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        淺談高層建筑直接連接供暖系統(tǒng)減壓循環(huán)裝置的研究

        2013-04-23 02:56:00孫恩學(xué)
        關(guān)鍵詞:高區(qū)立管管內(nèi)

        孫恩學(xué)

        1.現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

        高層建筑在我國(guó)近二十年來(lái)迅速發(fā)展,與之相配套的供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備技術(shù)也不斷發(fā)展,面對(duì)高層建筑管網(wǎng)內(nèi)靜水壓力大的問(wèn)題,目前也有許多方案在應(yīng)用之中。普遍應(yīng)用的是在熱源處(鍋爐房)專門設(shè)置換熱器或鍋爐的辦法,使得建筑內(nèi)高區(qū)原有建筑的低區(qū)在水力系統(tǒng)上徹底分開,從而使高區(qū)、低區(qū)的壓力完全互不影響。但單獨(dú)為高區(qū)設(shè)置鍋爐的辦法,特別是在原有多層建筑群中建設(shè)單幢高層建筑,有時(shí)由于于室外管網(wǎng)的增設(shè)困難較大,顯然造價(jià)較高。單獨(dú)為高區(qū)設(shè)置表面式換熱器的辦法,僅在有蒸汽或高溫水熱源時(shí)和能確實(shí)滿足供水水溫的要求,且也需要室外增加相應(yīng)的高區(qū)系統(tǒng)輸送管線。通常綜合費(fèi)用也比較高。供熱工程設(shè)計(jì)手冊(cè)中推薦了"雙水箱分層式系統(tǒng)",但其嚴(yán)重帶氣,壓力波動(dòng)較大,當(dāng)室外回水閥門誤關(guān)閉時(shí)有系統(tǒng)超壓隱患,往往不能正常使用。其他通氣立管直連方案也有與大氣相通,依然有系統(tǒng)的氧腐蝕因素的缺陷。

        2.對(duì)供暖系統(tǒng)連接問(wèn)題的分析和解決方案

        將雙水箱系統(tǒng)的水箱去掉,同時(shí)將總回水管引到高于供水干管200mm,并在立管上安裝減壓循環(huán)裝置。采用水壓圖的供暖和空調(diào)水系統(tǒng)的循環(huán)特征可知,在低區(qū)循環(huán)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),低區(qū)管網(wǎng)都有確定的動(dòng)態(tài)水壓線。由流體力學(xué)關(guān)于靜壓強(qiáng)和的測(cè)壓管水頭線的關(guān)系可知立管內(nèi)水壓線水頭高度以下是充滿水的。高區(qū)系統(tǒng)通過(guò)安裝在總回水立管上的減壓循環(huán)裝置切斷靜壓力后直接連接到低區(qū)的回水管上。就可以實(shí)現(xiàn)高低區(qū)供暖系統(tǒng)的直接連接。

        由流體力學(xué)知識(shí)可知,在下流水立管中靜壓力的沿管傳遞的條件是管內(nèi)的水流連續(xù)充滿。如果能實(shí)現(xiàn)流態(tài)的轉(zhuǎn)變,也就能實(shí)現(xiàn)壓力傳遞效果的改變,這就可以在立管內(nèi)低區(qū)水壓線水頭高度以上適當(dāng)位置安裝導(dǎo)流部件結(jié)合控制流量來(lái)重建立管中的水膜流動(dòng)狀態(tài),再結(jié)合供暖系統(tǒng)比較干凈且流量穩(wěn)定的循環(huán)的特點(diǎn),配置確保產(chǎn)管內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定的水膜流動(dòng)狀態(tài),再結(jié)合供暖系統(tǒng)比較干凈且流量穩(wěn)定的循環(huán)特點(diǎn),配置確保立管內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定的氣體補(bǔ)償裝置就可以實(shí)現(xiàn)立管下流水靜壓力的切斷和壓力波動(dòng)的消除。

        提出的立管結(jié)構(gòu)方案實(shí)質(zhì)是:(1)在立管內(nèi)加裝一個(gè)為水流提供流動(dòng)邊界條件的導(dǎo)流部件,所述導(dǎo)流部件與立管內(nèi)管壁之間形成一軸向通道,所述軸向通道包括中空的螺旋式通道部分或直通道部分,用以導(dǎo)引有壓流體管路的水流使立管內(nèi)下流水流通過(guò)部件后能穩(wěn)定地沿著立管內(nèi)壁形成左旋水膜運(yùn)動(dòng)狀態(tài),使立管內(nèi)的空氣和向下流的水的邊界處于有序狀態(tài),氣水的分界面是一個(gè)等靜壓面。(2)該方案還包括有與立管的膜流狀態(tài)形成部分相通的、用以維持穩(wěn)定膜流狀態(tài)的氣體補(bǔ)償裝置。采用這個(gè)結(jié)構(gòu)方案,強(qiáng)化了立管形成膜流條件,使立管內(nèi)氣芯動(dòng)態(tài)有條件封閉,避免氣體混入立管出口以后的工作水流,也有利于防止空氣的其它有害影響,為基本消除管內(nèi)水流所涉系統(tǒng)的氧腐蝕問(wèn)題和供暖系統(tǒng)的氣塞問(wèn)題提供可能,并確保安全運(yùn)行。本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單耐用,可與系統(tǒng)同壽命。

