王刚　张铁华　杨培林　胡震宇　俪赵忠

【摘 要】本文以合肥市某公建化立面设计的精装修交付高层住宅小区为例，针对两用型燃气采暖热水炉匹配双盘管换热水箱运行中的问题进行了分析，提出并验证了采用空气源热泵与两用型燃气采暖热水炉作为双热源，同时利用单盘管储热水箱提供生活热水的设计及运行控制策略。研究结果表明：采用单盘管储热水箱的方式，解决了两用型燃气采暖热水炉匹配双盘管换热水箱后换热效率较低且循环回水温度过高导致燃气炉报警不能正常运行的问题；并且通过温控阀的联动控制，既能满足此双热源系统的稳定运行，又实现了优先利用空气源热泵，减少燃气炉的使用频率，从而节省运行费用。

【关键词】空气源热泵；两用型燃气采暖热水炉；单盘管储热水箱

中图分类号： TU832 文献标识码： A 文章编号： 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

太陽能热水系统是一种使用清洁能源的新型节能系统，太阳能与建筑一体化在建筑节能中起到十分重要的作用[1]，但太阳能热水器在高层住宅一体化结合中也存在一些问题[2]。热泵技术作为一种节能技术，具有较大的节能潜力[3-4]，在建筑供暖及生活热水供应方面得到了广泛应用[5-6]。热泵技术相比可再生能源的太阳能而言有着许多优点 。对于空气源热泵与燃气炉联合供暖在寒冷地区应用中，空气源热泵承担负荷越大，系统能耗越低。在夏热冬冷地区，空气源热泵将凸显更大的节能效果。

燃气采暖热水炉分为单采暖型及两用型；两用型热水炉，通常采用双盘管水箱作为两种热源的储热设备，使用分时段输出虚拟抑制联动控制系统，起到了节能效果。但两用型燃气采暖热水炉匹配双盘管换热水箱后换热效率较低且循环回水温度过高导致燃气炉报警不能正常运行；为了解决此问题及最大程度的利用空气源热泵的节能优势，本文结合工程实例对该系统进行设计优化及运行策略分析。

1 工程介绍

1.1 工程概况

该工程项目位于合肥市庐阳区界首路交茨河路，地下1层，地上30层，建筑面积约7.4万m2，住宅有2、3、5-8幢，共326户精装修交付高档住宅小区，配备热水系统、地暖系统、VRV中央空调系统、新风系统等。绿色建筑目标为国家绿色一星建筑。按照当地规划设计要求，该项目沿街居住建筑需进行公共建筑立面化处理，外墙采用石材、真石漆及层间铝板材料，南立面全部采用超大落地中空LOW-E夹胶钢化玻璃。如采用太阳能作为可再生资源的利用措施，对住宅外立面将造成较大的破坏，且屋面也不具备安装太阳能板的条件。经过评估，该项目最终采用燃气采暖热水炉及空气源热泵两种热源联合给住户提供生活热水，地暖系统的供回水由燃气采暖热水炉提供。endprint

1.2 热水系统概况

住宅户型为四室两厅两卫的错跃复式结构，两梯两户，单户建筑面积约152m2，赠送面积约54m2；1.5匹无电辅热的空气源热泵、250 L储热水箱设置于专用设备平台；选用的两用型28 KW燃气采暖热水炉设置于北阳台，户内设热水循环管道。

2 主要设计原则及方法

2.1 充分利用空气源热泵的节能优势

以空气源热泵作为热水系统的热源时，在除5℃以下的冬季外，其余季节都能保证能效最高。为了避免额外增加能耗，并最大限度地利用空气源热泵的优势，本项目空气源热泵无电辅热。

2.2 关注空气源热泵在冬季极寒天气的运行问题

由于空气源热泵在冬季极寒天气运行存在结霜问题，不能发挥其制热水性能，因此必须有保证除空气源热泵外的其他稳定供热水能源才能保证用户使用舒适的热水，故使用燃气炉作为第二热源。

2.3 优化运行策略

常规的燃气壁挂炉与其他热源的组成的双热源室内热水及采暖系统通常采用单采暖型燃气炉，但单采暖型燃气炉热水出水以混水形式同时提供给采暖及生活热水，须双盘管储水水箱换热，生活热水才能被直接使用。从节能角度考虑，本项目采用空气源热泵与两用型燃气热水炉作为双热源，但两用型燃气热水炉回水温度过高会导致燃气炉报警并停止工作，故不宜通过储热水箱的盘管换热。因而采用单盘管水箱，专供空气源热泵换热，冬季极寒天气，燃气炉直接出热水供用户使用。

