一次二次系统在现代化供暖方式上的运用

区域的热需求独立运行。当一个或多个二次环路
运行时，一次环路的水泵必须一直运行。 一次 / 二次系统布管结构的意图在于将一次
一次环路
系统循环泵产生的压差与任何二次系统循环泵产
生的压差‘脱钩’。这种方式能让每个二次系统独立
地开关而不会影响到其它二次系统的流量，或一
次系统的流量。就好比系统上每一个循环泵都‘想
参考图 2，当水在图 2 中的下部分环路循环时，两
个三通的连接点 A 和 B 之间会产生一定的压力损失。
导流
A 点到 B 点的压 力损失
由于 A 点的压力大于 B 点，因此在图 2 中的上部分 环路之间由于压力差产生了从 A 到 B 的吸入流动。
A 点到 B 点的压力损失大小取决于两个三通之 间的长度、管径以及它们之间的流量。假如两个三
T3 = [ T1 X G1 + T2 X（G2-G1）] / G2
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其中： T3 = 二次系统供水温度（℃） T1 = 一次系统供水温度（℃） T2 = 二次系统回水温度（℃） G1 = 一次系统流量（升/每小时） G2 = 二次系统流量（升/每小时）
二次系统
T2
T3
G2
T1
G2
G1
T2
G1
一次系统
低于一次环路的二 次环路
图 5 防止热水被动迁移到非工作状态的二次系统的各种措施
1.3 串联式一次环路
目前最普遍的一次/二次系统的安装方式是将二次环路延一次环路串联，如图 6 所示。 这种安装方式通常被称为串联式一次环路。
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高温水二次环路
一 次 环 路
中温水二次环路 低温水二次环路
图 6 串联式一次环路系统图示。需要更高水温运行的二次环路安装在一次环路的前端，低温运行的二次环 路安装在后端。
一次系统水泵的选型可按以下公式：
G = Q / △T
其中: G = 一次系统设计流量(升/每小时) Q= 热源输出热量(千卡/每小时) △T= 温差(℃)
范例: 一次系统上的锅炉设计输出热量为 27,000 千卡/每小时, 设计温差为 15℃, 计算 一次环路的设计流量。
计算: 运用公式 1: G = Q / △T, G = 27,000/15 = 1800 升/每小时。
象’自己身处于一个完全隔绝的系统，它没有‘意识’
到系统里还有其它的环路和循环泵的存在。这种
运行方式相当理想，因为它能让所有环路稳定运
行，同时消除了不同循环泵之间相互干扰的可能
性。这种多台循环泵同时和谐运行的方式在以前
介绍过的系统诸如单管注流、双管、同程系统中
都是不能完全达到的。
为了更好理解为什么一次/二次系统能解除每个环路的水动力的连接（或者叫去耦），请
一旦一次系统的流量计算出来，就可以选择一次环路的管径。将一次环路的控制元件的
5
阻力及管道的阻力相加就得出了一次系统的阻力总和。在已知流量和阻力的情况下则可以根 据流量曲线图选择适合的水泵。
1.6 一次/二次系统的储热式水箱
在一次/二次系统上连接储热式水箱有两个基本的方式：
1， 作为二次环路的连接。 2， 作为一次环路的并联环路。
对所有的一次/二次系统来说，紧凑型三通的运用可以大大减小二次系统的导流发生。 其一准则是两个三通的中心距不能超过一次系统管径的 4 倍。同时为了避免紧凑型三通的 上下游形成湍流，还需要将紧凑型三通安装在距上一个紧凑型三通 4 倍于管径的直线距离 以上的下游部分，下一个紧凑型三通 8 倍于管径的直线距离以上的上游部分(见图 4)。
一次/二次系统在现代化供暖方式上的运用
1， 一次 / 二次系统
1ห้องสมุดไป่ตู้1 简介
一次 / 二次系统的概念起源于 20 世纪 50 年代, 直到 80 年代它一直运用于大型的商用
供暖或制冷系统。随着近年住宅的档次提高、用户对供暖方式的多样化及舒适节能程度更高
的要求，敦促设计者研究更加灵活，功能范围更广的系统。
为了满足上述需求，一次 / 二次系统的基本理念得到了运用并进行调整，新型住宅及
小型商用建筑供暖系统上加入了现代化的控制元件。研究开发出来的非常丰富的布管技术成
为当今最先进的多个负荷 / 多种温度系统的支柱。
图 1 一次 / 二次系统示意图
