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計的精裝修交付高層住宅小區(qū)為例，針對兩用型燃氣采暖熱水爐匹配雙盤管換熱水箱運行中的問題進行了分析，提出并驗證了采用空氣源熱泵與兩用型燃氣采暖熱水爐作為雙熱源，同時利用單盤管儲熱水箱提供生活熱水的設計及運行控制策略。研究結果表明：采用單盤管儲熱水箱的方式，解決了兩用型燃氣采暖熱水爐匹配雙盤管換熱水箱后換熱效率較低且循環(huán)回水溫度過高導致燃氣爐報警不能正常運行的問題；并且通過溫控閥的聯動控制，既能滿足此雙熱源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，又實現了優(yōu)先利用空氣源熱泵，減少燃氣爐的使用頻率，從而節(jié)省運行費用。

【關鍵詞】空氣源熱泵；兩用型燃氣采暖熱水爐；單盤管儲熱水箱

中圖分類號： TU832 文獻標識碼： A 文章編號： 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]，但太陽能熱水器在高層住宅一體化結合中也存在一些問題[2]。熱泵技術作為一種節(jié)能技術，具有較大的節(jié)能潛力[3-4]，在建筑供暖及生活熱水供應方面得到了廣泛應用[5-6]。熱泵技術相比可再生能源的太陽能而言有著許多優(yōu)點 。對于空氣源熱泵與燃氣爐聯合供暖在寒冷地區(qū)應用中，空氣源熱泵承擔負荷越大，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。

燃氣采暖熱水爐分為單采暖型及兩用型；兩用型熱水爐，通常采用雙盤管水箱作為兩種熱源的儲熱設備，使用分時段輸出虛擬抑制聯動控制系統(tǒng)，起到了節(jié)能效果。但兩用型燃氣采暖熱水爐匹配雙盤管換熱水箱后換熱效率較低且循環(huán)回水溫度過高導致燃氣爐報警不能正常運行；為了解決此問題及最大程度的利用空氣源熱泵的節(jié)能優(yōu)勢，本文結合工程實例對該系統(tǒng)進行設計優(yōu)化及運行策略分析。

1 工程介紹

1.1 工程概況

該工程項目位于合肥市廬陽區(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中央空調系統(tǒng)、新風系統(tǒng)等。綠色建筑目標為國家綠色一星建筑。按照當地規(guī)劃設計要求，該項目沿街居住建筑需進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。如采用太陽能作為可再生資源的利用措施，對住宅外立面將造成較大的破壞，且屋面也不具備安裝太陽能板的條件。經過評估，該項目最終采用燃氣采暖熱水爐及空氣源熱泵兩種熱源聯合給住戶提供生活熱水，地暖系統(tǒng)的供回水由燃氣采暖熱水爐提供。endprint

1.2 熱水系統(tǒng)概況

住宅戶型為四室兩廳兩衛(wèi)的錯躍復式結構，兩梯兩戶，單戶建筑面積約152m2，贈送面積約54m2；1.5匹無電輔熱的空氣源熱泵、250 L儲熱水箱設置于專用設備平臺；選用的兩用型28 KW燃氣采暖熱水爐設置于北陽臺，戶內設熱水循環(huán)管道。

2 主要設計原則及方法

2.1 充分利用空氣源熱泵的節(jié)能優(yōu)勢

以空氣源熱泵作為熱水系統(tǒng)的熱源時，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，本項目空氣源熱泵無電輔熱。

2.2 關注空氣源熱泵在冬季極寒天氣的運行問題

由于空氣源熱泵在冬季極寒天氣運行存在結霜問題，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，故使用燃氣爐作為第二熱源。

2.3 優(yōu)化運行策略

常規(guī)的燃氣壁掛爐與其他熱源的組成的雙熱源室內熱水及采暖系統(tǒng)通常采用單采暖型燃氣爐，但單采暖型燃氣爐熱水出水以混水形式同時提供給采暖及生活熱水，須雙盤管儲水水箱換熱，生活熱水才能被直接使用。從節(jié)能角度考慮，本項目采用空氣源熱泵與兩用型燃氣熱水爐作為雙熱源，但兩用型燃氣熱水爐回水溫度過高會導致燃氣爐報警并停止工作，故不宜通過儲熱水箱的盤管換熱。因而采用單盤管水箱，專供空氣源熱泵換熱，冬季極寒天氣，燃氣爐直接出熱水供用戶使用。

