導(dǎo)讀：在地暖舒適性分析中我們講到，地暖是一種適合水溫調(diào)節(jié)的供暖末端，而為地暖提供水溫調(diào)節(jié)的工具最適合的就是地暖混水裝置。那么地暖混水裝置是怎么工作的，在供暖系統(tǒng)解決方案中的作用是什么，如何判斷地暖混水裝置的性能，如何選擇合適的混水產(chǎn)品，本期和大家分享關(guān)于混水的話題。

 

地暖混水裝置是這些年被頻繁提起和廣泛應(yīng)用的一個(gè)產(chǎn)品，但是對(duì)地暖混水裝置的作用并沒(méi)有很清晰且系統(tǒng)的說(shuō)明，行業(yè)里也有很多不同的理解，因此這次我們就來(lái)探討一下混水相關(guān)的內(nèi)容，因?yàn)榈嘏焖b置在構(gòu)建供暖系統(tǒng)時(shí)是一個(gè)特殊的裝置，用好地暖混水裝置可以解決很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的問(wèn)題。

 

一、什么是地暖混水裝置

 

地暖混水裝置從名字上看就可以知道是將兩種不同類型的水進(jìn)行混合的設(shè)備，我們可以嘗試給它一個(gè)更全面的表述：

 

地暖混水裝置是一種工況控制轉(zhuǎn)換設(shè)備，由混水閥、二次循環(huán)泵、驅(qū)動(dòng)器、溫度控制器等部分構(gòu)成，用于將高低溫流體進(jìn)行有控制的混合換熱，并獲得介于高低溫介質(zhì)之間需要混合流體溫度和熱量的裝置。

 

在暖通行業(yè)里地暖混水裝置是將一次進(jìn)水與二次回水進(jìn)行有控制的混換熱合，獲得介于兩者之間的需要水溫和熱量的設(shè)備，但是地暖混水裝置的作用不僅僅是對(duì)水溫的調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)中還可以發(fā)揮多方面的作用。以地暖混水裝置為核心構(gòu)建的解決方案，與傳統(tǒng)的通過(guò)流量分配平衡等方法構(gòu)成的供暖系統(tǒng)相比具有簡(jiǎn)單、方便、自適應(yīng)能力強(qiáng)的特性，不需要對(duì)壓差流量進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，即使是動(dòng)態(tài)工況下也可以穩(wěn)定工作，有效提高了系統(tǒng)的舒適性、節(jié)能性和安全性，也大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。

 

二、地暖混水裝置的工作原理

 

地暖混水裝置包括管道、混水控制閥、溫度檢測(cè)裝置、混水泵等部件構(gòu)成，在混水泵的作用下二次回水經(jīng)過(guò)混水控制閥與一次進(jìn)水混合換熱，混水控制閥根據(jù)溫度檢測(cè)裝置，檢測(cè)到混水溫度控制二次回水與一次進(jìn)水的混合比例，以確保獲得系統(tǒng)所需溫度的混合水和熱量。

 

地暖混水裝置包括降溫型產(chǎn)品和升溫型產(chǎn)品兩種，降溫型混水是指二次混合流體溫度低于一次輸入溫度的設(shè)備，典型如地暖采用的地暖混水裝置；升溫型混水是指二次混合溫度高于一次輸入溫度的設(shè)備，典型如輻射供冷設(shè)備中采用的地暖混水裝置。
 

 

降溫型混水原理圖

 

圖中一次高溫水進(jìn)入混水控制閥中，在水泵的作用下二次低溫回水向上進(jìn)入混水控制閥，與一次供水混合，溫控器根據(jù)混合水溫度調(diào)整高溫進(jìn)水和低溫回水的混合比例，獲得需要溫度的混合水。
 

三、地暖混水裝置輸入輸出特性及其作用分析

 

從上文表述中可以看出，地暖混水裝置工作中體現(xiàn)出了以下幾個(gè)方面的特性：

 

1、地暖混水裝置可以獲得介于進(jìn)水溫度和回水溫度之間的任意水溫，并且在一定范圍內(nèi)不受進(jìn)水溫度影響，將高低波動(dòng)的進(jìn)水溫度轉(zhuǎn)換成相對(duì)低但穩(wěn)定的混水溫度；因此地暖混水裝置可以適應(yīng)較寬范圍的進(jìn)水溫度的工況，而且不影響末端效果。

 

