空氣源熱泵與燃?xì)鉅t的雙熱源聯(lián)合熱水系統(tǒng)應(yīng)用研究

王剛　張鐵華　楊培林　胡震宇　儷趙忠

【摘 要】本文以合肥市某公建化立面設(shè)計(jì)的精裝修交付高層住宅小區(qū)為例，針對(duì)兩用型燃?xì)獠膳療崴疇t匹配雙盤(pán)管換熱水箱運(yùn)行中的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出并驗(yàn)證了采用空氣源熱泵與兩用型燃?xì)獠膳療崴疇t作為雙熱源，同時(shí)利用單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱提供生活熱水的設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制策略。研究結(jié)果表明：采用單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的方式，解決了兩用型燃?xì)獠膳療崴疇t匹配雙盤(pán)管換熱水箱后換熱效率較低且循環(huán)回水溫度過(guò)高導(dǎo)致燃?xì)鉅t報(bào)警不能正常運(yùn)行的問(wèn)題；并且通過(guò)溫控閥的聯(lián)動(dòng)控制，既能滿足此雙熱源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，又實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先利用空氣源熱泵，減少燃?xì)鉅t的使用頻率，從而節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

【關(guān)鍵詞】空氣源熱泵；兩用型燃?xì)獠膳療崴疇t；單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱

中圖分類號(hào)： TU832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）26-0095-002

Application of Double Heat Source Combined Hot Water System with Air Source Heat Pump and Gas

WANG Gang1 ZHANG Tie-hua1 YANG Pei-lin1 HU Zhen-yu2 LI Zhao-zhong3

（1.Anhui Hailiang Real Estate Co.， Ltd.， Hefei 230001， China；

2.Shanghai Jingwei Architectural Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Hefei 230001， China；

3.Zhejiang Wanxin Automatic Control Technology Co.， Ltd.， Zhuji 311800，China）

【Abstract】In this paper， a public building of Hefei City， the fine decoration design and delivery of high-rise residential quarters as an example， for dual-use gas-fired hot water heater matching dual coil heat exchanger tank operation problems were analyzed and proposed and verified The use of air source heat pump and dual-use gas-fired water heaters as a dual heat source， while using single-coil storage tank to provide hot water design and operation control strategy. The results show that the single-coil heat storage water tank can solve the problem that the heat exchange efficiency of dual-purpose gas-fired hot water boiler after matching with double-coil heat exchange water tank is low and the temperature of circulating water return is too high， Normal operation； and through the thermostatic valve linkage control， not only to meet the stable operation of this dual heat source system， but also achieved priority to use air-source heat pump to reduce the frequency of use of gas furnace， thereby saving operating costs.

【Key words】Air source heat pump； Dual-purpose gas water heater； Single-coil storage tank

0 前言

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是一種使用清潔能源的新型節(jié)能系統(tǒng)，太陽(yáng)能與建筑一體化在建筑節(jié)能中起到十分重要的作用[1]，但太陽(yáng)能熱水器在高層住宅一體化結(jié)合中也存在一些問(wèn)題[2]。熱泵技術(shù)作為一種節(jié)能技術(shù)，具有較大的節(jié)能潛力[3-4]，在建筑供暖及生活熱水供應(yīng)方面得到了廣泛應(yīng)用[5-6]。熱泵技術(shù)相比可再生能源的太陽(yáng)能而言有著許多優(yōu)點(diǎn) 。對(duì)于空氣源熱泵與燃?xì)鉅t聯(lián)合供暖在寒冷地區(qū)應(yīng)用中，空氣源熱泵承擔(dān)負(fù)荷越大，系統(tǒng)能耗越低。在夏熱冬冷地區(qū)，空氣源熱泵將凸顯更大的節(jié)能效果。

燃?xì)獠膳療崴疇t分為單采暖型及兩用型；兩用型熱水爐，通常采用雙盤(pán)管水箱作為兩種熱源的儲(chǔ)熱設(shè)備，使用分時(shí)段輸出虛擬抑制聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，起到了節(jié)能效果。但兩用型燃?xì)獠膳療崴疇t匹配雙盤(pán)管換熱水箱后換熱效率較低且循環(huán)回水溫度過(guò)高導(dǎo)致燃?xì)鉅t報(bào)警不能正常運(yùn)行；為了解決此問(wèn)題及最大程度的利用空氣源熱泵的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化及運(yùn)行策略分析。

