随着我国高层建筑的不断增多，每一个城市中的高层星罗棋布，高层采暖设计已经成为一个重要的课题。
对于有高温水热网的高层建筑，通常采用高、低层垂直分高区和低区，高区单独设置换热器、循环水泵、膨胀水箱等，形成一个独立的采暖系统。这样设计的采暖系统与一般的低区的采暖系统基本相同，唯一的区别是，低区水平方向上的管路长度换成了垂直方向上的高度。象这种高区系统循环水泵的电能消耗，与低区采暖系统的能耗相当，都是克服系统管路的阻力而消耗的，是经常性的能耗能量，它是必需的，是可以接受的。
对于没有高温水热网的高层建筑，如锅炉直供及换热器换热的二次网低温供热系统，由于使用的是低温水，在这种温度下的高层建筑，再单独设置换热器、循环水泵、膨胀水箱等，设计成为一个独立的采暖系统也不是不行。但是，由于设计时可利用换热的温差小，造成换热器及采暖系统各有关的各种设备加大，导致设备投资大等一系列的问题。显而易见这在经济上是很不合理的，所以是不可取的。
为解决低温介质条件下的高层建筑的采暖，目前普遍的设计做法也是采用高低层分区分别设计，使用一个低温水热源实现高低层联供。以这种模式设计的高区低温水采暖的类型较多，其原理大同小异。双水箱采暖系统属于典型的一种类型。
双水箱系统的工作方式是：加压水泵把低温热网的供水加压到高区系统的高水箱。高区系统的供水管由高水箱引出送到各立管支管及散热器。高区采暖系统的回水由回水管回到低水箱（回水箱）。高区采暖系统的工作压差是高、低水箱的标高差HC。高区采暖系统的高水箱和回水箱（低水箱）布置在高区采暖系统的上部。从回水箱（低水箱）出来的高区系统的回水进行消能处理后进入热网总回水。
高区采暖系统的设计循环流量确定后，加压水泵要克服的阻力由两部分组成：
自低区热网供水管的接管点到高区高水箱之间管路的阻力H1
低区热网供水接管点供水动压线与高区的高水箱标高之差H2
加压水泵的总能耗为（H1＋H2），mH2O
高区采暖系统的总阻力由以下几部分组成：
高区采系统的阻力为HC，mH2O
高区采暖系统供水干管的阻力为H1，mH2O
高区采暖系统回水干管的阻力（设与供水干管相同）H1，mH2O
高区采暖系统总阻力为（HC+2 H1），其中HC这部分能耗是高区采暖系统的阻力，2 H1这部分能耗是外网供、回支干管上的阻力。克服这些阻力而发生的能耗是为了保证高区采暖系统稳定工作服务的，是必须需要的。
如果整个低温热网的供水的动压线的高度能满足高层采暖系统的需要，而且低区散热器的承压能力也有保证，高层采暖系统可以与正常低区采暖系统一样进行设计，不需要加压水泵。这样的高区采暖系统所消耗的能量就是全部用于克服系统的总阻力，是正常的能耗。
由于低温热网的供水的动压线的高度满足不了高区采暖系统的需要，才采用加压水泵加压这个办法。水泵加压与不加压的高区采暖系统相比，水泵多提供的能量为：
（H1＋H2）－（HC＋2H1）= H2－（HC＋H1） mH2O
水泵多提供的这部分能量是这种设计条件决定的，是不得不提供的能量，它主要是为抬高高区采暖系统的供水压力发生的，是高区采暖系统水循环用不上的多余能量。这些多余能量以压力势能的形式储藏在高区采暖系统的回水之中。这部分能耗不仅仅是能量的浪费，而且对整个采暖系统的正常工作是有害的。所以高区系统的回水在与低温热网总回水接管前要把这一部分能量要消耗掉。消耗的方法比较多，大多用减压阀、恒流量调节阀等等，是以增加回水管阻力的方法来消除的。
这部分被消耗掉能量有多大？
例：某锅炉直供或换热器二次网的低温水供暖的小区热网内，有一24层的高层，层高2.8m计67.2m，12层以上为高区，以下为低区。高区的采暖面积为10000 m2，设计热指标55w/m2，采用双水箱采暖系统。水箱标高差为1.5m，在高层处低温热网供水压力线的标高为38m，试合算有多大的能耗浪费
根据国内供热网的统计资料，每万平方米采暖系统的循环水量， 直供或间接供热二次系统一般为25～30 m3/H。这个高区采暖系统的循环流量按25～30 m3/H考虑时：
高区系统的循环流量：G=10000*25～30=25～30 m3/H
高区系统的阻力 HC＝1.5 mH2O
高区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
加压水泵的计算扬程：Hj= H2＋H1＝29.2＋0.81＝30.01 mH2O
选用循环水泵的型号为IRG65-160
① 额定扬程： He=32 mH2O
② 额定流量： Ge=25 m3/h
③ 额定效率: ηe=63 %
④ 额定轴功率： Ne=3.46 kw
⑤ 电机容量: ND=4 kw
IRG65-160循环水泵的设计运行参数:
① 设计扬程： He=30.01 mH2O
② 设计流量： Ge=28.56 m3/h
③ 设计效率: ηe=62.37 %
④ 设计轴功率： Ne=3.74 kw
高区用加压水泵时的单位能耗为:
NJ=30.01*28.56/367/0.6237=3.74 kw/H
高区不用加压水泵时的单位能耗为:
系统的阻力为：H=2*H1+ HC=1.5+2*0.81=3.12 mH2O
NG=3.12*28.56 /367/0.6237=0.3893 kw/H
水泵加压浪费的能量：
⊿N= NJ- NG=H2-（HC＋H1）
＝3.74-0.3893=3.3507 kw/H
水泵加压高区采暖系统每万平方米一个采暖期电费为：
E￥=3.74/0.85/0.9*24*180*0.74=15629元
式中：0.85—水泵电机的功率因数;
0.9—水泵电机的效率;
24—水泵昼夜24小时运行;
180—采期天数为180天：
0.74—电费单价为0.74元/度。
水泵不加压高区采暖系统每万平方米一个采暖期电费为：
E￥=0.3893 /0.85/0.9*24*180*0.74=1627元
高区采暖系统每平米一个采暖期的运行电费1.5629元!
