冷热水系统采用开式系统与闭式系统相比，冷热水压力平衡性相对较差，但如果能从系统布置、加压水泵选型、气压罐选型、压力传感器布置、增加平衡阀以及变频控制方式上考虑，可以解决冷热水压力平衡，满足使用者的舒适度要求。鉴于开式系统的灵活性，对于降低工程造价、节约能源、绿色环保方面起着重要的作用。
【关键词】冷热水；开式系统；水泵；气压罐；压力平衡阀；变频；压力传感器
1、前言
随着经济持续发展，环保节能意识的不断增强，对于传统普遍的冷热水同源的闭式系统而言不存在冷热水波动的问题，但其工程造价、能耗又远远高于开式系统。闭式系统热水水源由动力给水提供，且供给用水点时无需经二次加压就能满足冷热水压力稳定的要求，但其系统灵活性受到很大限制；开式系统由冷水系统和热水系统共同组成，系统较为灵活。热水系统可以是太阳能，空气能等清洁能源，但存在冷热水压力不稳定的情况发生，尤其是在用水高峰期会出现忽冷忽热的现象。因此分析解决好开式系统冷热水不稳定不均衡的问题，完善开式系统存在的不足，对于降低工程造价，节约能源，在大型公寓、星级酒店、宾馆以及高档住宅等等场合的推广使用具有重大的现实和发展意义。
2、冷热水不稳定现象原因分析
2.1、冷水系统与热水系统给水点分属不同的位置，即冷水系统为上行下给或者下行上给式，与其对应的热水系统为下行上给或者上行下给式。
在保证热水循环管网同程情况下，冷热水管网供水方式的差异，导致各自到达同一用水点的距离不一样，形成沿程水头损失上的差异，最终导致用水点位置压力不平衡，造成冷热水波动不稳定现象，对于用水变化频率比较大的建筑物，冷热水不稳定现象更为明显。
2.2、冷水系统与热水系统给水点位于相同的位置，即冷水系统为上行下给或者下行上给式，与其对应的热水系统为上行下给或者下行上给式。
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第5.2.13条规定：“高层建筑热水系统应与给水系统分区一致，各区的水加热器、贮水罐的进水均应由同区的给水系统专管供应；当不能满足时，应采取保证冷、热水压力平衡的措施。当采用减压阀分区时，应保证各分区热水的循环。”为保证水龙头热水出水温度稳定，并达到节水、节能的目的，须保证系统内冷、热水的压力平衡，防止水温忽冷忽热，造成水源浪费，避免造成烫伤事故等，故规范要求的高层建筑热水系统应“与给水系统分区一致，各区的水加热器、贮水罐的进水均应由同区的给水系统专管供应”是十分必要的，其目的也是为保证系统内冷热水系统的压力平衡。
冷热水系统一般采用的是变频调速给水与气压水罐组合恒压供水方式，在这种冷热水给水源同位置，冷热水管网同步的情况下，影响冷热水压力不稳定还有如下原因：
（1） 加压水泵的选型
水泵的功率、扬程、流量的关系决定于水泵的特性曲线。一般是流量小时，效率低，扬程高；随流量增大效率提高，扬程略有下降；当流量达到一定时效率最大（为额定效率），流量增大效率下降，扬程下降。因此，当系统流量不能满足要求时，扬程也不能满足系统要求，用水高峰期，冷热水用水量差别比较大，就会容易产生冷热水不稳定现象。
（2） 气压罐的选型
气压罐是一个相对稳压的装置，它有一个压力范围，而且这个范围比较大。给水采用气压定压，存在冷热水不能同时达到压差所要求的范围内，导致冷热水不能满足相对平衡的要求。
根据气压给水设计规范和相关资料，由气压水罐最高工作压力p2（m）=（p1+0.098）/αb-0.098 ，得出最高压力与最低压力差△P（m）= p2- p1=（1-αb）/ αb* （p1+9.8），为了使△P 最小，αb 应取最大值，这里不妨取αb =0.9，那么△P（m）=（p1+9.8）/9，下表为最低工作压力和压差之间的对应关系。
通过以上表格可以看出，压差随着最低工作压力值增大而增大。由于冷热水用水量的不同步，导致冷热水气压罐内的存水量变化也不同步，那么相对应的管网压力和水泵启停也是不同步的。当冷水气压罐内水压处于最高压力值时，热水气压罐内水压未必能保证在冷热水压差允许范围2m内。同时△P（m）直接影响气压罐的制造成本以及运行费用，其值越大，水泵的工作效率就越低。
（3） 压力传感器位置选择
对于恒压供水系统，经过笔者多个酒店项目的考察现场分析，大多压力传感器的位置都是选择在出口干管位置上，这样选择方便系统接收信号，方便安装，但是压力波动比较大，不容易测得管网系统恒定真实压力值，反馈到用水终端，很容易产生冷热水波动现象，但从系统控制上反应不出来。
（4） 变频时间差
对于变频恒压变量给水通常采用有变频循环软启动工作方式。为了均衡各水泵的运行时间，对于变频泵固定运行方式，可以设计成变频泵定时轮换运行方式。即当某一台变频泵运行一定时间后，由变频控制器控制变频泵自动进行轮换。这样就造成了在切换时间工程中。笔者现场统计过，一般45～90s之间，这时，就会产生冷热水压力的不稳定现象，让用水的人明显感觉到忽冷忽热的感觉。
3、解决方案
首先，不管哪种原因引起的冷热水压力波动，都可以通过在用水末端安装恒温混合阀解决。恒温混合阀具备高级的热力特征.它能精确地调节混合出水的温度，不受冷热水进水压力、温度的变化及用水量的影响，并且具有出色的防烫功能，即冷水万一中断时，恒温混合阀能自动关闭热水出水。比较适合用于医院、老人院、学校的卫生热水供应系统中。但其综合造价较高。
对于由于加压水泵的选型不足引起的用水高峰期的冷热水不平衡问题，建议对于用水点较多，用水类型复杂的大型公建项目，根据笔者在南京某21层酒店解决实例，选择冷水水泵时，需要在计算基础上附加1.15的系数，防止用水高峰期，由于用水量的突增，导致冷水压力下降，引起冷热水波动。
如果冷水给水泵和热水给水泵的出口之间安装双通道压力平衡阀，也能解决冷热水压力不平衡问题，该阀采用了平衡阀芯结构，有两个输入口和两个输出口分别是冷水通道和热水通道。无论在动态或静态下动能是两路水压平衡，当然高压一路要向低压一路看齐，也就是说两路水压在入口处必然有一路高一路低，高压一路被减压到与低压一路平衡。注意对加压泵的选取。
压力传感器位置选择尤其重要，如果选择的出水干管附件，由于离水泵的距离近，不容易准确测得设定的压力，毕竟压力传感器也存在稍许误差，故笔者认为压力传感器安装在管网入口处较为合理，更为准确。
对于减小变频时间差，每一台水泵都配置一个变频器，使用单泵单变频的控制模式，减少水泵工作切换及增加投入或减少工频泵启动时间。通过这种方式，可以避免由于瞬时切换引起的冷热水波动问题。
参考文献
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