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摘 要:通过本文主要针对目前常见的两种换热站混水供暖系统---散热器采暖系统和地板采暖系统---进行分析，然后通过比较和自身的分析得出了一向比较优化的设计，该设计既节能又有利于节约利润，该方案主要是根据换热站的一些系数和负荷关系来进行计算确定的，因此，具备一定的科学性和借鉴性。
关键词:换热站,混水,地板采暖,散热器,供暖系统
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
我们都知道，当今生活中采暖设备已经成为家家户户必不可少的一部分了，而在采暖系统中最为主要的区域取暖中换热站则成为主要的采暖设备，因此，对于换热站的设计理应引起人们的高度关注，尤其是对于换热站混水供暖系统的设计更应该针对目前的一些缺陷进行一定程度的优化。
1换热站及其传统设计方法
换热站的设计在整个的采暖过程中占据着很重要的位置，而针对于每个换热站来说最为核心的部分就要数循环水泵的设计了，因此我们设计的主要对象也就是循环水泵了。循环水泵中存在的对于使用效能影响最大的作用力就是谁在运动中产生的阻力了，这里所说的阻力主要存在三方面的主要内容，根据水循环的位置的不同可以分为用户内、室外管内和换热站内部三种类型。而在这三种阻力当中影响最大的就是换热站内的水阻力了，几乎占到了所有阻力的百分之五十，看见换热站设计的重要性。另外，当前随着人们建筑设计水平的提高，地板辐射采暖也成为了一项主要的采暖方式，这种方式和散热器采暖系统共同组成了当前用户采暖的主要方式，因此，如何把两者有机的结合起来，使得他们各自发挥自身的最大作用，相互配合达到最优的地步就是我们研究的重点问题了。
既然我们知道了我们今后研究的重点，那么具体如何来进行操作和设计呢？就目前我国常用的方法来看，在换热站内部这两种采暖系统还都是相互独立的，它们的热源是两套互不相干的换热设备。而这两种途径在运行中的具体参数又大不相同，就拿换热器的一次侧与二次侧的流量比来说，我们都知道这里的流量比和供回水的温差之比是一样的（因为水的比热是比较稳定的，一般在0e~150e之间是不变的），也就是说地板采暖系统的这种流量比会达到0.2，甚至是0.25，这样的话二次侧的阻力就会很大，与之相对的一次侧就比较小了。针对这种现象我们的优化措施主要就是采取旁通管的方式，使得回流的水并非全部进行二次侧换热，从而就能减少水流中的阻力，达到优化设计的目的。同样的道理，散热器采暖系统遇到类似的问题时也可以采取类似的措施来进行优化处理，最终使得两种方法的优化达到最佳状态。
2 优化的设计方法
由于散热器采暖系统的回水温度高于地板采暖系统的供水温度,因此可以用散熱器采暖系统的回水与地板采暖系统的部分回水按比例混合得到适合地板采暖的供水温度,地板采暖系统的负荷由散热器采暖系统的回水提供。较传统的设计方法而言,由于地板采暖系统不用经过换热,因此可以降低地暖循环泵的扬程。设地板采暖系统的负荷、流量、供水温度、回水温度分别为Q1,G1,t1,t2,散热器采暖系统负荷、流量、供水温度、回水温度分别为Q2,G2,t4,t3。满足地暖系统负荷要求的散热器采暖系统的回水流量为:
△G=Q1/C（t3—t2） （1）
根据散热器采暖系统流量G2与△G的关系,确定系统连接的方式。
2.1 G2=△G时的连接方式
当G2=△G时,全部散热器采暖系统回水进入地暖系统,连接方式如图1所示。此种连接定压点宜设在a点。
图1 当G2=△G时连接示意图
不考虑水的比热变化,G2=△G可以表示为:
Q2/Q1=（t4-t3）/（t3-t2） （2）
由式2可知,Q1与Q2在任何比例条件下均可以调节t3,使得G2=△G。t3的大小影响散热器采暖系统的循环流量。由于t3是以与t4的平均温差的形式影响用户散热器散热效果的,在温度偏差+1摄氏度内影响不大。但是,t3偏差+1摄氏度,Q1与Q2的比值变化范围却有约20%。这样,允许t3偏差+1摄氏度,扩大了如图1所示连接方式的使用范围。
