隨著我國高層建筑的不斷增多，每一個城市中的高層星羅棋布，高層采暖設計已經成為一個重要的課題。
      對于有高溫水熱網的高層建筑，通常采用高、低層垂直分高區和低區，高區單獨設置換熱器、循環水泵、膨脹水箱等，形成一個獨立的采暖系統。這樣設計的采暖系統與一般的低區的采暖系統基本相同，唯一的區別是，低區水平方向上的管路長度換成了垂直方向上的高度。象這種高區系統循環水泵的電能消耗，與低區采暖系統的能耗相當，都是克服系統管路的阻力而消耗的，是經常性的能耗能量，它是必需的，是可以接受的。
      對于沒有高溫水熱網的高層建筑，如鍋爐直供及換熱器換熱的二次網低溫供熱系統，由于使用的是低溫水，在這種溫度下的高層建筑，再單獨設置換熱器、循環水泵、膨脹水箱等，設計成為一個獨立的采暖系統也不是不行。但是，由于設計時可利用換熱的溫差小，造成換熱器及采暖系統各有關的各種設備加大，導致設備投資大等一系列的問題。顯而易見這在經濟上是很不合理的，所以是不可取的。
      為解決低溫介質條件下的高層建筑的采暖，目前普遍的設計做法也是采用高低層分區分別設計，使用一個低溫水熱源實現高低層聯供。以這種模式設計的高區低溫水采暖的類型較多，其原理大同小異。雙水箱采暖系統屬于典型的一種類型。
      雙水箱系統的工作方式是：加壓水泵把低溫熱網的供水加壓到高區系統的高水箱。高區系統的供水管由高水箱引出送到各立管支管及散熱器。高區采暖系統的回水由回水管回到低水箱（回水箱）。高區采暖系統的工作壓差是高、低水箱的標高差HC。高區采暖系統的高水箱和回水箱（低水箱）布置在高區采暖系統的上部。從回水箱（低水箱）出來的高區系統的回水進行消能處理后進入熱網總回水。
      高區采暖系統的設計循環流量確定后，加壓水泵要克服的阻力由兩部分組成：
自低區熱網供水管的接管點到高區高水箱之間管路的阻力H1
低區熱網供水接管點供水動壓線與高區的高水箱標高之差H2
加壓水泵的總能耗為（H1＋H2），mH2O
高區采暖系統的總阻力由以下幾部分組成：
高區采系統的阻力為HC，mH2O
高區采暖系統供水干管的阻力為H1，mH2O
高區采暖系統回水干管的阻力（設與供水干管相同）H1，mH2O
高區采暖系統總阻力為（HC+2 H1），其中HC這部分能耗是高區采暖系統的阻力，2 H1這部分能耗是外網供、回支干管上的阻力。克服這些阻力而發生的能耗是為了保證高區采暖系統穩定工作服務的，是必須需要的。
      如果整個低溫熱網的供水的動壓線的高度能滿足高層采暖系統的需要，而且低區散熱器的承壓能力也有保證，高層采暖系統可以與正常低區采暖系統一樣進行設計，不需要加壓水泵。這樣的高區采暖系統所消耗的能量就是全部用于克服系統的總阻力，是正常的能耗。
      由于低溫熱網的供水的動壓線的高度滿足不了高區采暖系統的需要，才采用加壓水泵加壓這個辦法。水泵加壓與不加壓的高區采暖系統相比，水泵多提供的能量為：
（H1＋H2）－（HC＋2H1）= H2－（HC＋H1） mH2O
      水泵多提供的這部分能量是這種設計條件決定的，是不得不提供的能量，它主要是為抬高高區采暖系統的供水壓力發生的，是高區采暖系統水循環用不上的多余能量。這些多余能量以壓力勢能的形式儲藏在高區采暖系統的回水之中。這部分能耗不僅僅是能量的浪費，而且對整個采暖系統的正常工作是有害的。所以高區系統的回水在與低溫熱網總回水接管前要把這一部分能量要消耗掉。消耗的方法比較多，大多用減壓閥、恒流量調節閥等等，是以增加回水管阻力的方法來消除的。
      這部分被消耗掉能量有多大？
