连通器和混水器在一二次水系统中的应用
北京市建筑设计研究院 张锡虎☆中房集团建筑设计事务所 张威严
摘要 用直接连接方式划分热源(或冷源)侧一次水和负荷侧二次水的供暖或空调水系
统,需要采用连通器或混水器。介绍了连通器和混水器在工程中的应用。
关键词 连通器 混水器 一二次水系统 应用
Applicationofconnectorsandwatermixersto
primaryandsecondarywatersystems
ByZhangXihu
★
andZhangWeiyan
Abstract Theairconditioningorheatingwatersystemswithprimarywatersysteminheatsourceorcoldsourcesideandsecondarywatersysteminloadsidedividedbydirectconnectionmodeneedtoadoptconnectorsorwatermixers.Presentstheapplicationoftheminengineering.
Keywords connector,watermixer,primaryandsecondarywatersystem,application★BeijingInstituteofArchitecturalDesign,Beijing,China
1 划分二次水系统的必要性
的集中供暖系统。
划分一二次水系统有多种方法。其中采用换热器仅进行热能传输而将水系统完全隔断的方法,适合于需要调整一二次水系统压力及城市或区域集中热网不允许一次水直接进入用户系统的场合。该方式存在需要配置换热器、一二次水之间存在传热温差、一二次水系统均需配置定压补水装置、因需克服换热器阻力而增加两个系统循环水泵输送
能耗等缺陷。因此,除了在上述情况(需要调整压力、不允许一次水直接进入用户系统)下使用外,从简化系统配置、节约能源等角度出发,应尽量采用直接连接划分一二次水系统的方法,例如采用连通器或混水器。
由于下列原因,需要将供暖或空调水系统划分为热源(或冷源)侧的一次水和负荷侧的二次水系统。
a)调整一次水侧和二次水侧水温和温差的需
要。例如,一次水为供水温度110～150℃、供回水温差40～80℃的高温热水,二次水为供水温度85～95℃、供回水温差25℃的常温热水(散热器供暖系统);一次水为供水温度85～95℃、供回水温差25℃的常温热水,二次水为供水温度不超过60℃、供回水温差不大于10℃的低温热水(地板辐射供暖或空调系统)。
b)调整一次水侧和二次水侧压力的需要。例如,对高层建筑空调或供暖水系统进行竖向分区。
c)节能特别是节约水系统输送能耗和系统水
力平衡的需要。例如,规模、阻力较大,各环路负荷特性或压力损失相差悬殊的空调水系统;计量供热
2 典型的空调冷源二次泵系统
二次泵系统已经在较大的空调水系统中得到广泛的应用。原《旅游旅馆建筑热工与空气调节节
能设计标准》(GB50189—93)规定“:对压差相差
悬殊的高阻力环路,应设置二次循环泵”。所谓“压差相差悬殊”,该标准条文说明中举例指是100kPa(印刷时误为10kPa)以上。近日发布的、取代上述标准的《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)规定“:系统较大、阻力较高、各环路负荷特性或压力损失相差悬殊时,应采用二级泵系统;二次泵宜根据流量需求的变化采用变速变流量调节方式。”此标准中的“压力损失相差悬殊”,在条文说明中举例指是50kPa以上。典型的空调冷源二次泵系统如图1所示
。
图1 典型的空调冷源二次泵系统
由冷源设备、一次水循环泵、分水器、集水器组成的循环环路,为冷源侧的一次水系统;由二次水循环泵、分水器、集水器和空调水分配管路和设备组成的循环环路,为用户负荷侧的二次水系统。两个系统通过共同的分、集水器衔接。为调整和适应一二次水系统各自流量的变化,需要在分、集水器之间配置水流可以双向流动的连通管。当一次水系统流量大于二次水系统时,多余流量自分水器流向集水器;当二次水系统流量大于一次水系统时,多余流量自集水器流向分水器。为了适应冷源需求较大的波动范围以及末端设备较大的调节控制范围,应采用较大直径的连通管,例如其直径较一次水或二次水总管直径小一号。
