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(jì)方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的無(wú)水地暖系統(tǒng)中，整套氟路銅管都是選用相同的規(guī)格，沒(méi)有一定的參考和規(guī)律，這樣的管路設(shè)計(jì)在實(shí)際使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)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(jì)各分路管路，會(huì)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(jìn)入每個(gè)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(jì)成相同管徑，也會(huì)增加壓損，容易留存制冷劑，從而影響機(jī)組安全、高效運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)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(jì)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(jī)組的安全高效運(yùn)行。

其技術(shù)方案如下：

一種地暖系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

確定熱泵機(jī)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(jī)組COP(coefficient of performance，性能系數(shù))值不再增大時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣態(tài)管路的壓損值，ΔP_lmax為熱泵機(jī)組COP值不再增大時(shí)所對(duì)應(yīng)的液態(tài)管路的壓損值；

根據(jù)第一計(jì)算條件計(jì)算氣態(tài)管路中各分段管路的內(nèi)徑d_g，所述第一計(jì)算條件為：根據(jù)第二計(jì)算條件計(jì)算液態(tài)管路中各分段管路的內(nèi)徑d_l，所述第二計(jì)算條件為：其中，所述Q為熱泵機(jī)組的制熱總負(fù)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(zhǎng)度，所述l_l為液態(tài)管路中各分段管路的長(zhǎng)度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述確定熱泵機(jī)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(gè)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(jì)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(zhǎng)；根據(jù)計(jì)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(zhǎng)；

測(cè)定熱泵機(jī)組的COP值；

多次更換管道規(guī)格，并針對(duì)每種規(guī)格的管道重新計(jì)算常規(guī)ΔP_g和ΔP_l，測(cè)得每一組常規(guī)ΔP_g和ΔP_l所對(duì)應(yīng)的COP值；

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

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

在其中一個(gè)實(shí)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(jì)算條件，所述第三計(jì)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(jì)算條件，所述第四計(jì)算條件：

在其中一個(gè)實(shí)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(shì)；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(shì)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述d_g和d_l均在標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格中取值，所述標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑為17.52mm、14.38mm、11.2mm、8.02mm、5.5或4.85mm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述熱泵機(jī)組包括熱泵主機(jī)、氣態(tài)管路、液態(tài)管路和朝遠(yuǎn)離所述熱泵主機(jī)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(jī)、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(jī)。

在其中一個(gè)實(shí)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(duì)前述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)或原理進(jìn)行說(shuō)明：

本發(fā)明可根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算條件進(jìn)行計(jì)算每相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的分段管路內(nèi)徑，使得每個(gè)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(gè)熱泵機(jī)組的壓損得到有效控制，有利于熱泵機(jī)組內(nèi)回油和減少管內(nèi)制冷劑存留，保證熱泵機(jī)組具有高的供熱性能系數(shù)COP，從而保證熱泵機(jī)組的安全、高效運(yùn)行。

本發(fā)明綜合考慮系統(tǒng)的壓損情況和實(shí)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(shí)，管路內(nèi)的壓損雖可繼續(xù)減小，但是其對(duì)系統(tǒng)的供熱性能影響甚微，不利于提高整個(gè)地暖系統(tǒng)的性價(jià)比。

本發(fā)明在具體設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的臨界壓損值，從而進(jìn)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(jī)組安全、高效運(yùn)行。

地暖系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)方法中，通過(guò)控制管路內(nèi)徑沿著氣流流向呈減小趨勢(shì)或沿著液流流向呈增加趨勢(shì)，以此作為附加條件來(lái)進(jìn)行管道選型，用以進(jìn)一步控制整個(gè)機(jī)組的壓損，同時(shí)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(jì)方法中，所述管道均從標(biāo)準(zhǔn)管中選型，減少制作成本，同時(shí)也簡(jiǎn)化確定管道內(nèi)徑的計(jì)算過(guò)程。本發(fā)明僅需將標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑一一代入計(jì)算條件計(jì)算即可。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例所述的熱泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的COP值曲線示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

10、房間，20、大廳，100、熱泵主機(jī)，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(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明所述地暖系統(tǒng)為無(wú)水地暖系統(tǒng)，其由熱泵機(jī)組組成。所述的熱泵機(jī)組包括熱泵主機(jī)100、氣態(tài)管路310、液態(tài)管路320和朝遠(yuǎn)離所述熱泵主機(jī)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(shí)施例圖示N為5)。每個(gè)房間10或大廳20內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)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(jì)方法包括以下步驟：

步驟S10、確定熱泵機(jī)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(jī)組的供熱性能系數(shù)COP值不再增大時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣態(tài)管路310的壓損值，ΔP_lmax為熱泵機(jī)組的供熱性能系數(shù)COP值不再增大時(shí)所對(duì)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)管中選型，也可為任意值)；

