地暖系统管路设计方法与流程

本发明涉及地暖铺设技术领域，尤其是涉及一种地暖系统管路设计方法。

背景技术：

传统的无水地暖系统中，整套氟路铜管都是选用相同的规格，没有一定的参考和规律，这样的管路设计在实际使用中经常会出现以下问题：一方面，制冷剂在气态和液态状态下的制冷剂量、制冷剂流速和阻力都是不同的，如果都按照相同的管径设计各分路管路，会导致部分管路压损较大，从而增加能耗；另一方面，制冷剂进入每个房间前的制冷剂量、制冷剂流速和阻力也是不同的，如果设计成相同管径，也会增加压损，容易留存制冷剂，从而影响机组安全、高效运行。

技术实现要素：

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种地暖系统管路设计方法，其能有效地减小压损，有利于回油和减少管内制冷剂存留，从而保证热泵机组的安全高效运行。

其技术方案如下：

一种地暖系统管路设计方法，包括以下步骤：

确定热泵机组中气态管路的临界压损值ΔP_gmax和液态管路的临界压损值ΔP_lmax，其中，ΔP_gmax为热泵机组COP(coefficient of performance，性能系数)值不再增大时所对应的气态管路的压损值，ΔP_lmax为热泵机组COP值不再增大时所对应的液态管路的压损值；

根据第一计算条件计算气态管路中各分段管路的内径d_g，所述第一计算条件为：根据第二计算条件计算液态管路中各分段管路的内径d_l，所述第二计算条件为：其中，所述Q为热泵机组的制热总负荷，所述h_g为气态制冷剂比晗，所述h_l为液态制冷剂比晗，所述f_g为气态管路内摩擦系数，所述f_l为液态管路内摩擦系数，所述ρ_g为气态制冷剂的密度，所述ρ_l为液态制冷剂的密度，所述l_g为气态管路中各分段管路的长度，所述l_l为液态管路中各分段管路的长度。

在其中一个实施例中，所述确定热泵机组中气态管路的临界压损值ΔP_gmax和液态管路的临界压损值ΔP_lmax的步骤具体包括以下步骤：

在整个地暖系统中统一铺设已知规格的常规管路，该常规管路的内径为d₀；

根据计算气态管路中的常规压损ΔP_g，其中，所述l_ga为气态管路总长；根据计算液态管路中的常规压损ΔP_l，其中，所述l_la为液态管路总长；

测定热泵机组的COP值；

多次更换管道规格，并针对每种规格的管道重新计算常规ΔP_g和ΔP_l，测得每一组常规ΔP_g和ΔP_l所对应的COP值；

根据多组ΔP_g和ΔP_l以及所对应的COP值拟合COP值曲线；

在COP值曲线中确定COP值饱和点，该饱和点所对应的ΔP_g和ΔP_l即为ΔP_gmax和ΔP_lmax。

在其中一个实施例中，在气态管路中，所述d_g分别为d_g1…d_gn，所述l_g分别为l_g1…l_gn，n为气态管路中分段管路的数量，n>1,所述d_g1…d_gn应满足第三计算条件，所述第三计算条件为：

在液态管路中，所述d_l分别为d_l1…d_ln，所述l_l分别为l_l1…l_ln，n为液态管路中分段管路的数量，n>1,所述d_l1…d_ln应满足第四计算条件，所述第四计算条件：

在其中一个实施例中，在气态管路中，管路内径沿着气态制冷剂的流向呈减小趋势；在液态管路中，管路内径沿着液态制冷剂的流向呈增加趋势。

在其中一个实施例中，所述d_g和d_l均在标准管规格中取值，所述标准管的内径为17.52mm、14.38mm、11.2mm、8.02mm、5.5或4.85mm。

在其中一个实施例中，所述热泵机组包括热泵主机、气态管路、液态管路和朝远离所述热泵主机方向依次布置的第一发热装置…第N发热装置，所述N为发热装置的数量，N>1,所述气态管路沿着气态制冷剂的流向依次经由所述热泵主机、所述第一发热装置…所述第N发热装置，所述液态管路沿着液态制冷剂的流向依次经由所述第一发热装置…所述第N发热装置和所述热泵主机。

在其中一个实施例中，所述第一发热装置…所述第N发热装置均为发热盘管。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

本发明可根据相应的计算条件进行计算每相邻两个节点之间的分段管路内径，使得每个分段管路内的压损都得以控制在临界压损值以内，从而保证整个热泵机组的压损得到有效控制，有利于热泵机组内回油和减少管内制冷剂存留，保证热泵机组具有高的供热性能系数COP，从而保证热泵机组的安全、高效运行。