在图1中,冷源侧的一次泵与冷源设备一对一配置,负荷侧的二次泵根据各环路的负荷和阻力配置。二次泵一般宜布置在集水器的进口,对于最高
点静压较低的环路(例如高层建筑中的上层环路或建筑区内的最高建筑环路),二次泵应布置在分水
器出口,以免系统上部发生“倒空”现象。
与一次泵系统相比,二次泵系统的优点包括:可以减少各环路阻力损失不同的负荷侧二次水系统的动力消耗;可以减少在供冷周期内不需要运行全部冷源设备时冷源侧一次水系统的动力消耗;可以简化负荷侧二次水系统的调节控制配置;有利于二次水各环路之间的水力平衡。
在自动化配置程度较高的一些工程中,并不需要对分、集水器上的分路阀门进行频繁的手动调节,也不需要对分、集水器上的仪表进行人工观测,可以将分、集水器高位安装,并将分、集水器及连通管连为一体,成为连通器,如图2所示。连通器的原理和作用与分、集水器加连通管是相同的
。
图2 以连通器替代分集水器的冷(热)源二次泵系统
应该注意的是连通器并非混水器,连接连通器
上的多路管道时,应将供水管路集中在连通器的一端,而将回水管路集中在连通器的另一端,以免负荷侧的供水温度过多地受负荷侧回水温度的影响。3 二次泵系统和连通器在供暖热源系统中的应用
北京市地方标准《新建集中供暖住宅分户热计
量设计技术规程》(DBJ01605—2000)规定,集中热水供暖系统要划分为热源侧一次水和负荷侧二
次水系统,并且提出了负荷侧二次水系统变流量调节的要求。这主要是考虑到计量供热系统有较多的用户配置自动控制装置以后,用户有可能会对供暖系统进行频繁的启闭调节,从而引起用户侧负荷和流量的大幅度波动。
该标准的附录C给出了将空调冷源二次泵系统原理应用到集中供暖热源的系统图,该图与图2相似,只不过是将图2中冷源设备(制冷机)更换成了热源设备(锅炉或换热器)而已。
虽然对这种系统的多变特性还缺乏具体和准确的量概念,但是,即使用户侧负荷和流量不存在
多变特性或变化不大,由于供暖负荷随室外温度的变化有较大幅度的波动,热源侧的热量和流量调节也是完全必要的,例如根据总体供暖负荷的变化,改变锅炉的运行台数;而且,供热规模较大的集中系统中距离相差较大的分配环路分别配置不同扬程的二次泵,对于节能和水力平衡,都较为有利。
2003年,笔者将图2所示系统推荐应用于北京顺义某大型燃煤集中锅炉房,将热源侧的一次泵与锅炉一对一配置,负荷侧的二次泵根据供暖区域的负荷和阻力配置,多层建筑环路的二次泵布置在连通器供水出口端,低层别墅建筑环路的二次泵则布置在连通器回水进口端。该工程已经过两个供暖季的运行,取得了良好的效果。
热源系统采用二次泵划分一二次水系统所用的也是连通器而非混水器,也应将供水管路集中在连通器的一端,而将回水管路集中在连通器的另一端。4 采用混水器解决燃气锅炉的烟气冷凝问题
北京市地方标准《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》施行以后,将空调冷源二次泵系统原理应用于集中供暖热源系统的做法,引起了采用燃气锅炉供暖的部门的极大兴趣,主要是因为该做法可以减轻烟气冷凝对燃气锅炉的腐蚀。
烟气冷凝是造成燃气热水供暖锅炉腐蚀的重要原因。天然气的主要成分是甲烷(CH4),其燃烧产物有二氧化碳、水蒸气、氮氧化物和少量的一氧化碳。燃烧1m3天然气大约产生1.5kg水蒸气。天然气烟气的露点温度大约为55～58℃,当炉子进水温度较低时,烟气遇到低于露点温度的受热面而结露(随后又蒸发),冷凝水呈弱酸性,对普通碳钢有较强的腐蚀性。
在对热水供暖系统进行总体质调节的许多时段内,系统的回水温度(即锅炉的进水温度)低于烟气露点温度,导致冷凝结露,加剧了对烟道的腐蚀。
在不具备条件采用价格昂贵的冷凝式燃气锅炉时,防止或减轻烟气冷凝对燃用天然气的锅炉的腐蚀有多种办法,主要措施有:
a)采用换热器划分锅炉侧一次水和用户侧二次水系统。
b)当采用传统的一次泵系统时,可以如图3所示,在锅炉的进、出水管之间设置旁通混合管,将
一部分锅炉出水与系统回水混合,作为锅炉的进
水。采用此种做法时,循环水泵的流量不能按照系统的设计供回水温差计算,应该增加混合流量。
c)在图3的基础上,采用设置混合泵替代旁通混合管的做法(如图4所示)可能更为合理,因为系统循环泵无需附加混合流量,而且在严寒期内系统回水温度较高时,无需启动混合泵进行混合
。
图3 采用旁通混合阀混合
