閉式熱水采暖系統(tǒng)定壓問題的探討

張 曉 波

(中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的訊猛發(fā)展，各地工程項(xiàng)目建設(shè)如火如荼。作為人們“安居樂業(yè)”中的居所問題自然是其中的重中之重。北方城市是我國冬季集中采暖的主要區(qū)域，而采暖系統(tǒng)中定壓設(shè)置又是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要一環(huán)，因此合理的確定一個(gè)采暖系統(tǒng)的定值猶為重要。一個(gè)采暖系統(tǒng)，末端設(shè)計(jì)合理，管網(wǎng)設(shè)計(jì)合理，熱源部分的定壓沒有考慮合理，那這個(gè)系統(tǒng)肯定不能穩(wěn)定、良好的運(yùn)行。定壓雖是一個(gè)點(diǎn)的問題，卻可以影響整個(gè)系統(tǒng)，可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。因此，一個(gè)采暖系統(tǒng)要有好的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行效果，系統(tǒng)定壓合理性很重要。

1 采暖系統(tǒng)定壓的原則

1.1 系統(tǒng)不超壓

系統(tǒng)的任何一點(diǎn)的壓力不超過系統(tǒng)本身允許的壓力值。包括末端散熱元件及低部采暖管道等。通常情況下普通灰鑄鐵散熱器的工作壓力為0.6 MPa，稀土灰鑄鐵散熱器的工作壓力為0.8 MPa，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)中的塑料盤管的工作壓力不宜大于0.8 MPa，毛細(xì)管網(wǎng)輻射系統(tǒng)的工作壓力不應(yīng)大于0.6 MPa。管道的工作壓力Q235AF≤1.0 MPa，Q235A≤1.6 MPa。常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管及空調(diào)新風(fēng)機(jī)組工作壓力不大于1.0 MPa，高承壓風(fēng)機(jī)盤管及空調(diào)新風(fēng)機(jī)組工作壓力不大于1.6 MPa。

我們要注意的是：很多系統(tǒng)在檢修期間不存在超壓問題，可一運(yùn)行就出現(xiàn)了很多超壓的征兆，這主要是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)泵會(huì)給系統(tǒng)的近端累加很大的壓力，造成了超壓。所以我們不但要考慮系統(tǒng)靜態(tài)的條件下超壓的問題，更重要的是考慮到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)條件下的超壓問題。作為一個(gè)系統(tǒng)，我們使用條件往往是在它運(yùn)行、變工況的時(shí)候，這也使得動(dòng)態(tài)下的超壓問題比較復(fù)雜，也更加重要。

1.2 系統(tǒng)不倒空

系統(tǒng)的倒空主要是因?yàn)橄到y(tǒng)的上部相對(duì)壓力低于室外大氣壓力，使得空氣進(jìn)行系統(tǒng)的現(xiàn)象。會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生有氧腐蝕，影響系統(tǒng)的散熱，造成系統(tǒng)的堵塞，這顯然是我們不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。系統(tǒng)要做到不倒空，系統(tǒng)在靜態(tài)下就必須充滿水，保證靜水壓線在系統(tǒng)的最高點(diǎn)之上。很多不合理的系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)是滿水狀態(tài)的，當(dāng)系統(tǒng)停止工作時(shí)就出現(xiàn)了倒空現(xiàn)象，這也是因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)泵的揚(yáng)程在阻力補(bǔ)消耗一部分后會(huì)把剩余的壓力累加在系統(tǒng)壓力之上，使系統(tǒng)升壓，充滿熱媒。

1.3 系統(tǒng)不汽化

熱媒在飽和液線時(shí)，若系統(tǒng)壓力繼續(xù)降低，則會(huì)出現(xiàn)汽化，系統(tǒng)中汽水混流，出現(xiàn)乳濁液。這種液態(tài)在管道中流動(dòng)會(huì)發(fā)出噪聲，在水泵處會(huì)引起汽蝕。這種情況也是我們不希望出現(xiàn)的狀況。從原理上看，汽化主要是低壓造成的。表1是不同水溫對(duì)應(yīng)汽化壓力。

