联排装修的系统设备考虑

2020-01-31 15:06:30 6点赞 49收藏 15评论

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上联:水机水暖热水,水力平衡。

下联:新风通风烟道,气流组织。

横批:用心去体悟

 

导语:

让各个系统工作在最佳工况(每个组件工作效率最高,通过系统实现最佳节能效果),让热源、末端相互独立(流量、温度、温差、负荷),更能实现采暖制冷系统的节能性。

尽量实现分室控制、分时控制、变流量系统,用“行为节能”实现采暖制冷系统的节能性。

 

一、水机中央空调

 

中央空调的主要任务是制冷,制冷是分内之事,中央空调的制冷能力都不差。中央空调系统的能耗主要来自于压缩机、水泵。

从节能鄙视链来看:氟机中央空调(一般都是变频的)>变频水机中央空调>定频水机中央空调。如果进行二次系统(缓冲水箱+二次泵,二次泵一般选用变频屏蔽泵,购泵2000元左右;把主机内的一次泵换小,安装费1000元,小泵500元,换下来的定频泵还没人要)改造的话,也可以实现分室控制。

我的水机中央空调是定频机,所以主要的问题就是噪音+能耗。噪音问题通过安装时解决,一是加装水平减震器,二是虽然距离跟房屋较近,但是上面有玻璃雨棚遮盖,三是如果受不了的话,以后还可以在主机附近、雨棚下方加装隔音棉,四是几个卧室的室内机新购,用直流无刷风盘。

水机中央空调系统采用“缓冲水箱+一次系统”方式,缓冲水箱的回水温度,控制主机压缩机(制冷工况:功率6.9Kw,电流13A;制热工况:功率6.5Kw,电流11.7A)和风扇(功率0.3Kw)的启停,从而实现分室控制。通过室内控制器,联动控制主机水泵(功率0.72Kw,室外扬程20米),要注意联动的启停顺序和延迟时间。在只有1~2个风盘开启的时候,属于小流量,安装有压差旁通阀,保护水机空调主机。

风盘制冷速度快(邻居使用的真实反馈,我估计是因为功率够大),可以不用周编程功能的温控器,也没有必要使用遥控功能。

阁楼用特灵主机带风盘,目前正好多出一个风盘(因为4个卧室是新购置的直流无刷风机)这样,我的阁楼外面也不用放一个丑陋的柜机的外机,室内空间占用小一些(虽然我已经留好电线了)。这个风盘安装位置不能太高,因为考虑到制热(阁楼没安地暖),风盘太高的话,热风吹不下来,而水机风盘吹起来没氟机分机那么难受,所以阁楼风盘要能改变风口吹向,即使手动都可以。所以,阁楼风盘的安装方式是吊在斜屋顶,因为侧墙是瓦孔砖,不能受力,新建墙比较高,挂矮了不好看。到时候加吊顶遮一遮,可以考虑弧形或跟阁楼其他吊顶一致。

 

二、壁挂炉水地暖

 

中央空调的主要任务是制冷,空调制热是分外之事,压缩机的特点(外机尺寸、蒸发器尺寸、板换尺寸)决定了制热不如制冷,同时水机风盘一般是安装在吊顶内,不像氟机分机那样有很多的模式(扫风、3D等等)向下吹热风,空调热风很难从屋顶吹到地面,制热效果、舒适性都不如地暖。

为此,变频水机出现之后,出现了两联供:一台热泵(空气能热泵,制热能力好于一般的空调主机)主机带地暖。原因有三:一是两联供很适合南方冬季最低温度5℃左右使用(此时热泵效率最高)。二是缓冲水箱的存在,增加了地暖系统蓄热能力,又把遭遇极端天气时热泵的化霜问题缓解了。三是两联供把热泵低温出水和地暖低温供回水的特点结合起来了,2015年以来在江浙一带发展迅速,跟燃气涨价的节点相契合。

我家是用定频水机,重庆采暖季阶梯气价,大部分采暖地面都是用木地板,所以考虑用燃气壁挂炉。

(一)地暖系统节能

主要有几大方面:

1. 选好热源

我从冷凝炉转向了普通炉,具体原因随后分析。要让热源(壁挂炉)稳定运行,减少启停。

壁挂炉频繁启停带来的耗能,出于安全考虑,壁挂炉启动前有几分钟的“前清扫”工序,提前换走壁挂炉内的高温废气,引入室外低温空气,壁挂炉停运后有几分钟的“后清扫”工序,与“前清扫”一样,都会带走大量热量。壁挂炉频繁启停还会对机器内的组件造成影响,缩短使用寿命。