图4 采用混水泵混合提高
提高燃气锅炉进水温度燃气锅炉进水温度
d)采用二次泵系统,如图5所示,将一部分锅炉出水与来自连通器的系统回水混合,作为锅炉的进水
。
图5 防止燃气锅炉烟气冷凝的
供暖热源二次泵系统
e)采用二次泵系统并提供低温热媒(如地板辐射供暖或空调热水),如图6所示,用混水器替代
连通器,将系统的低温回水与锅炉的出水混合后作为锅炉的进水和系统的低温供水
。
图6 防止燃气锅炉烟气冷凝并提供低温热媒的二次泵系统
5 地板辐射供暖(或空调热水系统)与集中热水供
暖系统的接口
工程实际中经常有下列需要:区域热源和管网是95℃/70℃或85℃/60℃散热器集中热水供暖系统,但区域内的某一幢建筑或建筑内的某些用户,设置地板辐射供暖或空调热水系统,需要使用60℃/50℃的低温热媒。如果设置换热器,则可能存在以下问题:
a)系统较为复杂,需要为二次水系统另行配置补水定压设施。
b)集中热水供暖系统管网的许用压差不一定能满足克服换热器阻力的需要。
c)集中热水供暖系统的质调节使得换热器两侧换热温差的变化规律难以完全适合地板辐射供暖或空调热水系统的质调节要求。
因此,只要区域热源管网与地板辐射供暖或空调热水系统的静压要求不相矛盾,采用如图7的方式,在建筑物供暖入口处或住宅户内,
设置二次泵
图7 集中热源与地板供暖或空调热水系统的混合连接
和混水器,就可以利用集中供暖系统为一幢或一户提供地板辐射供暖或空调热水系统的热媒,而不影响整个系统的水力和热力平衡。笔者曾多次将此种系统推荐应用在了北京和其他地区的一些工程中。该系统所需费用很少,但使用效果良好。二次泵的流量为根据地板辐射供暖或空调热
水系统的热负荷和供回水温差(不大于10℃)计算出来的流量;二次泵的扬程为地板辐射供暖或空调热水系统的阻力损失。内部系统的恒压点在混水器处,二次泵一般宜配置于混水器的二次水入口
处,抽吸内部系统的回水,如果内部系统最高点(如建筑区内的最高建筑物或建筑物内的顶层用户)的静压较低,则二次泵应配置于混水器的二次水出口处,将二次水供水压入内部系统。
由于一次水仅进入混水器内与二次水混合后即回至区域热源管网,所需循环压差远小于普通的室内散热器供暖系统阻力,即使在区域热源管网的末端,较小的许用压差也能满足混合的需要。
有条件时,可以在二次水出口处配置温度传感器,根据设定的最高供水温度,联动控制一次水入口处的两通或三通电动调节阀,用改变进入混水器的一次水流量的方法,控制二次水的供水温度;或配置房间温度控制器,根据设定室温调节控制二次水的供水温度。
国外某企业生产的一种称为“地板供暖混水控制机组”的成套产品的系统原理如图8所示,它将地板辐射供暖的分水器、集水器、混水器、二次泵、温度控制装置集为一体,其基本工作原理与图7所示相同
。
图8 国外某企业生产的户内成套地板供暖混水控制机组
6 户式燃气热水供暖炉与地板辐射供暖(或空调
热水)系统的连接
通常,燃气热水供暖炉循环水泵的流量是按照额定输出热量条件下供回水温差为20℃或25℃确定的,克服了额定流量的炉内阻力以后炉外剩余水头约为2.5～3.5m。
《采暖通风与空气调节设计规范》规定“:低温热水地板辐射采暖的供水温度和回水温度应经计算确定。民用建筑的供水温度不应超过60℃,供水、回水温差宜小于或等于10℃。”“空气调节热水供水温度:40～65℃,一般为60℃;”“空气调节热水供回水温差:4.2～15℃,一般为10℃。”如地板辐射供暖或户式空调热水系统供回水温差均取10℃,输送相同热量所需循环水量,地板辐射供暖或空调热水系统是散热器供暖系统的2～2.5倍。显然,燃气热水供暖炉循环水泵的典型匹配,可以满
足户内散热器供暖系统的需要,但不能满足地板辐射供暖或户式空调热水系统的需要。
由于户式燃气热水供暖炉水路的管道口径已定,即使换用较大流量的循环水泵也很难使流量成倍增加。有的燃气热水供暖炉生产厂的销售人员宣称普通炉型的循环水泵的典型匹配也可以满足地板辐射供暖或空调热水系统的需要,这是对设计选用的误导。根据笔者的调研,所谓“也可以满足”,是指将偏大炉型的部分负荷运行作为基本运行条件。例如,将输出功率24kW的炉子当作12kW的炉子运行。这样,24kW炉子的配套循环水
泵当然可以满足12kW输出功率的小温差运行,但这显然是不合理的。
图9所示为采用混水器和二次泵的热水供暖炉与系统的连接方式,
它其实是一种典型的小型二
