高层建筑功能采用直连机组如何分区？

山西润百泰公司专业生产高层建筑直连采暖机组系统，公司注重产品质量和商业信誉，高层直连机组的价格低，受到山西、河北、内蒙、新疆、甘肃等地区的经销商认可，随着全国各地城镇的民用建筑楼层越来越高，严寒和寒冷地区的高层居住建筑也越来越多。为了防止高层建筑采暖系统下部的压力超过散热器及部件的承压极限，高层建筑的采暖系统应进行竖向分区；当室外管网只有低压等级而且供水压力不能满足高层系统的运行要求时，有多种解决办法，其一是采用高层直连采暖装置，使高层系统与室外低压管网直接连接，而不用配置高压力等级的室外管网系统。 
1 采暖系统竖向分区的规定及误区 
1.1 采暖系统竖向分区的规定 
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003 第 4.3.9 条规定：“建筑物的热水采暖系统高度超过 50m 时，宜竖向分区设置。 作出本规定的目的是：减小散热器、埋地加热管以及室内采暖”系统其它附件所承受的压力，保证系统安全运行，同时分散立管负荷、避免立管直径过大及出现垂直失调等现象。目前国内现行的设计规范均规定，热水采暖系统中散热器、地面辐射采暖加热管和附件的大工作压力不宜大于 0.8MPa。在同一竖向分区内的各层中，底层的工作压力大，底层和高层的工作压力差为两者之间的几何高差，要达到大工作压力不宜大于 0.8MPa 的要求，几何高差、循环水泵扬程以及系统顶点压力之和应不超过 80m（0.8MPa）,其内在的含义是，同一竖向分区内底层和高层的几何高差限制为 50m,当超过 50m 时，宜进行竖向分区。 

1.2 误区之一：认为竖向分环就是竖向分区 
【案例】2001 年前后，武汉市的一些住宅小区开始设计集中采暖系统，成为当地商品房的新卖点。位于汉口的某小区 C 栋，建筑面积 21312 ㎡，地下 1 层为汽车库，地上 24 层为住宅。设计人员根据热水采暖系统高度超过 50m 的建筑，采暖系统应进行竖向分区的规定，将采暖系统分为上、下两个环路，每环路水系统高度不超过 50m。由于没有按不同工作压力进行竖向分区，两个环路共用同一热网，是同一个工作压力，低区底层散热器的承压仍然超过 0.8MPa我们知道，这样的系统划分，虽然两个环路各自的高层和底层的几何高差都不到 50m,但实际上低区的底层上面的几何高差包括了高区的系统高度，低区底层散热器的工作压力远远超过了散热器所能承受的压力，这种“分环”做法属于基本原理的错误。因此，竖向“分环”并不是竖向分区，竖向分区应按不同的工作压力进行，高区的工作压力大，低区的工作压力小，应各自配置不同的循环水泵，高区水泵的扬程大于低区水泵的扬程，不能认为同一工作压力的输水系统中分两个环路就是形成竖向分区。 

1.3 误区之二：认为建筑物顶点高度超过 50m 就要分区 
【案例】石家庄某商务广场，建筑面积 122310 ㎡，地下 2 层为车库，地下 1 层的超市和地上 1～ 5 层裙楼的商场采用集中空调系统；裙楼上有 1#、2#和 3#三栋塔楼，1#楼从 6 至 17 层为公寓，屋顶高度 65.7m，采用 80℃/55℃散热器采暖；2#、3#楼从 6 至 21 层为办公室，屋顶高度 79.7m,采用50℃/40℃地板辐射采暖。设计人员生搬规范的规定，认为 1#楼屋顶高度超过 50m,将 1#楼竖向进行分区，6 至 11 层为低区，共 6 层，高差约 21m,12 至 17 层为高区，共 6 层，高差约 21.0m。2#、3# 
楼为 50℃/40℃地板辐射采暖，与 1#楼不是同一个系统，6 至 21 层高度差为 56.0m，竖向分为高低两个区。 
对 1#楼的分区方法，说明设计人员并不理解规范的真正含义，误认为 1#楼建筑物顶点高度为65.7m,超过 50m 就要分区，实际上本系统 6 至 17 层共 12 层，高差仅 42m 左右，可以不进行分区， 设计人员这样分区是不合理的。 

