水利杂志26期

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1、1 分户式热力模块在集中供暖中的运用 分户式热力模块在集中供暖中的运用 Marco & Mario DoninelliCaleffi S.p.A 当今的供暖方式逐渐趋向于独立性、多样性、自控性。也就是说，用户能够根据自己的喜 好、需求、经济条件等选择所需要的供暖方式诸如散热器、风机盘管、地板辐射采暖等，同 时能做到独立的开关、自动化的调节，从而提高了供暖的人性化、舒适、节能。壁挂锅炉的 广泛运用为独立供暖提供了可能性， 但是目前大多数用户使用的仍然是城市热力管网或区域 锅炉房提供的热源， 这些使用集中供暖的用户需要如何实现供暖的独立性、 多样性和自动化 呢？我们将在本章内详细讨论各种解决方案。

2、 我们将从以下几个方面进行讨论： 1， 锅锅炉炉房房、换热、换热站站； 2， 一次管路一次管路：将热源的供水提供到用户模块； 3， 分户式模分户式模块块：用于分配、调节和计量用户消耗热量； 4， 二次管路二次管路：将通过用户模块的热水分配到每个末端； 5， 热量消耗热量消耗的的集中自控集中自控系系统统。 图 1 为以上几个部分的示意图， 我们将探讨如何把集中供暖的分户控制和计量实现得更为简 便，如何运用先进的电子和信息技术使系统更加优化和安全。 分户式热力模块 一次管路 二次管路 集中控制 热力中心 信息管理 图 1 分户式热力模块 一次管路 二次管路 集中控制 热力中心 信息管理 图 1 信

3、息管理 分户式热力模块 一次管路 二次管路 集中控制 热力中心 信息管理 图 1 2 1 ， 锅炉房、热力站、换热站 我们把集中供暖的热源分为提供和不提供生活热水两种方式。 11 不提供生不提供生活活热水型热水型 以下为三种不同方式的热力 中心示意图。由于热力中心不 提供生活热水，用户的生活热 水需要通过分户式热力模块内 的即时换热设备或储水罐提 供。因此，由热力中心提供的 热水温度不能低于必须的最低 换热温度（65-70） ；如果说 热力中心是运用的气候补偿式 调节，如图 2 所示，其温度曲 线则需要在低温限制点上截 断。 图 2 低温限制曲线 使用换热器的热力中心图示。 供水温度采用气候补

4、偿式调节 图 33 12 提供提供生活热水生活热水型型 使用锅炉的集中供暖热力中心 图示。采用防冷凝泵和气候补偿 式温度控制 图 4 使用模块锅炉的集中供暖热力中 心图示。采用水力分压器分为一/ 二次系统，供水气候补偿温度控制模块锅炉自带安 全阀，膨胀罐 图 5 4 以下为三种不同的热力中 心示意图，由于热力中心提供 生活热水，因此分户式热力模 块内不加入换热设备。如果热 力中心运用了气候补偿式调 节，建议将温度曲线向上调节 8-10，这样是为了让某些用 户在长时间停止供暖后系统 能迅速进入状态。 实调曲线 理论曲线 图 6 使用换热器供暖和产生生活热水 的热水中心图示，供暖采用气候补 偿式温

5、度调节，生活热水为纺程热 力杀菌循环式。 使用换热器供暖和产生生活热水 的热水中心图示。供暖采用气候补 偿式温度调节，生活热水为编程热 力杀菌循环系统。 图 7 5 使用锅炉集中供暖储热水箱提供生活热水的 热力中心图示。供暖采用气候补偿式温度控 制，热水采用编程热力杀菌循环系统 图 9 使用模块锅炉集中供暖，储热水箱提供生活热水的热力中心图示。采用水力分压器分为一/ 二次系统，供暖为气候补偿式温度控制，热水采用编程式热力杀菌循环系统. 图 8 6 2，一次管路的计算和平衡 2.1 立管口径的计算立管口径的计算 在计算一次管路的管径时，可以采用延长阻力 r=10mm 水柱/m 这一系数，这样能有