图9 户式燃气热水供暖炉与散热器、地板辐射供暖
或风机盘管机组的连接
次泵一二次水系统,按照地板辐射供暖系统(或空调热水系统)流量和阻力损失设置的二次泵与燃气热水供暖炉按照进、出水温差20℃或25℃配套的一次泵泵入的不同流量的热媒在混水器内连通并混合,既可满足系统的流量和压差要求,又由于混合过程提高了燃气热水供暖炉的进水温度,减轻了烟气冷凝对炉子的腐蚀。
当户内尚需要同时在某些空间(例如卫生间和厨房等)设置散热器时,可以在混水器之前接出,以免混水后水温过低而过多地降低散热器的供热量。此种连接方法同样适用于户式燃气热水供暖炉与集中热水供暖系统的连接。7 集中热源与局部空调热水系统的连接
北京地区某工程为园林式的小型休养所。不设置空调的建筑采用散热器供暖;设置空调的建筑采用风机盘管机组加集中新风和两管制的空调水系统,夏季冷源为各自的风冷式冷水机组。整个区域由燃气锅炉房提供集中供暖系统的热水和生活热
水,燃气锅炉可以作为空调系统冬季的供暖热源。
本工程没有采用通过换热器提供空调热水的方案,而是采用通过混水器与集中热水供暖系统相连接的方式提供空调热水。在室外管沟内,仅需要敷设生活热水的供、回水管和95℃/70℃热水供暖系统的供、回水管。在空调建筑的管道入口处,供暖管道分为两路:一路接本楼散热器供暖系统,另一路则采用混水器与空调水系统连接。另外,还利用了风冷式冷水机组的循环水泵作为空调热水的二次泵,如图10所示
。
图10 集中热源与空调水系统的混合连接
由于夏季空调冷水的供、回水温差为5℃,冬季空调热水的供、回水温差为10℃,因此设置3台
循环水泵,夏季两用一备,冬季则一用两备。显然,这种做法简化了系统配置,省去了局部空调水系统需要的定压补水装置和换热器。8 连通器和混水器的构造和安装连通器的构造可以按照分、集水器的技术要求确定。
混水器实际上是一个十分简单的多通构件,较小系统(例如住宅户用)使用的混水器完全可以用钢管现场焊接制作。国外资料也有称之为“水力分压器”或“耦合罐”的。混水器一侧有一次水的进、出接口,另一侧则有二次水的进、出接口。相对的两个管口宜略错开。
混水器一二次水的进、出接口布置方法根据系统特征可分为两种:
a)一二次水在混水器内同向流动使一次水的回水温度与二次水的供水温度相同。该方式适用于燃气热水供暖炉需要提高进水温度等场合,如图11所示。
b)一二次水在混水器内逆向流动使一次水的回水温度与二次水的回水温度相同。该方式适用
于混水器与集中热源相连接的场合。显然,一二次水在混水器内逆向流动,一次水能得到较大的供、回水温差,从而可以减小一次水的流量,如图12。
一二次水在混水器内同向流动时,混水器的断面最大流量为一次水与二次水流量之和;一二次水在混水器内逆向流动时,混水器的断面最大流量为二次水流量。
混水器的直径可以根据通过流量按照分、集水器流速不大于0.1m/s的要求计算确定,或由二次水水管管径放大1～2号。一次水和二次水各自进口与出口的间距,根据工程经验,可取不小于6倍混水器直径。
混水器可以立装,也可以横装,根据其安装方
式,确定排气口和泄水口的位置。
图11 一二次水同向流时图12 一二次水逆向流时进出接口的布置方式进出接口的布置方式
连通器和混水器在一二次水系统中的应用
北京市建筑设计研究院 张锡虎☆中房集团建筑设计事务所 张威严
摘要 用直接连接方式划分热源(或冷源)侧一次水和负荷侧二次水的供暖或空调水系
统,需要采用连通器或混水器。介绍了连通器和混水器在工程中的应用。
关键词 连通器 混水器 一二次水系统 应用
Applicationofconnectorsandwatermixersto
primaryandsecondarywatersystems
ByZhangXihu
★
andZhangWeiyan
Abstract Theairconditioningorheatingwatersystemswithprimarywatersysteminheatsourceorcoldsourcesideandsecondarywatersysteminloadsidedividedbydirectconnectionmodeneedtoadoptconnectorsorwatermixers.Presentstheapplicationoftheminengineering.
