机械循环单管热水供暖系统节能方法的探讨

机械循环单管热水供暖系统节能方法的探讨

于雷

山东三晟华能环保科技有限公司，山东 青岛 266100

摘要：热水供暖系统经常在设计中，因为施工时管径、管线长短、变径与弯头（包括阀门等管道附件）使用数量和位置、增加新用户等变化，运行时管道气塞、杂质堵塞、泄漏、阀门开度变化等原因，使得各个建筑物的资用压头与实际需要的出现偏差，使系统水力失调，浪费了大量的热量，而供热效果却不是很理想。

关键词：供暖系统；管网；节能；

上供下回单管顺流式系统其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。

一、热水供暖系统的调试

1.热水供暖系统的充水和启动。在热水供暖系统（以下简称系统）投运之前，必须先进行系统的充水和启动，然后再进行系统的调试。（1）在网路充水前，应关闭所有的排水网，开启网路中所有的放气阀。同时开启网路末端连接供回水管的旁通管阀门。在关闭所有用户系统的情况下，将水压入网路，当网路最高点的放气阀有水冒出时，可关闭放气阀，网路充水即告完毕。（2）在网路充水完毕后，逐个开放用户系统，并对用户系统进行充水。充水时，开启用户系统回水管上的阀门，从同水管往系统内充水，同时应开启用户系统顶部集气罐上的放气阀；并关闭用户引入口装置中的排水阀，边充水边放气。充水速度不应太快以利于空气从系统中排出。（3）系统的启动。当系统充水完毕后，即可转入系统的启动运行。在循环水泵启动前，应先开放位于网路末端的1~2个热用户或开启末端的供回水管的旁通管阀门。在循环泵启动时，其流量很小，其水头正常运行时要高，为此，必须严密注意同路中的压力，随时调节网路供水阀门的开度，使供水压力保持不变。系统启动时，开放热用户的顺序可以从近到远，又可从远到近或先开放大的用户，再开放小的热用户，这样有利于排除网路中的空气。

2.系统的调试。系统的调试分为室外和室内两部分。首先通过对室外网路各建筑物入口的阀门调节，使距热源远近不同的建筑物达到水利平衡，然后再对室内系统的各立管和支管进行调节，使各房间的室温达到设计要求。（1）网路的调试。由于网路近端的热用户的作用压头很大，在选择用户支管路的管径时，又受到管道内热媒和管径的限制，其剩余作用压头在用户分支管上不能全部消除。因而，位于网路近端的热用户，其实际流量往往会比设计流量要大。而位于网路远端热用户，其作用压头和流量将小于设计值，这种不一致的失调需要通过网路的调试来解决。热源的网路供水温度应保持在50℃以上，当总回水温度不再变化，整个系统达到热力稳定后，即可进行网路调试。（2）用户系统的调试。网路调试只解决了热用户之间流量分配不均的矛盾。为了保证供暖系统的正常运行，除了进行网路的调试外，还需对用户系统进行调节，因为在用户系统内部，各立管之间以及散热器之间也存在着流量分配不均的问题。通过对用户系统的调节，使各环路的阻力损失完全相等，只有在用户系统的调试工作作好以后才能巩固网路的调试成果。用户系统调试工作大致有下列内容：对于异程式系统，必须先关小环路较短的支管或散热器上的阀门开度。环路越短，其支管或散热器上的阀门开度就越小。当管道被污物堵塞时，在污物堵塞处的前后，其表面温度显著差别，用手触摸，找出污物堵塞的位置。一般弯头、二通、四通、变径管以及阀门等处容易被污物堵塞。如发现污物堵塞现象，必须拆开进行清理。但也有些供暖系统运行了多年，由于系统水中铁锈皮等杂质多，管道或散热器中沉渣物造成淤塞，使过水断面减小，阻力增大，水流量小，造成系统局部不热。这种情况多次发生，被淤塞的散热器通常下部长期不热，严重影响了散热器的水循环。对于这种情况，在运行管理中，要加强对设备的管理维修和养护，经常对运行中的系统进行检查，除污器要按周期进行拆除清洗维修，严重淤塞的要尽快修理，同时对可能积存的污物的地方，要在夏季进行拆卸冲洗。