1 工程介紹

1.1 工程概況

該工程項(xiàng)目位于合肥市廬陽(yáng)區(qū)界首路交茨河路，地下1層，地上30層，建筑面積約7.4萬(wàn)m2，住宅有2、3、5-8幢，共326戶精裝修交付高檔住宅小區(qū)，配備熱水系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)、VRV中央空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)等。綠色建筑目標(biāo)為國(guó)家綠色一星建筑。按照當(dāng)?shù)匾?guī)劃設(shè)計(jì)要求，該項(xiàng)目沿街居住建筑需進(jìn)行公共建筑立面化處理，外墻采用石材、真石漆及層間鋁板材料，南立面全部采用超大落地中空LOW-E夾膠鋼化玻璃。如采用太陽(yáng)能作為可再生資源的利用措施，對(duì)住宅外立面將造成較大的破壞，且屋面也不具備安裝太陽(yáng)能板的條件。經(jīng)過(guò)評(píng)估，該項(xiàng)目最終采用燃?xì)獠膳療崴疇t及空氣源熱泵兩種熱源聯(lián)合給住戶提供生活熱水，地暖系統(tǒng)的供回水由燃?xì)獠膳療崴疇t提供。endprint

1.2 熱水系統(tǒng)概況

住宅戶型為四室兩廳兩衛(wèi)的錯(cuò)躍復(fù)式結(jié)構(gòu)，兩梯兩戶，單戶建筑面積約152m2，贈(zèng)送面積約54m2；1.5匹無(wú)電輔熱的空氣源熱泵、250 L儲(chǔ)熱水箱設(shè)置于專用設(shè)備平臺(tái)；選用的兩用型28 KW燃?xì)獠膳療崴疇t設(shè)置于北陽(yáng)臺(tái)，戶內(nèi)設(shè)熱水循環(huán)管道。

2 主要設(shè)計(jì)原則及方法

2.1 充分利用空氣源熱泵的節(jié)能優(yōu)勢(shì)

以空氣源熱泵作為熱水系統(tǒng)的熱源時(shí)，在除5℃以下的冬季外，其余季節(jié)都能保證能效最高。為了避免額外增加能耗，并最大限度地利用空氣源熱泵的優(yōu)勢(shì)，本項(xiàng)目空氣源熱泵無(wú)電輔熱。

2.2 關(guān)注空氣源熱泵在冬季極寒天氣的運(yùn)行問(wèn)題

由于空氣源熱泵在冬季極寒天氣運(yùn)行存在結(jié)霜問(wèn)題，不能發(fā)揮其制熱水性能，因此必須有保證除空氣源熱泵外的其他穩(wěn)定供熱水能源才能保證用戶使用舒適的熱水，故使用燃?xì)鉅t作為第二熱源。

2.3 優(yōu)化運(yùn)行策略

常規(guī)的燃?xì)獗趻鞝t與其他熱源的組成的雙熱源室內(nèi)熱水及采暖系統(tǒng)通常采用單采暖型燃?xì)鉅t，但單采暖型燃?xì)鉅t熱水出水以混水形式同時(shí)提供給采暖及生活熱水，須雙盤(pán)管儲(chǔ)水水箱換熱，生活熱水才能被直接使用。從節(jié)能角度考慮，本項(xiàng)目采用空氣源熱泵與兩用型燃?xì)鉄崴疇t作為雙熱源，但兩用型燃?xì)鉄崴疇t回水溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致燃?xì)鉅t報(bào)警并停止工作，故不宜通過(guò)儲(chǔ)熱水箱的盤(pán)管換熱。因而采用單盤(pán)管水箱，專供空氣源熱泵換熱，冬季極寒天氣，燃?xì)鉅t直接出熱水供用戶使用。

3 雙熱源供熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 雙盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源供系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行

雙盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：地暖系統(tǒng)的供回水由燃?xì)鉅t單獨(dú)提供；生活熱水系統(tǒng)優(yōu)先由空氣源熱泵提供，溫度較低時(shí)由燃?xì)鉅t通過(guò)換熱水箱換熱后提供。雙盤(pán)管水箱內(nèi)置兩個(gè)溫度計(jì)，其一控制空氣源熱泵，當(dāng)溫度低于40 ℃時(shí)啟動(dòng)，溫度高于60 ℃時(shí)停止空氣源熱泵加熱；其二控制燃?xì)鉅t，溫度低于37 ℃時(shí)啟動(dòng)，溫度高于45 ℃時(shí)停止燃?xì)鉅t加熱；溫度重合區(qū)間，由雙熱源共同提供熱水。設(shè)2臺(tái)熱水循環(huán)泵，其一為燃?xì)鉅t熱水循環(huán)泵，與燃?xì)鉅t內(nèi)置水泵聯(lián)動(dòng)，同開(kāi)同關(guān)；其二為熱水循環(huán)泵，溫度低于45 ℃時(shí)啟動(dòng)，溫度高于50 ℃時(shí)關(guān)閉，保證用戶用熱水的舒適度及節(jié)能運(yùn)行。