表1 不同水溫下的汽化壓力(表壓力)

我們?cè)趶S區(qū)采暖時(shí)，建議使用高溫水。這種情況下，采暖系統(tǒng)的靜水壓線不但要高于系統(tǒng)的最高點(diǎn)，還要保證系統(tǒng)熱媒不汽化。不能簡單的就在系統(tǒng)最高點(diǎn)處再累加5 kPa～10 kPa作為系統(tǒng)的定壓值。

還有一種情況是循環(huán)泵吸入口處的汽化現(xiàn)象，原理雖然是一樣的，但導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是比較復(fù)雜的，即使你的系統(tǒng)定壓值設(shè)置很合理，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。筆者覺得可以從循環(huán)泵上游的管道節(jié)流、管徑設(shè)置不合理問題下手。

2 采暖系統(tǒng)定壓點(diǎn)位置的選擇

2.1 定壓點(diǎn)位于循環(huán)泵出口側(cè)

形式如圖1a)所示，這種情況在自然循環(huán)系統(tǒng)中常采用，機(jī)械循環(huán)中一般不會(huì)采用。主要原因是靜水壓線會(huì)高出系統(tǒng)最高點(diǎn)很多，高出的差值負(fù)擔(dān)定壓點(diǎn)至水泵入口處的阻力、系統(tǒng)不汽化的余壓、安全余量。重力循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)速度慢，阻力小。不同水溫下的密度差為系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力，進(jìn)一步降低了定壓水箱的安裝高度。因此，自然循環(huán)采暖系統(tǒng)中多采用定壓點(diǎn)位于熱源出口立管頂部的定壓方式。

2.2 定壓點(diǎn)位于循環(huán)泵吸入口處

形式如圖1b)所示，這種定壓方式是現(xiàn)行機(jī)械采暖系統(tǒng)中最常用的方式，也是效果最好的定壓方式。這種方式基本不會(huì)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的表壓力都會(huì)保證在建筑高對(duì)應(yīng)壓力值以上。對(duì)于高溫水采暖系統(tǒng)，采用下供上回時(shí)，要核對(duì)建筑高對(duì)應(yīng)壓力值是否高于其汽化壓力，且海拔修正后應(yīng)有安全余量30 kPa～50 kPa。

2.3 定壓點(diǎn)位于循環(huán)泵吸入口側(cè)的系統(tǒng)最高點(diǎn)處

形式如圖1c)所示，這種定壓方式類似于圖1b)的定壓方式，能節(jié)約部分管材，也省去布置補(bǔ)水定壓管的空間。但我們常關(guān)注的是循環(huán)泵吸入口的壓力，因?yàn)檫@個(gè)地方壓力最低，最不利工況常出現(xiàn)在這里。從圖1c)中不難看出，水泵吸入口處的壓力會(huì)低于a,e兩點(diǎn)的高程對(duì)應(yīng)壓力值，為a,e兩點(diǎn)的高程再減去abc管段的阻力損失。

現(xiàn)在我們提倡節(jié)能運(yùn)行，對(duì)熱媒系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，也要對(duì)熱媒系統(tǒng)進(jìn)行量調(diào)節(jié)。abc管段阻抗不變時(shí)，進(jìn)行熱媒的量調(diào)節(jié)必然會(huì)導(dǎo)致abc管段的阻力損失發(fā)生變化，造成水泵吸入口壓力工況的波動(dòng)，同時(shí)造成整個(gè)系統(tǒng)的壓力工況的波動(dòng)。使運(yùn)行工況更為復(fù)雜，我們研究問題時(shí)常常是希望把復(fù)雜的問題要簡單化，從這點(diǎn)考慮即使這種定壓方式有它本身的優(yōu)點(diǎn)，但也不如圖1b)定壓方式來的更直接。畢竟圖1b)定壓方式會(huì)使我們最關(guān)心的一個(gè)工況點(diǎn)處于一個(gè)穩(wěn)壓的狀態(tài)點(diǎn)，這對(duì)研究和解決工程中出現(xiàn)的一些問題是非常方便的。