2.2 G2<△G时的连接方式
G2<△G表示,即使全部散热器采暖系统回水与地暖系统的部分回水混合,也不能得到地暖系统所需要的供水温度为t1、流量等于G1的热水。如果按照2.1的方法,调整t3的温度仍不能满足要求,则必须往地暖系统中混合一部分换热器出口温度为t4的热水,以满足采暖系统负荷要求,系统连接形式如图2所示。
补充热量大小为:△Q=Q1-G2*C(t3-t2)（3）
流量为:△G`=△Q/C(t4-t2)（4）
地暖系统补热的位置根据补热流量的大小及补热点压力与换热器出口压力的大小关系决定,如图2中虚线所示,有两种补热方法。虚线Ⅰ所示方法在地暖循环泵后补热。虚线Ⅱ所示方
法在地暖系统循环泵前补热。方法Ⅰ较方法Ⅱ节能,但当压力差为负时必须加补热泵。所以,在压力差为负且补热流量不是太大时,可以采用方法Ⅱ补热,以节约初投资。当压差为正和补热量比较大时,宜采用方法Ⅰ补热。
图2当G2<△G时连接示意图
采用散热器采暖系统回水作为地暖系统供水以后,换热器二次侧的进口温度由原来的散热器采暖系统回水温度t3变为地暖系统回水温度t2。二次侧的温差变大,与一次侧进出口温差接近,因此可以采用等截面的换热器。换热器的负荷为两系统的负荷总和。采用方法Ⅰ补热后,地暖系统循环泵7的流量为: G7=G1-△G１。
由于地暖系统循环泵只须提供外网的循环动力,与传统设计方法相比,减少了站内的阻力损失,因此其扬程可降低。散热器采暖系统循环泵8的流量为: G8=G2+△G。
循环泵扬程不变。
2.3 G2>△G时的连接方式
当G2>△G时,如按2.1所示方法,调节t3温度以后,仍然不能满足要求,则散热器采暖系统流量不能全部进入地暖系统。系统连接方式如图3所示。图3与图1相比,增加了阀门A所在管段,通过此管段将比地暖系统需求流量多的部分与地暖系统部分回水混合。因此两循环泵的流量与传统设计方法的循环泵流量相同。而地暖系统循环泵的扬程降低,降低的量为换热器的阻力损失。散热器采暖系统循环泵扬程不变。同时,地暖系统与散热器采暖系统回水混合,降低了进入换热器的温度。由于换热器二次侧温差增大,因此换热器的换热面积增大。通过分流管5与11的流量等于△G。换热器二次侧的入口温度为:
t=[(G2-△G)t3+△Gt2]/G2 （5）
知道各分支的流量及温度以后即可以对设备进行选型计算。当散热器系统流量远大于地暖系统所需的流量时,系统形式可以进一步简化为图4所示形式。图4与图3相比,去掉了图3中散热器采暖系统回水分流管11。且地暖系统回水3与散热器采暖系统回水2同时汇集到集水器9,这样更有利于系统的压力稳定。
图４当G2＞△G时连接示意图
假设集水器中水混合后温度均匀,水的热物性为常数。对集水器9列平衡方程:
(G2+G1-G5)*t9=G1*t3+(G2-G5)*t2（6）
其中,G5为旁通管5的流量;t9为集水器的温度。对地暖系统混合点列平衡方程:
GA*t9+G5*t2=G1*t1（7）
其中,GA为流过点A的流量。
根据方程可以解得旁通管的流量G5与集水器温度t9。根据这两个参数即可以计算出换热器换热面积及各管段管径。显然,增大旁通管5的流量后,混合点后B的温度降低。当旁通阀门开到最大,而地暖系统回水进入集水器的阀门全关后,B的温度达到最低,等于t2。相反,旁通阀全关时,混合点后B的温度达到最大,等于t9。混合点的温度与旁通阀门开度的关系可以通过式(6)将t9代入式(7)后,令t1对G5求导即可得到。旁通阀用来调节混合点后的温度,因此在旁通管调节阀前后必须安装压力表,在混水点B以后约10倍管径远距离处安装温度计。要安装距离是为了混合后使温度达到均匀,提高测量的准确性。
3 结语
在有两种供热参数的热力站中,如定压相同,应当优先考虑混水系统,以降低工程造价,节约能源,降低运行费用。系统连接形式的选择根据两个判别式,式(1)和式(9)确定。文中提供的换热站设计方案,可为类似的换热站设计提供参考。
参考文献:
[1]李 晖,程宏业.住宅供暖系统的室温控制和热计量技术[J].山西建筑,2005,31(9):138-140.
