第26期 水力雜志-分戶式熱力單元在集中供暖中的應用

PAGE30分戶式熱力模塊在集中供暖中的運用意大利卡萊菲公司北京辦事處舒雪松當今的供暖方式逐漸趨向于獨立性、多樣性、自控性。也就是說，用戶能夠根據(jù)自己的喜好、需求、經(jīng)濟條件等選擇所需要的供暖方式諸如散熱器、風機盤管、地板輻射采暖等，同時能做到獨立的開關、自動化的調(diào)節(jié)，從而提高了供暖的人性化、舒適、節(jié)能。壁掛鍋爐的廣泛運用為獨立供暖提供了可能性，但是目前大多數(shù)用戶使用的仍然是城市熱力管網(wǎng)或區(qū)域鍋爐房提供的熱源，這些使用集中供暖的用戶需要如何實現(xiàn)供暖的獨立性、多樣性和自動化呢？我們將在本章內(nèi)詳細討論各種解決方案。我們將從以下幾個方面進行討論：鍋爐房、換熱站；一次管路：將熱源的供水提供到用戶模塊；分戶式模塊：用于分配、調(diào)節(jié)和計量用戶消耗熱量；二次管路：將通過用戶模塊的熱水分配到每個末端；分戶式熱力模塊一次管路二次管路集中控制熱力中心信息管理圖1信息管理圖1信息管理熱力中心集中控制二次管路一次管路分戶式熱力模塊圖1信息管理分戶式熱力模塊一次管路二次管路集中控制熱力中心信息管理圖1信息管理圖1信息管理熱力中心集中控制二次管路一次管路分戶式熱力模塊圖1信息管理熱力中心集中控制二次管路一次管路分戶式熱力模塊圖1為以上幾個部分的示意圖，我們將探討如何把集中供暖的分戶控制和計量實現(xiàn)得更為簡便，如何運用先進的電子和信息技術使系統(tǒng)更加優(yōu)化和安全。鍋爐房、熱力站、換熱站我們把集中供暖的熱源分為提供和不提供生活熱水兩種方式。不提供生活熱水型圖圖2低溫限制曲線以下為三種不同方式的熱力中心示意圖。由于熱力中心不提供生活熱水，用戶的生活熱水需要通過分戶式熱力模塊內(nèi)的即時換熱設備或儲水罐提供。因此，由熱力中心提供的熱水溫度不能低于必須的最低換熱溫度（65-70℃）；如果說熱力中心是運用的氣候補償式調(diào)節(jié)，如圖2所示，其使用換熱器的熱力中心圖示。使用換熱器的熱力中心圖示。供水溫度采用氣候補償式調(diào)節(jié)圖3使用模塊鍋爐的集中供暖熱力中心圖示。采用水力分壓器分為一/二次系統(tǒng)，供水氣候補償溫度控制模塊鍋爐自帶安全閥，膨脹罐使用模塊鍋爐的集中供暖熱力中心圖示。采用水力分壓器分為一/二次系統(tǒng)，供水氣候補償溫度控制模塊鍋爐自帶安全閥，膨脹罐圖5使用鍋爐的集中供暖熱力中心圖示。采用防冷凝泵和氣候補償式溫度控制圖41．2提供生活熱水型實調(diào)曲線理論曲線實調(diào)曲線理論曲線圖6以下為三種不同的熱力中心示意圖，由于熱力中心提供生活熱水，因此分戶式熱力模塊內(nèi)不加入換熱設備。如果熱力中心運用了氣候補償式調(diào)節(jié)，建議將溫度曲線向上調(diào)節(jié)8-10℃使用換熱器供暖和產(chǎn)生生活熱水的熱水中心圖示。供暖采用氣候補償式溫度調(diào)節(jié)，生活熱水為編程熱力殺菌循環(huán)系統(tǒng)。圖使用換熱器供暖和產(chǎn)生生活熱水的熱水中心圖示。供暖采用氣候補償式溫度調(diào)節(jié)，生活熱水為編程熱力殺菌循環(huán)系統(tǒng)。