趙子琴，燕亞龍，王振彪

（蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，蘭州730050）

低溫?zé)崴匕遢椛浠焖疁乜匮b置性能研究*

趙子琴，燕亞龍，王振彪

（蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，蘭州730050）

結(jié)合某供暖改造工程實(shí)例，在集中熱水供暖系統(tǒng)中使用混水溫控裝置，在滿足散熱器供暖用戶高溫?zé)崴耐瑫r(shí)，也為地板輻射供暖用戶提供低溫?zé)崴?，從而?shí)現(xiàn)供暖用戶用熱方式的多樣化。本文通過對(duì)市政熱網(wǎng)與室內(nèi)系統(tǒng)的多種連接方式進(jìn)行分析比對(duì)，從運(yùn)行安全性、安裝成本、運(yùn)行費(fèi)用等方面進(jìn)行分析，表明裝有引射器的低溫?zé)崴匕遢椛浠焖疁乜匮b置能夠滿足工程需要，為供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝提供技術(shù)參考。

混水裝置；引射器；低溫?zé)崴匕遢椛?；供暖系統(tǒng)

0　引言

低溫?zé)崴匕遢椛涔┡墙橘|(zhì)通過地面敷設(shè)的盤管由下向上進(jìn)行輻射散熱的方式，具有熱舒適性好、清潔、節(jié)能、易于實(shí)現(xiàn)分戶熱計(jì)量、以及便于用戶裝修等特點(diǎn)，是當(dāng)前民用建筑中最受歡迎的供暖方式之一[1-4]。但該系統(tǒng)要求熱媒介質(zhì)水溫不超過60℃，供、回水溫差不高于10℃，而現(xiàn)有的市政熱網(wǎng)集中熱水供暖或區(qū)域性供暖系統(tǒng)大多是按照以對(duì)流散熱方式為主的散熱器供暖系統(tǒng)為目的而設(shè)計(jì)的，供水溫度80℃。因此集中或區(qū)域性供暖系統(tǒng)不宜直接用于地板輻射供暖系統(tǒng)，使得地板輻射供暖技術(shù)的推廣與應(yīng)用受到較大程度的限制。

低溫?zé)崴匕遢椛浠焖疁乜匮b置充分利用市政熱網(wǎng)供暖系統(tǒng)提供的80℃的高壓供水，通過混水溫控裝置，將戶內(nèi)40℃左右的低溫回水抽引后與市政熱網(wǎng)的高溫水相混合，達(dá)到地板輻射供暖所需的適宜溫度（一般為50℃），延長(zhǎng)了地暖盤管的使用壽命，從而實(shí)現(xiàn)利用集中熱水供暖系統(tǒng)中的高溫?zé)崴疄榈匕遢椛涔┡到y(tǒng)提供低溫?zé)崴哪康腫5-6]。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，溫度可控等特點(diǎn)，因此該供暖裝置有廣泛的應(yīng)用前景。

1　常見熱網(wǎng)連接方式

工程上常見熱網(wǎng)的連接方式主要分為直接連接與間接連接兩種[7-8]。

1.1直接連接

直接連接供暖方式是指熱用戶管路直接連接在熱水供暖管網(wǎng)上。當(dāng)供暖管網(wǎng)水力工況可確保熱用戶系統(tǒng)內(nèi)部不發(fā)生氣化現(xiàn)象，而且系統(tǒng)內(nèi)部壓力不超過許可壓力時(shí)，熱用戶與熱水供暖管網(wǎng)的連接方式采用直接連接。直接連接方式具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)方便等特點(diǎn)。但對(duì)一定的供熱區(qū)域，各建筑物的高度往往存在較大差異，要保證所有用戶都不出現(xiàn)氣化或倒空現(xiàn)象，靜水壓線的高度往往定得較高，將使大多數(shù)用戶必須采用隔絕式連接方式，這無疑大大增加了成本。因此，高層建筑不宜采用直接連接供暖方式。工程中常見的直接連接供暖方式主要有以下兩種。

1）無混水裝置的直接連接。

圖1　無混水裝置直連供暖示意圖

當(dāng)供暖熱用戶設(shè)計(jì)供水水溫等于熱網(wǎng)設(shè)計(jì)供水水溫時(shí)，采用無混水裝置的直接連接方式。圖1所示為無混水裝置的直連供暖示意圖，熱水由供暖管網(wǎng)的供水管直接接入供暖熱用戶，在用戶散熱器放熱后，再直接返回供暖管網(wǎng)的回水管中。該系統(tǒng)連接方式最為簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但只適用于在供暖管網(wǎng)設(shè)計(jì)供水溫度不超過規(guī)定供暖系統(tǒng)的最高熱媒溫度，且用戶引入口處熱網(wǎng)的供水管、回水管的資用壓差大于供暖用戶要求的壓力損失的場(chǎng)合。

