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【供暖系统漫谈】如何选择合适的地暖混水装置

时间:2018-05-04    来源:博容节能    阅读数:
导读:上一期谈到地暖混水装置是一种应用广泛的工况转换设备,在供暖系统方案的构建中具有重要的作用,而用好混水装置能够让很多复杂的问题简单化,但是我们谈的混水装置只是一个概念中的理想产品,在实际使用中不同的产品具有不同的特性,也有着不同的适用范围。
 
两年前,我在贵州做培训,讲到多层别墅客户的地暖系统方案如何做时,一个学员对我说,他做了一套壁挂炉带三层别墅的地暖系统,每层都安装了一套混水装置,但使用的时候发现总有一层不热:正常情况下三楼会不热,只有把一楼或者二楼关闭后三楼才会热;或者三楼热了一楼和二楼不热,一直达不到供暖设计要求。
 
其实他用的方案和我讲的差不多,但为什么不好用呢?
 
通过沟通后发现原来是他选择的混水装置不合适而导致的,因此我就建议他更换合适的混水装置。
 
记得当时他还问我:“市场上有这么多品牌和型号的混水装置,怎么选择最适合的产品呢?”
 
我相信这个问题也是很多人的困惑,对于应用普遍的混水装置目前也没有正式的产品标准和检测手段,甚至连选择依据的参数指标都没有,根本无从下手,也正是因为这个原因导致混水装置的应用受到了很大的局限。
 
那么面对各种各样的混水装置如何判断其性能呢?如何根据不同的应用情况选择合适的产品呢?今天我们就来深入探讨这两个问题。
 
混水装置需要具备什么样的性能指标?
 
对于这个问题我们不从混水装置本身出发,而是从用户在使用混水装置时希望达到的目的出发,从这一点上可以归结到下面几个方面的要求:
 
1、水温稳定性
 
首先混水装置的基本功能是用于将高温供水进行降温,获得稳定的所需水温,比如将80℃的热水降到40℃,当获得40℃水温后需要稳定这个温度,不能一会高一会低,因此我们需要混水装置具备第一个特性:水温稳定性。
 
 
图1 A混水系统运行特性曲线
 
水温稳定性是混水装置最基本的要求,其他性能指标都是建立在这个基础上的。如果混水温度在外部工况稳定的时候仍然大幅度波动,这就意味着混水装置的调节装置不稳定,在工作时高温进水流量就会忽高忽低。如果将这个混水装置与壁挂炉直接连接,则壁挂炉的出水量也会忽大忽小。而且低于壁挂炉的最小所需流量则会“超温停炉”甚至导致高温故障报警,使供暖系统无法正常工作。
 
如图1所示,这台混水装置的水温稳定性很好,当上面第一条一次水温在基本稳定的情况下,混水装置的出水温度不论设定在多少度都能保持稳定,波动范围小于±1℃。
 

 
图2 C混水系统运行特性曲线
 
图2中这台混水装置的水温则明显不稳定,在一次水温基本稳定的情况下,混水温度呈现出大幅度的变化,波动范围达到近60℃,这种混水装置会对供暖管道等造成非常严重的影响,不能和壁挂炉系统配合。我有一个朋友几年前在长沙就销售过这种混水装置,而且销售了一千多台,但第二年就全部拆除了。
 
水温稳定性的简易判断方法:
 
上面的数据是通过专业测试平台测试出来的,在我们没有条件进行专业测试的时候,有一种简单的判断方法:保持一个稳定的进水温度,对集中供热用户而言不是问题,但对于壁挂炉用户来说建议设定出水温度在60℃左右,末端负荷全开,这样相对壁挂炉系统能有一个稳定的水温。将混水装置的出水温度设定为40℃,然后观察混水温度表的变化,连续观察10分钟~20分钟,其最低值和最高值之差就是混水温度波动范围。
 
但是对于一些采用温控器控制的混水装置,可能会在温度显示器方面动手脚,而最好的方法是用手摸一下分水器表面的温度,感受温度的变化情况,或者用一个外加温度计检测温度波动。
 