步驟S12、根據(jù)計(jì)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(zhǎng)(事先測(cè)定)；根據(jù)計(jì)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(zhǎng)(事先測(cè)定)；

步驟S13、測(cè)定熱泵機(jī)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(duì)每種規(guī)格的管道重新計(jì)算常規(guī)ΔP_g和ΔP_l，測(cè)得每一組常規(guī)ΔP_g和ΔP_l所對(duì)應(yīng)的COP值；

步驟S15、根據(jù)多組ΔP_g和ΔP_l以及所對(duì)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(diǎn)A。如圖3所示，該飽和點(diǎn)A所對(duì)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(shí)施例所述的ΔP_gmax為0.5bar，ΔP_lmax為2bar。當(dāng)ΔP小于2.5bar時(shí)，熱泵機(jī)組的COP值不再變化或變化不明顯，因而點(diǎn)A為COP值曲線的飽和點(diǎn)。

值得注意的是，將管路內(nèi)徑設(shè)計(jì)足夠大時(shí)，可使得熱泵機(jī)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(huì)使得制冷劑容量增大，不利于實(shí)現(xiàn)地暖系統(tǒng)的低成本運(yùn)作。同時(shí)，由圖3也可看出，當(dāng)壓損降低至飽和點(diǎn)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(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組高效、低成本運(yùn)行，有利于提高整個(gè)地暖系統(tǒng)的性價(jià)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(jì)算條件計(jì)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(jì)算條件為：根據(jù)第二計(jì)算條件計(jì)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(jì)算條件為：

其中，所述Q為熱泵機(jī)組的制熱總負(fù)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(zhǎng)度，所述l_l為液態(tài)管路320中各分段管路的長(zhǎng)度。所述Q、所述l_g和所述l_l均可根據(jù)實(shí)際鋪設(shè)場(chǎng)地測(cè)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(duì)應(yīng)一組l_g和d_g代入第一計(jì)算條件進(jìn)行計(jì)算；液態(tài)管路310中，各分段管路對(duì)應(yīng)一組l_l和d_l代入上述第二計(jì)算條件進(jìn)行計(jì)算。

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

本發(fā)明通過(guò)根據(jù)上述相應(yīng)的計(jì)算條件進(jìn)行計(jì)算每相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的分段管路的內(nèi)徑，使得每個(gè)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(gè)熱泵機(jī)組的壓損得到有效控制，有利于熱泵機(jī)組內(nèi)回油和減少管內(nèi)制冷劑存留，保證熱泵機(jī)組具有高的供熱性能系數(shù)COP，從而保證熱泵機(jī)組的安全、高效運(yùn)行。

進(jìn)一步地，在氣態(tài)管路310中，所述d_g分別為對(duì)應(yīng)不同分段管路的d_g1，d_g2…d_gn，所述l_g分別為對(duì)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(shí)施例圖2所示，n為5，其中，所述d_g1、l_g1對(duì)應(yīng)第一氣態(tài)分段管路311，所述d_g2、l_g2對(duì)應(yīng)第二氣態(tài)分段管路312…所述d_g5、l_g5對(duì)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(jì)算條件，所述第三計(jì)算條件為：

在液態(tài)管路320中，所述d_l分別為對(duì)應(yīng)不同分段管路的d_l1、d_l2…d_ln，所述l_l分別為對(duì)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(shí)施例圖2所示，n為5，其中，所述d_l1、l_l1對(duì)應(yīng)第一液態(tài)分段管路321，所述d_l2、l_l2對(duì)應(yīng)第二液態(tài)分段管路322…所述d_l5、l_l5對(duì)應(yīng)第五分段管路325。所述d_l1、d_l2…d_l5應(yīng)滿足第四計(jì)算條件，所述第四計(jì)算條件為：

本實(shí)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(duì)應(yīng)的臨界壓損值，從而進(jìn)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(jī)組安全、高效運(yùn)行。

在本實(shí)施例中，所述d_g和d_l均在標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格中取值。所述標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)管中選型，減少制作成本，同時(shí)也簡(jiǎn)化確定管道內(nèi)徑的計(jì)算過(guò)程。本發(fā)明僅需將標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑一一代入第一計(jì)算條件、第二計(jì)算條件、第三計(jì)算條件和第四計(jì)算條件計(jì)算即可。

進(jìn)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(shì)；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(shì)。以此作為附加條件來(lái)進(jìn)行管道選型，用以進(jìn)一步控制整個(gè)機(jī)組的壓損，同時(shí)也減輕了管道選型的難度。

請(qǐng)參閱圖1，在具體鋪設(shè)時(shí)，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(jī)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(jī)100。本發(fā)明也可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)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(jī)100。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)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(rèn)為是本說(shuō)明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。