暖通空调常见问题和若干新技术的合理应用(2-9)

二、水系统的定压和补水1.若干定压补水方式：※高位膨胀水箱。根据《采暖通风与空气调节设计规范》6.4.13条及其条文说明,宜优先采用。※各种形式的气压罐加定频补水泵；（缺点是有效调节容积较小和增加系统工作压力）※变频补水泵；※定频补水泵；关键是要保证连续不间断补水。实例:北京大兴某供暖建筑面积22万多m2的居住小区2.定压点：循环水泵吸入侧或根据水压图分析。实例：北京541厂高层住宅三、关于水压试验压力执行GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》和GB50243-2002《通风与空调工程施工及验收规范》，有两个问题需要明确：第一，宜直接给出水压试验压力的具体数值。例如:《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》对水压试验压力规定:系统顶点的工作压力加0.1MPa（高温热水系统应为系统顶点的工作压力加0.4MPa），同时在系统顶点的试验压力不小于0.3MPa。塑料管或复合管，系统顶点的工作压力加0.2MPa，同时在系统顶点的试验压力不小于0.4MPa。如果设计不给出“工作压力”或“系统顶点的工作压力”，施工单位是难以确定水压试验压力的。在实际工程应用中，“系统顶点工作压力”设计人也不易确定。该点工作压力是静压力加水泵形成的动力水头之和。然而在进行个体项目设计时，冷热源循环水泵常未选定，即使已选定，水泵的工作点也随管网阻力特性而改变，而且计算点的水泵作用动力水头，还需减去从水泵出口至计算点的水头损失。因此，实际上只能执行上述规定中“顶点试验压力不得小于0.3MPa”的附加条件，可简化为：对非高温热水、非塑料管或非复合管，水压试验压力应为系统静压加0.3MPa。（可取整数）第二，水压试验压力必须明确所对应于何标高（一般以±0.000为基准面）。※例如：系统顶点相对于±0.000是50m，膨胀水箱最高水位高于系统顶点2m，系统静压相对于±0.000是52m。如果水压试验的压力表设在±0.000处，试验压力应为0.52+0.30=0.82MPa；水压试验的压力表设在相对标高30m处，试验压力应为0.82-0.30=0.52MPa；水压试验的压力表设在地下室相对标高-10m处，试验压力则应为0.82+0.10=0.92MPa。※例如：高层建筑高区系统的顶点相对于±0.000是130m，定压罐的上限压力高于系统的顶点10m，系统静压相对于±0.000是140m。水压试验的压力表如设在±0.000处，试验压力应为1.40+0.30=1.70MPa；水压试验的压力表设在相对标高70m处，试验压力则应为1.70-0.70=1.00MPa；水压试验的压力表设在地下室相对标高-10m处，试验压力则应为1.70+0.10=1.80MPa。四、管道的热伸长及其补偿1.《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.17条为什么是强制性条文？《采暖通风与空气调节设计规范》4.8.17条:采暖管道必须计算其热膨胀。当利用管段的自然补偿不能满足要求时,应设置补偿器。2.热伸缩引起位移的允许最大值?北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》的12.8.3条：※水平管或总立管固定点的布置，应保证分支管接点处的最大位移≤40mm。无分支接点的管段，间距应保证伸缩量不大于补偿器或自然补偿所能吸收的最大补偿量。※垂直双管系统、闭合管与立管同轴的垂直单管系统的连接散热器支管的立管，长度≤20m时，可在立管中间设固定卡；长度＞20m时，应采取补偿措施。立管穿楼板处，应加套管。固定卡以下长度＞10m的立管，应以三个弯头与干管连接。《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》(第一版)2.8.8条:“……连接散热器的立管应保证管道分支接点由管道胀缩引起的最大位移不大于20mm。”