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关于混水装置与热源系统匹配问题的探讨

发布日期:2017-08-02   浏览次数:1342

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关于混水装置与热源系统匹配问题的探讨
作者:曼瑞德集团有限公司 ​ 郑巧 余进东
   
 
    

关于地暖混水降温装置的作用

我们平常说的地暖是“低温热水地面辐射供暖系统”的简称,与传统的散热器采暖方式相比具有舒适、节能、健康的特点。地暖对水温有比较严格的要求:地面采用瓷砖、大理石的系统,热水最高温度不能高于60℃;采用复合木地板的地暖系统一般要求水温在45℃以下;实木地板要求水温不高于35℃。在《地面辐射供暖技术规程》(JGJ142-2012)中也有对地暖水温的明确规定:

第3.1.1条 低温热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定。民用建筑供水温度宜采用35~50℃,不应超过60℃,供、回水温差宜小于或等于10℃。

第3.1.3条 采用低温热水地面辐射供暖方式时,地面的表面平均温度应符合表3.1.3的规定。

表3.1.2 地面的表面平均温度(℃)

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高温水直接用于地暖会引起房间温度过高、能耗过大;地暖管长期工作在高温下,寿命会降低或引起地板拱起、开裂等问题;地暖符合传统中医理论“温足而顶凉”的养生之道,如地面温度长期高于32℃,将不适宜人体健康要求。
壁挂炉热源系统采暖虽然可以将壁挂炉的出水温度调到地暖使用温度,但是直接用于地暖存在换热器表面结露影响寿命、循环水流量不够导致供热功率下降等问题。 壁挂炉实现高效节能运行必须做到:一、满足壁挂炉流量需求; 二、壁挂炉的回水温度建议工作在55℃以上。

1 壁挂炉流量变化的限制

正常情况下,壁挂炉的设计水温升为20℃,所有的壁挂炉名义流量为:Q=0.86×容量(kW)/温差。

24kW的名义流量为:1.0m³/h,某些情况如果流量过小,会降低产出效率,出现温度梯度,产生机械应力,缩短壁挂炉寿命,且不能输出安装容量,如果流量过大会产生局部水流扰动现象,会使换热器集管中的一些管束的水流中断,引起传热管腐蚀或烧坏。流量的允许范围取决于制造厂家,一般而言功率自动调节的壁挂炉流量变化范围为35%~200%。

24kW壁挂炉地暖系统,地暖负载侧的理想工作点例如:45℃/35℃,温差为10℃,流量为2m³,壁挂炉的最佳工况大约温度为80℃/60℃,温差为20℃,流量为1.0m³/h。

由此看出,地暖系统的温差小、流量大,而壁挂炉则相反,流量小、温差大。因此必须使用专业的壁挂炉混水装置,使温度工作点与流量相互匹配,这点非常重要。

2 壁挂炉低温运行的麻烦

壁挂炉如果一直运行在较低温度比如45℃,情况会怎么样呢?

大家都知道,燃料燃烧会产生大量的水蒸气,遇到较冷的壁挂炉上换热器将产生冷凝水。这个现象与我们用炉灶给水壶烧开水看到的现象完全一样,刚开始烧的时候水温低,水壶底下总会是湿的,这个时候换热效率不高,且水壶底会比较容易腐蚀,等水壶水温上升以后,这个时候水温上升速度会更快,这是生活中的感受。

壁挂炉一直在低温工况下,例如地暖回水一般为温度35℃或更低,因此燃烧工作过程中换热器会一直包裹着冷凝水,长期带有冷凝水的换热器降低了换热效率,且加快腐蚀速度、减短使用寿命且具有危险性。

一般情况下,燃气壁挂炉的供暖回水应大于55℃,可防止换热器表面产生冷凝水。为了使壁挂炉系统与地暖系统匹配,必须使用正确的混水装置,该混水装置既要使混水温度符合地暖要求,同时还要保证壁挂炉回水温度不低于55℃。

冷凝式壁挂炉可部分解决此问题,这些壁挂炉可接受相对低的回水温度,而不会产生冷凝水的危险,但是制造商同时也推荐最低温度为30℃或40℃,有时还说明此限值仅在满负载时有效,因此细心的用户会设置壁挂炉回水温度控制系统。

限于流量匹配的问题,为了使冷凝式壁挂炉输出设计容量,还是仍然要求配置混水装置。

3 壁挂炉混水装置解决

壁挂炉混水装置的解决方案有很多形式,但是总的来说,必须同时解决壁挂炉回水温度、地暖的供水温度及其水力匹配使其符合系统要求,同时应具有相应的电子控制系统,实现《地面辐射供暖技术规程》(JGJ142-2012)中第3.8.7规定:壁挂炉辐射供暖系统宜采用混水装置,并宜采用室内温控、循环水泵及壁挂炉联动的整体控制方式。
以下简介两种解决方案:

方案一:使用四通阀结构的混水装置应用于壁挂炉采暖

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          四通阀内部原理图

 

此方案有两个测温点,地暖供水和壁挂炉回水处都安装了温度传感器,同时控制地暖供水和壁挂炉回水的温度,启动运行时,四通阀瓣在状态1的位置,此时壁挂炉回水的温度快速上升。达到壁挂炉回水温度要求时,通过电动执行器调节阀瓣位置到状态2,逐步将壁挂炉热水供给到地暖系统,使地暖供水的水温上升,逐步上升到设定值,通过反复调整保证地暖供水温度和壁挂炉回水的温度,使其符合壁挂炉的运行要求。

方案二:带有旁通阀结构的混水装置


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结构⑦处,设有壁挂炉的供回水的旁通阀,保证壁挂炉回水温度及最低流量需求,电热执行器控制进水阀门,精确调节地暖的进水温度,这是结构最紧凑的壁挂炉混水装置,同时配置无水保护、支持温控器无源联动、漏电保护等。

4 选择壁挂炉容量

现在的壁挂炉多数都有功率自动调节功能,一般可调比为30%~100%,节能在于自控,对于配置分室温控器的地暖系统,选择壁挂炉的容量,比如200m2采暖面积,按120W/m2计算,应选择24kW的壁挂炉。但家庭采暖不可能一直处于高功率运行,首先考虑用户行为节能,用户仅开启需要供热的房间,其次当地暖开启的回路很少时,例如仅一回路地暖开启采暖时,地暖管每回路功率约3kW,而壁挂炉最小工作功率7.2kW, 因此会引起壁挂炉频繁启动。因此选择过大功率的壁挂炉,对节能是不利的,建议根据用户使用情况和当地气候情况,选择壁挂炉时应乘以一个余量系数,选择较小功率壁挂炉,特别适合南方地区。这里备注一下,对于功率不可自动调节的壁挂炉,建议不要设置分室温控地暖控制方案。

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5 混水装置与集中供热系统

集中供热系统,由于早期缺乏热网平衡设备,有的供热设施压差大、温度高,也有些老小区由于旧小区管道压差小且流量不足,用户自己任意安装增压水泵,破坏管路上原来的水力平衡,导致其它用户供热质量更加恶化。个别区域供热压差过大,会引起温度调节阀产生噪声,集中供暖水质很差,混水装置必须采取相应的防结垢措施。因此混水装置应用于集中供热必须具备以下特点:

(1)混水装置带有水力隔离组件,自身水泵工作时不会破坏其它用户的水力平衡,多个并联使用,可免水力平衡调节。

(2)控制器必须为混水装置设计了断水保护、无热水停止、自动除垢等功能,使水泵可以在无人值班下,自动安全运行。

(3)在供暖压差较大的情况下,必须有防止温度调节阀产生噪声的结构或措施。

(4)在水泵失效的情况下,仍然有防冻功能。

(5)混水装置应带有无源联动接口,可以受房间温控器联动控温。

如下图所示:

工作原理:当混水装置检测到有加热需求时,混水装置控制器驱动进水阀门的开度,自动控制进水量使混水温度控制在设定值,当热源端压差过大,可以调节⑨回水阀的开度,使电热恒温阀避开产生噪音的工作点。水力隔离组件使混水水泵不会破坏热源侧管道的水力平衡,而且混水装置的⑧电热恒温阀和⑨回水阀在热源侧管道中阀权度约为1,因此在多个混水中心并联安装时,基本可以不进行水力平衡调节。⑤水流单向阀可以在水泵失效的时候,在严寒地区可以使地暖管道具备防冻功能。

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注:②无水检测传感器;③温度传感器;⑥水力隔离组件;⑤水流单向阀;⑧电热恒温阀;⑨回水阀;⑩混水装置控制器

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6 结束语

壁挂炉使用的混水装置是完全区别于集中供热的混水装置,冒然使用普通的混水耦合罐,三通截止式混水装置,都可能引起壁挂炉工作异常,例如:很少地暖回路开启时,混水耦合罐在地暖流量小于壁挂炉流量时,高温水会直接进水地暖管道,且回水温度也没有得到控制,壁挂炉使用寿命也大大缩短。

集中供热的混水装置,如果没有水力隔离组件,在某些情况下在自身水泵的工作,会破坏其它用户的采暖,引起不必要的投诉,这些问题在一些地区曾经发生过类似的问题。一般而言,单个小型混水中心都仅适合户供暖面积小于200m2以下,供暖区域大于200m2时,建议进行区域划分并按区域进行温度控制。

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