孫發(fā)君 郝 軍 田志偉 劉自帥

(京源中科科技股份有限公司，北京 102488)

0 引言

我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展推動著北方城鎮(zhèn)建筑面積的不斷增長，北方城鎮(zhèn)集中供熱的面積也隨之增長，對傳統的供熱系統的挑戰(zhàn)也越來越大[1]。傳統供熱系統的一二次網換熱存在流量不足和換熱效率低等問題，樓棟之間和用戶之間存在嚴重的水力失調等問題，換熱站后存在多種形式的末端采暖方式和高層建筑高低區(qū)供熱系統存在回水壓力差懸殊等問題，帶來的額外能耗也越來越多。傳統的一二次網換熱采用換熱機組換熱，存在換熱效果差，效率低，造成近端用戶過熱，遠端用戶不熱等問題。解決該問題通常采用增大流量或提高供水溫度的做法，能緩解末端不熱的狀況，但不能從根本上解決水力失調的問題；這樣做既降低了水力穩(wěn)定性，還會帶來額外的熱耗和電耗。對于末端熱用戶采用不同的供暖方式，所需的供水溫度不一致，也給傳統供熱系統帶來了挑戰(zhàn)。對于高層建筑的高低區(qū)供熱系統并聯，也給傳統供熱帶來了很大的額外水泵電耗?；诖耍疚奶岢霾捎脟娚浔没焖夹g，可以靈活應用在供熱系統中，解決供熱系統存在的問題，提高用戶舒適性的同時，節(jié)能效果也很明顯。

1 噴射泵介紹

1.1 噴射泵的結構及原理

噴射泵主要由吸入室、噴嘴、混合管和擴散管幾部分組成，如圖1所示。

工作流體在入口處的壓力作用下，從噴嘴(2)高速噴射出來，進而進入吸收室(1)，變壓能為動能，壓力下降，低于吸入室引射流體的壓力，從而抽吸引射流體，一并進入混合管(3)，在混合管(3)內進行動能和熱能的交換，混合后的流體的溫度和速度趨于一致，再進入漸擴型擴散器(4)?；旌狭黧w的動能逐漸減小，壓力逐漸增大，增大至滿足供熱系統需求時，進入供熱系統。

1.2 噴射泵的優(yōu)點

噴射泵的結構既簡單、又緊湊，且安裝便捷；整體結構無活動部件，無需消耗電能，免維修，壽命長；無振動噪聲，不擾民；運行可靠，不需要備件，有自吸功能；滿足不同溫度的使用，全封閉，無泄漏。

2 噴射泵混水技術節(jié)電原理

對于供熱系統而言，最主要的電耗來源是循環(huán)水泵的運行電耗，水泵的運行功率與運行流量和揚程的關系為：

(1)

其中，N為運行功率；Q為運行流量；H為運行揚程；η為運行效率；a為常數系數。通過多個噴射泵實際應用項目的運行數據，發(fā)現改造前后系統的總壓降基本不變，而混水前的干管流量為改造前的一半。通過式(1)發(fā)現，揚程基本不變，流量降低1/2，其余的基本不變，那么安裝了噴射泵后，循環(huán)泵的運行功率就降低約1/2，大大節(jié)省了循環(huán)泵的電耗。

3 噴射泵混水技術節(jié)熱原理

供熱系統管網因水力失調引起的過熱損失約占整個供熱能耗的20%以上，能源浪費嚴重。因此，須提高供熱系統的水力穩(wěn)定性，解決供熱系統“近熱遠冷”和“冷熱不均”等問題，提高用戶的供熱品質，減少不必要的能源浪費，降低過熱損失[2]。

供熱系統管網的水力穩(wěn)定性是指管網的熱用戶在其他熱用戶調節(jié)流量時，保持自身流量不變的能力。通常用水力穩(wěn)定性系數y來衡量熱網的水力穩(wěn)定性[3]。

(2)

其中，y為熱用戶的水力穩(wěn)定性系數；Gg為熱用戶的實際流量，m3/h；Gmax為熱用戶可能出現的最大流量，m3/h；ΔPy為熱用戶在正常工況下的壓力損失，MPa；ΔPw為正常工況下熱網干管的壓力損失，MPa。

由式(2)可以看出：水力穩(wěn)定性系數值在0～1之間，數值越大穩(wěn)定性越好，數值越小穩(wěn)定性越差。因此，提高供熱系統水力穩(wěn)定性的方法：降低干管的壓降或提高末端的壓降。

