空氣源熱泵集中供暖系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)探討

沙雨亭

（北京城建二建設(shè)工程有限公司，北京100039）

0 引 言

以保障人民群眾身體健康為出發(fā)點(diǎn)，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，全國空氣質(zhì)量總體改善，重污染天氣較大幅度減少，并逐步消除重污染天氣。全國空氣質(zhì)量明顯改善的藍(lán)天計(jì)劃由中央政府提出，北京市率先開展了“減煤換煤、清潔空氣”行動(dòng)，其中農(nóng)村地區(qū)冬季供暖的無煤化改造工程是實(shí)現(xiàn)藍(lán)天計(jì)劃的重點(diǎn)工作。本次無煤化改造是以燃?xì)忮仩t、地源熱泵、空氣源熱泵等清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃煤爐取暖，實(shí)現(xiàn)污染物的減排或零排放。根據(jù)住宅的結(jié)構(gòu)形式、分布、地形地貌的現(xiàn)狀，本次改造很大區(qū)域采用了空氣源熱泵機(jī)組集中供暖系統(tǒng)，該供暖系統(tǒng)的明顯特點(diǎn)為低溫分散集中供暖系統(tǒng)，即低溫供暖（設(shè)計(jì)供回水溫度：55/45℃）、末端采用散熱器而非對應(yīng)的風(fēng)機(jī)盤管或地板輻射、供回水干線長、各末端用戶（即各居民住宅）內(nèi)的采暖系統(tǒng)形式多樣、負(fù)荷不同、為水平分布且與熱源的距離差距特別大，因而調(diào)試技術(shù)成為該工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

圖1 室外管網(wǎng)平面圖

供暖系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果直接關(guān)系到采暖效果、運(yùn)行成本、系統(tǒng)穩(wěn)定性，甚至關(guān)系到該工程的成敗，是工程質(zhì)量的重要體現(xiàn)。目前各種文獻(xiàn)闡述調(diào)試技術(shù)的集中供暖系統(tǒng)多數(shù)為高溫?zé)崴┡到y(tǒng)、地板輻射供暖系統(tǒng)，且對象多為某一建筑或小區(qū)。關(guān)于低溫分散集中供暖系統(tǒng)之前應(yīng)用的非常少，相應(yīng)的調(diào)試技術(shù)文獻(xiàn)也很少。在該采暖形式大力推廣階段，本文作為實(shí)際工程應(yīng)用的總結(jié)，就實(shí)際調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析并提出解決方案，為今后類似工程提供借鑒與參考。

1 概 況

空氣源熱泵原理就是利用逆卡諾原理，以極少的電能，吸收空氣中大量的低溫?zé)崮埽ㄟ^壓縮機(jī)的壓縮變?yōu)楦邷責(zé)崮?，是一種節(jié)能高效的熱泵技術(shù)?？諝庠礋岜迷谶\(yùn)行中，蒸發(fā)器從空氣中的環(huán)境熱能中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)，工質(zhì)蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過永久黏結(jié)在貯水箱外表面的特制環(huán)形管冷凝器冷凝成液體時(shí)，釋放出的熱量傳遞給了空氣源熱泵貯水箱中的水，冷凝后的傳熱工質(zhì)通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)?？諝庠礋岜脵C(jī)組能效比＞3，是一種節(jié)能環(huán)保的新型采暖技術(shù)。

1.1 工程概況

本工程為2017年北京市海淀區(qū)無煤化（空氣源熱泵集中供暖）項(xiàng)目，項(xiàng)目涉及海淀區(qū)的青龍橋街道、香山街道、四季青鎮(zhèn)，東升鄉(xiāng)等共4個(gè)鎮(zhèn)，7個(gè)街道/村，23個(gè)社區(qū)，改造對象為上述區(qū)域內(nèi)燃煤采暖的住戶；設(shè)48個(gè)集中熱源站點(diǎn)，空氣源熱泵機(jī)組315臺(tái)，總供暖戶數(shù)7013戶，總供暖面積149.32萬m2。