而在第二版的2.4.11条，除了仍沿用上述建议外，又新增了“垂直双管及跨越管与立管同轴的单管系统的散热器立管，长度≤20m时，可在立管中间设固定卡；长度＞20m时，应采取补偿措施。”上述所谓“水平管或总立管”，是指管道分支接点较少的管段，“垂直双管及跨越管与立管同轴的单管系统”，显然是指管道分支接点较多的管段，所以引起位移的允许最大值要小一些，实际上是要求不大于10mm。而对于无分支接点的管段，北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》和《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》，都提出“间距应保证伸缩量不大于补偿器或自然补偿所能吸收的最大补偿量。”3.补偿器对固定支架作用力?固定支架承受的水平荷载包括：※活动支架因热伸缩引起的摩擦反力；※补偿器因热伸缩引起的弹性反力；※因内压不平衡产生的推力。1）力是矢量，有方向性。应在得到数值的同时，明确其方向。2）应以每个固定支架为对象，分析来自补偿器弹性力、滑动支架摩擦力和内压不平衡推力作用的方向和数值。方向相同叠加，方向相反抵消，判断哪些是“平衡”的固定支架，哪些是“受力”的固定支架？3）还应研究和比较哪些力是在热态运行时发生，哪些力是在冷态水压试验时发生？取“热态运行”或“冷态水压试验”时的较大值，作为固定支架强度设计的依据。4）活动支架摩擦反力和补偿器弹性反力对于固定支架作用力的大小和方向，弯管补偿器或波纹补偿器是相同的，但内压不平衡产生的推力则有显著的区别。这是波纹补偿器常出现工程事故的主要原因。弯管补偿器弯管补偿器的整体是弹性元件，依靠整体构件的变形以形成热伸缩的补偿量。但弯管本身是刚性的，在允许承压条件下，内压作用不会引起弯管内腔的变形。对于弯管补偿器:内压力P均匀作用于管内各表面。其中：环向力作用于管壁，由管壁材料所承受,不会使管道内腔发生变形。P轴向力（即“盲板力”）作用于固定支架左侧，大小为内压P乘以管断面积，方向为←。轴向力也作用于固定支架右侧，大小相同，方向为→。由于两个力大小相等而方向相反，弯管补偿器内压对固定支架的合力为零。波纹补偿器波纹补偿器是弹性元件，与弯管补偿器依靠整体构件的变形以形成补偿量不同，需要用波纹本身的变形以形成补偿量。热伸缩和内压作用，都会引起波纹本身的变形。PD2D1压力P均匀作用于管内各表面。其中：环向力作用于管壁，由管壁材料所承受。轴向力作用于波纹，引起波纹的变形，并通过管道作用于两端的固定支架。固定支架左侧承受的轴向力，方向为→，大小为P乘以波纹的断面积，即:222144DDPF固定支架右侧承受作用于弯管处的轴向力（盲板力），方向也为→，大小为P乘以管断面积，即：224DPF由于两个力方向相同，内压对固定支架的作用力为两个力的合力。即:214DPF例如：D300mm管道上波纹补偿器的直径为350mm，管内压力为1.0MPa。内压对固定支架的作用力为两个力的合力约96kN：kgfF9616354102如果水压试验压力为工作压力的1.5倍，则水压试验对固定支架的作用力将达到：14424kgf（14.4tf≌140kN）而对于波纹补偿器左侧的固定支架，由于承受左侧另一个波纹补偿器的内压作用力，由于两个力大小相等而方向相反，合力为零，会是一个“平衡”固定支架。但是，当采取分段试压或其间有阀门关闭时，仍会是“受力”固定支架。所以，第一，即使是相同的波纹补偿器，对固定支架的作用力也会因配置方式各异而不同。可见，把设计责任推给波纹补偿器厂家是没有道理的。进行管系强度设计，是研究管系（包括补偿器）对固定支架的作用力，不是研究补偿器本身的刚度、承压、补偿量和工作寿命，许多设计手册或教科书已阐述得很清楚，设计人员应该具备正确设计的能力，完全不应该依赖补偿器厂家的技术支持。所以，第二，较大口径的室外管道当采取分段试压时，如果按照“平衡”固定支架设计，应设置临时止推支座,以防试压时损坏。对于一般室内管道，则宜均按照“受力”固定支架设计。