試述供熱末端混水系統(tǒng)的應(yīng)用

黃增濤

摘要：隨著我國(guó)城市化步伐不斷地加快，節(jié)約能源和資源、進(jìn)行環(huán)境保護(hù)、走可持續(xù)的發(fā)展路線成為建筑界一直在探索的課題。我國(guó)建筑在使用中最大的能耗是采暖和制冷。針對(duì)國(guó)內(nèi)集中供熱系統(tǒng)存在許多普遍性的問(wèn)題，多種技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中末端混水系統(tǒng)技術(shù)最近頗受青睞。本文針對(duì)新型混水系統(tǒng)的原理、控制依據(jù)以及在供熱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；混水回路；水力失調(diào)；“質(zhì)”與“量”同時(shí)調(diào)節(jié)；變頻水泵

中圖分類號(hào)：TU833文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、混水系統(tǒng)技術(shù)的研究

目前中國(guó)的供熱系統(tǒng)存在許多問(wèn)題，為了更好地解決上述供熱問(wèn)題，末端混水系統(tǒng)在供暖系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，其中產(chǎn)生最明顯的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)二次管網(wǎng)的小流量大溫差運(yùn)行，末端用戶大流量小溫差運(yùn)行，為末端樓宇提供獨(dú)立的資用壓頭，解決供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)問(wèn)題，會(huì)對(duì)整個(gè)供暖系統(tǒng)的節(jié)能降耗產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。以下常見(jiàn)的混水系統(tǒng)形式:

1.1水噴射器系統(tǒng)

在熱網(wǎng)的供水管路上安裝水噴射器，供水進(jìn)入水噴射器，在噴嘴處形成很高的流速，

噴嘴出口處動(dòng)壓升高，靜壓降低到低于回水管的壓力，回水管的低溫水被抽引進(jìn)入噴射器，并與供水混合(如圖3-la)。

1.1.1噴射器的優(yōu)點(diǎn)

1)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，不擾民;

2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，安裝方便;

3)工作可靠，不需備件、免維修;

4)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，壽命可達(dá)1020年;

5)節(jié)約用電，節(jié)約熱能，無(wú)需管理，節(jié)約運(yùn)行管理成木。

1.1.2噴射器的缺點(diǎn)

1)需要較高的資用壓差，才能保證正常運(yùn)行;

2)可調(diào)性差，供水參數(shù)變化大。

1.2 混水泵系統(tǒng)

1)混水泵跨接在供水管和回水管之間，進(jìn)行旁通混水(如圖3-lb);

2)混水泵安裝在供水管上，該水泵同時(shí)起到供水加壓和混水的雙重作用(如圖3-1c);

3)混水泵安裝在回水管上，該水泵同時(shí)起到回水加壓和混水的雙重作用(如圖3-ld);

1.3新型的混水泵系統(tǒng)

最初，混水系統(tǒng)只是為了解決高溫水轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厮瑔我坏倪M(jìn)行“質(zhì)”調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量以及監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化程度不高，不能算為一種系統(tǒng)。但是隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，以及供熱系統(tǒng)存在的普遍性問(wèn)題，混水系統(tǒng)可以節(jié)能技術(shù)得到了迅速的提高。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的混水系統(tǒng)，具有先進(jìn)的熱計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)行量化管理，先進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，做到遠(yuǎn)程管理，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)高度的智能化，“質(zhì)”與“量”的同時(shí)調(diào)節(jié)，真正的做到了集多種功能于一身的混水系統(tǒng)，為建筑的高度舒適性提供了保障。

1.3.1主要設(shè)備及功能(如圖3-2)

1)氣候補(bǔ)償器—根據(jù)室外大氣的變化，改變供水溫度以及供水量滿足室內(nèi)的舒

適度要求。

2)循環(huán)泵—安裝在二次側(cè)的供水管道上，此泵為變頻泵，通過(guò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變頻