1.2 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)形式采用異程并聯(lián)方式，利用成品保溫管采用室外架空方式敷設(shè)，熱源為空氣源熱泵機(jī)組，供回水溫度55/45℃，各場站根據(jù)供暖總負(fù)荷分別設(shè)置不同規(guī)格和數(shù)量的熱泵機(jī)組，圖1為其中一場站室外管網(wǎng)平面圖。居民戶內(nèi)采用散熱器供暖系統(tǒng)，上供下回方式，散熱器采用高壓鑄鋁散熱器，設(shè)計(jì)工況下散熱量為80W/片。每組散熱器前設(shè)自動(dòng)溫控閥、散熱器回水支管上設(shè)控制球閥，每戶入口設(shè)熱計(jì)量控制箱，作為調(diào)節(jié)和計(jì)費(fèi)用，圖2為某戶內(nèi)采暖平面圖。

圖2 戶內(nèi)采暖平面圖

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

本工程中空氣源熱泵集中供暖系統(tǒng)相對于通常工程中利用鍋爐集中供暖或換熱站二次換熱后的集中熱水供暖系統(tǒng)存在如下明顯特點(diǎn)：①供回水溫度低，供回水溫度只有55/45℃。②系統(tǒng)流量大，管路系統(tǒng)管道規(guī)格大，由于供回水溫差小，本工程的10度溫差相對于常規(guī)工程的25度溫差，輸送同負(fù)荷的熱量系統(tǒng)流量就要增加2.5倍。③散熱器的散熱量要求大，由于供回水溫度低，△t相對于通常采暖系統(tǒng)小很多，該工況下的散熱量只有標(biāo)準(zhǔn)工況下的1/3，因而需選用散熱性能好的散熱器，本工程選用高壓鑄鋁散熱器，標(biāo)準(zhǔn)工況下散熱量約200W/片。④散熱器需求量大，由于上述原因?qū)е峦徊膳块g內(nèi)的散熱器需求量是正常的3倍。⑤各末端用戶距離熱源站的距離差距大，容易水平失調(diào)。

2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

1）散熱器不熱。調(diào)試過程中存在整個(gè)戶內(nèi)散熱器都不熱或部分散熱器不熱現(xiàn)象，整個(gè)戶內(nèi)散熱器不熱的情況集中存在于某一段支路上或單獨(dú)存在于某一點(diǎn)，部分散熱器不熱主要表現(xiàn)為戶內(nèi)系統(tǒng)的前端熱末端不熱。

2）散熱器局部不熱。散熱器局部不熱是為同一組散熱器有的部位熱有的部位不熱，主要表現(xiàn)為散熱器上部熱，下半部不熱。

3）房間溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)。在調(diào)試運(yùn)行過程中，對房間溫度進(jìn)行監(jiān)測存在某些房間溫度偏低，房間設(shè)計(jì)溫度為18℃，多數(shù)戶內(nèi)溫度均能達(dá)標(biāo)甚至都高出設(shè)計(jì)溫度，也存在少數(shù)戶內(nèi)溫度均低于設(shè)計(jì)溫度或局部房間溫度低于設(shè)計(jì)溫度的情況。

4）運(yùn)行噪音大。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)戶內(nèi)采暖系統(tǒng)不停地發(fā)出噪音，噪音有的是從管道發(fā)出，有的是從散熱器內(nèi)部發(fā)出。

3 原因分析及應(yīng)對措施

采暖系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)上述問題的原因是多方面的，為了最終各用戶的采暖參數(shù)、系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)都能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，調(diào)試獲得圓滿結(jié)果，需要在系統(tǒng)的整改施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程全方位管控，并根據(jù)現(xiàn)場條件變化及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，下面就本項(xiàng)目影響調(diào)試效果的原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

3.1 設(shè)計(jì)原因

3.1.1 負(fù)荷計(jì)算及指標(biāo)選取偏差

由于本項(xiàng)目的居民房數(shù)量眾多，各居民房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式各不相同，房間布局和朝向也千差萬別，在設(shè)計(jì)階段如原始資料掌握不充分，在負(fù)荷計(jì)算時(shí)容易出現(xiàn)偏差，從而造成室內(nèi)的供熱指標(biāo)選取與實(shí)際存在偏差，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)室內(nèi)供暖溫度偏低。