6、两大 优点：1，管路造价和水泵功率的折衷；2，楼层之间较低的压力损失。第二点尤其重要，因 为较低的压力损失对于正确地平衡系统非常重要，以下我们将用实例来做探讨： 假设楼层之间高度为 3 米，以阻力系数 r=10 mm 水柱/m 计算， 每层楼之间的压力损失p 大 致为 100 mm 水柱（包含弯头等折算的长度） ； 如果以阻力系数 r=40mm 水柱/m 计算，每层楼 之间的压力损失p 大致为 400 mm 水柱（包含 弯头等折算的长度） ； 要使每一个分户式热力模块的压力损失H 都一致 （这样能保证每个热力模块按设计运行） ， 则需要运用平衡阀提供相应的压力损失p 来 补偿，如图 11 所示

7、： 楼层 平衡阀压力损失 pv（r=10） 平衡阀压力损失 pv（r=40） 9 0 mm 水柱 0 mm 水柱 8 100 mm 水柱 400 mm 水柱 7 200 mm 水柱 800 mm 水柱 6 300 mm 水柱 1200 mm 水柱 5 400 mm 水柱 1600 mm 水柱 4 500 mm 水柱 2000 mm 水柱 3 600 mm 水柱 2400 mm 水柱 2 700 mm 水柱 2800 mm 水柱 1 800 mm 水柱 3200 mm 水柱 从上面看出， 如果一次管路以较高的阻力系数 设计， 那么底层的平衡阀调节的压力损失超过了 2200 水柱，如果水中气体含有

8、量较大的情况下，这个压力损失值会造成可能的气蚀现象， 表现于管道剧烈的震动和噪音。这对于工业建筑也许能够接受，但是对于民用住宅，会严重 影响系统的平衡调节。 按 r=10mm 水柱/每 米的计算 按 r=40mm 水柱/每 米的计算 楼层 2楼层 1图 10 图 11 按 r=10mm 水柱/每 米的计算 按 r=40mm 水柱/每 米的计算 图 11 7 22 分户式热力模块的三通阀平衡方式分户式热力模块的三通阀平衡方式 示意图 12 表明了热力 模块的大致工作方式： 用户房间内的温控器 感应温度低于设定温度 时，三通阀通向用户端 打开；相反，三通阀旁 通打开，热水回到集中 供暖系统。 当三

9、通阀的旁通开启 时，如果旁通管没有进 行流量平衡，三通阀有可能抢走其它热力模块的流量，造成系统流量失调。在比较小型 的系统里这也许不明显，但是在中型以上系统则需要对旁通流量进行平衡，如图 13 所示， 在模块的分支回路上加入手动或者自动流量平衡阀。这样就保证了无论三通阀开启还是关 闭，其流通的流量都是一样的。 在旁通流量得到正确平衡的情况下，运用三通阀平衡的模块式热力中心的特征为定流量型， 因此可以选择定频泵。 定频泵的流量为所有模块流量的总和； 扬程为热源至最远端模块的压 力损失值总和。 23 分户式热力模块的两通阀平衡方式分户式热力模块的两通阀平衡方式 示意图 14 表明了热力模块的大致工

10、作方式： 用户房间内的温控器感应温度低于设定温度时，两通阀打开；相反，两通阀关闭。这类系 统为变流量型。它相对于三通阀的定流量系统有以下两个优点： 图 12 静态平衡阀 动态平衡阀 图 13 8 1， 水泵消耗的功率小。因为两通阀系统中的循环流量低于三通阀系统。 2， 回水温度低。因为当两通阀关闭时水不再流动，而三通阀系统则实现了旁通。 较低的回水温度有利于冷凝式锅炉的使用。 对于换热站则有利于限制最高所需流量因此减 少相应费用。 这类系统最大的缺点是连续变化的流量会引起压差的变化：过大的压差会导致气蚀的产 生，从而影响系统的正常运行。另外还需要注意的是，在大中型的变流量系统内，只靠变频 泵来

11、控制压差远远不够。 两通阀全流量或无流量这种工作状态还可能造成以下系统的异常： 1， 安全控制元件的不断介入安全控制元件的不断介入：比如安全温度开关，燃油/气截止阀等：当系统流量低或 者无流量时，锅炉在燃烧机关闭的情况下仍然有大量的蓄热，因此会造成安全控制元 件不断介入。 2， 水泵停机水泵停机： 在无流量或低流量的情况下， 水泵 （即便是变频泵） 会过热， 为了避免 烧 泵， 水泵内置的温控器会停机几分钟。 这对于在使用中的热力模块， 尤其是热水状态， 会给用户带来极大的不变。 3， 主管冷却主管冷却：由于使用的两通阀开关，没有旁通的流量形成循环，因此会造成主管快速 冷却，对于供暖和生活热水