圖7使用換熱器供暖和產(chǎn)生生活熱水的熱水中心圖示，供暖采用氣候補償式溫度調(diào)節(jié)，生活熱水為紡程熱力殺菌循環(huán)式。使用模塊鍋爐集中供暖，儲熱水箱提供生活熱水的熱力中心圖示。采用水力分壓器分為一/二次系統(tǒng)，供暖為氣候補償式溫度控制，熱水采用編程式熱力殺菌循環(huán)系統(tǒng).圖8使用鍋爐集中供暖儲熱水箱提供生活熱水的熱力中心圖示。供暖采用氣候補償式溫度控制，熱水采用編程熱力殺菌循環(huán)系統(tǒng)使用模塊鍋爐集中供暖，儲熱水箱提供生活熱水的熱力中心圖示。采用水力分壓器分為一/二次系統(tǒng)，供暖為氣候補償式溫度控制，熱水采用編程式熱力殺菌循環(huán)系統(tǒng).圖8使用鍋爐集中供暖儲熱水箱提供生活熱水的熱力中心圖示。供暖采用氣候補償式溫度控制，熱水采用編程熱力殺菌循環(huán)系統(tǒng)圖92，一次管路的計算和平衡2.1立管口徑的計算在計算一次管路的管徑時，可以采用延長阻力r=10mm水柱/m這一系數(shù)，這樣能有兩大優(yōu)點：1，管路造價和水泵功率的折衷；2，樓層之間較低的壓力損失。第二點尤其重要，因為較低的壓力損失對于正確地平衡系統(tǒng)非常重要，以下我們將用實例來做探討：按r=10mm按r=10mm水柱/每米的計算按r=40mm圖11樓層2樓層1圖10按r=10mm水柱/每米的計算按r=40mm假設樓層之間高度為3米，以阻力系數(shù)r=10mm水柱/m計算，每層樓之間的壓力損失△p大致為100mm水柱（包含彎頭等折算的長度）；如果以阻力系數(shù)r=40mm要使每一個分戶式熱力模塊的壓力損失△H都一致（這樣能保證每個熱力模塊按設計運行），則需要運用平衡閥提供相應的壓力損失△p來補償，如圖11所示：樓層平衡閥壓力損失△pv（r=10）平衡閥壓力損失△pv（r=40）90mm水柱0mm水柱8100mm水柱400mm水柱7200mm水柱800mm水柱6300mm水柱1200mm水柱5400mm水柱1600mm水柱4500mm2000mm水柱3600mm水柱2400mm水柱2700mm水柱2800mm水柱1800mm水柱3200mm水柱圖圖11從上面看出，如果一次管路以較高的阻力系數(shù)設計，那么底層的平衡閥調(diào)節(jié)的壓力損失超過了2200水柱，如果水中氣體含有量較大的情況下，這個壓力損失值會造成可能的氣蝕現(xiàn)象，表現(xiàn)于管道劇烈的震動和噪音。這對于工業(yè)建筑也許能夠接受，但是對于民用住宅，會嚴重影響系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)。2．2分戶式熱力模塊的三通閥平衡方式圖圖12示意圖12表明了熱力模塊的大致工作方式：用戶房間內(nèi)的溫控器感應溫度低于設定溫度時，三通閥通向用戶端打開；相反，三通閥旁通打開，熱水回到集中供暖系統(tǒng)。當三通閥的旁通開啟時，如果旁通管沒有進行流量平衡，三通閥有可能‘搶’走其它熱力模塊的流量，造成系統(tǒng)流量失調(diào)。