2 高层建筑直连采暖技术 
2.1 采暖系统竖向分区的问题 
目前我国北方严寒和寒冷地区的居住建筑出现了大量的高层建筑，考虑建筑成本和防烟楼梯间自然防烟的限制，总建筑高度都不超过 100m,设计院的施工图都按规定进行了竖向分区。以层高 2.9～3.0m 的住宅为例， 的几何高差可以负担 16 层左右，50m实际工程中一般的分区方法是:建筑层数 9～11 层及以下的不进行分区，建筑层数 20 层左右的，分为低区和高区，建筑层数 32 层左右的，分为 低区、中区和高区，这样的竖向分区，每一个区段中，高层和低层的几何高差都在 40m 以内，是偏于安全的。对采暖系统进行竖向分区后，室外热力网也必须对应分别设置，即每一分区应有一组对应的供回水管来自锅炉房或换热站，这样，外网和单元入口的管道数量就由一供一回的两根变成两供两回的四根或三供三回的六根，一方面，总体上大大增加了外网的建筑成本，另一方面，锅炉房或换热站必须设置两套或三套换热装置，也增加了设备数量、锅炉房或换热站面积以及建筑成本。 
2.2 直连采暖技术要点 
为了解决采暖系统竖向分区后出现的室外管网数量、锅炉房或换热站面积及建筑成本增加的问题，从上世纪末期开始出现高层建筑直连供暖技术，提出了采用一套装置和一供一回双管来供中区、高区的技术问题。即共用低区压力的管网，在小区或单元热力入口处设置增压装置，靠增压水泵将低压的外网水送到中区或高区，在中区或高区产生循环。但是，增压后中区或高区的压力比低区的高，其回水并入低区管网时，会影响低区的运行，甚至在低区出现倒流现象。为了解决中区或高区的回水进入低区系统又不影响低区的运行，必须将中区或高区的回水压力降到与低区回水压力同一个水平。目前，国内用于高层建筑直连采暖的技术有两类，一类是采用阻断回水、释放其压力的带 
阻断器的高层建筑直连采暖装置；另一类是带减压阀直接将回水进行减压的高层建筑直连采暖装置，现分别介绍如下。 
（1）带阻断器的高层建筑直连采暖装置 
该装置由增压泵、止回阀、驱动管、阻断器、排气阀及控制柜组成，增压泵出口管接中区或高区的供水管，中区或高区的回水管连接阻断器的进水管，在阻断器内释放中区或高区回水的压力，与低区的回水压力相平衡，由阻断器出水管进入外网的回水管；阻断器出口的压力通过阻断器顶部的调节器进行调节。 
设备选型 
增压泵的流量按中区或高区的热负荷计算： 
V=0.86Qk/ρ(t1-t2) m /h 
式中 Q—中区或高区的热负荷，W； 
ρ—供水的密度，kg/ m ； 
t1、t2—供水、回水的温度，℃； 
k—附加系数，取 1.1～1.2。 
配套增压泵的扬程 
H=1.1×（水系统高度-水泵入口压力对应水柱高度＋管网阻力对应水柱高度）。 