3.1.2 管徑選用偏小

本項(xiàng)目采用干管、支干管、支管、戶內(nèi)系統(tǒng)形式，支干管（支管）管徑是根據(jù)所承擔(dān)區(qū)域的總負(fù)荷來確定，由于本項(xiàng)目是政府出資改造，根據(jù)政策某些房間不在改造范圍，在施工階段存在供暖面積增加的情況，從而造成某一支管的管徑變小，導(dǎo)致該支路室內(nèi)供暖溫度普遍偏低或部分不達(dá)標(biāo)。

3.1.3 閥部件設(shè)置不合理

供暖系統(tǒng)在下述部位需設(shè)置相應(yīng)的閥部件：各支管的分支處需設(shè)置控制和調(diào)節(jié)閥門，以便于調(diào)節(jié)支管的流量和壓力；循環(huán)泵入口、戶內(nèi)入口處需設(shè)置過濾器，以過濾系統(tǒng)內(nèi)的雜物，避免造成堵塞；系統(tǒng)的高點(diǎn)或局部返彎的高處需設(shè)置排氣閥，以排除系統(tǒng)內(nèi)積氣，避免造成氣阻塞及循環(huán)不暢。

3.1.4 設(shè)計(jì)方面的應(yīng)對措施

為了避免上述情況對系統(tǒng)的影響，需在設(shè)計(jì)交底時(shí)就各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算方法、影響因素、換算辦法進(jìn)行交底，在施工前技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行核算，確保采用的指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)；對閥部件設(shè)置位置進(jìn)行核實(shí)，對位置不合理及需要增設(shè)閥部件的反饋給設(shè)計(jì)單位進(jìn)行變更。

3.2 施工原因

3.2.1 施工時(shí)增加管件

施工時(shí)往往會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場存在障礙物及標(biāo)高問題，管道需要局部增加彎頭以繞彎障礙物，由于彎頭的增加從而增加管路的局部阻力，容易導(dǎo)致管路水力失調(diào)。

3.2.2 管道開口不規(guī)范

管道分支開口處宜采用成品三通管件或按標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝現(xiàn)場在主管道上開口焊接，現(xiàn)場開口的三通要求支管端口不得突出主管道內(nèi)壁，并且接口光滑無毛刺。施工過程中存在支管伸入主管道內(nèi)過長，從而造成局部阻力增加，導(dǎo)致管路水力失調(diào)。

3.2.3 管道坡度不當(dāng)

采暖系統(tǒng)管道設(shè)置坡度是為了有利于排除系統(tǒng)內(nèi)的積氣及水流循環(huán)順暢，設(shè)計(jì)圖紙中都給定了管道的坡度和坡向。由于施工原因會(huì)存在管道坡度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)甚至存在倒坡現(xiàn)象，會(huì)造成不熱、噪音大的結(jié)果。

3.2.4 管道堵塞

施工過程中焊渣、切割的碎末、銹渣等雜物都容易在管內(nèi)存留，以及外部雜物甚至施工工具、手套等也會(huì)遺留在管道內(nèi)。管道封閉前對管道內(nèi)沒有清理，管道施工完畢后沒有按規(guī)范要求進(jìn)行沖洗，以及循環(huán)時(shí)局部油漆脫落，這些都是造成管道阻塞的原因。

3.2.5 施工質(zhì)量控制

施工質(zhì)量的好壞最容易影響調(diào)試效果，施工時(shí)必須嚴(yán)格按照圖紙和施工規(guī)范施工。施工過程中要對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，包括原材料的質(zhì)量、施工工藝、工序控制、各項(xiàng)試驗(yàn)、成品保護(hù)以及對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行旁站施工，對與設(shè)計(jì)圖紙不符的要及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位進(jìn)行核算，在施工過程中將上述問題隱患消除。

3.3 運(yùn)行調(diào)節(jié)原因

3.3.1 閥門開度不合理

閥門開度大小決定管道內(nèi)水流量以及壓力平衡，系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)是需將各個(gè)閥門調(diào)整到合適的開度，而調(diào)試過程中會(huì)存在閥門沒有打開或開度不合理的情況，主要是外網(wǎng)支管閥門、入戶閥門及散熱器前閥門的調(diào)節(jié)狀態(tài)。

