北京建筑大學(xué)      劉方舟

摘   要：為滿足末端用戶的需要，傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)一般采用“大流量、小溫差”的運(yùn)行方式。然而，這也會(huì)造成一定的水力不平衡損失。現(xiàn)計(jì)劃噴射泵供熱系統(tǒng)，將噴射泵安裝在各支管入樓處，利用噴射泵靜壓與動(dòng)壓的轉(zhuǎn)化功能，將樓內(nèi)部分供熱回水引入至其供水管中進(jìn)行混水，這樣可以降低輸入流量，同時(shí)提高供回水溫差，減少不必要的過熱損失，起到節(jié)能的作用。

關(guān)鍵詞：噴射泵；節(jié)熱；節(jié)電

       0   引言

       供熱系統(tǒng)中，由于管段壓力的損失，通常會(huì)出現(xiàn)末端用戶熱量不足，系統(tǒng)水力穩(wěn)定性差等問題。常用的大流量運(yùn)行方式可以解決末端供熱不足的問題，但同時(shí)也造成了很大的熱量和電能浪費(fèi)。通過加裝噴射泵可以在一定程度上緩解這些能源浪費(fèi)的問題。

       1   傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)

       總體來講，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)采用的是質(zhì)量流量調(diào)節(jié)，即在調(diào)節(jié)溫度的同時(shí)，對(duì)循環(huán)流量也進(jìn)行了調(diào)節(jié)。兩者共同作用，保證熱用戶獲得所需要的熱量。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式會(huì)使供暖系統(tǒng)近端用戶較熱，末端較冷。同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的過熱損失。除此之外，由于大流量運(yùn)行，會(huì)造成循環(huán)泵消耗的電功率大幅度增加，帶來不小的電能消耗。

       具體來講，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)存在以下問題：

       1.1   “大流量小溫差”運(yùn)行模式難以改變

       一方面，熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)因設(shè)計(jì)、施工、操作、調(diào)試及經(jīng)濟(jì)等方面的原因，造成水力不平衡，目前還無有效的技術(shù)手段予以解決，為了緩解熱用戶樓內(nèi)冷熱不均的現(xiàn)象，降低供熱系統(tǒng)的熱耗，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)不得不采用“大流量小溫差”運(yùn)行模式，實(shí)際供回水溫差一般為10℃~15℃。另一方面，“大流量小溫差”運(yùn)行模式，系統(tǒng)水力穩(wěn)定性差、抗干擾能力差，不利于樓間的水力平衡，且大大增加了循環(huán)泵的電耗。如減少流量增大溫差，則浪費(fèi)的熱能將大于節(jié)省的電能；反之，浪費(fèi)的電能將大于節(jié)省的熱能。故在現(xiàn)有技術(shù)條件下，對(duì)傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)而言，采用某種程度的“大流量小溫差”運(yùn)行模式是其必然的、無奈的選擇。

       1.2   “靜態(tài)水力平衡”難以實(shí)現(xiàn)

       靜態(tài)是指供熱工況（如溫差、溫度、壓力、流量等）不變的狀態(tài)。系統(tǒng)試運(yùn)行（未供熱）時(shí)，系統(tǒng)可能在“靜態(tài)”下運(yùn)行。

       傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)，因其運(yùn)行模式為“大流量小溫差”，熱用戶“遠(yuǎn)”、“近”差別明顯，系統(tǒng)水力穩(wěn)定性差，熱用戶相互耦合、相互干擾、相互影響。即使在“靜態(tài)”下，且測(cè)試精度為100%，經(jīng)過反復(fù)、多次、細(xì)心的調(diào)試后，也只能勉強(qiáng)達(dá)到“大體”水力平衡；而且供熱單位或平衡閥廠家通常不可能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)、多次、細(xì)心的調(diào)試。正是由于其水力穩(wěn)定性差、調(diào)試難度大，所以傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)“靜態(tài)水力平衡”難以實(shí)現(xiàn)。

       1.3   “動(dòng)態(tài)水力平衡”難以實(shí)現(xiàn)

       動(dòng)態(tài)是指供熱工況（如溫差、溫度、壓力、流量等）發(fā)生改變的狀態(tài)。正常供熱時(shí)，系統(tǒng)基本上都是在“動(dòng)態(tài)”下運(yùn)行。

       傳統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)（閥門節(jié)流），因其根植于“系統(tǒng)阻力不變”，然事實(shí)上，在“動(dòng)態(tài)”下，熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)的阻力是變化的（主要是自然循環(huán)動(dòng)力變化引起的），樓間及戶間的阻力比例關(guān)系、系統(tǒng)供回水壓線、循環(huán)泵工作點(diǎn)均會(huì)發(fā)生改變，這種多層次、累計(jì)疊加的影響很大。故嚴(yán)寒期常常出現(xiàn)近端過熱而遠(yuǎn)端不熱的現(xiàn)象，供熱單位一般采取初末寒期開小泵（少數(shù)泵或低頻）、嚴(yán)寒期開大泵（多數(shù)泵或高頻）的措施來解決此問題，此措施雖能解決遠(yuǎn)端不熱的問題，但同時(shí)也加劇了近端的過熱度。傳統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)不能適應(yīng)系統(tǒng)的“動(dòng)態(tài)”變化，抗干擾能力差，這是其先天不足造成的，也是其本身無法逾越的技術(shù)屏障，故其只能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行“粗調(diào)節(jié)”，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)“動(dòng)態(tài)水力平衡”無法實(shí)現(xiàn)。

