供暖系統(tǒng)中常見問題分析

遼寧錦州熱電總公司 郭效娟

摘要：本文采暖季，我們對幾個運(yùn)行不正常的采暖系統(tǒng)——“問題工程”，進(jìn)行了補(bǔ)救處理，又結(jié)合近年來對其它工程的調(diào)研和反思，發(fā)現(xiàn)有許多源于設(shè)計理念方面的一些模糊認(rèn)識，現(xiàn)加以整理以供參考。關(guān)鍵詞：設(shè)計溫度 水力平衡 散熱器 水泵 溫度控制 系統(tǒng)補(bǔ)水

供暖系統(tǒng)中常見問題分析

遼寧錦州熱電總公司 郭效娟

摘要：本文采暖季，我們對幾個運(yùn)行不正常的采暖系統(tǒng)——“問題工程”，進(jìn)行了補(bǔ)救處理，又結(jié)合近年來對其它工程的調(diào)研和反思，發(fā)現(xiàn)有許多源于設(shè)計理念方面的一些模糊認(rèn)識，現(xiàn)加以整理以供參考。
關(guān)鍵詞：設(shè)計溫度 水力平衡 散熱器 水泵 溫度控制 系統(tǒng)補(bǔ)水

一、 熱媒設(shè)計溫度

散熱器熱水采暖系統(tǒng)的了沒設(shè)計溫度，一般根據(jù)而舒適度要求、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性等原則確定。供水溫度不超過95℃，可確保熱媒溫度在常要條件下不發(fā)生氣化;適當(dāng)降低熱媒溫度，有利于提高舒適度，但要相應(yīng)增加散熱器數(shù)量.所以一般經(jīng)常采用95/70℃，例如：作為散熱器“標(biāo)準(zhǔn)工況”的64.5℃，就是水溫95/70℃的平均值與室溫18℃的傳熱溫差。許多采暖系統(tǒng)的設(shè)計計算資料，也按此條件編制。

當(dāng)然，熱媒設(shè)計溫度也要符合熱源條件的可能性和考慮其他因素。例如：以較低的溫度的一次熱媒進(jìn)行換熱所得的二次熱媒，或采用戶式燃?xì)鉄崴膳癄t的水溫有限制，或采用塑料類管材為提高其耐用性時，也采用85/60℃作為設(shè)計參數(shù)的。但是，再進(jìn)一步降低散熱器采暖的熱媒設(shè)計參數(shù)，顯然是不合理的。以95/70℃為比較基礎(chǔ)，熱媒平均溫度每降低10℃，散熱器數(shù)量約增加20%。

當(dāng)前，存在不適當(dāng)?shù)剡^多降低散熱器采暖設(shè)計參數(shù)的傾向。原因是某些開發(fā)建設(shè)單位在提供設(shè)計條件時，按照熱源的實際運(yùn)行工況提出熱媒設(shè)計參數(shù)，例如，提出供水溫度只有70℃。如不加深入分析，就直接采用這樣的低參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算，會使散熱器數(shù)量增加很多，會出現(xiàn)同一熱源的不同建筑，散熱器數(shù)量相差近一倍的現(xiàn)象，更加劇了系統(tǒng)的失調(diào)度。

多年以前，就增進(jìn)行過實態(tài)調(diào)查測定，結(jié)果表明：即使設(shè)計水溫95/70℃，當(dāng)達(dá)到設(shè)計室外溫度時，運(yùn)行水溫一般只要70/55℃的水溫設(shè)計系統(tǒng)，是否運(yùn)行水溫又可進(jìn)一步降低呢？似乎不應(yīng)陷入如此惡性循環(huán)的怪圈。

為何實際運(yùn)行水溫遠(yuǎn)低于熱媒設(shè)計溫度時，也可達(dá)到設(shè)計室溫？主要是由于實際配置的散熱面積，均不同程度地偏大與理論所需散熱面積。根據(jù)理論推導(dǎo)和時間工程運(yùn)行驗證，對于設(shè)計水溫95/70℃的系統(tǒng)，當(dāng)散熱面積偏大10%時，運(yùn)行水溫約可為90/65℃；當(dāng)偏大20%時，運(yùn)行水溫約可為85/60℃；當(dāng)偏大30%時，運(yùn)行水溫約可為82.5/57.5℃；當(dāng)偏大40%時，運(yùn)行水溫約可為80/55℃。由于設(shè)計保守等各種因素，一般系統(tǒng)的散熱面積均會偏大30%以上。

二、水力平衡

比之散熱器數(shù)量的多少而言，采暖效果主要取決于系統(tǒng)的水力工況。但是，心中無底又不認(rèn)真進(jìn)行系統(tǒng)水力平衡計算的設(shè)計，近來?？梢姷健?/p>

