【工程】探究热水器工程应用

    探究热水器工程应用

空气能热水器因为有节能、环保、占地小、安装容易及冷暖联供等诸多优点，近年来在学校、酒店、医院等集中用热水场所应用越来越广泛，甚者在某些地区的工程市场上，空气能可以与太阳能平分秋色，但在工程的设计和安装过程中，一些看似不重要的问题往往被忽视。

如何实现空气能热水系统在保证供水可靠性的同时，最大限度减少能源消耗、提高热水设备的利用率、减少设备的启动频率？

酒店热水系统从功能上可划分成两部分

一部分是生活热水系统的热源部分（比如空气能热水系统提供的那部分生活热水）。另一部分是热水配水末端。如何有效实现空气能热水系统与配水末端合理运行，使得在保证供水可靠性的同时，最大限度地减少能源消耗和机组开启频率，延长设备的使用寿命？空气能热水系统与常规的柴油、天然气等锅炉不一样，不可能把机组的装机容量设计到随时能满足酒店高峰段热水负荷的要求。

因为，空气能热水系统属于半蓄热的性质，它的装机容量和水箱容量之间有一个合理匹配的关系。是不是在任何时候都要保证水箱满水位或者低水位？保持水箱满水位，势必造成维持恒温要消耗额外的能源费用。有不少设计者认为，搞个什么预热水箱、恒温水箱结合就达到了节能设计的目的。王工提出，热水系统有几个水箱，有没有恒温水箱或者预热水箱，水箱是方的还是圆的，这都不重要。许多的酒店热泵工程都在正常运行，都能保证热水供应，但是这些工程当中，是不是都在最经济电能消耗的前提下运行，在最低的能耗下，实现可靠供水？这才是系统设计的重要问题。他认为系统设计的核心任务一方面要保证系统供水的可靠性。另一方面在保证可靠的前提下，最大限度降低无效能耗。

提出酒店热水系统存在“时间和水位的关系”的理论。宾馆生活热水供应的最大特点是全天候供水，但仍然有规律可寻。根据王公提出的理论，一般来说其用热水量最大时间段应该在19：00～22:30之间。其余时间段供水量，应该说还是比较平稳的。因此，保证在每天的19：00之前，水箱处于满水位状态，以迎接随后3～4个小时内用水高峰到来。在这个时间段内，用水同时边加热，空气能热水机组和水箱容量应能满足末端系统约3.5个小时内的最大用水量需求——在用水高峰结束后，仍能维持水箱不低于25%的水位余量。其余时间段水箱一直保持此最低热水余量。王工阐述了“时间和水位的关系”。

针对以上的用水特点，一般空气能热水系统装机容量以春秋季的水温气候条件设计，以此条件下机组输出功率为前提，讨论“时间和水位的关系”以及对节能降耗的作用。在非用水高峰时间段里，一直保证部分机组处于值班状态，轮流工作。根据适时检测的水位与设定的水位之间关系，随时轮流启动部分机组，冷水通过空气能热水机组一次加热后，直接进入储水罐，以达到某时间点应有的水位。由于仅维持最低水位，补水量有限，没有必要同时启动全部机组，而是轮流启动部分机组工作。这样可以减少全部机组启动频率，减少因同时全部启动所有机组，强电流对电网的冲击。对延长机组的使用寿命，有重要意义。

p>为了满足19：00之前水箱满水位，在下午的13:00～19:00的时间段内，机组处于全部值班状态。系统满负荷工作。其他时间段保持最低25%～30%的水位，从上表中时间和水位的关系看，13:00时，如果水位没有达到规定的要求，启动全部机组，直接补热水入水箱，达到设定水位停止。其他“时间和水位的关系”以此类推，直至19:00前达到满水位。在高峰时间段内，根据系统容量，在合适的时间点再设置一次水位，启动全部或者部分机组，以确保用热水供应充足。冬季机组输出功率下降时，应考虑结合电等辅助加热设备补偿功率下降的部分，同时延长全部机组启动的时间段。选用压力式水位传感器，能精确控制水位。这种“时间和水位的关系”对空气能热水系统和太阳能系统结合的工程也同样适用。能够达到最大限度优先利用太阳能，水箱有足够容量储存太阳能产生的热水。不足部分由空气能热水系统适时补充到合适水位。

