淺析高層建筑熱水供應系統(tǒng)的故障根源

摘要：引起某些高層建筑熱水供應系統(tǒng)在用水高峰期出現(xiàn)忽冷忽熱和區(qū)域性斷水等故障的根源是沒對熱水管網(wǎng)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?shù)取?
關鍵詞：熱水供應 故障根源 熱水管網(wǎng) 解決方法

1 沒對水力計算的結果進行修正

在熱水管網(wǎng)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(huán)流量以0.1～0.5m/s的流速計算，這樣的假設是不合理的。經(jīng)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(wǎng)水力計算中存在的差異。
在高層建筑的熱水機械循環(huán)系統(tǒng)中總循環(huán)流量(循環(huán)流量和附加循環(huán)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(wǎng)總水頭損失為1.09(hpy+hpj)；按合流式計算，合流后配水管網(wǎng)總水頭損失則為1.69(hpy+hpj)，其中hpy為配水管網(wǎng)的沿程水頭損失，hpj為配水管網(wǎng)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(huán)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(tǒng)在用水高峰期，高處用水點和區(qū)域時常出現(xiàn)壓力不穩(wěn)甚至斷流的內(nèi)在原因。解決的方法是按合流后的流量和經(jīng)濟流速來重新選取配水管徑，降低合流流速和水頭損失或提高補水口壓力和循環(huán)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(huán)流量之間分配尚無試驗和資料查證。依據(jù)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(huán)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(tǒng)，補水從高位水箱經(jīng)補水管到加熱器，然后通過配水管到達最不利用水點，所經(jīng)路線與通常采用的上行下給式冷水系統(tǒng)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(tǒng)的補水所經(jīng)路線，與通常采用的上行下給式冷水系統(tǒng)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(tǒng)最不利點和區(qū)域的水壓要求(甚至出現(xiàn)區(qū)域性斷水現(xiàn)象)。因此，此時水箱高度的決定因素應為是否滿足熱水系統(tǒng)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(jīng)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(tǒng)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(wǎng)的管徑根據(jù)設計秒流量和循環(huán)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(diào)整。具體方法是利用δh計算公式算出hly+hlj的最大值，若出現(xiàn)δh-(hly+hlj)≤0則必須采取提高水箱的安裝高度、擴大配水管徑或?qū)ρa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提高補水箱的安裝高度)。

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(huán)泵的出水管上或加熱器的進口處，有的則接在循環(huán)水泵的吸水管上。接在循環(huán)泵的出水管上或加熱器的進口處的前提條件是：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(huán)泵只起循環(huán)作用，其流量≥qx+qf，揚程≥［(qx+qf)/qx］2hp+hx(hp是經(jīng)合流式計算修正過的循環(huán)流量通過配水管網(wǎng)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(wǎng)規(guī)模較大，尤其加熱器設在遠處另建的熱力站內(nèi)，各種水頭損失都很大，單靠放大管徑既不經(jīng)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(huán)水泵前，這時循環(huán)泵起到循環(huán)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(huán)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(wǎng)是個變流量、變壓力、變溫度系統(tǒng)，為穩(wěn)定系統(tǒng)內(nèi)供水參數(shù)，此時的加壓泵和合流泵最好選用變頻泵，根據(jù)供水時段或管網(wǎng)內(nèi)壓力變化對水泵進行調(diào)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(wǎng)布置形式一般均采用立管循環(huán)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(huán)流量，因為高層建筑的立管長、熱損失大且需循環(huán)流量與末端配水量接近，所以僅以用水設計秒流量或器具接口口徑來確定配水末端管徑是不夠的。由于在經(jīng)濟流速范圍內(nèi)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(huán)流量進行計算確定，為了把循環(huán)泵的揚程提高到易選泵的范圍內(nèi)并兼顧將來結垢對設備運行的影響，可以適當提高回水流速、縮小回水管徑。

6 結語

筆者曾在兩座星級賓館熱水供應系統(tǒng)設計中遇到相同的問題，即依據(jù)現(xiàn)有資料設計后，實際運行時卻在用熱水高峰期頻頻出現(xiàn)不利區(qū)域性缺水現(xiàn)象。經(jīng)各種努力后并未從根本上解決問題，最后只好從設計方法上查找根源，結果發(fā)現(xiàn)上述缺陷，隨后對補水壓力和循環(huán)泵進行了調(diào)整，缺水現(xiàn)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(diào)整，運行效果非常令人滿意，因此建議同業(yè)人員應對熱水供應系統(tǒng)設計進一步細化，使其更符合工程實際。