2. 系统节能与行为节能

我要做分室控制。采暖面积小的(大于60平方米、小于100平方米),直接用冷凝炉带地暖系统,因为冷凝炉有变频调节功率的能力。

面积大的,在系统设计时要考虑,可不只是“去耦罐+循环泵”就可以了。由于我家有设备区,我考虑的是“分室控制+蓄能水箱+二次泵+周编程功能室内温控器(国产曼瑞德可以、英国森威尔更贵)”的模式。如果面积有限,也有几个工具(中央集线盒、气候补偿器、周编程功能的室内控制器)可以使用,直接控制锅炉、水泵,后文介绍。

如果不做分室控制,就只要一个控制器即可,放在房屋中间,一是达到温度后,联动壁挂炉、循环泵关闭。二是防止超温,及时关闭热源。

3. 做好保温

地面保温,要防止产生冷桥,经过梁、洞时,与墙、柱贴近时要做好保温,前者可填充发泡聚氨酯等材料,后者要用地暖专用边界保温条保温。做好地面保温,主要有挤塑板、反射膜(纯铝反射膜最好;反射膜上墙5~150px),质量要好的,绿羽、三友的比较好。卡钉(主要是固定盘管)要用质量好点的,价格不会增加太多,效果好的话,可以少用卡钉(要竖直打入,才固定得紧),减少对挤塑板产生空洞,影响保温。落地衣柜下面不盘管,但要回填,边界保温条只能坐在柜子背后了,只能这样。

做好门窗保温,平开门窗能够显著减少漏风,保温效果好于滑门窗。有条件时使用Low-e玻璃(每平方米贵50~70元),看起来既高端,更能大幅度减少辐射热(冷)。对于滑门窗,还可以使用保温神器——某宝上搜索“魔术粘贴式窗帘”。

墙体保温,尽量不动外墙,开发商做了外墙外保温。如果进行了外墙改造,还可以做内墙内保温,稍微占用一点室内空间。

设备保温,由于放在室外(为了晾晒衣服,还增加了通风),减少3个储能水箱散热。布局时考虑好,3个水箱挨着放,以后要能排水排气检查(例如压力表)、便于维护保养,以后能给3个水箱做个保温房子。

换气保温,全热交换新风设备,品牌是德备新风。

4. 做好维护

壁挂炉的安装调试、管道和热源的定期(3年以后)冲洗都是技术难点。

非采暖季进行清洗,动力清洗(设备较贵,效果更好,重庆还没去了解)好于脉冲清洗,脉冲清洗使用于管道的清洗,但对于分集水器、壁挂炉等处则无能为力。

管路保护,进口阻氧管,使用纯水注入,加入系统保护剂。

热源,定期进行维护,清洗器件,清除积灰,提高运行效率。

(二)关于冷凝炉

我家采暖面积较大,达到167平方米,所以最先考虑的是冷凝炉,一般来说,采暖面积大于150平方米,优先考虑冷凝炉,节能效果好(在最佳工况下,比普通壁挂炉节能15%左右),能够在3~5年时间内把“溢价”收回来。

系统配置是博世欧洲贵族冷凝炉(28Kw,全预混冷凝炉,进口部件,河北组装——区别于“原装进口”)+去耦罐+威洛循环泵+丹佛斯分集水器+上海绿羽辅材+德国适加PertⅡ盘管(3层阻氧管)。

对于生活热水,之前就是考虑的系统(冷凝)炉+单盘管水箱。

在对热源(冷凝炉)进行深入了解、系统考虑之后,觉得之前的方案无法实现既定的节能目标,所以现拟有所改变。

1. 先来介绍冷凝炉的情况

(1)两种冷凝方式

全预混冷凝炉:主换热器、冷凝装置靠得近,既回收烟气热量,也回收烟气潜热。

烟气回收型冷凝炉:主换热器跟普通炉差不多,加装烟气回收装置,只回收烟气热量。问题就在于,还是会有冷凝水,而主换热器、燃烧器质量不如全预混冷凝炉,所以使用寿命可能不及全预混冷凝炉。

(2)主换热器的两大流派(避免低温腐蚀)