以（局部帶躍層）單元式普通住宅為例，室內(nèi)采暖系統(tǒng)為干管異程的上供下回單管順序式，衛(wèi)生間和廚房采用高頻焊鋼制散熱器。上一個采暖季節(jié)就是反映室溫偏低，曾判斷為建筑保溫質(zhì)量不好，普遍均勻增加了散熱氣20%。本采暖一開始，在同一熱源供暖的其他建筑均供暖正常的情況下，本工程系統(tǒng)末端（尤其是下層）室溫仍偏低，引起部分住戶向市政府投訴。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行水力平衡驗算，確實存在較大的不平衡度。

衛(wèi)生間和廚房的立管管徑一律取DN15，其他立管管徑不倫立管負(fù)荷大小，一律取DN20，入口處較有利的立管帶六層，散熱器27片，主力損失僅為約58OPa，系統(tǒng)末端最不利的立管帶七層，散熱器63片，阻力損失高達(dá)約370OPa，加上供回水干管的阻力損失，此兩根立管的不平衡度約高達(dá)800%。遠(yuǎn)超過《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)氣節(jié)設(shè)計規(guī)范》第3.8.6條關(guān)于“熱水采暖系統(tǒng)的各并聯(lián)環(huán)路之間的計算壓力損失相對差額不應(yīng)大于15%”的規(guī)定。各層均勻增加散熱器，更會加劇垂直失調(diào)。根據(jù)驗算結(jié)果，筆者會同幾位設(shè)計人員對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，并建議運(yùn)行維修人員進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，雖已得以改善，但先天性的失調(diào)時難以徹底解決的。參與調(diào)節(jié)設(shè)計人員的深切體會是：如果這種粗放設(shè)計的系統(tǒng)也能正常供暖，就不需要規(guī)范和設(shè)計計算了。

同理，有這樣兩棟六層單元式普通住宅，室內(nèi)采暖系統(tǒng)也是干管異程的上供下回單管順序式，采用四柱813型鑄鐵散熱器，衛(wèi)生間為DN32光管，由小區(qū)集中燃?xì)忮仩t房供暖。劇使用單位和住戶反映，自投入使用以來，冬季室內(nèi)溫度達(dá)不到市政府規(guī)定16℃的最低標(biāo)準(zhǔn)，在嚴(yán)寒期內(nèi)，一至二層的室溫，大多在12℃以下，已嚴(yán)重影響居民的生活環(huán)境質(zhì)量。到現(xiàn)場對典型房間進(jìn)行調(diào)查，室溫和散熱器溫度，明顯低于由同一熱源供暖的其他建筑。據(jù)對設(shè)計采暖負(fù)荷進(jìn)行驗算，散熱器數(shù)量符合常規(guī)計算結(jié)果。對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行水力平衡驗算，則同樣存在較大的不平衡度，不論立管負(fù)荷大小，雙側(cè)接散熱器的立管管徑一律取DN25×20，單側(cè)接散熱器的立管管徑一律取DN20×20，而無外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的衛(wèi)生間，則采用DN32的光立管。1號樓入口處最有利的7號立管阻力損失約僅為90OPa，系統(tǒng)末端最不利的25號立管阻力損失高達(dá)約350OPa，加上供回水干管的阻力損失，此兩根立管的不平衡度約高達(dá)700%。而衛(wèi)生間立管阻力損失約僅為6OPa，加以環(huán)路劃分偏大，室內(nèi)系統(tǒng)水力失調(diào)現(xiàn)象必然會出現(xiàn)，筆者試圖對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但質(zhì)量低劣的鑄鐵閥門根本無法轉(zhuǎn)動。除上述因素外，由于室外供暖管網(wǎng)的嚴(yán)重失調(diào)，致使1號樓和2號樓采暖流量不足，即使在入口處的有利環(huán)路，流量也明顯不足。

三、系統(tǒng)補(bǔ)水

某供暖建筑面積22萬多的居住小區(qū)。存在水力失調(diào)的室內(nèi)系統(tǒng)末端底層住戶，出現(xiàn)以下奇怪的現(xiàn)象：每到晚上八九點鐘后散熱器就開始降溫，到半夜就完全不熱，而次日早晨又會逐漸熱起來。據(jù)深入調(diào)查，重新熱起來是由于底層住戶在每晚臨睡前和次日起床后進(jìn)行了手動放風(fēng)所致。經(jīng)改裝了質(zhì)量較好的自動排氣閥后有所緩解，但系統(tǒng)中還有經(jīng)常因有空氣存在。顯然，應(yīng)徹底解決系統(tǒng)進(jìn)入空氣的問題。