图 1 是一个一次 / 二次系统简单的示意图：
图 1 中下部分的循环系统称为一次环路，它的作
同时，在储热水箱所在的二次环路上安装止回阀也至关重要，它能防止水箱被动加热和 水箱的热量迁移损失。如果没有止回阀，当一次环路在提供其它环路热水时，部分热水可能 慢慢迁移到储热水箱的换热器导致水箱水温过高；另外一种情况是，当一次环路及二次环路 的水泵没有运行时，水箱的热量使换热器里的热水倒流，带走水箱的热量及被动加热其它区 域。
在第一种情况，作为二次环路连接时，应该将储热水箱的环路安装在一次环路的起始端。 这样能让系统最热的水流过储热水箱的热交换器迅速提高生活热水温度，见示意图 8。
储热水箱
图 8 储热水箱在一次/二次系统上的二 次环路连接方式
这种将储热水箱靠近锅炉的连接方式非常合适，因为一次环路短，易于保温。它的目的 是减少一次环路的热损失。如果一次环路长或者没有保温，其热损失大而且会造成建筑物内 局部过热。
通相隔的距离在 1 米以内，其两点之间的压力损失
更高压力 更低压力
相对很小。如此小的压差所导入的水流有可能没有
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能力带动这个环路的热负荷。然而，经验表明，即便很小的流量也会带来足够的热量导致所 在区域在停止供暖或气候温暖的情况下被动过热。
图 2 A 点到 B 点的压差导致水的流动
减小导流可能性的一个办法便是让两个三通之间的压力损失尽可能小。这通过将两个 三通紧凑地安装在一起来实现，如图 3 所示。由于两个三通之间的压差近乎为零，一次系 统的水不会被导入二次系统。当二次系统设计的热负荷有需求时，其自身的循环泵运行提供 其循环所需的压差。
每个跨越管上应该安装一个平衡阀用于平衡跨越管之间的流量。 并联式一次环路最早用于制冷系统，因为各二次环路空气处理器工作水温差别不大。但 在供暖系统上它同样有效，特别是针对低温供暖系统。
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二次环路
一
次
环
平衡阀
路
跨越管 紧凑型三通
预留接口
图 7 并联式一次环路图示。每个二次环路的供水温度相等
1.5 一次环路水泵选型
二 一次环路 供
二次回水管
没有流动 紧凑型三通
紧凑型三通
紧凑型三通可垂直、水平、或反向安装 制图用两个点表示紧凑 型三通
图 3 在紧凑型三通之间压损极小的情 况下二次系统不会流动
图 4 紧凑型三通的安装方式
1.2 防止热水被动迁移
在一次/二次系统中需要防止热水被动迁移并流过没有运行的二次系统(即二次系统的 循环泵没有开启时)。
当二次系统各环路的运行水温相差很大时，串联式一次环路很理想。比如，一个二次环 路需要提供翼翅式散热器相对更高的水温，一个需要提供板式散热器中等的水温，另外一个 需要通过混合装置提供低温辐射地板采暖系统更低的水温。
1.4 并联式一次环路
当二次系统的各个环路需要相等的水温时，最好使用并联式一次环路，如图 7 所示。 一次系统的环路上安装了跨越管，在每个跨越管上通过紧凑型三通连接二次环路。通过这种 方式保障了到达每一个二次环路的水温一致。
有两个导致热水被动迁移并流过二次系统的因素：
1， 当二次系统在一次系统的上面时，密度更轻的热水从供水端上升，密度更大的 冷水从回水端下降形成环路流动。
2， 尽管两个紧凑安装的三通之间几乎没有压力损失，但事实上并非为零。
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因此，一次/二次系统里二次环路上的供水及回水部分必须采取措施防止热水在水泵关 闭时的迁移。图 5 列出了几种防止热水被动迁移到不工作时的二次系统的方式。一种方法 是在二次系统的供回水部分均安装止回阀，止回阀的开启压力约为 2kPa，这就足以防止二 次系统由于水的密度差异造成的流动。弹簧式阀芯的止回阀很适合于这种情况。
上面曾经说到，在一次/二次系统里面，每个水泵就如同安装在完全隔绝的环路里。一 次系统的水泵不会帮助水流通过任何二次系统，反之亦然。一次系统水泵只负责将热源的热 水按设计的温差延环路输送，热水到了与二次系统连接的地方被二次系统‘取走’而已。