（2） 带减压阀的高层建筑直连采暖装置 
带减压阀的高层建筑直连采暖装置。这是一种解决高低区压力不同的高层建筑直连采暖装置，适用于热源与用户温度相同或不同、压力不同、同一建筑物内有 2 或 3 个竖向分区的散热器或地面辐射采暖系统。该装置通过供水增压泵增压，提供中、高区的循环动力并调节流量；回水减压，停泵时隔断（将高、中、低区分为各自独立的系统，压力互不影响），运行时为一个整体系统，彻底解决高、中区回水不能与低区并网的问题。根据管道材质不同，机组又分为普通型和限温型两种形式。当管材有耐温限制时，可采用限温型。 
带减压阀的高低区直连采暖装置的设计，采用好数字控制系统与变频控制技术，通过变频调节水泵转速，从而达到出口压力恒压、流量恒定，通过数字式控制调节回水压力与低区压力相同且保持稳定。当停泵时，数字控制系统隔断回水管路，将高、低区分为两个不相通的独立系统。 

设备选型 
配套增压泵的流量按中区或高区的热负荷计算： 
V=0.86Qk/ρ(t1-t2) m /h 
式中 Q—中区或高区的热负荷，W； 
ρ—供水的密度，kg/ m ； 
t1、t2—供水、回水的温度，℃； 
k—附加系数，取 1.1～1.2。 
配套增压泵的扬程 
H=1.1×（水系统高度-水泵入口压力对应水柱高度＋管网阻力对应水柱高度）。 

3 应用实例介绍 
3.1 工程概况 达诺现代城项目位于石家庄正定新区，由山西润百泰公司提供产品并组织施工，共有 3 栋 32 层居住建筑，建筑高度 98.2m,总建筑面积约 134240 ㎡，采暖热负荷约为5009.1kW，采用低温热水地板辐射采暖系统，供、回水温度 50℃～40℃。室内系统竖向分 3 个区： 
1～11 层为低区，水系统高度 36.7m,面积约 46140 ㎡，热负荷 1851.8kW；12～22 层为中区，水系统高度 69.7m，面积约 45980 ㎡，热负荷 1607.2kW；23～32 层为高区，水系统高度 99.7m,面积约 42120㎡，热负荷 1550.3kW。 
3.2 采暖解决方案 
采用直连机组 该机组由增压隔断，减压隔断，防水锤，及数字控制柜组成，机组通过增压装置满足中、高区压力要求，减压装置采用持压泄压阀减压隔断，为了增加机组的安全性，机组采用双重隔断装置，即电动阀瞬间隔断和持压泄压阀二级隔断。当一次侧供水温度高于用户系统的供水温度时，供水先经过高低温调温机组后，然后进入高低区调压机组，相当于又增加一套减压隔断系统，更增加了系统的安全性。 
数字控制柜可以根据远传压力表压力信号来调整水泵转速稳定系统的压力，使系统不受外网压力波动影响而稳定运行，实现无人操作。假如外网压力异常，超出机组调整范围时，机组自动关闭， 将系统分为独立的压力区。机组的防水锤装置有效的解决了由于停泵或者停电时机组把高、中、低区隔离成独立系统时产生的水锤现象。 
由于该工程室外管网的供水温度为 55～65℃，经常运行在 60℃左右，而室内地面辐射采暖的设计水温为 50～40℃，因此在室外供回水管间增加一套高低温调温机组，将室内 40℃回水混入室外60℃供水中，将供水温度调到 50℃左右，满足室内采暖的要求。 
3.3 设备选型 
① 低区采用高低温调温机组 
低区机组的选型： 
低区采暖系统水泵流量 
V=0.86Qk/ρ(t1-t2)=0.86×5009.1×1.2/1.0×10=422.3 m /h 
低区加压水泵只完成调温和低区采暖系统循环，因此加压水泵的扬程为 
H=1.1×（36.7-30+4.3）=12.1m 
水泵选型为 TWQ250-250A，流量 500m /h,扬程为 14.5m，标配功率 37KW。 
机组选型为 SGZJ-10-13-3-D 。 
② 中区采用高低区调压并网直连机组 
中区机组的选型： 
中区采暖系统水泵流量   
V=0.86Qk/ρ(t1-t2)=0.86×1607.2×1.2/1.0×10=135.5m /h 
中区水泵扬程 H=1.2×（69.7-43.2+6.5）=36.3m 
水泵的选型为 TWQ 125-200B，流量 138m /h,扬程为 37.5m，标配功率 22KW。 
机组选型为 SGZJ-27-4.0-1-D 。 
③ 高区采用高低区调压并网直连机组 
机组的选型： 
高区采暖系统水泵流量 
V=0.86Qk/ρ(t1-t2)=0.86×1550.0×1.2/1.0×10=130.68 m /h 
高区水泵扬程 H=1.1×（99.7-43.2+8.6）=71.6m 
加压水泵选型为 TWQ125-250A 流量 150m /h,扬程为 73.8m，标配功率 45KW。 
机组选型为 SGZJ-60-4.1-1-D 。 
3.4 运行情况分析 
该项目于 2008 年开始施工，2010 年竣工，年底采暖系统投入运行，经过一个采暖期的调试， 
到采暖期结束时已达到设计要求。 
运行记录表明，各区的供回水温度均达到设计要求，室内温度达到 18-22℃左右。 
  