Keywords connector,watermixer,primaryandsecondarywatersystem,application★BeijingInstituteofArchitecturalDesign,Beijing,China
1 划分二次水系统的必要性
的集中供暖系统。
划分一二次水系统有多种方法。其中采用换热器仅进行热能传输而将水系统完全隔断的方法,适合于需要调整一二次水系统压力及城市或区域集中热网不允许一次水直接进入用户系统的场合。该方式存在需要配置换热器、一二次水之间存在传热温差、一二次水系统均需配置定压补水装置、因需克服换热器阻力而增加两个系统循环水泵输送
能耗等缺陷。因此,除了在上述情况(需要调整压力、不允许一次水直接进入用户系统)下使用外,从简化系统配置、节约能源等角度出发,应尽量采用直接连接划分一二次水系统的方法,例如采用连通器或混水器。
由于下列原因,需要将供暖或空调水系统划分为热源(或冷源)侧的一次水和负荷侧的二次水系统。
a)调整一次水侧和二次水侧水温和温差的需
要。例如,一次水为供水温度110～150℃、供回水温差40～80℃的高温热水,二次水为供水温度85～95℃、供回水温差25℃的常温热水(散热器供暖系统);一次水为供水温度85～95℃、供回水温差25℃的常温热水,二次水为供水温度不超过60℃、供回水温差不大于10℃的低温热水(地板辐射供暖或空调系统)。
b)调整一次水侧和二次水侧压力的需要。例如,对高层建筑空调或供暖水系统进行竖向分区。
c)节能特别是节约水系统输送能耗和系统水
力平衡的需要。例如,规模、阻力较大,各环路负荷特性或压力损失相差悬殊的空调水系统;计量供热
2 典型的空调冷源二次泵系统
二次泵系统已经在较大的空调水系统中得到广泛的应用。原《旅游旅馆建筑热工与空气调节节
能设计标准》(GB50189—93)规定“:对压差相差
悬殊的高阻力环路,应设置二次循环泵”。所谓“压差相差悬殊”,该标准条文说明中举例指是100kPa(印刷时误为10kPa)以上。近日发布的、取代上述标准的《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)规定“:系统较大、阻力较高、各环路负荷特性或压力损失相差悬殊时,应采用二级泵系统;二次泵宜根据流量需求的变化采用变速变流量调节方式。”此标准中的“压力损失相差悬殊”,在条文说明中举例指是50kPa以上。典型的空调冷源二次泵系统如图1所示
。
图1 典型的空调冷源二次泵系统
由冷源设备、一次水循环泵、分水器、集水器组成的循环环路,为冷源侧的一次水系统;由二次水循环泵、分水器、集水器和空调水分配管路和设备组成的循环环路,为用户负荷侧的二次水系统。两个系统通过共同的分、集水器衔接。为调整和适应一二次水系统各自流量的变化,需要在分、集水器之间配置水流可以双向流动的连通管。当一次水系统流量大于二次水系统时,多余流量自分水器流向集水器;当二次水系统流量大于一次水系统时,多余流量自集水器流向分水器。为了适应冷源需求较大的波动范围以及末端设备较大的调节控制范围,应采用较大直径的连通管,例如其直径较一次水或二次水总管直径小一号。
在图1中,冷源侧的一次泵与冷源设备一对一配置,负荷侧的二次泵根据各环路的负荷和阻力配置。二次泵一般宜布置在集水器的进口,对于最高
点静压较低的环路(例如高层建筑中的上层环路或建筑区内的最高建筑环路),二次泵应布置在分水
器出口,以免系统上部发生“倒空”现象。
与一次泵系统相比,二次泵系统的优点包括:可以减少各环路阻力损失不同的负荷侧二次水系统的动力消耗;可以减少在供冷周期内不需要运行全部冷源设备时冷源侧一次水系统的动力消耗;可以简化负荷侧二次水系统的调节控制配置;有利于二次水各环路之间的水力平衡。