与常规思路设计的系统相反，一次系统的水泵不必是系统最大的水泵，有可能它是系统 里最小的水泵！一次系统的流量不需要等于或大于所有二次系统的流量总和。
G2-G1
图 10 二次流量大于一次流量的反向水流示意图
范例： 见图 11，计算二次系统的供水温度、一次系统的输出热量及辐射采暖二次系统 的热量。
80℃ 100 l/h
？℃ 400 l/h
40℃ 400 l/h
40℃ 100 l/h
T3 = [ T1 X G1 + T2 X（G2-G1）] / G2 = [80X100+40X(400-100)] / 400=50℃
从以上计算可以看出，二次辐射地板采暖系统的热量等于一次系统输出的热量。这完全 符合热力学的第一定律（即能量在其转换过程中不会被创造也不会消失）。这个定律同样适 合于进入第一个三通的流量等于流出第二个三通的流量。这些基本的概念对于水暖系统温度 及流量的转换至关重要。
最后需要注意的是，跟其它一次/二次系统一样，当储热水箱工作时，一次环路的水泵 及其所在的二次环路的水泵都需要开启，这样才能加热储热水箱。
图 9 表示了储热水箱与一次环路并联安装的情况。通过这种方式，在储热水箱加热时， 一次环路的水泵无须开启。这样也减少了热损失，因为加热储热水箱时，一次系统的水不用 整个循环起来。
1.8 一次/二次系统的反向水流
在一次/二次系统里，二次环路的流量可能等于或者大于一次系统的流量。当一次流量 等于二次流量时，在紧凑型三通之间没有水流动；当二次流量大于一次流量时，紧凑型三通 之间的水反向流动，如图 10 所示。
当三通之间的反向流动产生时，进入二次系统的水温取决于三通前面热水和二次系统回 水的比例，它的温度可以通过公式 2 计算：
解决的办法是在每一个二次环路的回水端上单独安装一个排水装置，排水装置由一个球 阀和排水阀组成，这在前面几个示意图里面都能看到。在一次系统注水时，关闭二次环路回 水端的球阀，打开排水阀，一次系统注水的压力才能将二次系统的空气从排水阀里排除，把 二次系统注满水。同样的道理适合于系统的清洗及排污。
同样，在一次环路上也需要相应的排水装置。对于较大的系统，则需要使用全通径的球 阀及排水阀一体的排水装置。
其它两种方法只涉及到二次系统的回水部分。一是在回水端安装至少 5 米长的下悬式 热力曲颈管，因为热水‘想’上升而不是下降，这种方式‘打消’了热水向二次系统回水管迁移的 ‘念头’；另外一个办法是在回水管上安装旋启式止回阀。需要注意的是这两种方法只能避免 热水进入二次系统的回水部分，而不能防止热水上升到二次系统的供水部分。
图 11 辐射地板采暖二次系统的计算图示
计算： T3（二次系统供水温度） = [ T1 X G1 + T2 X（G2-G1）] / G2 = [80X100+40X(400-100)] / 400=50℃ Q1 （二次系统热量）= (80-40)X100=4000 kcal/h Q2 （一次系统热量）= (50-40)X400=4000 kcal/h
在安装一次/二次系统的设备间里，尽量将一次环路的位置安装高于二次环路，这是非 常有意义的。尽管二次环路的管道从设备间出来后会高于一次环路，但自然形成的 U 型热 力曲颈管则能有效防止热水被动的迁移。
回水止回阀
带止回阀的循环泵（供水端）
供水止回阀 一次循环泵
一次环路
下悬式热力曲颈 管
回水止回阀
供水止回阀（回水由热力下 悬自然防止回流）
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由于储热水箱环路与一次环路并联安装，因此需要在每个环路上安装止回阀防止单方工 作时出现倒流。止回阀同时防止锅炉热量被动迁移到非工作环路。就以上所说的两种连接方 式，本文作者倾向于后一种。
储热水箱
图 9 储热式水箱与一次环路并联安 装方式
防止水箱热水被动迁移 到一次环路
1.7 二次系统的注水措施
在紧凑型三通的一次/二次系统进行注水、清洗、排污时，一次系统的水不会注入二次 系统。
二
用是将加热的水输送到环路的一个或多个地方，
次
把一部分热水‘转交’给图 1 中上部分的二次环路。 在一次环路上通常有两个或更多的二次环路。二 次环路能适合于众多不同的热负荷，如散热器采
环 二次循环泵
路 紧凑型三通
暖、辐射地板采暖、热水储热罐、风机盘管、融
一次循环泵
雪等等。这些不同的热负荷往往都根据自己所在