3 雙熱源供熱水系統(tǒng)設計

3.1 雙盤管儲熱水箱的雙熱源供系統(tǒng)設計及運行

雙盤管儲熱水箱的雙熱源系統(tǒng)原理圖見圖1。該系統(tǒng)的設計特點為：地暖系統(tǒng)的供回水由燃氣爐單獨提供；生活熱水系統(tǒng)優(yōu)先由空氣源熱泵提供，溫度較低時由燃氣爐通過換熱水箱換熱后提供。雙盤管水箱內置兩個溫度計，其一控制空氣源熱泵，當溫度低于40 ℃時啟動，溫度高于60 ℃時停止空氣源熱泵加熱；其二控制燃氣爐，溫度低于37 ℃時啟動，溫度高于45 ℃時停止燃氣爐加熱；溫度重合區(qū)間，由雙熱源共同提供熱水。設2臺熱水循環(huán)泵，其一為燃氣爐熱水循環(huán)泵，與燃氣爐內置水泵聯動，同開同關；其二為熱水循環(huán)泵，溫度低于45 ℃時啟動，溫度高于50 ℃時關閉，保證用戶用熱水的舒適度及節(jié)能運行。

在水箱初始水溫為5 ℃，燃氣爐出水恒溫為60 ℃的條件下，實驗結果表明：該系統(tǒng)空氣源熱泵熱水回路可以正常使用；水溫內水溫從5 ℃加熱至29 ℃，燃氣爐回水溫度從29.7 ℃上升至50 ℃時，燃氣爐熱水回路出現了燃氣爐報警不能正常運行問題，見圖2。分析其原因是該盤管在水箱內循環(huán)流程短，換熱效率不高，燃氣爐高溫出水在水箱內不能充分換熱，導致回水溫度太高而停機報警。故對該系統(tǒng)進行優(yōu)化調整。

3.2 單盤管儲熱水箱的雙熱源系統(tǒng)設計

單盤管儲熱水箱的雙熱源系統(tǒng)原理圖見圖2。該系統(tǒng)的設計特點為：地暖系統(tǒng)的供回水由燃氣爐單獨提供；生活熱水系統(tǒng)優(yōu)先由空氣源熱泵提供，溫度較低時由燃氣爐直供熱水。雙盤管水箱內置兩個溫度計，其一控制空氣源熱泵并優(yōu)先利用，當溫度高于60 ℃時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：同時開、關或同時關、開的動作模式，保證此系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，實現優(yōu)先利用空氣能熱泵系統(tǒng)，確保節(jié)能運行。設1臺熱水循環(huán)泵，溫度低于45 ℃時啟動，溫度高于50 ℃時關閉，保證用戶用熱水的舒適度及節(jié)能運行。

3.3 單盤管儲熱水箱的雙熱源系統(tǒng)運行策略

本文分兩種工況對單盤管儲熱水箱的雙熱源系統(tǒng)的運行控制策略進行分析：

工況1：正常情況水箱內溫度高于45 ℃時，溫控閥A自動開啟，同時聯動溫控閥B關閉，空氣源水箱供熱水。潔具用水流向：儲熱水箱—1—9—潔具；補水流向：6—5—4—水箱；恒溫用水流向：儲熱水箱—1—9—2—循環(huán)泵—3—4—儲熱水箱。

工況2：當冬季室外氣溫低于5 ℃時，此時空氣源熱泵制熱效果不佳且儲熱水箱內溫度小于等于45 ℃時，溫控閥A自動關閉，同時聯動溫控閥B開啟，燃氣爐直供熱水。潔具用水流向：燃氣爐—8—9—潔具；補水流向：6—7—燃氣爐；恒溫用水流向：燃氣爐—8—9—2—循環(huán)泵—3—5—7—燃氣爐。

通過實驗研究表明：空氣源熱泵及燃氣爐熱水回路均可以正常使用，解決了雙盤管儲熱水箱的雙熱源系統(tǒng)存在的問題，且最大程度的利用了空氣源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢。

3 結論

本文通過分析在公建化立面設計住宅小區(qū)中采用空氣源熱泵代替太陽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，指出了兩用型燃氣采暖熱水爐匹配雙盤管換熱水箱后換熱效率較低且循環(huán)回水溫度過高導致燃氣爐報警不能正常運行的問題，并分析了其原因；通過優(yōu)化設計，采用單盤管換熱水箱及溫控閥自動控制的設計方式，較好地解決了此問題。

此外，通過本文的研究，提出了單盤管換熱水箱的雙熱源系統(tǒng)運行策略，通過智能控制自動切換優(yōu)先使用空氣源熱泵作為第一熱源、燃氣爐作為第二輔助熱源，實現最大程度的利用空氣源熱泵，減少燃氣爐的使用頻率，從而達到節(jié)省運行費用的目的。

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