在自动化配置程度较高的一些工程中,并不需要对分、集水器上的分路阀门进行频繁的手动调节,也不需要对分、集水器上的仪表进行人工观测,可以将分、集水器高位安装,并将分、集水器及连通管连为一体,成为连通器,如图2所示。连通器的原理和作用与分、集水器加连通管是相同的
。
图2 以连通器替代分集水器的冷(热)源二次泵系统
应该注意的是连通器并非混水器,连接连通器
上的多路管道时,应将供水管路集中在连通器的一端,而将回水管路集中在连通器的另一端,以免负荷侧的供水温度过多地受负荷侧回水温度的影响。3 二次泵系统和连通器在供暖热源系统中的应用
北京市地方标准《新建集中供暖住宅分户热计
量设计技术规程》(DBJ01605—2000)规定,集中热水供暖系统要划分为热源侧一次水和负荷侧二
次水系统,并且提出了负荷侧二次水系统变流量调节的要求。这主要是考虑到计量供热系统有较多的用户配置自动控制装置以后,用户有可能会对供暖系统进行频繁的启闭调节,从而引起用户侧负荷和流量的大幅度波动。
该标准的附录C给出了将空调冷源二次泵系统原理应用到集中供暖热源的系统图,该图与图2相似,只不过是将图2中冷源设备(制冷机)更换成了热源设备(锅炉或换热器)而已。
虽然对这种系统的多变特性还缺乏具体和准确的量概念,但是,即使用户侧负荷和流量不存在
多变特性或变化不大,由于供暖负荷随室外温度的变化有较大幅度的波动,热源侧的热量和流量调节也是完全必要的,例如根据总体供暖负荷的变化,改变锅炉的运行台数;而且,供热规模较大的集中系统中距离相差较大的分配环路分别配置不同扬程的二次泵,对于节能和水力平衡,都较为有利。
2003年,笔者将图2所示系统推荐应用于北京顺义某大型燃煤集中锅炉房,将热源侧的一次泵与锅炉一对一配置,负荷侧的二次泵根据供暖区域的负荷和阻力配置,多层建筑环路的二次泵布置在连通器供水出口端,低层别墅建筑环路的二次泵则布置在连通器回水进口端。该工程已经过两个供暖季的运行,取得了良好的效果。
热源系统采用二次泵划分一二次水系统所用的也是连通器而非混水器,也应将供水管路集中在连通器的一端,而将回水管路集中在连通器的另一端。4 采用混水器解决燃气锅炉的烟气冷凝问题
北京市地方标准《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》施行以后,将空调冷源二次泵系统原理应用于集中供暖热源系统的做法,引起了采用燃气锅炉供暖的部门的极大兴趣,主要是因为该做法可以减轻烟气冷凝对燃气锅炉的腐蚀。
烟气冷凝是造成燃气热水供暖锅炉腐蚀的重要原因。天然气的主要成分是甲烷(CH4),其燃烧产物有二氧化碳、水蒸气、氮氧化物和少量的一氧化碳。燃烧1m3天然气大约产生1.5kg水蒸气。天然气烟气的露点温度大约为55～58℃,当炉子进水温度较低时,烟气遇到低于露点温度的受热面而结露(随后又蒸发),冷凝水呈弱酸性,对普通碳钢有较强的腐蚀性。
在对热水供暖系统进行总体质调节的许多时段内,系统的回水温度(即锅炉的进水温度)低于烟气露点温度,导致冷凝结露,加剧了对烟道的腐蚀。
在不具备条件采用价格昂贵的冷凝式燃气锅炉时,防止或减轻烟气冷凝对燃用天然气的锅炉的腐蚀有多种办法,主要措施有:
a)采用换热器划分锅炉侧一次水和用户侧二次水系统。
b)当采用传统的一次泵系统时,可以如图3所示,在锅炉的进、出水管之间设置旁通混合管,将
一部分锅炉出水与系统回水混合,作为锅炉的进
水。采用此种做法时,循环水泵的流量不能按照系统的设计供回水温差计算,应该增加混合流量。
c)在图3的基础上,采用设置混合泵替代旁通混合管的做法(如图4所示)可能更为合理,因为系统循环泵无需附加混合流量,而且在严寒期内系统回水温度较高时,无需启动混合泵进行混合
。
图3 采用旁通混合阀混合
