孫恩學

1.現(xiàn)狀及存在的問題

高層建筑在我國近二十年來迅速發(fā)展，與之相配套的供暖系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備技術(shù)也不斷發(fā)展，面對高層建筑管網(wǎng)內(nèi)靜水壓力大的問題，目前也有許多方案在應(yīng)用之中。普遍應(yīng)用的是在熱源處（鍋爐房）專門設(shè)置換熱器或鍋爐的辦法，使得建筑內(nèi)高區(qū)原有建筑的低區(qū)在水力系統(tǒng)上徹底分開，從而使高區(qū)、低區(qū)的壓力完全互不影響。但單獨為高區(qū)設(shè)置鍋爐的辦法，特別是在原有多層建筑群中建設(shè)單幢高層建筑，有時由于于室外管網(wǎng)的增設(shè)困難較大，顯然造價較高。單獨為高區(qū)設(shè)置表面式換熱器的辦法，僅在有蒸汽或高溫水熱源時和能確實滿足供水水溫的要求，且也需要室外增加相應(yīng)的高區(qū)系統(tǒng)輸送管線。通常綜合費用也比較高。供熱工程設(shè)計手冊中推薦了"雙水箱分層式系統(tǒng)"，但其嚴重帶氣，壓力波動較大，當室外回水閥門誤關(guān)閉時有系統(tǒng)超壓隱患，往往不能正常使用。其他通氣立管直連方案也有與大氣相通，依然有系統(tǒng)的氧腐蝕因素的缺陷。

2.對供暖系統(tǒng)連接問題的分析和解決方案

將雙水箱系統(tǒng)的水箱去掉，同時將總回水管引到高于供水干管200mm，并在立管上安裝減壓循環(huán)裝置。采用水壓圖的供暖和空調(diào)水系統(tǒng)的循環(huán)特征可知，在低區(qū)循環(huán)水泵運轉(zhuǎn)時，低區(qū)管網(wǎng)都有確定的動態(tài)水壓線。由流體力學關(guān)于靜壓強和的測壓管水頭線的關(guān)系可知立管內(nèi)水壓線水頭高度以下是充滿水的。高區(qū)系統(tǒng)通過安裝在總回水立管上的減壓循環(huán)裝置切斷靜壓力后直接連接到低區(qū)的回水管上。就可以實現(xiàn)高低區(qū)供暖系統(tǒng)的直接連接。

由流體力學知識可知，在下流水立管中靜壓力的沿管傳遞的條件是管內(nèi)的水流連續(xù)充滿。如果能實現(xiàn)流態(tài)的轉(zhuǎn)變，也就能實現(xiàn)壓力傳遞效果的改變，這就可以在立管內(nèi)低區(qū)水壓線水頭高度以上適當位置安裝導流部件結(jié)合控制流量來重建立管中的水膜流動狀態(tài)，再結(jié)合供暖系統(tǒng)比較干凈且流量穩(wěn)定的循環(huán)的特點，配置確保產(chǎn)管內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定的水膜流動狀態(tài)，再結(jié)合供暖系統(tǒng)比較干凈且流量穩(wěn)定的循環(huán)特點，配置確保立管內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定的氣體補償裝置就可以實現(xiàn)立管下流水靜壓力的切斷和壓力波動的消除。

提出的立管結(jié)構(gòu)方案實質(zhì)是：（1）在立管內(nèi)加裝一個為水流提供流動邊界條件的導流部件，所述導流部件與立管內(nèi)管壁之間形成一軸向通道，所述軸向通道包括中空的螺旋式通道部分或直通道部分，用以導引有壓流體管路的水流使立管內(nèi)下流水流通過部件后能穩(wěn)定地沿著立管內(nèi)壁形成左旋水膜運動狀態(tài)，使立管內(nèi)的空氣和向下流的水的邊界處于有序狀態(tài)，氣水的分界面是一個等靜壓面。（2）該方案還包括有與立管的膜流狀態(tài)形成部分相通的、用以維持穩(wěn)定膜流狀態(tài)的氣體補償裝置。采用這個結(jié)構(gòu)方案，強化了立管形成膜流條件，使立管內(nèi)氣芯動態(tài)有條件封閉，避免氣體混入立管出口以后的工作水流，也有利于防止空氣的其它有害影響，為基本消除管內(nèi)水流所涉系統(tǒng)的氧腐蝕問題和供暖系統(tǒng)的氣塞問題提供可能，并確保安全運行。本結(jié)構(gòu)簡單耐用，可與系統(tǒng)同壽命。