      例：某鍋爐直供或換熱器二次網的低溫水供暖的小區熱網內，有一24層的高層，層高2.8m計67.2m，12層以上為高區，以下為低區。高區的采暖面積為10000 m2，設計熱指標55w/m2，采用雙水箱采暖系統。水箱標高差為1.5m，在高層處低溫熱網供水壓力線的標高為38m，試合算有多大的能耗浪費
      根據國內供熱網的統計資料，每萬平方米采暖系統的循環水量， 直供或間接供熱二次系統一般為25～30 m3/H。這個高區采暖系統的循環流量按25～30 m3/H考慮時：
高區系統的循環流量：G=10000*25～30=25～30 m3/H
高區系統的阻力 HC＝1.5 mH2O
高區供水抬高的垂直高度 H2＝24×2.8－38＝29.2 mH2O
供水管垂直干管路阻力 H1＝24×2.8×1.5×0.008＝0.81 mH2O
回水管垂直干管路阻力 H1＝24×2.8×1.5×0.008＝0. 81 mH2O
加壓水泵的計算揚程：Hj= H2＋H1＝29.2＋0.81＝30.01 mH2O
選用循環水泵的型號為IRG65-160
① 額定揚程： He=32 mH2O
② 額定流量： Ge=25 m3/h
③ 額定效率: ηe=63 %
④ 額定軸功率： Ne=3.46 kw
⑤ 電機容量: ND=4 kw
IRG65-160循環水泵的設計運行參數:
① 設計揚程： He=30.01 mH2O
② 設計流量： Ge=28.56 m3/h
③ 設計效率: ηe=62.37 %
④ 設計軸功率： Ne=3.74 kw
高區用加壓水泵時的單位能耗為:
NJ=30.01*28.56/367/0.6237=3.74 kw/H
高區不用加壓水泵時的單位能耗為:
系統的阻力為：H=2*H1+ HC=1.5+2*0.81=3.12 mH2O
NG=3.12*28.56 /367/0.6237=0.3893 kw/H
水泵加壓浪費的能量：
⊿N= NJ- NG=H2-（HC＋H1）
＝3.74-0.3893=3.3507 kw/H
水泵加壓高區采暖系統每萬平方米一個采暖期電費為：
E￥=3.74/0.85/0.9*24*180*0.74=15629元
式中：0.85—水泵電機的功率因數;
0.9—水泵電機的效率;
24—水泵晝夜24小時運行;
180—采期天數為180天：
0.74—電費單價為0.74元/度。
水泵不加壓高區采暖系統每萬平方米一個采暖期電費為：
E￥=0.3893 /0.85/0.9*24*180*0.74=1627元
高區采暖系統每平米一個采暖期的運行電費1.5629元!
低區采暖系統每平米一個采暖期的運行電費0.1627元!
加壓與不加壓的電費比是:1.5629/0.1627=9.61倍
      目前國內低溫熱網中，有的是高層的建筑，也有山地地勢偏高低層建筑，因低溫熱網動水壓不足或低區散熱器的承壓能力不允許，采用水泵加壓的高、低層聯供的供熱系統為數不少。這些高低層聯供的高區采暖系統工作時循環水泵的能耗情況如何？通過上面的分析得出以下幾點結論和思考：
      1．水泵加壓的高區采暖系統能耗巨大的主要因素是提高水壓的垂直高度，能耗的大小與提高的高度成正比關系。
      2．高區采暖系統加壓水泵的電能消耗是經常性的，其總能耗中絕大部分能量（本例中有      3.3507/3.74=89.59%）是不得不發生的而對采暖本身是有害的。
      3．加壓與不加壓的耗電量相比有數倍的懸殊（本例為9.61倍），如此巨大的能耗是只能忍受？還是不能忍受？
      4．能不能把這部分能量回收回來并且變害為利？

      圖1—高低兩個環路
      二、高區加壓水泵的選型設計：
      加壓水泵的選型要確定水泵的揚程和流量兩個參數。
      加壓水泵的揚程要克服兩部分阻力，一是高區系統供水壓與低溫熱網供水壓之間的高度差，二是克服從接管點到高區系統的支干線外網的管路阻力。