在比較小型的系統(tǒng)里這也許不明顯，但是在中型以上系統(tǒng)則需要對旁通流量進行平衡，如圖13所示，在模塊的分支回路上加入手動或者自動流量平衡閥。這樣就保證了無論三通閥開啟還是關閉，其流通的流量都是一樣的。靜態(tài)平衡閥靜態(tài)平衡閥動態(tài)平衡閥圖13在旁通流量得到正確平衡的情況下，運用三通閥平衡的模塊式熱力中心的特征為定流量型，因此可以選擇定頻泵。定頻泵的流量為所有模塊流量的總和；揚程為熱源至最遠端模塊的壓力損失值總和。2．3分戶式熱力模塊的兩通閥平衡方式示意圖14表明了熱力模塊的大致工作方式：用戶房間內(nèi)的溫控器感應溫度低于設定溫度時，兩通閥打開；相反，兩通閥關閉。這類系統(tǒng)為變流量型。它相對于三通閥的定流量系統(tǒng)有以下兩個優(yōu)點：水泵消耗的功率小。因為兩通閥系統(tǒng)中的循環(huán)流量低于三通閥系統(tǒng)?；厮疁囟鹊汀Ｒ驗楫攦赏ㄩy關閉時水不再流動，而三通閥系統(tǒng)則實現(xiàn)了旁通。圖圖14較低的回水溫度有利于冷凝式鍋爐的使用。對于換熱站則有利于限制最高所需流量因此減少相應費用。這類系統(tǒng)最大的缺點是連續(xù)變化的流量會引起壓差的變化：過大的壓差會導致氣蝕的產(chǎn)生，從而影響系統(tǒng)的正常運行。另外還需要注意的是，在大中型的變流量系統(tǒng)內(nèi)，只靠變頻泵來控制壓差遠遠不夠。兩通閥全流量或無流量這種工作狀態(tài)還可能造成以下系統(tǒng)的異常：安全控制元件的不斷介入：比如安全溫度開關，燃油/氣截止閥等：當系統(tǒng)流量低或者無流量時，鍋爐在燃燒機關閉的情況下仍然有大量的蓄熱，因此會造成安全控制元件不斷介入。水泵停機：在無流量或低流量的情況下，水泵（即便是變頻泵）會過熱，為了避免‘燒’泵，水泵內(nèi)置的溫控器會停機幾分鐘。這對于在使用中的熱力模塊，尤其是熱水狀態(tài)，會給用戶帶來極大的不變。主管冷卻：由于使用的兩通閥開關，沒有旁通的流量形成循環(huán)，因此會造成主管快速冷卻，對于供暖和生活熱水都會產(chǎn)生延遲。這些問題可以通過使用自力式壓差控制器和支路的壓差旁通閥來解決，但是前者造價較高。運用兩通閥平衡的模塊式熱力中心的特征為變流量型，因此需要選擇變頻泵。變頻泵的流量為所有模塊流量的總和；揚程為熱源至最遠端模塊的壓力損失值總和。2．4分戶式熱力模塊的兩通和三通閥共用平衡方式為了避免兩通閥用于分戶式熱力模塊平衡的相關缺點，而同時又吸收其優(yōu)點?？梢詫⒉糠謨赏ㄩy替換為三通閥，讓后者具備穩(wěn)定流量的作用。在小型或者中小型系統(tǒng)中，使用變頻泵能有效地控制壓差升高以及保證系統(tǒng)所需要的最低流量。為了避免水泵因過熱停機，可以運用部分三通閥取代兩通閥，運用三通閥這部分的流量不能低于系統(tǒng)總流量的25%。如圖15所示：-4層以下住宅運用1個三通閥；-5-8層的住宅運用2個三通閥。主管頂端采用三通閥旁通主管頂端采用兩個三通閥旁通圖15通過這部分三通閥的運用，系統(tǒng)能提供足夠的流量，解決鍋爐燃燒機停止以后儲存熱量的升高主管頂端采用三通閥旁通主管頂端采用兩個三通閥旁通圖15將帶三通閥的熱力模塊放置在立管頂端，這樣一來立管就不會冷卻，從而保證使用供暖和熱水的即時性。