青島高遠(yuǎn)熱能動(dòng)力設(shè)備有限公司　朱建文

青島金田熱電有限公司　　　　　崔維學(xué)

海工英派爾工程有限公司　　　　劉 銘

【摘 要 】 關(guān)于高層建筑供熱定壓與節(jié)電問題，本文提出了兩個(gè)鮮明的觀點(diǎn)： 1 、節(jié)電的關(guān)鍵在于對(duì)高、低區(qū)回水壓差的利用。 2 、如果不考慮節(jié)電，只是為了降低回水壓力，那么不必浪費(fèi)很多投資。據(jù)此作者提供了幾項(xiàng)行之有效的解決方案。

【 關(guān)鍵詞 】 高層建筑供熱 節(jié)能 低區(qū)超壓

Exploration And Discussion About The Pressure Setting And

Energy Saving In The High Building Heating System.

　　　　　　　　　　　　　Qingdao Gaoyuan Heat & Power Euipment Co.,ltd　　Jianwen Zhu

　　　　　　　　　　　　　Qingdao Jintian Heat & Electricity Co.,ltd　　　　　　　Weixue Cui

　　　　　　　　　　　　　Cooec-Enpal Engineering Co.,ltd　　　　　　　　　　　Ming Liu

【 Abstract 】 Two distinct standpoints about the Pressure setting and energy saving in the high building heating system are proposed in this paper,i.e:1.the key of the electricity saving is the using of the differential pressure between the supply-water and the backwater.2.It is unnecessary to cost more just for decreasing the backwater pressure without the consideration of electricity saving .And then some active solutions for the problem are provided.

【 Keyword 】 high building heating 　energy saving 　low district overpressure

一、當(dāng)前的技術(shù)狀況

　　一項(xiàng)高層建筑“直連供暖”技術(shù)目前正在流行。從網(wǎng)上可以看到相關(guān)闡述的文章有許多。有關(guān)這項(xiàng)技術(shù)的侵權(quán)問題也在不斷進(jìn)行爭(zhēng)執(zhí)。筆者注意到這些文章中，只是介紹如何降低高層回水壓力，防止高區(qū)水壓導(dǎo)入低區(qū)的手段，并沒有任何一篇文章談及節(jié)電的機(jī)理。

　　事實(shí)上這項(xiàng)技術(shù)并不節(jié)電，因而也就無(wú)機(jī)理可談。無(wú)論在高區(qū)回水管上設(shè)置什么“斷流器” 也好，“阻旋器”也好，還是什么“氣水共存管”也好，都是摩擦消耗液體壓頭的元件，這些元件必須把高低區(qū)回水壓差全部消耗掉，才能使兩者混合為一體，就這樣水泵的功率在這個(gè)復(fù)雜的過(guò)程中白白浪費(fèi)掉了。要證實(shí)這一點(diǎn)可以查看其循環(huán)水泵的揚(yáng)程、功率選型便知。如果真的節(jié)電，高低區(qū)同水量的系統(tǒng)，水泵功率應(yīng)該相差不大。水泵的作用是克服系統(tǒng)阻力的，與系統(tǒng)高度并無(wú)關(guān)系。一個(gè)獨(dú)立為高區(qū)供熱的換熱機(jī)組，如果供熱設(shè)備能承受較高壓力，那么其回水是不需要節(jié)流降壓的，自然也就不會(huì)額外消耗很多電能。

　　有人提出：高區(qū)回水經(jīng)過(guò)這些元件只減靜壓不減動(dòng)壓，似乎節(jié)能，實(shí)則不然，對(duì)不可壓縮流體而言，兩端管徑不變，流速不變，動(dòng)壓就不變，所以無(wú)論什么節(jié)流設(shè)備都是只減靜壓不減動(dòng)壓。這里的靜壓正是水泵通過(guò)犧牲了寶貴的電能而提供的。另外流速為 1~2m/s 的水，動(dòng)壓與靜壓相比只是微乎其微。

　　“直連供暖”技術(shù)導(dǎo)致空氣氣泡在系統(tǒng)中集結(jié)，惡化循環(huán)，腐蝕金屬的問題無(wú)法回避。

　　既然“直連供暖”技術(shù)不節(jié)電，為什么它會(huì)被許多用戶采用呢？其中的原因除了這些用戶被玄虛所迷惑外，主要是它確實(shí)能夠把高區(qū)回水壓力降下來(lái)，實(shí)現(xiàn)與低區(qū)的混合，并防止串壓現(xiàn)象，達(dá)到一個(gè)系統(tǒng)兩個(gè)定壓運(yùn)行的目的。而要達(dá)到這個(gè)目的，大可以不必如此麻煩，如此消耗資源，增加投資。在此筆者提出下述方案，與讀者一起商榷。

