本發(fā)明涉及地暖鋪設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種地暖系統(tǒng)管路設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的無水地暖系統(tǒng)中，整套氟路銅管都是選用相同的規(guī)格，沒有一定的參考和規(guī)律，這樣的管路設(shè)計在實際使用中經(jīng)常會出現(xiàn)以下問題：一方面，制冷劑在氣態(tài)和液態(tài)狀態(tài)下的制冷劑量、制冷劑流速和阻力都是不同的，如果都按照相同的管徑設(shè)計各分路管路，會導(dǎo)致部分管路壓損較大，從而增加能耗；另一方面，制冷劑進入每個房間前的制冷劑量、制冷劑流速和阻力也是不同的，如果設(shè)計成相同管徑，也會增加壓損，容易留存制冷劑，從而影響機組安全、高效運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種地暖系統(tǒng)管路設(shè)計方法，其能有效地減小壓損，有利于回油和減少管內(nèi)制冷劑存留，從而保證熱泵機組的安全高效運行。

其技術(shù)方案如下：

一種地暖系統(tǒng)管路設(shè)計方法，包括以下步驟：

確定熱泵機組中氣態(tài)管路的臨界壓損值ΔP_gmax和液態(tài)管路的臨界壓損值ΔP_lmax，其中，ΔP_gmax為熱泵機組COP(coefficient of performance，性能系數(shù))值不再增大時所對應(yīng)的氣態(tài)管路的壓損值，ΔP_lmax為熱泵機組COP值不再增大時所對應(yīng)的液態(tài)管路的壓損值；

根據(jù)第一計算條件計算氣態(tài)管路中各分段管路的內(nèi)徑d_g，所述第一計算條件為：根據(jù)第二計算條件計算液態(tài)管路中各分段管路的內(nèi)徑d_l，所述第二計算條件為：其中，所述Q為熱泵機組的制熱總負荷，所述h_g為氣態(tài)制冷劑比晗，所述h_l為液態(tài)制冷劑比晗，所述f_g為氣態(tài)管路內(nèi)摩擦系數(shù)，所述f_l為液態(tài)管路內(nèi)摩擦系數(shù)，所述ρ_g為氣態(tài)制冷劑的密度，所述ρ_l為液態(tài)制冷劑的密度，所述l_g為氣態(tài)管路中各分段管路的長度，所述l_l為液態(tài)管路中各分段管路的長度。

在其中一個實施例中，所述確定熱泵機組中氣態(tài)管路的臨界壓損值ΔP_gmax和液態(tài)管路的臨界壓損值ΔP_lmax的步驟具體包括以下步驟：

在整個地暖系統(tǒng)中統(tǒng)一鋪設(shè)已知規(guī)格的常規(guī)管路，該常規(guī)管路的內(nèi)徑為d₀；

根據(jù)計算氣態(tài)管路中的常規(guī)壓損ΔP_g，其中，所述l_ga為氣態(tài)管路總長；根據(jù)計算液態(tài)管路中的常規(guī)壓損ΔP_l，其中，所述l_la為液態(tài)管路總長；

測定熱泵機組的COP值；

多次更換管道規(guī)格，并針對每種規(guī)格的管道重新計算常規(guī)ΔP_g和ΔP_l，測得每一組常規(guī)ΔP_g和ΔP_l所對應(yīng)的COP值；

根據(jù)多組ΔP_g和ΔP_l以及所對應(yīng)的COP值擬合COP值曲線；

在COP值曲線中確定COP值飽和點，該飽和點所對應(yīng)的ΔP_g和ΔP_l即為ΔP_gmax和ΔP_lmax。

在其中一個實施例中，在氣態(tài)管路中，所述d_g分別為d_g1…d_gn，所述l_g分別為l_g1…l_gn，n為氣態(tài)管路中分段管路的數(shù)量，n>1,所述d_g1…d_gn應(yīng)滿足第三計算條件，所述第三計算條件為：

在液態(tài)管路中，所述d_l分別為d_l1…d_ln，所述l_l分別為l_l1…l_ln，n為液態(tài)管路中分段管路的數(shù)量，n>1,所述d_l1…d_ln應(yīng)滿足第四計算條件，所述第四計算條件：

在其中一個實施例中，在氣態(tài)管路中，管路內(nèi)徑沿著氣態(tài)制冷劑的流向呈減小趨勢；在液態(tài)管路中，管路內(nèi)徑沿著液態(tài)制冷劑的流向呈增加趨勢。

