建筑內部熱水供應系統模型制作

徐瑋榕，耿婧婷，余育速，許仁杰，鄒海星，徐得潛

（合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

建筑內部熱水供應系統模型制作

徐瑋榕，耿婧婷，余育速，許仁杰，鄒海星，徐得潛★

（合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

文章介紹了一種建筑內部熱水供應系統模型的制作，該裝置設計合理、效果理想，能夠運用于建筑內部熱水供應系統的實驗研究。

熱水供應系統模型；循環流量；水頭損失；實驗

1 前 言

熱水供應系統作為建筑給水排水主要系統之一，已經廣泛地應用于酒店、賓館等場所。但是，由于熱水供應系統的復雜性，熱水供應系統在設計和施工中還存在著很多的問題。本文介紹了一種建筑內部熱水供應系統模型的制作，該裝置可以用于模擬熱水的制備、貯存、輸送、循環使用等過程，還可以對水頭損失、配水流量、循環流量等參數進行實驗研究，并為國家級大學生創新項目《建筑內部熱水供應系統循環流量及其水頭損失公式實驗與計算研究》提供配套實驗平臺。此外，該裝置可在建筑給水排水課程教學中使學生更直觀清晰的了解熱水的制備、貯存、輸送、循環等過程，熟悉建筑內部熱水系統中常見的管材、管件、閥門、儀表及設備，對建筑內部熱水系統有總體的認識。該裝置現已建成并作為合肥工業大學本科生生產實習平臺。

2 建筑內部熱水供應系統模型

2.1 裝置組成

本裝置主要由貯水設備、增壓設備、加熱設備、配水管網、回水管網、閥門、儀表、附件和控制系統組成，如圖1所示。

圖1 建筑內部熱水供應系統模型原理圖

2.1.1 貯水設備

本裝置設置2個水箱。一個貯存冷水，采用不銹鋼板焊接而成，水箱尺寸為 1.2m×1.2m×1.2m，該水箱除了貯存冷水外，還用于回收熱水，從水龍頭放出的熱水經熱水收集管道收集至該水箱中。另一個為貯熱水箱，冷水經水加熱器加熱后貯存在該水箱中，水箱尺寸為 1.0m*1.0m*0.8m，采用不銹鋼板焊接而成。

2.1.2 增壓設備

本裝置設置水泵為增壓設備，根據計算，水泵揚程為 15m，流量為 5.04m3/h，最終水泵選取ISG40-125A型變頻水泵，流量為 5.6m3/h，揚程為16m，功率為0.75kW，調速裝置采用變頻調速器，可保持水泵高效運行。循環水泵選用SGR40-4-15型管道泵，流量4m3/h，揚程15m，功率0.55kW。

2.1.3 加熱設備

電熱水器是把電能通過電阻絲變為熱能加熱冷水的設備，分為快速式和容積式兩種。本裝置中的加熱設備采用萬家樂牌D80-HG9A型儲水式電熱水器，共3臺并聯使用。該型號熱水器容積為80L，采用電腦智能控制，配有遙控器，可實現遠距離控制，設有半膽加熱、整膽加熱、全速增容等工作方式，全速增容功率為 3000W，溫度升高 1℃需要的時間約為1.6min。

2.1.4 配水管網

配水管網的用途是將被加熱到一定溫度的熱水從水加熱器配送至各配水點。配水管網按水平干管的敷設位置可以分為上行下給、下行上給、中分式三種形式。本裝置通過對電磁閥的控制，可以實現上行下給和下行上給兩種供水方式之間的自由切換。

2.1.5 回水管網

為保證各用水點隨時都有規定水溫的熱水，在立管和水平干管甚至支管設置回水管，使一定量的熱水經過回水管網流回水加熱器以補充管網所散失的熱量。按設置回水管網的方式不同，分為全循環、半循環、無循環方式。半循環方式又有立管循環和干管循環之分。本裝置通過對電磁閥的控制，可以實現干管循環和立管循環兩種供水方式之間的自由切換。本裝置采用機械循環方式，在回水干管上設置一管道循環泵。