关键词:换热站,混水,地板采暖,散热器,供暖系统
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
我们都知道，当今生活中采暖设备已经成为家家户户必不可少的一部分了，而在采暖系统中最为主要的区域取暖中换热站则成为主要的采暖设备，因此，对于换热站的设计理应引起人们的高度关注，尤其是对于换热站混水供暖系统的设计更应该针对目前的一些缺陷进行一定程度的优化。
1换热站及其传统设计方法
换热站的设计在整个的采暖过程中占据着很重要的位置，而针对于每个换热站来说最为核心的部分就要数循环水泵的设计了，因此我们设计的主要对象也就是循环水泵了。循环水泵中存在的对于使用效能影响最大的作用力就是谁在运动中产生的阻力了，这里所说的阻力主要存在三方面的主要内容，根据水循环的位置的不同可以分为用户内、室外管内和换热站内部三种类型。而在这三种阻力当中影响最大的就是换热站内的水阻力了，几乎占到了所有阻力的百分之五十，看见换热站设计的重要性。另外，当前随着人们建筑设计水平的提高，地板辐射采暖也成为了一项主要的采暖方式，这种方式和散热器采暖系统共同组成了当前用户采暖的主要方式，因此，如何把两者有机的结合起来，使得他们各自发挥自身的最大作用，相互配合达到最优的地步就是我们研究的重点问题了。
既然我们知道了我们今后研究的重点，那么具体如何来进行操作和设计呢？就目前我国常用的方法来看，在换热站内部这两种采暖系统还都是相互独立的，它们的热源是两套互不相干的换热设备。而这两种途径在运行中的具体参数又大不相同，就拿换热器的一次侧与二次侧的流量比来说，我们都知道这里的流量比和供回水的温差之比是一样的（因为水的比热是比较稳定的，一般在0e~150e之间是不变的），也就是说地板采暖系统的这种流量比会达到0.2，甚至是0.25，这样的话二次侧的阻力就会很大，与之相对的一次侧就比较小了。针对这种现象我们的优化措施主要就是采取旁通管的方式，使得回流的水并非全部进行二次侧换热，从而就能减少水流中的阻力，达到优化设计的目的。同样的道理，散热器采暖系统遇到类似的问题时也可以采取类似的措施来进行优化处理，最终使得两种方法的优化达到最佳状态。
2 优化的设计方法
由于散热器采暖系统的回水温度高于地板采暖系统的供水温度,因此可以用散熱器采暖系统的回水与地板采暖系统的部分回水按比例混合得到适合地板采暖的供水温度,地板采暖系统的负荷由散热器采暖系统的回水提供。较传统的设计方法而言,由于地板采暖系统不用经过换热,因此可以降低地暖循环泵的扬程。设地板采暖系统的负荷、流量、供水温度、回水温度分别为Q1,G1,t1,t2,散热器采暖系统负荷、流量、供水温度、回水温度分别为Q2,G2,t4,t3。满足地暖系统负荷要求的散热器采暖系统的回水流量为:
△G=Q1/C（t3—t2） （1）
根据散热器采暖系统流量G2与△G的关系,确定系统连接的方式。
2.1 G2=△G时的连接方式
当G2=△G时,全部散热器采暖系统回水进入地暖系统,连接方式如图1所示。此种连接定压点宜设在a点。
图1 当G2=△G时连接示意图
不考虑水的比热变化,G2=△G可以表示为:
Q2/Q1=（t4-t3）/（t3-t2） （2）
由式2可知,Q1与Q2在任何比例条件下均可以调节t3,使得G2=△G。t3的大小影响散热器采暖系统的循环流量。由于t3是以与t4的平均温差的形式影响用户散热器散热效果的,在温度偏差+1摄氏度内影响不大。但是,t3偏差+1摄氏度,Q1与Q2的比值变化范围却有约20%。这样,允许t3偏差+1摄氏度,扩大了如图1所示连接方式的使用范围。
2.2 G2<△G时的连接方式
G2<△G表示,即使全部散热器采暖系统回水与地暖系统的部分回水混合,也不能得到地暖系统所需要的供水温度为t1、流量等于G1的热水。如果按照2.1的方法,调整t3的温度仍不能满足要求,则必须往地暖系统中混合一部分换热器出口温度为t4的热水,以满足采暖系统负荷要求,系统连接形式如图2所示。
