暖通工程師關(guān)于高層住宅采暖技術(shù)分析

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1 、熱媒設(shè)計溫度

散熱器熱水采暖系統(tǒng)的熱媒設(shè)計溫度,一般根據(jù)熱舒適度要求、系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性等原則確定。供水溫度不超過95℃,可確保熱媒在常壓條件下不發(fā)生汽化;適當(dāng)降低熱媒溫度,有利于提高舒適度,但要相應(yīng)增加散熱器數(shù)量。所以一般經(jīng)常采用95/70℃,例如:作為散熱器“標(biāo)準(zhǔn)工況”的64.5℃,就是水溫95/70℃的平均值與室溫18℃的傳熱溫差。許多采暖系統(tǒng)的設(shè)計計算資料,也按此條件編制。

當(dāng)然,熱媒設(shè)計溫度也要符合熱源條件的可能性和考慮其它因素。例如:以較低溫度的一次熱媒進行換熱所得的二次熱媒,或采用戶式燃氣熱水采暖爐的水溫有限制,或采用塑料類管材為提高其耐用性時,也有采用85/60℃作為設(shè)計參數(shù)的。但是,再進一步降低散熱器采暖的熱媒設(shè)計參數(shù),顯然是不合理的。以95/70℃為比較基礎(chǔ),熱媒平均溫度每降低10℃,散熱器數(shù)量約增加20% .

為何實際運行水溫遠低于熱媒?jīng)]計溫度時,也可達到設(shè)計室溫?主要是由于實際配置的散熱面積,均不同程度地偏大于理論所需散熱面積。根據(jù)理論推導(dǎo)和實際工程運行驗證,對于設(shè)計水溫95/70℃的系統(tǒng),當(dāng)散熱面積偏大10%時,運行水溫約可為90/65℃;當(dāng)偏大20%時,運行水溫約可為85/60℃;當(dāng)偏大30%時,運行水溫約可為82.5/57.5℃;當(dāng)偏大40%時,運行水溫約可為80/55℃。由于設(shè)計保守等各種因素,一般系統(tǒng)的散熱面積均會偏大30%以上。

2、 系統(tǒng)補水

如某供暖建筑面積22萬多m2的居住小區(qū),存在水力失調(diào)的室內(nèi)系統(tǒng)末端底層住戶,出現(xiàn)以下奇怪的現(xiàn)象:每到晚上八九點鐘后散熱器就開始降溫,到半夜就完全不熱,而次日早晨又會逐漸熱起來。據(jù)深入調(diào)查,重新熱起來是由于頂層住戶在每晚臨睡前和次日早晨起床后進行了手動放風(fēng)所致。經(jīng)改裝了質(zhì)量較好的自動排氣閥后有所緩解,但系統(tǒng)中還是經(jīng)常因有空氣存在。顯然,應(yīng)徹底解決系統(tǒng)進入空氣的問題。

據(jù)查,系統(tǒng)未設(shè)置膨脹水箱,也未設(shè)置氣壓水罐等膨脹容積,只是依靠功率較大的補水泵進行補水定壓,而補水泵則由電接點壓力表控制啟停,當(dāng)降至下限值時水泵啟動,達到上限值時停泵。由于設(shè)置在管路上的壓力表,指針會發(fā)生抖動,上下限值的整定間距不能很小,因此,停泵后重新啟動必然會有較長的時間間隔。在此時段內(nèi),由于水的不可壓縮性和不可避免的系統(tǒng)泄漏,總會有空氣進入系統(tǒng),并積存于流量較小的系統(tǒng)末端頂點。

由于該工程已無條件增設(shè)膨脹水箱和足夠容積的氣壓水罐,采取了增設(shè)一臺略大于系統(tǒng)泄漏量的小功率補水泵(0.75kW)的方法,使之連續(xù)運行,當(dāng)流量大于系統(tǒng)泄漏量時,通過限壓閥回流至軟水箱,基本上解決了問題。由此可得到啟示:用合理容積的膨脹水箱或氣壓水罐進行定壓,是十分必要的,如無條件設(shè)置,則應(yīng)采用不間斷運行的變頻補水泵,或像本工程所采取的簡易方法。

3 、豎向壓力分區(qū)與“分環(huán)”

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第3.3.9條規(guī)定:“建筑物的熱水采暖系統(tǒng)高度超過50m時,宜豎向分區(qū)設(shè)置”。條文說明作如下解釋:其主要目的是為了減小散熱器及配件所承受的壓力,保證系統(tǒng)安全運行。暖通規(guī)范作上述限定十分必要。近年以來,高層建筑(尤其是高層住宅)的熱水采暖系統(tǒng)因滲漏而使家裝破壞的事故,時有發(fā)生。除散熱器或其它構(gòu)件的質(zhì)量和施工安裝隊伍素質(zhì)等因素外,主要由于承壓過高。

如某二十五層高層住宅,原室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計系是按豎向分區(qū)設(shè)置的,但由另一單位設(shè)計的熱源,卻為同一系統(tǒng)。在第一個采暖季,開發(fā)建設(shè)單位就因滲漏向住戶賠償家裝破壞損失的費用高達十幾萬元,不得不進行了困難的改造。

有些設(shè)計在熱源處設(shè)置分集水器,對高低環(huán)分別接出供回水管路,將“分環(huán)”當(dāng)作豎向壓力分區(qū),這是概念上的錯誤。“分環(huán)”可能有利于水力平衡和調(diào)節(jié),但不可能對高區(qū)和低區(qū)分別實施定壓,并不能克服低區(qū)所承受的較高靜水壓力。