3.3.2 系統(tǒng)內(nèi)積氣

系統(tǒng)內(nèi)積氣會(huì)形成氣水混合，會(huì)對水的流動(dòng)產(chǎn)生反作用力，從而阻止水的流動(dòng)，造成系統(tǒng)的供熱不足、不均，嚴(yán)重時(shí)將造成系統(tǒng)循環(huán)中斷。運(yùn)行過程中造成系統(tǒng)積氣的主要原因是系統(tǒng)沒有及時(shí)排氣，原因?yàn)樽詣?dòng)排氣閥前端閥門沒打開、排氣閥的排氣孔被異物堵塞，手動(dòng)排氣閥沒有及時(shí)排氣。

3.3.3 系統(tǒng)失水

系統(tǒng)失水除浪費(fèi)水資源增加運(yùn)行成本外，還會(huì)影響供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成水力失調(diào)，使系統(tǒng)存在安全隱患，對系統(tǒng)的工況穩(wěn)定極為不利。系統(tǒng)失水除正常的泄露外，主要原因?yàn)槟┒擞脩舻娜藶榉潘?，本?xiàng)目在每戶的末端都安裝了泄水閥，用戶在調(diào)試過程中粗暴地通過放水使戶內(nèi)變熱或利用系統(tǒng)內(nèi)熱水作為他用，給系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和正常運(yùn)行造成極大隱患。

3.3.4 熱泵機(jī)組運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不符

熱泵機(jī)組運(yùn)行參數(shù)是根據(jù)用戶端的熱負(fù)荷需求進(jìn)行設(shè)定，主要是供回水溫度設(shè)定、機(jī)組開啟數(shù)量設(shè)定，當(dāng)熱源站的供熱能力低于用戶端的熱負(fù)荷時(shí)就會(huì)造成熱力平衡失調(diào)，表現(xiàn)為房間供熱溫度不達(dá)標(biāo)、散熱器不熱或局部不熱。

3.3.5 循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不合理

本項(xiàng)目循環(huán)泵根據(jù)流量變化進(jìn)行變頻運(yùn)行，但由于設(shè)定循環(huán)泵的開啟數(shù)量及頻率的不合理，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行流量和壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，從而造成水力失調(diào)。

3.3.6 用戶參數(shù)設(shè)定變化

系統(tǒng)調(diào)試時(shí)是按照設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度按照18℃為達(dá)標(biāo)溫度，在調(diào)試時(shí)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度即視為調(diào)試合格，但是在調(diào)試及運(yùn)行過程中，用戶會(huì)擅自調(diào)整房間內(nèi)的閥門開度，從而打破系統(tǒng)平衡影響系統(tǒng)的調(diào)試。

3.3.7 氣候變化

氣候變化對系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是用戶端熱負(fù)荷變化，二是熱源端供熱能力的變化。本項(xiàng)目采用空氣源熱泵機(jī)組作為熱源，機(jī)組的供熱能力受氣候影響大，其供熱能力與氣溫降幅成反比，氣溫越低供熱能力也越低；而用戶端熱負(fù)荷需求與氣溫降幅成正比，氣溫越低熱負(fù)荷需求越大。因而在氣溫變化時(shí)需及時(shí)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，同3.3.4條。

3.3.8 運(yùn)行調(diào)節(jié)應(yīng)對措施

采暖系統(tǒng)的運(yùn)行是動(dòng)態(tài)的，系統(tǒng)的平衡受各方面因素影響，上述所列的每個(gè)原因的出現(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的失衡。在運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)首先要加強(qiáng)對人的管理，減少人為的干擾；二是根據(jù)實(shí)際需求和環(huán)境狀態(tài)設(shè)定合適的運(yùn)行參數(shù)；三是要加強(qiáng)排查和巡查，使各個(gè)閥部件保持在正常的工作狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上才能將系統(tǒng)調(diào)整到理想的工況。

4 調(diào)試方法

4.1 調(diào)試前準(zhǔn)備

供暖系統(tǒng)調(diào)試是在所有安裝工作完成、系統(tǒng)試壓和沖洗合格、設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)及調(diào)試合格后進(jìn)行，調(diào)試前的準(zhǔn)備工作包括管路檢查、閥部件檢查、系統(tǒng)注水等。管路檢查內(nèi)容：管道規(guī)格、位置、標(biāo)高、坡度、坡向是否符合設(shè)計(jì)要求；檢查閥門規(guī)格型號(hào)，將各支路上的閥門都處于開啟狀態(tài)；檢查支吊架的規(guī)格、位置、間距、牢固程度等以確定管道是否處于安全狀態(tài)；系統(tǒng)注水時(shí)注意將系統(tǒng)內(nèi)積氣排凈，檢查各排氣閥能否正常工作。