2、進(jìn)入地暖混水裝置的一次水量用于實(shí)現(xiàn)與回水混合出設(shè)定的混水溫度，一次進(jìn)入多少水取決于末端散發(fā)的熱量，當(dāng)二次負(fù)荷或者流量變化的時(shí)候，為了滿足混水溫度的穩(wěn)定性，地暖混水裝置將自動(dòng)調(diào)整一次進(jìn)水量，因此地暖混水裝置可以自動(dòng)根據(jù)需要的負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率分配，不會(huì)多占用熱量或者少占用熱量。

 

3、進(jìn)入混水的流量和一次壓差無(wú)關(guān)，無(wú)論壓差高低都是提供滿足末端負(fù)荷需求的流量，因此地暖混水裝置可以用于負(fù)荷的自動(dòng)分配，解決系統(tǒng)壓差不平衡的問(wèn)題。

 

4、我們將與熱源相連的管道稱之為一次系統(tǒng)，將與末端相連的管道稱之為二次系統(tǒng)，可以看出二次系統(tǒng)中循環(huán)的流量是一次進(jìn)水量與二次回水量混合之和，當(dāng)一次水溫高于二次水溫時(shí)二次流量低于一次流量，從而可以將較小的一次流量轉(zhuǎn)換成較大的二次流量，以滿足地暖、風(fēng)盤等對(duì)二次流量要求較大的末端設(shè)備。

 

5、二次系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力由循環(huán)泵提供，與一次系統(tǒng)壓差無(wú)關(guān)，因此我們可以用混水驅(qū)動(dòng)滿足二次系統(tǒng)對(duì)壓差的需求。

 

四、地暖混水裝置在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

 

1、用地暖混水裝置解決熱源和末端水溫不匹配問(wèn)題

 

A、常規(guī)壁掛爐熱源適合大溫差小流量工作，而地暖末端適合小溫差大流量工作，所以在壁掛爐和地暖之間安裝地暖混水裝置后，能夠讓壁掛爐熱源與地暖末端同時(shí)工作在各自適合的工況下，達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的。

 

B、地暖是一種適合通過(guò)改變水溫調(diào)節(jié)散熱量的供暖方式，在地暖中配置混水裝置，根據(jù)房間熱需求提供適合的水溫，使之與房間需熱量平衡，對(duì)于提升地暖舒適性和節(jié)能性具有重要的作用。

 

C、通過(guò)具有氣候補(bǔ)償功能的地暖混水裝置，可以根據(jù)室外環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)整混水水溫，在提高舒適性的同時(shí)具有良好的節(jié)能效果。壁掛爐用地暖混水裝置選型注意事項(xiàng)：壁掛爐對(duì)于混水系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性要求較高，不恰當(dāng)?shù)倪x型可能會(huì)導(dǎo)致壁掛爐無(wú)法穩(wěn)定、可靠的工作。

 

 

壁掛爐應(yīng)該選擇專用混水系統(tǒng)，對(duì)于地暖混水裝置在溫度和流量上的穩(wěn)定性及壓差上的適應(yīng)性等方面的參數(shù)要求較高，還應(yīng)該設(shè)置有避免低負(fù)荷壁掛爐工作失常的功能，特別是后面采用分環(huán)路溫控的地暖，由于末端負(fù)荷變化大，導(dǎo)致混水的一次流量可能較小，耗散功率也很小，這種情況下壁掛爐可能會(huì)出現(xiàn)頻繁啟停的問(wèn)題，如果混水工作性能不穩(wěn)定壁掛爐可能會(huì)出現(xiàn)報(bào)故障的情況。

 

2、用地暖混水裝置解決末端和熱源流量不匹配問(wèn)題

 

A、地暖混水裝置在壁掛爐供暖中的應(yīng)用

 

一臺(tái)24kW的壁掛爐在標(biāo)準(zhǔn)工況下能提供的流量不足1t/h，如果配合高溫差小流量特性的散熱器末端，在25℃高溫差下能夠?qū)⒈趻鞝t的功率完全送到末端，滿足200㎡～300㎡的供暖需求，但是用其直接帶地暖時(shí)的流量只能滿足100㎡的地暖需求，同時(shí)由于供水溫度降低和溫差降低到10℃以內(nèi)，壁掛爐輸出功率也會(huì)降低一半以上，無(wú)法帶動(dòng)更大面積的地暖。

 

 

在這種情況下為每組地暖分水器配置一臺(tái)地暖混水裝置，讓地暖混水裝置對(duì)二次回水進(jìn)行循環(huán)利用，以獲得高于一次流量數(shù)倍的二次流量，并將高溫差小流量的一次水轉(zhuǎn)化成低溫差大流量的二次水，這樣一臺(tái)24kW的壁掛爐同樣能夠滿足200㎡～300㎡地暖的需求。