混水加壓的作用，同時(shí)該泵具有監(jiān)測(cè)流量的功能。

3)電動(dòng)兩通閥—改變用戶的回水量，實(shí)現(xiàn)供水與回水的不同混合比，從而實(shí)現(xiàn)供水溫度的改變。

4)溫度、壓差傳感器—監(jiān)測(cè)一、二次側(cè)供回水溫度與壓力，把信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，

實(shí)現(xiàn)控制與記錄。

1.3.2工作原理

混水泵安裝在二次側(cè)的供水管上，保持室內(nèi)的“大流量，小溫差”運(yùn)行。氣候補(bǔ)償器，根據(jù)室外的溫度，改變供水與回水的比例，以及對(duì)混水泵進(jìn)行變頻，實(shí)現(xiàn)“質(zhì)”與“量”的雙重調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)按需供熱，確保室內(nèi)的舒適性要求。

1.3.3控制依據(jù)及方式

1)混合比的確定

對(duì)于各種混水連接方式的供熱系統(tǒng)，混合比又稱混合系數(shù)，是至關(guān)重要的參數(shù)。根據(jù)

定義，混合比u，是進(jìn)入混水裝置的回水量與供水量之比，如圖3-3所示。

從上述式子可知，供水溫度

G2h都是監(jiān)測(cè)值，想要調(diào)節(jié)二次側(cè)供水溫度，只有調(diào)節(jié)G1h的大小，此動(dòng)作是通過(guò)電動(dòng)兩通閥完成的。

2)控制方式

第一級(jí)控制:根據(jù)室外的溫度，控制二次側(cè)的供水溫度。

第二級(jí)控制:實(shí)現(xiàn)等溫差控制，如室外溫度過(guò)低，建筑所需熱負(fù)荷增加，其供水溫度升

高，為保證等溫差運(yùn)行，則通過(guò)對(duì)混水泵變頻，增加供水量;反之，減少供水量。

由于兩級(jí)控制存在耦合的關(guān)系，所以是一種動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)系。系統(tǒng)自帶多種供水溫

度曲線.根據(jù)不同的樓宇特點(diǎn).選擇其供熱曲線，同時(shí)也可以根據(jù)整個(gè)采暖季的運(yùn)行情況，

對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，擬合一條適合該樓宇的供熱曲線。

2、末端混水系統(tǒng)在供熱系統(tǒng)中的作用

2.1實(shí)現(xiàn)按需供熱，改善舒適性

在樓前接入混水系統(tǒng)后，根據(jù)室外氣候變化，建筑物特性及設(shè)定的舒適度要求，對(duì)混

水系統(tǒng)進(jìn)行“質(zhì)”與“量”的調(diào)節(jié)，來(lái)改善室內(nèi)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)按需供熱。同時(shí)系統(tǒng)的整體耗熱量水平降低。如北京地區(qū)，室內(nèi)溫度從25降低到21,其節(jié)約的熱能如下:

(25-21 )/[21一(-7.6) ]=4/28.6=14%

其中:-7.6為北京采暖期室外平均溫度。經(jīng)驗(yàn)顯示，熱能節(jié)省至少1020%

2.2解決樓宇之間的水平失調(diào)問(wèn)題

采暖水平失調(diào)的主要原因是由于各用戶的實(shí)際壓降與設(shè)計(jì)壓降不匹配，從而各用戶

流量分配不合理。混水系統(tǒng)，主管網(wǎng)采用“大溫差，小流量”運(yùn)行模式，末端用戶采用“大流量，小溫差”運(yùn)行模式，因此主管網(wǎng)的阻力相對(duì)較小，末端用戶阻力相對(duì)較大。由水力穩(wěn)定性可知，這樣的運(yùn)行模式，整個(gè)系統(tǒng)的平衡性較好，不易產(chǎn)生水力失調(diào)問(wèn)題，即使局部出現(xiàn)水力失調(diào)問(wèn)題，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)混水量來(lái)調(diào)節(jié)。