4.2 系統(tǒng)初調(diào)節(jié)

供暖系統(tǒng)初調(diào)節(jié)的目的是將系統(tǒng)實(shí)際工況水壓圖調(diào)整到設(shè)計(jì)工況水壓圖，使供暖建筑物內(nèi)所有散熱器的熱量分配到設(shè)計(jì)值，以保證各個(gè)房間都達(dá)到供暖設(shè)計(jì)室溫。使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)，是系統(tǒng)運(yùn)行前必不可少的環(huán)節(jié)。供暖系統(tǒng)初調(diào)節(jié)即流量調(diào)節(jié)，是通過管路上的閥門對各支路的流量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，消除系統(tǒng)運(yùn)行工況失調(diào)問題，并將各熱用戶的運(yùn)行流量調(diào)整到熱負(fù)荷需求的流量。初調(diào)節(jié)的方法包括阻力系數(shù)法、預(yù)定計(jì)劃法、流量逼近法、比例法、補(bǔ)償費(fèi)、計(jì)算機(jī)法、模擬分析法、模擬阻力法、溫度調(diào)節(jié)法、自力式調(diào)節(jié)法及簡易快速法等，本項(xiàng)目調(diào)試綜合采用了預(yù)定計(jì)劃法、自力式調(diào)節(jié)法、溫度調(diào)節(jié)法及流量逼近法。

1）預(yù)定計(jì)劃法。根據(jù)各支路熱負(fù)荷計(jì)算流量從而確定閥門開度，調(diào)試時(shí)將各個(gè)閥門調(diào)整到計(jì)劃開度，從而使系統(tǒng)達(dá)到初步平衡。

2）自力式平衡法。依靠自力式調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，本項(xiàng)目在外網(wǎng)近熱源端支管上設(shè)置自力式平衡閥，每組散熱器供水支管上設(shè)置溫控閥，均起到自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。

3）溫度調(diào)節(jié)法。通過對各熱用戶流量的調(diào)節(jié)使之供回水達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)各熱用戶室內(nèi)溫度彼此均勻的目的。本項(xiàng)目每戶的入口都安裝了熱計(jì)量控制箱，箱內(nèi)裝有關(guān)斷及調(diào)節(jié)閥門，通過對調(diào)節(jié)閥的細(xì)微調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)平衡。

4）流量逼近法。通過逐步調(diào)節(jié)閥門開度使各支路流量到達(dá)理想流量，調(diào)試前繪制測試簡圖，采用超聲流量計(jì)測量各點(diǎn)的流量，所測得數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)；分析原始數(shù)據(jù)并按照流量偏差大小排序編號(hào)；按照編號(hào)逐一調(diào)節(jié)使流量達(dá)到合理流量；重復(fù)上述步驟直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)

供暖系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的目的在于供暖用戶散熱器的散熱量與用戶熱負(fù)荷的變化規(guī)律相適應(yīng)，從而達(dá)到熱量供需平衡，以保證室內(nèi)溫度滿足設(shè)計(jì)要求。隨著室外氣象參數(shù)的變化，按照熱負(fù)荷隨室外溫度的變化規(guī)律，熱源的供熱量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使散熱器的散熱量與熱負(fù)荷的變化規(guī)律相適應(yīng)。運(yùn)行調(diào)節(jié)方法有質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)及間歇調(diào)節(jié)，本項(xiàng)目采用質(zhì)調(diào)節(jié)，主要調(diào)整熱泵機(jī)組的開啟數(shù)量及供回水溫度，以到達(dá)滿足用戶需求及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果。

5 結(jié) 語

通過對該空氣源熱泵集中供暖系統(tǒng)實(shí)際調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析，找出應(yīng)對措施及調(diào)試辦法，為與本系統(tǒng)特性類似的采暖系統(tǒng)調(diào)試提供參考。由于供暖系統(tǒng)的復(fù)雜性，供暖系統(tǒng)調(diào)試是多種方法綜合運(yùn)用的過程，調(diào)試技術(shù)還需進(jìn)一步完善和提高，以達(dá)到理想的采暖效果及低成本穩(wěn)定運(yùn)行的目的。