在水箱初始水溫為5 ℃，燃?xì)鉅t出水恒溫為60 ℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)空氣源熱泵熱水回路可以正常使用；水溫內(nèi)水溫從5 ℃加熱至29 ℃，燃?xì)鉅t回水溫度從29.7 ℃上升至50 ℃時(shí)，燃?xì)鉅t熱水回路出現(xiàn)了燃?xì)鉅t報(bào)警不能正常運(yùn)行問(wèn)題，見(jiàn)圖2。分析其原因是該盤(pán)管在水箱內(nèi)循環(huán)流程短，換熱效率不高，燃?xì)鉅t高溫出水在水箱內(nèi)不能充分換熱，導(dǎo)致回水溫度太高而停機(jī)報(bào)警。故對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3.2 單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：地暖系統(tǒng)的供回水由燃?xì)鉅t單獨(dú)提供；生活熱水系統(tǒng)優(yōu)先由空氣源熱泵提供，溫度較低時(shí)由燃?xì)鉅t直供熱水。雙盤(pán)管水箱內(nèi)置兩個(gè)溫度計(jì)，其一控制空氣源熱泵并優(yōu)先利用，當(dāng)溫度高于60 ℃時(shí)停止空氣源熱泵加熱；其二控制溫控閥A、B。熱水管路中的溫控閥A、B：同時(shí)開(kāi)、關(guān)或同時(shí)關(guān)、開(kāi)的動(dòng)作模式，保證此系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先利用空氣能熱泵系統(tǒng)，確保節(jié)能運(yùn)行。設(shè)1臺(tái)熱水循環(huán)泵，溫度低于45 ℃時(shí)啟動(dòng)，溫度高于50 ℃時(shí)關(guān)閉，保證用戶用熱水的舒適度及節(jié)能運(yùn)行。

3.3 單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源系統(tǒng)運(yùn)行策略

本文分兩種工況對(duì)單盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略進(jìn)行分析：

工況1：正常情況水箱內(nèi)溫度高于45 ℃時(shí)，溫控閥A自動(dòng)開(kāi)啟，同時(shí)聯(lián)動(dòng)溫控閥B關(guān)閉，空氣源水箱供熱水。潔具用水流向：儲(chǔ)熱水箱—1—9—潔具；補(bǔ)水流向：6—5—4—水箱；恒溫用水流向：儲(chǔ)熱水箱—1—9—2—循環(huán)泵—3—4—儲(chǔ)熱水箱。

工況2：當(dāng)冬季室外氣溫低于5 ℃時(shí)，此時(shí)空氣源熱泵制熱效果不佳且儲(chǔ)熱水箱內(nèi)溫度小于等于45 ℃時(shí)，溫控閥A自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)聯(lián)動(dòng)溫控閥B開(kāi)啟，燃?xì)鉅t直供熱水。潔具用水流向：燃?xì)鉅t—8—9—潔具；補(bǔ)水流向：6—7—燃?xì)鉅t；恒溫用水流向：燃?xì)鉅t—8—9—2—循環(huán)泵—3—5—7—燃?xì)鉅t。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明：空氣源熱泵及燃?xì)鉅t熱水回路均可以正常使用，解決了雙盤(pán)管儲(chǔ)熱水箱的雙熱源系統(tǒng)存在的問(wèn)題，且最大程度的利用了空氣源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

本文通過(guò)分析在公建化立面設(shè)計(jì)住宅小區(qū)中采用空氣源熱泵代替太陽(yáng)能作為再生資源利用措施的雙熱源熱水系統(tǒng)的兩種方案，指出了兩用型燃?xì)獠膳療崴疇t匹配雙盤(pán)管換熱水箱后換熱效率較低且循環(huán)回水溫度過(guò)高導(dǎo)致燃?xì)鉅t報(bào)警不能正常運(yùn)行的問(wèn)題，并分析了其原因；通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用單盤(pán)管換熱水箱及溫控閥自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)方式，較好地解決了此問(wèn)題。

此外，通過(guò)本文的研究，提出了單盤(pán)管換熱水箱的雙熱源系統(tǒng)運(yùn)行策略，通過(guò)智能控制自動(dòng)切換優(yōu)先使用空氣源熱泵作為第一熱源、燃?xì)鉅t作為第二輔助熱源，實(shí)現(xiàn)最大程度的利用空氣源熱泵，減少燃?xì)鉅t的使用頻率，從而達(dá)到節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的目的。

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