建筑给水系统含气原因分析及解决办法
摘要:通过工程实践，分析给水管网中含气的多种原因，提出系统在含气运行中可能存在的危害，并建议性给出相应的解决方法。
关键词:冷热水管网,混流,分离,聚集
建筑给水系统运行时，有时会听到管网中有“咔、咔”的响声，打开龙头后有时会出现水带着气一起喷出的现象，甚至曾发生过个别人被热水轻微烫伤之类的小事故。管网中的气体到底是如何产生的?而且时有时无，这个问题该如何解决?有什么办法来消除这种现象？本人根据多年的工程实践，就以上问题进行粗浅分析和探讨。
一、在给水系统中气与水的关系
气与水的关系很密切，虽然造成系统中含气的原因有很多种，但气体在管道中只有两种状态，即气体溶解于水中和气体未溶解于水中。
1、气体溶解于水
在特定的温度和压力下，一定体积水中自身溶解有固定量的气体，这个固定量也就是气体在水中的溶解饱和值。在0．1MPa的压力下，不同温度点的每1000毫升水中溶解的气体量见表1。
2、气体未溶解于水中
气体未溶解于水中主要有三种情况：夹气混流、升温分离、降压分离。
2．1夹气混流
在一定的压力和温度下，水中溶解的气体也是一定的。多余的气体将会夹杂在水中一起流动，形成“夹气混流”。例如，在市政给水中，即使不考虑压降问题，由于管网运行情况复杂多变，往往夹杂着气体，随水进入区域管网或用户，并向压力低的方向聚集。
2．2升温分离
当压力不变温度升高时，水中溶解的气体量就会减小，部分溶解的气体将会随着温度的升高而被析出，即“升温分离”，形成夹气混流。例如，在换热器、加热器和混合器等加热设备内部，当水温升高时，低温水中溶解的气体会在加热界面附近产生升温分离(如图1所示)，并伴随水的流动向高处或出口处移动，进入管网。
2．3降压分离
当温度不变压力降低时，部分气体也会与水分离，即“降压分离”，形成夹气混流。
例1：在冷、热水管网中，当采用下行上给供水方式时，随着水的流动，压力会逐渐降低，产生降压分离；当采用上行下给供水方式时，在上行段压力会逐渐降低，也会产生降压分离。
例2：在管道连接一些设备时，如水泵的进出口部，选择异径接头不对时会产生涡流现象，在涡流区域中压力会降低产生降压分离。
例3：在管网中，管内壁结垢、生锈、变形以及控制阀门等原因，使局部管道截面减小，当水流通过该管段时，管内会产生流速增加和静压减小的现象，导致降压分离(图2)。
例4：管道截面变化较大时，可能会造成管道内静压为负的情况，若此处管壁有细小漏点(图3)，会将外部空气吸人管内，类似水射器现象，这种夹气混流，可称为“吸气混流”。
例5：当水泵的吸人端动压为负时，如该管段存在漏点，会产生吸气混流现象。
例6：当管网出现间歇式供水时，如在虹吸管段存在漏点，也会产生吸气混流现象。
二、在管网中气体聚集的位置和可能产生的危害，一般包括三种聚集现象。
1、拥堵聚集
在管网的最高点或局部高点，由于水压和流速相对较低，大小气泡聚集在一起，形成“拥堵聚集”，见图4、5、6。在管网中初始会存在如图4情况，到一定程度，会产生如图5的严重断流现象。
2、窝气聚集
在管路中的一些标高变化段，气体也较容易聚集，即“窝气聚集”。如上弯跨越障碍物后再下弯或下弯避过障碍物后再上弯。前一种情况中的结果类似图4、5；在后一种情况中，当管道坡度方向错误时，就会产生气体聚集，阻碍水流。
3、涡空聚集
在水泵的叶轮和调节阀门等处，气体通过爆聚，从微泡聚合成较大的气泡，伴水流动，即“涡空聚集”。
三、三种聚集在冷热水系统中可能产生的危害
1、在冷水系统中，采用上行下给供水方式的最高点或采用下行上给供水方式的局部高点未设自动排气阀，随着系统运行拥堵聚集现象将会产生。窝气聚集和拥堵聚集初期，气体以气泡形式伴水流动，在用水器具处破裂，使出水产生突变，气和水一起流出。如图5所示，当产生断流时，会出现用水器具打开时只出气不出水的现象，并伴有响声和震动。
2、在闭式热水系统中，如循环加热时段的生活热水系统或采暖热水系统，拥堵聚集和窝气聚集都可能会影响水的流量，造成该管段不能正常循环，使管段内的水温逐渐降低。
3、在开式热水系统中，会产生与冷水系统相同的现象，此时的危害较严重。因为冷热水的混合时间短，夹杂气泡的热水段在破裂的瞬间不能与冷水进行混合，导致用水器具出水冷热不均。如果热水中存在气泡带，尽管时间短暂，但仍有可能出现烫人的感觉。
