【知识】壁挂炉应用十三篇之二——混水罐与壁挂炉

 近几年，混水罐（也称：耦合罐或去耦罐）一词在介绍地板采暖工程的文章中多有出现，互联网上介绍混水罐的内容更是令人目不暇接。混水罐，是用在热源为集中供暖，末端为地板采暖的工程中。后来，混水罐逐渐进入“壁挂炉+地板采暖”工程中。壁挂炉采暖使用混水罐，在南方江、浙、沪的采暖工程中多有使用，南方做地板采暖的商户都在积极推广，似乎混水罐是壁挂炉应用的标配。“壁挂炉+地板采暖”是否需要混水罐？本文以公正、客观的态度，以详实的数据加以论证，以科学的道理加以阐述，希望能给广大用户明确判断提供佐证。

一 混水罐的由来

在循环热水供暖系统中，具有热源、管路和散热末端三部分。为了快速、均衡供暖，减少管路安装的复杂性，强制热水循环的水泵也是必不可少的一部分。也就是说，在一般循环热水供暖系统中，具有热源、循环泵、管路和散热末端。当热源水温、循环泵流量扬程、管路阻力、散热末端对供暖水温和流量要求四个参数不匹配时，就需要热交换器或者混水罐加入到采暖系统当中了（热交换器一般用于大面积集中供暖系统，安置在锅炉房或者换热站，本文不做讨论）。当热源水温高于散热末端对供暖水温度的要求时，可以通过加大混水罐散热末端侧的循环水流量进行混水调节，降低系统供暖水温度；当与热源直接连接的热水循环泵不能满足散热末端的供暖水流量要求时，可以通过混水罐采暖末端侧的循环泵得到改良，增加散热末端的供暖水流量。当热源水温、系统流量满足散热末端的要求时，采暖系统中就没有必要增加混水罐。当系统不能满足散热末端的供暖水流量要求时，可以在供暖管路上串接水泵，提高系统工作流量。但是串接水泵不能调整进入采暖末端供暖水的温度，同时会与系统中原有热水循环泵交互影响，不利于系统设备运行。

混水罐的作用就是对采暖系统高温供水和低温回水进行混合，满足散热末端运行的需要；同时可以在散热末端侧独立加装热水循环泵，增大散热末端供暖水流量，满足散热末端的热输入要求。

二 混水罐的工作原理

在循环热水供暖系统中使用混水罐，一定是在混水罐前和混水罐后都有循环泵，形成供暖管路系统的一次循环（热源侧循环）和二次循环（散热末端侧循环）。

 从“图二混水罐工作原理示意图”中我们可以看出，状态1时，一次循环流量=二次循环流量，混水流量发生完全耦合，混水罐起不到调节供暖水温作用，但是能把热源热量全部输送到散热末端侧。状态2时，一次循环流量>二次循环流量，混水流量发生部分耦合，混水罐起不到调节供暖水温作用，也不能把热源热量全部输送到散热末端侧。状态3时，一次循环流量<二次循环流量，混水流量不耦合，混水罐能起到调节供暖水温作用，同时通过二次循环泵也能把热源热量全部输送到散热末端侧（所以混水罐也称为耦合罐或去耦罐）。

在使用混水罐的供暖系统中，一般情况下，一次循环流量基本是稳定的，但是由于采用分户热计量或者房间温度智能控制系统，二次循环流量是变化的。所以状态1、状态2、状态3的工况都有可能发生，这取决于二次侧循环泵的配置。集中供暖+地板采暖模式时，一次侧（热源侧）水温高于二次侧（散热末端侧）要求水温，要保证二次侧供暖状态下最低水流量高于一次侧水流量，即保证系统始终运行在状态3情况下。
混水罐能够保证两个不同流量系统同时存在，可以分别满足混水罐两侧系统的运行参数。