2）裝混水裝置的直接連接。

當(dāng)供暖熱用戶設(shè)計(jì)供水溫度低于熱網(wǎng)設(shè)計(jì)供水溫度時(shí)，應(yīng)采用有混水降溫裝置的直接連接。根據(jù)采用混水裝置的不同可分為裝有引射器的直接連接與裝用混合水泵的直接連接兩種方式。

①裝引射器的直接連接。

裝有引射器的直接連接系統(tǒng)指供熱管網(wǎng)供水管的高溫水進(jìn)入引射器，在引射器噴嘴處由于截面面積逐漸縮小而引起的湍流紊動(dòng)擴(kuò)散作用，使得流體介質(zhì)流速增加，壓力急劇降低，甚至出現(xiàn)負(fù)壓，并低于回水管流體的壓力，使得通過散熱器放熱后的部分回水從引射器吸入口被抽吸至吸入室，之后兩股流體在混合室充分混合，由于擴(kuò)散管截面的逐漸增大，壓力有所上升。形成以一定的射流速度并進(jìn)行了質(zhì)量、能量及熱量的交換后，混合流體從擴(kuò)散管流入供暖用戶，并確保供水溫度符合供暖用戶的供水水溫要求。

裝有引射器的直連供暖系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)無動(dòng)力部件，構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，管網(wǎng)系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但熱網(wǎng)供、回水管間介質(zhì)需要有足夠的資用壓差，以確保引射器的正常運(yùn)行。通常用在單幢建筑物的用戶引入口，實(shí)施分散管理。

圖2　裝引射器直連供暖示意圖

②裝混合水泵的直接連接。

裝有混合水泵的直接連接系統(tǒng)通常用于建筑物用戶引入口處供熱管網(wǎng)的供、回水壓差較小，不能滿足引射器所需的資用壓差，即不能克服用戶內(nèi)部供暖系統(tǒng)的阻力和要求的熱媒參數(shù)流量，同時(shí)需要將管網(wǎng)高溫水轉(zhuǎn)化為用戶低溫水并向多幢建筑供熱的場(chǎng)合。裝有混合水泵的直連供暖系統(tǒng)如圖3所示。

來自熱網(wǎng)供水管的高溫水，在建筑物用戶引入口或小區(qū)熱力站處，與混合水泵抽引的管路回水相混合后溫度有所降低，然后進(jìn)入供暖用戶系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)混合水泵的閥門及供、回水管進(jìn)、出口處的閥門開啟度，可較大幅度地控制進(jìn)入供暖用戶的供水水溫及流量大小。為避免混合水泵揚(yáng)程高于熱網(wǎng)供、回水管壓差，導(dǎo)致熱網(wǎng)回水竄入熱網(wǎng)供水管內(nèi)，在入口處的熱網(wǎng)供水管上應(yīng)安裝止回閥。該系統(tǒng)可集中管理，但其造價(jià)比采用引射器的連接方式高，同時(shí)在運(yùn)行過程中需要經(jīng)常維護(hù)。

圖3　裝混合水泵直連供暖示意圖

1.2間接連接

間接連接是指來自市政熱網(wǎng)供水管的高溫水，進(jìn)入設(shè)置在建筑物用戶引入口或小區(qū)熱力站處的表面式水-水換熱器中，通過熱交換器換熱后將熱能傳遞給供暖熱用戶所需的循環(huán)水，冷卻后的低溫回水返回至回水管中。2次管網(wǎng)的水通過2次網(wǎng)循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。裝有熱交換器的間連供暖示意圖如圖4所示。

圖4　裝熱交換器間連供暖示意圖

該系統(tǒng)常用于大型城市集中供熱熱網(wǎng)；供暖熱用戶系統(tǒng)承壓能力低于熱網(wǎng)回水壓力或靜水壓力；建筑物供暖熱用戶系統(tǒng)高度高于熱網(wǎng)水壓圖供水壓線或靜水壓線；直接連接系統(tǒng)管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)不便等場(chǎng)合。

間接連接供暖方式需要在建筑物用戶引入口或小區(qū)熱力站處設(shè)置表面式水-水換熱器及供暖熱用戶所需的循環(huán)水泵等裝置，造價(jià)比直接連接供暖系統(tǒng)高得多，同時(shí)循環(huán)水泵需要經(jīng)常維護(hù)并消耗電能，運(yùn)行費(fèi)用增加。

通過以上分析，從系統(tǒng)運(yùn)行的可行性、可靠性及成本造價(jià)等方面綜合考慮，引射器在供暖系統(tǒng)的應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

2　引射器在分戶供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

分戶供暖系統(tǒng)中，利用引射器的引射混合作用，將市政管網(wǎng)高溫進(jìn)水與用戶的低溫回水相混合后達(dá)到適宜的供水水溫，從而實(shí)現(xiàn)用戶供暖方式的多樣化。

該裝置運(yùn)行原理如圖5所示，市政供熱管網(wǎng)提供的高溫高壓水通過分戶井內(nèi)立管Gl向住宅用戶供暖，從立管引出的入戶管先后經(jīng)過截止閥、過濾器、熱計(jì)量表等附屬設(shè)備裝置1后進(jìn)入戶內(nèi)。若用戶采用散熱器供暖，管路系統(tǒng)則直接和室內(nèi)散熱器連接的支管2相連后，低溫回水通過回水立管回流至市政供熱管網(wǎng)回水管路Gh中。

