供暖系统漫谈丨混水装置解决采暖系统问题中的应用

2023-06-13 17:44:43

在地暖舒适性分析中我们讲到，地暖是一种适合水温调节的采暖末端，而为地暖提供水温调节的工具最适合的就是地暖混水装置。那么混水装

在地暖舒适性分析中我们讲到，地暖是一种适合水温调节的采暖末端，而为地暖提供水温调节的工具最适合的就是地暖混水装置。那么混水装置是怎么工作的，在采暖系统解决方案中的作用是什么，如何判断混水装置的性能，如何选择合适的混水产品，本期和大家分享关于混水的话题。

混水装置是这些年被频繁提起和广泛应用的一个产品，但是对混水装置的作用并没有很清晰的和系统的说明，行业里也有很多不同的理解，因此这一讲我们探讨混水相关的内容，因为混水装置在构建采暖系统时是一个特殊的装置，用好混水装置可以解决很多系统设计和应用的问题。

一：什么是混水装置？

顾名思义混水装置从名字上看就是将两种不同类型的水进行混合的设备，我们可以尝试给他一个更全面的表述：

混水装置是一种工况控制转换设备，由混水阀、二次循环泵、驱动器、温度控制器等部分构成，用于将高低温流体进行有控制的混合，并获得介于高低温介质之间的、需要的混合流体温度的装置，特别的在暖通行业是将一次进水与二次回水进行有控制的混合，获得介于两者之间的需要水温的设备。

但是混水装置的作用不仅仅对于水温调节，在系统中可以发挥多方面的作用。以混水装置为核心构建的解决方案，与传统的通过流量分配平衡等方法构成的采暖系统相比具有简单方便自适应强的特性，不需要对压差流量进行平衡调节，动态工况下可以可靠稳定工作，有效提高系统舒适性、节能性和安全性，也大大简化复杂系统设计的难度。

二：混水装置的工作原理

混水装置包括管道，混水控制阀，温度检测装置，混水泵等部件构成，在混水泵的作用下二次回水经过混水控制阀与一次进水混合，控制阀根据温度检测装置检测到混水温度控制二次回水与一次进水的混合比例，确保获得需要温度的混水。

混水装置包括降温型产品和升温型产品两种，降温型混水是指二次混合流体温度低于一次输入温度的设备，典型如地暖采用的混水装置；升温型混水是指二次混合温度高于一次输入温度的设备，典型如辐射供冷设备中采用的混水装置。

降温型混水原理图（图一）

图中一次高温水进入混水控制阀中，在水泵的作用下二次低温回水向上进入混水控制阀，与一次供水混合，温控器根据混合水温度调整高温进水和低温回水的混合比例，获得需要温度的混合水。

三：混水装置输入输出特性及其作用分析：

从上述表述可以看出，混水装置工作中体现出以下几个方面的特性：

1：混水装置可以获得介于进水温度和回水温度之间的任意水温，并且在一定范围内不受进水温度影响，将高低波动的进水温度转换成相对低的但是稳定的混水温度；因此混水装置可以适应较宽范围的进水温度工况，不影响末端效果；

2：进入混水系统的一次水量用于满足与回水混合出设定的混水温度，进入多少一次水取决于末端散发的热量，当二次负荷或者流量变化的时候，为了满足混水温度的稳定混水装置将自动调整一次进水量，因此混水装置可以自动根据需要的负荷进行动态功率分配，不会多去占用热量或者少占用热量；

3：进入混水的流量和一次压差无关，无论压差高低都是提供满足末端负荷需求的流量，因此混水装置可以用于负荷的自动分配，解决系统压差不平衡的问题；

4：我们将于热源相连的管道称之为一次系统，将于末端的管道成为二次系统，可以看出二次系统中循环的流量是一次进水量与二次回水量混合之和，当一次水温高于二次水温时二次流量低于一次流量，从而可以将较小的一次流量转换成较大的二次流量，满足地暖、风盘等对二次流量要求较大的末端设备；

5：二次系统的循环动力由循环泵提供，与一次系统压差无关，因此我们可以用混水驱动和满足二次系统对压差的需求；

四：混水装置在采暖系统中的应用：

1：用混水装置解决热源和末端水温不匹配的问题：

a:常规壁挂炉出水适合高温差小流量工作，而地暖需要低温差大流量工作，在壁挂炉和地暖之间安装混水装置后能够让高温壁挂炉与低温地暖同时工作在适合的工况下，达到提高系统效率的目的；

b：地暖是一种适合通过改变水温调节散热量的方式，在地暖中配置混水装置，根据房间热需求提供适合的水温，使之与房间需热量平衡，对于提升地暖舒适性和节能性具有重要作用；

c：通过具有气候补偿功能的混水装置，可以根据室外环境温度自动调整混水水温，提高舒适性的同时具有良好的节能效果；

壁挂炉用混水装置选型注意事项：壁挂炉对于混水系统工作稳定性要求较高，不恰当的选型可能导致壁挂炉无法稳定可靠工作。

壁挂炉应该选择专用混水系统，对于混水装置的温度稳定性、流量稳定性、压差适应性等方面的参数要求较高，还应该设置有避免低负荷壁挂炉工作失常的功能，特别是后面采用分室温控的地暖，由于末端负荷变化大，导致混水的一次流量可能很小，耗散功率也很小，这种情况下壁挂炉可能出现频繁启停的问题，如果混水工作性能不稳定壁挂炉可能出现报故障的情况。