二、不考慮節(jié)電的簡(jiǎn)單節(jié)流方案

　　有人提出，采用減壓閥導(dǎo)致定壓失控，停運(yùn)時(shí)由于減壓閥漏流導(dǎo)致低區(qū)超壓，而采用“直連供暖”技術(shù)能夠避免。事實(shí)果真如此嗎？

　　一般說(shuō)來(lái)，減壓閥有兩種：一種是閥后壓力恒定型，簡(jiǎn)稱閥后型，就是我們平常所說(shuō)的減壓閥；一種是閥前壓力恒定型，又稱持壓閥或持壓泄壓閥。在這里選用哪一種的確都是不恰當(dāng)?shù)?。如果選擇前一種減壓閥，運(yùn)行時(shí)低區(qū)壓力稍有升高就會(huì)導(dǎo)致高區(qū)流動(dòng)截止；稍有降低會(huì)導(dǎo)致大量高區(qū)回水流向低區(qū)而使高區(qū)失壓。如果選擇后者持壓閥，運(yùn)行中高區(qū)回水壓力稍有升高，也會(huì)有大量高區(qū)回水迅速流向低區(qū)，使高區(qū)失壓，低區(qū)超壓；稍有降低，則高區(qū)循環(huán)中斷。另外這兩種閥門有些情況確實(shí)又有泄流問題。由此看來(lái)，這兩類減壓閥從原理和功能就不適合在此處使用。

　　有沒有適用的減壓裝置？有。恒壓差節(jié)流閥就完全可以解決這個(gè)問題。它的工作原理比前兩類減壓閥都簡(jiǎn)單，它用不著感應(yīng)介質(zhì)與大氣的壓差，只是保持閥的前后壓差基本不變就可以了。雖然簡(jiǎn)單，但它卻適應(yīng)于這個(gè)場(chǎng)合的使用，使前述兩類減壓閥的缺點(diǎn)都迎刃而解。我們知道運(yùn)行中高低區(qū)回水壓差應(yīng)該是恒定不變的，而恒壓差節(jié)流閥恰巧順應(yīng)了這個(gè)概念。由于低區(qū)回水的壓力是受定壓裝置控制的，因而經(jīng)過(guò)恒壓差節(jié)流閥也以同樣的可靠度控制高區(qū)回水，從而使兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)都能順利可靠地保持運(yùn)行。無(wú)論系統(tǒng)停運(yùn)或出現(xiàn)變工況，這個(gè)壓差始終存在，壓差不夠時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，所以不再需要什么速斷保護(hù)問題， 當(dāng) 然在低區(qū)加安全閥，不失是一種進(jìn)一步的保護(hù)措施。

　　這種恒壓差節(jié)流閥，國(guó)內(nèi)的專業(yè)公司便能提供。它是一種先導(dǎo)放大型的，運(yùn)行更加可靠。

　　有的文中談到，多層建筑群中出現(xiàn)獨(dú)立高層，采用“直連供暖”技術(shù)解決了高區(qū)供熱問題。前面還談到了這種方案并不節(jié)電。如果真的能將部分能量傳遞給低區(qū)回水，必然會(huì)使局部壓頭增加，從而排擠相鄰支路的回水量，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致水力失調(diào)。退一步說(shuō)，此處即使節(jié)電，量也不大，沒有必要費(fèi)那么大事，投那么多資，用恒壓差節(jié)流閥完全可以解決問題。

　　對(duì)較大系統(tǒng)，這種簡(jiǎn)單的節(jié)流降壓方案，雖然能可靠地運(yùn)行，但筆者實(shí)在不甘心讓電能這樣白白浪費(fèi)掉，因而必須努力探索既可靠又節(jié)電的方案?！　?　　