个人认为,一个良好的混水装置在外部工况稳定情况下,混水温度的波动范围应该在±1℃之内。
 
2、水温适应性
 
当进水温度保持稳定的同时混水温度也稳定时,不等于当进水温度波动的时候混水温度还能维持稳定,因为后者对调节系统的要求更高。水温适应性对于壁挂炉供暖非常重要:当壁挂炉通过混水装置带地暖的时候,壁挂炉通常处于间断的工作状态,出水温度可能有20℃~30℃的波动,如果混水装置不能保持出水温度的稳定,则地暖管、分水器、连接件等地方都会长期处于热胀冷缩的工况下,承受热应力的影响,从而降低了供暖系统的使用寿命,甚至导致松动脱管等问题的发生。
 
当然,我们很难实现当进水温度大幅度波动时混水温度依然能保持绝对稳定,但是要尽可能降低影响,这对于供暖系统的稳定性具有重要的意义。
 
 
图3 A混水温度适应性曲线
 
从图3中可以看出,这台混水装置设定的出水温度是35℃,当进水温度从30℃升高到70℃时,出水温度在30℃~37℃之间变化;当水温在40℃~70℃变化时混水温度则从34℃升至37℃,只有3℃的变化,特别注意当一次水温低于混水装置设定的出水温度时,混水温度基本等于一次水温,这点在集中供热低温供水时很重要。
 
水温适应性简单判断方法:
 
集中供热用户由于无法调整热源温度,因此这个测试无法进行。对于壁挂炉用户而言,末端分水器要保持开启四路,设定混水温度为40℃,壁挂炉为75℃,注意观察壁挂炉的水温变化。当水温达到80℃并且壁挂炉停炉时,记录混水装置的出水温度,然后观察壁挂炉出水温度的变化,每降低5℃记录一次混水温度,直到壁挂炉再次点火时记录最后一个温度,第一个温度和最后一个温度之差如果在5℃~6℃之内,而壁挂炉最高出水温度与最低出水温度差异在25℃~30℃之间,则调节特性可以视为合格。
 
个人认为,良好的混水装置应该能够在进水温度波动在30℃时,混水温度波动范围在±3℃之内。(当然,进水温度波动的低温点必须高于混水装置的设定温度。)
 
3、压差适应性
 
当混水装置连接到供暖系统中时,一次压差可能有比较大的变化。比如用于多层大系统或者集中供热时,不同用户和不同位置的一次压差可能变化较大,低的时候可能只有0.1kgf/c㎡,或者更低,高的时候可能高于1kgf/c㎡,甚至更高。即使在同一个系统中,当末端负荷变化的时候也会影响到一次压差,因此我们希望混水装置可以适应尽量大的压差范围,不会因为压差的变化对混水温度有太大的影响。
 
 
图4 A混水压差适应性测试曲线
 
从图4中可以看出,这台混水装置的压差适应性很好,在一次压差在0~2kgf/c㎡之间,出水温度在38℃~35℃之间变化时,基本保持稳定。
 
 
图5 B混水压差适应性测试曲线
 
图5是另外一台混水装置的测试结果,可以看出当一次压差高于1.2kgf/c㎡后出水温度处于失控状态,失去了混水装置降温的作用,在集中供热中可能会造成严重的超温不适现象。
 
压差适应性简单判断方法:
 
对于集中供热用户来说,压差难以控制,因此不能做此项测试。而对于壁挂炉用户来说,可以进行“野蛮”测试:当壁挂炉的出水温度为75℃时,混水装置的出水温度调整到35℃,然后直接对壁挂炉进行断电,让其内部水泵停止工作,观察断电前后1分钟内混水装置的出水温度变化,范围不超过5℃为好。如果混水装置的工况良好,那么这种测试将不会对壁挂炉造成太大影响,因为壁挂炉停电后虽然水泵也会停止转动,但是在混水内置泵的作用下换热器仍然有水流通过,以带走换热器的热量,不会对壁挂炉造成过热故障等损害。
 
个人认为,一个良好的混水装置需要在一次压差为0的时候能正常工作,在一次压差为1.5kgf/c㎡时也能正常工作,同时当压差在0.2kgf/c㎡~1.0kgf/c㎡之间变化时,混水温度波动范围要在±3℃之内。
 