图二

2：用混水装置解决末端和热源流量不匹配的问题：

a:混水装置在壁挂炉采暖中的应用：

一台24千瓦的壁挂炉在标准工况下能提供的流量不足1吨，如果配合高温差小流量特性的散热器末端，在25℃高温差下能够将壁挂炉的功率完全送到末端，满足两三百平方的采暖需求，但是用其直接带地暖时流量只能满足100平方地暖需求，同时由于供水温度降低和温差降低到10℃以内，壁挂炉输出功率也降低一半以上，无法带更大面积地暖。

这种情况下为每组分水器配置一台混水装置，让混水装置对二次回水进行循环利用，从而可以获得数倍于一次流量的二次流量，将高温差小流量的一次水转化成低温差大流量的二次水，一台24千瓦壁挂炉同样能够满足两三百平方地暖的需求；

（图三）

上面方案中壁挂炉直接带地暖流量不够，通过两台混水装置增加地暖的流量，满足末端需求，同时壁挂炉可以在适合工况下工作。

混水装置在集中供热地暖中的应用：

在依据散热器温度和流量特性设计的集中供热中，直接带地暖时需提供更多的流量，同时降低进回水温差，供水温度较高导致用户家里过热浪费，也增加管网的传输损耗，容易导致系统整体失衡。因此在相关规范中建议集中供热地暖应该加装合适的混水装置：

其作用如下：

1) 调整地暖水温，满足更加个性化的需求

2) 促进地暖管道水流循环，降低管道温差，提供更舒适和节能的使用体验

3) 降低主管道流量需求，避免流量不足采暖不热；

4) 提高一次水温差，提高传输利用效率，降低输送损耗；

5) 降低主管道配置，可以用更细的管道满足供暖需求；

6）满足用户对不同室温水温的需求

7）通过混水的流量转换和温度控制降低一次管网的流量，提高温差，降低输送损失，同时提高用户舒适性，降低能耗损失。

图四

3：用混水装置解决双末端采暖中水温需求不同的问题：

混水装置在双末端应用中的作用：

当用户同时采用地暖和散热器采暖时，两种末端需要的水温不同，通过混水装置供应两个末端水温，同时避免两个末端之间相互抢水的问题；这种应用中要求混水调节性能稳定，避免出现壁挂炉故障或者散热器不热等现象。

图五

5：用混水装置解决采暖系统中压差阻力不平衡问题：

混水装置在别墅等复杂采暖系统中的应用：

在构建复杂的采暖系统时，因为沿程管道阻力损失的影响，导致不同的位置压差不同，加剧了系统失衡带来的问题，这是造成系统效率低下的重要原因，为解决系统失衡目前常用的方式是用静态平衡阀、动态平衡阀、恒流量阀、压差控制阀等设备进行调节和补偿，但是这种方式当末端流量和负荷进行大幅度变化时很容易出现问题，调试起来也比较困难。

混水是一个有源主动控制设备，具有根据二次负荷自动补充一次能量的特点，这种补充并不因为压差的变化而改变，因此在一次压差较高的时候混水仍能通过关小控制阀的方式将一次补充流量控制在需要范围内，另一方面由于混水具有水泵，当一次压差较小甚至是零压差的情况下，在水泵的作用下控制阀开启能够主动抽取一次流量满足二次负荷需要，因此可以消除压差对于系统的影响。相对于压差旁通阀等方式，这种方式更灵活可靠，在工况变化的时候适应性更强

参看（图三）种两套分水器距离壁挂炉距离不同，存在前面压差较大，后面压差较小，管道长度不同沿程阻力不同，当采用混水装置后每个采暖区域索取的热量只与自己的末端散热需求有关，利用混水装置的自动调节和功率、流量、压差平衡作用，避免功率分配失衡，提供更好的使用效果。

6：用混水装置解决水温波动对采暖系统的影响：

在系统中因为调节和设备本身的特性导致水温、压力等方面的波动，这种波动会对系统中的设备和工况造成影响，比如热胀冷缩导致管道寿命降低，接头松动等问题。经过混水系统之后会将这种工况的波动进行隔离，为后面的系统提供一个相对稳定的工况，提高稳定性和安全性。

混水装置在壁挂炉采暖中的应用：

壁挂炉采暖中为了满足生活热水需求，主机选型通常较大，在采暖工况下处于间歇工作状态，因此即使设定一个壁挂炉出水温度，实际工作中壁挂炉出水温度上下波动可达20-30℃，这种温度的剧烈波动会对后面舒适性和采暖设备的安全性等产生不利影响；通过加装混水装置可以将这种波动降低到适合的范围。