        宜將高層建筑的六~十層(按低區(qū)系統(tǒng)的供回水壓力可以滿足系統(tǒng)直接連接的最高層數(shù)確定具體層數(shù))及以下直接劃為低區(qū),七層及能上能下可以按散熱器的承壓能力和系統(tǒng)的熱力及不力計(jì)算的要求劃分高區(qū)系統(tǒng)。

        這樣就可以在高導(dǎo)建筑高區(qū)供暖系統(tǒng)需要時(shí)采用水泵加壓供給高區(qū)供暖系統(tǒng)經(jīng)過(guò)高區(qū)供暖系統(tǒng)散熱后,在總回水產(chǎn)管上安裝(減壓循環(huán)裝置)消除加壓泵增加的靜水壓力后再接入低區(qū)的回水管網(wǎng)上,從而使高區(qū)、低區(qū)的壓力完全互不影響,實(shí)現(xiàn)低區(qū)系統(tǒng)和高區(qū)系統(tǒng)合用一套室外管網(wǎng)和熱源。就可以實(shí)現(xiàn)高低區(qū)供暖系統(tǒng)的直接連接。

        3.帶減壓循環(huán)裝置的立管布置要求和工作過(guò)程

        立管下流水減壓循環(huán)裝置屬非標(biāo)管路流體技術(shù)裝置,按高區(qū)系統(tǒng)的流量?jī)?yōu)化參數(shù)。一套裝置由四個(gè)部件組成。靜壓切斷裝置(部件1)安裝于立管頂端下部:氣水循環(huán)裝置(部件2)安裝于低區(qū)動(dòng)水壓線以下2~25米之間(一般在4~7層):氣水分離裝置(部件3)安裝于低區(qū)動(dòng)水壓線以下1~5米之間(一般在9~12層):壓力限定裝置(部件4)安裝于低區(qū)最大允許工作壓力限值(一般為40米左右高)位置上;及相應(yīng)的循環(huán)管路控制了立管內(nèi)動(dòng)水壓力線以上的水流為膜流狀態(tài),變有壓水流為受控?zé)o壓水流。

        減壓循環(huán)裝置的工作過(guò)程是:工人時(shí),供暖系統(tǒng)高區(qū)回水在進(jìn)入立管下流水靜壓切斷裝置部件1后,在策略和導(dǎo)游裝置引發(fā)的離心慣性力作用下,即可形成左旋水膜流態(tài),沿下流過(guò)程旋轉(zhuǎn)漸減弱至穩(wěn)定,直至不壓線高度處,變?yōu)闈M管流態(tài)。處于水膜流態(tài)的立管中便形成位于軸線的空氣(柱)芯。下流到氣水循環(huán)裝置部件2內(nèi)的工作水流,由于斷面突然擴(kuò)大,流速驟減,使得深含攜帶于工作水流中的空氣隨即得以浮升到氣水循環(huán)裝置部件2上部的環(huán)流狀空間。在立管滿流段即筒內(nèi)水壓力和氣水循環(huán)管的綜合作用下,該空間氣體由集氣管與集氣管中的水一起上升到氣水分離裝置部分3內(nèi)進(jìn)行氣水分離,分離出的水沿不循環(huán)管復(fù)回到氣水循環(huán)裝置部件2下部,形成了水的循環(huán)回路;在分離裝置部分3中分離出來(lái)的氣體經(jīng)氣循環(huán)管與靜壓切斷裝置1與立管中心氣芯聯(lián)能,形成了工作水流中所含氣體的氣循環(huán)回路。這便是本減壓裝置配入系統(tǒng)后的一般工作情況。

        若系統(tǒng)內(nèi)偶然的壓力變化,超過(guò)U型水封管4的不封工作壓力,其出口可排水卸壓或吸入空氣,否則水封管將保持封閉狀態(tài)。由于立管兩端均與系統(tǒng)相聯(lián),使立管中的氣體在U型水封密閉埋處于封閉狀態(tài),其中僅有部分溶含攜帶于水流中的氣體參與自氣水循環(huán)裝置、氣水分離器,再?gòu)?fù)回立管的氣水循環(huán)裝置之中。在此循環(huán)中,原溶解攜帶于系統(tǒng)工作水流中的氣體也會(huì)被收集封閉于立管氣芯之中,成為立管中氣芯的一人動(dòng)態(tài)組成部分。只要系統(tǒng)持續(xù)工作,這種立管內(nèi)氣芯的封閉狀態(tài)就會(huì)被維持。顯然,因系統(tǒng)工作水流攜帶氣體導(dǎo)致的氣塞現(xiàn)象困擾正常供暖工作的情況將會(huì)因此而消除。同時(shí),由于氣體長(zhǎng)期被封閉,其氧氣必然會(huì)被耗盡,立管中氣芯便會(huì)呈現(xiàn)惰性組分狀態(tài),這將為配裝本例立管的系統(tǒng)創(chuàng)造無(wú)氧蝕工作狀況提供條件。