2.1.6 閥門

由于本裝置較為龐大，所需閥門較多，為提高實驗操作速度，裝置中安裝了52個電磁閥，電磁閥控制電壓均為AC220V，由于電磁閥數量較多，為便于控制，對電磁閥進行編號。冷水被加熱后會產生水蒸氣，水蒸氣聚集在管內會影響裝置的使用，在裝置的最頂端設置2個DN25的自動排氣閥，用于排除裝置內的氣體。實驗結束后，如果裝置中的水不及時排空，會對裝置的壽命造成影響，故在裝置的最低端設置一個泄空閥。

2.1.7 儀表

為了便于測量和記錄水頭損失、水溫、配水流量及循環流量等相關物理量，裝置中設置了2臺電磁流量計，4個溫度傳感器和7個壓力傳感器。電磁流量計設置于配水干管和回水干管上，用于測量配水流量和循環流量，流量計量程為0～5L/s，適用溫度為0～80℃。溫度傳感器用于監測熱水水箱出水、最不利點及回水溫度，量程為 0～80℃。壓力傳感器用于測量水泵出口、各立管最高處、最不利點處和循環水泵進水管處的壓力，用于計算水頭損失，量程為0～0.6MPa，適用溫度為0～80℃。

2.1.8 附件

由于水中的雜質會影響電磁閥的使用效果，在熱水箱的出水口設置了管道過濾器。為防止水泵運行時振動對管道及裝置產生不利影響，在水泵的進水管及出水管上均設置了橡膠可曲柔性接頭。出于安全角度考慮，在裝置的回水管道上設置了膨脹水罐，體積為100L。

2.1.9 控制系統

本裝置設置了4個控制箱和1個控制柜，用于控制電磁閥、水泵等設備的開閉，記錄和保存流量、溫度、壓力等物理量。

2.2 裝置創新點

本實驗裝置與同類設備相比，在以下幾個方面具有獨特性和創新性：

①可通過切換閥門模擬多種形式的熱水供應系統。本裝置中設置了52個電磁閥，通過對電磁閥的控制，可實現上行下給和下行上給兩種供水方式和立管循環和干管循環兩種循環方式的切換，可充分模擬各種形式的熱水供應系統。此外，用電磁閥代替普通閥門也避免了實驗人員爬上爬下控制閥門。

②自動控制與監測。由于本模型規模較大，如果采用根據儀表示數人工記錄數據的方法，數據采集和參數監測都較為困難，且人工記錄數據會導致時間存在誤差，影響數據準確性。因此本裝置設置了壓力傳感器、溫度傳感器和電磁流量計，可通過控制臺電腦實現對主要參數的全自動監測。

③模擬運行接近于實際。該裝置總長逾20m，高約7m，各配水點之間的距離接近于實際，能較好的模擬熱水系統工作狀況的出流。

④本裝置水嘴下設置了漏斗，可防止水嘴放出的熱水噴濺。熱水經漏斗流入熱水收集管路輸送回熱水箱，再經水加熱器加熱重新循環，妥善處理了水嘴放出的熱水。不僅保證了實驗人員安全，還起到了節約用水、減少能耗的作用。

3 結論及展望

本文自制了建筑內部熱水供應系統模型，該裝置設計合理、效果理想，能夠運用于對建筑內部熱水供應系統的實驗研究。但由于資金原因和場地限制，本套實驗裝置中的加熱設備采用的是三臺家用水加熱器并聯工作模式，加熱功率較小，導致熱水需要加熱的時間較長，需在實驗開始前5～6h啟動裝置，實驗的準備時間較長，因此該裝置還有待于改進和加工。

［1］王增長.建筑給水排水工程（第6版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］GB50015-2003，建筑給水排水設計規范［S］.

［3］王會斌.熱水系統循環流量的精確計算［J］.給水排水，2011（S1）：375-376.

［4］王增長.建筑給水排水工程（第 6版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［5］錢維生.高層建筑給水排水工程［M］.上海：同濟大學出版社，1989.

TU822+.4

B

1007-7359（2016）02-0230-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.081

合肥工業大學2014年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201410359028）。

徐瑋榕（1996-），女，給排水科學與工程專業本科生。

＊：徐得潛（1960-），男，教授。