所以，第三，北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》12.8.3条规定：D≥100mm的弯管补偿器，D≥50mm的波纹管或套筒补偿器，要进行固定支架生根结构的强度验算。《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》(第二版)的2.4.11条的第7款，也有与此相同的规定。4.其他问题：1)由于水压试验压力大于工作压力（例如1.5倍），而活动支架摩擦反力和补偿器弹性反力只在热态运行时发生，波纹补偿器计算固定支架受力也可只按照冷态水压试验压力，而不计算活动支架摩擦反力和补偿器弹性反力。2)由于直埋敷设管道应以管道保温层与土壤之间的轴向摩擦反力，取代“活动支架的摩擦反力”，而管道保温层与土壤之间的轴向摩擦反力较大，波纹补偿器宜成对布置，以使对固定支架两侧的作用力相近。3)室内垂直管道上的波纹补偿器，宜布置在两个固定支架之间的上端，可以减小内压对固定支架的作用力。4)不要过多地设置补偿器。钢管线膨胀系数为0.012mm/m·K，水平干管或总立管保证分支管接点处的最大位移≤40mm，中间固定、不设补偿器的直段长度，一般散热器采暖系统，可达60m以上，空调水、地面辐射或冷却水系统更可达100m以上。5）为增加安全度，应细化干管与分支管接点处的构造设计，例如：分支管用不少于两个弯头与干管连接等。6）有条件时，尽量采用弯曲管段自然补偿，并优先采用弯管补偿器。五、设备的降噪和隔振设计1.噪声控制的若干主要环节※目的是减少设备的噪声对室内和室外环境的影响，使之符合标准的规定。※“隔声”、“吸声”与“消声”的方法和途径※“声功率级”与“声压级”的关系与区别※要求高的房间，不能仅按一个频率而应按各倍频带中心频率计算※根据对不同频率的消声要求，选择不同性质的消声器2.关于隔振建筑物(特别是住宅类居住用建筑)内各类风机和水泵泵）等设备振动,使之对其他环境的影响减弱到允许的程度。3.振动传递比(T)F设备驱动时的扰动频率FO减振体系的自振频率211OFFTTTff10各类建筑和设备振动传递比T的建议值，可参考北京市建筑设计研究院的的《建筑设备专业设计技术措施》。隔离固体声的要求建筑类别振动传递比T很高音乐厅、歌剧院、录音播音室、会议厅、声学实验室0.01～0.05较高医院、影剧院、旅馆、学校、高层公寓、住宅、图书馆0.05～0.20一般办公室、多功能体育馆、餐厅、商店0.20～0.40要求不高或不考虑工厂、地下室、车库、仓库0.80～1.004.设备的减振设计就是确定如何达到减振体系的自振频率FO。ED材料的动态弹性模量ES材料的静态弹性模量Xcm减振体系的静态压缩量金属弹簧：cmOXF5225OCMFX弹性材料SDcmOEEXF5SODCMEFEX225※在静态压缩量相同的条件下，设备驱动时的扰动频率与振动传递比成反比（转速越低的设备，振动传递比越大）※减振体系的静态压缩量，与减振体系的自振频率和振动传递比成反比。减振体系的自振频率与振动传递比成正比。（减振要求越高，FO应该越小，XCM应该越大）举例（一）1）振动传递比：0.012）水泵的扰动频率：F=2900/60=48.133）要求减振体系的自振频率：833.41.033.4801.0101.033.4810TTff4）应采用金属弹簧隔振器5）求减振体系的静态压缩量cmFXOCM07.136.2325833.4252522举例（二）1）振动传递比：0.012）水泵的扰动频率：F=1450/60=24.173）要求减振体系的自振频率：417.21.017.2401.0101.017.2410TTff4）应采用金属弹簧隔振器5）求减振体系的静态压缩量cmFXOCM28.4842.525417.2252522举例（三）1）振动传递比：0.052）水泵的扰动频率：F=2900/60=48.133）要求减振体系的自振频率：07.11229.033.4805.0105.033.4810TTff4）可采用非金属弹簧隔振器，如用金属弹簧隔振器，则：5）减振体系的静态压缩量：cmFXOCM20.054.1122507.11252522举例（四）1）振动传递比：0.202）水泵的扰动频率：F=2900/60