赵颖

(重庆大学建筑设计研究院，重庆 400045)

0 引言

热水供应系统的基本目标是水质、水温、水量满足使用要求。热水系统容易滋生细菌[1]，尤其是军团菌，影响热水使用安全;热水冷热不均，可能产生烫伤情况或不能保温[2－3];由于供给与需求的不平衡，热水常出现供应不足或造成能量浪费。[4－10]所以，集中热水供应系统在长期运行中，应进行必要的调试与维护管理。

有关热水水质、温度、负荷控制[4－7]等方面的研究很多，但对热水供应系统运行故障排除研究的报导较少。文章对某宾馆热水供应系统在维护后、高峰用水时发生断水故障的原因进行探究，揭示热水参数的指导作用，以期为热水供应系统的运行维护管理提供参考。

1 研究对象

某宾馆热水供应系统(如图1所示)。客房数折算为152个标准间。热水供应系统采用2台容积式换热器，2台热水循环泵;管材为衬塑钢管，卡箍连接;投入使用5年，运转正常，满足使用要求。

在对热水供应机房巡检中，管理人员发现图1中节点A处卡箍管件的螺杆变形、渗漏滴水。随即组织维修人员泄空管网、替换了管件。但就在管件维护后，客人反映热水不能持续供应、时有时无。对这种断水故障，管理人员尝试了多种措施，都未能取得效果。

难以想象这难道是一个简单的卡箍管件维护引起的?或许是由于客人特别集中入住、热水使用高峰异常凸起、需要更大的供热能力，原设计存在缺陷[10－11]，为此，需对热水供应系统进行调试，通过试验找出原因，提出解决办法。

2 方法与结果

2.1 放水试验

宾馆热负荷具有稳定而持续的特点[12]，通过用水需求模式的分析，沐浴是热水需求的主要影响因素[13]。所以，高峰用水主要考察沐浴的用水情况。

根据图1热水供应系统管路特点，放水试验淋浴器的数量与分布如图1虚线方框范围内的3种情况:①距主供水立管最近、最高用水区(M1);② 距主供水立管最远、较高的用水区(M2);③距主供水立管最远、最低的用水区(M3)。

每次开启试验区的所有淋浴器的时间控制在30s内。试验中观察淋浴器流量与水温的变化、记录每组试验从第1个淋浴器放水到出现1个淋浴器断水的时间。

用水区(M1)、(M2)、(M3)开启的淋浴器数量分别为13、18、18个，都观察到了断水现象。持续出水的时间约3～8min，试验区(M1)最短、试验区(M3)最长。但断水后，关闭所有淋浴器，约10min后，打开淋浴器，又开始出水。

尽管试验区开启的淋浴器(18个)仅约为总数(152个)的11.80%、能否代表高峰用水的情况还值得探讨，尽管放水试验记录的时间可能存在误差，但可以看出，试验区的持续出水时间都小于一个人正常淋浴所需的时间。也就是说，热水系统供应的热水量不能满足使用要求。

2.2 气塞试验

气塞是造成管路断水[14]的重要原因之一，应进行气塞试验、弄清气塞的影响情况。试验步骤如下:①关闭阀门(FM1)、开启阀门(FM2、FM3)泄空管网中的水;②开启所有水龙头、淋浴器和排气阀，尽可能向管路补气;③ 在节点B处临时增设一个阀门;④关闭阀门(FM2、FM3)和节点B处临时阀门，关闭所有水龙头、淋浴器和排气阀;⑤ 打开阀门(FM1)供水;⑥充水稳定后，开启淋浴器放水[15]。

图1 热水供应系统示意

气塞试验集中在3个用水点:静水压力最低的最高用水点(N1);距主供水立管最远的较高用水点(N2);位于系统中部的不利用水点(N3)。

试验的3个用水点(N1)、(N2)、(N3)在开启淋浴器后，都产生气－水流喷溅现象、并伴随“咔咔”声，但都能顺利出水。这表明:向热水系统补水的生活冷水箱设置标高所提供的水压能够把管路中的气体从用水点推出来[11，14]。所以，气塞不是造成热水系统高峰用水时、发生断水现象的原因。

2.3 热水系统参数值的变化

2.3.1 温度的变化

在放水试验中，先放出支管中的冷水、然后出热水，断水前水量较小、水温偏低，但出水中间过程的水温能满足使用要求。这说明，换热器和热水循环泵运转正常，能够补充管路的热损失。断水前水温偏低是由于支管未参与循环、热水量小、携带的热量少，管路热损失后，水温降低了。

在对换热器的温度观测中，发现其水温变化的快慢、变化的趋势与故障前不同。以晚上观测的温度变化为例，如图2所示。故障时，从19:00—23:00时，换热器的温度大约下降6℃;而故障前，仅从19:00—21:15时，换热器的温度大约下降8℃、降到了需要加热的最低温度。故障时，从设定的最低温度加热至最高温度需要约33min;而故障前，需要约50min。由此可见，故障时换热器的降温比故障前慢、而加热升温比故障前快。