本发明综合考虑系统的压损情况和实际制作的成本控制，使得气态管路和液态管路内的压损控制在临界压损值以内即可。当继续增加管路内径时，管路内的压损虽可继续减小，但是其对系统的供热性能影响甚微，不利于提高整个地暖系统的性价比。

本发明在具体设计中，管路内径的选择不仅要保证每段分段管路内压损值小于临界压损值，还须保证整条气态管路和整条液态管路中的压损总和均分别小于其所对应的临界压损值，从而进一步地确保每段分段管路内的压损足够小，有利于热泵机组安全、高效运行。

地暖系统管路设计方法中，通过控制管路内径沿着气流流向呈减小趋势或沿着液流流向呈增加趋势，以此作为附加条件来进行管道选型，用以进一步控制整个机组的压损，同时也减轻了管道选型的难度。

本发明所述的地暖系统管路设计方法中，所述管道均从标准管中选型，减少制作成本，同时也简化确定管道内径的计算过程。本发明仅需将标准管的内径一一代入计算条件计算即可。

附图说明

图1为本发明实施例所述的地暖系统的铺设示意图；

图2为本发明实施例所述的热泵机组的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的COP值曲线示意图。

附图标记说明：

10、房间，20、大厅，100、热泵主机，210、第一发热装置，220、第二发热装置，230、第三发热装置，240、第四发热装置，250、第五发热装置，310、气态管路，311、第一气态分段管路，312、第二气态分段管路，313、第三气态分段管路，314、第四气态分段管路，315、第五气态分段管路，320、液态管路，321、第一液态分段管路，322、第二液态分段管路，323、第三液态分段管路，324、第四液态分段管路，325、第五液态分段管路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所述地暖系统为无水地暖系统，其由热泵机组组成。所述的热泵机组包括热泵主机100、气态管路310、液态管路320和朝远离所述热泵主机100方向依次布置的第一发热装置210、第二发热装置220…第N发热装置(N为发热装置的数量，N可为大于1的任意数量,本实施例图示N为5)。每个房间10或大厅20内设置有至少一个发热装置。所述第一发热装置210、第二发热装置220、第三发热装置230、第四发热装置240以及第五发热装置250均为发热盘管。

本发明所述地暖系统管路设计方法包括以下步骤：

步骤S10、确定热泵机组中气态管路310的临界压损值ΔP_gmax和液态管路320的临界压损值ΔP_lmax，ΔP_gmax为热泵机组的供热性能系数COP值不再增大时所对应的气态管路310的压损值，ΔP_lmax为热泵机组的供热性能系数COP值不再增大时所对应的液态管路320的压损值。步骤S10具体包括以下步骤：

步骤S11、在整个地暖系统中统一铺设已知规格的常规管路，该常规管路的内径为d₀(可从标准管中选型，也可为任意值)；

步骤S12、根据计算气态管路310中的常规压损ΔP_g，其中，所述l_ga为气态管路310总长(事先测定)；根据计算液态管路320中的常规压损ΔP_l，其中，所述l_la为液态管路320总长(事先测定)；

步骤S13、测定热泵机组的供热性能系数COP值；

步骤S14、多次更换铺设管道的规格，并针对每种规格的管道重新计算常规ΔP_g和ΔP_l，测得每一组常规ΔP_g和ΔP_l所对应的COP值；

步骤S15、根据多组ΔP_g和ΔP_l以及所对应的COP值拟合COP值曲线；

步骤S16、在COP值曲线中确定COP值饱和点A。如图3所示，该饱和点A所对应的ΔP＝2.5bar，COP＝4.5，其中ΔP＝ΔP_g+ΔP_l，ΔP_g＝0.5bar，ΔP_l＝2bar，由此可知，本实施例所述的ΔP_gmax为0.5bar，ΔP_lmax为2bar。当ΔP小于2.5bar时，热泵机组的COP值不再变化或变化不明显，因而点A为COP值曲线的饱和点。

值得注意的是，将管路内径设计足够大时，可使得热泵机组的压损足够小，但是内径足够大的管路将增加地暖系统的原材料成本，增加铺设难度，也会使得制冷剂容量增大，不利于实现地暖系统的低成本运作。同时，由图3也可看出，当压损降低至饱和点A以后，系统的COP值变化并不明显。因而本发明综合考虑系统的供热性能和成本，将压损控制在临界压损值以内即可实现热泵机组高效、低成本运行，有利于提高整个地暖系统的性价比。

在执行完步骤S10之后将执行步骤S20，步骤S20为：

根据第一计算条件计算气态管路310中各分段管路(如图2所示的第一气态分段管路311、第二气态分段管路312、第三气态分段管路313、第四气态分段管路314或第五气态分段管路315)的内径d_g，所述第一计算条件为：根据第二计算条件计算液态管路320中各分段管路(如图2所示的第一液态分段管路321、第二液态分段管路322、第三液态分段管路323、第四液态分段管路324或第五液态分段管路325)的内径d_l，所述第二计算条件为：