图4 采用混水泵混合提高
提高燃气锅炉进水温度燃气锅炉进水温度
d)采用二次泵系统,如图5所示,将一部分锅炉出水与来自连通器的系统回水混合,作为锅炉的进水
。
图5 防止燃气锅炉烟气冷凝的
供暖热源二次泵系统
e)采用二次泵系统并提供低温热媒(如地板辐射供暖或空调热水),如图6所示,用混水器替代
连通器,将系统的低温回水与锅炉的出水混合后作为锅炉的进水和系统的低温供水
。
图6 防止燃气锅炉烟气冷凝并提供低温热媒的二次泵系统
5 地板辐射供暖(或空调热水系统)与集中热水供
暖系统的接口
工程实际中经常有下列需要:区域热源和管网是95℃/70℃或85℃/60℃散热器集中热水供暖系统,但区域内的某一幢建筑或建筑内的某些用户,设置地板辐射供暖或空调热水系统,需要使用60℃/50℃的低温热媒。如果设置换热器,则可能存在以下问题:
a)系统较为复杂,需要为二次水系统另行配置补水定压设施。
b)集中热水供暖系统管网的许用压差不一定能满足克服换热器阻力的需要。
c)集中热水供暖系统的质调节使得换热器两侧换热温差的变化规律难以完全适合地板辐射供暖或空调热水系统的质调节要求。
因此,只要区域热源管网与地板辐射供暖或空调热水系统的静压要求不相矛盾,采用如图7的方式,在建筑物供暖入口处或住宅户内,
设置二次泵
图7 集中热源与地板供暖或空调热水系统的混合连接
和混水器,就可以利用集中供暖系统为一幢或一户提供地板辐射供暖或空调热水系统的热媒,而不影响整个系统的水力和热力平衡。笔者曾多次将此种系统推荐应用在了北京和其他地区的一些工程中。该系统所需费用很少,但使用效果良好。二次泵的流量为根据地板辐射供暖或空调热
水系统的热负荷和供回水温差(不大于10℃)计算出来的流量;二次泵的扬程为地板辐射供暖或空调热水系统的阻力损失。内部系统的恒压点在混水器处,二次泵一般宜配置于混水器的二次水入口
处,抽吸内部系统的回水,如果内部系统最高点(如建筑区内的最高建筑物或建筑物内的顶层用户)的静压较低,则二次泵应配置于混水器的二次水出口处,将二次水供水压入内部系统。
由于一次水仅进入混水器内与二次水混合后即回至区域热源管网,所需循环压差远小于普通的室内散热器供暖系统阻力,即使在区域热源管网的末端,较小的许用压差也能满足混合的需要。
有条件时,可以在二次水出口处配置温度传感器,根据设定的最高供水温度,联动控制一次水入口处的两通或三通电动调节阀,用改变进入混水器的一次水流量的方法,控制二次水的供水温度;或配置房间温度控制器,根据设定室温调节控制二次水的供水温度。
国外某企业生产的一种称为“地板供暖混水控制机组”的成套产品的系统原理如图8所示,它将地板辐射供暖的分水器、集水器、混水器、二次泵、温度控制装置集为一体,其基本工作原理与图7所示相同
。
图8 国外某企业生产的户内成套地板供暖混水控制机组
6 户式燃气热水供暖炉与地板辐射供暖(或空调
热水)系统的连接
通常,燃气热水供暖炉循环水泵的流量是按照额定输出热量条件下供回水温差为20℃或25℃确定的,克服了额定流量的炉内阻力以后炉外剩余水头约为2.5～3.5m。
《采暖通风与空气调节设计规范》规定“:低温热水地板辐射采暖的供水温度和回水温度应经计算确定。民用建筑的供水温度不应超过60℃,供水、回水温差宜小于或等于10℃。”“空气调节热水供水温度:40～65℃,一般为60℃;”“空气调节热水供回水温差:4.2～15℃,一般为10℃。”如地板辐射供暖或户式空调热水系统供回水温差均取10℃,输送相同热量所需循环水量,地板辐射供暖或空调热水系统是散热器供暖系统的2～2.5倍。显然,燃气热水供暖炉循环水泵的典型匹配,可以满
足户内散热器供暖系统的需要,但不能满足地板辐射供暖或户式空调热水系统的需要。