12、都会产生延迟。 这些问题可以通过使用自力式压差控制器和支路的压差旁通阀来解决，但是前者造价较 高。 运用两通阀平衡的模块式热力中心的特征为变流量型， 因此需要选择变频泵。 变频泵的流 量为所有模块流量的总和；扬程为热源至最远端模块的压力损失值总和。 24 分户式热力模块的两通和三通阀共用平衡方式分户式热力模块的两通和三通阀共用平衡方式 为了避免两通阀用于分户式热力模块平衡的相关缺点， 而同时又吸收其优点。 可以将部分 两通阀替换为三通阀，让后者具备稳定流量的作用。 在小型或者中小型系统中， 使用变频泵能有效地控制压差升高以及保证系统所需要的最低 流量。 为了避免水泵因过热停机， 可以运用部分三

13、通阀取代两通阀， 运用三通阀这部分的流量不 能低于系统总流量的 25%。如图 15 所示： 图 14 9 -4 层以下住宅运用 1 个三通阀； -5-8 层的住宅运用 2 个三通阀。 通过这部分三通阀的运用，系统 能提供足够的流量，解决锅炉燃烧 机停止以后储存热量的升高从而导 致的安全元件的介入。 将带三通阀的热力模块放置在立 管顶端，这样一来立管就不会冷却， 从而保证使用供暖和热水的即时 性。 在条件允许的情况下，最好在每 个热力模块前安装动态流量平衡 阀，这样能保证当所有模块运行时， 所有模块按设计流量运行，不会出 现系统失调。 水泵的选择可遵循两通阀平衡系 统的水泵选型方式。 主管顶端采

14、用三通阀 旁通 主管顶端采用两个三 通阀旁通 图 15 10 25 分户式热力模块的水力分压器平衡方式分户式热力模块的水力分压器平衡方式 图 16 表明了水力分压器运用于热力 模块的工作方式。 水力分压器将一次 和二次系统分隔成独立的系统： 当用 户房间内的温控器感应温度低于设 定温度时，热力模块的循环泵开启。 ? 水力分压器之间的流量平衡水力分压器之间的流量平衡： 在 水力分压器的一次系统端， 为了 避免流量失调和过大流量的浪 费， 最为理想的是在一次系统侧 安装动态流量平衡阀， 平衡每个 水力分压器的一次流量。如图 17 所示 前面所讲到的运用两通或者三通阀平衡的热力模块只是具有热量上的独

15、立性： 也就是说只 局限于控制室内温度和相应散发的热量。 但是它们不具备水力特征上的独立性，因为它们不能避免相互水力的干扰和影响。 而运用水力分压器的热力模块却能做到热量和水力两者的独立性。 特别是水力上的独立性， 使得这种运用方式能为系统提供良好的解决方案。 每一个热力模 块的独立性为系统提供了以下优点： ? 自如地在末端运用恒温阀， 而不用担心系统的不平衡。 只需要在模块内使用变频泵即 可； ? 能够实现用户多种供暖的形式并存：比如散热器、风机盘管、辐射地板采暖； ? 便于系统的维修、更换、增减热力模块。因为用户之间的水力独立性这一特征，所以 对已建系统的改造上提供了可能性。 所有这些优点

16、使水力分压器的平衡方式成为新建和已建系统的最佳选择。 其优越的独立性 为设计提供了很大的便利，尤其是针对大中型系统。 实际上只需要通过动态流量平衡阀将稳定的流量供给水力分压器， 然后再根据用户的需求 自由地设计二次系统就可以。 ? 一次系统的水泵选型：可以选择定频泵，流量为所有水力分压器的一次流量总和，扬图 16 图 16 静态平衡阀 动态平衡阀 图 17 静态平衡阀 动态平衡阀 11 程为热源至最不利的水力分压器的压降总和。 ? 二次系统的水泵选型：可以选择变频泵，流量为所有散热末端的流量总和，扬程为水 力分压器至最不利的末端的压降总和。 3分户式热力模块 图 18 使用水力分压器平衡方式的 分户式热力模块运用图示 12 目前的分户式热力模块主要分为以下三种： 1， 供暖型； 2， 供暖及储热式生活热水型； 3， 供暖及即热式生活热水型。 31 供暖型分户式热力模块供暖型分户式热力模块 对于单供暖型的热力模块，冷热水均采用直接接入的方式，如图 19