地暖混水降温系统应用探析

2010-02-08王兴科

河南城建学院学报 2010年6期

王兴科

(陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南714000)

地暖是地板辐射采暖的简称,是以整个地面为散热器,通过地板辐射层中的热媒,均匀加热整个地面,利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导,来达到取暖目的。由于在室内形成从脚底至头部逐渐递减的温度梯度,从而给人以脚暖头凉的舒适感,是目前最舒适的采暖方式。但是,目前我国集中供热或小区集中供热系统大都是针对散热器采暖用户设计的,一般供水温度在80～90℃,远高于地暖要求的水温,因此不能直接用于地暖。因此,针对散热器采暖设计的用户如果想使用地暖系统,就必须在供暖管进户处安装混水降温装置,给集中供热用户提供合适的低温大流量地暖循环水,满足地暖对与安全性和舒适性的要求。

1 地暖对水温的要求

我国《地面辐射供暖技术规程》中对于地暖水温有以下规定：民用建筑供水温度宜采用35～50℃,不应超过60℃,供、回水温差宜小于或等于10℃。这一规定主要是从地暖使用的安全性和舒适性两方面来考虑的。

从地暖使用的安全性上来说,温度对地暖管使用寿命和老化性能具有非常大的影响,由图1可知,在地暖施工中广泛应用的PE-RT管材使用寿命在60℃以下可达50 a,但工作温度高于60℃时寿命急剧下降,因此控制水温对于地暖长时间安全工作具有非常重要的意义。

图1 PE-RT管材使用寿命曲线

从地暖使用的舒适性上来说,由于地暖以整个地面为散热器,散热面积比普通散热器大的多,如果进水温度超过60℃会导致室内温度过高和室内干燥。另外,国外研究证明长期地板温度过高会损坏地板并引发人体腿部毛细血管疾病。

2 地暖混水降温系统的作用和工作原理

地暖混水降温系统是目前解决高温水源地暖用水的优选方式,无论何种结构的混水降温系统都是利用地暖散热后的低温回水与高温进水相混合以提供适当温度的采暖供水,它与其他降温方式相比具有简单、方便、节能、温度稳定的突出优点,因此得到广泛的应用。

地暖混水降温系统的工作原理如图2所示,高温采暖供水从上面进入系统,与经过地暖盘管降温后的较低温度的地暖回水在混水部件中进行混合,混合出合适温度的水经过增压泵后进入分水器,然后通过地暖盘管散热采暖。在混水降温系统中有两个核心部件,一是增压泵用于提供混合水的动力,二是混水部件控制混合水温度在设定范围内,避免随着供水温度变化混水温度也不稳定。

图2 地暖混水降温系统的工作原理

3 常见混水降温系统特点分析

地暖混水降温系统根据混水部件的结构不同有多种类型,下面就各种混水降温系统的优缺点进行分析,给地暖用户选择适合的混水装置提供参考。

3.1 自力式远传温控阀作为温控核心的结构类型

这种类型的混水装置利用自力式远传温控阀的感温元件检测混合水温度,并根据水温变化控制安装在高温采暖进水通道中的阀体开度,从而改变高温进水量,达到自动恒温控制的目的。当然也可以反向控制,即通过控制回水量达到间接控制进水的目的。此类产品具有结构简单,成本较低,工作可靠的优点。并且因为采用自力式温控阀作为温度控制装置,即使运行时停电,温控部分仍然起作用,可以避免高温热水直接进入地暖系统,起到很好的保护作用。

常用的自力式温控阀原本是设计用在散热器采暖控制中,控制一个散热器的过水量,因此流量系数较小,典型常用的DN20阀体Kv值只有0.8左右,这意味着此温控阀在全开状态下、阀门前后压差10 kPa时过水量为每小时0.8 t,而实际工作中即使循环泵启动温控阀前后的压差也很难达到10 kPa,大多只能在5kPa或者更低压差下运行,也就是这种情况下阀门全开的过水量只有0.3～0.4 t。

3.2 电热驱动器驱动三通阀的结构类型

这种结构的混水系统突出优点是采用温控器设定温度,因此温度设定范围非常大,温控器可以方便设定开启和关闭时间,便于编程控制,达到更好的节能效果;方便实现自动化温控,增加其他各种智能控制功能;另外,电热驱动器工作可靠,电动三通阀不易堵塞,对水质适应能力较好。

采用的电热驱动器动作反应速度较慢,一个动作周期可能需要好几分钟,这导致当进水温度变化较大时混水温度波动现象比较严重,也就是给地暖系统供应的不是恒温水,而是在一定范围上下波动,导致地暖部件要长期承受温度反复变化的热胀冷缩效应,容易导致漏水。由于电动阀芯依靠弹簧力复位,为了避免压差较高时阀瓣压死无法打开,在三通阀回水混合通道中留有直径3 mm左右的泻流口,这会导致供水温度较低时即使三通阀回水通道全部关闭,仍然有部分低温回水进入上部混合水中,降低了混合水温度,因此在供水温度较低时无法充分利用供水水温,低温供水特性不太好。另外,当停电时电动三通阀自动复位,可以关闭采暖进水,一方面避免高温水进入系统,另一方面即使供水温度本身不高也不能给地暖供水,影响用户采暖。

3.3 电动两通球阀作为温控调节装置的结构类型

这种结构类型在温度设定和控制上与上述两种具有类似优点,不再详述。其突出优点在于进水通道采用通流面积很大的电动球阀,当采暖供水温度低于设定温度时循环泵停止工作,利用集中供暖自身的压差可以直接供暖,压力损失很小,如果用户采暖面积较大,这个产品供水能力还是比较适合的。

此结构的最大问题在于供水水温高于设定温度不太多时,系统会发生震荡工作状态,因为此时当循环泵工作后低温回水必然会通过止回阀与上部进水混合,由于循环水量无法控制,回水量较大,混合后水温会低于设定值,温控器判断水温偏低,停泵,然而停泵后回水不再与热水混合,采暖进水温度又会高于设定温度,循环泵重新启动,继续重复上述过程。循环泵频繁起停,水温极不稳定,对循环泵的寿命也极为不利。

3.4 恒温混水阀作为温控调节装置的结构类型

混水阀作为温控部件的突出优点是稳定性好,并且低温工作特性突出,当水温低于设定值时可以自动关闭回水通道,避免供水温度降低,保证较好的供水效果。恒温混水阀过水量较大,DN20的典型Kv值可以达到2～4,即使在较小压差的情况下也能提供较大的流量;当工作中突然停电后,如果供水温度超过设定值,混水阀会自动关闭采暖供水,避免高温水进入地暖中,对地暖起到保护作用。但供水温度低于设定值时,混水阀可以自动打开高温水通道对地暖进行供水,保持用户室内温度不会下降太多。

此种结构的缺点是如果进水中有杂质容易堵塞卡死,导致温控失灵,因此水质适应性没有上面两种好。另外,恒温混水阀为了保证温控精度,温度调节范围难以做的很宽,通常DN20的温控范围在10～15℃之间效果较好,但此温度范围无法覆盖35～60℃整个水温区间,比较好的办法是根据用户使用的情况选择适合区段的温度范围,常用的35～45℃、40～50℃、50～60℃等,对于一般用户,推荐采用40～50℃的,适用性比较广一些。