淺析高層建筑熱水供給系統的故障根源

淺析高層建筑熱水供給系統的故障根源

摘要：引起某些高層建筑熱水供給系統在用水高峰期出現乍冷乍熱和區域性斷水等故障的根源是沒對熱水管網水力計算結果進行修正、沒用補水壓力校核生活水箱設置高度、補水管管徑和接口位置選取不當、配水末端管徑和回水管徑的確定不當等。熱水供給系統在高層建筑給排水中出現的題目最多，如在使用熱水的高峰期出現高處用水點的水壓不穩、水溫忽高忽低和區域性斷水等�，F分析引起這些故障的根源并提出解決方法。

1 沒對水力計算的結果進行修正

在熱水管網水力計算中存在這樣一種假設：在同一管段中設計熱水用量(即配水流量)以0.8～1.5m/s的流速計算，循環流量以0.1～0.5m/s的流速計算，這樣的假設是不公道的。經下面的公式推算可以看出兩種流量采用分離式或合流式計算法在配水管網水力計算中存在的差異。
在高層建筑的熱水機械循環系統中總循環流量(循環流量和附加循環流量的總和)是設計熱水用量的25%～30%，取qx=0.30qp。按分離式計算，合流后配水管網總水頭損失為1.09(hpy hpj)；按合流式計算，合流后配水管網總水頭損失則為1.69(hpy hpj)，其中hpy為配水管網的沿程水頭損失，hpj為配水管網的局部水頭損失。也就是說合流后實際需要的補水壓力和循環泵的揚程都比分離式計算結果大很多，這也正是一些工程按照分離式水力計算設計出的熱水系統在用水高峰期，高處用水點和區域時常出現壓力不穩甚至斷流的內在原因。解決的方法是按合流后的流量和經濟流速來重新選取配水管徑，降低合流流速和水頭損失或進步補水口壓力和循環水泵揚程。
合流后增加的沿程和局部水頭損失如何在配水流量和循環流量之間分配尚無試驗和資料查證。依據水頭損失與流量的平方呈正比的關系，筆者建議按流量平方比進行分配以對分離式計算的水頭損失進行修正，進而修正補水口所需的壓力和循環水泵的揚程。

2 沒用補水壓力校核水箱設置高度

對于加熱器位于上方的上行下給式熱水系統，補水從高位水箱經補水管到加熱器，然后通過配水管到達最不利用水點，所經路線與通常采用的上行下給式冷水系統接近，高位水箱安裝高度應基本滿足最不利用水點的水壓要求。但對加熱器位于上方的下行上給式或加熱器位于下方的下行上給式和上行下給式熱水系統的補水所經路線，與通常采用的上行下給式冷水系統相差很多，其水頭損失很大，高位水箱的高度往往滿足不了熱水系統最不利點和區域的水壓要求(甚至出現區域性斷水現象)。因此，此時水箱高度的決定因素應為是否滿足熱水系統最不利用水點的水壓要求。
高位水箱最低水位與最不利用水點的高差δh應滿足：
δh?≥hly hlj hj hry hrj hl
式中 ?hly、hlj——分別為補冷水管的沿程和局部水頭損失
?hry、hrj——分別為加熱器出口至最不利用水點配水管的沿程和局部水頭損失(已經合流式計算修正)
?hj——加熱器水頭損失?
?hl——用水點流出水頭

3 補水管管徑選取不當

實際工程中為熱水系統補水的高位水箱因受建筑設備間的限制其安裝位置和高度已確定，也就是補水箱的最低水位與最不利用水點的高差δh已確定，配水管網的管徑根據設計秒流量和循環流量的合流也已初步選定，因此在影響δh值的因素中只有補水管的沿程和局部水頭損失能夠隨補水管徑大小進行調整。具體方法是利用δh計算公式算出hly hlj的最大值，若出現δh-(hly hlj)≤0則必須采取進步水箱的安裝高度、擴大配水管徑或對補水進行加壓等措施；若δh-(hly hlj)＞0，則利用水頭損失公式反推出補水管的最小管徑(若求得的補水管的最小管徑太大則應適當放大配水管徑或進步補水箱的安裝高度)。?

4 補水管的接口位置選取不當

在實際工程中補水管的接口位置有的接在循環泵的出水管上或加熱器的進口處，有的則接在循環水泵的吸水管上。接在循環泵的出水管上或加熱器的進口處的條件條件是：補水箱的最低水位與最不利用水點的高差≥hly hlj hj hry hrj hl，這時的循環泵只起循環作用，其流量≥qx qf，揚程≥［(qx qf)/qx］2hp hx(hp是經合流式計算修正過的循環流量通過配水管網時的水頭損失)。
在實際工程中由于補水箱的高度受到限制，熱水管網規模較大，尤其加熱器設在遠處另建的熱力站內，各種水頭損失都很大，單靠放大管徑既不經濟，有時又不可能，這就必須對補水進行加壓。其加壓方式有兩種：一種是在補水管上安裝加壓泵，其流量≥qh，揚程≥ (hly hlj hj hry hrj hl)-δh；另一種有效的做法是把補水管的接口選在循環水泵前，這時循環泵起到循環和加壓的雙重作用，其流量≥qx qf qh，揚程應在［(qx qf)/qx］2hp hx和(hly hlj hj hry hrj hl)-δh之中選擇大者。前一種需加壓泵和循環泵兩臺小泵同時運行，后一種需一臺合流大泵運行，兩者各有利弊。
因熱水管網是個變流量、變壓力、變溫度系統，為穩定系統內供水參數，此時的加壓泵和合流泵最好選用變頻泵，根據供水時段或管網內壓力變化對水泵進行調頻。?

5 配水末端管徑和回水管徑確定不當

高層建筑熱水管網布置形式一般均采用立管循環方式，因此配水末端管徑和回水起始端管徑的確定就很關鍵。此段的配水管要擔負末端用水點的配水量和整個立管的循環流量，由于高層建筑的立管長、熱損失大且需循環流量與末端配水量接近，所以僅以用水設計秒流量或用具接口口徑來確定配水末端管徑是不夠的。由于在經濟流速范圍內是無法承擔疊加流量的，因此配水末端管徑必須采用疊加流量進行計算選取。回水起始端管徑應采用整個立管的循環流量進行計算確定，為了把循環泵的揚程進步到易選泵的范圍內并兼顧將來結垢對設備運行的影響，可以適當進步回水流速、縮小回水管徑。

6 結語

筆者曾在兩座星級賓館熱水供給系統設計中碰到相同的題目，即依據現有資料設計后，實際運行時卻在用熱水高峰期頻頻出現不利區域性缺水現象。經各種努力后并未從根本上解決題目，最后只好從設計方法上查找根源，結果發現上述缺陷，隨后對補水壓力和循環泵進行了調整，缺水現象得到徹底解決。在隨后的工程設計中按上述方法進行了調整，運行效果非常令人滿足，因此建議同業職員應對熱水供給系統設計進一步細化，使其更符合工程實際。

參考文獻：

［1］上海市建設委員會.建筑給水排水工程規范［m］.北京：中國建筑產業出版社，1996.
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［3］李岱森,王曉暉，李秀華，等.簡明供熱設計手冊［m］.北京:中國建筑產業出版社,1998.

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