小型混水装置在别墅系统中的应用分析—九菲暖通

 摘 要：在别墅地暖系统中，在采暖末端分区设置多个小型混水装置，有助于减少干管流量和阻力，每个区域拥有独立的温控和循环泵，可以更加灵活的进行分区控制，以达到节能减排的目的。

关键词：壁挂炉;恒温混水阀;定点补偿式恒温混水系统;水力分压集分水器;

前言

在分户独立式采暖系统中，采用优良的调控技术将有效的提高室内舒适度，并同时达到节约能源，降低温室气体排放的效果。

供热功率的计算公式为：

   Q=mc△T               （1）

式中：Q——供热功率，kcal/h

  m——质量流量，kg/h

 c——比热容，kcal/（kg•k）

△T——供回水温差，k

公式（1）表明系统的供热功率Q可以通过调节流量m、改变供回水温差△T、改变系统传输介质（改变比热容c）来进行调整。

上述三种方式，增大流量需要消耗更多的水泵电能，增大温差受到热源设备的限制，改变传输介质（增大比热容），水已经是常见传输介质中，比热容大的。

因此，出于节能减排的目的，供暖输配管线的设计原则是小流量大温差。也就是说，在热源设备允许的前提下，增大供回水的温差，减小系统中的水流量。

1 壁挂炉地暖系统的直联调控方式

某品牌壁挂炉有效扬程曲线图见图1。

壁挂炉与地暖直联时，系统循环的动力由壁挂炉内置泵提供，家用地暖系统的循环阻力一般控制在25kPa以下，此时壁挂炉提供的流量约为700L/h。

按地暖系统额定的供回水温差10℃计算，系统的输送功率仅为7000kcal/h，也就是说，供回水温差保持10℃时，壁挂炉的实际输出功率只有7000kcal/h，按热负荷100kcal/（h•m²），实际采暖面积约70m²。

按地暖系统额定的供回水温差10℃计算，系统的输送功率仅为7000 kcal/h，也就是说，供回水温差保持10℃时，壁挂炉的实际输出功率只有7000kcal/h，按热负荷100kcal/（h•m²），实际采暖面积约70m²。

这也就意味着，如果采暖面积较大，直联方式下，供回水温差必然加大。此时，为了保证末端的供热效果，需要调高壁挂炉的出水温度，这就会引发一些系统问题：

● 地面温度不均衡，局部过热，面层材料易受损；

● 地暖管道内的水温过高，降低了管道的使用寿命；

● 回水温度过低，壁挂炉排烟温度降低，可能产生冷凝水腐蚀。

图2为壁挂炉直联地暖系统示意图：

目前，大部分的壁挂炉采用非变频泵作为壁挂炉的内置泵，对于没有分室温控的地暖系统来说，这是一种恒定流量的质调节系统，只能通过改变壁挂炉的出水温度来改变供热系统的输送功率。

安装分室温控以后，采暖系统变成了变流量系统，一部分采暖区域的关闭，会降低系统流量，降低系统的供热功率，对于未关闭的采暖区域，流量增加，温差降低。

总的来说，普通壁挂炉与地暖系统直联只适用于小面积地暖。也有厂家专门开发增大水泵的地暖型壁挂炉，但是增大的水泵会引发新的问题：

● 噪音增加，包括水泵本身的噪音和管内流速增加引起的噪音；

● 分室温控改变系统流量时，旁通管和支管阀门的振动声；

● 输配管道的管径较大，成本高，安装较为困难。

2 壁挂炉地暖系统的混水调节方式

地暖系统的混水调节装置主要由循环泵、混水阀、控制系统组成。安装混水装置以后，壁挂炉与混水装置之间的输配管路系统可以使用较小的管径，运行在小流量大温差状态，与壁挂炉的设计工况相符。

1、混水控制方式一（机械式恒温混水阀+循环泵），见图3。

机械式恒温混水阀，在混合出水端内有一个热敏元件，它根据设定的温度自动调节一次高温水和地板采暖回水的混水比例。

可选配水力分压组件，它可以将一次高温系统与地板采暖系统通过水力分压的方式实现相对独立的运行，内置压差旁通，保证一次高温系统有足够的压差。

室温温控器和温控器保证室温或地暖供水温度过高时，停止水泵运行，节约能源，延长地暖管道寿命。

2、混水控制方式二（三点式电动恒温阀+循环泵），见图4。

3 混水调节方式方案举例

项目基本情况：三层独栋别墅，建筑面积约380㎡，采暖面积约240㎡。采暖系统原理图见图5。

该系统采用一台输入功率37kW壁挂炉作为热源设备，每层楼分别设置一组定点补偿式恒温混水系统，热源设备与混水系统之间安装一台水力分压集分水器。

水力分压集分水器将整个采暖系统分割为一次二次系统。它同时起到水力分压器和干管分集水器的作用。

1、技术参数

各条支路的流量和温度参见图6：

● 供热系统共有3条支线，每条支线供热功率8000 kcal/h。

● 分集水器和地暖盘管的水头损失为25kPa，流量800L/h，供回水温度50/40℃，供热功率8000kcal/h。

● 每个混水装置与水力分压分集水器之间，流量200L/h，供回水温度80/40℃，按照经济比摩阻小于200Pa/m的原则，选用De20*2.0作为连接管道，管长30m时，管道水头损失约为3kPa。

● DN25三点式电动恒温阀的Kv值约为6.9m3/h，流量800L/h情况下，水头损失约为1.3kPa。

● 供热系统二次侧每条支线的总扬程为29.3kPa，流量800L/h。

● 壁挂炉与水力分压分集水器之间水头损失约为5kPa，流量900L/h，壁挂炉供回水温度80/53.3℃，供热功率约为24000kcal/h。

2、控制方式

每台混水装置安装有定点温度补偿型温控系统。供水温度由两个因素决定：温度调节器上设定的供水温度、实测的供回水温差。当温差较小时（比如有其它室内或室外热源），供水温度则低于设定温度；反之，当温差较大时（比如初供暖阶段），供水温度则高于设定温度。这种控制温差的方式能更加准确地接近系统所需的热负荷。

每台混水装置单独安装室温控制装置和室外温度补偿，可以单独起停。

3、经济性分析
每个支路分别设置混水装置，与安装一台大的混水泵站相比较，设备初投资稍贵。但是，由于支管线路运行在小流量大温差状态，可以使用更细的管道，管道安装费用降低，安装难度降低，运行费用方面，由于不同支路有单独的水温室温控制，使用更灵活，水泵的电耗大大降低，壁挂炉的燃气消耗量降低。