主要根據(jù)最高時(shí)加熱設(shè)備的產(chǎn)熱曲線及建筑秒耗熱變化曲線共同確定。在工程設(shè)計(jì)中，熱水供應(yīng)系統(tǒng)的加熱設(shè)備的產(chǎn)熱量按最高時(shí)耗熱量確定。本文在分析貯熱量時(shí)把加熱設(shè)備的產(chǎn)熱量設(shè)定為最高小時(shí)耗熱量。最高時(shí)的產(chǎn)熱曲線應(yīng)該是一條水平直線，與最高時(shí)平均秒耗熱量線重合。如圖1線B。

2.1 貯熱量的計(jì)算方法
　　根據(jù)最高時(shí)耗熱量變化曲線(圖1中線A)和最高時(shí)平均耗熱量來求取。圖1中陰影面積為貯熱量。
　　不同建筑最高時(shí)耗熱量變化曲線各不相同。耗熱量愈均勻，則圖1中的陰影面積愈小，反之，陰影面積就大，貯熱量也大。
2.2 貯熱量的實(shí)際計(jì)算
　　在實(shí)際情況下，建筑最高時(shí)耗熱量變化曲線是很難得到的。因此我們無法根據(jù)耗熱量變化曲線計(jì)算貯熱量。然而，我們可假定一種特殊情況，即極端不平均的最高時(shí)耗熱量變化曲線，這條曲線可把建筑的耗熱量變化的不均勻性推到極限。根據(jù)這條曲線求貯熱量，任何一個(gè)建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)都不會超越。它是貯熱量的極限。
　　圖2中線A就是這樣的一條曲線。線A表示，在最高用熱小時(shí)，最大秒耗熱量qs持續(xù)發(fā)生，且最高時(shí)耗熱量Q_h全部集中在某一連續(xù)時(shí)段t。這樣，耗熱變化曲線與耗熱平均線B圍成的陰影面積達(dá)到了最大，即貯熱量達(dá)到最大極限值。
　　在圖2所示耗熱狀態(tài)下貯熱量y的計(jì)算如下：
　　V=(q_s—q_h)t　　 (1)

　　q_st=Q_h　　 (2)
　　由(1)、(2)式得：　　 V=(1-q_h/q_s)Q_h (3) 或 V=(1-t／3600)Q_h　　 (4)　　
　　式中q_h為最高時(shí)平均秒耗熱量，即3600q_h=Q_h
　　令K_s表示設(shè)計(jì)秒耗熱量q_s，與平均秒耗熱量q_h之比，即Ks=q_s／q_h (5)
　　則由(3)式得：
　　V=(1-1／K_s)Q_h　　 (6)
　　當(dāng)Ks=1，V=0；
　　當(dāng)Ks=2，V=0.5Q_h；
　　當(dāng)Ks=3，V=0.667Q_h
　　當(dāng)Ks=4，V=0.75Q_h
　　貯熱量隨Ks的增加而增大，我國的貯熱量取45minQ_h，相當(dāng)于Ks=4時(shí)的V。
　　又由(4)式得：
　　當(dāng)t=1h， V=0；
　　當(dāng)t=0.5h， V=0.5Q_h；
　　當(dāng)t=0.333h， V=0.667Q_h；
　　當(dāng)t=0.25h， V=0.75Q_h；
　　貯熱量隨著耗熱時(shí)間的集中(t減小)而增大。
　　當(dāng)設(shè)計(jì)秒流量q_s與最高時(shí)平均秒耗熱量Q_h相等(Ks=1)即耗熱時(shí)間在整個(gè)最高時(shí)內(nèi)持續(xù)(t=1h)，則V=0，無需貯熱量，當(dāng)q_s為q_h的4倍(Ks=4，Q_h集中在0.25h內(nèi)耗完，則v=0.75Q_h，需要45min的Q_h的貯熱量。
　　式(6)可用來淘汰工程中那些設(shè)計(jì)不合理取值，比如若熱水供應(yīng)系統(tǒng)的Ks≤3，貯熱量取0.75Q_h，顯然是不合理的。
2.3 貯熱量計(jì)算存在問題分析
　　實(shí)際上，設(shè)計(jì)秒耗熱量g。是最高時(shí)內(nèi)最大5min耗熱的平均秒耗量，因此其余的55 min時(shí)間任何一個(gè)5min平均秒耗用量將均小于q_s,因此圖2中的線A在耗用時(shí)段t不可能全部取q_s值,這樣，B線上方的陰影面積即貯熱量進(jìn)一步縮小。
　　為了進(jìn)一步縮小貯熱量的極值范圍，使得其判定作用更為具體，我們又可設(shè)定一條新的最高時(shí)耗熱量變化的極值不均勻曲線。如圖3的線A所示。