3 采暖系統(tǒng)定壓值及定壓方式的確定

3.1 采暖系統(tǒng)定壓值的確定

關(guān)于系統(tǒng)定壓點(diǎn)的最低壓力值的確定有多個(gè)版本，在定壓點(diǎn)參考點(diǎn)為水泵的吸入口為基點(diǎn)時(shí)，筆者認(rèn)為如下方式是可行的：

當(dāng)循環(huán)水溫度t≤60 ℃的水系統(tǒng)，定壓點(diǎn)壓力可取系統(tǒng)最高點(diǎn)相對(duì)循環(huán)泵吸入口高程加5 kPa余量。

當(dāng)循環(huán)水溫度60 ℃

當(dāng)循環(huán)水溫度t≥100 ℃的水系統(tǒng)，定壓點(diǎn)壓力可取系統(tǒng)最高點(diǎn)相對(duì)循環(huán)泵吸入口高程加汽化表壓力再加30 kPa～50 kPa余量。

3.2 采暖系統(tǒng)的幾種常用定壓方式(定壓參考點(diǎn)以水泵的吸入口為基點(diǎn)時(shí))

高位水箱定壓：高位水箱內(nèi)的水溫在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是室內(nèi)溫度，并不是熱媒供水或回水的溫度，其底部安裝高度至少保證高出系統(tǒng)最高點(diǎn)500 mm以上是可行的。

補(bǔ)水定壓泵定壓：考慮到啟泵頻率和系統(tǒng)本身容量的調(diào)節(jié)性，補(bǔ)水泵的揚(yáng)程應(yīng)保證補(bǔ)水壓力比補(bǔ)水定壓點(diǎn)的工作壓力表高30 kPa～50 kPa。

氣壓罐定壓補(bǔ)水：補(bǔ)水泵啟泵壓力，應(yīng)在滿足定壓點(diǎn)最低壓力的要求下，再增加10 kPa的裕量。

3.3 補(bǔ)水泵采用變頻時(shí)的可行性

現(xiàn)行建設(shè)工程較以前的工程建設(shè)體量普遍變大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一期、二期或更多階段性工程，往往在一期已經(jīng)投入使用時(shí)，而二期卻還在建設(shè)中。一、二期單體在建筑高度上也存在差別。當(dāng)一期的建筑高度低，二期建筑高度大，且又處于一個(gè)采暖分區(qū)時(shí)，可以考慮變頻運(yùn)行。一期設(shè)置低的定壓點(diǎn)壓力，二期按統(tǒng)一的正常定壓點(diǎn)壓力工況運(yùn)行。

還有一種情況是網(wǎng)管體量大或失水量大系統(tǒng)，補(bǔ)水時(shí)間較長。這種系統(tǒng)若選擇用非變頻泵組，相當(dāng)于變流量系統(tǒng)中的定流量泵運(yùn)行，顯然，這個(gè)時(shí)候選用變頻泵，做類似變流量系統(tǒng)中的變頻泵運(yùn)行，節(jié)能降耗肯定是顯著的。

4 結(jié)語

閉式熱水采暖系統(tǒng)定壓值確定首先要把握其三個(gè)原則，即“不超壓、不倒空、不汽化”，在這個(gè)基礎(chǔ)上可以考慮氣壓和海拔修正，再加上適當(dāng)?shù)陌踩嗔俊＿@些做到了，相信可以保證采暖系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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[5] GB 50736—2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] CJJ 34—2010,城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范化[S].