图2 故障前后换热器内水温变化对比

2.3.2 热水循环泵出口压力的变化

热水循环泵出口压力观测主要在3种不同工况:①静态压力。热水循环泵停止运转，关闭阀门(FM1)，此时压力为向热水系统补水的生活冷水箱设置标高所提供的静水压力，约0.79×103kPa。②故障后的动态压力。强制启动热水循环泵，压力约0.83×103kPa。③ 故障前的动态压力。热水循环泵启动后，压力在约0.78×103kPa左右变化。

压力观测可能存在误差，但很明显:故障后热水循环泵运转时的出口压力比故障前高。

2.3.3 热水系统参数值变化的评估

换热器内水温的不同变化主要是受进出水状态的影响[16－17]。静态时没有进出水，温度的变化取决于换热器的绝热条件和是否启动热媒。动态时既有进水、也有出水，温度的变化不仅取决于绝热条件，更主要取决于进出水量和是否启动热媒。在不启动热媒时，进出水量小、温度下降慢;进出水量大、温度下降快。在启动热媒时，进出水量小、温度上升快;进出水量大、温度上升慢。在相同的时间段内，图2中故障时换热器的降温过程线比故障前平缓、下降到设定温度的时间较长;加热升温过程线比故障前陡，上升到设定温度的时间较短。由此可以判定，故障时进出换热器的水量较小。也就是说，故障时热水供应系统的供水量较小。

热水循环泵出口压力的变化可利用图解法[18]求解热水供应系统的运行工况进行分析。从图1可知，热水供应系统由回水管路、冷水补给管路和热水供水管路组成，其管路特性曲线如图3所示。回水管路特性曲线由热水泵的流量－扬程曲线(a)减去相等流量下的回水管路水头损失而得，即曲线(b);冷水补给管路特性曲线为(c);由于回水管路与冷水补给管路属于并联工作，把曲线(b)与(c)在等压力下、流量叠加得曲线(d);供水管路特性曲线为(e);向热水系统补水的生活冷水箱设置标高决定的静水压力线为(f)。则曲线(e)与(b)、(c)、(d)的交点R、S、T分别为纯回水、纯补水、既回水又补水的3种运行方式的工况点，位于曲线(b)与静水压力线(f)的交点U的右侧，各工况点的压力(Hr、Hs、Ht)均小于静水压力(Ho)。而在故障时观测的热水泵出口压力(0.83×103kPa)高于静水压力(Ho=0.79×103kPa)。这说明，故障时水泵的工况点应在图3中曲线(b)上点U的左侧、如点V，其管路特性曲线为(g)。也就是说，供水管路特性曲线变陡了、管路阻力增大了。曲线(g)与(b)、(c)交于点V、W，点V、W即为故障时的纯回水、纯补水工况点。其流量(Qv、Qw)均小于供水管路曲线(e)相同工况的流量(Qr、Qs)。

图3 热水供应系统管路特征性曲线

综上可知，热水供应系统供水管路特性曲线变陡，管路阻力增大，供水量较小。这表明，在热水供水管路中存在局部堵塞现象，局部堵塞是造成热水供应系统供水量不足、高峰用水时发生断水故障的根本原因。

2.4 通水试验

热水系统的供水能力主要决定于冷水补给管、换热器和热水主供水管路。为了检验其水力条件，分段进行通水试验。具体方法是:① 冷水补给管。关闭阀门(FM4)、卸下止回阀(ZHF)，然后逐渐开启阀门(FM4)，观察不同开启度的水流变化。②换热器。关闭阀门(FM1)、开启阀门(FM5)，观察不同开启度的水流变化。③热水主供水管路。关闭阀门(FM1)、开启阀门(FM2)，泄空主供水立管;然后逐一卸下伸缩节;关闭阀门(FM2)、开启阀门(FM1)供水。观察各伸缩节处的水流变化。

通水试验中，冷水补给管路与换热器在控制阀门的不同开启度下，观察到很明显的流量变化。而在热水主供水立管上节点C处，阀门(FM1)开启度变化过程中，流量变化不明显，尤其是在逐渐完全开启阀门(FM1)的后阶段，流量基本不变。据此判断堵塞物位于主供水立管中。

通过光照观察，发现在节点C的下方有堵塞物，为衬塑钢管的内衬塑料松脱、翻卷而形成的硬块。其形成原因是:① 安装与伸缩节连接的法兰时，破坏了内衬塑料与钢管的粘接、使内衬塑料松脱。②在热水系统长期正常运转中，内衬塑料的松脱区自连接伸缩节的法兰口向下扩展，松脱区越来越大。③在正常的上向流供水中，下端粘贴在钢管壁上、上端松脱的内衬塑料浮游在热水中，没有对供水造成影响。④ 在管件维修、泄空管道时，下向水流使松脱的内衬塑料翻卷变形。⑤热水泄空后，温度降低、翻卷的塑料变硬，堵塞了管道。

在替换堵塞管段后，重新恢复供水，再没有断水的反映。这表明，热水供应系统已正常运转，原设计管路合理，能满足不同时段的用水要求。

3 结论

通过故障前后换热器内水温变化快慢的对比、热水循环泵出口压力的高低变化对比，弄清了热水系统高峰用水时发生断水故障的根本原因。这表明，温度、压力等参数指示了热水供应系统的运行工况，为系统故障处理提供了指导。这也说明，研究和掌握热水参数的变化情况，对热水供应系统的运行维护管理具有重要的现实意义。

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