采暖固定支架及补偿器的选择、设计与计
算
1、固定支架及热补偿的重要性
在暖通空调设计中，固定支架是一个不可避免的技术节点。特别是在北方冬季的热水采暖管道、冬季空调冷冻水供回水管道以及生活热水管道中，管道在“热胀冷缩”的情况下必然产生巨大的自然推力。如果不按照预先的设计方案来泄掉这部分巨大的自然推力，其产生的后果将是毁灭性的。例如，前段时间某商业广场项目地库车位上方的热水管道瞬间脱离，管道支吊架等根本支撑不住瞬间的巨大推力。许多非专业人员基本都会认为是施工技术差，或者认为施工方偷工减料，其实首先应该检查的是热水系统管道是否做了冷热补偿和合理的固定支架。
2、补偿器的分类
在大面积的地库平面图中，如何做热水管道冷热补偿和合理的固定支架是有规律和技巧的。但这些规律和技巧对于刚刚入职设计院的暖通设计师来说根本不掌握，或者说根本引起不
了设计人员的注意。在“三边工程”盛行的今天，出事的概率是非常高的。首先，热水管道的托架和吊架跟固定支架并非一个意思。只有把管道固定不动的吊架才叫“固定支架”，而普通支吊架是允许管道在其内顺着管道敷设方向自由移动的。因为热膨胀产生多余的管道长度必须在此处让其释放、延申，吸收此多余长度的管件就是“补偿器”。所以采暖系统中必须设置固定支架限定其只向一个预想的方向延申，而设置固定支架就必须配合使用补偿器用于吸收管道因温度增高引起膨胀造成的长度增大。
在本文中，我们首推“自然补偿器”。管道的自然补偿是利用管道本身自然弯曲来补偿管道的热伸长。自然补偿常用的有L形补偿器、Z字形补偿器及“几”字型补偿器。与自然补偿相对应的是人工补偿器，常用的人工补偿器有波纹补偿器、套筒补偿器、球形补偿器、方形补偿器及填料式补偿器等。自然补偿器相对于人工补偿器来说优点颇多，比如减少初投资、节省施工工期、系统安全不漏水以及补偿能力不会随着时间的推移而打折扣等。当供回水系统为大口径管道时，人工煨弯也存在一定难度。
3、自然补偿器的设计步骤
自然补偿器的设计步骤主要包括以下几个方面：
1）确定管道的自由长度，即管道在不受限制的情况下，
由于热胀冷缩而产生的长度变化。
2）确定管道的弯曲半径，即管道的弯曲部分的半径。
3）根据管道的自由长度和弯曲半径，计算出管道的弯曲
角度。
4）根据管道的弯曲角度，确定自然补偿器的型号和数量。
4、实例演练
以某地下车库的热水管道为例，该管道的直径为DN50，
管道长度为30m，设计温度为60℃，设计压力为1.6MPa，管
道的敷设方式为挂吊式。根据设计要求，该管道应设置自然补偿器。
首先，确定管道的自由长度。由于该管道的长度为30m，根据公式ΔL=αLΔT，其中α为管道的线膨胀系数，ΔT为管道
的温度变化，当ΔT=60℃时，α为0.012mm/m℃，因此，
ΔL=αLΔT=0.012×30×60=21.6mm。
其次，确定管道的弯曲半径。由于该管道的直径为DN50，根据规范，其弯曲半径应不小于5倍的管径，即
R≥5D=5×50=250mm。
然后，根据管道的自由长度和弯曲半径，计算出管道的弯曲角度。由于弯曲角度为弧度制，因此，弯曲角度
θ=ΔL/R=21.6/250=0.086rad。
最后，根据管道的弯曲角度，确定自然补偿器的型号和数量。根据自然补偿器的参数表，选择L形补偿器，其补偿量
为16mm，因此，所需的自然补偿器数量为2个。
5、设计总结
固定支架及补偿器是采暖系统设计中不可或缺的一部分。在设计过程中，应根据管道的长度、直径、温度、压力、敷设方式等因素，合理选择固定支架和补偿器，并进行必要的计算和设计。在选择补偿器时，应优先考虑自然补偿器，以减少初投资、节省施工工期、保证系统安全不漏水以及保持补偿能力长期稳定等优点。
固定支架在系统中的作用是固定和支撑管道，但规范中对其设置方案的规定较少，设计人员只能根据经验进行选用。然而，现在许多设计人员对此不重视，导致漏画错画屡见不鲜，位置和数量都没有经过仔细推算，或者说设计的图纸根本起不到合理补偿的作用。因此，本文提炼多年设计行业经验，总结了一套在室内高温热水采暖系统设计中设置固定支架和自然补偿器的方法，设计要点是整体考虑，切勿以偏概全。
自然补偿器的设计步骤包括补偿量计算公式和设计思路。首先，在管径计算及路由完全合理敷设完毕之后，计算管道的热伸长量。然后，确定可以不设置“L”型、“Z”型及“几”字型补偿器的管段。对于本文所述系统由固定点起，第一个固定点可以以在穿越防火分区防火墙处必须设置的固定支架为固定点为第一个起点，也可以以此点作为设计起始点向两侧依次设计。
不装补偿器时允许的管道伸长量分别为民建40mm、20mm和工业50mm。实际设计时一般每段臂长不大于20～30m,不小于2m。在自然补偿两臂顶端设置固定支架。“L”型补偿器一般用于DN150以下管道；最大允许距离与管径有关。确定不能进行自然补偿部分管道的热伸长量，并根据计算结果设置补偿器。
确定自然补偿部分管道后，需要设置补偿器来补偿其余部分的伸长量。在计算伸长量时，若较长则需设置多个补偿器，应注意均匀设置，并在两个补偿器之间设置固定支架。在选择补偿器时，建议优先选择自然补偿器，若选择人工补偿器则需注意套筒补偿器容易漏水漏气，适合安装在地沟内，不适宜安装在建筑物上部；波纹管补偿器能力大耐腐蚀，但造价高并且需要设置导向支架；方形补偿器需要的安装空间较大，但运行可靠应用也相对广泛一些。设计时应根据具体情况选用。
对于某民用建筑的热媒供热管道，根据公式计算得出各段管道热伸长量，并确定哪些部分需要设置补偿器和固定支架。在设计固定支架和补偿器时，应逐步设计，避免选择补偿量远大于实际膨胀量的补偿器，以及在穿越防火分区防火墙时必须设计固定支架。对于自然弯补偿器的管径，一般不建议大于等