 

圖3方案中壁掛爐直接帶地暖流量不夠，通過(guò)兩臺(tái)地暖混水裝置增加地暖的流量，滿足末端需求，同時(shí)壁掛爐可以在適合工況下工作。

 

B、地暖混水裝置在集中供熱地暖中的應(yīng)用

 

在依據(jù)散熱器溫度和流量特性設(shè)計(jì)的集中供熱中，直接帶地暖時(shí)需提供更多的流量，同時(shí)降低進(jìn)回水溫差，因?yàn)楫?dāng)供水溫度較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致用戶家里過(guò)熱，形成浪費(fèi)，也會(huì)增加管網(wǎng)的傳輸損耗，容易導(dǎo)致系統(tǒng)整體失衡。

 

因此在相關(guān)規(guī)范中建議集中供熱地暖加裝合適的地暖混水裝置或換熱裝置。其作用如下：

 

1) 調(diào)整地暖水溫，滿足更加個(gè)性化的需求；

2) 促進(jìn)地暖管道水流循環(huán)，降低管道溫差，提供更舒適和節(jié)能的使用體驗(yàn)；

3) 可降低主管道流量需求，避免流量不足引起供暖不熱；

4) 提高一次水溫差，提高傳輸利用效率，降低輸送損耗；

5) 降低主管道配置，可以用更細(xì)的管道滿足供暖需求；

6) 滿足用戶對(duì)不同室溫、水溫的需求；

7) 通過(guò)混水的流量轉(zhuǎn)換和溫度控制降低一次管網(wǎng)的流量，提高溫差，降低輸送損失，同時(shí)提高用戶舒適性，降低能耗損失。

 

 

3、用地暖混水裝置解決雙末端供暖中水溫需求不同的問(wèn)題

 

地暖混水裝置在雙末端應(yīng)用中的作用：

 

當(dāng)用戶同時(shí)采用地暖和散熱器供暖時(shí)，兩種末端需要的水溫不同，通過(guò)地暖混水裝置供應(yīng)兩個(gè)末端水溫，同時(shí)避免兩個(gè)末端之間相互搶水的問(wèn)題；這種應(yīng)用要求混水調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定，避免出現(xiàn)壁掛爐故障或者散熱器不熱等現(xiàn)象。
 

 

4、用地暖混水裝置解決供暖系統(tǒng)中壓差阻力不平衡的問(wèn)題

 

地暖混水裝置在別墅等復(fù)雜供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用：

 

在構(gòu)建復(fù)雜的供暖系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)檠爻坦艿雷枇p失的影響，會(huì)導(dǎo)致不同的位置壓差不同，從而加劇了系統(tǒng)失衡帶來(lái)的問(wèn)題，這也是造成系統(tǒng)效率低下的重要原因。

 

為了解決系統(tǒng)失衡問(wèn)題，目前常用的方式是用靜態(tài)平衡閥、動(dòng)態(tài)平衡閥、恒流量閥、壓差控制閥等設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，但是在這種方式下當(dāng)末端流量和負(fù)荷進(jìn)行大幅度變化時(shí)很容易出現(xiàn)問(wèn)題，調(diào)試起來(lái)也比較困難。地暖混水裝置是一個(gè)有源主動(dòng)控制設(shè)備(水泵驅(qū)動(dòng))，具有根據(jù)二次負(fù)荷自動(dòng)補(bǔ)充一次能量的特點(diǎn)，這種補(bǔ)充并不會(huì)因?yàn)閴翰畹淖兓淖?，因此在一次壓差較高的時(shí)候混水仍能通過(guò)關(guān)小控制閥的方式將一次補(bǔ)充流量控制在需要的范圍內(nèi)。

 

另一方面，由于混水具有水泵，當(dāng)一次壓差較小甚至是零壓差時(shí)，在水泵的作用下控制閥開(kāi)啟能夠主動(dòng)抽取一次流量滿足二次負(fù)荷的需要，因此可以消除壓差對(duì)于系統(tǒng)的影響。

 

相對(duì)于壓差旁通閥等方式，這種方式更靈活可靠，在工況變化的時(shí)候適應(yīng)性更強(qiáng)。

 

參看圖3中兩套分水器距離壁掛爐的位置不同，存在前面壓差較大、后面壓差較小的問(wèn)題，而且管道長(zhǎng)度不同沿程阻力也會(huì)不同，當(dāng)采用地暖混水裝置后每個(gè)供暖區(qū)域索取的熱量只與自己的末端散熱需求有關(guān)，利用地暖混水裝置中的自動(dòng)調(diào)節(jié)和功率、流量、壓差平衡作用，避免功率分配失衡，以提供更好的使用效果。