4、流量适应性
 
混水装置在使用时所带分水器的使用路数不同,或者同一个分水器会出现部分房间关闭的情况,这时混水装置的流量将会发生很大的变化,这种情况下混水装置能稳定工作的能力就是流量适应性。
 
由于供暖系统为了控制室温或者节能,末端经常会出现变流量工况的情况,特别是采用分室温控的用户,混水装置的流量适应性将是非常重要的指标。适应性不好的混水装置会出现部分房间关闭后系统工作不稳定的情况,从而影响到热源的稳定性,导致发生各种供暖故障。
 
流量适应性不好的混水装置,当大流量工作时其出水温度会降低;当小流量工作时其出水温度波动将加大,甚至出现不能稳定温度的状况,特别是对于分室温控供暖或者用户可能需要关闭部分房间的情况而言非常重要。
 
 
图6 A混水变流量负荷测试曲线
 
从图6中可以看出,当这台混水装置的二次流量在200kg/h~1000kg/h之间变化时,混水装置的出水温度几乎保持不变,这就说明混水装置的流量适应性非常突出。
 
对比图7,你会发现图7这台混水装置的流量适应性就很差:当二次流量降低到500kg/h的时候,混水温度波动逐步加大,无法维持稳定的工作,如果和壁挂炉连接将导致壁挂炉工作失常,致使房间不热或者耗气量大增。
 
 
图7 B混水变流量负荷测试曲线
 
流量适应性判断方法:
 
保持进水温度稳定,当混水装置的出水温度低于进水温度20℃左右时,末端分水器全开,记录混水温度,然后逐路关闭分水器,每关闭一路就测量一次混水温度,直到剩下一路开启为止,这时比较混水温度的变化幅度,在5℃以内为佳。
 
个人认为,良好的混水装置必须满足流量低于200kg(一路地暖管开启)时稳定工作的要求,最大流量能满足1000kg/h(实铺100㎡以上流量需求)稳定工作,并且在设定值不变的情况下,流量变化带来的水温变化低于±3℃。
 
5、负荷适应性
 
散热量是一个变化的数值,当天气变化或者末端房间关闭时实际散热负荷将发生变化,混水的控制装置则需要维持混水温度的稳定,特别是低负荷的时候高温进水量很小,少量的一次水量变化就会导致出水温度有较大的变化,这对于混水装置的控制部分提出了很高的要求,很多混水装置在常规负荷时能稳定工作,但在低负荷时则会出现较大的波动。
 
负荷适应性参看图6,无论负荷在20kW、10kW、5kW还是2kW,混水装置的出水温度都能保持稳定。
 
对于水温稳定性或者水温适应性都无法达到要求的混水装置,不用测试负荷适应性,因为肯定不好,不能应用于上述场合。
 
负荷适应性测试方法:
 
在用户家里其实很难快速改变负荷,那么我们用关闭部分管路的方法来实现负荷变化。测试方法同流量适应性测试方式一样,其实上面这个测试已经同时反映了两个因素变化的叠加,通过上述测试的混水装置的负荷适应性也没问题。
 
个人认为,良好的混水装置是当末端负荷从1kW~20kW时都能稳定工作,对于更专业的测试只能在专用测试平台上体现出来。
 
6、一次阻力特性
 
当混水装置内一次水温较低的时候需要大量的一次水进入循环才能满足地暖用水需求,因此调节阀一次进水通道阻力对这种情况下混水装置的正常工作有着重要影响,特别是针对集中供热或者冷凝壁挂炉、热泵等可能低温供热的工况下更是如此。有些混水装置供水通道阻力太大,很容易出现低温时降低混水温度,或者高负荷时无法满足应用需求。
 
阻力特性测试方法:
 
阻力特性在用户那里很难测试准确,只能凭感觉判断。对于集中供热用户,需降低混水温度并设置到高于进水温度值,而且把末端分水器全部打开,等待1个小时后用手摸一下各个分水器的回水管道,感觉温差大小,如果有一些管路回水很凉说明水量严重不足;如果回水温度差不多,则说明一次流量充足,应该能够满足要求。
 
