暖通工程师关于高层住宅采暖技术分析

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1 、热媒设计温度

散热器热水采暖系统的热媒设计温度,一般根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。供水温度不超过95℃,可确保热媒在常压条件下不发生汽化;适当降低热媒温度,有利于提高舒适度,但要相应增加散热器数量。所以一般经常采用95/70℃,例如:作为散热器“标准工况”的64.5℃,就是水温95/70℃的平均值与室温18℃的传热温差。许多采暖系统的设计计算资料,也按此条件编制。

当然,热媒设计温度也要符合热源条件的可能性和考虑其它因素。例如:以较低温度的一次热媒进行换热所得的二次热媒,或采用户式燃气热水采暖炉的水温有限制,或采用塑料类管材为提高其耐用性时,也有采用85/60℃作为设计参数的。但是,再进一步降低散热器采暖的热媒设计参数,显然是不合理的。以95/70℃为比较基础,热媒平均温度每降低10℃,散热器数量约增加20% .

为何实际运行水温远低于热媒没计温度时,也可达到设计室温?主要是由于实际配置的散热面积,均不同程度地偏大于理论所需散热面积。根据理论推导和实际工程运行验证,对于设计水温95/70℃的系统,当散热面积偏大10%时,运行水温约可为90/65℃;当偏大20%时,运行水温约可为85/60℃;当偏大30%时,运行水温约可为82.5/57.5℃;当偏大40%时,运行水温约可为80/55℃。由于设计保守等各种因素,一般系统的散热面积均会偏大30%以上。

2、 系统补水

如某供暖建筑面积22万多m2的居住小区,存在水力失调的室内系统末端底层住户,出现以下奇怪的现象:每到晚上八九点钟后散热器就开始降温,到半夜就完全不热,而次日早晨又会逐渐热起来。据深入调查,重新热起来是由于顶层住户在每晚临睡前和次日早晨起床后进行了手动放风所致。经改装了质量较好的自动排气阀后有所缓解,但系统中还是经常因有空气存在。显然,应彻底解决系统进入空气的问题。

据查,系统未设置膨胀水箱,也未设置气压水罐等膨胀容积,只是依靠功率较大的补水泵进行补水定压,而补水泵则由电接点压力表控制启停,当降至下限值时水泵启动,达到上限值时停泵。由于设置在管路上的压力表,指针会发生抖动,上下限值的整定间距不能很小,因此,停泵后重新启动必然会有较长的时间间隔。在此时段内,由于水的不可压缩性和不可避免的系统泄漏,总会有空气进入系统,并积存于流量较小的系统末端顶点。

由于该工程已无条件增设膨胀水箱和足够容积的气压水罐,采取了增设一台略大于系统泄漏量的小功率补水泵(0.75kW)的方法,使之连续运行,当流量大于系统泄漏量时,通过限压阀回流至软水箱,基本上解决了问题。由此可得到启示:用合理容积的膨胀水箱或气压水罐进行定压,是十分必要的,如无条件设置,则应采用不间断运行的变频补水泵,或像本工程所采取的简易方法。

3 、竖向压力分区与“分环”

《采暖通风与空气调节设计规范》第3.3.9条规定:“建筑物的热水采暖系统高度超过50m时,宜竖向分区设置”。条文说明作如下解释:其主要目的是为了减小散热器及配件所承受的压力,保证系统安全运行。暖通规范作上述限定十分必要。近年以来,高层建筑(尤其是高层住宅)的热水采暖系统因渗漏而使家装破坏的事故,时有发生。除散热器或其它构件的质量和施工安装队伍素质等因素外,主要由于承压过高。

如某二十五层高层住宅,原室内系统设计系是按竖向分区设置的,但由另一单位设计的热源,却为同一系统。在第一个采暖季,开发建设单位就因渗漏向住户赔偿家装破坏损失的费用高达十几万元,不得不进行了困难的改造。

有些设计在热源处设置分集水器,对高低环分别接出供回水管路,将“分环”当作竖向压力分区,这是概念上的错误。“分环”可能有利于水力平衡和调节,但不可能对高区和低区分别实施定压,并不能克服低区所承受的较高静水压力。