补充热量大小为:△Q=Q1-G2*C(t3-t2)（3）
流量为:△G`=△Q/C(t4-t2)（4）
地暖系统补热的位置根据补热流量的大小及补热点压力与换热器出口压力的大小关系决定,如图2中虚线所示,有两种补热方法。虚线Ⅰ所示方法在地暖循环泵后补热。虚线Ⅱ所示方
法在地暖系统循环泵前补热。方法Ⅰ较方法Ⅱ节能,但当压力差为负时必须加补热泵。所以,在压力差为负且补热流量不是太大时,可以采用方法Ⅱ补热,以节约初投资。当压差为正和补热量比较大时,宜采用方法Ⅰ补热。
图2当G2<△G时连接示意图
采用散热器采暖系统回水作为地暖系统供水以后,换热器二次侧的进口温度由原来的散热器采暖系统回水温度t3变为地暖系统回水温度t2。二次侧的温差变大,与一次侧进出口温差接近,因此可以采用等截面的换热器。换热器的负荷为两系统的负荷总和。采用方法Ⅰ补热后,地暖系统循环泵7的流量为: G7=G1-△G１。
由于地暖系统循环泵只须提供外网的循环动力,与传统设计方法相比,减少了站内的阻力损失,因此其扬程可降低。散热器采暖系统循环泵8的流量为: G8=G2+△G。
循环泵扬程不变。
2.3 G2>△G时的连接方式
当G2>△G时,如按2.1所示方法,调节t3温度以后,仍然不能满足要求,则散热器采暖系统流量不能全部进入地暖系统。系统连接方式如图3所示。图3与图1相比,增加了阀门A所在管段,通过此管段将比地暖系统需求流量多的部分与地暖系统部分回水混合。因此两循环泵的流量与传统设计方法的循环泵流量相同。而地暖系统循环泵的扬程降低,降低的量为换热器的阻力损失。散热器采暖系统循环泵扬程不变。同时,地暖系统与散热器采暖系统回水混合,降低了进入换热器的温度。由于换热器二次侧温差增大,因此换热器的换热面积增大。通过分流管5与11的流量等于△G。换热器二次侧的入口温度为:
t=[(G2-△G)t3+△Gt2]/G2 （5）
知道各分支的流量及温度以后即可以对设备进行选型计算。当散热器系统流量远大于地暖系统所需的流量时,系统形式可以进一步简化为图4所示形式。图4与图3相比,去掉了图3中散热器采暖系统回水分流管11。且地暖系统回水3与散热器采暖系统回水2同时汇集到集水器9,这样更有利于系统的压力稳定。
图４当G2＞△G时连接示意图
假设集水器中水混合后温度均匀,水的热物性为常数。对集水器9列平衡方程:
(G2+G1-G5)*t9=G1*t3+(G2-G5)*t2（6）
其中,G5为旁通管5的流量;t9为集水器的温度。对地暖系统混合点列平衡方程:
GA*t9+G5*t2=G1*t1（7）
其中,GA为流过点A的流量。
根据方程可以解得旁通管的流量G5与集水器温度t9。根据这两个参数即可以计算出换热器换热面积及各管段管径。显然,增大旁通管5的流量后,混合点后B的温度降低。当旁通阀门开到最大,而地暖系统回水进入集水器的阀门全关后,B的温度达到最低,等于t2。相反,旁通阀全关时,混合点后B的温度达到最大,等于t9。混合点的温度与旁通阀门开度的关系可以通过式(6)将t9代入式(7)后,令t1对G5求导即可得到。旁通阀用来调节混合点后的温度,因此在旁通管调节阀前后必须安装压力表,在混水点B以后约10倍管径远距离处安装温度计。要安装距离是为了混合后使温度达到均匀,提高测量的准确性。
3 结语
在有两种供热参数的热力站中,如定压相同,应当优先考虑混水系统,以降低工程造价,节约能源,降低运行费用。系统连接形式的选择根据两个判别式,式(1)和式(9)确定。文中提供的换热站设计方案,可为类似的换热站设计提供参考。
参考文献:
[1]李 晖,程宏业.住宅供暖系统的室温控制和热计量技术[J].山西建筑,2005,31(9):138-140.