3 双热源供热水系统设计

3.1 双盘管储热水箱的双热源供系统设计及运行

双盘管储热水箱的双热源系统原理图见图1。该系统的设计特点为：地暖系统的供回水由燃气炉单独提供；生活热水系统优先由空气源热泵提供，温度较低时由燃气炉通过换热水箱换热后提供。双盘管水箱内置两个温度计，其一控制空气源热泵，当温度低于40 ℃时启动，温度高于60 ℃时停止空气源热泵加热；其二控制燃气炉，温度低于37 ℃时启动，温度高于45 ℃时停止燃气炉加热；温度重合区间，由双热源共同提供热水。设2台热水循环泵，其一为燃气炉热水循环泵，与燃气炉内置水泵联动，同开同关；其二为热水循环泵，温度低于45 ℃时启动，温度高于50 ℃时关闭，保证用户用热水的舒适度及节能运行。

在水箱初始水温为5 ℃，燃气炉出水恒温为60 ℃的条件下，实验结果表明：该系统空气源热泵热水回路可以正常使用；水温内水温从5 ℃加热至29 ℃，燃气炉回水温度从29.7 ℃上升至50 ℃时，燃气炉热水回路出现了燃气炉报警不能正常运行问题，见图2。分析其原因是该盘管在水箱内循环流程短，换热效率不高，燃气炉高温出水在水箱内不能充分换热，导致回水温度太高而停机报警。故对该系统进行优化调整。

3.2 单盘管储热水箱的双热源系统设计

单盘管储热水箱的双热源系统原理图见图2。该系统的设计特点为：地暖系统的供回水由燃气炉单独提供；生活热水系统优先由空气源热泵提供，温度较低时由燃气炉直供热水。双盘管水箱内置两个温度计，其一控制空气源热泵并优先利用，当温度高于60 ℃时停止空气源热泵加热；其二控制温控阀A、B。热水管路中的温控阀A、B：同时开、关或同时关、开的动作模式，保证此系统的稳定运行，实现优先利用空气能热泵系统，确保节能运行。设1台热水循环泵，温度低于45 ℃时启动，温度高于50 ℃时关闭，保证用户用热水的舒适度及节能运行。

3.3 单盘管储热水箱的双热源系统运行策略

本文分两种工况对单盘管储热水箱的双热源系统的运行控制策略进行分析：

工况1：正常情况水箱内温度高于45 ℃时，温控阀A自动开启，同时联动温控阀B关闭，空气源水箱供热水。洁具用水流向：储热水箱—1—9—洁具；补水流向：6—5—4—水箱；恒温用水流向：储热水箱—1—9—2—循环泵—3—4—储热水箱。

工况2：当冬季室外气温低于5 ℃时，此时空气源热泵制热效果不佳且储热水箱内温度小于等于45 ℃时，温控阀A自动关闭，同时联动温控阀B开启，燃气炉直供热水。洁具用水流向：燃气炉—8—9—洁具；补水流向：6—7—燃气炉；恒温用水流向：燃气炉—8—9—2—循环泵—3—5—7—燃气炉。

通过实验研究表明：空气源热泵及燃气炉热水回路均可以正常使用，解决了双盘管储热水箱的双热源系统存在的问题，且最大程度的利用了空气源热泵系统的节能优势。

3 结论

本文通過分析在公建化立面设计住宅小区中采用空气源热泵代替太阳能作为再生资源利用措施的双热源热水系统的两种方案，指出了两用型燃气采暖热水炉匹配双盘管换热水箱后换热效率较低且循环回水温度过高导致燃气炉报警不能正常运行的问题，并分析了其原因；通过优化设计，采用单盘管换热水箱及温控阀自动控制的设计方式，较好地解决了此问题。

此外，通过本文的研究，提出了单盘管换热水箱的双热源系统运行策略，通过智能控制自动切换优先使用空气源热泵作为第一热源、燃气炉作为第二辅助热源，实现最大程度的利用空气源热泵，减少燃气炉的使用频率，从而达到节省运行费用的目的。

【参考文献】

[1]郑瑞澄.民用建筑太也能给你热水系统工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]张军杰.高层住宅与太阳能热水器一体化结合研究[J].建筑科学，2007，23（4）：101-106.

[3]李先瑞，郎四维.热泵的现状与展望[J].建筑热能通风空调，2009，18（3）：41-44.

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[5]王荣光，沈天行.可再生能源利用与建筑节能[M].北京：机械工业出版社，2004：190-192，1999，18（11）：526-528.

[6]余丽霞，付祥钊，肖益民.空气源热泵在长江流域的气候适宜性研究[J].暖通空调，2011，41（6）：96-99.endprint