对于壁挂炉用户来说,可以将壁挂炉供水温度设置为40℃,将混水温度设定为55℃,然后用同样的方式判断回水温度是否均匀,再进行粗略的判断。
 
个人认为,一次侧在压差为0.2kgf/c㎡的情况下,流量能达到1000kg/h左右最好,这样即使集中供热中供水温度较低的时候也可以满足地暖所需温度,对于壁挂炉则流量需要达到500kg/h~700kg/h,才能满足要求。
 
不同系统如何选择合适的混水装置
 
上面讲了混水装置的各种性能指标,主要用来指导我们在做系统设计时如何选择合适的混水装置,下面针对几种常用的情况给出选择建议:
 
1、壁挂炉带地暖
 
高温壁挂炉通过混水装置直接带地暖,想要壁挂炉稳定工作需要几个条件:
 
第一,混水装置的温度特性要稳定,避免调节不稳定造成壁挂炉流量的大幅度波动,导致壁挂炉工作不稳定。
 
如图8所示,该台混水装置在工作的时候出水温度上下波动,导致进入一次水流量同步波动(最下面黄色线),这样壁挂炉工作流量波动则会导致耗气量高甚至工作异常。
 
 
图8 B混水系统运行特性曲线
 
第二,混水装置的温度适应性要好,壁挂炉在工作的时候处于间歇工作状态,出水温度会有数十度的波动,通过混水装置要将送到地暖的温度稳定到尽可能小的波动,有利于提高地暖的舒适度和加热管的使用寿命。
 
 
图9 660混水旁通调节性能测试
 
从图9中可以得出,当壁挂炉的出水温度在50℃~80℃之间时,波动范围为30℃,然后经过混水系统后水温则在43℃~48℃之间,波动只有5℃。
 
第三,混水装置的流量要足,不能小于壁挂炉最低工作流量,大概在200kg/h~300kg/h之间,否则会出现壁挂炉频繁启停的问题。
 
另外,在测试中我们得出一次流量在第一个小时内,大概保持在400kg/h~500kg/h之间波动时,壁挂炉处于均匀的间歇工作状态。但之后当一次流量变成在200kg/h~500kg/h之间波动时,壁挂炉就会开始出现频繁启停,系统工况恶化,耗气量也会随着大幅度增加。
 
根据测试结果得出,对于配合壁挂炉使用的混水装置有较高的要求,最好是采用针对壁挂炉特性设计的专用混水装置,否则在混水装置性能不能满足要求的情况下,会导致壁挂炉工作失常,既不能为客户提供满意的体验,也会大幅度提升系统故障率。
 
因此,推荐采用自力式控制阀的混水装置,远传或者恒温混水阀,但是混水装置的混水控制功能要好,要有针对壁挂炉优化设计的结构。特别是自力式远传混水装置,具有针对壁挂炉设计的保护功能。
 
2、如何选择集中供热带地暖的混水装置
 
集中供热与壁挂炉独立系统相比,其供水工况变化更大,水温一般在40℃~80℃,一次压差在0~2kgf/c㎡之间,甚至更高,还有水质情况不确定时,也很容易出现杂质卡涩或者结垢问题,因此选择集中供热带地暖的混水装置需要注意以下问题:
 
第一,产品压差适应性要好,最好高压在2kgf/c㎡时还能正常工作,否则新小区很容易出现水温失控的现象。
 
第二,调节装置阻力要小,一次流量要足够大,这样在低温的时候有足够的水能够进入地暖,避免因流量不足而导致供暖不热的情况发生。
 
第三,温度适应性要好,特别是低温的时候能够很好地封堵回水,避免水温进一步降低。
 
第四,阀芯结构要能够适应恶劣的水质,不容易被水垢卡涩。
 
第五,缺水保护、水泵保护功能要全面,避免烧泵。
 
集中供热不推荐恒温混水阀结构,因为容易卡涩。推荐自力式远传混水阀结构,但内部要有针对高压差和大流量设计的混水阀,同时尽可能考虑降低水垢杂质对混水稳定性的影响。
 
有部分国外品牌产品是针对独立供暖设计的,性能虽然非常优良但容易卡涩,并且压差大的时候容易失控,不适合集中供热使用。远传自力式控制,具有2kgf/c㎡的高压差适应性和防止水垢的特色,比较适合集中供热使用。
 
本文由博容总经理申国强先生原创,首发于《地暖月刊》!

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