據(jù)查，系統(tǒng)未設(shè)置膨脹水箱，也未設(shè)置氣壓水罐等膨脹溶積，只是依靠功率較大的補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水定壓，而補(bǔ)水泵則由電泵啟動，達(dá)到上限制值時停泵。由于設(shè)置在管路上的壓力表，指針會發(fā)生抖動，上下限制的整定間距不能很小，因此停泵后重新啟動必然會有較長的時間間隔。在此時段內(nèi)，由于水的不可壓縮性和不可避免的系統(tǒng)泄漏，總會有空氣進(jìn)入系統(tǒng)，并積存于流量較小的系統(tǒng)末端定頂點。

由于該工程已無條件增設(shè)膨脹水箱和足夠容積的氣壓水罐，采取了增設(shè)一臺略大于系統(tǒng)泄露量的小功率補(bǔ)水泵（0.75KW）的方法，使之連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)流量大于系統(tǒng)泄漏時，通過限壓閥回流至軟水箱，基本上解決了問題。由此可得到啟示：用合理容積德膨脹水箱或氣壓水罐進(jìn)行定壓，是十分必要的，如有條件設(shè)置，則應(yīng)采用不間斷運(yùn)行的變頻補(bǔ)水泵，或像本工程所采取的簡易方法。

四、豎向壓力分區(qū)與“分環(huán)”

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第3.3.9條規(guī)定：“建筑物的熱水采暖系統(tǒng)高度超過50M時，宜豎向分區(qū)設(shè)置。條文說明作如下解釋：其主要目的是為了減少散熱器及配件所隨的壓力，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。暖通規(guī)范作上述限定十分必要。近年來，高層建筑（尤其是高層住宅）的熱水采暖系統(tǒng)因滲漏而使家裝破壞的事故時有發(fā)生、除散熱器或其他構(gòu)建的質(zhì)量和施工和安裝隊伍素質(zhì)等因素外，主要由于承壓過高。

某二十五層高層住宅，原室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計是按豎向分區(qū)設(shè)置的，但由另一單位設(shè)計的熱源，卻為同一系統(tǒng)。在第一個采暖季，開發(fā)建設(shè)單位就因滲漏向住戶賠償家裝破壞損失的費(fèi)用高達(dá)十幾萬元，不得不進(jìn)行了困難的改造。

有些設(shè)計在熱源處設(shè)置分集水器，對高低環(huán)分別接出供回水管路，將“分環(huán)”當(dāng)作豎向壓力分區(qū)，這是概念上的錯誤。“分環(huán)”可能有利于水力平衡和調(diào)節(jié)，但不可能對高區(qū)和低區(qū)分別實施定壓，并不能克服低區(qū)所承受的較高靜水壓力。

豎向壓力分區(qū)最好能從熱源上就分別設(shè)置。不宜分設(shè)時，一般采用間接換熱的方法。間接換熱的方法。間接換熱雖比較穩(wěn)妥，但換熱后二次水的溫度將有所降低，致使散熱器數(shù)量增加。

因此，在實際工程應(yīng)用中，也有采用加壓和減壓的方法，即：熱源系統(tǒng)按低區(qū)。高區(qū)系統(tǒng)供水經(jīng)加壓進(jìn)入，回水則減壓接回低區(qū)系統(tǒng)。從理論分析，高區(qū)熱媒循環(huán)水泵的工作揚(yáng)程，要附加高低區(qū)系統(tǒng)的幾何高差，不利于節(jié)能，但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合分析，可能仍有可取之處。但采用此種方法，要特別注意減壓閥的“動靜壓差特性”，即：當(dāng)高區(qū)系統(tǒng)水泵停止時，減壓閥后的設(shè)定壓力回升高一個動靜壓差值，此值在閥的額定流量條件下約為5m，造成低區(qū)開式膨脹水箱的溢流，并同時使高區(qū)系統(tǒng)虧水合空氣進(jìn)入。雖然性能較好的減壓閥動靜壓差較小，但最好還是采用閉式膨脹水箱，或采用不間斷運(yùn)行的變頻補(bǔ)水泵定壓.