（圖一：采用恒壓差節(jié)流閥的系統(tǒng)）

三、一項(xiàng)很好的節(jié)電技術(shù)

　　筆者在網(wǎng)上偶然看到，趙立超同志于 2002 年申請(qǐng)了一項(xiàng)專利：高層建筑直接供暖供回水機(jī)（申請(qǐng)?zhí)枺?CN02230846.6 ）。文件中談到：“將供水增加泵，電動(dòng)機(jī)于減壓水輪機(jī)在同一軸線上，用聯(lián)軸器將主軸連接在一起，并固定在同一平臺(tái)底座上，減壓水輪機(jī)在消減高層回水壓力，平衡高低供暖系統(tǒng)回水壓差的同時(shí)，將高層回水多余壓力差轉(zhuǎn)變成機(jī)械能同軸輸送給增加泵 ……. ”。這與筆者較長(zhǎng)一段時(shí)間的思考不謀而合。無(wú)論如何這樣做高低區(qū)回水壓差得到利用，必然地節(jié)省了電能，當(dāng)然效率的高低尚需做進(jìn)一步的工作。

　　至于這項(xiàng)技術(shù)為什么至今沒有廣泛使用，筆者未做更多調(diào)查研究?；蛟S將來(lái)有一天，一項(xiàng)更新的“機(jī)泵一體化”技術(shù)會(huì)形成市場(chǎng)的主流。

 （圖二：供回水機(jī)簡(jiǎn)圖）

四、兩項(xiàng)切實(shí)可行的節(jié)電技術(shù)

　　前面談到的“供回水機(jī)”技術(shù)，構(gòu)思合理，可能是技術(shù)化中存在障礙的緣故未能得到推廣。下面介紹的兩項(xiàng)技術(shù)就沒有障礙，完全可以實(shí)施，因?yàn)閲?guó)內(nèi)的專業(yè)公司可提供產(chǎn)品和全方位的服務(wù)。

?  水—水噴射器方案

　　本方案的要點(diǎn)是利用高區(qū)回水的富余壓頭引射低區(qū)回水，以降低低區(qū)循環(huán)水泵用電量。引射裝置叫做水—水噴射器，其設(shè)計(jì)方法在教科書中可以查到。采用此方案可以使高區(qū)回水的富余壓頭 70% 以上得以利用。請(qǐng)參考系統(tǒng)圖三。

（圖三：采用水水噴射器引射低區(qū)回水方案）

　　不同的工程項(xiàng)目，高低區(qū)循環(huán)水量有所不同。如果高區(qū)水過(guò)大低區(qū)水量太少，低區(qū)水泵的電都省下來(lái)，即無(wú)泵運(yùn)行，高區(qū)水 仍 有富余，那么噴射器就成了無(wú)用武之地的英雄，這時(shí)候高區(qū)水富余能量只能通過(guò)節(jié)流手段消耗掉。不過(guò)這種情形極小，大部分情況是高區(qū)水少低區(qū)水多，這時(shí)候高區(qū)水的能量可以充分利用，低區(qū)循環(huán)動(dòng)力 不足部分仍 由循環(huán)水泵提供。為了更多地節(jié)電，并穩(wěn)定各點(diǎn)壓力，兩循環(huán)水泵建議均采用變頻控制方式。

　　為了防止低區(qū)串壓，此方案要求在高區(qū)回水上配置速斷閥控制位號(hào)為高區(qū)循環(huán)水泵的進(jìn)出的壓差。國(guó)內(nèi)的專業(yè)公司可提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷、動(dòng)作靈敏的快關(guān)閥，另外最好在低區(qū)系統(tǒng)中配置安全閥，以獲得進(jìn)一步的安全性。

　　關(guān)于如何確定系統(tǒng)中各點(diǎn)壓力值，需要結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)及噴射器的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行。國(guó)內(nèi)有專業(yè)公司提供此方面的技術(shù)服務(wù)。

2 、水汽引射器方案

　　此方案僅適應(yīng)于汽水熱交換站。順便說(shuō)一下，水—水熱交換站如果允許高溫水與低溫水混合，參考此方案，做一個(gè)混水機(jī)組也是完全可行的。

　　此方案的要點(diǎn)也是利用高區(qū)回水的壓頭，在水汽引射器中進(jìn)行噴射減壓加速讓蒸汽在極低的壓力環(huán)境下同時(shí)流入。一定流速的蒸汽與高速水流相遇發(fā)生動(dòng)量交換，然后在擴(kuò)壓管中升壓，進(jìn)入水泵入口，從而使水泵的揚(yáng)程節(jié)省下來(lái)。

　　此方案不涉及低區(qū)系統(tǒng)，只是解決了高區(qū)壓頭利用問題。無(wú)論如何，回水壓頭的利用就是行之有效的節(jié)電措施。因?yàn)樗苊饬斯?jié)流降壓過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦損失。