 

5、用地暖混水裝置解決水溫波動(dòng)對(duì)供暖系統(tǒng)的影響

 

在系統(tǒng)中因?yàn)檎{(diào)節(jié)和設(shè)備本身的特性導(dǎo)致水溫、壓力等方面的波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備和工況造成影響，比如熱脹冷縮導(dǎo)致管道壽命降低和接頭松動(dòng)等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)混水系統(tǒng)之后會(huì)將這種工況的波動(dòng)進(jìn)行隔離，為后面的系統(tǒng)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工況，提高穩(wěn)定性和安全性。

 

地暖混水裝置在壁掛爐供暖中的應(yīng)用：

 

首先，壁掛爐供暖系統(tǒng)中為了滿足生活熱水需求，主機(jī)選型通常較大，在供暖工況下處于間歇運(yùn)行調(diào)節(jié)狀態(tài)，因此即使設(shè)定一個(gè)壁掛爐出水溫度，實(shí)際工作中壁掛爐出水溫度上下波動(dòng)可達(dá)20℃～30℃，這種溫度的劇烈波動(dòng)會(huì)對(duì)后面系統(tǒng)帶來(lái)的舒適性和供暖設(shè)備的安全性等產(chǎn)生不利影響。

 

其次，通過(guò)加裝地暖混水裝置可以將這種波動(dòng)降低到適合的范圍。

 

 

從圖6中可以看出，壁掛爐啟停時(shí)出水溫度在35℃～70℃之間波動(dòng)，經(jīng)過(guò)地暖混水裝置后二次水溫在35℃～42℃之間波動(dòng)，波動(dòng)幅度降低五倍，可以有效提高地暖的安全性。
 

五、如何選擇壁掛爐獨(dú)立供暖中的混水產(chǎn)品

 

經(jīng)常有人說(shuō)壁掛爐供暖中地暖混水裝置不好用，感覺(jué)沒(méi)有節(jié)能省氣，甚至導(dǎo)致壁掛爐工作不正常，這里除了方案設(shè)計(jì)問(wèn)題外，所選擇的地暖混水裝置性能不合適也可能是其中重要原因。

 

1、在壁掛爐獨(dú)立供暖中，為了避免地暖混水裝置在工作時(shí)給壁掛爐帶來(lái)擾動(dòng)而影響正常工作，因此對(duì)混水溫度控制精度要求較高，要求在穩(wěn)定工況下混水溫度波動(dòng)不超過(guò)±3℃。

 

2、壁掛爐可能會(huì)在間斷狀態(tài)下工作，因此地暖混水裝置對(duì)水溫穩(wěn)定性要求較高，要求在進(jìn)水溫度變化30℃時(shí)出水溫度變化＜5℃。

 

3、壁掛爐需要保證最小流量才能正常工作，因此地暖混水裝置需要具備當(dāng)末端最小負(fù)荷的時(shí)候能夠?yàn)楸趻鞝t提供最低流量保障，通常流量大于300kg/h，此項(xiàng)工作可控制調(diào)節(jié)。

 

4、當(dāng)壁掛爐停止工作或再次啟動(dòng)工作后，地暖混水裝置能夠聯(lián)動(dòng)壁掛爐工作，因此地暖混水裝置需要具備低溫停止和高溫啟動(dòng)的功能，以方便構(gòu)建壁掛爐聯(lián)動(dòng)的方案。

 

5、地暖混水裝置可以用于散熱器的溫度控制，以及負(fù)荷分配，因此混水溫度設(shè)定范圍要求在25℃～55℃之間。

 

6、為了在高壓差下不失控，地暖混水裝置對(duì)壓差適應(yīng)性不小于0.1kg/c㎡～1kg/c㎡范圍。

 

7、為了滿足末端高功率要求，地暖混水裝置一次流量在0.2kg/c㎡壓差下不小于700kg/h。

 

六、本章小結(jié)

 

地暖混水裝置是供暖系統(tǒng)中非常特殊的一個(gè)設(shè)備，其核心作用是工況轉(zhuǎn)換，理解和合理利用混水工況轉(zhuǎn)換的功能可以非常方便地構(gòu)建供暖方案，讓復(fù)雜的工況變化問(wèn)題簡(jiǎn)單化，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、客戶使用體驗(yàn)，降低售后成本，因此本章內(nèi)容在應(yīng)用中具有非常重要的意義。

 

本文由博容總經(jīng)理申國(guó)強(qiáng)先生原創(chuàng)，首發(fā)于《地暖月刊》！