白天鹅宾馆热水系统蓄热改造技术.pdf

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1、热泵蓄热策略优化技术柯文飞1吴睿力20引言通过热泵机组对酒店、工厂、医院等公共建筑提供生活热水，具有能效比高，使用方便，性能可靠的特点，应用越来越广泛。但由于末端用户使用热水时间、用量的不确定性，要求热水系统要产热迅速，出水温度均匀，流量持续可靠，以应付随时使用的需要。可靠的蓄热技术，可以在节约大量运行费用的基础上，为用户提供高品质的热水，在节能环保的今天，越来越受到重视。热水罐分级蓄热技术是传统并联热水蓄热技术的升级与发展，对两种热水系统的蓄热、放热特性及控制策略进行分析，是我们研究的重点。本文结合广州白天鹅宾馆改造工程的实际，通过

2、理论分析，可以为我们优化设计提供理论支持。1.蓄热系统概述最近几年，我们分别承包了深圳MKS工厂员工生活热水、石龙人民医院住院楼生活热水、广州白天鹅宾馆改造工程生活热水等项目的施工，这些项目热水系统均由热泵机组产生，保温承压水罐蓄热。但蓄热的方式显著不同。1.1并联蓄热深圳MKS工厂员工生活热水系统由香港PKL机电顾问公司设计，2008年已投入使用，系统运行情况良好。热水系统图如下：0水-水热泵运行时产生的冷冻水，温度为7/12C，接到中央空调系统的分水器、集0水器，供制冷空调使用；机组产生的60C热水，通过热水循环泵接到三个并联的蓄

3、热1水储罐铜盘管，与生活热水进行热交换，然后回到机组进行再循环。生活热水通过热水泵供应到用户端。1.2分级蓄热广州白天鹅宾馆改造工程由广州市设计院设计，系统图如下：控制箱（（控制箱（（0水-水热泵运行时产生的冷冻水，温度为7/12C，接到中央空调系统的分水器、集水器，供制冷空调使用；产生的热水，通过热水循环泵，供应到一级蓄热水罐；蓄热水罐分为5级，从高温到低温依次编号为SC-1-1到SC-1-5，从第5级回水循环，热水循环泵变频运行；用户侧多组二次热水泵进水管接一级蓄热水罐（即高温罐SC-1-1），回水管接第5级蓄热罐（即低温罐SC-

4、1-5），二次热水泵根据用量需要变频运行。1.3系统差异性并联蓄热之热水罐，三个的热水温度是一致的，都是承压式储罐（直径φ2.0*3.5m）。储罐内置螺旋形铜盘管，铜盘管厚度为0.35mm。在蓄热过程中，罐内热水处于自然对流状态，靠水上下层之间的温差产生对流进行热交换。在用水过程中，因为水罐截面积较大，水流速度较小（约0.65mm/s），瑞利数较小，因此罐内水处于层流状态。根据在热水罐上、中、下三个部位设置的温度传感器读数显示，在蓄热过程，水的温度分层较为明显，高温水始终处于水罐上部，低温水处于底部。在没有使用热水的蓄热过程，罐内热水

5、温度的分层厚度（指罐内温度急剧变化的水厚度）随着加温过程逐200渐加大，但一般维持在0.2m左右，温度差约为10C。当温差达到4C时，分层厚度已经达到了0.4m左右。因此即使蓄热过程未达到全罐温度一致，但由于罐的上层始终保持有高温水，使用水时温度会得到保障。0当用水时，由于罐底部温度16C的冷水补水的挤压作用，冷水层不断加厚，热水层减少，但由于处于层流状态，水的混合作用不明显，还是保持了明显的分层，下部水0温下降较上部下降更加明显。当热水出口温度降低到50C以下时，系统停供热水，以保证供水品质。由于三个水罐的并联作用，存在系统管路阻力

6、上的偏差，因此调试不理想情况下，往往导致水罐的温度升/降幅不一致，导致系统管理策略上的混乱。需要精心调试才能0达到满意使用效果。另外由于铜盘管与热水之间存在3~5C的换热温差，以及水上下层0的轻微混合作用，生活热水最高一般只有55C左右，热水的品质有所降低。分级式蓄热水罐，蓄热罐是普通的承压储罐，五个罐内水的温度由高到低排列，并且一直保持一定的温差。分级蓄热策略主要是把热量储存区分成五个优先级，通过管道系统优先集中加热级别最高的蓄热水罐SC-1-1，这样可以在较短的时间里使一级水罐达到能够使用的温度。即便在未开动热泵机组的情况下，高温

7、蓄热的一级水罐，也能随时供应较高温度的热水。由于一、二级热水泵的存在，五个蓄热水罐的作用相当于空调系统的盈亏管（或平衡管），根据一、二级泵的总流量比例情况，控制热水罐内水的流动方向。在蓄热过程，热水由高温罐上部进入，下部出来接入下一级储罐的上部，依次类推，最后从最低温的罐底部回水到热泵机组。在用水过程，热水从高温罐的上部出来，从最低温水罐底部回水。若二次泵水量与循环热水泵流量相等，则热水基本在高温罐进出平衡，最低温罐也是补水和回水之和与循环水量进出平衡，生活供水温度即是热泵机300组出口温度60C；若用水量减少，各个罐之间水流动蓄热，

8、生活供水温度还是60C；若用水量较热水循环泵量大，则高温罐的水先被使用，低一级蓄热罐进行补充，生活供水0温度逐步低于60C。根据罐体上、中、下设置的温度传感器显示，无论蓄热过程，还是使用过程，水在罐内的分层比较明显，特性