在條件允許的情況下，最好在每個熱力模塊前安裝動態(tài)流量平衡閥，這樣能保證當所有模塊運行時，所有模塊按設計流量運行，不會出現(xiàn)系統(tǒng)失調(diào)。水泵的選擇可遵循兩通閥平衡系統(tǒng)的水泵選型方式。 2．5分戶式熱力模塊的水力分壓器平衡方式圖16圖16圖16表明了水力分壓器運用于熱力模塊的工作方式。水力分壓器將一次和二次系統(tǒng)分隔成獨立的系統(tǒng)：當用戶房間內(nèi)的溫控器感應溫度低于設定溫度時，熱力模塊的循環(huán)泵開啟。圖17靜態(tài)平衡閥圖17靜態(tài)平衡閥動態(tài)平衡閥圖16動態(tài)平衡閥靜態(tài)平衡閥水力分壓器之間的流量平衡：在水力分壓器的一次系統(tǒng)端，為了避免流量失調(diào)和過大流量的浪費，最為理想的是在一次系統(tǒng)側(cè)安裝動態(tài)流量平衡閥，平衡每個水力分壓器的一次流量。如圖17所示動態(tài)平衡閥靜態(tài)平衡閥前面所講到的運用兩通或者三通閥平衡的熱力模塊只是具有熱量上的獨立性：也就是說只局限于控制室內(nèi)溫度和相應散發(fā)的熱量。但是它們不具備水力特征上的獨立性，因為它們不能避免相互水力的干擾和影響。而運用水力分壓器的熱力模塊卻能做到熱量和水力兩者的獨立性。特別是水力上的獨立性，使得這種運用方式能為系統(tǒng)提供良好的解決方案。每一個熱力模塊的獨立性為系統(tǒng)提供了以下優(yōu)點：自如地在末端運用恒溫閥，而不用擔心系統(tǒng)的不平衡。只需要在模塊內(nèi)使用變頻泵即可；能夠?qū)崿F(xiàn)用戶多種供暖的形式并存：比如散熱器、風機盤管、輻射地板采暖；便于系統(tǒng)的維修、更換、增減熱力模塊。因為用戶之間的水力獨立性這一特征，所以對已建系統(tǒng)的改造上提供了可能性。所有這些優(yōu)點使水力分壓器的平衡方式成為新建和已建系統(tǒng)的最佳選擇。其優(yōu)越的獨立性為設計提供了很大的便利，尤其是針對大中型系統(tǒng)。實際上只需要通過動態(tài)流量平衡閥將穩(wěn)定的流量供給水力分壓器，然后再根據(jù)用戶的需求自由地設計二次系統(tǒng)就可以。一次系統(tǒng)的水泵選型：可以選擇定頻泵，流量為所有水力分壓器的一次流量總和，揚程為熱源至最不利的水力分壓器的壓降總和。二次系統(tǒng)的水泵選型：可以選擇變頻泵，流量為所有散熱末端的流量總和，揚程為水力分壓器至最不利的末端的壓降總和。圖18圖18使用水力分壓器平衡方式的分戶式熱力模塊運用圖示3．分戶式熱力模塊目前的分戶式熱力模塊主要分為以下三種：供暖型；供暖及儲熱式生活熱水型；供暖及即熱式生活熱水型。3．1供暖型分戶式熱力模塊對于單供暖型的熱力模塊，冷熱水均采用直接接入的方式，如圖19所示；或者采用安裝恒溫混合閥的形式，如圖20所示。圖20圖圖20圖19兩通、三通閥型分戶式熱力模塊解決方案1、2分別是運用兩通、三通閥的熱力模塊：供暖的流量采用動態(tài)平衡；兩通、三通閥由房間溫控器控制；生活冷、熱水、供暖熱量采用集中一表計量的方式。熱力模塊安裝在嵌墻式箱體內(nèi)，散熱器采暖的分水器也可同樣安置在箱體內(nèi)部。