　　在此系統(tǒng)中仍然建議循環(huán)水泵變頻調(diào)節(jié)，因?yàn)殡S著進(jìn)汽量的增加，會(huì)使泵入口的壓力增加。

　　水汽引射器除用于此場(chǎng)合外，還是一種很好的余熱回收產(chǎn)品，此不詳述，國(guó)內(nèi)也有廠家可提供產(chǎn)品和服務(wù)。

 （圖四：水汽引射器方案系統(tǒng)示意圖）

五、高層建筑節(jié)電方案的其他設(shè)想

　　通過(guò)以上介紹不難看出：高層建筑供熱節(jié)電的關(guān)鍵是對(duì)高層回水富余壓頭的利用，那么是否還可以考慮更多的方案來(lái)達(dá)到此目的呢？前面談到的機(jī)械裝置方案很有價(jià)值，當(dāng)然可以沿著這條思路做進(jìn)一步的創(chuàng)新與改進(jìn)。除此之外利用噴射技術(shù)還會(huì)有許多文章可做。這里只提供筆者的一個(gè)設(shè)想供讀者參考：

　　噴射器一般說(shuō)來(lái)有三個(gè)管口，分別為高壓介質(zhì)進(jìn)口，低壓介質(zhì)入口和混合后介質(zhì)出口。既然高 壓帶 低壓能夠獲得中壓，那么在逆向流中中壓是否可分解成高壓和低壓呢？從動(dòng)量守恒的原理來(lái)講，應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)。如果這樣的設(shè)備能夠研發(fā)出來(lái)，高層建筑供熱問題又會(huì)多一種解決的方法，請(qǐng)參考系統(tǒng)圖五，我們姑且把這個(gè)設(shè)備叫做水力升壓器。

（圖五：采用水力升壓器的系統(tǒng)）

　　這個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程是：用高區(qū)回水通過(guò)水—水噴射器引射低區(qū)回水，送至水泵一的入口，然后進(jìn)入換熱器加熱，又經(jīng)水力升壓器將水分解兩部分，高壓部分送至高區(qū)用戶又回到水水噴射器入口；低壓部分經(jīng)水泵二補(bǔ)充壓頭后送至低區(qū)用戶，而后送至水水噴射器入口。由于水力升壓器出口壓力高于換熱器出口壓力，因此水泵的揚(yáng)程可以降低。如果在水水噴射器和水力升壓器的共同作用下低區(qū)負(fù)荷的循環(huán)壓差是夠的話，那么水泵二可以不用，這樣豈不是可以節(jié)省更多的電能嗎？

　　再進(jìn)一步，如果將水—水噴射器和水力升壓器組合成一體，形成一個(gè)水力變壓器，低壓側(cè)帶低區(qū)、高壓側(cè)帶高壓應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)更加新奇的方案構(gòu)思。請(qǐng)參考系統(tǒng)圖六，工作過(guò)程不再詳述。

六、結(jié)束語(yǔ)

　　人們?cè)跊]有完全理解“直連供暖”技術(shù)本質(zhì)的前提下盲目采用，筆者甚為不解。在此重申：高層建筑供熱節(jié)電的關(guān)鍵是對(duì)高層回水富余壓頭的利用。如果只是為了調(diào)整壓力達(dá)到高低區(qū)回水能夠匯合的目的，有更為簡(jiǎn)便、節(jié)資的方案。節(jié)約能源是當(dāng)前的大趨勢(shì)，應(yīng)引起廣泛重視，只有采用切實(shí)有效技術(shù)方案才能收到實(shí)在的效果。水—水噴射器方案和水—汽引射器方案是本文推薦的兩個(gè)方案。有關(guān)這方面的技術(shù)有必要進(jìn)行廣泛而深入的研究和探討。

　　本文從純技術(shù)面出發(fā)探討問題，對(duì)相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的剖析，言辭不免過(guò)于銳利，歡迎提出批評(píng)意見，共同探討，讓我們共同為節(jié)能事業(yè)做出努力。

參考文獻(xiàn)：

1 、趙立超— [ 建筑節(jié)能 ] 高層建筑直連供暖技術(shù)

　　中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院

　　2007 年第 35 期第 3 期

2 、城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范（ CJJ34-2002 ）

此文已在《區(qū)域

《區(qū)域供熱》 2009年05期