       1.4   無法滿足多樣化熱用戶的不同需求

       一方面，采暖方式已呈現(xiàn)多樣化，如暖氣片采暖、地板采暖、空調(diào)暖風(fēng)采暖等；另一方面，圍護(hù)結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)多樣化，有未節(jié)能建筑、一步節(jié)能建筑、二步節(jié)能建筑、三步節(jié)能建筑等。在同一供熱系統(tǒng)中，多樣化熱用戶同時(shí)存在，而目前傳統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)，因其無法提供不同的供水溫度，故根本不能、也無法滿足多樣化熱用戶的不同需求，故無法實(shí)現(xiàn)按需供熱。

       1.5   無效電耗不可避免

       傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)采用“大流量小溫差” 運(yùn)行模式，在某種程度上能自動(dòng)緩解供熱系統(tǒng)冷熱不均的現(xiàn)象，降低供熱系統(tǒng)的熱耗。同時(shí)，也大大增加了循環(huán)泵的電耗，因?yàn)樵谙到y(tǒng)阻力不變、電機(jī)功率因數(shù)不變的前提下，循環(huán)泵的電耗與其流量的三次方成正比。

       傳統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)，閥門本身全開時(shí)就有一定的阻力（如散熱器溫控閥阻力系數(shù)ξ達(dá)18.0左右，DN15閘閥阻力系數(shù)ξ為1.5），且調(diào)節(jié)時(shí)，均不同程度地關(guān)小閥門，形成大阻力元件，造成現(xiàn)有管道資源的巨大浪費(fèi)，增加了循環(huán)泵的無效電耗。

       2   加裝噴射泵的新系統(tǒng)

       新系統(tǒng)在各個(gè)熱用戶入樓處加裝一個(gè)噴射泵，噴射泵工作原理為：利用噴射泵靜壓與動(dòng)壓的轉(zhuǎn)化功能，將樓內(nèi)部分供熱回水引入至其供水管中進(jìn)行混水，達(dá)到熱網(wǎng)干管“小流量，大溫差”、樓內(nèi)系統(tǒng)“大流量，小溫差”運(yùn)行的狀態(tài)。

       這樣，既減少混水換熱站之前的熱網(wǎng)壓降，又增大了熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)壓降，大大提高了供熱系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性，調(diào)試簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)（供熱工況變化時(shí)基本不受影響），同時(shí)能有效緩解熱用戶樓內(nèi)系統(tǒng)冷熱不均的現(xiàn)象。該供熱系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)的先天不足，突破了傳統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)本身的技術(shù)屏障，解決了現(xiàn)有供熱系統(tǒng)存在的問題，大大降低了現(xiàn)有供熱系統(tǒng)的能耗。

       2.1   噴射泵系統(tǒng)節(jié)電原理

       噴射泵供熱系統(tǒng)，由于噴射泵本身要消耗一定的揚(yáng)程，使系統(tǒng)阻力系數(shù)S發(fā)生變化，當(dāng)循環(huán)泵運(yùn)行流量是原運(yùn)行流量的1/2時(shí)，循環(huán)泵運(yùn)行揚(yáng)程基本不變，故噴射泵供熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)循環(huán)泵相比，節(jié)電率可以達(dá)到50%。

       2.2   噴射泵系統(tǒng)節(jié)熱原理

       噴射泵供熱系統(tǒng)，水力穩(wěn)定性非常高，熱用戶已無“遠(yuǎn)”、“近”之分，故調(diào)試簡(jiǎn)單，基本上能徹底解決樓間的水力不平衡問題，且能消除不必要的過熱損失，實(shí)現(xiàn)樓間節(jié)熱；噴射泵供熱系統(tǒng)，熱用戶樓內(nèi)采用“低溫大流量小溫差”運(yùn)行模式，且噴射泵本身具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能和自動(dòng)補(bǔ)償功能，能有效適應(yīng)系統(tǒng)的“動(dòng)態(tài)”變化，故可緩解樓內(nèi)的水力不平衡問題，實(shí)現(xiàn)樓內(nèi)節(jié)熱。

       3   具體運(yùn)行方案

       在熱用戶供水干管上加裝一個(gè)鎖閉閘閥，噴射泵跨接在鎖閉閘閥兩端，并在噴射管上加裝Y型過濾器；加裝噴射泵的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將與噴射泵相連的三個(gè)球閥打開，將供水干管上的鎖閉閘閥關(guān)閉；原供熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將與噴射泵相連的三個(gè)球閥關(guān)閉，將供水干管上的鎖閉閘閥打開。

       4   噴射泵系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)

     （1）水力穩(wěn)定性非常高，調(diào)試簡(jiǎn)單，可徹底根除樓間不平衡問題；

     （2）能有效地適應(yīng)系統(tǒng)的“動(dòng)態(tài)”變化，抗干擾能力強(qiáng)，可緩解樓內(nèi)垂直不平衡問題，且能兼容散熱器溫控閥，實(shí)現(xiàn)按需供熱；

     （3）能提供不同的供水溫度，可滿足多樣化熱用戶的不同需求。最大限度地利用了現(xiàn)有的管道資源，消除了無效電耗的消耗；

     （4）可與循環(huán)泵變頻技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式；

     （5）技改后，根除了系統(tǒng)的水力失調(diào)，減少了大部分熱量的無效浪費(fèi)，平均了各樓宇的室溫，從而提高了用戶的居住舒適度和滿意度，大大降低了供暖糾紛，提升了用戶繳費(fèi)的積極性；

     （6）創(chuàng)造一定的社會(huì)價(jià)值，通過技改，減少了石化能源的浪費(fèi)，降低了污染物的排放量，減輕了大氣污染的程度，為社會(huì)做出一定的環(huán)境貢獻(xiàn)。

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備注：本文收錄于《建筑環(huán)境與能源》2017年2月刊總第2期。
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