在其中一個實施例中，所述d_g和d_l均在標準管規(guī)格中取值，所述標準管的內(nèi)徑為17.52mm、14.38mm、11.2mm、8.02mm、5.5或4.85mm。

在其中一個實施例中，所述熱泵機組包括熱泵主機、氣態(tài)管路、液態(tài)管路和朝遠離所述熱泵主機方向依次布置的第一發(fā)熱裝置…第N發(fā)熱裝置，所述N為發(fā)熱裝置的數(shù)量，N>1,所述氣態(tài)管路沿著氣態(tài)制冷劑的流向依次經(jīng)由所述熱泵主機、所述第一發(fā)熱裝置…所述第N發(fā)熱裝置，所述液態(tài)管路沿著液態(tài)制冷劑的流向依次經(jīng)由所述第一發(fā)熱裝置…所述第N發(fā)熱裝置和所述熱泵主機。

在其中一個實施例中，所述第一發(fā)熱裝置…所述第N發(fā)熱裝置均為發(fā)熱盤管。

下面對前述技術(shù)方案的優(yōu)點或原理進行說明：

本發(fā)明可根據(jù)相應(yīng)的計算條件進行計算每相鄰兩個節(jié)點之間的分段管路內(nèi)徑，使得每個分段管路內(nèi)的壓損都得以控制在臨界壓損值以內(nèi)，從而保證整個熱泵機組的壓損得到有效控制，有利于熱泵機組內(nèi)回油和減少管內(nèi)制冷劑存留，保證熱泵機組具有高的供熱性能系數(shù)COP，從而保證熱泵機組的安全、高效運行。

本發(fā)明綜合考慮系統(tǒng)的壓損情況和實際制作的成本控制，使得氣態(tài)管路和液態(tài)管路內(nèi)的壓損控制在臨界壓損值以內(nèi)即可。當(dāng)繼續(xù)增加管路內(nèi)徑時，管路內(nèi)的壓損雖可繼續(xù)減小，但是其對系統(tǒng)的供熱性能影響甚微，不利于提高整個地暖系統(tǒng)的性價比。

本發(fā)明在具體設(shè)計中，管路內(nèi)徑的選擇不僅要保證每段分段管路內(nèi)壓損值小于臨界壓損值，還須保證整條氣態(tài)管路和整條液態(tài)管路中的壓損總和均分別小于其所對應(yīng)的臨界壓損值，從而進一步地確保每段分段管路內(nèi)的壓損足夠小，有利于熱泵機組安全、高效運行。

地暖系統(tǒng)管路設(shè)計方法中，通過控制管路內(nèi)徑沿著氣流流向呈減小趨勢或沿著液流流向呈增加趨勢，以此作為附加條件來進行管道選型，用以進一步控制整個機組的壓損，同時也減輕了管道選型的難度。

本發(fā)明所述的地暖系統(tǒng)管路設(shè)計方法中，所述管道均從標準管中選型，減少制作成本，同時也簡化確定管道內(nèi)徑的計算過程。本發(fā)明僅需將標準管的內(nèi)徑一一代入計算條件計算即可。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述的地暖系統(tǒng)的鋪設(shè)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述的熱泵機組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例所述的COP值曲線示意圖。

附圖標記說明：

10、房間，20、大廳，100、熱泵主機，210、第一發(fā)熱裝置，220、第二發(fā)熱裝置，230、第三發(fā)熱裝置，240、第四發(fā)熱裝置，250、第五發(fā)熱裝置，310、氣態(tài)管路，311、第一氣態(tài)分段管路，312、第二氣態(tài)分段管路，313、第三氣態(tài)分段管路，314、第四氣態(tài)分段管路，315、第五氣態(tài)分段管路，320、液態(tài)管路，321、第一液態(tài)分段管路，322、第二液態(tài)分段管路，323、第三液態(tài)分段管路，324、第四液態(tài)分段管路，325、第五液態(tài)分段管路。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，本發(fā)明所述地暖系統(tǒng)為無水地暖系統(tǒng)，其由熱泵機組組成。所述的熱泵機組包括熱泵主機100、氣態(tài)管路310、液態(tài)管路320和朝遠離所述熱泵主機100方向依次布置的第一發(fā)熱裝置210、第二發(fā)熱裝置220…第N發(fā)熱裝置(N為發(fā)熱裝置的數(shù)量，N可為大于1的任意數(shù)量,本實施例圖示N為5)。每個房間10或大廳20內(nèi)設(shè)置有至少一個發(fā)熱裝置。所述第一發(fā)熱裝置210、第二發(fā)熱裝置220、第三發(fā)熱裝置230、第四發(fā)熱裝置240以及第五發(fā)熱裝置250均為發(fā)熱盤管。