宜將高層建筑的六～十層（按低區(qū)系統(tǒng)的供回水壓力可以滿足系統(tǒng)直接連接的最高層數(shù)確定具體層數(shù)）及以下直接劃為低區(qū)，七層及能上能下可以按散熱器的承壓能力和系統(tǒng)的熱力及不力計算的要求劃分高區(qū)系統(tǒng)。

這樣就可以在高導建筑高區(qū)供暖系統(tǒng)需要時采用水泵加壓供給高區(qū)供暖系統(tǒng)經(jīng)過高區(qū)供暖系統(tǒng)散熱后，在總回水產(chǎn)管上安裝（減壓循環(huán)裝置）消除加壓泵增加的靜水壓力后再接入低區(qū)的回水管網(wǎng)上，從而使高區(qū)、低區(qū)的壓力完全互不影響，實現(xiàn)低區(qū)系統(tǒng)和高區(qū)系統(tǒng)合用一套室外管網(wǎng)和熱源。就可以實現(xiàn)高低區(qū)供暖系統(tǒng)的直接連接。

3.帶減壓循環(huán)裝置的立管布置要求和工作過程

立管下流水減壓循環(huán)裝置屬非標管路流體技術(shù)裝置，按高區(qū)系統(tǒng)的流量優(yōu)化參數(shù)。一套裝置由四個部件組成。靜壓切斷裝置（部件1）安裝于立管頂端下部：氣水循環(huán)裝置（部件2）安裝于低區(qū)動水壓線以下2～25米之間（一般在4～7層）：氣水分離裝置（部件3）安裝于低區(qū)動水壓線以下1～5米之間（一般在9～12層）：壓力限定裝置（部件4）安裝于低區(qū)最大允許工作壓力限值（一般為40米左右高）位置上；及相應(yīng)的循環(huán)管路控制了立管內(nèi)動水壓力線以上的水流為膜流狀態(tài)，變有壓水流為受控無壓水流。

減壓循環(huán)裝置的工作過程是：工人時，供暖系統(tǒng)高區(qū)回水在進入立管下流水靜壓切斷裝置部件1后，在策略和導游裝置引發(fā)的離心慣性力作用下，即可形成左旋水膜流態(tài)，沿下流過程旋轉(zhuǎn)漸減弱至穩(wěn)定，直至不壓線高度處，變?yōu)闈M管流態(tài)。處于水膜流態(tài)的立管中便形成位于軸線的空氣（柱）芯。下流到氣水循環(huán)裝置部件2內(nèi)的工作水流，由于斷面突然擴大，流速驟減，使得深含攜帶于工作水流中的空氣隨即得以浮升到氣水循環(huán)裝置部件2上部的環(huán)流狀空間。在立管滿流段即筒內(nèi)水壓力和氣水循環(huán)管的綜合作用下，該空間氣體由集氣管與集氣管中的水一起上升到氣水分離裝置部分3內(nèi)進行氣水分離，分離出的水沿不循環(huán)管復(fù)回到氣水循環(huán)裝置部件2下部，形成了水的循環(huán)回路；在分離裝置部分3中分離出來的氣體經(jīng)氣循環(huán)管與靜壓切斷裝置1與立管中心氣芯聯(lián)能，形成了工作水流中所含氣體的氣循環(huán)回路。這便是本減壓裝置配入系統(tǒng)后的一般工作情況。

若系統(tǒng)內(nèi)偶然的壓力變化，超過U型水封管4的不封工作壓力，其出口可排水卸壓或吸入空氣，否則水封管將保持封閉狀態(tài)。由于立管兩端均與系統(tǒng)相聯(lián)，使立管中的氣體在U型水封密閉埋處于封閉狀態(tài)，其中僅有部分溶含攜帶于水流中的氣體參與自氣水循環(huán)裝置、氣水分離器，再復(fù)回立管的氣水循環(huán)裝置之中。在此循環(huán)中，原溶解攜帶于系統(tǒng)工作水流中的氣體也會被收集封閉于立管氣芯之中，成為立管中氣芯的一人動態(tài)組成部分。只要系統(tǒng)持續(xù)工作，這種立管內(nèi)氣芯的封閉狀態(tài)就會被維持。顯然，因系統(tǒng)工作水流攜帶氣體導致的氣塞現(xiàn)象困擾正常供暖工作的情況將會因此而消除。同時，由于氣體長期被封閉，其氧氣必然會被耗盡，立管中氣芯便會呈現(xiàn)惰性組分狀態(tài)，這將為配裝本例立管的系統(tǒng)創(chuàng)造無氧蝕工作狀況提供條件。