不锈钢主换热器,菲斯曼、威能、八喜等等。菲斯曼的316L是其特点,耐腐蚀能力强。如果不及时保养,容易被烧蚀,造成锅炉报废。

铸硅铝主换热器,换热能力更好,德国博世、德国伯爵、德国沃尔夫(压制铝)。表面有致密氧化层,耐腐蚀能力强。缺点是前几年有过粉末和起泡堵塞。

 

(3)冷凝炉的几大保护措施

威能冷凝炉必须要配备冷凝包:系统保护剂(空气灰层、燃气硫化物+冷凝水附着在燃烧室内壁,引发局部过热,最后点状蚀穿)、燃气过滤阀(冷凝炉燃气阀更紧密,燃气过滤阀主要过滤燃气输送管道镀锌钢管中的杂质)、磁性过滤器(南方非集中供暖,故不太必要;采暖系统中的杂质进入,我采用缓冲水箱把热源、末端完全隔离来解决)。

(4)烟气分析的2种方式

气体分析法:调试时,通过分析燃烧后二氧化碳的含量,与标准模型相比较后,判断空燃比是否合适。此法设备较贵,也有耗材损耗,还有过期问题。我在重庆只访到一位大神(北京人,烟气分析最大的意义是减少氮氧化物排放,为环保做贡献,北京是强制执行冷凝炉;20多年前重庆龙湖蓝湖郡别墅的地暖,他就参与过)可以做烟气分析,如果在他家做采暖,他免费提供分析。

离子分析法:分析燃烧后的气体离子,火焰越好,离解出的电离子越多,电流越强,间接判断燃烧是否最充分。此法价格稍微便宜一些。

(5)冷凝节能的3个原因

一是全预混燃烧,最佳空燃比。过剩空气系数过小,燃烧不充分,有一氧化碳产生。过剩空气系数过大,排烟热损失大,有一氧化碳产生。可控制在1.2~1.3左右,能做烟气分析的话,可以在1.05~1.1之间。普通壁挂炉在部分负荷下,热损失偏大。

二是烟气回收。排出的烟气从170℃(三氧化硫的露点温度在140℃~160℃,随着三氧化硫的含量提升情况而提升;从这里也可看出,过剩空气系数带来的问题,产生三氧化硫;但是空气系数不足,又会产生一氧化硫)降低到55℃以下,回收得到烟气热量,加热地暖回水。

三是利用潜热。把烟气中的水蒸气从气相转变成液相所释放出的热量。这也是冷凝炉,这也是标定效率理论上可达到111%(实际能达到106%~109%)的原因。

(6)冷凝炉的3个特点

一是自动调速风机。相当于壁挂炉拥有了变频能力,壁挂炉的最小功率、最小功率与最大功率的比值(相当于变频范围)是一个重要指标,特别是对于两用炉,变频范围太小可能影响生活热水使用,导致有时过热。

二是比例式燃烧阀。调节空气过剩系数的,一般是西特的,据说,博世、威能是直流式,不容易积尘。

三是全预混燃烧器。

(7)冷凝炉节能的3个工况条件

三低——低出水、低回水、低负荷。

45℃水温(出水50度,回水40度;有的说,回水30度更好,因为回水温度越低,冷凝效果越好)、40%输出功率。

低温水便于冷凝放热,很容易理解。

低负荷时,相当于冷凝面积更大(客户要求壁挂炉尺寸越小越好),所以效率更高。当高水温高负荷运行时,冷凝炉效率就跟普通系统炉没有差异了。

2. 冷凝炉+单盘管水箱供应生活热水、冷凝炉+木地板的适应性分析

冷凝炉要想效率高,出水温度就不能太高,如果出水温度不够高,如何换热保证生活热水的舒适呢?如果提高盘管水箱功率,由单盘管水箱换成双盘管水箱,成本又上升了;如果只加大单盘管水箱的换热面积,又会增加管长,造成系统阻力增加,要提高循环泵的功率。

冷凝炉出水温度低,对于大面积的木地板(占比83%)不太适合。据相关资料,45℃水温地砖区向上散热量为100W左右,向下传热损失20%左右;地板区向上散热量为80W左右,向下传热损失30%左右。南方采暖平均热负荷不低于110W,这会导致低温冷凝炉地暖系统中不够热。

3. 冷凝炉安装

烟管朝下,因为燃烧方式不同,是从上往下燃烧。

(二)如何实现系统节能

直接控制壁挂炉。常规情况下,壁挂炉由回水温度控制启停,在没有蓄能水箱的情况下,回水温度受系统内流量(开启房间数量)、温度(室内设定温度),不确定性因素多。

使用中央集线盒直接控制壁挂炉启停,在所有末端(地暖)关闭后,中央集线盒先关闭壁挂炉,隔3分钟(分集水器阀门开启时间)再关闭水泵。在第一个末端(地暖)开启后,中央集线盒先开启水泵,隔3分钟再开启壁挂炉。