本發(fā)明所述地暖系統(tǒng)管路設(shè)計方法包括以下步驟：

步驟S10、確定熱泵機組中氣態(tài)管路310的臨界壓損值ΔP_gmax和液態(tài)管路320的臨界壓損值ΔP_lmax，ΔP_gmax為熱泵機組的供熱性能系數(shù)COP值不再增大時所對應(yīng)的氣態(tài)管路310的壓損值，ΔP_lmax為熱泵機組的供熱性能系數(shù)COP值不再增大時所對應(yīng)的液態(tài)管路320的壓損值。步驟S10具體包括以下步驟：

步驟S11、在整個地暖系統(tǒng)中統(tǒng)一鋪設(shè)已知規(guī)格的常規(guī)管路，該常規(guī)管路的內(nèi)徑為d₀(可從標準管中選型，也可為任意值)；

步驟S12、根據(jù)計算氣態(tài)管路310中的常規(guī)壓損ΔP_g，其中，所述l_ga為氣態(tài)管路310總長(事先測定)；根據(jù)計算液態(tài)管路320中的常規(guī)壓損ΔP_l，其中，所述l_la為液態(tài)管路320總長(事先測定)；

步驟S13、測定熱泵機組的供熱性能系數(shù)COP值；

步驟S14、多次更換鋪設(shè)管道的規(guī)格，并針對每種規(guī)格的管道重新計算常規(guī)ΔP_g和ΔP_l，測得每一組常規(guī)ΔP_g和ΔP_l所對應(yīng)的COP值；

步驟S15、根據(jù)多組ΔP_g和ΔP_l以及所對應(yīng)的COP值擬合COP值曲線；

步驟S16、在COP值曲線中確定COP值飽和點A。如圖3所示，該飽和點A所對應(yīng)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，本實施例所述的ΔP_gmax為0.5bar，ΔP_lmax為2bar。當(dāng)ΔP小于2.5bar時，熱泵機組的COP值不再變化或變化不明顯，因而點A為COP值曲線的飽和點。

值得注意的是，將管路內(nèi)徑設(shè)計足夠大時，可使得熱泵機組的壓損足夠小，但是內(nèi)徑足夠大的管路將增加地暖系統(tǒng)的原材料成本，增加鋪設(shè)難度，也會使得制冷劑容量增大，不利于實現(xiàn)地暖系統(tǒng)的低成本運作。同時，由圖3也可看出，當(dāng)壓損降低至飽和點A以后，系統(tǒng)的COP值變化并不明顯。因而本發(fā)明綜合考慮系統(tǒng)的供熱性能和成本，將壓損控制在臨界壓損值以內(nèi)即可實現(xiàn)熱泵機組高效、低成本運行，有利于提高整個地暖系統(tǒng)的性價比。

在執(zhí)行完步驟S10之后將執(zhí)行步驟S20，步驟S20為：

根據(jù)第一計算條件計算氣態(tài)管路310中各分段管路(如圖2所示的第一氣態(tài)分段管路311、第二氣態(tài)分段管路312、第三氣態(tài)分段管路313、第四氣態(tài)分段管路314或第五氣態(tài)分段管路315)的內(nèi)徑d_g，所述第一計算條件為：根據(jù)第二計算條件計算液態(tài)管路320中各分段管路(如圖2所示的第一液態(tài)分段管路321、第二液態(tài)分段管路322、第三液態(tài)分段管路323、第四液態(tài)分段管路324或第五液態(tài)分段管路325)的內(nèi)徑d_l，所述第二計算條件為：

其中，所述Q為熱泵機組的制熱總負荷，所述h_g為氣態(tài)制冷劑比晗，所述h_l為液態(tài)制冷劑比晗，所述f_g為氣態(tài)管路310內(nèi)摩擦系數(shù)，所述f_l為液態(tài)管路320內(nèi)摩擦系數(shù)，所述ρ_g為氣態(tài)制冷劑的密度，所述ρ_l為液態(tài)制冷劑的密度，所述l_g為氣態(tài)管路310中各分段管路的長度，所述l_l為液態(tài)管路320中各分段管路的長度。所述Q、所述l_g和所述l_l均可根據(jù)實際鋪設(shè)場地測得，所述h_g和所述h_l以及所述f_g和所述f_l均可經(jīng)制冷劑物性表查詢獲得。氣態(tài)管路310中，各分段管路對應(yīng)一組l_g和d_g代入第一計算條件進行計算；液態(tài)管路310中，各分段管路對應(yīng)一組l_l和d_l代入上述第二計算條件進行計算。

