導讀：在地暖舒適性分析中我們講到，地暖是一種適合水溫調節的供暖末端，而為地暖提供水溫調節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(huà)題。

 

地暖混水裝置是這些年被頻繁提起和廣泛應用的一個(gè)產(chǎn)品，但是對地暖混水裝置的作用并沒(méi)有很清晰且系統的說(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)的內容，因為地暖混水裝置在構建供暖系統時(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設計和應用的問(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(lèi)型的水進(jìn)行混合的設備，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換設備，由混水閥、二次循環(huán)泵、驅動(dòng)器、溫度控制器等部分構成，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備，但是地暖混水裝置的作用不僅僅是對水溫的調節，在系統中還可以發(fā)揮多方面的作用。以地暖混水裝置為核心構建的解決方案，與傳統的通過(guò)流量分配平衡等方法構成的供暖系統相比具有簡(jiǎn)單、方便、自適應能力強的特性，不需要對壓差流量進(jìn)行平衡調節，即使是動(dòng)態(tài)工況下也可以穩定工作，有效提高了系統的舒適性、節能性和安全性，也大大簡(jiǎn)化了復雜系統設計的難度。

 

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，混水控制閥根據溫度檢測裝置，檢測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備，典型如輻射供冷設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，溫控器根據混合水溫度調整高溫進(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，并且在一定范圍內不受進(jìn)水溫度影響，將高低波動(dòng)的進(jìn)水溫度轉換成相對低但穩定的混水溫度；因此地暖混水裝置可以適應較寬范圍的進(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)現與回水混合出設定的混水溫度，一次進(jìn)入多少水取決于末端散發(fā)的熱量，當二次負荷或者流量變化的時(shí)候，為了滿(mǎn)足混水溫度的穩定性，地暖混水裝置將自動(dòng)調整一次進(jìn)水量，因此地暖混水裝置可以自動(dòng)根據需要的負荷進(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(mǎn)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(dòng)分配，解決系統壓差不平衡的問(wèn)題。

 

4、我們將與熱源相連的管道稱(chēng)之為一次系統，將與末端相連的管道稱(chēng)之為二次系統，可以看出二次系統中循環(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換成較大的二次流量，以滿(mǎn)足地暖、風(fēng)盤(pán)等對二次流量要求較大的末端設備。

 

5、二次系統的循環(huán)動(dòng)力由循環(huán)泵提供，與一次系統壓差無(wú)關(guān)，因此我們可以用混水驅動(dòng)滿(mǎn)足二次系統對壓差的需求。

 

四、地暖混水裝置在供暖系統中的應用

 

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，達到提高系統效率的目的。

 

B、地暖是一種適合通過(guò)改變水溫調節散熱量的供暖方式，在地暖中配置混水裝置，根據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能性具有重要的作用。

 

C、通過(guò)具有氣候補償功能的地暖混水裝置，可以根據室外環(huán)境溫度自動(dòng)調整混水水溫，在提高舒適性的同時(shí)具有良好的節能效果。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工作的穩定性要求較高，不恰當的選型可能會(huì )導致壁掛爐無(wú)法穩定、可靠的工作。

 

 

壁掛爐應該選擇專(zhuān)用混水系統，對于地暖混水裝置在溫度和流量上的穩定性及壓差上的適應性等方面的參數要求較高，還應該設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 )出現頻繁啟停的問(wèn)題，如果混水工作性能不穩定壁掛爐可能會(huì )出現報故障的情況。

 

2、用地暖混水裝置解決末端和熱源流量不匹配問(wèn)題

 

A、地暖混水裝置在壁掛爐供暖中的應用

 

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℃高溫差下能夠將壁掛爐的功率完全送到末端，滿(mǎn)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(mǎn)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?xún)?，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地暖混水裝置，讓地暖混水裝置對二次回水進(jìn)行循環(huán)利用，以獲得高于一次流量數倍的二次流量，并將高溫差小流量的一次水轉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(mǎn)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)兩臺地暖混水裝置增加地暖的流量，滿(mǎn)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用

 

在依據散熱器溫度和流量特性設計的集中供熱中，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，因為當供水溫度較高時(shí)會(huì )導致用戶(hù)家里過(guò)熱，形成浪費，也會(huì )增加管網(wǎng)的傳輸損耗，容易導致系統整體失衡。

 

因此在相關(guān)規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) 調整地暖水溫，滿(mǎn)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(mǎn)足供暖需求；

6) 滿(mǎn)足用戶(hù)對不同室溫、水溫的需求；

7) 通過(guò)混水的流量轉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(hù)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用中的作用：

 

當用戶(hù)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；這種應用要求混水調節性能穩定，避免出現壁掛爐故障或者散熱器不熱等現象。
 

 

4、用地暖混水裝置解決供暖系統中壓差阻力不平衡的問(wèn)題

 

地暖混水裝置在別墅等復雜供暖系統中的應用：

 

在構建復雜的供暖系統時(shí)，因為沿程管道阻力損失的影響，會(huì )導致不同的位置壓差不同，從而加劇了系統失衡帶來(lái)的問(wèn)題，這也是造成系統效率低下的重要原因。

 

為了解決系統失衡問(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、壓差控制閥等設備進(jìn)行調節和補償，但是在這種方式下當末端流量和負荷進(jìn)行大幅度變化時(shí)很容易出現問(wèn)題，調試起來(lái)也比較困難。地暖混水裝置是一個(gè)有源主動(dòng)控制設備(水泵驅動(dòng))，具有根據二次負荷自動(dòng)補充一次能量的特點(diǎn)，這種補充并不會(huì )因為壓差的變化而改變，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充流量控制在需要的范圍內。

 

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(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(mǎn)足二次負荷的需要，因此可以消除壓差對于系統的影響。

 

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(shí)候適應性更強。

 

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(wèn)題，而且管道長(cháng)度不同沿程阻力也會(huì )不同，當采用地暖混水裝置后每個(gè)供暖區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)調節和功率、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)對供暖系統的影響

 

在系統中因為調節和設備本身的特性導致水溫、壓力等方面的波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì )對系統中的設備和工況造成影響，比如熱脹冷縮導致管道壽命降低和接頭松動(dòng)等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)混水系統之后會(huì )將這種工況的波動(dòng)進(jìn)行隔離，為后面的系統提供一個(gè)相對穩定的工況，提高穩定性和安全性。

 

地暖混水裝置在壁掛爐供暖中的應用：

 

首先，壁掛爐供暖系統中為了滿(mǎn)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節狀態(tài)，因此即使設定一個(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20℃～30℃，這種溫度的劇烈波動(dòng)會(huì )對后面系統帶來(lái)的舒適性和供暖設備的安全性等產(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)有節能省氣，甚至導致壁掛爐工作不正常，這里除了方案設計問(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，因此對混水溫度控制精度要求較高，要求在穩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水溫穩定性要求較高，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末端最小負荷的時(shí)候能夠為壁掛爐提供最低流量保障，通常流量大于300kg/h，此項工作可控制調節。

 

4、當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，以及負荷分配，因此混水溫度設定范圍要求在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性不小于0.1kg/c㎡～1kg/c㎡范圍。

 

7、為了滿(mǎn)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

 

地暖混水裝置是供暖系統中非常特殊的一個(gè)設備，其核心作用是工況轉換，理解和合理利用混水工況轉換的功能可以非常方便地構建供暖方案，讓復雜的工況變化問(wèn)題簡(jiǎn)單化，提高系統穩定性、客戶(hù)使用體驗，降低售后成本，因此本章內容在應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》！