三 混水罐、串接水泵之于壁挂炉

1、燃气壁挂炉内置水泵独立供暖、串接水泵供暖和安装混水罐+二次循环泵的判断

按照热平衡机理，散热末端散热效果的好坏只和满足散热末端对供暖水的温度和流量（也是流速的反映）的需求程度有关。倒推过来，壁挂炉采暖首先要求壁挂炉的额定热输出功率要满足采暖热负荷的需求，其次要求把壁挂炉产生的额定热量有效传递到散热末端。如果壁挂炉的额定热输出功率没有满足采暖热负荷需求，说明壁挂炉选型偏小，需要加大选型，这种情况不在本文讨论范围内。在实际采暖工程中，为了减少长时间停机后再次开机的房间温度达标时间，选定的壁挂炉额定热输出功率往往大大高于房间采暖热负荷，所以壁挂炉的实际热输出功率未必就需要或者能够达到壁挂炉的额定热输出功率。壁挂炉实际热输出功率与热媒水的出回水温差和流量有关，受这两个因素影响，实际热输出功率有可能低于额定热输出功率，但并不一定会影响采暖效果。当壁挂炉因为系统阻力过大造成实际热输出功率低于房间热负荷要求（即散热末端额定热输入功率）时，一定会发生供暖不达标。另一种情况，虽然壁挂炉实际热输出功率满足房间热负荷要求，但是因为壁挂炉和散热末端对热媒水温度及出回水温差的不对等，为了系统的性，仍然不是最佳供暖方案。

燃气壁挂炉实际热输出功率计算公式：

Q_热=λ×G_热⊿T_热               ①

式中Q热——壁挂炉实际热输出功率

λ——水的比热，1cal/g•℃

G_热——壁挂炉热水流量

⊿T_热——壁挂炉出回水温差

散热末端额定热输入功率计算公式：

Q_末=λ×G_末⊿T_末             ②

式中Q_末——壁挂炉实际热输出功率

λ——水的比热，1cal/g•℃

G_末——壁挂炉热水流量

⊿T_末——壁挂炉出回水温差

采暖系统中，燃气壁挂炉实际热输出功率Q热与散热末端额定热输入功率Q末之间的关系，会出现以下三种情况：

1）壁挂炉实际热输出=散热末端额定热输入

在采暖系统中，壁挂炉的出水温度、出回水温差和流量满足散热末端的额定进水温度、进出水温差和流量，采暖系统能够正常工作，在供暖管路上就不需要增加任何设备。此时无需串接水泵或者安装混水罐+二次循环泵。

2）受系统采暖水流量影响，壁挂炉实际热输出 ＜散热末端额定热输入

如果采暖系统水阻大，就会导致壁挂炉内置水泵流量降低，从而降低壁挂炉的实际热输出，达不到额定热输出标准，不能满足采暖热负荷需要。此时可在系统串接水泵，增大系统采暖水流量，满足壁挂炉额定热输出要求；或者安装混水罐，把采暖系统水阻力分为两部分，使壁挂炉不再承担管路和散热末端水阻，使一次测的热水循环量加大，满足壁挂炉额定热输出要求。管路和散热末端的水阻由二次侧循环水泵承担，满足散热末端对采暖水流量的要求。

3）壁挂炉和散热末端出回水温差不一致影响，壁挂炉实际热输出＜散热末端额定热输入

当散热末端要求的进出水温差比较小时（散热末端的配置方式不同，对进出水温度与温差的要求也不同），如果壁挂炉出回水温差与之一致，由于壁挂炉内置循环泵流量的限制，就会造成壁挂炉不能满负荷工作，壁挂炉的实际热输出就不能满足采暖热负荷的需要。因此为了增加壁挂炉的实际热输出就提高壁挂炉的出回水温差，也就是要提高壁挂炉出水温度。这样壁挂炉的出水温度就会高于采暖末端要求的进水温度，所以通过系统串接水泵不能满足采暖工况要求，而是需要安装混水罐和二次侧循环水泵，并且二次侧循环泵的工作流量要大于壁挂炉内置循环泵的工作流量，这样在混水罐混合了部分回水后，二次侧的循环水温得到降低直至满足散热末端的要求，实现正常供暖。

2、数据计算

        图三 格兰富UPS15-60水泵性能曲线（上）
               和威乐NFSL12/4.1水泵性能曲线（下）

燃气壁挂炉内置水泵选型的设计思路是：用壁挂炉采暖，其内置水泵的性能曲线上流量与扬程是一一对应关系（参见图三），通过计算供暖系统的最不利管路上的散热器、阀门、管路及壁挂炉等的水阻力值并累加起来并加10%左右的富裕量，此值可作为确定水泵扬程值H，然后在水泵性能曲线上查得此扬程H所对应的流量值G，流量值G小于额定供暖热水流量（⊿T=25K）即可满足要求。其中壁挂炉主机水阻小于1mH2O。如果管路的阻力超过下表中的水泵扬程值，则水泵工况点将会沿着水泵性能曲线向左偏移，从而会减少水流量，此时供暖系统的热负荷、散热末端、房间温度等参数就不能达到设计要求。

