高层住宅单一热源供暖的采暖系统分析

摘要：本文在高层住宅每个单一热源热水器供热特性曲线的基础上，变换实验运行的温度、流量参数多次测试，得到每种类型热水器在制热量上的供热特征，对之后各组组合方式运行参数的制定和调节起到指导意义。

关键词：高层住宅 单一热源供暖 采暖系统

中图分类号：TU832文献标识码：A 文章编号：

1.多运行参数下太阳能热水器供热特征

太阳能热水器的制热量与制热能力受到天气因素的影响较大，因此太阳能热水器对于采暖系统的供热特性取决于其在测试运行时的定制温度和控制流量。上述两项参数直接影响太阳能热水器的持续稳定供热时间。

图1和图2分别所示了太阳能热水器在不同定制温度和控制流量的情况下的供热特征曲线。两组测试的太阳能热水器均为满容积（约为 120L）状态，并且储水箱内水温保持在 70℃，向地板供水时热水器无上水。

图1太阳能热水器 41℃供回水特性图

图1的实验参数为供热管路干路流量 q = 200L/h，太阳能热水器所供给的热水与系统集水箱中的冷水在埋地盘管入口处进行冷热混水，根据 Theat =70℃， T cold =27 ℃，混水流量按照热冷比 1:2 控制，定制系统的入水端温度T mix =41 ℃，可持续供热时间t =120min。

图2太阳能热水器 48℃供回水特性图

图2的实验参数为供热管路干路流量 q = 200L/h，太阳能热水器所供给的热水与系统集水箱中的冷水在埋地盘管入口处进行冷热混水，根据Theat =70℃， T cold =26 ℃，混水流量按照热冷比 1:1 控制，定制系统的入水端温度 T mix =48 ℃，可持续供热时间t =70min。

对比不同实验参数下太阳能热水器为系统供热的温度-时间曲线，供热特征表现在因采暖地板入水端定制温度的不同而引起的热水器持续供热时间的长短差异。具有提供较高热品质热水的时间短，提供较低热品质热水的时间长的矛盾存在。因此，在保证房间供热热负荷的前提下，合理定制地板采暖系统的入水端温度，尽量使得太阳能热水器的供热持续时间增加，是有利于实现节能的控制措施。

2.多运行参数下空气源热泵热水器供热特征

热泵热水器不受天气变化的影响，它的制热能力由热泵机组的型号决定，通常一种型号的热泵热水器对应一定的制热量。因为机组制热量是恒定的，所以在供热系统运行时的管路体积流量与热泵出入水口的温差成反比，即

根据上式作温差 Δt-流量 qv曲线如图3。

图3 温差-流量曲线图

图3所示的在额定流量 qv0时，分别对应如下三种情况：1) Δt0，额定流量下的出入水口温差；2)Δt1，热泵机组定制温度与入水口温差，且 Δt1＜Δt0；3)Δt2，热泵机组定制温度与入水口温差，且 Δt2＞Δt0.

保持实验系统的的额定体积流量 qv0=200L/h，对比上述三种情况下的热泵热水器供热运行状况，有下面的结果。

图4 Δt0时热泵热水器供回水特性图

如图4所示，热泵机组入水口温度控制在约 30℃，机组定制温度为 45℃，待到约一小时后热泵热水器供热稳定时的温度为 43.8℃，实测得的热泵机组定制温度与入水口温度差 Δt =13.8℃，与理论计算值 Δt0=13.9℃一致。从图中可以看出，在此期间热泵机组持续满负荷制热，采暖系统的供水温度具有持续平滑上升的趋势。

如图5 Δt1时热泵热水器供回水特性图

如图5所示，热泵机组入水口温度控制在约 30℃，机组定制温度为 40℃，热泵热水器达到供热稳定时出水口温度为 40℃，实测得的热泵机组定制温度与入水口温度差Δt1=10℃＜Δt0=13.9℃。从图中可以看出热泵机组在启动预热过程中满负荷制热，当出水温度达到定制温度后机组自动停机，当出水温度低于定制温度后机组再次开启工作。采暖系统稳定供热阶段中，热泵机组有规律开停机制热，造成供水温度的波动，从回水温度曲线上也可以看出温度波动的迹象。因此，开停机制热对房间的供热稳定和热泵机组寿命都有影响。

图6 Δt2时热泵热水器供回水特性

如图6所示，热泵机组入水口温度控制在约 30℃，机组定制温度为 50℃，热泵热水器达到供热稳定时出水口温度为 44℃，热泵机组定制温度与入水口温度差 Δt2=20℃＞Δt0=13.9℃。因为 Δt2＞Δt0，理论温差已经超过了热泵机组的额定制热量对应的最大温差，所以实测温度曲线与图4基本一致。

对比上述三种情况，可以看出在确定了系统流量的情况下，热泵机组的制热工作情况分为两种：定制温度与入水温差小于额定温差时，机组有规律开停机交替工作；定制温度与入水温差大于或等于额定温差时，机组连续工作。第一种情况对于减小供热水温度波动和延长机组使用寿命都是不利的。第二种情况运行下，适度提高热泵热水器入水口的温度，可以得到更高热品质的供热热水，在热泵热水器与其他热水器联合使用的过程中具有提高能源利用率的价值和指导意义。

3.多运行参数下燃气热水器供热特征

燃气热水器和热泵热水器都属于密闭式结构，在制热规律上具有一定的相似性。根据温差 Δt 与流量 q 的关系式

可知热泵热水器在 Δt 与 q 之间也是成反比的。但是具体到燃气热水器的结构，热水器本身可以根据系统定制温度来调节进气量的大小，实现一定程度上的自动温控。一般燃气热水器铭牌上的额定热负荷，即是最大制热量。因为燃气热水器是依靠燃烧化石燃料来制热的，其运行时的能源消耗和花费成本都是几种热水器中最大的，所以出于“节能降耗、降低成本”的目的，在满足房间热负荷的前提下，研究并确定燃气热水器的最小制热量（即相对应最小燃气进气量），具有实际意义和应用价值。

图7、图8和图9分别为干路流量 q = 200L/h 下，燃气热水器的定制温度为45℃，入水口温度分别为 30℃、35℃和 40℃的条件下，燃气热水器对地板采暖系统的供热特性曲线。

图7 入水 30℃时燃气热水器供回水特性图

图8 入水 35℃时燃气热水器供回水特性图

图9 入水 40℃时燃气热水器供回水特性图

根据上图中的实验测试参数，可以看出随着热水器入水口的水温升高，出水口的也温度随之升高并且不受热水器定制温度的影响。出入水口的温差分别是 15.9℃、15.7℃和 15.6℃，平均温差 15.7℃。即可以作为燃气热水器的在最小制热量的状态下所对应的出入水口温差，计算出最小制热量 Q =3.605×103W，可以满足房间供暖热负荷要求。

因为本实验中所使用的燃气热水器制热量在 3.6~24kW，完全满足房间热负荷需求，并对温度较低的室温水有良好的热品质提升作用。所以燃气热水器对于上游来水温度几乎没有要求，这一供热特征对它和别的类型热水器联用具有参考意义。

参考文献：

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