水力分壓器式熱力模塊解決方案3、4分別是運用水力分壓器的熱力模塊：水力分壓器的一次流量采用動態(tài)平衡；二次系統(tǒng)的循環(huán)泵由房間溫控器控制；生活冷、熱水、供暖熱量采用集中一表計量的方式。解決方案3針對使用同熱源相同供水溫度的供暖系統(tǒng)，方案4針對低溫采暖系統(tǒng)，如輻射地板采暖。熱力模塊安裝在嵌墻式箱體內(nèi)。水力分壓集分水器式熱力模塊解決方案5、6分別是運用水力分壓集分水器的熱力模塊：能同時提供兩個區(qū)域的供暖，如晝、夜區(qū)，兩個區(qū)域的房間溫控器控制水泵的起停。方案6不同于方案5在于其能提供兩個水溫不同的區(qū)域，其余方式同方案1-4。3．2供暖型及儲熱生活熱水型分戶式熱力模塊內(nèi)置儲水罐式熱力模塊方案7運用水力分壓集分水器分為兩個二次系統(tǒng)，一個為散熱器采暖，另一個進入儲水罐進行換熱產(chǎn)生生活熱水，儲水罐的溫度由浸入式溫控器控制二次循環(huán)泵的起停。儲水罐的熱水通過恒溫混合閥恒溫輸送到用戶水龍頭。同樣，冷水和采暖的都由集中一表計量。外置儲水罐式熱力模塊方案8運用水力分壓集分水器分為兩個二次系統(tǒng)，一個為散熱器采暖，另一個進入外置儲水罐進行換熱產(chǎn)生生活熱水，儲水罐的溫度由浸入式溫控器控制二次循環(huán)泵的起停。方案9運用電動三通切換閥的形式，當外置儲水罐的溫度低于溫控器的設定溫度時，電動三通切換閥將集中供暖的熱水切換到儲水罐的換熱盤管，這時供暖停止；當熱水溫度達到以后，切換閥將熱水切換到供暖部分。供暖型及即熱生活熱水型分戶式熱力模塊方案10采用板式換熱器產(chǎn)生生活熱水；同方案9一樣，熱力模塊內(nèi)采用了電動三通切換閥，按熱水優(yōu)先的原則，當需要熱水時，水流開關給予三通切換閥信號將集中供暖熱水全部轉(zhuǎn)換到板式換熱器上面。生活熱水通過恒溫混合閥恒溫輸送到用戶水龍頭；供暖的電動三通閥由房間溫控器控制開關，其運用圖示見圖21。方案11使用水力分壓集分水器分為兩個二次系統(tǒng)：一個為供暖，一個通過板式換熱器產(chǎn)生生活熱水，這個環(huán)路的循環(huán)泵由水流開關控制。方案10和11相對其它幾種方案有以下一些缺點：需要較大功率的板換產(chǎn)生生活熱水。對于較‘硬’的水質(zhì)（22-23℉性能上略低于使用儲水罐的方式。因為采取的是即熱方式，在方案10中為熱水優(yōu)先，因此對于供暖方式會有一定的影響。二次管路二次管路指分戶式熱力模塊至用戶末端的系統(tǒng)。4.1二次供暖系統(tǒng)下面的七個圖例說明了從分戶式熱力模塊到散熱末端的不同解決方案。圖1三通區(qū)域控制，分水器獨立的解決方案。散熱器恒溫混合閥戶外熱力模塊戶內(nèi)分水器散熱器恒溫混合閥戶外熱力模塊戶內(nèi)分水器散熱器恒溫閥圖2三通區(qū)域控制，分水器一體式的解決方案。散熱器恒溫閥圖3水力分壓控制，分水器獨立，散熱器使用手動/自動溫控混合（室內(nèi)溫控器放置在使用手動溫控的區(qū)域）的解決方案。