采暖系统竖向分区和高层直连采暖技术中国轻工业武汉设计院邬守春太原一顺悟业节能新技术有限公司周宁于青摘要分析了采暖水系统竖向分区的目的，列举了设计中出现的误区；介绍了带阻断器的高层建筑直连采暖装置和带减压阀的高层建筑直连采暖装置，简要介绍其原理，介绍了带减压阀的高层建筑直连采暖装置的工程实例。
关键词采暖水系统压力竖向分区高层直连采暖技术随着国家经济的飞速发展，人们生活水平的不断提高，城市化进程的加快，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最大工作压力不宜大于0.8MPa。
在同一竖向分区内的各层中，最底层的工作压力最大，最底层和最高层的工作压力差为两者之间的几何高差，要达到最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，同一竖向分区内最底层和最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，低区最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最高层和最底层的几何高差都不到50m,但实际上低区的最底层上面的几何高差包括了高区的系统高度，低区最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，50m的几何高差可以负担16层左右，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，最高层和最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（图1）。
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) m3/h式中 Q—中区或高区的热负荷，W；ρ—供水的密度，kg/ m3；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太原一顺悟业节能新技术有限公司生产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），运行时为一个图1 带阻断器的高层建筑直连采暖装置整体系统，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（图2）。
带减压阀的高低区直连采暖装置的设计，采用先进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。
图2 带减压阀的高层建筑直连采暖装置（只增压不调温型）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) m3/h式中 Q—中区或高区的热负荷，W；ρ—供水的密度，kg/ m3；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，由太原一顺悟业节能新技术有限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。
供热系统图见图3。
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 m3/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500m3/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=135.5m3/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138m3/h,扬程为37.5m，标配功率22KW。