高層建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)的故障分析及解決辦法

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引起某些高層建筑熱水供應(yīng)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(méi)對(duì)熱水管網(wǎng)水力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正、沒(méi)用補(bǔ)水壓力校核生活水箱設(shè)置高度、補(bǔ)水管管徑和接口位置選取不當(dāng)、配水末端管徑和回水管徑的確定不當(dāng)?shù)取?熱水供應(yīng)系統(tǒng)在高層建筑給排水中出現(xiàn)的問(wèn)題最多，如在使用熱水的高峰期出現(xiàn)高處用水點(diǎn)的水壓不穩(wěn)、水溫忽高忽低和區(qū)域性斷水等。現(xiàn)分析引起這些故障的根源并提出解決方法。

1、沒(méi)對(duì)水力計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行修正

在熱水管網(wǎng)水力計(jì)算中存在這樣一種假設(shè)：在同一管段中設(shè)計(jì)熱水用量(即配水流量)以0.8～1.5m/s的流速計(jì)算，循環(huán)流量以0.1～0.5m/s的流速計(jì)算，這樣的假設(shè)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(jì)算法在配水管網(wǎng)水力計(jì)算中存在的差異。

在高層建筑的熱水機(jī)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(shè)計(jì)熱水用量的25%～30%，取qx=0.30qp。按分離式計(jì)算，合流后配水管網(wǎng)總水頭損失為1.09(hpy+hpj)；按合流式計(jì)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(shuō)合流后實(shí)際需要的補(bǔ)水壓力和循環(huán)泵的揚(yáng)程都比分離式計(jì)算結(jié)果大很多，這也正是一些工程按照分離式水力計(jì)算設(shè)計(jì)出的熱水系統(tǒng)在用水高峰期，高處用水點(diǎn)和區(qū)域時(shí)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(jì)流速來(lái)重新選取配水管徑，降低合流流速和水頭損失或提高補(bǔ)水口壓力和循環(huán)水泵揚(yáng)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(wú)試驗(yàn)和資料查證。依據(jù)水頭損失與流量的平方呈正比的關(guān)系，筆者建議按流量平方比進(jìn)行分配以對(duì)分離式計(jì)算的水頭損失進(jìn)行修正，進(jìn)而修正補(bǔ)水口所需的壓力和循環(huán)水泵的揚(yáng)程。

2、沒(méi)用補(bǔ)水壓力校核水箱設(shè)置高度

對(duì)于加熱器位于上方的上行下給式熱水系統(tǒng)，補(bǔ)水從高位水箱經(jīng)補(bǔ)水管到加熱器，然后通過(guò)配水管到達(dá)最不利用水點(diǎn)，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(yīng)基本滿足最不利用水點(diǎn)的水壓要求。但對(duì)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(bǔ)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(diǎn)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(shí)水箱高度的決定因素應(yīng)為是否滿足熱水系統(tǒng)最不利用水點(diǎn)的水壓要求。

高位水箱最低水位與最不利用水點(diǎn)的高差ΔH應(yīng)滿足：

ΔH≥hly+hlj+hj+hry+hrj+hl

式中  hly、hlj——分別為補(bǔ)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(diǎn)配水管的沿程和局部水頭損失(已經(jīng)合流式計(jì)算修正)

hj——加熱器水頭損失

hl——用水點(diǎn)流出水頭

3、補(bǔ)水管管徑選取不當(dāng)

實(shí)際工程中為熱水系統(tǒng)補(bǔ)水的高位水箱因受建筑設(shè)備間的限制其安裝位置和高度已確定，也就是補(bǔ)水箱的最低水位與最不利用水點(diǎn)的高差ΔH已確定，配水管網(wǎng)的管徑根據(jù)設(shè)計(jì)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(bǔ)水管的沿程和局部水頭損失能夠隨補(bǔ)水管徑大小進(jìn)行調(diào)整。具體方法是利用ΔH計(jì)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(kuò)大配水管徑或?qū)ρa(bǔ)水進(jìn)行加壓等措施；若ΔH-(hly+hlj)＞0，則利用水頭損失公式反推出補(bǔ)水管的最小管徑(若求得的補(bǔ)水管的最小管徑太大則應(yīng)適當(dāng)放大配水管徑或提高補(bǔ)水箱的安裝高度)。

4、補(bǔ)水管的接口位置選取不當(dāng)

在實(shí)際工程中補(bǔ)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(jìn)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(jìn)口處的前提條件是：補(bǔ)水箱的最低水位與最不利用水點(diǎn)的高差≥hly+hlj+hj+hry+hrj+hl，這時(shí)的循環(huán)泵只起循環(huán)作用，其流量≥qx+qf，揚(yáng)程≥［(qx+qf)/qx］2hp+hx(hp是經(jīng)合流式計(jì)算修正過(guò)的循環(huán)流量通過(guò)配水管網(wǎng)時(shí)的水頭損失)。

在實(shí)際工程中由于補(bǔ)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(shè)在遠(yuǎn)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(jì)，有時(shí)又不可能，這就必須對(duì)補(bǔ)水進(jìn)行加壓。其加壓方式有兩種：一種是在補(bǔ)水管上安裝加壓泵，其流量≥Qh，揚(yáng)程≥ (hly+hlj+hj+hry+hrj+hl)-ΔH；另一種有效的做法是把補(bǔ)水管的接口選在循環(huán)水泵前，這時(shí)循環(huán)泵起到循環(huán)和加壓的雙重作用，其流量≥qx+qf+Qh，揚(yáng)程應(yīng)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(tái)小泵同時(shí)運(yùn)行，后一種需一臺(tái)合流大泵運(yùn)行，兩者各有利弊。

因熱水管網(wǎng)是個(gè)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(shí)的加壓泵和合流泵最好選用變頻泵，根據(jù)供水時(shí)段或管網(wǎng)內(nèi)壓力變化對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)頻。

5、配水末端管徑和回水管徑確定不當(dāng)

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(guān)鍵。此段的配水管要擔(dān)負(fù)末端用水點(diǎn)的配水量和整個(gè)立管的循環(huán)流量，因?yàn)楦邔咏ㄖ牧⒐荛L(zhǎng)、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(shè)計(jì)秒流量或器具接口口徑來(lái)確定配水末端管徑是不夠的。由于在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)是無(wú)法承擔(dān)疊加流量的，因此配水末端管徑必須采用疊加流量進(jìn)行計(jì)算選取?；厮鹗级斯軓綉?yīng)采用整個(gè)立管的循環(huán)流量進(jìn)行計(jì)算確定，為了把循環(huán)泵的揚(yáng)程提高到易選泵的范圍內(nèi)并兼顧將來(lái)結(jié)垢對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，可以適當(dāng)提高回水流速、縮小回水管徑。

6、結(jié)語(yǔ)

筆者曾在兩座星級(jí)賓館熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到相同的問(wèn)題，即依據(jù)現(xiàn)有資料設(shè)計(jì)后，實(shí)際運(yùn)行時(shí)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(wèn)題，最后只好從設(shè)計(jì)方法上查找根源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述缺陷，隨后對(duì)補(bǔ)水壓力和循環(huán)泵進(jìn)行了調(diào)整，缺水現(xiàn)象得到徹底解決。在隨后的工程設(shè)計(jì)中按上述方法進(jìn)行了調(diào)整，運(yùn)行效果非常令人滿意，因此建議同業(yè)人員應(yīng)對(duì)熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步細(xì)化，使其更符合工程實(shí)際。