所述第一計算條件以及所述第二計算條件中左邊一項均是通過壓損計算公式以及管內(nèi)流速計算公式代入換算得到。

本發(fā)明通過根據(jù)上述相應(yīng)的計算條件進行計算每相鄰兩個節(jié)點之間的分段管路的內(nèi)徑，使得每個分段管路內(nèi)的壓損都得以控制在臨界壓損值以內(nèi)，從而保證整個熱泵機組的壓損得到有效控制，有利于熱泵機組內(nèi)回油和減少管內(nèi)制冷劑存留，保證熱泵機組具有高的供熱性能系數(shù)COP，從而保證熱泵機組的安全、高效運行。

進一步地，在氣態(tài)管路310中，所述d_g分別為對應(yīng)不同分段管路的d_g1，d_g2…d_gn，所述l_g分別為對應(yīng)不同分段管路的l_g1、l_g2…l_gn。所述n為氣態(tài)管路310中分段管路的數(shù)量，n>1。如本實施例圖2所示，n為5，其中，所述d_g1、l_g1對應(yīng)第一氣態(tài)分段管路311，所述d_g2、l_g2對應(yīng)第二氣態(tài)分段管路312…所述d_g5、l_g5對應(yīng)第五氣態(tài)分段管路315。所述d_g1、d_g2…d_g5應(yīng)滿足第三計算條件，所述第三計算條件為：

在液態(tài)管路320中，所述d_l分別為對應(yīng)不同分段管路的d_l1、d_l2…d_ln，所述l_l分別為對應(yīng)不同分段管路的l_l1、l_l2…l_ln，所述n為液態(tài)管路320中分段管路的數(shù)量，n>1。如本實施例圖2所示，n為5，其中，所述d_l1、l_l1對應(yīng)第一液態(tài)分段管路321，所述d_l2、l_l2對應(yīng)第二液態(tài)分段管路322…所述d_l5、l_l5對應(yīng)第五分段管路325。所述d_l1、d_l2…d_l5應(yīng)滿足第四計算條件，所述第四計算條件為：

本實施例中管路內(nèi)徑的選擇不僅要保證每段分段管路內(nèi)壓損值小于臨界壓損值，還須保證整條氣態(tài)管路310和整條液態(tài)管路320中的壓損總和均分別小于其所對應(yīng)的臨界壓損值，從而進一步地確保每段分段管路內(nèi)的壓損足夠小，有利于熱泵機組安全、高效運行。

在本實施例中，所述d_g和d_l均在標準管規(guī)格中取值。所述標準管規(guī)格有：外徑：19.02mm、15.88mm、12.7mm、9.52mm、7.00mm或6.3mm等，其壁厚均為0.75mm。d_g和d_l均可從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。本發(fā)明所述管道均從標準管中選型，減少制作成本，同時也簡化確定管道內(nèi)徑的計算過程。本發(fā)明僅需將標準管的內(nèi)徑一一代入第一計算條件、第二計算條件、第三計算條件和第四計算條件計算即可。

進一步地，在氣態(tài)管路310中，管路內(nèi)徑沿著氣態(tài)制冷劑的流向呈減小趨勢；在液態(tài)管路320中，管路內(nèi)徑沿著液態(tài)制冷劑的流向呈增加趨勢。以此作為附加條件來進行管道選型，用以進一步控制整個機組的壓損，同時也減輕了管道選型的難度。

請參閱圖1，在具體鋪設(shè)時，所述氣態(tài)管路310沿著氣態(tài)制冷劑的流向依次經(jīng)由所述熱泵主機100、所述第一發(fā)熱裝置210、所述第二發(fā)熱裝置220、第三發(fā)熱裝置230、第四發(fā)熱裝置240和所述第五發(fā)熱裝置250；可選地，所述液態(tài)管路320沿著液態(tài)制冷劑的流向依次經(jīng)由所述第一發(fā)熱裝置210、所述第二發(fā)熱裝置220、第三發(fā)熱裝置230、第四發(fā)熱裝置240、所述第五發(fā)熱裝置250和所述熱泵主機100。本發(fā)明也可根據(jù)實際需要設(shè)計為，所述液態(tài)管路320沿著液態(tài)制冷劑的流向依次經(jīng)由所述第五發(fā)熱裝置250、第四發(fā)熱裝置240、第三發(fā)熱裝置230、所述第二發(fā)熱裝置220、所述第一發(fā)熱裝置210和所述熱泵主機100。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。