低区采暖系统每平米一个采暖期的运行电费0.1627元!
加压与不加压的电费比是:1.5629/0.1627=9.61倍
目前国内低温热网中，有的是高层的建筑，也有山地地势偏高低层建筑，因低温热网动水压不足或低区散热器的承压能力不允许，采用水泵加压的高、低层联供的供热系统为数不少。这些高低层联供的高区采暖系统工作时循环水泵的能耗情况如何？通过上面的分析得出以下几点结论和思考：
1．水泵加压的高区采暖系统能耗巨大的主要因素是提高水压的垂直高度，能耗的大小与提高的高度成正比关系。
2．高区采暖系统加压水泵的电能消耗是经常性的，其总能耗中绝大部分能量（本例中有 3.3507/3.74=89.59%）是不得不发生的而对采暖本身是有害的。
3．加压与不加压的耗电量相比有数倍的悬殊（本例为9.61倍），如此巨大的能耗是只能忍受？还是不能忍受？
4．能不能把这部分能量回收回来并且变害为利？
图1—高低两个环路
二、高区加压水泵的选型设计：
加压水泵的选型要确定水泵的扬程和流量两个参数。
加压水泵的扬程要克服两部分阻力，一是高区系统供水压与低温热网供水压之间的高度差，二是克服从接管点到高区系统的支干线外网的管路阻力。
高区系统的支干线外网的管路阻力，是一般的水力计算问题是没有难度的。重点难点的问题是高区系统供水压与低温热网供水压之间的高度差。这个高度差的计算需要了解一下采暖系统的静水压线这一概念。
采暖系统的静水压线，就是系统水静止时管路上各点测管液面高度的连线。一般要求是其高度比系统顶部管路的最高点高2～3 mH2O。在系统工作时，在任何情况下供水压力线不得低于静水压线。其目的是保证系统在任何时候管路不倒空、不吸气，保证系统管路被水充满，保证系统稳定正常工作。
高、低层联供处的高区和低区采暖系统的静水压线标高可按系统管路最高点的标高再加上2～3 mH2O来确定。
高区采暖系统始端供水压线标高就是高区静水压力线的标高加上高区采暖系统的总阻力。
而低区热网供水的压力线是一条坡度线，高区系统接管点对应处的压力线的标高线的确定就有一定的难度。
若高低层联供系统处在热网的始端，其供水压力Pgg为：
Pgg≤Pg（略低于分水器处的压力）
若高低层联供系统在热网的末端，其供水压力Pg为：
Pgg= Pg -0.5(Pg-Ph) +2 mH2O
式中：Pgg—高区系统处低温热网供水压力， mH2O；
Pg—低温热网分水器处的压力，mH2O；
Ph—低温热网集水器处的压力，mH2O；
2—热网末端用户系统的阻力以2 mH2O计。
按上述算式计算时，还需要准确的外网管路的长度等等。为确保留有一定程度富裕量，高区系统供水压与低温热网供水压之间的高度差△H可简化计算：
△H=Hg-Hd
式中：Hg—高区系统的静水压线，mH2O；
Hd—低区系统的静水压线，mH2O。
加压水泵的流量就是高区系统的设计循环流量。
高、低区系统是同期设计，高区系统的循环流量确定采用同一设计标准。
高区系统是后接的，流量选定小于先期工程，高区采暖温度偏低；流量选定大于先期工程，高区采暖温度就会偏高。
根据国内供热网的统计资料，每万平方米采暖系统的循环水量， 一般在25～30 m3/H。具体确定时要根据整个低温热网的实际循环流量的大小审定。
三、高区静压差能量的回收
加压水泵提供的总能量中，高区采暖系统耗用的能量只是很少一部分，大部分能时是多余的，它以压力势能的形式储藏在高区采暖系统回水之中，这部分能耗不仅仅是能量的浪费，而且对整个采暖系统的正常工作是有害的。
用什么样的技术设备能把这些能量回收回来变害为利呢？
混水器可担当此任！
混水器也称为水水射水器，亦称为射水泵。实质就是一个特制的三通。在三通轴线方向依次有高压进水管、射吸室、混合管和扩压管，与三通轴线垂直的支管方向是低压水管，由上几个部件就组成为一个混水器。其工作原理是：高压水管进入射吸室内，高压水从喷咀中喷出，高速射流在其周围形成负压区，由支管方向来的低压水迅速进入负压区，与高压水一起进入混合管，再进入扩压管。扩压管是一个暂扩形的出口管，由此向外输出混合后的混合水。水在扩压管内速度由高速降为低速压力升高。
混水器是一个特殊的水泵。这个水泵工作的动力就是高压水和低压水这压力差。这个水泵的扬程就是混水器出口处的压力与混水器吸水管处的压力之差。这个水泵的流量就是混水器扩压管出口处的流量，而这个流量是高压水管的流量与低压水管流量之和。
高区采暖系统的回水管接在混水器的高压管上，低区采暖系统的回水管接低压管上，混水器的扩压管就是高低区的总回水管。
这样设计后高区采暖系统的回水中的压力势能就成为混水器的动力，它混合低区的回水并的高总的回水的压力，相当于在总回管上安装了一台水泵。这样以来原来用阀门消耗的能量实回收回来，变害为利。