其中，所述Q为热泵机组的制热总负荷，所述h_g为气态制冷剂比晗，所述h_l为液态制冷剂比晗，所述f_g为气态管路310内摩擦系数，所述f_l为液态管路320内摩擦系数，所述ρ_g为气态制冷剂的密度，所述ρ_l为液态制冷剂的密度，所述l_g为气态管路310中各分段管路的长度，所述l_l为液态管路320中各分段管路的长度。所述Q、所述l_g和所述l_l均可根据实际铺设场地测得，所述h_g和所述h_l以及所述f_g和所述f_l均可经制冷剂物性表查询获得。气态管路310中，各分段管路对应一组l_g和d_g代入第一计算条件进行计算；液态管路310中，各分段管路对应一组l_l和d_l代入上述第二计算条件进行计算。

所述第一计算条件以及所述第二计算条件中左边一项均是通过压损计算公式以及管内流速计算公式代入换算得到。

本发明通过根据上述相应的计算条件进行计算每相邻两个节点之间的分段管路的内径，使得每个分段管路内的压损都得以控制在临界压损值以内，从而保证整个热泵机组的压损得到有效控制，有利于热泵机组内回油和减少管内制冷剂存留，保证热泵机组具有高的供热性能系数COP，从而保证热泵机组的安全、高效运行。

进一步地，在气态管路310中，所述d_g分别为对应不同分段管路的d_g1，d_g2…d_gn，所述l_g分别为对应不同分段管路的l_g1、l_g2…l_gn。所述n为气态管路310中分段管路的数量，n>1。如本实施例图2所示，n为5，其中，所述d_g1、l_g1对应第一气态分段管路311，所述d_g2、l_g2对应第二气态分段管路312…所述d_g5、l_g5对应第五气态分段管路315。所述d_g1、d_g2…d_g5应满足第三计算条件，所述第三计算条件为：

在液态管路320中，所述d_l分别为对应不同分段管路的d_l1、d_l2…d_ln，所述l_l分别为对应不同分段管路的l_l1、l_l2…l_ln，所述n为液态管路320中分段管路的数量，n>1。如本实施例图2所示，n为5，其中，所述d_l1、l_l1对应第一液态分段管路321，所述d_l2、l_l2对应第二液态分段管路322…所述d_l5、l_l5对应第五分段管路325。所述d_l1、d_l2…d_l5应满足第四计算条件，所述第四计算条件为：

本实施例中管路内径的选择不仅要保证每段分段管路内压损值小于临界压损值，还须保证整条气态管路310和整条液态管路320中的压损总和均分别小于其所对应的临界压损值，从而进一步地确保每段分段管路内的压损足够小，有利于热泵机组安全、高效运行。

在本实施例中，所述d_g和d_l均在标准管规格中取值。所述标准管规格有：外径：19.02mm、15.88mm、12.7mm、9.52mm、7.00mm或6.3mm等，其壁厚均为0.75mm。d_g和d_l均可从19.02-2*0.75＝17.52mm、15.88-2*0.75＝14.38mm、12.7-2*0.75＝11.2mm、9.52-2*0.75＝8.02mm、7.00-2*0.75＝5.5或6.3-2*0.75＝4.85mm中取值。本发明所述管道均从标准管中选型，减少制作成本，同时也简化确定管道内径的计算过程。本发明仅需将标准管的内径一一代入第一计算条件、第二计算条件、第三计算条件和第四计算条件计算即可。

进一步地，在气态管路310中，管路内径沿着气态制冷剂的流向呈减小趋势；在液态管路320中，管路内径沿着液态制冷剂的流向呈增加趋势。以此作为附加条件来进行管道选型，用以进一步控制整个机组的压损，同时也减轻了管道选型的难度。

请参阅图1，在具体铺设时，所述气态管路310沿着气态制冷剂的流向依次经由所述热泵主机100、所述第一发热装置210、所述第二发热装置220、第三发热装置230、第四发热装置240和所述第五发热装置250；可选地，所述液态管路320沿着液态制冷剂的流向依次经由所述第一发热装置210、所述第二发热装置220、第三发热装置230、第四发热装置240、所述第五发热装置250和所述热泵主机100。本发明也可根据实际需要设计为，所述液态管路320沿着液态制冷剂的流向依次经由所述第五发热装置250、第四发热装置240、第三发热装置230、所述第二发热装置220、所述第一发热装置210和所述热泵主机100。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。