　　圖3的變化曲線表示，最高時(shí)內(nèi)發(fā)生的秒耗熱量，均高于最高時(shí)平均秒耗熱量q_h，介于q_h與q_s之間，并且時(shí)耗熱量Q_h全部集中在一連續(xù)的時(shí)段t₁內(nèi)耗用掉。
　　根據(jù)圖3，可推導(dǎo)出貯熱量的又一極限值V_lim。
　　用q_t1，表示時(shí)段t₁上耗熱量的秒平均值。則由:V_lim=(q_t1-q_h)t₁ 和 q_t1 t1=Q_h得：V_lim=(1-q_h/q_t1)Q_h
　　若q_t1用q_h和q_s的算術(shù)平均值表示，即q_t1=0.5(q_h+q_s),則(7)式為
　　
　　(8)式中，當(dāng)K_s→1，即q_s→q_h，則V_lim→O
　　此時(shí)最高時(shí)耗熱幾乎在該小時(shí)內(nèi)均勻分布，t₁→3600s，如大型熱水供應(yīng)系統(tǒng)；當(dāng)K_s→∞，即q_s>>q_h，則有V_lim→Q_h，此時(shí)整個(gè)最高時(shí)耗熱量Q_h幾乎全部集中在極小的時(shí)段耗用，t₁→0。
　　在實(shí)際工程中，q_s／q_h(或K_s)值通常不超過1-4的范圍，這樣，貯熱量的極限Vlim如表1所列：

表1 貯熱量的極限值

　　當(dāng)建筑內(nèi)熱水供應(yīng)系統(tǒng)容積式熱水裝置的產(chǎn)熱能為最高時(shí)耗熱量時(shí)，對于較小型的系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)秒流量q_s與最高時(shí)平均秒流量的比值K_s較大(可達(dá)3-·4)，貯熱量極限值V_lim應(yīng)在0.5Q_h—0.6Q_h范圍內(nèi)，對于大型的系統(tǒng)，K_s值較小(一般1-2),V_lim應(yīng)在0.33Q_h范圍內(nèi)。

3 結(jié)論與建議

　　①表1是與圖3所示耗熱量變化規(guī)律相聯(lián)系牲熱量極限。實(shí)際運(yùn)行中的任何一個(gè)民用建筑。慌熱量分布是不可能如此不均勻的，因此所需貯熱量不可能達(dá)到表1所列的值。
　　國家現(xiàn)行規(guī)范貯熱量取0.75Q_h(45 min的Q_h)，超出了表1值的范圍，其不合理性確實(shí)是存在的，雖然加熱器的貯熱量還受鍋爐、水加熱器的工作制度、供熱能力、自動溫控裝置等因素的影響，但這些不是主要因素。
　　②表1所列只是貯熱量的極端安全范圍。實(shí)際上圖3中t₁以外即3600-t₁的范圍，耗熱量q是不可能為0的，在這段范圍，只要曲線A不取0值（即不大于O)，則B線上方的A線段就要向下移，這樣，V_lim又可縮小。因此，我們還可假設(shè)新的、可被接受的極端曲線，求得更小一些的安全的貯熱量極限值。
　　③按最高的時(shí)耗量變化曲線計(jì)算的貯熱量將不能滿足秒流量管網(wǎng)(即建筑內(nèi)管網(wǎng))的貯熱要求。秒流量管網(wǎng)的貯量要求更為嚴(yán)格。需要指出的是，用最高日耗熱量而不是用最高時(shí)耗熱量變化曲線分析椎求貯熱量是不正確的，其求出的貯熱量既不安全也不能滿足供熱管網(wǎng)的貯熱要求。
　　②②④根據(jù)最高時(shí)耗量變化曲線求得的貯熱量，滿足了管網(wǎng)的最不利的熱水耗用量，不需再附加另外的值，這如同快速加熱系統(tǒng)中的設(shè)備產(chǎn)熱率達(dá)到了管網(wǎng)的設(shè)計(jì)秒流量便不再附加貯熱量一樣。本文秒耗熱量的計(jì)算是按5 min平均耗熱量推斷的，可以證明，如果秒耗熱量的計(jì)算是按3 min甚至1min的平均耗量，其結(jié)果是一樣的。

參考文獻(xiàn)：
[1] GB50015—2003，建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．
[2] 陳耀宗，姜文潭，胡鴿均，等．建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版杜，1992．

作者筒介：王家海(1964—)，男，扛蘇江都人．工程師，江都市 工農(nóng)西路35#，電話(0114)61371939