使用气候补偿器,在白昼、冷暖不同时刻,室外气温不同(需要地暖系统输出功率就不同)的情况下,通过预先设定的4~8条补偿曲线,适时调整壁挂炉的供水温度,减少壁挂炉的输出功率(对壁挂炉来说,高温差低流量是其特点,温度便于调节,流量不好调节)。

使用周编程功能的室内控制器,工作日,按照起床、出门、上班、回家、睡觉不同时段的不同舒适需求,通过室内温控器,提前调整室内温度(地暖有较强的蓄热能力,有延时、滞后性,所以要提前调整)。

(三)关于耦合问题

壁挂炉是高温差低流量系统,从设计思路来说,更适合于暖气片。地暖系统是低温差高流量系统。所以,壁挂炉、地暖要实现最佳工况的稳定运行,需要不同的工况,系统设计不合理的话,壁挂炉、地暖之间会相互影响,这就是“耦合”。系统设计的一大目标就是要减少“耦合”, 主要有3个方面:

一是流量耦合,流量不足会造成地暖供暖不够。

二是温度耦合,壁挂炉高温水进入地暖系统,会损伤地暖管道、分集水器接头;壁挂炉供水水温不稳定,会引发分集水器与管道之间的热胀冷缩;地暖低温水进入壁挂炉,会引发普通壁挂炉主换热器的冷凝低温腐蚀。

三是负荷耦合,实现变流量系统需要克服的问题;壁挂炉最小输出功率与地暖末端开启较少的矛盾;常规炉的最小功率较大,要尽量避免末端只开1~2个房间的情况,这样才能保证壁挂炉的最小流量,避免壁挂炉超温保护、频繁启动。这就与我的“分室控制”需求矛盾,万一我的房间都关闭地暖了呢?

从暖通公司实践来看,去耦罐解决的是流量耦合的问题,混水中心解决的是温度耦合的问题,负荷耦合还难以解决,外置旁通阀会起点作用,但壁挂炉可能还是会短暂频繁起停,除非用蓄能水箱。

我家有专门的设备区域(室外的侧下花园),我就可以用“分室控制+蓄能水箱+二次泵+周编程功能室内温控器”的模式。

好处有6个:

壁挂炉与地暖末端完全独立,壁挂炉只受蓄能水箱温度(流量、符合都被“蓄”起来了)的控制,是不是就不需要中央集线盒了?也可以不用气候补偿器?是不是就不用去耦罐了?而循环泵,最初的方案中就有。

壁挂炉不再受多重(中央集线盒、气候补偿器)控制、反复控制,对于壁挂炉的稳定运行是不是更好?

壁挂炉的选择不再受限,不是非得冷凝炉(降低安装成本&维护成本),可以选择普通炉了,可以选择最小功率不那么小的壁挂炉了,让其在稳定的功率需求下运行,保证足够的效率,不会重复启停。

有了蓄能水箱(水箱排气更好),微泡过滤器是不是也不用了?

用了常规炉,我的生活热水——用壁挂炉+单盘管水箱也足够了,容积式燃气热水器or生活热水锅炉是不是又省了?

采暖、生活热水公用一个锅炉,设备不占地方,排烟管公用1个,气流组织更加方便,进气、废气之间不容易干涉,还会更美观了?

(四)综上所述

我的地暖系统是:常规炉(考虑博世平行进口锅炉,变频风机节能+直流燃气阀不积灰;由于系统更稳定,锅炉出问题的概率更低)+蓄能水箱+循环泵+周编程功能室内控制器+其他常规组件+进口阻氧管+辅材保温。

 

三、生活热水

 

综上分析,生活热水用普通壁挂炉带盘管水箱,我家没有浴缸。

这样,就有3个水箱(空调制冷or采暖、地暖系统采暖、生活热水换热)了,容积是否可以减为150L或者120L?这样控制成本,也好看点儿(尺寸我还不知道),容积可以不一样,便于区分,关在房子里,不一样也看不到。

生活用水的推荐有:24KW系统炉+120L水箱,28KW系统炉+最大200L水箱,32KW系统炉+250L水箱。最好选用双盘管水箱。

 

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