圖5　混水溫控裝置原理圖

若用戶采用低溫?zé)崴匕遢椛涔┡绞剑蛄⒐蹽l提供的熱水溫度過高（tj=80℃），容易導(dǎo)致埋設(shè)在地面內(nèi)的塑料類散熱盤管3因受熱溫度過高而產(chǎn)生不良的熱力效應(yīng)，影響其使用壽命。為此，從立管Gl引出的支管入戶后裝設(shè)如附圖6所示的裝置[9]。

其中引射器4利用市政管網(wǎng)提供的高溫高壓供水產(chǎn)生的引射效應(yīng)將戶內(nèi)低溫回水（th=40℃）引射后，與高溫水（tj=80℃）相混合，冷、熱水混合后得到適宜于地板輻射供暖所需的低溫供暖熱水（tg=50℃）。為控制和調(diào)節(jié)混合水溫，在戶內(nèi)供暖回水管與引射器引入口的連接處，設(shè)置電磁溫控閥5；電磁溫控閥5可根據(jù)用戶設(shè)定的溫度tg，調(diào)節(jié)被引射水量及調(diào)節(jié)地暖熱用戶的供水溫度，電磁溫控閥5的開度主要通過設(shè)置在入戶管表面的溫度傳感器6進(jìn)行控制，用戶入口的實(shí)際水溫可通過溫度表7實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控；三通閥8使戶內(nèi)的低溫回水一部分通過電磁溫控閥5流向引射器4，另一部分低溫回水則通過回水立管Gh流回供熱管網(wǎng)。

圖6　低溫地板輻射混水溫控裝置原理圖

3　工程實(shí)例

蘭州某幢住宅樓供暖設(shè)計(jì)中，采用低溫?zé)崴匕遢椛涔┡绞?，工程供暖面積為6000m2，熱負(fù)荷按43W/m2計(jì)算，供暖總熱負(fù)荷采用修正系數(shù)法[10]得到6000×43×0.9=232.3kW。市政管網(wǎng)提供熱水水溫為60℃～85℃，回水水溫為40℃～50℃，系統(tǒng)的資用壓力不能滿足無混水裝置的直連方式，考慮運(yùn)行可靠性及成本造價(jià)等問題，室內(nèi)外系統(tǒng)連接采用帶有引射器混水裝置的直連方式[11]。在設(shè)計(jì)工況下，依據(jù)熱平衡原理，即式（1）：

式中C——水的比熱容，C=4.18KJ/（kg·℃）

G1——熱網(wǎng)供給供暖系統(tǒng)高溫水的設(shè)計(jì)質(zhì)量流量，kg/s；

tj——供暖高溫水的水溫，℃；本工程tj取80℃；

Gh——混水裝置的設(shè)計(jì)流量，即在設(shè)計(jì)工況下從供暖系統(tǒng)回水管中抽吸進(jìn)入混水裝置引射器吸入口的低溫回水的質(zhì)量流量，kg/s；

th——低溫回水的水溫，℃；本工程t2取40℃；

Gg——混合后從引射器擴(kuò)壓管流出的質(zhì)量流量，kg/s；tg為低溫盤管進(jìn)水水溫，℃；本工程t3取50℃。

由流體連續(xù)性方程可得式（2）：

混水裝置單位質(zhì)量流量設(shè)計(jì)值按式（3）計(jì)算，即：

式中u——混水裝置的設(shè)計(jì)混合比。聯(lián)立以上三式可得：

由u>2.5，得到熱網(wǎng)供、回水管間的壓差滿足引射器的正常工作。并由此可得市政熱網(wǎng)供給供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱水流量為：

熱用戶的熱水流量為：

因此，當(dāng)混合比u=3，流量G1=1.39kg/s，Gg= 5.55kg/s時(shí)，即可滿足裝有引射器混水裝置低溫?zé)崴匕遢椛涔┡O(shè)計(jì)供、回水水溫要求。

4　結(jié)語

低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)的優(yōu)越性決定了其廣泛的應(yīng)用前景。但當(dāng)前城市集中熱水供暖的水溫較高，不宜直接用于該系統(tǒng)。本文通過分析裝有引射器的混水裝置系統(tǒng)的適用性，表明該混水裝置不僅使熱用戶的水溫得到自動(dòng)控制，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)，特別適用于集中熱水供暖系統(tǒng)中的低溫?zé)崴匕遢椛涔┡脩簦哂幸欢ǖ膽?yīng)用推廣價(jià)值。

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TU995.1

A

1673-1093（2015）12-0081-04

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.019

趙子琴（1975），女，現(xiàn)就職于蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院。

2015-07-26；

2015-08-08

甘肅省高?？蒲许?xiàng)目（2015B-127）；蘭州工業(yè)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（201521）.