由于户式燃气热水供暖炉水路的管道口径已定,即使换用较大流量的循环水泵也很难使流量成倍增加。有的燃气热水供暖炉生产厂的销售人员宣称普通炉型的循环水泵的典型匹配也可以满足地板辐射供暖或空调热水系统的需要,这是对设计选用的误导。根据笔者的调研,所谓“也可以满足”,是指将偏大炉型的部分负荷运行作为基本运行条件。例如,将输出功率24kW的炉子当作12kW的炉子运行。这样,24kW炉子的配套循环水
泵当然可以满足12kW输出功率的小温差运行,但这显然是不合理的。
图9所示为采用混水器和二次泵的热水供暖炉与系统的连接方式,
它其实是一种典型的小型二
图9 户式燃气热水供暖炉与散热器、地板辐射供暖
或风机盘管机组的连接
次泵一二次水系统,按照地板辐射供暖系统(或空调热水系统)流量和阻力损失设置的二次泵与燃气热水供暖炉按照进、出水温差20℃或25℃配套的一次泵泵入的不同流量的热媒在混水器内连通并混合,既可满足系统的流量和压差要求,又由于混合过程提高了燃气热水供暖炉的进水温度,减轻了烟气冷凝对炉子的腐蚀。
当户内尚需要同时在某些空间(例如卫生间和厨房等)设置散热器时,可以在混水器之前接出,以免混水后水温过低而过多地降低散热器的供热量。此种连接方法同样适用于户式燃气热水供暖炉与集中热水供暖系统的连接。7 集中热源与局部空调热水系统的连接
北京地区某工程为园林式的小型休养所。不设置空调的建筑采用散热器供暖;设置空调的建筑采用风机盘管机组加集中新风和两管制的空调水系统,夏季冷源为各自的风冷式冷水机组。整个区域由燃气锅炉房提供集中供暖系统的热水和生活热
水,燃气锅炉可以作为空调系统冬季的供暖热源。
本工程没有采用通过换热器提供空调热水的方案,而是采用通过混水器与集中热水供暖系统相连接的方式提供空调热水。在室外管沟内,仅需要敷设生活热水的供、回水管和95℃/70℃热水供暖系统的供、回水管。在空调建筑的管道入口处,供暖管道分为两路:一路接本楼散热器供暖系统,另一路则采用混水器与空调水系统连接。另外,还利用了风冷式冷水机组的循环水泵作为空调热水的二次泵,如图10所示
。
图10 集中热源与空调水系统的混合连接
由于夏季空调冷水的供、回水温差为5℃,冬季空调热水的供、回水温差为10℃,因此设置3台
循环水泵,夏季两用一备,冬季则一用两备。显然,这种做法简化了系统配置,省去了局部空调水系统需要的定压补水装置和换热器。8 连通器和混水器的构造和安装连通器的构造可以按照分、集水器的技术要求确定。
混水器实际上是一个十分简单的多通构件,较小系统(例如住宅户用)使用的混水器完全可以用钢管现场焊接制作。国外资料也有称之为“水力分压器”或“耦合罐”的。混水器一侧有一次水的进、出接口,另一侧则有二次水的进、出接口。相对的两个管口宜略错开。
混水器一二次水的进、出接口布置方法根据系统特征可分为两种:
a)一二次水在混水器内同向流动使一次水的回水温度与二次水的供水温度相同。该方式适用于燃气热水供暖炉需要提高进水温度等场合,如图11所示。
b)一二次水在混水器内逆向流动使一次水的回水温度与二次水的回水温度相同。该方式适用
于混水器与集中热源相连接的场合。显然,一二次水在混水器内逆向流动,一次水能得到较大的供、回水温差,从而可以减小一次水的流量,如图12。
一二次水在混水器内同向流动时,混水器的断面最大流量为一次水与二次水流量之和;一二次水在混水器内逆向流动时,混水器的断面最大流量为二次水流量。
混水器的直径可以根据通过流量按照分、集水器流速不大于0.1m/s的要求计算确定,或由二次水水管管径放大1～2号。一次水和二次水各自进口与出口的间距,根据工程经验,可取不小于6倍混水器直径。
混水器可以立装,也可以横装,根据其安装方
式,确定排气口和泄水口的位置。
图11 一二次水同向流时图12 一二次水逆向流时进出接口的布置方式进出接口的布置方式