4.減壓循環(huán)裝置優(yōu)點和技術(shù)參數(shù)

配置本專利技術(shù)裝置的優(yōu)點：

（1）直接使用低區(qū)（冷）熱源熱媒，充分利用熱媒參數(shù)，不須設(shè)費用較高的高區(qū)換熱器。通常造價可降低十多萬元。

（2）不需為高區(qū)單獨設(shè)置熱源，使用動力源系統(tǒng)簡化，使高壓區(qū)和低壓區(qū)可以共享熱力儲備，降低可觀投資，提高了運行可靠性。

（3）系統(tǒng)與大氣實現(xiàn)了有條件封閉，確保無氣體混入工作水流，本裝置不會帶來系統(tǒng)的"氣塞"及"氧腐蝕"問題，減小了維護工作量。

（4）比"雙水箱"系統(tǒng)節(jié)省了建筑面積和水箱，也沒有了水箱的維護工作量。高區(qū)總回水立管管戲至少也小一號，通水能力得到合理利用。

（5）高區(qū)系統(tǒng)的總回水立管最高點為高區(qū)的定壓點。通常高區(qū)可用普通鑄鐵散熱器，高區(qū)循環(huán)泵運行時對原有低區(qū)系統(tǒng)壓力無影響，原有低區(qū)管網(wǎng)的老舊設(shè)施均可使用。

5.高區(qū)增壓泵的選型

高區(qū)增壓泵的選型適宜，全為系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟運行創(chuàng)造條件，應(yīng)注意要用熱水型水泵，并且按下述方法選下?lián)P程和流量參數(shù)。

高區(qū)增壓泵的揚程：Hb=Hj+Hw+V.2/2g-Hg

式中：Hb—高壓增壓泵的揚程。

Hj—泵與部件（系統(tǒng)）的最高點的標高差（M）。

Hw—高區(qū)供暖管道系統(tǒng)的阻力（M）一般為2米左右。

V.2/2g—進入部件1時的動壓頭（M）。

Hg—熱網(wǎng)供水在增壓泵進口處的壓力水頭（M）。

高區(qū)產(chǎn)壓泵的流量：V=kl0.86Q/ρ（t1-t2） （M3/H）

式中：K—附加系數(shù)，可取1.1～1.2。

Q—高區(qū)供暖系統(tǒng)熱負荷（W）。

t1—供水溫度℃。

t2—回水溫度℃。

ρ—供水密度kg/m3（通常取965Kg/M3）。

加壓水泵的控制宜采用變頻設(shè)備，以達到節(jié)能目的。在低區(qū)采膨脹水箱定壓時，其動水壓線較穩(wěn)定，在參數(shù)匹配時可采用工頻調(diào)和，效果也很好。

另外，如采用一臺（組）水泵帶多個高區(qū)系統(tǒng)時，可在每人高區(qū)系統(tǒng)的回水或供水干管上安裝自力式流量控制閥5，如附圖所示，效果也很可靠，且也可采有工頻設(shè)備。

減壓循環(huán)裝置技術(shù)經(jīng)推本溯源的研究和太原市工商銀行桃園四巷高層住宅（14層）；太原佳地花園華苑大廈（18層）；山西省建筑設(shè)計研究辦公樓（8層）等工程的實際運行表明本技術(shù)產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，對降低工程費用，效果顯著。

本技術(shù)已獲國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實用新新型專利證書和發(fā)明專利證書，是管路流體技術(shù)在供暖系統(tǒng)應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)方案已經(jīng)多次成功應(yīng)用，逐步得到市場的認可，歡迎各位同行給予推薦使用。我公司將提供必要的咨詢和服務(wù)，承諾對裝置的可靠性負技術(shù)經(jīng)濟責任，將信守合同，確保服務(wù)，追求完美，以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)貢獻社會。