竖向压力分区最好能从热源上就分别设置。不宜分设时,一般采用间接换热的方法。间接换热虽比较稳妥,但换热后二次水的温度将有所降低,致使散热器数量增加。

因此,在实际工程应用中,也有采用加压和减压的方法,即:热源系统按低区定压。高区系统供水经加压进入,回水则减压接回低区系统。从理论上分析,高区热媒循环水泵的工作扬程,要附加高低区系统的几何高差,不利于节能,但从技术经济的综合分析,可能仍有可取之处。但采用此种方法,要特别注意减压阀的“动静压差特性”,即:当高区系统水泵停止时,减压阀后的设定压力会升高一个动静压差值,此值在阀的额定流量条件下约为5m,造成低区开式膨胀水箱的溢流,并同时使高区系统亏水和空气进入。虽然性能较好的减压阀动静压差较小,但最好还是采用闭式膨胀水箱,或采用不间断运行的变频补水泵定压。

4 、关于分室温度控制

无论是实施分户热计量的住宅户内采暖系统,还是其它建筑传统的垂直单管或双管系统,从节能和提高热舒适度出发,分室温度控制都是十分必要的。分室温度控制可以是自动的,也可以是手动的。在这方面的商业误导表现为:将分室温度控制等同于采用散热器恒温阀,并认为采用恒温阀就无需进行水力平衡计算。这种误导造成了一些系统的失调和对恒温阀的负面影响。

采用质量较好的手动两通或三通调节阀实施分室温度控制,可能更适合于投资条件受限和供暖不足的普遍实际情况。即使有条件采用恒温阀时,也应该在弄清楚其水力特性基础上,正确地加以应用。

散热器两通恒温阀的高阻水力特性,适合于双管系统。为适应我国市场的需要,国外又推出了针对单管系统的三通恒温阀和低阻两通恒温阀。因此,我们要面对三类恒温阀,而不是不加区别。

用于双管系统的高阻两通恒温阀,又按不同的预置设定功能分成若干型号,其口径一般情况下应采用DN15,少量需采用DN20,无区别地采用较大口径不利于水力平衡。而用于单管系统的三通恒温阀和低阻两通恒温阀,则必须有DN15、DN20、DN25甚至更大的口径,以根据串接散热器的负荷适当选配。

双管系统高阻两通恒温阀应用中的主要问题是极易堵塞,因此对总体供热不足和运行管理粗放的系统,似利少弊多。

恒温阀在单管系统中应用,则发生问题较多,最突出的是采用两通恒温阀加跨越管的做法时,不适当地用了高阻恒温阀。

单管系统即使采用低阻两通恒温阀加跨越管的做法,也应该核算散热器的进流系数。散热器的进流系数,取决于散热器通路和跨越管通路的阻力比,与恒温阀、散热器和两个通路的管径匹配有关,有一个较为复杂的计算过程。有些工程因散热器的进流量过小,不得不在跨越管段上再加阀门,这是一种很不合理的处置。

5、 户式热源的匹配水泵问题

在采暖能耗得以严格控制的节能住宅中,采用燃气或电热水采暖炉等,作为户式采暖系统的热源,采暖费用甚至有可能低于燃气或电热的集中供暖系统,本采暖季是暖冬,与北京市集中供暖上调后的集中供暖采暖费相比,更显示出其实际采暖费用低的优势,因而是一种可行的方案,会具有较大的发展空间。户式采暖系统存在问题之一,是循环水泵与系统的配合。对于燃气或电热水采暖炉所配带的水泵,笔者曾询问过许多生产厂家,例如:流量、与流量相关的炉外剩余水头、排烟温度等,大都提不出明确的技术指标。由于住宅单户的套型面积和采暖负荷会相差较大,在同一容量循环水泵的作用下,会出现与设计条件不同的运行工况而造成失调。尤其是当采用地板辐射供暖或作为空调器的热源时,更容易发生流量不足而影响采暖效果。因此,应深入地协调系统、户式采暖炉和配带水泵的匹配问题。

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