手/自動互換型恒溫閥散熱器恒溫閥變頻循環(huán)泵室內(nèi)溫控器手/自動互換型恒溫閥散熱器恒溫閥變頻循環(huán)泵室內(nèi)溫控器圖4水力分壓控制，分水器獨立，散熱器使用自動溫控（計時器用于選擇供暖的時間段）的解決方案。散熱器恒溫閥變頻循環(huán)泵計時器散熱器恒溫閥變頻循環(huán)泵計時器圖5水力分壓實現(xiàn)兩個區(qū)域：高溫水的散熱器采暖和低溫水的地板采暖區(qū)域的解決方案。散熱器恒溫閥液晶顯示計時溫控器恒溫混合閥變頻泵散熱器恒溫閥液晶顯示計時溫控器恒溫混合閥變頻泵圖6改造工程的解決方案：在已有的三通區(qū)域溫控散熱器系統(tǒng)上加入水力分壓型熱力模塊把一部分散熱器系統(tǒng)改造為輻射地板采暖系統(tǒng)。圖7新建工程：此圖表明了一個新建的集中供暖系統(tǒng)在同一立管的方式下可以使用的不同供暖及控制方案。圖6、7說明了在集中供暖系統(tǒng)中，通過使用分戶式熱力模塊能夠達到不同的供暖方式，實現(xiàn)了供暖的多元化、自動化和人性化。4.2二次衛(wèi)生冷熱水系統(tǒng)二次衛(wèi)生冷熱水系統(tǒng)指冷熱水進入用戶單元后的分配及調(diào)節(jié)。以下三個圖例表示了不同的解決方案：圖1三通切換閥，儲熱水箱換熱，無熱水循環(huán)式的解決方案。圖2水力分壓式模塊，二次環(huán)路使用板式換熱器，無熱水循環(huán)式解決方案。圖3水力分壓模塊，內(nèi)置儲熱水箱，帶熱水循環(huán)式解決方案。熱量消耗的集中計量及自控系統(tǒng)在使用集中供暖的分戶式熱力模塊內(nèi)，實行熱計量的集中管理非常有必要。將所有用戶熱力模塊內(nèi)的熱計量表通過數(shù)據(jù)線連接到中央處理器，在中央處理器的監(jiān)視屏幕上能顯示以下數(shù)據(jù)：-消耗的熱量，-瞬時的流量和熱量，-供回水溫度。中央數(shù)據(jù)處理器直接讀取這些數(shù)據(jù)有利于：中央數(shù)據(jù)處理器很容易比較各熱力模塊的熱消耗情況；通過流量的顯示更為簡便地進行系統(tǒng)平衡；驗證熱力模塊是否按設計流量運行；分析熱力模塊不正常工作的原因，諸如：調(diào)節(jié)閥堵塞；水泵堵塞；平衡閥失調(diào)。中央處理器能夠創(chuàng)建所有用戶的熱消耗檔案，系統(tǒng)的運行時間和工作狀況，這樣有利于：比較各用戶在同一時間段內(nèi)的熱消耗情況，分析出可能的熱表失誤；通過比較分析得出熱表在不正常工作時間段的實際熱值；建立歷史數(shù)據(jù)有助于檢查出可能的盜用熱量行為。同時，中央處理器還能夠跟其它的一些通訊設備或自控設備相連接，實現(xiàn)家庭的自動化控制。熱量數(shù)據(jù)的遠程傳送如下圖所示，通過電話線和調(diào)制解調(diào)器的連接，可以將所有數(shù)據(jù)傳送到遠程抄表系統(tǒng)以便于計量收費。熱計量收費系統(tǒng)熱計量收費系統(tǒng)其它計量設施的接入熱計量表的電路部分能夠接入其它計量設備比如水表、煤氣表、電表的數(shù)據(jù)線，然后把這些數(shù)據(jù)通過BUS線直接輸送到中央處理器上，反映出用戶消耗的冷、熱水量，煤氣及用電度數(shù)。當然，這些數(shù)據(jù)