4、形成涡空聚集后，在水泵叶轮处产生气蚀，在热水系统由于水温较高，气蚀现象的产生会更加容易，当气蚀超过水泵的允许值后，就会损伤水泵的叶轮及腔壁，最终导致叶轮变形和泵体漏水。
四、减少气体聚集危害的措施
1、冷水系统主要包括：夹气混流、吸气混流、降压分离和三种聚集。
1．1首先要解决的是来源水中已存在的夹气混流。由生活储水池、水箱通过加压或重力自流的方式供水，可避免这一现象。因为，水池内液面与大气接通，水中夹杂的气泡会脱离水体进人大气。
1．2吸气混流和降压分离的程度主要与管网和阀门的状况有关。设计采用内壁光滑、不易结垢生锈的管材和阀门，会减少这两种现象发生。
1．3要避免出现三种聚集。其中主要是拥堵聚集，在下行上给的供水方式中，当上部用户长期不用水时，拥堵聚集现象就会产生；在上行下给的供水方式中，在干管坡度安装错误或水箱放空等情况下，拥堵聚集现象会经常发生。有效地解决方法是按正确坡度安装管道；在管网的高点或局部高点要设自动排气阀；水箱放空前先关闭出水阀门。正常情况下，管网中的压力和流量能达到使用要求时，一般都可避免出现窝气聚集。水泵采用自灌式吸水并保证不出现负压时，可避免出现涡空聚集的问题。
2、热水系统
在热水加热及输送过程中，不论是开式还是闭式系统都可能会出现：升温分离、降压分离、吸气混流和三种聚集。
2．1首先要解决的是升温分离。从图1中不难看出，在lbar的压力下，当水温从10℃升到60℃，水中气体的溶解度会减少50％以上。根据图2可以看出，在加热设备中会产生大小不等的气泡。对此，应在热水出水总管的适当部位设置微泡排气阀，排出这些产生的气体。
2．2对于降压分离和吸气混流的处理办法与冷水相同。但要注意的是，在一些供水区域中，由于管道和管网的原因，设计为使系统在较短的时间内都能够得到循环，往往将循环水泵的流量和扬程选得偏大，使闭路循环中水的流速较高，从而导致降压分离和吸气混流的现象更加明显，大量微小气泡夹杂在闭式系统中，不能有效地从自动排气阀排出。因此，适当降低热水管网的循环流速和在容易聚气段增设微泡排气阀会起到较好作用。
2．3在三种聚集中首先要解决的也是拥堵聚集，如图4、5、6中所示，设置自动排气阀是每个设计人员都知道的。但是，气体一定会在排气阀处排出吗?答案是不一定的，因为热水系统既有开式系统又有闭式系统，开式运行时，由于流速较高，气体被夹带在水中，在排气阀处难于聚集，从而使排气阀难以动作。闭式运行时，当管内流速较低时，窝气聚集就会产生，影响某段管道的循环。因此，在设计和施工中应尽量避免出现上弯和下弯的管段，难以避免时，宜在抬头管段加设排气阀，在距离循环水泵进水端的一段距离加设微泡排气阀，可减少进水泵中的气体，减低了涡空聚集发生的可能性。应当注意，选用管径时应将管内流速控制在微泡排气阀的允许范围内。
3、采暖系统
供回水温度较高，且有些系统采用间歇运行方式，所以针对采暖热水系统的水流较快和温差、压力变化大的特点，不但要在热水出水总管的适当部位设置微泡排气阀，排出新产生的气泡，而且还要在系统的最高处装设自动排气阀，并保证管道坡向、坡度正确。
4、附属管件
4．1要避免涡流现象的发生，对管件的选择及连接方式也是十分重要的。在连接大小口径管道时，特别要防止直接将大管采用盲头式连接小管。要尽量用标准异径接头。在管道与水泵等设备的连接处变径时，要注意异径接头的选择，当从上部成直角接设备时，要选底平偏心异径接头，相反是要选顶平偏心异径接头。
4．2在冷热水立管的上部某些支管的水表前，可考虑装设微泡排气阀，以减少气泡对水表的影响。
五、总结
通过分析可以看出，在正常的冷热水供水系统中，自身溶气和夹气混流是水中含气的根源，其中自身溶气不可避免，夹气混流可通过技术措施得到控制。吸气混流和降压分离虽广泛存在，但产生的空气量是有限的。升温分离是热水系统中含气的根源。拥堵聚集的出现及其严重程度对系统的影响最大，既要在设计施工中加以注意，也要在使用中做好定期检查。窝气聚集和涡空聚集在冷水系统中基本不会发生，但在热水系统中就会产生一系列问题，尤其是窝气聚集，由于位置隐蔽、难以检查等原因，会对竣工后查找、维修等方面带来困难。所以，在设计和施工中，应避免吸气混流、降压分离、窝气聚集和涡空聚集，处理好夹气混流、升温分离的问题。在使用中，要明确可能出现拥堵聚集的部位，做到定期检查处理。
•参考文献
《给水排水设计手册》