壁挂炉内置泵选用威乐NFSL12/4.1水泵（篇幅原因，只对此泵做探讨），采暖方式为地板采暖，地暖管管径为20/16mm。按照《地面辐射供暖技术规程》规定，地暖盘管长度单回路不能超过120m，设计流速0.25～0.6m/s，单回路系统阻力不超过30kPa（即约3mH2O）。壁挂炉主机水阻小于1mH2O,加上主管路、分水器、各管件的水阻。所以采暖系统总的水阻略高于4mH2O。查表三可知在此扬程下，壁挂炉内置循环泵的流量约为14L/min。

房间采暖热负荷Q末=q×S

壁挂炉热输出Q热=G×⊿T×60÷0.86

q——单位面积热负荷，取80W/㎡

S——取暖面积，单位㎡

G——流量，取14L/min

⊿T——进出水温差，单位K

达到正常采暖，需要壁挂炉热输出Q热=房间采暖热负荷Q末

即：G×⊿T×60÷0.86=q×S

由此得出：S=（G×⊿T×60÷0.86）÷q

代入以上数据，可得出：

当⊿T=10K时，S=122㎡（威乐NFSL12/4.1水泵，进出水温差为10℃，适合地暖面积122㎡）；

当⊿T=15K时，S=183㎡（威乐NFSL12/4.1水泵，进出水温差为15℃，适合地暖面积183㎡）；

3、混水罐的其它作用

燃气壁挂炉内都应设计压差旁通管路，这是为了防止采暖末端管路全部关闭时，系统采暖水突然不能流动，会造成壁挂炉主热交换器瞬间温度提高，发生过热保护报警。

南方地板采暖系统中，多使用房间智能控制系统，在房间达到设定温度或者房间不供暖时，智能控制系统会关小或者关闭集分水器上的阀门。如果燃气壁挂炉内没有压差旁通管路，或者压差旁通管路不合理，此时极易发生壁挂炉过热保护报警。那么，在采暖系统中安装有混水罐，这个混水罐就能起到压差旁通的作用，弥补了壁挂炉性能的不足，避免壁挂炉发生过热保护报警。

四 混水罐二次循环泵的选型

循环泵扬程的确定：以二次循环管路系统阻力确定水泵扬程，水泵扬程=1.2倍系统阻力。该系统阻力包括主管道阻力、局部阻力（分水器阻力）、散热末端阻力。其中散热末端阻力要取一个最不利的环路（一般是管道最长的回路）计算。

循环泵流量的确定：水泵流量=1.2倍各回路流量之和。各回路流量=各回路采暖热负荷/进出水温差（暖气片⊿T=25K，地暖⊿T=10K）。

有了循环泵的扬程和流量数据后，再确定循环水泵电机功率及型号。如与循环水泵参数有差异，即向上圆整数据，确定循环水泵电机功率及型号。

五 结论

1、燃气壁挂炉应用于地板采暖，是否一定在系统上加装混水罐不能一概而论。当内置循环水泵为威乐NFSL12/4.1水泵，①壁挂炉出回水温差10℃，采暖方式为地板采暖，地暖管管径为20/16mm，采暖面积120m²以内（单位面积热负荷为80W/m²），系统可以不加混水罐。②壁挂炉出回水温差15℃，采暖方式为地板采暖，地暖管管径为20/16mm，采暖面积183m2以内（单位面积热负荷为80W/m²），系统可以不加混水罐。在此条件下，系统加装混水罐，对系统运行也会有一定好处，但是似有过度配置之嫌。

2、壁挂炉采暖系统增加混水罐可以提高壁挂炉的热输出功率。南方采用地板采暖供暖，地暖管管径采用16/12mm时，管网阻力会增大，降低了壁挂炉热输出功率，所以南方的地板采暖工程多在系统上加装混水罐。

3、燃气壁挂炉采暖系统使用混水罐，可以避免壁挂炉压差旁通功能的不足。

4、大面积采暖使用多台壁挂炉并联安装方式供暖，由于采暖水管路增长，系统沿程阻力增加，以及采暖水循环量的需求增加，所以在系统上需要加装混水罐。