降低干管的壓降的方法有：

1)擴大干管管路的管徑，初投資和材料消耗大大增加。

2)降低干管的流量，使得干管的運行模式由傳統的“大流量小溫差”變?yōu)椤靶×髁看鬁夭睢薄?/p>

提高末端的壓降的方法有：

1)增大用戶末端的壓降，安裝阻力閥等，需要增加更多的投資和材料消耗。

2)提高用戶末端的流量，使得用戶末端的運行模式為“大流量小溫差”。

綜上所述，采用噴射泵混水技術，不僅可以減少干管的流量，還可以加大用戶末端的流量，降低了干管的壓降還提高了末端的壓降，大大的提高了系統的水力穩(wěn)定性，使得熱用戶已經沒有“遠”“近”之分，把不必要的熱量損失降到最低，解決末端用戶過熱或不熱的問題，提高用戶室溫舒適性的同時，最大程度的降低能耗，預計可節(jié)熱10%～30%[4]。

4 噴射泵在供熱系統中的幾種典型應用

4.1 噴射泵在一、二次網直連系統的應用

供熱系統實際一次網和二次網的換熱，往往采用換熱站進行一次網和二次網的換熱，存在一次網的流量不足，換熱效果差，換熱效率低，近端用戶過熱，遠端用戶不熱等問題?；趪娚浔玫脑?，可以利用一次網和二次網之間的大壓差，在一次網和二次網之間安裝噴射泵，取代換熱站內的板換和二次網的循環(huán)泵，如圖2所示。直接換熱無熱損失，比間接換熱效率高，減少熱損，大大提高了換熱效率。同時，拉大了一次網的供回水溫差，解決了一次網因流量不足而熱量不足的問題，滿足末端用戶用熱需求的同時，還提高了系統的供熱能力，擴大供熱范圍[5]。

4.2 噴射泵在樓棟入口處的應用

噴射泵混水技術在樓棟入口處的應用較早，即在樓棟前熱力入口處安裝噴射泵，如圖3所示，將二次網的供水與末端回水混合后送往末端用戶，使得二次干管以“小流量大溫差”運行，末端用戶以“大流量小溫差”運行，大大提高了整個供熱系統的水力穩(wěn)定性，且降低了二網循環(huán)泵的電耗以及解決了因水力不平衡帶來的室內溫度冷熱不均等問題。還適用于末端同時存在地暖、散熱器等供水溫度需求不一樣的供熱系統，通過不同的混水量，混合出適合不同末端形式所需的供水溫度，確保安全高效的運行。

噴射泵在樓棟入口處的應用，還可以結合二網變頻循環(huán)泵，可實現供熱系統的質調節(jié)和量調節(jié)。采用質調節(jié)時，只改變供回水溫差，不改變管網的流量，來調節(jié)供熱量，滿足不同負荷的變化需求。采用量調節(jié)時，通過變頻泵調節(jié)水泵的頻率，改變混水量，來調節(jié)供熱量，滿足不同負荷的變化需求。噴射泵與變頻泵結合的混水供熱技術，不僅僅解決了水力失調嚴重和室內過熱損失的問題，還降低了閥門的節(jié)流損失，更大程度上實現節(jié)電和節(jié)熱[6]。

4.3 噴射泵在高低區(qū)系統的應用

隨著建筑高度的不斷增加，供熱系統往往同時存在高區(qū)供熱管網和低區(qū)供熱管網，在低區(qū)供熱管網上直連高區(qū)供熱管網，流經高區(qū)的回水壓力過大，使得回水干管上的壓力過大，供回水壓差減小，使得低區(qū)的流量不足，影響低區(qū)的供熱質量。常規(guī)采用安裝節(jié)流閥門的方法實現高區(qū)回水的節(jié)流降壓，使得加壓泵提供的能量大部分消耗在閥門上[7]。

噴射泵可以將浪費在節(jié)流閥上面的能量利用起來，將高區(qū)的回水和低區(qū)的回水混合，提高混合后的回水壓力，起到了回水管網上安裝加壓泵的作用，如圖4所示。在不需要消耗任何額外能源的情況下，提升了供熱系統的整體供熱能力，實現節(jié)能節(jié)電的目的[7]。

噴射泵還可以利用散熱器的回水給地暖系統的高低區(qū)供熱，如圖5所示，將散熱器的回水送至高、低區(qū)的地暖熱用戶，通過噴射泵將地暖高低區(qū)的回水混合，降低高區(qū)地暖回水的壓力，提高低區(qū)地暖回水的壓力，同時提升了回水干管的壓力，起到了回水加壓泵的功能。采用散熱器回水，也不需要混水來滿足地暖的供水溫度需求，充分的利用了熱量。對于末端用戶同時存在散熱器和地暖高低區(qū)的形式，為噴射泵的應用提供了一種新的方式[8]。

5 結語

噴射泵混水技術能緩解傳統供熱系統水力失調和額外能耗等問題，利用系統的富余“壓頭”，無需消耗額外的能耗，提高了系統的穩(wěn)定性，不僅僅提高了末端用戶的舒適性，尤其是保障了最不利末端用戶的供熱效果，也消除了末端用戶的“遠近”之分，實現了供熱系統各個環(huán)節(jié)的節(jié)電和節(jié)熱，節(jié)能效果非常的顯著。