國家標(biāo)準(zhǔn)《住在計劃規(guī)范》有針對性的提到散熱器的選擇問題。規(guī)定“應(yīng)采用體型緊湊、便于清掃、使用壽命不低于鋼管的形式”。目前，散熱器品種繁多，市場競爭激烈，有從容選擇的余地，但也要看到各種散熱器在應(yīng)用實踐中低于出現(xiàn)過不同性質(zhì)的問題。關(guān)鍵是要針對系統(tǒng)的特性，較為適當(dāng)?shù)貞?yīng)用，要用其所長，避其所短。系統(tǒng)的運(yùn)行、保養(yǎng)和水質(zhì)控制等環(huán)節(jié)水平的提高，要有一個逐進(jìn)的過程，一種有生命力的產(chǎn)品，應(yīng)該提高其適應(yīng)客觀條件的性能，而不是對客觀條件的苛求。

鑄鐵散熱器是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的品種，它的主要弊病是：體型不緊湊，如鑄鐵四柱或鑄鐵長翼型等陳舊型號，顯然與節(jié)能的、裝飾要求較高的建筑環(huán)境很不協(xié)調(diào);由于價格競爭，偷工減料，長達(dá)不到額定散熱量;內(nèi)腔粘沙成為系統(tǒng)堵塞的重要原因；落后的鑄造工藝和加工粗劣，組對接口容易漏水。一些發(fā)達(dá)國家自己不生產(chǎn)但仍樂于采用，并看作為高檔產(chǎn)品，當(dāng)然不是這樣粗陋的品種，如不開發(fā)新的品種，必然會陷入困境?？上驳氖?，外形可類似與高檔鋼制散熱器、內(nèi)腔無粘沙的鑄鐵散熱器，已開發(fā)成功并已形成生產(chǎn)能力，由于它對各種系統(tǒng)及運(yùn)行管理水平的適應(yīng)性強(qiáng)，可望有較大的發(fā)展空間。

鋼板材質(zhì)的鋼制散熱器體形較薄且較美觀，國外較多采用，引進(jìn)并廣泛應(yīng)用以后，由于材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、運(yùn)行水質(zhì)等因素失控，八十年代后期曾發(fā)生大量腐蝕而造成過很大損失，至今，仍有過頭的商業(yè)宣傳誤導(dǎo)用戶，不斷造成此類腐蝕現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生。引進(jìn)國外材料或生產(chǎn)工藝生產(chǎn)一些高檔散熱器，在發(fā)生腐蝕現(xiàn)象以后，提出了一系列對于較大的集中供暖系統(tǒng)幾乎無法達(dá)到的苛刻要求，例如：嚴(yán)格控制熱媒含氧量、限定采用隔膜式膨脹灌定壓方式、非采暖季滿水保護(hù)、檢修時只能局部放水、塑料管設(shè)阻氧辰、內(nèi)掛鎂棒即采用“犧牲陽極保護(hù)”等。說明其形成腐蝕的主要客觀因素并未能根本解決，因此仍應(yīng)慎用。但是，它還是可以應(yīng)用于已燃?xì)鉄崴膳癄t或電熱水采暖等分散熱源的戶室式系統(tǒng)中。

按壽命不低于鋼管的耐腐蝕界定標(biāo)準(zhǔn)，早期開發(fā)的鋼管材質(zhì)的鋼制串片管式散熱器和后期開發(fā)的繞片式（包括高頻焊或強(qiáng)繞）鋼制散熱器，仍是鋼制散熱器中可放心選用的主體品種。但此類散熱器水質(zhì)睡阻特性數(shù)據(jù)，在單管系統(tǒng)中應(yīng)用，尤其是采用兩通恒溫閥加跨越管的做法時，會發(fā)生散熱器進(jìn)流量過小的問題。此外，此類散熱器的熱工性能和特定形式的外罩有關(guān)，外罩的成本占其價格的相當(dāng)比例，但外觀難以滿足用戶的裝飾要求，“罩外加罩”十分常見。

鋁制散熱器是一種高效的散熱器，同樣也發(fā)生過腐蝕穿孔問題，除材質(zhì)外，堿性水質(zhì)和超量的氯化物都會對鋁生產(chǎn)腐蝕，雖對此種散熱器提出了內(nèi)防護(hù)要求，但工藝上難以實施，也不便于檢驗。因為熱水鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求鍋爐水的PH值應(yīng)為10~12，說明此種散熱器不能用于以鍋爐為直接熱源的集中供暖系統(tǒng)，但可在熱網(wǎng)集中供熱、用戶側(cè)為經(jīng)熱交換的二次熱媒系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于以燃?xì)鉄崴膳癄t或點熱水采暖爐等分散熱源的戶型系統(tǒng)，有些產(chǎn)品改進(jìn)為采用銅鋁復(fù)合，可能是鋁制散熱器的主要出路。

五、 結(jié)束語

供暖系統(tǒng)的設(shè)計，看似簡單，而實際中許多棘手又難處理的小問題卻層出不窮，更需要設(shè)計者進(jìn)行全面、精細(xì)、周全的綜合分析和設(shè)計計算，因地制宜，絕不能照搬套用，盲目地追求低成本。應(yīng)均衡考慮、結(jié)合實際，把握好科學(xué)、實用、經(jīng)濟(jì)、美觀的設(shè)計原則。

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