从工作原理中可以看出，所有机组采用直热式空气能热水机组。对保温水箱中的热水并没有被循环加热保温。一方面保温水箱在多数情况下维持低水位，由于酒店不断有热水被消耗，因此在不同时间内，由于水位的变化，总会有部分或者全部机组在不同时间内轮流启动，向水箱补偿高温热水，既维持了水位，同时也维持了水温——补偿了水箱向环境所散发的热量。由于在回水管中串联一只带小功率电辅助加热的家用空气能热水器，从管网中回流的低温热水直接加热后回到保温水箱，这样也就补偿了因管网散热造成的热能损耗。工程实践已经证明上述设计方法是可行的。在推动空气能热水器普及的这项环保节能的事业中，广大产品研发人员付出了艰辛的努力，他们是推动热泵产业发展的中坚力量。开发出了直热式、循环式、直热式+循环式、双源热泵、三联机等形形色色的空气能热水器产品，极大地拓展了空气能热水器的应用范围。

直热式空气能热水机组在酒店工程中显示出良好的性能优势。相关的试验和研究表明:当进水温度高于45℃的时候，循环式的空气能热水器压缩机工作温度、冷凝温度和压力都在不断提高。压缩机工作条件随着水温的不断提高开始变得恶劣起来，冷媒不能充分换热，在工程实践中，其宏观表现为机组震动、噪音明显增强。系统长期处于高冷凝温度工况下，压缩机排气温度过高，使得压缩机面临更多的功耗，cop能效也随之下降。润滑油易碳化，安全性、使用寿命也大打折扣。直热式加热方式，是冷水经过机组一次性直接加热到50℃排到蓄热水箱，高温冷媒从压缩机排出后，总是和低温的冷水进行热交换，冷媒能够充分换热，压缩机在基本恒定的压力和温度下工作，工况稳定，压缩机负荷平稳，更适合长时间连续运行。王工认为：直热式空气能热水器，因其对压缩机有良好的保护、以及更稳定的能效比，在宾馆酒店的工程实践中有更好综合性能优势，有更广泛的应用前景，也是未来空气能产业的发展方向。

规范设计和安装应注重哪些细节？

细节决定成败，细节对系统的影响不可忽视。在实际的工程实践中，王工列出以下易被忽视的问题：比如，地脚的高度要能防雪。忽视机组减震块的安装。顶排气空气能热水器防雨棚的高度，是否影响空气对流？信号屏蔽线的外层屏蔽线要接地。安装排污及防冻阀门。对于多台机组尽可能地采用并联模式，

可以选用一台水泵加热供水，而不是每台机组配置1台水泵。采取屏蔽、拉大距离等措施，减少屏蔽控制器对其他控制器信号数据采集的干扰。根据技术要求配置水泵。压力表、温度表、电流表、电压表要安装到位，通过观察和记录系统数据的变化，能及时监督、判断和评估系统运行状态。冬季空气能热水系统不能随便断电，以确保机组的防冻程序工作。结冰天气，机组断电需排空排尽冷凝器中的冷水，以防冻坏换热器。电器部分应有专业电工来规划和安装，电器安装不能让管工代劳。设置水表、电表便于对系统的节能效果评估等等。以上这些细节，建议所有的厂家都有上述技术规范和明确要求，但在实际的工程实践中，总要打些折扣。从千千万万工程案例的图片中就能看出，这都是不好的习惯。

设计人员和承建商的社会责任是什么？

空气能热水系统冬季的防冻和化霜技术涉及到制冷等专业领域，王工认为提高空气能热水系统冬季供热的能力以及化霜能力，是个世界性难题。在结冰地区，冬季供热的能力以及化霜技术一直是个瓶颈。很多的问题都出现在这里。王工呼吁更多的相关专业技术人员能够把优秀的方案发表出来，让技术资源行业共享，共同提高中国空气能热水系统的质量水平。系统的成功失败、项目品质好坏，除了机组本身品质和辅助材料品质外，很大程度上取决于设计人员对方案的论证是否彻底，取决于系统设计是否科学合理。如果设计方案有问题，那么根据此设计方案施工出来的系统就一定有缺陷。很多代理商认为，设计方案就是搞一套所谓的“模板”，把数据改改就成了设计方案了。这是一种工作不负责的表现，特别是酒店工程，它和定时用热水的工程项目不同。不能忽视工程的差异性，要针对不同的用户需求和特点，求证出最优化设计方案。很多人认为，空气能热水系统就那么几大件，差别不大，哪家的产品都差不多，哪家便宜就用哪家的。王工无奈地说，血淋淋的现实告诉我们，“看起来都一样，其实不一样”。宁可多花些小钱，尽可能选用优质名牌产品，他自己在这方面也吸取了不少的经验教训。应选择有技术实力、专业的生产厂家、市场上影响广?、有良好口碑的产品。因为，空气能热水产品的“洗牌”一定会为时不远。

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