        4.減壓循環(huán)裝置優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)

        配置本專利技術(shù)裝置的優(yōu)點(diǎn):

        (1)直接使用低區(qū)(冷)熱源熱媒,充分利用熱媒參數(shù),不須設(shè)費(fèi)用較高的高區(qū)換熱器。通常造價(jià)可降低十多萬(wàn)元。

        (2)不需為高區(qū)單獨(dú)設(shè)置熱源,使用動(dòng)力源系統(tǒng)簡(jiǎn)化,使高壓區(qū)和低壓區(qū)可以共享熱力儲(chǔ)備,降低可觀投資,提高了運(yùn)行可靠性。

        (3)系統(tǒng)與大氣實(shí)現(xiàn)了有條件封閉,確保無(wú)氣體混入工作水流,本裝置不會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)的"氣塞"及"氧腐蝕"問(wèn)題,減小了維護(hù)工作量。

        (4)比"雙水箱"系統(tǒng)節(jié)省了建筑面積和水箱,也沒(méi)有了水箱的維護(hù)工作量。高區(qū)總回水立管管戲至少也小一號(hào),通水能力得到合理利用。

        (5)高區(qū)系統(tǒng)的總回水立管最高點(diǎn)為高區(qū)的定壓點(diǎn)。通常高區(qū)可用普通鑄鐵散熱器,高區(qū)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)對(duì)原有低區(qū)系統(tǒng)壓力無(wú)影響,原有低區(qū)管網(wǎng)的老舊設(shè)施均可使用。

        5.高區(qū)增壓泵的選型

        高區(qū)增壓泵的選型適宜,全為系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造條件,應(yīng)注意要用熱水型水泵,并且按下述方法選下?lián)P程和流量參數(shù)。

        高區(qū)增壓泵的揚(yáng)程:Hb=Hj+Hw+V.2/2g-Hg

        式中:Hb—高壓增壓泵的揚(yáng)程。

        Hj—泵與部件(系統(tǒng))的最高點(diǎn)的標(biāo)高差(M)。

        Hw—高區(qū)供暖管道系統(tǒng)的阻力(M)一般為2米左右。

        V.2/2g—進(jìn)入部件1時(shí)的動(dòng)壓頭(M)。

        Hg—熱網(wǎng)供水在增壓泵進(jìn)口處的壓力水頭(M)。

        高區(qū)產(chǎn)壓泵的流量:V=kl0.86Q/ρ(t1-t2) (M3/H)

        式中:K—附加系數(shù),可取1.1~1.2。

        Q—高區(qū)供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷(W)。

        t1—供水溫度℃。

        t2—回水溫度℃。

        ρ—供水密度kg/m3(通常取965Kg/M3)。

        加壓水泵的控制宜采用變頻設(shè)備,以達(dá)到節(jié)能目的。在低區(qū)采膨脹水箱定壓時(shí),其動(dòng)水壓線較穩(wěn)定,在參數(shù)匹配時(shí)可采用工頻調(diào)和,效果也很好。

        另外,如采用一臺(tái)(組)水泵帶多個(gè)高區(qū)系統(tǒng)時(shí),可在每人高區(qū)系統(tǒng)的回水或供水干管上安裝自力式流量控制閥5,如附圖所示,效果也很可靠,且也可采有工頻設(shè)備。

        減壓循環(huán)裝置技術(shù)經(jīng)推本溯源的研究和太原市工商銀行桃園四巷高層住宅(14層);太原佳地花園華苑大廈(18層);山西省建筑設(shè)計(jì)研究辦公樓(8層)等工程的實(shí)際運(yùn)行表明本技術(shù)產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠,對(duì)降低工程費(fèi)用,效果顯著。

        本技術(shù)已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實(shí)用新新型專利證書和發(fā)明專利證書,是管路流體技術(shù)在供暖系統(tǒng)應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)方案已經(jīng)多次成功應(yīng)用,逐步得到市場(chǎng)的認(rèn)可,歡迎各位同行給予推薦使用。我公司將提供必要的咨詢和服務(wù),承諾對(duì)裝置的可靠性負(fù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)責(zé)任,將信守合同,確保服務(wù),追求完美,以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)貢獻(xiàn)社會(huì)。

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