2.3解決樓宇的熱力垂直失調(diào)問(wèn)題

末端用戶的“大流量，小溫差”運(yùn)行模式，有利于改善熱力工況垂直失調(diào)問(wèn)題，這主要

是因?yàn)?系統(tǒng)流量越大，用戶越接近設(shè)計(jì)流量，散熱器散熱越充分。

2.4節(jié)省熱力管網(wǎng)的主循環(huán)泵電耗

目前大部分用戶是定流量系統(tǒng)，即使熱力站循環(huán)泵加裝了變頻，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)變流量變頻，自動(dòng)節(jié)能，這是由于系統(tǒng)的水力失調(diào)造成的。在樓前接入混水系統(tǒng)，二次網(wǎng)變成“小流量，大溫差”的變流量系統(tǒng)，供回水溫差增大，提高換熱效率，回水溫度降低，減少管網(wǎng)的熱損失，最重要的是，降低了二次網(wǎng)的循環(huán)流量，變頻技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)水泵的特性關(guān)系式可知，流量與功率成三次方的關(guān)系，二次網(wǎng)的流量減少20% ,其泵的能耗為0.83=o.512，將近節(jié)約一半的電耗，現(xiàn)實(shí)上二次網(wǎng)流量減少20%完全可以實(shí)現(xiàn)。

2.5可用于多種形式的散熱設(shè)備和管路系統(tǒng)

除散熱器以外，其它形式的末端設(shè)備也被廣泛的采用，如地板輻射采暖、風(fēng)機(jī)盤管空

調(diào)系統(tǒng)采暖。這些采暖要求的供熱介質(zhì)溫度較嚴(yán)格，通常比散熱器的低，混水系統(tǒng)可以通

過(guò)“質(zhì)”與“量”調(diào)節(jié)，來(lái)滿足溫度的要求。目前供熱系統(tǒng)中，大部分老建筑是單管制，新建建筑則雙管居多，形成同一供熱系統(tǒng)中，單雙管以及不同的末端設(shè)備并存的問(wèn)題，給水力平衡和供熱調(diào)節(jié)帶來(lái)困難。在樓前接入混水系統(tǒng)，可以滿足不同的溫度需求，很好地適應(yīng)單

雙管系統(tǒng)，使新，舊老區(qū)共存，共同達(dá)到水力平衡和節(jié)能的要求。

2.6分階段改變供熱模式

對(duì)于不同用途的建筑來(lái)說(shuō)，所需的供熱模式不同，如學(xué)校在寒假期間，保持低溫供

熱，防止凍壞散熱器，在上學(xué)期間，按氣候補(bǔ)償控制，根據(jù)室外溫度變化，調(diào)節(jié)各用戶熱

量，達(dá)到舒適節(jié)能。

3應(yīng)用示例

3.1在一個(gè)區(qū)域供熱管網(wǎng)中安裝多個(gè)混水系統(tǒng)(新建系統(tǒng))

1）在終端用戶中使用同種類型的末端設(shè)備(如散熱器)

2)在終端用戶中使用不同類型的末端設(shè)備(如散熱器和地板)

不同用途的終端用戶(如醫(yī)院、學(xué)校、住宅、辦公樓等)

3.2在現(xiàn)有區(qū)域供熱管網(wǎng)中安裝一個(gè)混水系統(tǒng)(改造系統(tǒng))

1)將混水系統(tǒng)安裝在區(qū)域供熱管網(wǎng)現(xiàn)有的建筑物中

2)將混水系統(tǒng)安裝在區(qū)域供熱管網(wǎng)的新建筑物中

4、結(jié)束語(yǔ)

新型的末端混水系統(tǒng)，擁有先進(jìn)的控制系統(tǒng)。采用變頻水泵對(duì)供水實(shí)現(xiàn)“質(zhì)”與“量”

的同時(shí)調(diào)節(jié)，有效地解決水力失調(diào)，改善水力工況，實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)，增大供回水溫差，循

環(huán)泵變頻節(jié)電。根據(jù)室外溫度調(diào)節(jié)供熱量，提高供熱質(zhì)量，節(jié)能降耗。如果整個(gè)供熱系統(tǒng)全

部安裝末端混水系統(tǒng)，節(jié)電30%，節(jié)能10% ,這一目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

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