徐瑋榕，耿婧婷，余育速，許仁杰，鄒海星，徐得潛

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型制作

徐瑋榕，耿婧婷，余育速，許仁杰，鄒海星，徐得潛★

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

文章介紹了一種建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型的制作，該裝置設(shè)計(jì)合理、效果理想，能夠運(yùn)用于建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。

熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型；循環(huán)流量；水頭損失；實(shí)驗(yàn)

1 前 言

熱水供應(yīng)系統(tǒng)作為建筑給水排水主要系統(tǒng)之一，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于酒店、賓館等場所。但是，由于熱水供應(yīng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，熱水供應(yīng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和施工中還存在著很多的問題。本文介紹了一種建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型的制作，該裝置可以用于模擬熱水的制備、貯存、輸送、循環(huán)使用等過程，還可以對水頭損失、配水流量、循環(huán)流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并為國家級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目《建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)循環(huán)流量及其水頭損失公式實(shí)驗(yàn)與計(jì)算研究》提供配套實(shí)驗(yàn)平臺。此外，該裝置可在建筑給水排水課程教學(xué)中使學(xué)生更直觀清晰的了解熱水的制備、貯存、輸送、循環(huán)等過程，熟悉建筑內(nèi)部熱水系統(tǒng)中常見的管材、管件、閥門、儀表及設(shè)備，對建筑內(nèi)部熱水系統(tǒng)有總體的認(rèn)識。該裝置現(xiàn)已建成并作為合肥工業(yè)大學(xué)本科生生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺。

2 建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型

2.1 裝置組成

本裝置主要由貯水設(shè)備、增壓設(shè)備、加熱設(shè)備、配水管網(wǎng)、回水管網(wǎng)、閥門、儀表、附件和控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型原理圖

2.1.1 貯水設(shè)備

本裝置設(shè)置2個水箱。一個貯存冷水，采用不銹鋼板焊接而成，水箱尺寸為 1.2m×1.2m×1.2m，該水箱除了貯存冷水外，還用于回收熱水，從水龍頭放出的熱水經(jīng)熱水收集管道收集至該水箱中。另一個為貯熱水箱，冷水經(jīng)水加熱器加熱后貯存在該水箱中，水箱尺寸為 1.0m*1.0m*0.8m，采用不銹鋼板焊接而成。

2.1.2 增壓設(shè)備

本裝置設(shè)置水泵為增壓設(shè)備，根據(jù)計(jì)算，水泵揚(yáng)程為 15m，流量為 5.04m3/h，最終水泵選取ISG40-125A型變頻水泵，流量為 5.6m3/h，揚(yáng)程為16m，功率為0.75kW，調(diào)速裝置采用變頻調(diào)速器，可保持水泵高效運(yùn)行。循環(huán)水泵選用SGR40-4-15型管道泵，流量4m3/h，揚(yáng)程15m，功率0.55kW。

2.1.3 加熱設(shè)備

電熱水器是把電能通過電阻絲變?yōu)闊崮芗訜崂渌脑O(shè)備，分為快速式和容積式兩種。本裝置中的加熱設(shè)備采用萬家樂牌D80-HG9A型儲水式電熱水器，共3臺并聯(lián)使用。該型號熱水器容積為80L，采用電腦智能控制，配有遙控器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，設(shè)有半膽加熱、整膽加熱、全速增容等工作方式，全速增容功率為 3000W，溫度升高 1℃需要的時間約為1.6min。

2.1.4 配水管網(wǎng)

配水管網(wǎng)的用途是將被加熱到一定溫度的熱水從水加熱器配送至各配水點(diǎn)。配水管網(wǎng)按水平干管的敷設(shè)位置可以分為上行下給、下行上給、中分式三種形式。本裝置通過對電磁閥的控制，可以實(shí)現(xiàn)上行下給和下行上給兩種供水方式之間的自由切換。

2.1.5 回水管網(wǎng)

為保證各用水點(diǎn)隨時都有規(guī)定水溫的熱水，在立管和水平干管甚至支管設(shè)置回水管，使一定量的熱水經(jīng)過回水管網(wǎng)流回水加熱器以補(bǔ)充管網(wǎng)所散失的熱量。按設(shè)置回水管網(wǎng)的方式不同，分為全循環(huán)、半循環(huán)、無循環(huán)方式。半循環(huán)方式又有立管循環(huán)和干管循環(huán)之分。本裝置通過對電磁閥的控制，可以實(shí)現(xiàn)干管循環(huán)和立管循環(huán)兩種供水方式之間的自由切換。本裝置采用機(jī)械循環(huán)方式，在回水干管上設(shè)置一管道循環(huán)泵。

