高层建筑直连供暖技术与供热设备定压节电技术

一、当前的技术状况 
一项高层建筑“直连供暖”技术目前正在流行。从网上可以看到相关阐述的文章有许多。笔者注意到这些文章中，只是介绍如何降低高层回水压力，防止高区水压导入低区的手段，并没有任何一篇文章谈及节电的机理。 
事实上这项技术并不节电，因而也就无机理可谈。无论在高区回水管上设置什么“断流器”也好，“阻旋器”也好，还是什么“气水共存管”也好，都是摩擦消耗液体压头的元件，这些元件必须把高低区回水压差全部消耗掉，才能使两者混合为一体，就这样水泵的功率在这个复杂的过程中白白浪费掉了。要证实这一点可以查看其循环水泵的扬程、功率选型便知。如果真的节电，高低区同水量的系统，水泵功率应该相差不大。水泵的作用是克服系统阻力的，与系统高度并无关系。一个独立为高区供热的换热机组，如果供热设备能承受较高压力，那么其回水是不需要节流降压的，自然也就不会额外消耗很多电能。 
既然“直连供暖”技术不节电，为什么它会被许多用户采用呢？其中的原因除了这些用户被玄虚所迷惑外，主要是它确实能够把高区回水压力降下来，实现与低区的混合，并防止串压现象，达到一个系统两个定压运行的目的。而要达到这个目的，大可以不必如此麻烦，如此消耗资源增加投资。在此笔者提出下述方案，与读者一起商榷。 

二、不考虑节电的简单节流方案 
有人提出，采用减压阀导致定压失控，停运时由于减压阀漏流导致低区超压，而采用“直连供暖”技术能够避免。事实果真如此吗？ 
一般说来，减压阀有两种：一种是阀后压力恒定型，简称阀后型，就是我们平常所说的减压阀；一种是阀前压力恒定型，又称持压阀或持压泄压阀。在这里选用哪一种的确都是不恰当的。如果选择前一种减压阀，运行时低区压力稍有升高就会导致高区流动截止；稍有降低会导致大量高区回水流向低区而使高区失压。如果选择后者持压阀，运行中高区回水压力稍有升高，也会有大量高区回水迅速流向低区，使高区失压，低区超压；稍有降低，则高区循环中断。另外这两种阀门有些情况确实又有泄流问题。由此看来，这两类减压阀从原理和功能就不适合在此处使用。 
有没有适用的减压装置？有。恒压差节流阀就完全可以解决这个问题。它的工作原理比前两类减压阀都简单，它用不着感应介质与大气的压差，只是保持阀的前后压差基本不变就可以了。虽然简单，但它却适应于这个场合的使用，使前述两类减压阀的缺点都迎刃而解。我们知道运行中高低区回水压差应该是恒定不变的，而恒压差节流阀恰巧顺应了这个概念。由于低区回水的压力是受定压装置控制的，因而经过恒压差节流阀也以同样的可靠度控制高区回水，从而使两个循环系统都能顺利可靠地保持运行。无论系统停运或出现变工况，这个压差始终存在，压差不够时自动关闭，所以不再需要什么速断保护问题，当然在低区加安全阀，不失是一种进一步的保护措施。 
这种恒压差节流阀，国内的专业公司便能提供。它是一种先导放大型的，运行更加可靠。 
有的文中谈到，多层建筑群中出现独立高层，采用“直连供暖”技术解决了高区供热问题。前面还谈到了这种方案并不节电。如果真的能将部分能量传递给低区回水，必然会使局部压头增加，从而排挤相邻支路的回水量，严重时导致水力失调。退一步说，此处即使节电，量也不大，没有必要费那么大事，投那么多资，用恒压差节流阀完全可以解决问题。 
对较大系统，这种简单的节流降压方案，虽然能可靠地运行，但笔者实在不甘心让电能这样白白浪费掉，因而必须努力探索既可靠又节电的方案。 

三、一项很好的节电技术 
笔者在网上偶然看到，一项：高层建筑直接供暖供回水机（申请号：CN02230846.6）。文件中谈到：“将供水增加泵，电动机于减压水轮机在同一轴线上，用联轴器将主轴连接在一起，并固定在同一平台底座上，减压水轮机在消减高层回水压力，平衡高低供暖系统回水压差的同时，将高层回水多余压力差转变成机械能同轴输送给增加泵……”。这与笔者较长一段时间的思考不谋而合。 

四、两项切实可行的节电技术 
前面谈到的“供回水机”技术，构思合理，可能是技术化中存在障碍的缘故未能得到推广。下面介绍的两项技术就没有障碍，完全可以实施，因为国内的专业公司可提供产品和全方位的服务。 
1、 水—水喷射器方案 
本方案的要点是利用高区回水的富余压头引射低区回水，以降低低区循环水泵用电量。引射装置叫做水—水喷射器，其设计方法在教科书中可以查到。采用此方案可以使高区回水的富余压头70%以上得以利用。请参考系统图三。 
不同的热力工程项目，高低区循环水量有所不同。如果高区水过大低区水量太少，低区水泵的电都省下来，即无泵运行，高区水仍有富余，那么喷射器就成了无用武之地的英雄，这时候高区水富余能量只能通过节流手段消耗掉。不过这种情形极小，大部分情况是高区水少低区水多，这时候高区水的能量可以充分利用，低区循环动力不足部分仍由循环水泵提供。为了更多地节电，并稳定各点压力，两循环水泵建议均采用变频控制方式。 
为了防止低区串压，此方案要求在高区回水上配置速断阀控制信号为高区循环水泵的进出的压差。国内的专业公司可提供结构简捷、动作灵敏的快关阀，另外好在低区系统中配置安全阀，以获得进一步的安全性。 
关于如何确定系统中各点压力值，需要结合系统参数及喷射器的设计过程进行。国内有专业公司提供此方面的技术服务。 
2、水汽引射器方案 
此方案仅适应于汽水热交换站。顺便说一下，水—水热交换站如果允许高温水与低温水混合，参考此方案，做一个混水机组也是完全可行的。 
此方案的要点也是利用高区回水的压头，在水汽引射器中进行喷射减压加速让蒸汽在极低的压力环境下同时流入。一定流速的蒸汽与高速水流相遇发生动量交换，然后在扩压管中升压，进入水泵入口，从而使水泵的扬程节省下来。 
此方案不涉及低区系统，只是解决了高区压头利用问题。无论如何，回水压头的利用就是行之有效的节电措施。因为它避免了节流降压过程中产生的摩擦损失。 
在此系统中仍然建议循环水泵变频调节，因为随着进汽量的增加，会使泵入口的压力增加。 
水汽引射器除用于此场合外，还是一种很好的余热回收产品，此不详述，国内也有厂家可提供产品和服务。 

五、高层建筑节电方案的其他设想 
通过以上介绍不难看出：高层建筑供热节电的关键是对高层回水富余压头的利用，那么是否还可以考虑更多的方案来达到此目的呢？前面谈到的机械装置方案很有价值，当然可以沿着这条思路做进一步的创新与改进。除此之外利用喷射技术还会有许多文章可做。这里只提供笔者的一个设想供读者参考： 
喷射器一般说来有三个管口，分别为高压介质进口，低压介质入口和混合后介质出口。既然高压带低压能够获得中压，那么在逆向流中中压是否可分解成高压和低压呢？从动量守恒的原理来讲，应该可以实现。如果这样的设备能够研发出来，高层建筑供热问题又会多一种解决的方法。