4 高层直连的几种形式及应用范围 
现以高、 低三区为例，中、对工程中出现的高层采暖系统直连的几种形式及应用范围。 
4.1 外网低压管道直接接到楼栋单元入口处，低区由外网直供，在入口处设置两套直连机组，分别供高区和中区。其特点为：小区内只有低压管网，室外土建及管道工程量小；但每一单元入口设 2套机组，机组容量小，数量多，管理分散复杂，故障机会较多。这是目前采用较多的一种形式。这种形式适用于小区内高层建筑的楼栋（单元）数量所占比例很少的情况，主要考虑低层建筑，小容量直连机组数量不太多。 
4.2 
外网低压管道接到小区调压站（室），在调压站（室）设置两套大型直连机组，由机组分别向高区和中区敷设室外管网至单元入口及用户，低区仍由室外管网直供。其特点为：直连机组容量大，数量少，管理集中；但是小区内须设高区、中区管网，土建及管道工程量较大。由于集中的大容量机组投资一般比分散的小容量机组总投资省一些，大体上可以和小区室外管网土建及管道增加的投 
  
资相抵消，同时可以节省更多的单元入口处的直连装置占用的建筑面积，工程设计中也有这样的案例。当小区内大部分或全部为高层建筑的楼栋（单元）时，为了减少小容量直连机组数量，经经济比较认为合理时，适宜设置小区调压站（室），也是一种不错的选择， 
4.3 
如遇到市政热网有低压、中压两个压力等级的管网时，则可以在单元入口或调压站（室）从低压或中压管网上接高区直连机组。这种形式要根据具体情况而定，采用这种形式的工程极少。 
5 结语 
5.1 采暖水系统竖向分区，既不是简单的在热源处进行系统分环，也不是以建筑物顶层是否大于 50m 为准，而是以系统底层和高层的高度差不超过 50m 为准。 
5.2 采用高层直连装置时，由于系统的几何高差增加，增压水泵的扬程和功率会大幅度增加，全年运行费用也会增加，高层直连装置只在室外管网的压力不够时才采用。 
5.3 高层直连形式一般应根据高层建筑楼栋（单元）数占小区所有建筑楼栋（单元）数的比例来确定，同时应对初投资和全年运行费进行综合比较。分散式的小区管网投资费用比集中式的少，但单元入口装置费用可能比集中式的多，众多小水泵的运行费也可能比集中式高，因此，应进行综合经济比较，找到一个切入点。

综上所诉，直连供暖机组的分区范围很重要，若是直连机组的分区不合理将直接影响后期的供暖效果！我公司早在多年前首先开发并使用了智能型高低区直联机组。其自动化程度高、占地面积小，有效解决高、低区共用管网这一问题。目前已有几百个工程实例，积累了丰富、系统的经验，用户达到了满意的供暖效果，并持续创新向市场提供更的新产品。