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热水循环系统听说过没?

意大利Caleffi 2019-06-25 20:32:36

热水循环系统(俗称:即热宝、回水器、热水速达器、循环水、热水循环器、热水预热器、预热循环系统等)是解决由于中央热水系统管路较长,导致用热水之前不能及时用上适宜温度的热水(俗称:放冷水)。


现在热水循环系统现如今已经非常普及,如宾馆、酒店、住宅等,总是在我们需要使用热水的时候,能在几秒钟左右就能使用到,这些无疑是热水循环系统的功劳。热水循环系统不再像以前那样,需要将热水管内的冷水排掉,才能用到热水。


我们在本期微信中将分析热水循环系统,并介绍卡莱菲先进的热水循环系统设计选型和平衡方法。


热水循环系统

在集中式生活热水系统中,热水通过供水管网送达各用户。因建筑物的类型和用户习惯的不同,卫生热水的供应是不连续和变化的,再加上管网的延伸距离长,有的支路会长达几十米,这会导致管道中的水自然冷却。这种情况除了会造成用水的舒适性下降,而且还会导致严重的卫生问题,比如造成军团菌的繁殖。


要防止这些问题的出现,目前主依赖有以下两个办法:

1. 使用电伴热系统保持供水管生活热水温度恒定;

2. 采用热水循环系统。


使用电伴热系统,因为耗电和无法覆盖整个系统分支等问题,目前仅限于在管网的终端或小系统上应用。


热水循环则是最常用的系统,因为它有以下优势:

• 在预定的时间内保证所有出水点温度为设计温度;

• 防止因管道滞水自然冷却导致水的浪费;

• 保持水的持续流动,防止滞水在管道内形成生物膜;

• 防止军团菌的繁殖。



热水循环系统的类型

根据要连接到卫生热水循环回路上的节点,循环管网可以分为以下类型:

• 用水点循环;

• 楼层循环;

• 立管循环。


用水点或分水器循环

是最细分的循环类型,直接到达或接近用户用水点。

这种方案的好处就是可以带来最大的用水舒适度,而且还可以最大程度地减少热水滞水管的长度。

这一点特别重要,尤其是在那些对于卫生标准要求高的场所,如医院、疗养院和宾馆。

然而,用水点循环的实现成本很高,而且对于分布复杂的管网需要正确地平衡循环流量。

基于这些原因,它是卫生场所、宾馆等建筑中最常用的系统,而且为了保证更高的舒适度,也用于高档或大型的私人住宅中。



楼层循环

该类型的循环可以到达住户入户水表。可以获得良好的舒适性,相比循环到用户用水点的系统成本更低。

这种方案普遍用于以水平供水为主的住宅建筑中。

另外,它也是唯一可以在热水表之前循环热水的系统。



立管循环

这种类型的循环可以达到建筑的立管顶端,它是一种非常普遍的方案,因为较容易实现。另外,加上适当的装置即可以实现立管流量的正确平衡。



热水循环回水管网的设计选型


不管哪种类型的热水循环系统,循环管道的设计选型都需依据以下的参数:

1. 管道的热量散失;

2. 卫生热水的供水温度;

3. 设计压损;

4. 设计温差;

5. 卫生热水的供水时间。


管道的热量散失

管道的热量散失是最重要的设计参数,因为要从它推导出热水循环系统所需的热功率。

控制管道热量散失是降低能耗的关键:

• 通过减小管道直径和循环泵的尺寸来优化热水循环系统;

• 减少能量的散失,相应地降低热水循环系统的运营成本。


保温绝缘性好的新安装管道的热量散失一般可视为:


Q tub = 7 W/m (约6 kcal/h.m)


热量散失的严谨计算可以通过分析公式得出。

决定管道延程热水损失的参数有:

• 管道直径。直径越大对应的热散失越高。因此,要对主管的保温给予高度重视。

• 管道的保温绝缘。这取决于保温绝缘材料(由它的防止热散失的性能所决定的)的质量和厚度。旁页图表为管道的热量散失随保温层厚度的变化值,此数据假定使用的是技术性能良好的材料。


可以看出,与一般的设计选型计算出的数值相比,厚度不足或干脆没有保温会导致热量散失数值非常高。

• 管道内部的水温和所处环境的空气温度。热水的供给温度后续将专门探讨。关于环境的空气温度,要尽可能高;所以要避免将管道置于外部或冰冷环境中。


卫生热水的供水温度

为了满足舒适度要求,卫生热水到达用户的温度至少要保持在43°C以上。

应该考虑到,一些管网,比如医院和宾馆的管网必须要把卫生热水的温度保持在50°C以上,才能实现不间断的热力杀菌。对于这后面这种系统,重要的是:

• 认真分析供水和循环回水管网的保温情况;

• 为用户配备防烫伤装置。



设计压力损失

一般来说,热水循环回水管网设计的压损约为20mmc.a./m。这一数值可以实现管道尺寸和循环泵最低必要性能之间的良好折中。


设计温差

系统设计管路系统两点之间的一定温差进行,这两点可以是:

• 热源供水点和最不利的用水点

指的是供水管网输送(TC)温度和最不利供水点的温度(TPS)之间的温差ΔT。

设计流量,由散热量和温差之间的关系获得,计算仅考虑供水管网的热量散失。

因此,本着这一原则理论上以适当方式仅对卫生热水的供水管道进行保温,而不考虑循环回水管网。显然,这样的选择会带来较大的热量散失,从经济和能耗角度看并不划算。



• 热源供水点和回水点

考虑的是管网供水和回水之间的温差ΔT。

这样的设计考虑的是,为了消除军团菌污染风险,回水温度不能被忽视。设计流量不仅要考虑供水管网的热量散失,还要考虑循环回水管网的热量散失。



通常,为了限制卫生热水的供水温度和保持管网内部温度的均衡稳定,使用的温差不大,约2-3°C。


卫生热水的输送时间


最后这一参数不直接影响管道的尺寸,但是有助于确定循环回水连接点至用水点的距离。

出于舒适性和规范标准的要求,卫生热水要在开启用水点有限的时间内达到设定温度(一般为30秒)。

同时,还有一项标准规定,未循环水管的水容量不得大于3升。

根据卫生热水的流量和管道尺寸,可以得出不同的供水时间和距离。

根据不同的标准要求,有时候供水最低时限优先,有时候管道内的水容量更重要。


循环回水管路的平衡


循环回路的平衡有助于防止前面的支路(立管或水平分支)“偷走”后面支路的水:这样会导致循环回水管路各自温度差异过大。

通过保持流量稳定可以平衡循环回路,平衡方式有:

• 借助手动阀的静态方式。需要有设计选型和初期调试。

• 利用AUTOFLOW型动态阀的动态方式。这一方法不论在设计选型还是调试阶段都很快捷。在系统部分负荷运行的情况下更是大有裨益。


不过,静态或动态平衡情况下,管网都无法适应不同的负荷状况,如热水使用量、供水温度、环境温度的变化等。要想掌控这类变化,就要通过一个恒温平衡阀或者一个只允许必要流量通过的自动装置。



恒温平恒阀

恒温平衡阀内部的恒温阀芯能根据入口水温来自动调节过流流量。


温度控制

当入口水温低于30°C时,恒温热敏元件控制的活塞会完全打开(A阶段)。

随着入口水温慢慢接近设定值,活塞逐渐减小水流的通过,这样有利于别的支路循环流量增加(B阶段)。

这种方式就实现了真正的自动热平衡,保证了循环回水管路上所有支路都能达到理想的温度。



当入口水温高于设定值时(一般为55°C),活塞将水流降到最低,过流流量只是为了保持温度的感应(C阶段)。



恒温热力杀菌

另外,恒温平衡阀还具有热力杀菌功能,有助于将管网温度提高到55-60°C以上以助杀菌。这一功能是全自动的,它借助另一个专门恒温阀芯。在70°C时开启,或者是通过一个热电执行器进行控制。在水温没有达到高温杀菌设定值前,运行状况与上一页所描述的温度控制阶段完全一样(A阶段和B阶段)。

当温度达到68°C时,第二个恒温热敏元件开始工作,通过专门的旁通阀打开另一条水流通道(D阶段)。

这种方式下可保证水流不受第一个恒温阀芯的影响,在热力杀菌过程中保证循环水流正常经过。



如果温度超过70°C,通过旁通阀的流量会减少以便在杀菌过程中也可以保持热力平衡(E阶段)。

当水温超过75°C时,活塞会关到最小以防止系统出现问题(F阶段)。



循环回水系统的调节


关于循环回水系统的调节策略没有标准规范,它的运营方式分为:

• 无调节

循环泵始终运转,24小时持续保证设计温度。

这种系统类型要么是没有考虑过对循环回水控制,要么就是对于温度和管网杀菌有特殊要求,如医院、疗养院等等。



• 定时调节

循环回水泵由定时装置控制,可以设定开启和关闭时间。

通常,住宅系统的典型管理方式就是夜晚关闭循环回水(一般从23:00到6:00)。下面我们来看看这种管理方式所能带来的好处。



• 恒温调节

这种管理方式一般用来维持循环回水管网的正确温度,以保证不受军团菌污染。

循环管道上的温度传感器通常安装在最不利的节点处监控温度,当温度低于设定值时就会启动循环泵。



• 按需求调节

按需求开启的循环泵可以由机械系统如水流开关或者通过智能家居系统进行管理。

纯机械装置的水流开关在有水流即打开热水龙头时让循环泵启动。通过这种方式增加循环流量缩短热水等待时间。

在由智能家居系统管理的建筑中,泵开启的控制可以通过比如浴室灯的按钮或者其他房间里明确定义的按钮。这种方式在管网范围不分散,或者是管网辐射范围广但是用户却不多的情况下可行。



•自适应调节

通过电子技术分析用户使用热水习惯并根据分析数据管理循环泵的运行时间。

这种方式可以节省电能(对于循环泵来说)和热能(限制循环管网的热散失)。

这一功能经常集成于循环泵中,确定使用热水的时段并加以分析处理来判断用水习惯。



希望这期微信介绍能够帮助大家了解热水循环系统。现在,相信大家对于热水循环系统已经有了一定的认识。



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