2.1.6 閥門

由于本裝置較為龐大，所需閥門較多，為提高實(shí)驗(yàn)操作速度，裝置中安裝了52個電磁閥，電磁閥控制電壓均為AC220V，由于電磁閥數(shù)量較多，為便于控制，對電磁閥進(jìn)行編號。冷水被加熱后會產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣聚集在管內(nèi)會影響裝置的使用，在裝置的最頂端設(shè)置2個DN25的自動排氣閥，用于排除裝置內(nèi)的氣體。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，如果裝置中的水不及時排空，會對裝置的壽命造成影響，故在裝置的最低端設(shè)置一個泄空閥。

2.1.7 儀表

為了便于測量和記錄水頭損失、水溫、配水流量及循環(huán)流量等相關(guān)物理量，裝置中設(shè)置了2臺電磁流量計(jì)，4個溫度傳感器和7個壓力傳感器。電磁流量計(jì)設(shè)置于配水干管和回水干管上，用于測量配水流量和循環(huán)流量，流量計(jì)量程為0～5L/s，適用溫度為0～80℃。溫度傳感器用于監(jiān)測熱水水箱出水、最不利點(diǎn)及回水溫度，量程為 0～80℃。壓力傳感器用于測量水泵出口、各立管最高處、最不利點(diǎn)處和循環(huán)水泵進(jìn)水管處的壓力，用于計(jì)算水頭損失，量程為0～0.6MPa，適用溫度為0～80℃。

2.1.8 附件

由于水中的雜質(zhì)會影響電磁閥的使用效果，在熱水箱的出水口設(shè)置了管道過濾器。為防止水泵運(yùn)行時振動對管道及裝置產(chǎn)生不利影響，在水泵的進(jìn)水管及出水管上均設(shè)置了橡膠可曲柔性接頭。出于安全角度考慮，在裝置的回水管道上設(shè)置了膨脹水罐，體積為100L。

2.1.9 控制系統(tǒng)

本裝置設(shè)置了4個控制箱和1個控制柜，用于控制電磁閥、水泵等設(shè)備的開閉，記錄和保存流量、溫度、壓力等物理量。

2.2 裝置創(chuàng)新點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)裝置與同類設(shè)備相比，在以下幾個方面具有獨(dú)特性和創(chuàng)新性：

①可通過切換閥門模擬多種形式的熱水供應(yīng)系統(tǒng)。本裝置中設(shè)置了52個電磁閥，通過對電磁閥的控制，可實(shí)現(xiàn)上行下給和下行上給兩種供水方式和立管循環(huán)和干管循環(huán)兩種循環(huán)方式的切換，可充分模擬各種形式的熱水供應(yīng)系統(tǒng)。此外，用電磁閥代替普通閥門也避免了實(shí)驗(yàn)人員爬上爬下控制閥門。

②自動控制與監(jiān)測。由于本模型規(guī)模較大，如果采用根據(jù)儀表示數(shù)人工記錄數(shù)據(jù)的方法，數(shù)據(jù)采集和參數(shù)監(jiān)測都較為困難，且人工記錄數(shù)據(jù)會導(dǎo)致時間存在誤差，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。因此本裝置設(shè)置了壓力傳感器、溫度傳感器和電磁流量計(jì)，可通過控制臺電腦實(shí)現(xiàn)對主要參數(shù)的全自動監(jiān)測。

③模擬運(yùn)行接近于實(shí)際。該裝置總長逾20m，高約7m，各配水點(diǎn)之間的距離接近于實(shí)際，能較好的模擬熱水系統(tǒng)工作狀況的出流。

④本裝置水嘴下設(shè)置了漏斗，可防止水嘴放出的熱水噴濺。熱水經(jīng)漏斗流入熱水收集管路輸送回?zé)崴洌俳?jīng)水加熱器加熱重新循環(huán)，妥善處理了水嘴放出的熱水。不僅保證了實(shí)驗(yàn)人員安全，還起到了節(jié)約用水、減少能耗的作用。

3 結(jié)論及展望

本文自制了建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)模型，該裝置設(shè)計(jì)合理、效果理想，能夠運(yùn)用于對建筑內(nèi)部熱水供應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。但由于資金原因和場地限制，本套實(shí)驗(yàn)裝置中的加熱設(shè)備采用的是三臺家用水加熱器并聯(lián)工作模式，加熱功率較小，導(dǎo)致熱水需要加熱的時間較長，需在實(shí)驗(yàn)開始前5～6h啟動裝置，實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備時間較長，因此該裝置還有待于改進(jìn)和加工。

［1］王增長.建筑給水排水工程（第6版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］GB50015-2003，建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］王會斌.熱水系統(tǒng)循環(huán)流量的精確計(jì)算［J］.給水排水，2011（S1）：375-376.

［4］王增長.建筑給水排水工程（第 6版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］錢維生.高層建筑給水排水工程［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1989.

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1007-7359（2016）02-0230-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.081

合肥工業(yè)大學(xué)2014年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號：201410359028）。

徐瑋榕（1996-），女，給排水科學(xué)與工程專業(yè)本科生。

＊：徐得潛（1960-），男，教授。