石兆玉供热系统混水连接方式的选优.docx

供热系统混水连接方式的选优
清华大学石兆玉

摘要：为节能（电）的需要，我国采用混水连接方式的供热系统已成为行业关
注的新热点。为使设计方案更加科学合理，本文就混水连接的管网特性、
方案的最优组成以及节能（电）计算进行了探讨。
关键词：供热系统混水连接方式管网特性节能优选

一、分布式混水连接系统的优势
混水连接方式是供热系统直接连接的一种传统的有效的方式。多采用喷射泵和混水泵实现。近年来，由于节能、节电的需求以及变频调速水泵的广泛应用，混水泵的连接方式，呈现出明显优势，因此，成为新近一个时期，业内人员普遍关注的热点。
作者在“供热系统分布式变频循环水泵的设计”一文中[1]，就分布式变频混水泵的节电优势，做过详细的分析论证：一般分布式变频循环水泵的供热系统，其水泵装机容量与传统设计方案相比，节电1/3；而分布式混水泵供热系统，其装机节电量为2/3。若在运行期间，采用变频变流量调节，则全系统节电85%左右，优势更为显著。
分析分布式混水泵节电原因，主要是能更多的消除管网在热媒输送过程中的无效电耗，进而提高了管网的输送效率。采用分布式混水泵系统，最大的特点是减少了一次网的设计循环流量（增大了供、回水温差，对于高温水供热更是如此）。众所周知：当管网比摩阻相同时，分布式循环水泵的设计方案与传统设计方案相比，水泵扬程基本相等。水泵电机装机电量的节省，主要体现在流量的选择上。对于传统设计方法，由于循环水泵设置在热源处，其循环流量必然是系统的总设计流量，这就造成系统循环水泵的电功率，远大于实际需要的数值，其结果是在系统的近端热用户形成过量的资用压头，以至于不得不加装流量调节阀进行节流，造成大量电能的无谓浪费。采用分布式混水泵系统，不但避免了上述电能的浪费，而且大大降低系统一次网总的循环流量，从而实现在最小的耗电功率下达到最大供热量的输送，这是分布式混水泵节电的根本原因。
分布式混水泵连接方式的另一优势，是能灵活适应热用户的各种不同采暖方式的需求。近年来，除散热器采暖方式外，空调热风采暖，地板辐射采暖等形式大量涌现。散热器采暖需要较高的二次网设计供水温度（一般应在85℃以上，供、回水设计温差为20~25℃）；空调热风采暖，二次网供、回水设计温度为60/50℃；地板辐射采暖，二次网供、回水温度以45~50/35~40℃为宜。对于分布式混水泵系统，只要改变不同的混合比（二次网混水量与一次网供水量之比），就能很方便地实现上述各种不同采暖形式的参数要求。
分布式混水泵系统的上述优点，对于分布式循环水泵的间接连接系统（通过板换实现）也同样能够实现，但后者的初投资比前者大，这是分布式混水泵系统的又一重要优势。

二、几种混水连接方式的特性
目前常采用的混水连接方式有以下几种，如图1所示：
图1-a为喷射泵连接；图1-b，混水泵置于旁通管上；图1-c，混水泵置于二次网供水管上；图1-d，混水泵置于二次网回水管上；图1-e，一次网供水管上置热网循环泵，二次网供水管上置混水泵。在分布式混水连接中，为适应自动控制的需要，常在上述喷射泵、混水泵前后的相关位置设置电动调节阀，而且数量不止一个。从近几年对实际工程的观察：上述所有连接方式的设计都比较随意，有的工艺比较合理，有的并不合理；甚至由于工艺不合理，导致本想节能而实则费能的结果。为了优化设计，深入分析上述几种连接方式的特性，进而明确不同工程应具有不同的优选方案，是十分必要的。

（a）（b）

（c）（d）（e）
图1几种混水连接方式示意图
1—热用户2—混水旁通管
a）喷射泵；b）旁通混水泵；c）二次网供水混水泵；
d）二次网回水混水泵；e）一次管网泵，二次供水混水泵

1．工况计算的基本公式
混水系统通用示意图如图2所示。混水装置（含喷射泵、混水泵）可能分别或同时设置在一、二次网和混水旁通管上。为深入研究混水装置和各种调节阀的优化配置，有必要对混水系统的工况进行基本分析。

图2混水泵系统通用示意图

根据电学的基尔霍夫定律，可对图2的混水泵系统的流量、压力建立如下的基本关系：
G2g=G1g+Gh（1）
ΔH1+ΔH2=ΔP1+ΔP2（2）
ΔH1-ΔHh=ΔP1（3）
ΔH2+ΔHh=ΔP2+ΔPh（4）
又根据电学的特兰根定律，可建立各种混水装置的水泵电功率与系统各管段的流量、压降的如下关系：
G1gΔH1+G2gΔH2+Gh·ΔHh=N1+N2+Nh（5）
式中，G1g、G2g、Gh——分别为一、二次网和混水旁通管的流量；
ΔH1、ΔH2、ΔHh——分别为一、二次网和混水旁通管的管段压力降；
ΔP1、ΔP2、ΔPh——分别为一、二次网和混水旁通管的混水装置的扬程；
N1、N2、Nh——分别为一、二次网和混水旁通管的混水装置的电功率。

2．混合比[1]
对于各种混水连接方式的供热系统，混合比亦称混合系