豎向壓力分區(qū)最好能從熱源上就分別設(shè)置。不宜分設(shè)時,一般采用間接換熱的方法。間接換熱雖比較穩(wěn)妥,但換熱后二次水的溫度將有所降低,致使散熱器數(shù)量增加。

因此,在實際工程應(yīng)用中,也有采用加壓和減壓的方法,即:熱源系統(tǒng)按低區(qū)定壓。高區(qū)系統(tǒng)供水經(jīng)加壓進入,回水則減壓接回低區(qū)系統(tǒng)。從理論上分析,高區(qū)熱媒循環(huán)水泵的工作揚程,要附加高低區(qū)系統(tǒng)的幾何高差,不利于節(jié)能,但從技術(shù)經(jīng)濟的綜合分析,可能仍有可取之處。但采用此種方法,要特別注意減壓閥的“動靜壓差特性”,即:當(dāng)高區(qū)系統(tǒng)水泵停止時,減壓閥后的設(shè)定壓力會升高一個動靜壓差值,此值在閥的額定流量條件下約為5m,造成低區(qū)開式膨脹水箱的溢流,并同時使高區(qū)系統(tǒng)虧水和空氣進入。雖然性能較好的減壓閥動靜壓差較小,但最好還是采用閉式膨脹水箱,或采用不間斷運行的變頻補水泵定壓。

4 、關(guān)于分室溫度控制

無論是實施分戶熱計量的住宅戶內(nèi)采暖系統(tǒng),還是其它建筑傳統(tǒng)的垂直單管或雙管系統(tǒng),從節(jié)能和提高熱舒適度出發(fā),分室溫度控制都是十分必要的。分室溫度控制可以是自動的,也可以是手動的。在這方面的商業(yè)誤導(dǎo)表現(xiàn)為:將分室溫度控制等同于采用散熱器恒溫閥,并認(rèn)為采用恒溫閥就無需進行水力平衡計算。這種誤導(dǎo)造成了一些系統(tǒng)的失調(diào)和對恒溫閥的負(fù)面影響。

采用質(zhì)量較好的手動兩通或三通調(diào)節(jié)閥實施分室溫度控制,可能更適合于投資條件受限和供暖不足的普遍實際情況。即使有條件采用恒溫閥時,也應(yīng)該在弄清楚其水力特性基礎(chǔ)上,正確地加以應(yīng)用。

散熱器兩通恒溫閥的高阻水力特性,適合于雙管系統(tǒng)。為適應(yīng)我國市場的需要,國外又推出了針對單管系統(tǒng)的三通恒溫閥和低阻兩通恒溫閥。因此,我們要面對三類恒溫閥,而不是不加區(qū)別。

用于雙管系統(tǒng)的高阻兩通恒溫閥,又按不同的預(yù)置設(shè)定功能分成若干型號,其口徑一般情況下應(yīng)采用DN15,少量需采用DN20,無區(qū)別地采用較大口徑不利于水力平衡。而用于單管系統(tǒng)的三通恒溫閥和低阻兩通恒溫閥,則必須有DN15、DN20、DN25甚至更大的口徑,以根據(jù)串接散熱器的負(fù)荷適當(dāng)選配。

雙管系統(tǒng)高阻兩通恒溫閥應(yīng)用中的主要問題是極易堵塞,因此對總體供熱不足和運行管理粗放的系統(tǒng),似利少弊多。

恒溫閥在單管系統(tǒng)中應(yīng)用,則發(fā)生問題較多,最突出的是采用兩通恒溫閥加跨越管的做法時,不適當(dāng)?shù)赜昧烁咦韬銣亻y。

單管系統(tǒng)即使采用低阻兩通恒溫閥加跨越管的做法,也應(yīng)該核算散熱器的進流系數(shù)。散熱器的進流系數(shù),取決于散熱器通路和跨越管通路的阻力比,與恒溫閥、散熱器和兩個通路的管徑匹配有關(guān),有一個較為復(fù)雜的計算過程。有些工程因散熱器的進流量過小,不得不在跨越管段上再加閥門,這是一種很不合理的處置。

5、 戶式熱源的匹配水泵問題

在采暖能耗得以嚴(yán)格控制的節(jié)能住宅中,采用燃氣或電熱水采暖爐等,作為戶式采暖系統(tǒng)的熱源,采暖費用甚至有可能低于燃氣或電熱的集中供暖系統(tǒng),本采暖季是暖冬,與北京市集中供暖上調(diào)后的集中供暖采暖費相比,更顯示出其實際采暖費用低的優(yōu)勢,因而是一種可行的方案,會具有較大的發(fā)展空間。戶式采暖系統(tǒng)存在問題之一,是循環(huán)水泵與系統(tǒng)的配合。對于燃氣或電熱水采暖爐所配帶的水泵,筆者曾詢問過許多生產(chǎn)廠家,例如:流量、與流量相關(guān)的爐外剩余水頭、排煙溫度等,大都提不出明確的技術(shù)指標(biāo)。由于住宅單戶的套型面積和采暖負(fù)荷會相差較大,在同一容量循環(huán)水泵的作用下,會出現(xiàn)與設(shè)計條件不同的運行工況而造成失調(diào)。尤其是當(dāng)采用地板輻射供暖或作為空調(diào)器的熱源時,更容易發(fā)生流量不足而影響采暖效果。因此,應(yīng)深入地協(xié)調(diào)系統(tǒng)、戶式采暖爐和配帶水泵的匹配問題。

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