      高區系統的支干線外網的管路阻力，是一般的水力計算問題是沒有難度的。重點難點的問題是高區系統供水壓與低溫熱網供水壓之間的高度差。這個高度差的計算需要了解一下采暖系統的靜水壓線這一概念。
      采暖系統的靜水壓線，就是系統水靜止時管路上各點測管液面高度的連線。一般要求是其高度比系統頂部管路的最高點高2～3 mH2O。在系統工作時，在任何情況下供水壓力線不得低于靜水壓線。其目的是保證系統在任何時候管路不倒空、不吸氣，保證系統管路被水充滿，保證系統穩定正常工作。
      高、低層聯供處的高區和低區采暖系統的靜水壓線標高可按系統管路最高點的標高再加上2～3 mH2O來確定。
      高區采暖系統始端供水壓線標高就是高區靜水壓力線的標高加上高區采暖系統的總阻力。
而低區熱網供水的壓力線是一條坡度線，高區系統接管點對應處的壓力線的標高線的確定就有一定的難度。
若高低層聯供系統處在熱網的始端，其供水壓力Pgg為：
Pgg≤Pg（略低于分水器處的壓力）
若高低層聯供系統在熱網的末端，其供水壓力Pg為：
Pgg= Pg -0.5(Pg-Ph) +2 mH2O
式中：Pgg—高區系統處低溫熱網供水壓力， mH2O；
Pg—低溫熱網分水器處的壓力，mH2O；
Ph—低溫熱網集水器處的壓力，mH2O；
2—熱網末端用戶系統的阻力以2 mH2O計。
      按上述算式計算時，還需要準確的外網管路的長度等等。為確保留有一定程度富裕量，高區系統供水壓與低溫熱網供水壓之間的高度差△H可簡化計算：
△H=Hg-Hd
式中：Hg—高區系統的靜水壓線，mH2O；
Hd—低區系統的靜水壓線，mH2O。
加壓水泵的流量就是高區系統的設計循環流量。
高、低區系統是同期設計，高區系統的循環流量確定采用同一設計標準。
高區系統是后接的，流量選定小于先期工程，高區采暖溫度偏低；流量選定大于先期工程，高區采暖溫度就會偏高。
      根據國內供熱網的統計資料，每萬平方米采暖系統的循環水量， 一般在25～30 m3/H。具體確定時要根據整個低溫熱網的實際循環流量的大小審定。
      三、高區靜壓差能量的回收
      加壓水泵提供的總能量中，高區采暖系統耗用的能量只是很少一部分，大部分能時是多余的，它以壓力勢能的形式儲藏在高區采暖系統回水之中，這部分能耗不僅僅是能量的浪費，而且對整個采暖系統的正常工作是有害的。
      用什么樣的技術設備能把這些能量回收回來變害為利呢？
      混水器可擔當此任！
      混水器也稱為水水射水器，亦稱為射水泵。實質就是一個特制的三通。在三通軸線方向依次有高壓進水管、射吸室、混合管和擴壓管，與三通軸線垂直的支管方向是低壓水管，由上幾個部件就組成為一個混水器。其工作原理是：高壓水管進入射吸室內，高壓水從噴咀中噴出，高速射流在其周圍形成負壓區，由支管方向來的低壓水迅速進入負壓區，與高壓水一起進入混合管，再進入擴壓管。擴壓管是一個暫擴形的出口管，由此向外輸出混合后的混合水。水在擴壓管內速度由高速降為低速壓力升高。
      混水器是一個特殊的水泵。這個水泵工作的動力就是高壓水和低壓水這壓力差。這個水泵的揚程就是混水器出口處的壓力與混水器吸水管處的壓力之差。這個水泵的流量就是混水器擴壓管出口處的流量，而這個流量是高壓水管的流量與低壓水管流量之和。
      高區采暖系統的回水管接在混水器的高壓管上，低區采暖系統的回水管接低壓管上，混水器的擴壓管就是高低區的總回水管。
      這樣設計后高區采暖系統的回水中的壓力勢能就成為混水器的動力，它混合低區的回水并的高總的回水的壓力，相當于在總回管上安裝了一臺水泵。這樣以來原來用閥門消耗的能量實回收回來，變害為利。