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)用的一個產(chǎn)品，但是對地暖混水裝置的作用并沒有很清晰且系統(tǒng)的說明，行業(yè)里也有很多不同的理解，因此這次我們就來探討一下混水相關(guān)的內(nèi)容，因為地暖混水裝置在構(gòu)建供暖系統(tǒng)時是一個特殊的裝置，用好地暖混水裝置可以解決很多系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的問題。

 

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行混合的設(shè)備，我們可以嘗試給它一個更全面的表述：

 

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)動器、溫度控制器等部分構(gòu)成，用于將高低溫流體進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水與二次回水進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)的通過流量分配平衡等方法構(gòu)成的供暖系統(tǒng)相比具有簡單、方便、自適應(yīng)能力強的特性，不需要對壓差流量進行平衡調(diào)節(jié)，即使是動態(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，也大大簡化了復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計的難度。

 

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)過混水控制閥與一次進水混合換熱，混水控制閥根據(jù)溫度檢測裝置，檢測到混水溫度控制二次回水與一次進水的混合比例，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

 

圖中一次高溫水進入混水控制閥中，在水泵的作用下二次低溫回水向上進入混水控制閥，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)出了以下幾個方面的特性：

 

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

 

2、進入地暖混水裝置的一次水量用于實現(xiàn)與回水混合出設(shè)定的混水溫度，一次進入多少水取決于末端散發(fā)的熱量，當二次負荷或者流量變化的時候，為了滿足混水溫度的穩(wěn)定性，地暖混水裝置將自動調(diào)整一次進水量，因此地暖混水裝置可以自動根據(jù)需要的負荷進行動態(tài)功率分配，不會多占用熱量或者少占用熱量。

 

3、進入混水的流量和一次壓差無關(guān)，無論壓差高低都是提供滿足末端負荷需求的流量，因此地暖混水裝置可以用于負荷的自動分配，解決系統(tǒng)壓差不平衡的問題。

 

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)的流量是一次進水量與二次回水量混合之和，當一次水溫高于二次水溫時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)動力由循環(huán)泵提供，與一次系統(tǒng)壓差無關(guān)，因此我們可以用混水驅(qū)動滿足二次系統(tǒng)對壓差的需求。

 

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工作在各自適合的工況下，達到提高系統(tǒng)效率的目的。

 

B、地暖是一種適合通過改變水溫調(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，對于提升地暖舒適性和節(jié)能性具有重要的作用。

 

C、通過具有氣候補償功能的地暖混水裝置，可以根據(jù)室外環(huán)境溫度自動調(diào)整混水水溫，在提高舒適性的同時具有良好的節(jié)能效果。壁掛爐用地暖混水裝置選型注意事項：壁掛爐對于混水系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性要求較高，不恰當?shù)倪x型可能會導(dǎo)致壁掛爐無法穩(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出現(xiàn)頻繁啟停的問題，如果混水工作性能不穩(wěn)定壁掛爐可能會出現(xiàn)報故障的情況。

 

2、用地暖混水裝置解決末端和熱源流量不匹配問題

 

A、地暖混水裝置在壁掛爐供暖中的應(yīng)用

 

一臺24kW的壁掛爐在標準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的流量只能滿足100㎡的地暖需求，同時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降低一半以上，無法帶動更大面積的地暖。

 

 

在這種情況下為每組地暖分水器配置一臺地暖混水裝置，讓地暖混水裝置對二次回水進行循環(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，通過兩臺地暖混水裝置增加地暖的流量，滿足末端需求，同時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)計的集中供熱中，直接帶地暖時需提供更多的流量，同時降低進回水溫差，因為當供水溫度較高時會導(dǎo)致用戶家里過熱，形成浪費，也會增加管網(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，滿足更加個性化的需求；

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

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，可以用更細的管道滿足供暖需求；

6) 滿足用戶對不同室溫、水溫的需求；

7) 通過混水的流量轉(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題

 

地暖混水裝置在雙末端應(yīng)用中的作用：

 

當用戶同時采用地暖和散熱器供暖時，兩種末端需要的水溫不同，通過地暖混水裝置供應(yīng)兩個末端水溫，同時避免兩個末端之間相互搶水的問題；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，因為沿程管道阻力損失的影響，會導(dǎo)致不同的位置壓差不同，從而加劇了系統(tǒng)失衡帶來的問題，這也是造成系統(tǒng)效率低下的重要原因。

 

為了解決系統(tǒng)失衡問題，目前常用的方式是用靜態(tài)平衡閥、動態(tài)平衡閥、恒流量閥、壓差控制閥等設(shè)備進行調(diào)節(jié)和補償，但是在這種方式下當末端流量和負荷進行大幅度變化時很容易出現(xiàn)問題，調(diào)試起來也比較困難。地暖混水裝置是一個有源主動控制設(shè)備(水泵驅(qū)動)，具有根據(jù)二次負荷自動補充一次能量的特點，這種補充并不會因為壓差的變化而改變，因此在一次壓差較高的時候混水仍能通過關(guān)小控制閥的方式將一次補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，當一次壓差較小甚至是零壓差時，在水泵的作用下控制閥開啟能夠主動抽取一次流量滿足二次負荷的需要，因此可以消除壓差對于系統(tǒng)的影響。

 

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

 

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、后面壓差較小的問題，而且管道長度不同沿程阻力也會不同，當采用地暖混水裝置后每個供暖區(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對供暖系統(tǒng)的影響

 

在系統(tǒng)中因為調(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，這種波動會對系統(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等問題。經(jīng)過混水系統(tǒng)之后會將這種工況的波動進行隔離，為后面的系統(tǒng)提供一個相對穩(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，主機選型通常較大，在供暖工況下處于間歇運行調(diào)節(jié)狀態(tài)，因此即使設(shè)定一個壁掛爐出水溫度，實際工作中壁掛爐出水溫度上下波動可達20℃～30℃，這種溫度的劇烈波動會對后面系統(tǒng)帶來的舒適性和供暖設(shè)備的安全性等產(chǎn)生不利影響。

 

其次，通過加裝地暖混水裝置可以將這種波動降低到適合的范圍。

 

 

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

五、如何選擇壁掛爐獨立供暖中的混水產(chǎn)品

 

經(jīng)常有人說壁掛爐供暖中地暖混水裝置不好用，感覺沒有節(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)計問題外，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、在壁掛爐獨立供暖中，為了避免地暖混水裝置在工作時給壁掛爐帶來擾動而影響正常工作，因此對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不超過±3℃。

 

2、壁掛爐可能會在間斷狀態(tài)下工作，因此地暖混水裝置對水溫穩(wěn)定性要求較高，要求在進水溫度變化30℃時出水溫度變化＜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末端最小負荷的時候能夠為壁掛爐提供最低流量保障，通常流量大于300kg/h，此項工作可控制調(diào)節(jié)。

 

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

 

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)雜的工況變化問題簡單化，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、客戶使用體驗，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)理申國強先生原創(chuàng)，首發(fā)于《地暖月刊》！