二、机械循环单管热水供暖系统节能的方法

1.目前，热水供暖系统经常采用以下三种管网形式：水平单管式系统，垂直单管式系统，分户水平式系统。各种管网虽然形式不同，但所有管网系统都具有相同的水力特点：（1）系统均由立管或水平支管构成环状，系统环路大小因用户形式而异，管路长度变化范围大，即各管路系统阻抗变化范围大，水力失调不易调节。（2）各管路阻力损失因相应阻抗大小变化而变化。同时管网系统形式是竖向环网，在重力作用压头影响下，各层资用压力变化范围大，容易产生竖向失调，各立管也容易产生水平失调。（3）不同建筑、不同房间室温要求和不同散热形式对供暖系统调节与控制要求不同。系统运行过程中流量调节变化范围增大，也会产生运行过程中的水力失调。在热水采暖里，有重力循环和机械循环两种。靠水的密度差进行循环的系统，称为重力循环系统。机械循环以电动机带动水泵为动力，密度差所产生的重力作用压头相对来说是很少的，单管系统一般是可以不考虑的。机械循环系统除了膨胀水箱的连接位置与重力循环系统不同外，还增加了循环水泵和排气装置。机械循环热水供暖系统主要有垂直式系统和水平式系统。其中垂直式系统又有上供下回，下供下回，中供式，混合式热水供暖系统。同时又有单管和双管之分。单管系统一般有单管顺流式，单管跨越式，和跨越式与顺流式相结合的系统形式。在单管系统中，最常用的一种布置方式是上供下回单管顺流式系统。其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。为了消除热网水力失调，避免大流量小温差不经济运行状况可以增加跨越管。

2. 当前跨越管有几种形式。跨越管有3种形式如图1：

图1

图1（a）这是最简单的跨越管形式，由于无阀门可调，故散热器流量与立管的流量之比为常数。根据有关资料（或按当量长度法计算），当跨越管与立管、散热器支管管径相同时，散热器的进流系数为0.4左右。根据有关统计，此时散热器的散热量仅下降约5.5%左右。即跨越管的作用不明显。如缩小跨越管的管径，则进一步削弱了跨越管的作用。图1（b）增设跨越管后，由于散热器出口温度下降，传热系数降低，需适当增大散热器面积。为了不增大面积，有些人主张在跨越管上安装阀门，必要时可关闭该阀门以保证散热器的散热量。这种观点不正确。跨越管上安装阀门后，散热器的进流系数约为0.6。就是说即使阀门全开，散热器的散热量仅下降2.5%，不单未起到调节的作用，反而削弱了跨越管的作用。图1（c）由以上两种情况可见，要想提高散热器的调节性能，关键是要进一步降低散热器的进流系数，因此在散热器支管上装设调节阀是有利的。当该调节阀全部打开的时候，散热器的进流系数约为0.4，此时散热器的散热量下降5.5%。若将阀门略关小些，很容易满足减小散热量10%-15%。

总之，在单管系统中，最常用的一种布置方式是上供下回单管顺流式系统。其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。但是这种情况必须是人为手动调节，不能根据外面气温变化或者室内热量需要自动调节，为了加强管网系统的调节功能，有条件的可采用平衡阀及平衡阀智能仪表取代调节性能差的闸阀或截止阀，更有条件的建筑入口处加装热量调节和计量装置，改善系统调节能力，节约能量。

参考文献：

［1］张飞，机械循环单管热水供暖系统节能方法的研究.2018.

［2］刘超，关于机械循环单管热水供暖系统节能方法的探讨.2019.